高纯Al-Ti中间合金的制备工艺研究及应用

Al-Ti中间合金是一种铝加工行业应用广泛的中间合金。本文以海绵钛为原料,采用金属熔配法制备Al-Ti中间合金,借助金相显微镜、扫描电镜等分析手段研究了制备的Al-Ti中间合金中TiAl3相的含量、形貌和显微组织。同时,本文还分析了Al-Ti中间合金的合成机理,结果表明当反应温度为1100~1200℃,以海绵钛为原料可以制备出富含TiAl3相的Al-Ti中间合金,TiAl3相均匀分布,绝大多数以长条状、针状分布于铝基体中。

采用Nb中间层扩散连接Zr-4合金接头界面组织与性能

为提高Zr-4合金扩散焊接头强度,降低有效连接温度,采用不同厚度的Nb中间层在760℃/30 min/7 MPa条件下扩散连接Zr-4合金,分析了Nb中间层的加入及其厚度对接头界面组织和性能的影响.结果表明,在扩散连接过程中,界面处Zr和Nb原子相互扩散形成由(Zr,Nb)固溶体构成的扩散层,且扩散层厚度随着中间层厚度的增加基本不变,靠近Nb侧的扩散层中观察到Zr(Cr,Fe)_(2)和Zr(Fe,Nb)_(2)第二相的生成.在760℃条件下,Zr-4合金直接扩散焊接头抗拉强度仅为75MPa,存在大量未连接区域,添加Nb中间层可显著提高界面结合率,接头抗拉强度达到450 MPa,接头抗拉强度和断后伸长率随着Nb中间层厚度的增加稍有下降,在添加20μm中间层时最大,分别为450 MPa和13.1%,且断裂位置由Zr-4合金基体(20μm)转变为界面扩散层(50μm和80μm).Zr-4合金扩散焊接头在经历400℃,10.3 MPa的过热蒸气腐蚀后,扩散层发生明显腐蚀现象,腐蚀深度最大达到108.39μm,接头抗拉强度和断后伸长率下降至415 MPa和5.1%,断裂位置在连接界面处,断口中发现Zr(Fe,Nb)_(2)相.

TiFeCrCoNi高熵合金作为中间层的镁/钛电阻点焊接头的组织性能

以TiFeCoCrNi高熵合金粉末为中间层,对镁/钛异种材料进行电阻点焊,采用扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了接头的组织结构、物相和力学性能,分析了接头的界面反应扩散行为。结果表明:接头依次由镁合金母材、α-Mg+Al_(2)FeCo、FCC+η、Ti_(3)Al+FCC+η和TC4母材组成。镁合金中的Al元素扩散进入高熵合金中间层生成Al_(2)FeCo,钛合金中的Ti、Al元素扩散进入高熵合金中间层生成Ti_(3)Al,且两界面区均由固溶体和化合物的混合组织组成,提高了接头性能。在焊接电流为18.8~24.5 kA、焊接压力为4.06~7.83 kN、焊接时间为6~24 cycles的工艺范围内,接头强度在2.4 kN以上;在焊接压力为5.13 kN、焊接电流为21.7 kA、焊接时间为20 cycles时,接头的拉剪载荷最大,为5.368 kN。

中间层对GH5188高温合金TLP扩散焊接头的影响

通过自主研发制备了三种不同W含量KCo7、KCo8、KCo9中间层,采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对中间层进行表征,并在1180℃保温60 min的条件下进行GH5188高温合金真空瞬间液相扩散焊试验验证;分别研究了中间层厚度以及不同中间层接头显微结构及力学性能的影响。结果表明:当KCo7中间层厚度为20μm时,接头存在大量未焊合缺陷,室温抗拉强度仅有568 MPa;当KCo7中间层厚度增加至40μm时,焊缝填充良好,室温抗拉强度达到941.3 MPa。此外,随着中间层中W含量由0增加至8%(质量分数)时,焊缝中心富W的M_6C析出量明显增加,室温抗拉强度先上升后下降。其中,采用厚度为40μm的KCo8中间层获得的接头具有最高的室温抗拉强度1033 MPa,且断裂发生在母材区。

Al-Sr-La中间合金改性对A356铝合金组织和性能的影响

采用Al-Sr-La中间合金对A356铝合金进行改性处理,研究了Sr和La对A356铝合金微观结构和力学性能的协同变质机制。结果表明:添加0.5 mass%的Al-Sr-La中间合金对A356铝合金的改性效果最佳,此时A356铝合金具有优良的显微组织与力学性能,其α-Al相的晶粒细小,二次枝晶臂间距(SDAS)降低至14.2μm,较未改性的A356铝合金降低了36.6%,针状共晶Si转变为蠕虫状共晶Si,平均晶粒尺寸减小至0.86μm。与未改性的A356铝合金相比,添加0.5 mass%的Al-Sr-La中间合金改性后,合金的抗拉强度增加了22.4%,屈服强度增加了11.1%,伸长率增加了89.7%。最后,在实验结果的基础上,结合凝固理论,研究了Sr和La的协同变质机制。Sr吸附于Si相生长界面上,产生孪晶平面,抑制Si相的生长,使得Si以孪晶凹谷机制生长,实现对共晶Si的改性;La则由于Sr对Si的作用,使得La在共晶Si的凹槽处聚集,阻碍了Si的生长,改善共晶Si的形貌。

Al-3Y-2B中间合金对Al-20Si铸态组织和力学性能的影响

研究了Al-3Y-2B中间合金对过共晶Al-20Si二元合金铸态组织及性能的影响规律,基于冷却曲线分析(CCA)方法,测得了Al-20Si二元合金中加入Al-3Y-2B中间合金前后的冷却曲线。实验结果表明:Al-20Si合金熔体加入1.0%的Al-3Y-2B中间合金后,初生硅的生成温度降低约13℃;铸态组织的初生硅平均尺寸由110μm减小到33μm,初生硅形貌由粗大的多边形结构转变为尺寸细小的板状结构;共晶硅形貌由细长针状转变为短针状和短棒状;铸态合金的伸长率(EL)由1.62%提升到1.98%,极限抗拉强度(UTS)由120 MPa提升到162 MPa。Al-3Y-2B的添加量为0.5%时,组织中的初生硅和共晶硅被很好的细化;Al-3Y-2B的添加量提高到1.0%时,Al基体中开始出现脆性相,影响合金的机械性能。

Ni中间层对6061T6铝合金板/08Al异种金属电阻点焊接头的力学性能及组织的影响

通过在钢板上添加Ni中间层,成功实现了6061T6铝合金板与08Al钢板的可靠连接,显著提高了铝/钢点焊接头的力学性能。研究结果显示,采用预制Ni中间层工艺可控制Ni中间层在钢板上的厚度与分布,减少Al-Fe脆性金属间化合物的形成;相较于直接添加Ni箔中间层,预制Ni中间层工艺能有效增大焊核直径;钢板上激光熔覆Ni层的铝/钢电阻点焊接头最大拉剪力较高,比无中间层的接头最大拉剪力增大了35.5%。

烧结法制备Al-Ti-B中间合金粉体

采用TiO_(2)粉、CaO、Al粉和B_(2)O_(3)为原料,经混匀、压片、烧结后,制备出了Al-Ti-B中间合金粉末。利用XRD、SEM-EDS、XPS等表征手段,对烧结产物的物相组成、微观形貌和原子价态进行分析。结果表明,在钙铝比1.6、钛硼比5、1485℃烧结20 min的条件下,烧结产物的主要物相为Al_(3)Ti、TiB_(2)、Al、CaAl_(4)O_(7)和CaAl_(2)O_(4);烧结产物中Al_(3)Ti呈块状,TiB_(2)呈小颗粒状,两者均匀分布在铝基体中;TiO_(2)在反应中存在逐级还原的现象。烧结法可以制备出Al-Ti-B中间合金粉体。

中间退火对冷轧5056铝合金薄板组织和性能的影响

针对5056铝合金开展冷轧中间退火工艺优化研究,采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、硬度计等检测设备和拉伸、压缩等试验方法,分析了退火温度对冷轧5056铝合金薄板组织和性能的影响。结果表明:采用60%~80%变形量冷轧的5056铝合金薄板,因形变强化而塑性较低,分别在250℃、350℃、400℃、450℃和500℃进行中间退火处理,延伸率随退火温度逐渐升高,而强度和硬度呈下降趋势。当退火温度高于350℃时,5056铝合金板的强度和延伸率随退火温度升高而产生的变化不显著,但加工硬化率存在显著差异,其中450℃退火温度下5056铝合金板的加工硬化率减小了65%。

动力电池用3003铝合金中间退火工艺研究

利用万能试验机、光学显微镜及硬度计等设备,对铸轧态3003铝合金的中间退火工艺进行了研究。结果表明:3003铝合金的组织随中间退火温度的升高发生明显变化,当中间退火温度为385℃时,纤维状的组织全部变成等轴细小的再结晶晶粒。3003铝合金的硬度和强度随中间退火温度的升高,先快速下降而后稳定在一定范围内,而伸长率则呈相反趋势。当中间退火温度达385℃以上,3003铝合金的力学性能开始稳定在一定范围内;3003铝合金的硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为42HV~43HV、147~149MPa、120~121MPa和30.5%~31%。因此,3003铝合金较合适的中间退火温度为385℃,本研究可为能源、航空航天和汽车等领域生产用铝提供一定的技术参考。

钼铝中间合金中铁和硅的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法

本文研究建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钼铝中间合金中铁、硅含量的分析方法。通过对溶样酸选择、谱线选择及检出限确定、基体干扰、加标回收和精密度等实验条件的考察,确定了方法在样品含量0.010%~0.50%时准确度较高。解决了以往分光光度法测定时操作复杂、费时费力的问题,为大规模生产的质量控制提供了有效的技术和效率支持,对以后相似合金铁、硅含量的测定提供参考。

熔盐电解法处置镧钐渣废料制备镧钐中间合金

近些年来,由于金属钐的需求量递增,镧热还原生产金属钐后残余的镧钐渣处置成为难题。本文研究了镧钐渣在不同温度和时间下的焙烧产物转化过程,发现在550℃下焙烧2 h可以将镧钐渣全部转换为氧化物,满足电解原料要求。以钨电解为阴极、石墨为阳极,在3000 A电解槽中采用LiF-LaF_(3)氟盐体系电解制备LaSm中间合金。研究了电解时间、电解温度、电解质配比以及阴极电流效率等电解技术指标对电解产物杂质、电流效率以及稀土收得率之间的影响,并对电解制备得的LaSm中间合金做了表征分析。研究表明,当LaF_(3):LiF(质量比)为75:25时,电解温度为970℃,阴极电流密度为4.5~7 A·cm^(-2)工艺条件进行电解,获得的电流效率、稀土收得率最高,电解杂质含量最低。本文为镧热还原生产金属钐后残余的镧钐渣规模持续化处置提供了切实可行的解决方案,实现了镧钐渣中镧和钐的二次回收利用。

基于高熵合金中间层的Q235钢/6061铝合金电阻点焊接头的组织与性能

钢和铝形成的复合结构,可以使铝的低密度、高导热性、良好的耐腐蚀性能与钢的高强度、高韧性、低成本性结合起来,既能充分发挥两种材料的性能优势,又具有良好的经济效益.由于钢和铝的物理和化学性能差异较大、接头中易产生脆性金属间化合物而难以实现可靠的连接.将Fe_(0.2)CoCrMnNiAl_(0.2)高熵合金作为中间层进行了Q235钢/6061铝合金异种金属的电阻点焊研究,利用高熵合金的超级固溶性改善钢/铝异种金属的焊接质量.结果表明,采用Fe_(0.2)CoCrMnNiAl_(0.2)高熵合金作为中间层时,接头截面中钢侧和铝侧均有半椭圆形状的熔核,熔核成形美观,无明显的宏观裂纹和气孔等焊接缺陷,熔核内部组织均由面心立方的固溶体相组成,接头的平均最大拉剪力达到1913 N,比钢/铝直接电阻点焊接头提高了130%,断裂发生在铝合金侧熔核处,铝合金熔核在拉剪力的作用下被撕脱并留在高熵合金表面,呈现出“纽扣状”破坏特征.创新点:利用高熵合金的超级固溶特性,将高熵合金作为中间层应用到钢-铝异种金属的电阻点焊中,设计出了能够可靠连接钢-铝异种金属的高熵合金中间层材料,制备出了成形美观、无焊接缺陷的高质量钢/铝电阻点焊接头.

Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

通过真空电弧熔炼炉制备Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DSC)和万能材料试验机,研究不同添加量(0.3%,0.5%,0.7%,0.9%和1.3%,质量分数,下同)Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和性能的影响。结果表明:随着Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金添加量的增加,Al-7Si合金中初生α-Al和共晶Si组织被显著细化。与未添加Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金相比,当Al-7Si合金中添加0.9%Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金后,初生α-Al晶粒尺寸从218μm减小到80μm,二次枝晶间距从25μm减小到9.3μm;共晶Si组织由粗大的针片状细化为短片状和短棒状,平均长度和宽度分别从34.8μm和4μm减小到11.6μm和1.7μm;合金的抗拉强度和伸长率分别达到184 MPa和9.3%,与未变质合金的力学性能(162 MPa和3%)相比分别提高了13.6%和210%,断裂模式由韧脆混合断裂模式转变为韧性断裂。然而,当Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金的添加量增加到1.3%时,发生过变质现象,导致Al-7Si合金组织粗化,力学性能下降。

熔盐电解法制备镁、锂及其中间合金领域专利情报研究

从熔盐电解法制备金属镁、锂及其中间合金相关专利申请的时间态势、国家(地区)分布、主要申请人分布、技术构成以及区域分布等进行分析,进而为我国在该领域的技术研究和专利申请布局提供指导。研究发现,我国专利申请量逐年提升,尤其在2011—2022年之间,国内专利申请总量达2042件,占比80.8%。这一阶段,我国在专利申请数量上占有绝对优势,但是核心专利缺失,无高价值专利;我国排名前20申请人主要为高校和科研院所,且这些高校或科研院所与企业之间的合作申请较少,技术成果转化率相对较低。而美国、日本、加拿大等拥有最强大的科研能力和科技实力,其主要优势体现在电解设备-电解槽核心技术等领域。本文最后也提出了具体的建议,推动我国在该领域争取高价值专利的研发上有所突破,促进产业的高质量发展。

基于第一性原理分析铈对Al-Ti-B-Ce中间合金中TiB_(2)界面行为的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理,通过筛选建立了以8种最主要的高对称性原子堆垛方式形成的TiB_(2)(0001)//TiB_(2)(0001)界面模型,计算了Al-Ti-B中间合金中掺杂稀土铈前后该界面的黏附功以及铈在界面处的偏聚焓和在(0001)面的吸附能,分析了铈对TiB_(2)界面行为的影响。结果表明:细化剂中掺杂铈后由2个以钛原子为终端的表面通过心位方式堆垛形成的界面和由以钛原子为终端的表面与以硼原子为终端的表面通过心位堆垛形成的界面的黏附功降低,有助于TiB_(2)弥散分布;铈在该界面处的偏聚焓为正值,无法自发偏聚到界面处,铈在TiB_(2)(0001)表面上具有较高的吸附能,可抑制TiB_(2)在此面的堆垛生长。

Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金组织及性能的影响

采用原位生成法制备了Al-Nb-B中间合金,主要研究了Al-Nb-B中间合金的组织,以及Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,Al-Nb-B中间合金主要含有NbB2、Al3Nb两种颗粒。Al-Nb-B中间合金可以细化Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al晶粒,并减小二次枝晶间距,进而提高合金的室温拉伸性能。当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,α-Al晶粒平均尺寸为128.4μm,二次枝晶间距为11.67μm,相较于基体合金分别减小21.5%和32.3%。随着Al-Nb-B中间合金添加量的增加,Al-Si合金的抗拉强度呈逐渐上升的趋势,当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的抗拉强度为237 MPa,相较于基体合金增加10.7%。通过断口形貌分析可知,Al-Si合金断裂方式为脆性断裂,断裂机理为解理断裂。

Al-Cr中间合金在熔融Al-Zn-Mg-Si-Fe镀液中的扩散反应研究

以Al-Cr中间合金锭和熔融Al-Zn-Mg-Si-Fe镀液为研究对象,研究了Al-Cr中间合金锭浸入含不同质量分数Fe的630℃熔融镀液15 h的扩散反应。使用扫描电子显微镜、能谱仪分析了扩散前后Al-Cr中间合金锭组织和成分的变化,同时研究了镀液中Fe质量分数对Cr溶解度的影响。研究发现,随着镀液中的Zn、Mg、Si、Fe长时间向Al-Cr锭内部扩散,Al-Cr锭中原有的Al基体的组织转变成了与镀液成分相近的组织,原有的富Cr第二相转变成了Al-Cr-Zn-Si相和Al-(Fe,Cr)-Si相。随着Al-Cr锭中的Cr向镀液扩散,镀液中Cr质量分数升高,并在5 h后达到饱和。由于Cr和Al、Fe、Si优先形成了Al-(Fe,Cr)-Si金属间化合物,因此镀液中的Fe显著降低了Cr元素的饱和溶解度,当镀液Fe质量分数由0.10%增加至0.42%时,镀液中Cr质量分数由0.047%~0.059%减少至0.012%~0.016%。

镁及镁基中间合金的熔盐电解制备技术全球专利态势与我国布局方向对策研究

本文从熔盐电解法制备金属镁及镁基中间合金相关专利在国内外申请的时间态势、国家(地区)分布、主要申请人分布、技术构成以及区域分布等进行分析。通过本研究发现,2005年之前,美国、日本、加拿大等国家申请人在该领域专利较多;2005年之后,中国申请人在该领域专利申请数量上占绝对优势,但是能够申请国际专利的技术较少,在专利质量上和核心技术上与国外申请人有着一定的差距,国内申请人还存在较大的提升空间。目前中国申请人主要集中在科研院所和高校,技术向产业化转移的程度还比较低,在该领域应加强与企业的交流合作,以促进专利成果的转化。

基于高熵合金中间层的铜/钢TIG焊接头组织与性能

铜/钢复合结构不仅能够满足不同环境对材料性能的要求,还可减少铜材的消耗,将大大降低构件的成本;但铜与钢之间物化性能差异较大,其中极差的相溶性会导致焊后出现液相分离或缺陷。基于焊缝金属固溶-高熵化思路,设计Fe_(5)Co_(30)Cr_(30)Ni_(30)Cu_(5)高熵合金作为中间层,对T2紫铜和Q235钢进行TIG焊接,并对中间层及接头的组织与性能进行分析。结果表明:Fe_(5)Co_(30)Cr_(30)Ni_(30)Cu_(5)高熵合金为单相FCC固溶体结构,具有良好的强度和塑韧性;采用该中间层材料,利用TIG焊方法可实现T2紫铜和Q235钢的可靠连接,焊缝成形良好且无气孔、裂纹等缺陷;焊缝区组织为单相FCC固溶体结构,具有显著的高熵化特征;焊接接头平均抗拉强度为225 MPa,达到铜母材强度的91%,平均断后延伸率达到44%;接头断裂发生在紫铜侧热影响区,且断口表面呈现有大量的韧窝结构,具有显著的韧性断裂特征。