Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

微弧氧化后Mg-8Li合金表面MgLiAlY-LDHs@GO膜层的生长及耐蚀性能

目的提高Mg-8Li合金的耐蚀性能。方法首先在Mg-8Li合金表面制备微弧氧化膜(MAO),然后使用原位水热法在微弧氧化膜表面原位生长掺杂氧化石墨烯(GO)的四元(MgLiAlY)层状双羟基金属氧化物(LDHs)智能自修复膜层。采用SEM、XRD、FT-IR、EDS、ICP等手段研究MgLiAlY-LDHs@GO膜层的形貌、结构以及成分。通过EIS、Tafel以及浸泡试验等研究膜层的耐蚀性能,分析膜层的腐蚀行为,阐释其耐蚀机理。结果GO的掺杂可以促使LDHs纳米片生长得更加致密,主体层板中具有缓蚀作用的Y3+可以提高涂层的耐蚀性,四元LDHs的生长所需要的Mg^(2+)、Li^(+)、Al^(3+)等离子来源于镁锂合金基体以及微弧氧化膜的溶解,其中Li+也可以促进LDHs纳米片生长得更为均匀细密。膜层的腐蚀电流密度为6.03×10^(–7)A/cm^(2),比MAO膜层降低了1个数量级,提高了镁锂合金的耐蚀性能。结论GO的负载使LDHs的耐蚀性能和膜层稳定性均有一定程度的提升,引入稀土元素Y会改变LDHs的骨架,造成晶格畸变,使得LDHs微观形貌呈现褶皱状,剩下部分以Y(OH)3形式存在于涂层表面,可进一步提高膜层的耐蚀性能和稳定性。

Zn和Gd元素含量和比例对铸态和挤压态Mg-8Li合金显微组织和力学性能的影响

研究Zn和Gd元素含量及其质量比对铸态和挤压态Mg-8Li合金显微组织和力学性能的影响。挤压后,析出相破碎。β-Li中分散着粒径约100 nm的球形微粒。形成了由长条状α-Mg粗晶和再结晶β-Li细晶组成的双峰结构。挤压后合金的强度和塑性显著提高,且屈服强度和极限抗拉强度随Zn和Gd含量的增加而增加。Mg-8Li-8Zn-2Gd合金表现出最优的综合性能,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为274 MPa、283 MPa和39.9%。挤压态合金主要强化机制为由β-Li的细晶强化和α-Mg的织构强化组成的双模态结构强化和析出相的弥散强化。

变形处理对Mg-Li合金显微组织演变和力学性能的影响

镁锂合金具有较高的比强度和比刚度、优秀的电磁屏蔽效应和阻尼性能等优点,是目前最轻的金属结构材料,在自动化、航空、交通运输、医疗等领域有广泛的应用前景。但是,和其他金属结构材料相比,镁锂合金的强度仍然偏低,需要对镁锂合金进行合金化或者变形处理来提高力学性能。总结了各类变形处理镁锂合金的研究现状,讨论了常规变形加工和剧烈塑性变形加工对镁锂合金显微组织和力学性能的影响,并总结了变形加工过程中形变量和温度对显微组织和力学性能的影响,以及镁锂合金的几种晶粒细化机制,阐述了镁锂合金在工业应用中遇到的问题。晶粒细化和加工硬化目前仍然是提高镁锂合金性能的主要手段。强调了几种变形和结构设计(异质材料),这将有助于镁锂合金的创新工作,从而得到高强度镁锂合金。

Mg^(2+)掺杂对富锂层状氧化物材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)的影响

Mg^(2+)作为一种电化学惰性的阳离子,由于其离子半径(0.072 nm)与Li^(+)的离子半径(0.076 nm)相近,因此被广泛应用于取代富锂层状氧化物(LLOs)材料中Li^(+)的位置。然而,Mg^(2+)对LLOs材料晶体结构的影响还存在争议。利用溶胶凝胶法成功制备了一系列Mg^(2+)掺杂富锂正极材料Li_(1.2-x)Mg_(x)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2),通过X射线衍射仪和X射线光电子能谱等对其晶体结构和元素价态进行了系统的研究。结果表明,Mg^(2+)掺杂导致LLOs材料晶胞参数的增加。通过与Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)材料的电化学性能对比发现,Mg^(2+)掺杂有效地提高了LLOs材料的电化学性能。经过优化后,Mg-0.03样品展现出最优异的电化学性能,在0.1 C倍率下的初始放电比容量为291.9 mA•h/g,首圈库伦效率为78.40%。

挤压比对双相Mg-8Li-6Zn-2Gd合金显微组织、织构和力学性能的影响

通过显微组织观察、织构分析和拉伸测试等手段研究挤压比对双相Mg-8Li-6Zn-2Gd合金显微组织、织构和力学性能的影响。结果表明:均匀化态Mg-8Li-6Zn-2Gd合金中含有α-Mg、β-Li、Mg Li Zn、I相和W相。经热挤压后,共晶I相被碾碎成细小颗粒状,而W相保持原有块状形状。合金中α-Mg基体和β-Li基体在热挤压过程中均发生了动态再结晶(DRX),且晶粒随着挤压比的增加逐渐细化。经热挤压后,α-Mg基体的基面织构弱化和柱面织构增强是由于非基面滑移的激活;β-Li基体中形成明显的α和γ纤维织构主要与动态回复与动态再结晶相关。热挤压同时提升Mg-8Li-6Zn-2Gd合金的抗拉强度和伸长率,并在挤压比为16:1时获得最佳的综合力学性能。

AlLi相对Mg−Li合金热压缩变形行为和动态再结晶的影响

采用等温热压缩实验研究含有AlLi相的Mg−5Li−3Al−2Zn(LAZ532)合金的热变形行为;变形温度和应变速率范围分别为473~623 K和0.001~1 s^(−1)。LAZ532合金热变形过程中AlLi相能够阻碍位错运动,从而显著提高合金的峰值应力值。为精确预测LAZ532合金的热变形行为,构建相应的应变补偿Arrhenius本构模型,预测结果与实验结果吻合良好。基于Murty准则,建立相应的热加工图,合理的加工区域在538~623 K和0.001~0.01 s^(−1)范围内。在高应变速率变形条件下,AlLi相不利于LAZ532合金在热压缩过程中的流动稳定性和动态再结晶。此外,变形温度会改变LAZ532合金的动态再结晶形核机制。

Al-Zn-Mg-Cu-Li合金均匀化与固溶热处理工艺优化

本文研究了Al-7-4Zn-1-5Mg-1-7Cu-1-1Li(wt-%)合金在不同均匀化和固溶处理条件下的显微组织和力学性能。结果表明,该铝合金的铸态组织主要由α-Al基体、Li_(3)CuAl_(5)相和Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相构成。为充分溶解第二相,提高过饱和固溶度,需要改善该含Li合金的热处理工艺。优化后的热处理工艺为510℃/24 h均匀化处理加510℃/1 h固溶处理。对比发现,使用优化后的热处理工艺可明显减少该合金中第二相颗粒的含量,且不发生过烧。相比传统均匀化和固溶热处理制度(460℃/24 h+475℃/1 h),采用新的均匀化和固溶工艺后,合金120℃时效峰值硬度提升了34-3 HV,提升幅度约22%。

Li-Mg-N-H体系储氢材料的研究进展

以Mg(NH_(2))_(2)-2LiH为代表的Li-Mg-N-H体系储氢材料因其储氢容量高、吸放氢可逆、热力学性能较为适宜等优势,被认为是目前最有望实现车载实用化的固态储氢材料之一。该体系的最大问题是吸放氢反应的动力学壁垒较高。综述了Li-Mg-N-H体系主要的成分体系及储氢性能、储氢性能的改善和规模化应用探索等相关研究进展。Li-Mg-N-H体系储氢性能改善的策略主要为材料纳米化和催化改性,其中有效的催化改性剂包括碱金属基化合物(不含硼氢化物)、金属硼氢化物、过渡金属及其化合物、碳材料等。最后,讨论了该体系实现车载实用化需要重点关注的研究方向。

LiCl-KCl-MgCl_(2)熔盐体系中Li-Mg共沉积机理研究

Li-Mg合金作为锂电池负极材料在新能源领域中具有广阔的应用前景,熔盐电解法制备Li-Mg合金极具优势。本文采用三电极体系研究了Mg2+在LiCl-KCl-MgCl_(2)熔体中钨电极上的电化学行为及Li-Mg共沉积机理,探究了MgCl_(2)浓度对电解共沉积Li-Mg的影响。方波伏安法与计时电流法实验结果表明:Mg2+在钨电极上一步两电子还原为金属Mg,属于瞬时成核过程,不受温度的影响。计时电位法实验结果表明:随着MgCl_(2)浓度的增加,LiCl-KCl-MgCl_(2)熔体电解共沉积Li-Mg所需的阴极电流密度逐渐增大。当LiCl-KCl-MgCl_(2)熔体中MgCl_(2)浓度为5%时,实现Li-Mg共沉积的最小阴极电流密度为0.287 A/cm^(2)。恒电流电解结果表明:当MgCl_(2)浓度≤5%时,Li-Mg产品中金属Mg含量随着熔体中MgCl_(2)浓度的增加而增大,当MgCl_(2)浓度达到10%时,电解仅得到金属Mg。

多向锻造道次对Mg-5.21Li-3.00(Al-Si)-2.16Sn1.90Y-0.93Er合金组织性能的影响

为了提高镁锂合金强度,采用多向锻造制备了一种新型Mg-5.21Li-3.00(Al-Si)-2.16Sn1.90Y-0.93Er合金,采用光学显微镜、X射线衍射仪与拉伸试验机研究其组织与性能。研究表明:多向锻造可以有效提高该合金的综合力学性能。通过拉伸实验可知,该合金经过9道次多向锻造,极限抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为239 MPa、165 MPa、26.2%。经过9道次的多向锻造后实现最佳晶粒细化,9道次下的晶粒尺寸同铸态相比细化了95%。在多向锻造后的该合金中观察到D型和D+C型Portevin-Le Chatelier效应,并讨论了Portevin-Le Chatelier效应与孪晶之间的关系。X射线衍射分析表明,该合金在室温下存在α-Mg相、Al2Y、AlLi、Mg_(2)Si和Mg_(2)Sn金属间化合物。

Mg-3.0Li-2.0Al-2.0Sn-1.0Y-0.5Er合金力学性能与组织演变

为了提高合金的力学性能,通过微合金化的方法设计了一种新型超轻Mg-3.0Li-2.0Al-2.0Sn-1.0Y-0.5Er合金,通过熔铸、均匀化、多向锻造和异步轧制工艺获得了细晶镁合金板材。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征手段研究了合金微观组织的演变,利用拉伸试验机测试了合金变形前后的室温拉伸性能,研究了不同状态下合金的力学性能,讨论了合金力学性能与微观组织转变的影响因素。结果表明,在铸态Mg-3.0Li-2.0Al-2.0Sn-1.0Y-0.5Er合金中存在着α-Mg基体和Mg_(2)Sn、AlLi、Al_(2)Y和Al_(2)Er等第二相颗粒,多向锻造和异步轧制组合工艺有效地细化了Mg-3.0Li-2.0Al-2.0Sn-1.0Y-0.5Er合金的晶粒,使合金的平均晶粒尺寸减小到7.15μm,室温下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高至255 MPa、220 MPa和24.9%。

Mg-Li-Al-Zn-RE合金铸态和退火态的组织与性能

制备了Mg-xLi-5Al-1Zn-0.8RE系合金。研究了不同Li含量和均匀化退火工艺对Mg-xLi-5Al-1Zn-0.8RE系合金组织及性能的影响。结果表明,随着Li含量增加,合金的强度下降,塑性变形能力提高;随均匀化退火温度的升高和时间的延长合金中α相发生了融合和长大,显微硬度增加。

微量Ag,Mg对Al-Cu-Li合金时效特性和显微组织的影响

研究了微量Ag,Mg对Al-Cu-Li合金显微组织和时效特性的影响。结果表明:单独加Ag对Al-Cu-Li系2197合金的固溶强化效果很小,但有较强的时效强化作用,Ag含量不同,时效强化效果也不同;Ag,Mg共同加入提高了T1相(Al2CuLi)的析出速率和析出密度,使合金具有较大的固溶强化效果及最强烈的时效响应和时效强化效果。Ag,Mg的添加对合金的不同影响可通过溶质原子与空位、溶质原子与溶质原子之间的相互作用来解释。

超轻Mg-Li-Al系变形镁合金冷轧及热处理后的组织和性能

研究了超轻变形镁合金Mg (5% ~ 22%)Li 2%Al冷轧性能,热处理特性以及机械性能。合金的密度为1.206~1.642g/cm3。在室温条件下β相合金(16%和22%(质量分数)Li)具有非常良好的延展性,压下极限可达到90%以上。研究了Mg Li Al 系变形镁合金铸锭经不同温度、时间均匀化退火后的组织性能。对均匀化后的合金锭进行了冷轧,轧后板材在不同温度下进行了退火,研究其再结晶行为及组织性能。结果表明, Mg 9Li 2Al 2Ca合金在573K温度均匀化退火12h后合金铸锭组织均匀,有利于冷轧开坯变形;而对于Mg 9Li 2Al 合金, 523K 温度均匀化退火24h后组织较好。冷轧合金板材在573K温度退火1h 可发生完全再结晶,生成细小均匀的等轴晶组织。

Ca对变形Mg-9Li-2Zn合金显微组织和机械性能的影响

实验熔制了Mg9％Li-2％Zn（质量分数）合金并研究了添加质量分数为0.1％～0．5％的巳对合金的影响．合金板材具有良好的冷加工性能，室温下可以轧成2mm厚的薄板．研究了微量元素巳对板材显微组织和机械性能的影响．室温下对板材进行拉伸测试，结果表明添加元素已能够提高合金的机械性能，当添加质量分数为0．1％的Ca时，板材的抗拉强度和延伸率分别提高了19％和6％，随着Ca含量的增加，强度略有提高而延伸率下降．通过显微观察可知，Ca对显微组织有细化作用，其中含Ca0．1％时效果最明显．通过分析结果可知Ca在晶界处的吸附致使显微组织细化，进而影响了板材的机械性能．

Mg-9Li-5Gd-1Zr合金的组织转变及力学性能

采用常规熔炼工艺制备Mg-9Li-5Gd-1Zr合金,考察了合金元素、均匀化热处理及ECAP挤压对Mg-9Li双相合金组织转变与力学性能的影响。结果表明,合金元素Gd和Zr能显著细化Mg-9Li双相合金中的α-Mg相,使其成为细小的条状,并均匀分布于基体中;与形成的具有取向分布的针状Mg3Gd对铸态合金起主要强化作用。均匀化热处理使β-Li基体晶粒明显长大;β-Li基体内的针状Mg3Gd相发生部分溶解、数量急剧减少;条状α-Mg相沿晶界偏聚长大,形成块状;合金强度较铸态略有下降,伸长率显著提高。ECAP一道次挤压在细化基体组织,改善组织均匀性的同时,导致均匀化处理合金中条状α-Mg相和针状Mg3Gd相破碎细化,诱导回溶的Mg3Gd相沿流变方向再次析出,合金较均匀化处理的强度、塑性均有所下降。

Al-Li-Mg(Ti)合金形成焓的EAM研究

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合纯元素的晶格常数、空位形成能、结合能和体积弹性模量等,确定了Al、Li、Mg和Ti4个元素的嵌入原子模型参数.不同元素之间的相互作用势的参数由拟合实验或第一原理计算结果确定.用确定的嵌入原子模型分别计算了由Al、Li、Mg和Ti元素构成的二元系以及三元系中的有序合金化合物的形成焓,计算结果与已有的实验结果和第一原理计算结果符合得比较好.

Y对Mg−4Li−3Al合金显微组织演变及力学性能的影响

为制备轻质高性能镁合金,将稀土元素Y添加至Mg−4Li−3Al(质量分数,%)合金。采用金相显微镜、扫描电子显微镜及拉伸试验研究Y含量对于Mg−4Li−3Al合金显微组织演变与力学性能的影响。研究发现,铸态Mg−4Li−3Al合金的力学性能经挤压后得到显著提高。热挤压Mg−4Li−3Al−1.5Y合金的综合力学性能最优,抗拉强度为248 MPa、伸长率为27%。热挤压Mg−4Li−3Al−1.5Y合金的力学性能提升是晶粒细化、固溶强化和析出相强化协同作用的结果。

Li_3N、Mg_3N_2、Ca_3N_2催化作用的比较和分析

Li3N、Mg3N2 和Ca3N2 是高温高压下以hBN为原料合成cBN的催化剂。在实验中发现它们对常压高温下生成hBN的反应也表现出催化作用。对比了三种氮化物催化效果的差异 ,发现三种氮化物都只有在熔融状态下才能表现出催化效果 ,以及三种氮化物对生成hBN反应的催化效果与它们在高温高压下合成cBN反应的催化效果次序相似。