退火工艺对Zn/AZ31/Zn复合板材界面微观结构及力学性能的影响

采用热轧工艺制备Zn/AZ31/Zn复合板材,研究退火温度与时间对板材界面微观组织及力学性能的影响。结果表明:退火温度对界面扩散层的形成影响较大,低温退火无法形成良好的界面扩散层,而在200℃退火,可获得由Mg4Zn7和MgZn2相组成的良好的冶金结合界面。较高的温度(300℃)导致界面脆性Mg2Zn11相的析出,而引发微裂纹。在同一温度下,退火时间的延长仅影响扩散层的厚度,对其相组成没有影响。退火处理使板材的强度降低,但是塑性有所提高,在200℃热处理1 h获得的复合板材综合力学性能较好。

Zn基钎料钎焊镁合金AZ31B接头的钎缝物相及力学性能

以Zn基钎料对变形镁合金AZ31B进行了高频感应钎焊,研究了钎焊接头的钎缝物相及力学性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线能谱分析仪等分析了钎焊接头的界面组织及钎缝物相,测试了钎焊接头的强度及钎缝组织的显微硬度。结果表明:钎料与母材发生界面反应,在钎缝中生成α-Mg,γ-MgZn相。钎焊搭接接头平均抗剪强度为55MPa,对接接头平均抗拉强度为77MPa。接头的主要断裂形式为沿晶脆性断裂,断裂主要产生在α-Mg+γ-MgZn共析体组织处和α-Mg基体与α-Mg+γ-MgZn共析体组织的界面处。

Ni/Al/Zn钎料层对AZ31/2024异种金属钎焊接头组织及性能的影响

采用Ni/Al/Zn复合钎料层对AZ31和2024合金实现了大气环境下、无钎剂的超声辅助瞬间液相扩散连接(U-TLP),研究采用Ni层、Ni/Zn层、Zn/Ni/Zn层及Al/Zn/Ni/Zn层时钎缝的微观组织及接头的力学性能,分析Ni箔、Al箔及Zn箔在U-TLP过程中的作用。结果表明:通过调整Ni/Al/Zn复合钎料层的组合形式,可以实现对钎缝微观组织的调控及力学性能的改善,采用Al/Zn/Ni/Zn复合钎料层时钎缝剪切强度达到最高值(95.3MPa)。Ni箔起到了"物理屏障"的作用,阻碍了Mg-Al金属间化合物(IMCs)的形成,但是由于铝合金一侧钎缝仅由Al_(3)Ni组成,接头剪切强度仅为21.2 MPa。Zn箔的添加促进铝母材溶解,增加Al_(3)Ni的数量并形成Zn-Al共晶,提高2024合金一侧的连接强度。Al箔的填入降低AZ31合金的溶蚀,并在镁合金侧形成MgZn_(2)、MgZn和含有Mg_(2)Ni、Al_(3)Ni、AlMg_(4)Zn_(11)和NiZn_(8)的混合IMCs层的组织,提高AZ31合金与Ni箔的连接。

La_(2)O_(3)对AZ31镁合金表层扩渗Zn的影响

通过在AZ31镁合金表面固态扩渗Zn,研究La_(2)O_(3)稀土元素对AZ31表面固态扩渗Zn层形成机理的影响。在390℃下,选用La_(2)O_(3)+Zn粉为渗剂,分别在2,4,6 h的条件下对AZ31进行固态扩渗,然后借助金相显微镜和X射线衍射仪(XRD)对扩渗层的物相组成和显微结构进行研究,探索和建立La_(2)O_(3)稀土对AZ31扩渗Zn机理影响的模型。结果表明:在扩渗2 h时,跃迁能量不足,没有渗层产生;在4 h时,发生合金转变Mg_(0.97)Zn_(0.03)+Zn→MgZn+MgZn_(2);6 h时发生包晶反应L+MgZn_(2)→Mg_(2)Zn_(3);在390℃下对AZ31镁合金进行Zn+La_(2)O_(3)粉的固态扩渗,La_(2)O_(3)由于活泼的化学性,破坏了AZ31基体表层结构,加快了渗剂Zn的扩渗速度,前期主要为原子扩散,中期为液态扩散+合金转变Mg_(0.97)Zn_(0.03)+Zn→MgZn+MgZn_(2),后期为液态扩散+反应扩散(包晶)L+MgZn_(2)→Mg_(2)Zn_(3)。

AZ31镁合金固态扩渗La2O3+Zn渗层组织演化过程研究

通过在AZ31镁合金表面固态扩渗La 2O 3+Zn,研究扩渗层的组织演化特征,揭示La 2O 3在扩渗过程中的作用机理。对AZ31镁合金在390℃下进行4 h的表面固态扩渗La 2O 3+Zn粉末,La 2O 3在扩渗剂中的质量分数分别为0.0%、0.2%、0.4%、0.6%。通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪,研究随La 2O 3含量的变化,渗层的形貌特征和物相组成的变化规律。随扩渗剂中La 2O 3含量的增加,渗层组织发生了明显的变化。当扩渗剂中无La 2O 3时,AZ31镁合金表面无渗层出现;当扩渗剂中La 2O 3的质量分数为0.2%时,在AZ31镁合金表面可观察到有明显的渗层,渗层主要由Mg 0.97 Zn 0.03+MgZn+Mg 2Zn 3+MgZn 2组成。当La 2O 3在扩渗剂中的质量分数超过0.4%以后,AZ31镁合金基体消失,渗层组织中的物相不再发生变化,Mg 2Zn 11+Mg 0.97 Zn 0.03+MgZn+Mg 2Zn 3+MgZn 2主要存在于渗层中。随扩渗剂中La 2O 3含量的增加,渗层组织变得粗大,Mg 0.97-Zn 0.03和Mg-Zn化合物分别减少和增加,渗层中主要物相为MgZn。建立了AZ31镁合金表面固态扩渗La 2O 3+Zn粉末的扩散物理模型,扩渗过程中主要是Zn原子的扩散,Zn在AZ31镁合金表面的扩散机制为空位扩散。分析了扩渗剂中不同含量的La 2O 3渗层的组织演化和作用机理,发现La 2O 3在扩渗过程中起到了催化剂的作用,增强了Zn原子的活动能力,在相同的外界扩渗条件下,La 2O 3促进了Zn与Mg发生反应从而扩散形成不同的Mg-Zn化合物。

Sc含量对Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu-0.15Zr铝合金板材组织与力学性能的影响

利用金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)结合万能材料试验机研究Sc含量(质量分数)从0.034%增大至0.215%时,Sc含量对T6态Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu-0.15Zr铝合金板材中过剩结晶相、弥散相、析出相、晶粒及力学性能的影响。结果表明:Sc含量从0.034%增加至0.215%,T相和Al_(7)Cu_(2)Fe相过剩结晶相粒子组态无明显变化;纳米级Al_(3)(Sc,Zr)弥散相粒子的尺寸不变但数量呈现出先增多后减少的趋势;析出相粒子尺寸先细化后粗化,数量先增多后减少。当Sc含量为0.189%时,合金板材中出现3~5μm的初生Al_(3)(Sc,Zr)粒子,其数量随Sc含量增加而增多。T6态Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu-0.15Zr-(0.034-0.139)Sc合金板材的晶粒呈纤维状,且随Sc含量增加,纤维状晶粒逐渐细化、长度逐渐缩短;当Sc含量为0.189%时,合金板材发生明显再结晶,其晶粒均为细小类球状等轴晶;当Sc含量从0.034%增加至0.215%,T6态合金板材的强度和伸长率均随Sc含量增加呈现出先升高后降低的趋势;当Sc含量为0.139%时,合金板材的性能最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为701 MPa、665 MPa和8.0%。

Mg-3Al-1Zn-(0～0.5)Sr镁合金铸态组织中的第二相研究

为系统研究微量Sr对铸态AZ31镁合金组织中第二相的影响，且为含sr的Mg—Al-Zn系合金设计提供理论基础，通过X射线衍射分析（XRD）、差热分析（DSC）、扫描电镜观察（SEM）和能谱分析（EDS）等手段，对Sr含量为0～0．5（质量分数，9／6，下同）AZ31镁合金铸态组织中的第二相的类型及形成原因进行了分析。结果表明：铸态AZ31合金中除了Mg17Al12相以外，还存在少量的小块状Mg21（Zn，Al）12相。添加Sr含量为0．1的AZ31合金中存在Mg17Al12、Mg21（Zn，Al）17相以及少量Al4Sr相，添加Sr含量为0．3的合金组织中能观察到Al4Sr、Mg21（Zn，Al）17相以及少量Mg17Al12相，而在添加Sr含量为0．5的合金中仅能观察到Al4Sr和Mg21（Zn，Al）12相，Mg17Al12相的形成受到抑制。此外，层片状共晶Al4sr相的数量在质量分数为0．3～0．5的区间随着Sr含量的增加显著增多，

AZ91D基CaP-CS-CNTs复合锌膜层制备及性能

以AZ91D镁合金为基体,采用电泳沉积结合磷酸盐缓冲溶液浸渍的方法制备复合Zn^(2+)的AZ91D镁合金基钙磷(Calcium Phosphate,Ca P)/壳聚糖(Chitosans,CSs)/碳纳米管(Carbon Nano Tubes,CNTs)复合膜层,利用单因素的实验方法,对Zn^(2+)载入量进行优化,选择一种最佳的剂量,并对AZ91D镁合金基复合膜层的生物活性进行研究.结果表明,AZ91D镁合金基Ca P-CS-CNTs-Zn复合膜层(CCZ膜层)的最佳制备工艺为Zn(NO_3)_2的加入量为0.05 g,材料具有良好的生物活性,材料的抗菌性可以在植入材料后的14 d左右,持续发挥作用.

扩渗时间对镁合金表面扩渗Zn+La2O3组织与性能的影响

在390℃对AZ31镁合金进行固态扩渗Zn+La2O3(扩渗剂中La2O3质量分数为0.4%)处理,扩渗时间分别为0、2、4、6h。研究了不同扩渗时间下镁合金表面渗层组织的变化,并测试了镁合金表面扩渗层的硬度和耐腐蚀性能。结果表明:当扩渗时间为2h时,未出现扩渗层;当扩渗时间为4h时,扩渗层中出现了Mg0.97Zn0.03固溶体和Mg-Zn化合物(MgZn+Mg2Zn3+MgZn2+Mg2Zn11)。随着扩渗时间的延长,使得Zn原子的扩渗能力增强,Mg和Zn反应扩散形成了多种化合物,在AZ31镁合金表面得到了扩渗层。当扩渗时间为6h时,Mg7Zn3作为一种新相出现在了扩渗层中,同时,扩渗层组织粗化。扩渗试样的硬度随扩渗时间的增加而增加,而耐腐蚀性能在扩渗时间为4h时为最佳。

La2O3对AZ31镁合金固态扩渗Zn的组织与性能影响

在390℃对AZ31镁合金进行表面固态热扩渗La2O3+Zn粉末4 h,La2O3在扩渗剂中的质量分数分别为0、0.2%、0.4%、0.6%。研究了添加不同质量分数扩渗剂下镁合金表面渗层组织的变化,测试了镁合金表面扩渗层的硬度和在3.5%的NaCl溶液+石英砂中的冲刷腐蚀磨损性能。结果表明,当未加入渗剂时,Zn原子扩散能力不足,未出现渗层。当加入0.2%的扩渗剂时,Zn原子扩散能力增强,扩渗层中会出现不同的Mg-Zn化合物(Mg0.97Zn0.03+β-Mg17Al12+α-Mg+MgZn+Mg2Zn3+MgZn2),La2O3在扩渗过程中起到了催化剂的作用。当扩渗剂中La2O3的质量分数超过0.4%时,AZ31镁合金基体消失,渗层中的物相数量保持不变。La2O3含量越高,组织越粗化,组织的变化导致硬度和冲刷腐蚀磨损性能发生变化。硬度随渗剂中La2O3含量的增加而增加,而冲刷腐蚀磨损性能在La2O3质量分数为0.2%时最佳。

多道次热辊轧制Al/Mg层状复合板材结合面特性

为研究热辊轧制对层状复合材料组织性能的影响,本文采用多道次热辊轧制工艺制备了Al/AZ31B/Al多层复合板材,通过OM、XRD、SEM及设计模具测试,分析了不同压下率、退火温度对复合板材界面微观形貌和结合性能的影响规律。结果表明:热辊轧制兼具变形和促进扩散层的形成双重作用,大压下率复合板材结合界面形成不连续的扩散层。随着压下率增加,结合面由平直逐渐呈显著的“波浪”型,相近的剪切坡度成对出现且角度相近,过大压下率导致异质材料变形过程难以协调,镁层厚度方向减薄明显的部分区域出现裂纹。退火后Al/Mg结合界面形成了更有效的冶金结合,随着退火温度的升高,扩散层厚度不断增加且有分层现象,金属间化合物为Al_(3)Mg_(2)(β相)和Mg_(17)Al_(12)(γ相)。剥离形貌为准解理断裂,退火温度过高时,板条状的金属间化合物变得更加粗大,两金属板材会从金属间化合物层开裂。在压下率为60%~70%,退火温度为200~250℃时有利于热辊轧制复合板材的结合强度提升.

Al/Mg搅拌摩擦焊接接头组织及性能研究

针对5052铝合金/AZ31镁合金,进行了异种搅拌摩擦焊搭接试验,通过宏观和微观分析、硬度和拉剪力测试探究了Zn中间层对于铝/镁搭接接头组织和性能的影响。结果显示,焊缝搅拌区底部形成了厚度较均匀的金属间化合物(intermetallic compounds,IMCs)层,未加Zn层时,IMCs层由铝基体、尺寸较大呈条带状的Al_(3)Mg_(2)及网格状Al_(12)Mg_(17)化合物组成,拉剪力为3.9 kN,断裂方式为解理脆性断裂;加入Zn层后,IMCs厚度随Zn中间层厚度的增加而增加,IMCs层厚度最小为330μm,内部主要由网格状Al_(12)Mg_(17)组成,网格状内部出现了小尺寸颗粒状的Mg-Zn以及Al-Mg-Zn IMCs;焊缝截面水平方向,搅拌区硬度为160HV,垂直方向硬度值最高达210HV,拉剪力最大值为4.79 kN。研究表明,生成的Mg-Zn和Al-Mg-Zn IMCs是导致拉剪力较未加Zn层时提高20%的主要原因。