含Zr的Ni_3Al合金中形成的低熔点富Zr相

在含Zr(1.2at-%)的Ni_3Al合金中发现了富Zr低熔点相Ni_5Zr。在1300℃均匀化退火时引起初熔,给粗大凝固组织的消除带来困难,限制了合金性能的进一步提高。

工艺参数对Al-Zr中间合金中初生Al_3Zr相的影响

以Al-K2ZrF6为反应体系,采用Al热还原法,研究了不同工艺参数对Al-Zr中间合金凝固过程中初生Al3Zr相的形貌、尺寸、数量及分布状态的影响.结果表明:随着熔体反应温度的增加,Al3Zr晶体的形貌由小块状逐渐长成长条状,尺寸增加,数量减少;当温度低于1 000℃,晶体呈现小块状;温度高于1 000℃时,晶体呈现长条状;温度为1 000℃时,晶体呈现块状和长条状的混合态.与使用铁模相比,采用耐火材料模时,Al3Zr相尺寸增大,数量减小.随着K2ZrF6加入量的增加,Al3Zr相的体积分数增多,尺寸更细小,分布更均匀.

均匀化前预处理对7150铝合金中Al_3Zr相析出及再结晶的影响

用透射电子显微镜（TEM）及电子背散射（EBSD）技术,研究了均匀化前进行250℃~400℃预处理对7150铝合金中Al3Zr相析出行为及变形后固溶处理过程再结晶抗力的影响。结果表明,7150铝合金是否进行均匀化前预处理,其经470℃24 h的均匀化后其合金中Al3Zr析出相与Al基体均为共格关系。随均匀化前预处理温度降低,Al3Zr析出相的尺寸变小、密度提高;在250℃预处理,随预处理时间延长,最终Al3Zr析出相的尺寸变小、密度提高;当预处理温度超过300℃时,随预处理时间延长,Al3Zr析出相的尺寸变大、密度降低,但预处理时间超过24 h后其影响不明显。7150铝合金铸锭经470℃均匀化前预处理能显著提高其变形后再结晶抗力,经470℃2h固溶处理后,其组织为未再结晶的回复组织;而直接经470℃均匀化处理后的变形样品经470℃2h固溶处理后,其组织为部分再结晶组织。

浇注温度对Al-5Zr中间合金初生Al_3Zr相影响机理研究

基于"固体与分子经验电子理论"(EET),计算了Al-5Zr中间合金熔体的价电子结构参数统计值,构建了高温与低温浇注时铝锆熔体中Al3Zr相的结晶过程模型,研究了浇注温度对Al-5Zr中间合金初生Al3Zr相形貌、尺寸及数量的影响。结果表明:随着浇注温度的升高,Al3Zr晶体的形貌由小块状逐渐长成长条状,平均尺寸增加,数量减少;当温度低于1000℃时,数量较多、A E?值较大的Al-Zr、Zr-Zr原子团簇不断聚集形核,最终形成大量小块状Al3Zr晶体;温度高于1000℃时,数量少、A E?值较大的Zr-Zr原子团簇聚集形核,从而形成数量较少的长条状Al3Zr晶体。建立的模型与实验结果符合较好。

Al-5Zr中间合金初生Al_3Zr相三维形貌及其对浇注温度的依赖性

采用熔盐反应法制备了Al-5Zr中间合金并利用强碱腐蚀获得了初生Al_3Zr相的三维形貌,分析了Al_3Zr相的长大机理,研究了降温过程中浇注温度(1250、1050、950、800℃)对合金中初生Al_3Zr相三维形貌、尺寸及数量的影响,利用JMat Pro软件和面积法分别计算了Al-5Zr中间合金的理论固相率和实际固相率。结果表明:Al-5Zr中间合金中,Al_3Zr相的三维形貌呈现厚板状、薄片状、花瓣状及搭桥状等形貌,这些形貌的形成可以追溯到二维晶核和成分过冷综合作用机制。随着浇注温度降低,Al_3Zr相形貌由薄片状逐渐转化为厚板状,薄片相尺寸减小、数量减少;厚板相尺寸增大、数量增多,两种形貌相的总数量减少。利用JMat Pro软件计算的合金理论固相率与面积法计算的合金实际固相率基本吻合。从合金固相率看,随着浇注温度降低,厚板Al_3Zr相的相对含量增多。

双阶段均匀化对铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr析出的影响

研究了均匀化制度对双辊铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr相析出行为及再结晶的影响,以及Al_(3)Zr析出和再结晶程度对合金力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响.结果表明,相比于传统的单阶段均匀化,双阶段均匀化的第一阶段为Al_(3)Zr的析出提供了更大的形核驱动力和更多的非均匀形核质点,促进了Al_(3)Zr的析出.此外,不同的升温速率对Al_(3)Zr的析出也有影响,缓慢的升温速率有利于细化Al_(3)Zr尺寸,增加Al_(3)Zr的数量密度和体积分数.固溶处理时,Al_(3)Zr相f/r值的变化导致了不同的再结晶抗力,因此在T6处理后双阶段均匀化的试样再结晶组织比例降低,大角度晶界数量减少.Al_(3)Zr相f/r值以及显微组织的变化对合金力学性能的影响较小,显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能.

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

Al-4Zr合金中初生Al_3Zr相生长机制的研究

以Al-4Zr中间合金为原料,通过熔炼得到不同冷却速率的合金试样。利用X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)确定了初生Al_3Zr相的微观结构,通过扫描电镜(SEM)观察了初生Al_3Zr相的数量、尺寸和二维形貌,使用强碱腐蚀并通过SEM观察到了初生Al_3Zr相的三维形貌,进而研究分析了冷却速率对Al-4Zr合金中的初生Al_3Zr相的影响以及不同冷却速率下初生Al_3Zr相的生长机制。结果表明:随着冷却速率的加快,初生Al_3Zr相的二维形貌由粗大的板条状向细针状转变,数量增加,尺寸减小。由于Al_3Zr相的{001}面为光滑界面,生长速率缓慢,冷却速率低时呈粗大板条状的Al_3Zr粒子三维形貌为厚板状,生长机制为二维晶核生长;冷却速率快时呈细针状的Al_3Zr粒子的三维形貌为薄片流星镖状,生长机制为小平面枝晶生长。

Ti、La对贮氢合金ZrMn_(0.7)V_(0.2)Co_(0.1)Ni_(1.2)相结构和电化学性能的影响

研究了贮氢电极合金Zr1-xTixMn0.7V0.2Co0.1Ni1.2的相结构和电化学性能。结果表明,随着掺Ti量的增加,该合金主相中C15型Laves相含量逐渐减少而C14型Laves相含量逐渐增加,同时非Laves相Zr7M10和TiNi相全部消失,说明元素Ti掺杂量的增加抑制了第二相的产生。当含Ti量x=0.2时,该合金具有最大放电容量Cmax为354mAh/g,在放电电流为300mAh/g条件下,高倍率放电性能比母体合金提高了15%。而对于合金Zr0.75Ti0.2La0.05Mn0.7V0.2Co0.1Ni1.2,其活化性能被大大提高,只需4次就能达到最大放电容量372mAh/g,而且经过30次循环仍能保持最大放电容量的93%。

第二相对Zr-4合金在400℃过热蒸汽中腐蚀吸氢行为的影响

采用不同的热处理方法制备了Zr(Fe,Cr)2第二相大小、多少及Fe/Cr比不同的样品,并研究了Zr(Fe,Cr)2第二相对Zr-4合金腐蚀时吸氢行为的影响。结果表明,不同热处理的Zr-4样品,经400℃/10.3MPa过热蒸汽腐蚀后吸氢量差别很大,与耐腐蚀性能之间并没有直接的对应关系。经β相加热空冷处理的样品第二相较小,也比较少,虽然耐腐蚀性能最差,但吸氢分数最低;经800℃加热处理的样品第二相粗大,数量增多,腐蚀速率略低于β相处理的样品,但吸氢分数最高;经720℃和600℃加热处理的样品第二相大小介于前2种样品之间,数量也很多,腐蚀速率明显低于β相处理的样品,但吸氢分数却高于后者。认为镶嵌在金属/氧化膜界面处还未被氧化的Zr(Fe,Cr)2第二相可以作为吸氢的优先通道,因而第二相的大小和数量是影响Zr-4合金腐蚀时吸氢行为差别的主要原因。

元素Ti对贮氢合金ZrMn_(0.7)V_(0.2)Co_(0.1)Ni_(1.2)相结构和电化学性能的影响

研究了元素Ti对贮氢电极合金ZrMn0.7V0.2Co0.1Ni1.2的相结构、相组成以及电化学性能的影响.结果表明,对于合金Zr1-xTix(Mn0.7V0.2Co0.1Ni1.2),其母体合金的主相为C15型Laves相,并含有少量的非Laves相Zr7M10;但随着掺Ti量的增加,合金中出现C14型Laves相,而且其含量逐渐增加;在x=0.1～0.2时,合金中还出现少量的TiNi相,而在x=0.4～0.5时,非Laves相Zr7M10和TiNi相全部消失,说明元素Ti大量的掺杂抑制了第二相的产生;而且随着Ti含量的增加,合金中的C15型和C14型Laves相的晶格常数逐渐减小.电化学测试结果发现,当含Ti量x=0.2时,合金有最大放电容量Cmax为354 mAh/g,在放电电流为300 mAh/g条件下,高倍率放电性能比母体合金提高了15%.

镧对合金ZrCr_(0.4)Mn_(0.2)V_(0.1)Ni_(1.3)相组成、微结构和电化学性能的影响

研究了元素La对合金ZrCr0 .4 Mn0 .2 V0 .1 Ni1 .3相组成、微结构和电化学性能的影响。结果表明 ,在低La含量 (x <0 .0 5 )合金中 ,主相为C15型Laves相和少量C14型Laves相混合结构 ,并含有第二相Zr7Ni1 0 ;而在高La含量 (x =0 .1)合金中 ,主相转为C14型Laves相 ,而C15型Laves相明显减少 ,第二相Zr7Ni1 0 消失。母体合金微结构为枝晶结构 ,少量La的掺杂对合金的枝晶结构影响不大 ,但合金表面存在由于腐蚀造成的少量空洞 ;在含La量为 0 .1时 ,合金枝晶结构消失 ,表面的空洞面积增大。少量La的掺杂可以有效地提高合金的放电容量和活化性能 ,在x =0 .0 3时 ,合金经过 4次循环达到最大放电容量 3 3 6mAh·g- 1 ,比未掺杂合金放电容量提高 5 % ,而活化次数减少了 10次 ,但随着含La量的继续增加 ,合金的放电容量和循环稳定性都遭到破坏。

Zr-Sn-Nb合金第二相粒子结构特征及显微组织演变

采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪结合第一性原理计算,研究Zr-Sn-Nb合金成品带材第二相粒子的结构特征,采用卧式金相显微镜结合Zr-Nb二元合金相图,分析成品带材不同热处理温度条件下显微组织的演变规律。结果表明,Zr-Sn-Nb合金成品带材第二相粒子为椭圆形或圆形,在晶粒内部和晶界呈弥散均匀分布,平均尺寸80.7nm;尺寸较小的第二相为立方结构的β-Nb,尺寸较大的第二相为具有ZrCr_2型六方晶体结构的Zr(Nb,Fe)_2,Nb倾向占据Cr(Ⅱ)位置,Fe倾向占据Cr(Ⅰ)位置;成品带材350℃时具有较好组织稳定性,590℃时显微组织为α-Zr+β-Nb+Zr-Nb-Fe粒子,650℃时显微组织为α-Zr+β-Zr+Zr-Nb-Fe粒子,800℃时显微组织为α-Zr+β-Zr,900℃时显微组织为β-Zr;由于Zr(Nb,Fe)2第二相高温下结构不稳定,650~800℃发生溶解,β-Nb第二相随温度升高,其结构稳定性不及β-Zr,但优于α-Zr,因此Zr-Sn-Nb合金成品带材温度较低时,显微组织中的基体相为α-Zr,随着温度的升高,Zr(Nb,Fe)2、β-Nb第二相消失,基体相α-Zr逐渐被β-Zr取代。

含钪7N01铝合金中Al3（Sc,Zr,Ti）相的析出及其作用机制

钪是铝合金中常见的添加元素,但关于钪在铝合金中的作用机制研究还不够深入。通过电阻炉熔炼方法制备了传统7N01铝合金与新型含钪7N01铝合金,经均匀化处理后将合金热挤压成板材并进行双级人工时效处理。采用电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)对比分析了传统7N01铝合金与新型含钪7N01铝合金的微观组织,对时效态热挤压板材力学性能进行了表征,并分析了合金强化的作用机制。结果表明:经470℃/24h均匀化处理后,传统7N01铝合金中析出了少量的纳米Al3(Zr,Ti)相,而含钪7N01铝合金中析出了大量纳米Al3(Sc,Zr,Ti)相。这种高密度、与基体保持共格的Al3(Sc,Zr,Ti)相对晶界迁移的钉扎效果显著,明显提升了再结晶形核的临界亚晶尺寸,抑制了热挤压过程中的动态再结晶,使含钪7N01铝合金几乎由完全的纤维结构组成。同时,含钪7N01铝合金的抗拉强度和屈服强度分别较传统7N01铝合金提高了10.7%和13.3%。计算结果表明,添加钪引起7N01铝合金的细晶强化和弥散强化效果分别为7和57MPa,强化效果主要来源于Al3(Sc,Zr,Ti)相的弥散强化。

Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金中初生Al3(Sc,Zr)相的形成和组织细化

采用金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)以及背散射电子衍射(EBSD),研究了含0.2%Zr和0.6%Sc的Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金中初生Al3 (Sc,Zr)相的形成及其细化合金铸态组织的机制。结果表明:Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金熔体在凝固过程中析出了初生Al3(Sc,Zr)相,由于其与基体的结构和生长取向相近,作为非均匀形核的核心使合金组织显著细化,并使合金铸态组织从粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶。初生Al3(Sc,Zr)相以α-Al为核心生长,形成了"α-Al+Al3(Sc,Zr)+α-Al+Al3(Sc,Zr)+…"的偶数层共晶结构。

Al_(87)Ni_(10)Zr_3纳米非晶材料的形成及其晶化行为

采用单辊旋淬技术制备快速凝固Al87Ni10 Zr3 合金。利用X -射线衍射、透射电子显微镜分析研究了合金薄带的急冷态和各退火态的显微组织。结果表明 :急冷态组织为非晶态和纳米晶的复合体 ,晶态组织是细小的Al基固溶体 (60～ 80nm)和Al3 (Ni ,Zr)相 (<2 0nm) ,非晶的形成取决于合金成分和凝固速率。低温 (2 0 0℃ )退火导致了非晶的晶化 ;高温 (3 5 0℃ ,2h)退火 ,过饱和Al基固溶体和Al3 (Ni ,Zr)相将析出或转变为亚稳L12 -Al3 Zr和Al3 Ni相 ,L12 -Al3 Zr相尺寸非常细小 (<2 0nm) ,退火时间达到 2 0h ,L12-Al3 Zr相尺寸仍无明显变化 。

Zr对快速凝固Al-Ni合金组织及显微硬度的影响

利用透射电镜研究了 Zr对快速凝固 Al- Ni合金组织及热稳定性的影响。结果表明 :Zr在急冷态时固溶于基体中 ,对合金固溶强化起很大作用 ;在随后热处理 ( 45 0℃× 4h)时以亚稳 L 12 - Al3Zr相析出 ,而这析出相非常细小 ,减缓了合金组织粗化和硬度下降 。

Al-Cu-0.35Zr铸锭及其均匀化组织分析

利用电磁铸造技术对Al-Cu-0.35Zr合金进行连铸,研究磁场对粗大第二相A13Zr的影响,以达到抑制初生相长大的目的;对铸锭进行均匀化处理,研究高含量的Zr元素在均匀化过程中的析出行为。结果表明,Al-Cu合金在电磁场的作用下晶粒得到了明显的细化;电磁铸造可以增强溶质扩散、提高溶质在α-Al中的固溶度、改善宏观偏析,明显降低粗大初生Al3Zr相的长度、宽度及其偏聚程度。

非晶复合材料中析出相对力学性能的影响

不同强化相的组织特征不同可能导致材料不同的力学性能.利用高真空电弧炉制备(Cu50Zr50)100-xAlx非晶复合材料,并采用XRD、SEM等对材料进行表征,研究析出相B2-Cu Zr相的含量及分布状态对非晶复合材料压缩后力学性能的影响.非晶复合材料基体中适量弥散分布的B2-Cu Zr相可有效提高非晶复合材料的屈服强度和压缩塑性,直径3 mm的(Cu50Zr50)97Al3屈服强度已达到2 200 MPa,并能产生23%的压缩塑性.这主要是由于非晶复合材料基体中的析出相B2-Cu Zr相会阻碍剪切带扩展,使剪切带分叉成多剪切带,实现了多剪切带的相互作用,从而使其具有更大的屈服强度和更显著的塑性应变.

Sc和Zr复合微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用水冷铜模.激冷铸造法,制备了三种Sc和Zr含量不同的Al-Zn-Mg-Cu合金薄板材,测试了合金经120℃时效不同时间后的拉伸性能,利用光学显微镜和透射电子显微镜观察了合金的显微组织。结果表明:采用Sc和Zr复合微合金化可明显细化合金的铸态晶粒组织,抑制合金的再结晶,大大提高合金的强度;Sc含量越高,晶粒细化效果越好,合金强度提高也越大;微量Sc和Zr在Al-Zn-Mg-Cu合金中主要以Al3(Sc,Zr)质点的形式存在,初生Al3(Sc,Zr)粒子是在合金凝固过程中形成的,主要起非均质形核的作用,次生Al3(Sc,Zr)粒子是合金在均匀化处理和后续热处理中析出的,起亚结构强化和直接析出强化作用。