Cu-Cr-Co-Ti合金微观组织和高温性能研究

采用真空感应熔炼结合两步低温轧制-时效处理(CRA)工艺制备了Cu-Cr-Co-Ti合金,分析了峰时效样品的室温性能和高温性能。通过电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)观察了Cu-Cr-Co-Ti样品的微观组织。结果表明:两步低温轧制-时效处理能够在铜基体中引入高密度的变形孪晶片层、位错和纳米析出相,有效提升了Cu-Cr-Co-Ti合金的室温强度和导电率。具有面心立方结构的纳米Cr析出相均匀弥散地分布在铜基体内,和基体具有立方-立方位向关系。Co和Ti元素能够聚集在纳米Cr析出相表面上,阻碍了析出相在时效处理和高温变形过程的粗化和长大现象。在经过300℃高温拉伸测试后,纳米Cr析出相仍稳定地阻碍了晶界运动,显著提升了Cu-Cr系合金的高温性能。经过500℃时效处理2 h后,峰时效CRA样品的室温抗拉强度为571 MPa、导电率为73.9%IACS(国际退火铜标准)。高密度孪晶片层具有优异的热稳定性,将铜合金在300℃和400℃下的高温强度分别提升至481 MPa和379 MPa。

3D打印镍基合金GH3536化学机械抛光机理研究

目的实现无瑕疵的3D打印镍基合金GH3536超光滑镜面,揭示镍基合金GH3536在不同成分溶液下的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)去除机理。方法采用单因素实验法通过CMP对镍基合金GH3536展开研究。采用电化学测试技术和X射线光电子能谱(X-rayPhotoelectron Spectroscopy,XPS)分析3D打印镍基合金GH3536在不同p H值、不同氧化剂浓度和不同抛光液类型下的溶解与钝化行为。结果当pH值为3~3.5、H_(2)O_(2)质量分数为10%时,可获得最优的材料去除率(MRR为20.24 nm/min)和表面粗糙度(Surface Roughness,其中Ra为0.684 nm,S_(a)为1.699 nm),CMP抛光面可达到超光滑低损伤的镜面效果。根据电化学和XPS测量结果,建立了化学反应方程,确定了去除机理,具体为:在化学机械抛光过程中,镍基合金GH3536表面首先被H_(2)O_(2)氧化成Ni、Fe等氧化物;其次,在酸性H^(+)作用下,氧化物转化为Ni^(2+)、Ni^(3+)和Fe^(3+)等多价离子;最后,多价离子会与柠檬酸发生络合反应生成较软的柠檬酸盐络合物,在CMP抛光中发生去除。结论与传统电化学加工相比,采用CMP加工的3D打印镍基合金GH3536的表面粗糙度更低,表面形貌更好,可用于对面型精度要求较高的镍基合金的超精密加工。基于电化学测试技术和XPS深度剖析的方法有效揭示了镍基合金GH3536的材料去除机理,获得了不同p H值、氧化剂浓度和不同抛光液种类对材料去除机理的影响规律。为获得新型高质量表面的3D打印合金材料提供指导意义。

Cu含量和热处理工艺对Al-Si-Mg-Mn-xCu铸造铝合金显微组织和力学性能的影响

采用三维X射线显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及硬度测试系统研究Cu含量及热处理工艺对真空压铸Al-Si-Mg-Mn-xCu合金显微组织和力学性能的影响。研究发现,虽然Cu含量增加会提高铸锭中气孔的密度和尺寸,但是Cu添加将促进凝固过程中含Cu初生相(Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu)的形成,从而提高合金性能。合金中形成5种不同结构的初生相,包括共晶Si、α-Al(Fe,Mn)Si、β-Mg_(2)Si、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。随着Cu含量增加,θ相的面积分数迅速增加,α-Al(Fe,Mn)Si相面积分数首先降低,随后缓慢增加,而Q相的变化趋势与α-Al(Fe,Mn)Si相相反。这些初生相在热处理过程中会出现不同的演变规律。在随后的时效处理过程中,Q'和θ'相的协同析出能显著提高合金的时效硬化潜力。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

Al与FeNiCoCrMn系高熵合金扩散焊界面研究

采用放电等离子烧结(SPS)对Al与FeNiCoCrMn高熵合金(HEA)及其六种子集(Ni、NiCo、FeNi、FeNiCo、NiCoCr、FeNiCoCr)进行固相扩散焊,探究了其扩散焊界面层微观组织、元素分布、相组成与显微硬度.结果表明,FeNiCoCrMn HEA对Al具有更好的扩散阻挡作用,其扩散焊界面层厚度最薄,仅为14.5μm.Ni、NiCo、FeNi的扩散焊界面生成金属间化合物(IMCs)以Al_3Ni-类型IMC为主,而FeNiCo、NiCoCr、FeNiCoCr、FeNiCoCrMn的扩散焊界面以Al_(13)Fe_(4)-类型IMC为主,且当Al_(13)Fe_(4)-类型IMC在界面IMC扩散层的占比越大,界面的软化效果越显著.FeNiCo合金与Al扩散焊界面软化效果最明显,界面硬度最低,仅为424 HV.

固溶-时效过程中微量Er和Zr添加对6082铝合金力学性能的影响

微量Er和Zr添加是提升6系铝合金力学性能的有效途径,然而微量Er和Zr添加后固溶时效工艺对力学性能的影响机制研究仍不充分。本文研究通过硬度和拉伸性能测试等方法,综合分析固溶-时效过程中添加微量Er和Zr(0、0.1Er+0.1Zr(%)和0.2Er+0.2Zr(%))对6082铝合金力学性能的影响。结果表明,添加Er和Zr对不同固溶温度(530、540、550、560℃)下6082铝合金硬度变化趋势影响较小,较优固溶工艺为540℃×0.5 h。在170℃时效过程中(0~12 h),添加Er和Zr后的Er+Zr/6082铝合金布氏硬度均在8 h时达到峰值,相比于6082铝合金峰时效时间提前2 h。Er和Zr添加降低Mg2Si相的热力学形核能,加快了时效期间Mg2Si相生长和演变过程。

FeCrNi(AlTi)_(x)双相中熵合金的组织结构及其力学性能

采用真空悬浮感应熔炼法制备了FeCrNi(AlTi)_(x)(x=0、0.2、0.34和0.49)双相中熵合金,研究Al和Ti含量变化以及均匀热化处理对合金微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着Al、Ti含量的增加,合金的相结构由FCC单相结构转变成FCC和BCC的双相结构,且随着Al、Ti含量的增加,BCC相的体积分数明显增加,合金的压缩屈服强度和硬度显著增加。均匀化热处理之后,FeCrNi(AlTi)_(0.2)合金的屈服强度和极限抗拉强度分别达到了519和852 MPa,伸长率提升到了17.2%,均匀化热处理使得铸态合金中部分元素的偏析能够均匀分布在基体中,从而实现了合金的强度和塑性的同步提升。

同质异构Al-Cu-Mg系混晶粉末冶金制备新方法

为突破传统同质粉末材料均以颗粒尺寸细化作为改性的单一途径禁锢,提出同质异构思想,即通过低能球磨将不同粒径的AA2024合金粉末按照一定比例混合,经热压烧结制备混晶坯料。研究结果表明,传统单一粒径粉末烧结后晶粒形貌趋向于不规则多边形状,而不同粒径粉末混合烧结后晶粒形貌为小颗粒包覆大颗粒的结构形式;与前者相比,当粗粉占比为20%(质量分数)时,抗拉强度增加了38.8%;当粗粉占比为50%时,伸长率提高了14%。粉末混合后的烧结样品呈沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂机制,第二相对位错的钉扎效应更加明显,因此,合金性能得到显著提高。此研究工作为高性能同质异构混晶材料的制备提供了一种新思路。

纳米晶Al-Mg-Si-Cu铝合金的微观结构、力学性能和时效相演变

通过变形前在合金内部引入高密度纳米时效相并随之进行高压扭转变形(HPT),可制备具有纳米晶结构的高强高韧Al-Mg-Si-Cu铝合金。采用X线衍射仪、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和原子探针层析技术分析了峰时效(T6态)与不同圈数(T)高压扭转变形相结合工艺制备的纳米晶6061铝合金的微观结构,并通过硬度与拉伸实验对不同状态合金进行了力学性能测试。结果表明:T6态合金经HPT 5T变形后,硬度由107HV提高至176HV,抗拉强度和屈服强度分别由297 MPa和234 MPa(T6)提升至620 MPa和555 MPa(HPT 5T),并具有12%的均匀伸长率;此时,合金中各微观结构参数(晶粒粒径、微观应变与位错密度)接近峰值;继续变形时,各参数无明显变化;合金中时效相随HPT变形发生“时效相→破碎→球化→细化→回溶→过饱和固溶体→再析出时效相”的动态演变过程。

喷射成形超高强Al-Zn-Mg-Cu合金研究进展

采用喷射成形技术制备的金属材料锭坯具有成分均匀、晶粒细小、内应力小、可高合金化等特点。该技术自20世纪60年代发明起,受到广泛的研究并实现产业化推广应用。我国自20世纪90年代起逐步开展了大量基于实验室条件的基础和应用研究,但许多研究者认为喷射成形材料不可避免的孔隙问题限制了其应用。随着我国喷射成形关键技术的突破,实现了大规格(d600~800 mm)铝合金锭坯的工业化生产,为围绕该技术及其高性能金属材料产品的研究、开发与应用提供新的可能。本文综述了喷射成形的原理及特点、技术现状与应用,重点围绕喷射成形高强Al-Zn-Mg-Cu合金,从整体研究进展及应用情况、显微组织与性能、变形加工技术、热处理工艺等方面进行了综述,提出研发展望,以期为喷射成形高性能Al-Zn-Mg-Cu合金的研究与开发应用提供参考。

结构热防护一体化复合材料研究进展

超高声速飞行器飞行速度快、飞行时间久的需求对结构及热防护体系提出了更苛刻的挑战,结构防隔热一体化设计能够兼顾承载和热防护双重功能,充分发挥材料高温强度潜力,减少各部件由温差引起的热应力,减轻结构质量和热防护的质量,增加机动性和有效承载能力,具有比传统热防护更高的结构效率,同时实现可重复使用,降低成本。本文综述国内外一体化热防护技术研究现状,介绍各个典型技术方案的结构特征和热防护材料,在此基础上,总结一体化热防护发展的特点和不足,探讨一体化热防护的发展趋势。国内目前仍处于研发起步阶段,拓宽对结构防隔热一体化的技术认知,积极发展结构材料与热防护材料低成本共固化技术,同时不断开发和引入新的热防护材料,加强对主动冷却结构热防护一体化技术的研发力度,是国内结构热防护技术能够快速应用的可行之路。

间隙原子及颗粒增强CoCrFeMnNi高熵合金的研究进展及展望

目前,高熵合金因其高强度、高硬度以及优秀的热稳定性等远超传统意义上合金的性能,引起了大批科研工作者的关注。其中,面心立方结构(FCC)的CoCrFeMnNi高熵合金表现出良好的塑性及77 K温度下优异的断裂韧性,但是其室温强度较低,极大地限制了其在工业中作为结构材料的应用前景。本文综述了间隙原子(C、N、B)以及颗粒增强相对CoCrFeMnNi高熵合金组织和性能的影响,重点阐述了掺杂间隙原子的高熵合金显微组织、变形行为和力学性能的研究进展,并对颗粒增强高熵合金复合材料的研究现状进行了归纳,最后对CoCrFeMnNi高熵合金未来的强韧化研究和发展方向提供了一些思路。

层状Ti-Al复合材料界面约束导致的晶内变形不均匀性

以纯钛箔和纯铝箔为原料,通过热压和热轧制制备层状Ti-Al复合材料。使用原位电子背散射衍射技术,研究层状复合材料拉伸过程中的取向演化和形变微结构特征。结果表明,Ti晶粒内部塑性变形存在不均匀性,即越靠近晶界或Ti/Al层状界面,Ti晶粒的塑性变形越困难。这种晶内变形不均匀性主要来自于晶界和Ti/Al相界的协同约束效应。因此,本研究提供了一种通过充分利用界面约束效应来调控塑性变形行为从而实现性能优化的新策略。

金属材料的组织演化机理:基于同步辐射光源的原位研究进展

金属材料是一类最重要的承力结构材料,其通常在复杂的恶劣环境下服役。为获得优良的材料性能,金属材料的制造工艺和流程往往较为复杂,并且包含众多工序,深入研究并掌握制备过程中和复杂服役环境下的金属材料组织与缺陷的演化机理是提高材料性能和确保材料安全服役的重要基础。同步辐射光源具备的高时空分辨率为研究金属材料组织结构微观动力学机制提供了极佳的研究平台。本研究综述国内外在利用同步辐射光源开展金属材料研究的进展,涉及样品环境装置的建造、X射线方法学的开发和利用、金属材料制备过程和复杂外部环境作用下微结构演化和损伤机理的研究,提出本领域的未来发展方向。

纳米晶Al-xMg铝合金的元素再分布及其对强度的影响

目的针对Al-Mg合金在变形加工过程中容易出现的溶质元素再分布现象,通过微观表征和定量计算深入研究元素再分布的相关机制及其强度贡献。方法利用扫描透射电镜高角环形暗场技术结合几何相位分析,详细研究了溶质元素再分布机理,对经过高压扭转后不同Mg含量的Al-Mg合金中的元素分布进行了表征,并通过原子探针层析技术对原子的三维空间分布情况进行了团簇分析。结果随着Mg的原子数分数从1.0%增加至8.0%,合金硬度从129.0HV显著上升至223.6HV。合金内部的溶质分布状态可以分为溶质原子贫化、溶质原子富集和溶质原子不均匀分布3种,剧烈塑性变形引入的不均匀微观应变诱导了Mg原子的再分布。结论合金中形成的大量原子团簇为Al-8Mg合金贡献了47.7HV的硬度值,占总硬度的21.3%,溶质团簇对合金强度的强化效果十分显著,表明团簇强化是材料强化手段中不可或缺的新型强化机制。

低温轧制对高强高导Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金性能及析出行为的影响

随着现代工业中交通、电气、航空航天、电子等领域的快速发展,对铜合金的性能要求越来越高。强度和导电率是相互矛盾的性质,实现铜合金兼具高强度和高导电率是现代铜工业发展的重要课题。采用真空熔炼、低温轧制、时效处理等工艺制备了Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb(质量分数,%)合金,研究了低温轧制对Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金显微组织、力学性能和导电性能的影响,分析了时效工艺对析出相种类、形貌和分布的影响。结果表明,Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金主要由Cr相、富Zr相、Cr2Nb相及Cu基体相组成。450℃短时(30 min)时效后Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金即可析出纳米级fcc结构的Cr析出相,在长时间(300 min)时效后,会形成bcc结构的Cr析出相。Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金经过低温轧制和时效处理后,在Cu基体中形成了纳米析出相、纳米变形孪晶和位错等混合组织并获得了优异的综合性能。低温轧制Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金450℃时效30 min后,抗拉强度为700 MPa,导电率为73.29%IACS;450℃时效300 min后,导电率可达79.81%IACS,此时,抗拉强度、屈服强度和硬度分别为646 MPa、606 MPa和212 HV。结合实验结果和对强度贡献计算表明,位错强化和析出强化是Cu-1Cr-0.2Zr-0.25Nb合金的主要强化机制。

Mg⁃Al合金中Mg_(17)Al_(12)相与镁基体取向关系的透射电子显微学研究

本文利用透射电子显微镜研究了Mg⁃Al合金中β-Mg_(17)Al_(12)相与α-Mg基体之间的取向关系,发现了两种新的取向关系:OR⁃A:[2110]α//[511]β,(0111)α//(011)β;OR⁃B:[2110]α//[111]β,(0001)α//(211)β,(0110)α//(011)β。两种新取向关系的析出相均为棒状,分别倾斜或垂直于(0001)α基面。此外,本文归纳总结了Mg⁃Al合金中Mg_(17)Al_(12)相与镁基体之间已报道的所有可能的取向关系,基于两相之间密排面的平行关系,可将Mg_(17)Al_(12)相与镁基体的取向关系分为四类,每一类取向关系的析出相都具有特定的形貌与惯习面特征。

B(C6F5)3催化合成二吲哚甲烷类化合物的研究

以硼试剂B(C6F5)3为催化剂,吲哚类化合物与芳香醛为底物,经过脱除一分子水的过程,简洁有效地制得了一系列二吲哚基甲烷类化合物.该方法的模板反应在最优条件下可以实现快速转化,底物范围适用性较广泛,可以适用一系列取代基和官能团.该研究发展了无过渡金属参与条件下直接制备二吲哚甲烷类化合物的简单策略,其反应副产物为水,反应条件温和,可以实现目标化合物的有效合成.

高性能铜合金研究现状及发展趋势

从铜合金材料的性能需求出发,系统阐述了高性能铜合金的发展历程、研究现状及未来发展方向。以铜合金服役性能为主线,介绍了铜合金强度、导电性、耐热性和耐磨性等影响因素、调控机理及相互作用机制。总结了高强高导铜合金、高耐热铜合金和高耐磨铜合金的制备方法和强化机理,为新型高性能铜合金的设计与制备提供参考。

Ca、Al质量比对Mg-Al-Ca-Mn合金组织和性能的影响

以Mg-Al-Ca-Mn合金体系为对象,研究了Ca、Al质量比对铸态合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,当Ca、Al质量比为0.4时,铸态Mg-5Al-2Ca-0.4Mn合金中的第二相为(Mg,Al)_(2)Ca相;当Ca、Al质量比为0.75时,铸态Mg-4Al-3Ca-0.4Mn合金中的第二相为(Mg,Al)_(2)Ca相和Mg_(2)Ca相;当Ca、Al质量比为1.3时,铸态Mg-3Al-4Ca-0.4Mn合金中的第二相为Mg_(2)Ca相。随着Ca、Al质量比的增加,合金中的第二相由(Mg,Al)_(2)Ca相向Mg_(2)Ca相转变,且第二相的层间距逐渐减小,体积分数逐渐增加。此外,铸态Mg-Al-Ca-Mn合金的屈服强度随着Ca、Al质量比的增加从82 MPa增加到123 MPa,而伸长率从5.0%降低到1.1%。