混合盐法TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料研究现状

综述了混合盐法合成原位自生TiB2颗粒增强铝基复合材料合成机理及其超声制备工艺的研究进展,总结了其主要强化机制,并对混合盐法TiB2颗粒增强铝基复合材料的未来发展方向进行了展望。

钛及钛合金粉末制备技术的研究及应用现状

介绍了目前钛及钛合金粉末的常用制备方法,如氢化脱氢法、金属还原法、Armstrong法、气雾化法、等离子雾化法等,对各种制备方法的特点进行了阐述.最后指出了钛及钛合金粉末制备技术的发展方向和趋势.

搅拌铸造金属Ti颗粒增强AZ91D复合材料的组织与力学性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和室温拉伸力学性能测试研究了搅拌铸造制备金属Ti颗粒增强AZ91D复合材料的搅拌温度(580-710℃)、速度(300-500 rpm)和时间(10-30 min)对Ti颗粒分布均匀性、微观组织和力学性能的影响。试验结果表明,复合材料铸锭底部的Ti颗粒体积分数比顶部高,提高搅拌速度明显改善底部Ti颗粒的分布均匀性,但是搅拌温度和时间对Ti颗粒分布均匀性的影响较小。添加Ti颗粒使共晶相β-Mg_(17)Al_(12)的长度尺寸降低,Ti颗粒与镁基体的复合界面不存在空洞,并且Ti元素扩散进入镁基体,部分界面处生成少量细小方块状Al-Ti-Mn金属间化合物。复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为97 MPa和117 MPa,比AZ91D镁合金基体分别提高35%和15%。

纯Fe软磁复合材料制备及软磁性能

采用有机硅树脂作为粘结剂制备了纯Fe软磁复合材料,研究了粘结剂含量、压制压力对纯Fe软磁复合材料微观结构和软磁性能的影响。结果表明,有机硅树脂作为绝缘粘结剂能有效包覆在粉末表面,经过500℃热处理后仍能稳定存在,制备得到的纯Fe软磁复合材料具有良好的软磁性能。当有机硅树脂添加量为1%,μ_(max)为222;当有机硅树脂添加量在2%时损耗最低,P_(cm)(1 T,1 kHz)=128.8 W/kg。当成型压力为1100 MPa时,μ_(max)为222。当压力为1.3 GPa时损耗最小:P_(cm)(1 T,1 kHz)=209.2 W/kg。

Al-Zn-Mg合金热处理工艺和晶间腐蚀性能研究

采用硬度性能测试和晶间腐蚀性能测试等方法,研究了半连铸成形7005铝合金挤压后经不同时效处理(T6、RRA和四级时效)后对晶间腐蚀性能的影响。结果表明:挤压板RRA处理后晶间腐蚀抗性最高,T6处理后最低。试样挤压前经440℃/12 h+470℃/24 h双级均匀化处理,挤压后经475℃+2 h固溶处理。人工时效工艺确立为T6:105℃+24 h;RRA:105℃/24 h+200℃/10 min+105℃/24 h;四级时效:105℃/24 h+170℃/100 min+NA/24 h+90℃/7 h。

表面氧化处理对SiC/A356Al复合材料组织及性能的影响

采用模压成形工艺结合压力浸渗法制备了SiC/A356 Al复合材料,利用XRD、SEM和EDS等分析了SiC颗粒氧化处理前后的物相组成、组织形貌及粒度分布,研究了原始/氧化SiC颗粒对复合材料界面组织、抗弯强度、线膨胀系数及热导率的影响;通过SEM分析了该复合材料的断口形貌,并探讨了其断裂机制。结果表明,采用该方法可获得颗粒均匀分散、界面洁净、接近全致密的SiC/A356 Al复合材料。表面氧化处理包覆在SiC颗粒表面的SiO 2能够有效抑制Al 4C 3脆性相的生成,但也使得SiC与A356之间由化学反应结合转变为冶金结合,导致复合材料的弯曲强度大幅降低,线膨胀系数略有降低,同时复合材料的热导率显著提高。氧化SiC颗粒增强的复合材料的抗弯强度是增强相为原始SiC颗粒的复合材料1/2左右,线膨胀系数在30~350℃范围内仅降低了(0.59~0.99)×10^-6 K^-1,热导率提高了42.86%。

粉末冶金Fe-2Cu-xC合金的性能研究

采用还原铁粉、雾化铁粉、电解铜粉和石墨作为原材料,用预混合法和直接机械混合法对粉末进行混合,得到Fe-2Cu-xC混合粉末后压制和烧结.同时探索了混合工艺对混合粉末性能的影响,并研究了碳含量对Fe-2Cu-xC合金材料的烧结性能和组织的影响.研究结果表明:预混合法比直接机械混合法的混合粉末压制性能更好,碳含量提高了铁铜碳合金材料的综合力学性能和烧结尺寸精度.

粉末粒形对钡钨阴极多孔钨基体孔隙的影响

采用粉末注射成形工艺制备钡钨阴极多孔钨基体,定量表征钨粉的粉末粒度和粒形,重点研究粉末粒形对多孔钨基体孔隙特性的影响。通过对比粉末的球形度、形状因子、圆润度、粗糙度、赘生物指数和凹度等特征参数,发现球形钨粉比商品还原钨粉和窄粒度钨粉具有更好的球形度、表面光滑度以及分散度。当粉末粒度相差不多时,通过改善钨粉的颗粒形状,粉末分散度得到提高,SW粉末经注射成形得到的多孔钨基体(P_(SW))的孔隙结构均匀性最佳,其平均孔隙度、平均开孔孔隙度、平均孔径和孔隙总容积分别为24.0%、23.9%、1.17μm、0.0206 mL/g。

超声和压力耦合场对Al-Cu合金的作用机理及显微组织影响

采用数值模拟和实验验证相结合的方法,研究了超声压力耦合场对Al-Cu合金协同作用机理及对显微组织的影响。结果表明:相比单一超声场,超声压力耦合场会使得空化效应的强度和区域增大,还可以改变熔体内部压力分布从而导致熔体内部形成更强烈的对流。通过熔体内部温度测试和宏观、微观组织定量分析的方法,对数值模拟结果进行实验验证。超声−压力耦合作用更容易促使熔体内部出现均匀的温度场,同时消除单一超声作用导致的铸锭内部晶粒细化的差异性,使微观组织分布得更均匀。

粉末注射成形钛合金的脱脂和烧结性能

应用粉末注射成形技术制备出高精度、高性能的异形钛合金零器件。通过多粒度粉末搭配,采用聚甲醛为主组元的多组元粘结剂,制备出高装载量催化脱脂型钛合金喂料,再经真空烧结获得制品。研究了催化脱脂工艺的影响因素以及喂料配比对烧结性能的影响。结果表明:当大(D_(50)=25.28μm)、中(D_(50)=16.75μm)、小(D_(50)=12.66μm)颗粒按质量比17:6:2搭配时,钛合金混合粉末相对振实密度较大,为55%。喂料较佳的催化脱脂工艺为:脱脂温度120℃,N_(2)通入速率120 cm^(3)·min^(−1),HNO_(3)气体通入速率1.5 cm^(3)·min^(−1),脱脂时间6 h,粘结剂脱除率85%。采用全流程控制杂质含量技术,粉末注射成形钛合金制品的烧结性能可以达到相对密度95.9%,拉伸强度933 MPa,抗弯强度1282 MPa,延伸率7.5%,其中C质量分数为0.10%,O质量分数为0.21%。

Nd对压铸AZ91D合金组织与性能的影响

传统压铸获得AZ91D和AZ91D-1.11Nd两种合金试样,采用光学金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了压铸态微观组织和相组成,并测试了其拉伸力学性能、硬度、导热性能和流动性能。结果表明,在AZ91D合金中添加1.11%Nd后,压铸态晶粒有所细化,形成较多弥散分布的细小颗粒状Al2Nd和少量针状Al_(11)Nd_(3),原有的半连续网状分布的β-Mg_(17)Al_(12)数量有所减少。压铸态AZ91D-1.11Nd合金呈现良好的综合性能,室温抗拉强度、伸长率和热导率分别为272 MPa、12.0%和69.5 W/(m·K),与AZ91D合金相比分别提高14%、100%和14%;同时呈现与AZ91D合金相当的优异铸造工艺性能,流动长度达到1161 mm。

铝合金环形零件形/性一体化制造技术

铝合金环形零件作为关键连接、传动、回转和支承部件在重型运载火箭贮箱、风电设备的轴承套圈及齿轮环、压力容器和核反应堆的加强圈等重大装备制造领域应用非常广泛。铝合金环形零件的生产是一个高能耗的热加工过程,现有生产工艺主要有两种:(1)厚板轧制-弯卷-对半焊接成形,环件焊接部位缝组织为弱性能区,无法满足在重载、冲击、高低温和强腐蚀等极端恶劣条件下长期稳定服役时的要求;(2)圆铸锭坯-多向锻造制坯-马架扩孔或环件辗扩,工艺流程冗长,辗扩前开坯、锻造和冲孔工序设备资金投入巨大,多次加热导致能源消耗和材料浪费严重,不利于环境友好型生产。深空探测领域铝合金环件存在几何尺度大、形状精度高、结构刚度低和服役环境苛刻等技术挑战,目前已实现Φ3 m~Φ10 m级大型铝合金环件辗扩生产。环件辗扩过程中的传热-变形-组织演变耦合行为使得环坯经历了多场、多因素作用下多道次、连续局部加载与卸载、不均匀变形和微观组织复杂演变历程。为了实现铝合金环件的辗扩成形,一是要使环件自身整体刚性和辗扩过程稳定,即"控稳";二是要使环件直径扩大与截面充填协同进行,同步获得径-轴向尺寸、截面轮廓及几何精度,即"控形";三是要使成形环件达到所要求的内部组织状态和各向性能,即"控性"。铝合金环形零件用环坯的制备是铝合金环件辗扩成形及其形/性一体化调控的基础,采用多向锻造变形技术可以有效细化大规格圆铸锭的粗大组织、破碎网状共晶化合物,实现组织改性,为后续辗扩过程提供优质环坯。通过开发铝合金环件双向辗扩智能建模仿真方法和基于力控的铝合金环件双向辗扩工艺路径智能仿真优化方法,解决了矩形/异形截面环件径-轴向变形区不协调、环件刚度弱及辗扩过程失稳等问题,实现了各轧辊运动的协调匹配和基于目标驱动的自动调控。利用辗扩成形后的形变强化和热处理时效析出强化改性技术,可以进一步提高环件强度和消除残余应力,使环件径向、轴向和周向均具有优良的性能。针对现有技术的不足,本文提出了环形零件短流程铸辗复合成形技术,将砂型铸造或离心铸造获得的环形铸坯加热后直接进行辗扩,在热辗扩过程中同时实现环形铸坯几何尺寸精度要求和组织与性能改善,揭示了基于织构演变的铸坯环件在热辗扩成形中的微观组织和性能控制机制,可为铝合金环件及铝基双金属层状复合环件的短流程形/性一体化制造提供理论指导。本文基于铝合金环形零件形/性一体化制造技术的研究现状,从铝合金环形零件用环坯的制备技术、铝合金环件辗扩成形技术和铝合金环件辗扩过程中组织与性能协同调控技术研究等方面做简要评述,着重阐述铝合金矩形/异形截面环件形/性一体化控制的技术挑战,提出铝合金环件制造技术的发展趋势及研究重点,以期推动铝合金环件/铝基双金属层状复合环件短流程制造过程中形/性一体化调控理论与技术的发展。

Al_(2)O_(3)溶胶对铝基磷酸盐涂层组织及性能的影响

为提高铝基磷酸盐涂层的耐腐蚀性能和力学性能,通过在铝基磷酸盐涂料中添加Al_(2)O_(3),溶胶,经空气喷涂与热固化得到Al_(2)O_(3)颗粒增强铝基磷酸盐复合涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、胶粘拉脱法、维氏硬度、电化学腐蚀试验和模拟海水浸泡试验考察Al_(2)O_(3),溶胶含量对复合涂层微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:Al_(2)O_(3),溶胶在涂层500℃热固化的物相演化为Al_(2)O_(3)溶胶-AlOOH-Al_(2)O_(3)(γ相),生成的Al_(2)O_(3),颗粒在涂层呈弥散分布;随Al_(2)O_(3),溶胶含量从0增加到4%,复合涂层的孔隙减少,致密性提高,Al_(2)O_(3)颗粒弥散强化作用得到发挥,涂层结合强度由15 MPa提高为25 MPa,硬度由38 HV提高为65 HV;添加Al_(2)O_(3)溶胶制备得到的铝基磷酸盐复合涂层耐腐蚀性能明显提高,自腐蚀电流密度由2.38×10^(-7)A/cm^(2)下降至2.79×10^(-8)A/cm^(2),极化电阻由1.95×10^(4) Ω提升至4.73×10^(5)Ω。

Mg-6.4La-4.87Al镁合金的金属型和压铸组织与性能

制备铸态与压铸态Mg-6.48La4.87Ar两种合金试样,采用OM、SEM和XRD分析其微观组织和相组成,并测试室温拉伸与压缩力学性能、导热性能和流动性能。结果表明:铸态晶粒粗大,第二相分布不均匀;经传统压铸后,晶粒变得细小,第二相分布均匀。两者试样微观组织均主要由a-Mg基体、点状Al_(11)La_(3)相和少量针状Mg_(12)La相组成。铸态试样抗拉强度、抗压强度和伸长率分别为157MPa、263MPa和4.0%,经压铸后试样抗拉强度、抗压强度和伸长率分别提高至236MPa、345MPa和4.5%,较铸态值分别提高63%、31%和13%,同时呈现较好的流动性能,流动长度为1374mm。铸态试样导热系数达到113.2W/(m·K),经压铸后仍能保持较高的导热系数,为90.9W/(m·K)。

射频等离子体和热处理制备球形WC-Co粉末

以喷雾造粒WC–30Co粉末为原料,采用射频等离子体和后续热处理制备3D打印用球形WC–Co粉末,研究射频等离子体球化和热处理对粉末特性的影响。结果表明,射频等离子体球化效果显著,喷雾造粒粉末的球化率可达100%。球化后的粉末表面光滑、结构致密,存在一定数量表面粗糙的“费列罗”颗粒。射频等离子体处理使粉末的松装密度和流动性显著提高,同时导致WC严重分解和Co蒸发损失,球化粉末中含有大量C、W_(2)C和Co_(3)W_(3)C等有害相,Co质量分数降低至25.80%。后续热处理可很好地对球化粉末进行物相和成分调控。经900℃热处理后,粉末的物相组成重新转变为WC和Co,游离碳含量控制在合理的水平,并且粉末依然保持良好的球形度,具有较好的松装密度和流动性,可以满足3D打印对原材料的要求。

Fe含量对Al-5.2Zn-1.7Mg-0.5Cu合金显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜扫描电镜和拉伸试验机,研究了Fe含量对Al-5.2Zn-1.7Mg-0.5Cu合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:当添加w(Fe)=0.1%时,Fe元素在合金中主要以块状Al6(CuFe)相形式存在,通过弥散强化可以提高合金的强度;当w(Fe)>0.2%后,Fe在合金中主要以针状Al,Fe相形式存在,针状Al,Fe相会割裂铝基体,使合金的抗拉强度和伸长率随着Fe含量的增加而逐渐下降。

紧耦合气雾化参数对3D打印用金属粉末性能的影响

利用自主设计研发的紧耦合雾化制粉装置,采用真空感应熔炼气雾化工艺制备3D打印用Inconel 625合金粉末,通过调整雾化参数研究导液管内径对粉末粒度分布、表面形貌、氧含量(质量分数)及流动性能等特性的影响。结果表明:使用紧耦合雾化制粉装置制备出的粉末粒度范围较广,收得率较高,其中尺寸小于53μm的粉末收得率可达50%以上,粉末球形度较好,且卫星球少。随导液管内径的增加,粉末收得率降低,粉末中的氧含量(质量分数)也呈明显下降趋势。所制得的粉末能够满足不同金属3D打印设备对粉末材料性能的要求。

热处理对选区激光熔化In718合金微观组织及拉伸性能的影响

利用OM、SEM、EBSD及室温拉伸等方法,研究了热处理对选区激光熔化In718合金试样的微观组织、晶粒取向和尺寸、以及拉伸性能的影响。结果表明:试样经过980℃的固溶处理以及720、620℃的双时效处理后,合金中有大量的γ'和γ'强化相沉淀析出,晶粒尺寸略有增加,平均尺寸由56.1μm增加至64.3μm,晶粒取向以<111>和<101>取向为主,抗拉强度和屈服强度显著提高,伸长率由26.1%降低至17.8%。

Fe含量对等原子比NiTi形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪和显微硬度计等测试手段,研究了Fe含量对Ni 50-x/2 Ti 50_(x/2) Fe_(x)(x=0.5%~3.5%)形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响规律.结果表明:NiTiFe三元形状记忆合金组织主要由Ni 4.8 Ti 5Fe 0.2相、Ni 3Ti相和基体组成,随着Fe含量的增加,合金组织中等轴晶粒尺寸逐渐增大;合金的相变温度,随Fe含量的增加迅速下降;合金的显微硬度随Fe含量的增加而急剧增加,与Fe含量呈正相关关系,当x=3.5%时达到最大值469.91 HV.

稀土Ce对ADC12铝合金铸态微观组织与性能的影响

采用重力铸造制备了ADC12-xCe (x = 0~1.92)合金铸态试样,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了其微观组织和相组成,测试了其流动性能和室温拉伸力学性能。结果表明,ADC12合金中添加Ce后,铸态组织得到明显细化,初生α-Al从粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶和胞状晶,针状的共晶硅转变为细小的颗粒状,同时析出丝状和条状的新相Al4Ce,大多数第二相趋于以条状和纤维状存在。随着Ce含量的增加,铸态综合性能先提高后降低。ADC12合金流动长度、抗拉强度和伸长率分别为1287 mm、188 MPa和1.5%,流动性能最佳的ADC12-0.66Ce合金流动长度达到1340 mm,拉伸力学性能最佳的ADC12-1.07Ce合金抗拉强度和伸长率分别提高至196 MPa和2.5%。