铜合金表面新型金属陶瓷涂层材料的性能

航天发动机某热端零部件采用的QCr0.8材料,由于经受高温、高速富氧燃气的冲刷,通常会发生高温氧化或者冲刷烧蚀而失效,其应用条件严苛。经分析与研究,选择在Ni-Pb_3O_4-B_2O-BaO-SiO_2体系玻璃相中加入适当的磨料,成功地制备了铜合金表面新型金属陶瓷涂层。采用热震试验及氧化试验对比了磨料中不同比例的镍粉添加量对涂层性能的影响;根据宏观形貌观察并结合SEM微观形貌分析了涂层的形貌以及界面特点。结果表明:镍粉与玻璃熔块添加比为1.2∶1.0的涂料抗热震、抗氧化性能最好,可以有效保护基体。

含难熔金属涂层的研究进展

材料表面性能直接影响着材料能否在特定环境中长期服役。表面涂层技术作为一种常用的表面改性方法,通过在基体表面涂覆一层或多层金属或非金属,提高基体耐磨、耐热、耐腐蚀、高温稳定等性能。难熔金属及其合金、金属间化合物、碳化物、氮化物等,因具有高温强度高、抗液态金属腐蚀性能好、可塑性加工等特点,已成为航空航天、国防军工等领域最具潜力的涂层材料。含难熔金属涂层的制备方法有热喷涂、激光熔覆、气相沉积等,且相关技术仍在不断优化和创新,以适应日益严苛的服役条件,如人们在传统热喷涂上进行改进,开发了超音速火焰喷涂和超音速等离子喷涂技术,结合激光熔覆和冷喷涂开发出激光辅助冷喷涂技术,还提出了利用接触固体渗碳方法获得难熔金属碳化物涂层。在研究较多的难熔金属涂层、合金涂层和碳化物涂层的基础上,学者通过成分及工艺优化不断改善涂层耐磨、耐高温等性能,还获得了具有独特性能的Ni-W、Ni-Mo、Ta纳米复合薄膜和Mo2C复合涂层及高硬度WN涂层;由于单一涂层的应用存在局限,开发具有不同功能的复合涂层已经成为研究热点,如具有润滑性能的难熔金属硫化物复合涂层、Mo2Si系复合涂层等;由于晶粒细化带来的优势,多种纳米级复合薄膜制备技术也有待开发推广。此外,在难熔金属涂层回收方面,关于WC涂层的回收提取技术研究较深入,而我国难熔金属回收再利用比例较低,从涂层中高效清洁回收难熔金属的关键技术有待研发。本文介绍了不同种类的含难熔金属涂层,包括金属基合金涂层、陶瓷涂层(主要包括碳化物涂层、氮化物涂层、硅化物涂层、硫化物涂层)、难熔高熵合金涂层等,综述了不同涂层的应用领域、制备方法及涂层中难熔金属的回收策略,指出了目前研究中面临的问题,展望了未来含难熔金属涂层的研究方向。

金属纳米微粒晶体结构的稳定性及其结合能

建立了金属纳米微粒的结合能模型,该模型以微粒尺寸、形状因子和密堆因子为主要参数。根据该模型计算V、Cr、Nb、Mo、Ta、W和Fe元素纳米微粒的结合能。结果表明:一定形状下,在一定的临界尺寸时各纳米微粒bcc结构的结合能和fcc结构的结合能相等;当微粒尺寸大于该临界尺寸时,bcc结构更稳定,小于该尺寸时,fcc结构更稳定。进一步的计算表明,球形和正四面体形可以看作近正多面体形的两个极限,多面体形微粒发生结构转变的临界尺寸介于两个极限尺寸之间,与文献中报道的结果一致。

超高强7000系铝合金的淬火敏感性

对7000系铝合金的淬火敏感性研究情况进行了回顾,探讨了淬火敏感性机理,总结了淬火敏感性的评价方法,从合金的化学成分、微观组织和制备工艺角度分析了影响淬火敏感性的因素,指出了设计和调整合金成分、精细调控微观组织是降低淬火敏感性的可能途径,介绍了预测合金性能的淬火因子分析方法(QFA),并据此提出淬火敏感区间快冷、高低温区间慢冷的淬火工艺可保证合金高力学性能和低残余应力。

铝锂合金及其在航天工业上的应用

综述了铝锂合金发展的三个阶段及三个阶段铝锂合金的性能特点。重点阐述了Cu、Li等主合金元素以及Mg、Ag、Zn、Mn、Sc、Zr、In和稀土Ce等微合金化元素在第三代铝锂合金中的合金化作用;这些微合金化元素可改变合金中原有析出相的尺寸、形状、分布,或促使新的强化相析出,也可以细化晶粒、控制再结晶。总结了铝锂合金在航天工业中的应用实践及在将来的应用计划。

7055铝合金厚板的淬透性

通过末端淬火的方法研究7055铝合金厚板的淬透性,采用透射电子显微镜对微观组织进行分析。结果表明:该合金板材的淬透深度可达45 mm,使其淬透的冷却速率需大于230℃/min;随着冷却速率的减小,淬火过程析出平衡相的数量和尺寸增加,时效后析出的η′沉淀强化相的数量减少,晶界无沉淀析出带宽度增加;在所研究的冷却速率范围内,时效后铝合金板材的硬度、晶界无沉淀析出带宽度与冷却速率的对数均呈线性关系。

Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金厚板组织细化

提出一种细化Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金厚板组织的"强化固溶→过时效→中温多向锻造→中温轧制→快速加热再结晶处理"的中间变形热处理(ITMT)技术原型,采用金相分析、能谱分析和透射电镜分析等方法,研究ITMT工艺过程中的组织演变规律和晶粒细化的机理,并讨论利用不连续再结晶控制晶粒大小所具备的条件。结果表明:采用ITMT工艺能够保证Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金厚板的充分、均匀变形,在轧制变形量不超过80%的条件下,使厚度达6mm以上的Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金再结晶晶粒组织和第二相结构深度细化:短横向平均晶粒尺寸为8μm,纵向及长横向平均晶粒尺寸为12μm,第二相点状颗粒尺寸一般小于3μm。ITMT工艺细化晶粒的机理主要是利用变形储能和第二相的有利影响,通过不连续再结晶实现组织细化。

挤压比对AA8030铝合金棒材组织及电性能的影响

采用热挤压成型工艺制备AA8030（Al-0.7Fe-0.2Cu）铝合金棒材，通过金相（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及电导率测量等研究挤压比对合金微观组织及电性能的影响。结果表明：合金在挤压变形过程中发生动态再结晶，且分布于铸态合金中的网状Al6Fe相在挤压过程中转变为Al3Fe相，Al3Fe相能够促进再结晶形核、钉扎晶界、细化合金晶粒。在挤压变形过程中，随着挤压比（λ=6~28）的增大，合金电导率先上升再下降；当λ=13时，合金电导率达到最大值60.8%（IACS）。运用Matthiessen公式计算不同固溶原子含量时合金的电导率，模型预测结果与实验结果吻合良好。计算及实验结果表明：在较低的挤压比（λ=6~17）下，AA8030合金的电性能主要依赖于固溶原子含量的变化；而在较高的挤压比（λ=17~28）下，合金的电性能将受到固溶原子、位错密度及Al 3 Fe相形貌的综合影响。

TC18钛合金高温变形行为与加工图

采用Gleeble1500热模拟机进行了热压缩试验,研究了TC18钛合金在温度700～950℃,应变速率0.001～10 s-1条件下的高温压缩变形行为,并根据应力-应变曲线建立了合金的加工图。研究结果表明:合金在两相区温度变形,应力-应变曲线呈现流变软化特征;而在单相温度区和高应变速率下,合金表现出间断的屈服现象。合金适宜的加工条件为T=700～850℃,ε=0.01～0.001s-1与T=850～900℃,ε=1～10s-1。合金热加工失稳区为T=700～750℃,应变速率为0.1～10s-1区域。

电场对2E12铝合金中S相析出动力学的影响

采用示差扫描量热法(DSC),研究2E12铝合金在190℃时效过程中施加强电场(±9kV/cm)对合金析出的动力学的影响,并探讨电场影响合金时效过程的微观机理。结果表明:时效时施加强电场促进了合金中Ⅰ型S相向Ⅱ型S相的转变,使得析出峰提前;未施加电场的合金样品具有更高的过饱和度、析出焓、析出相体积分数及析出速率;强电场作用降低合金中空位与溶质原子之间的结合能,进而降低S相析出激活能。根据DSC结果对S相析出激活能进行Kissinger方法和普适积分法计算发现,时效过程中施加电场与未施加电场相比,S相激活能分别降低7.9～12.7kJ/mol和6.8～22.6kJ/mol。

Mg-6Gd-Y-0.6Zr的析出行为和力学性能

利用光学显微镜、扫描电镜、X线衍射、透射电镜等手段研究添加1%Y(质量分数,下同)对Mg-6Gd-0.6Zr合金析出行为和力学性能的影响。研究结果表明:添加合金元素Y能大大促进Mg-6Gd合金的时效析出;具有高过饱和度的Mg-6Gd-Y-0.6Zr合金在200℃表现出显著的时效硬化现象;随着时效温度的升高,晶界周围析出相极度粗化并且β′相体积分数降低、分布不均;尤其在250℃峰时效的组织中观察到Mg-6Gd合金所不具备的β′相。200℃时效72 h后,合金获得优异的力学性能,其室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为354 MPa,292 MPa和9.5%,250℃时抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为307 MPa,220 MPa和13.6%。

热暴露对航空用2E12铝合金组织演变及疲劳性能的影响

利用维氏硬度检测、疲劳性能测试、视差量热法(DSC)、透射电子显微分析(TEM)等手段,研究了航空用T3态2E12铝合金在150℃下分别暴露10 h,100 h,1000 h组织演变及疲劳寿命变化规律。结果表明:随热暴露时间的增加,合金硬度不断增大,疲劳寿命呈先增后降趋势;T3态及热暴露10 h合金中析出相由GPB区结构组成,热暴露10 h合金中GPB区发生长大,因而具有最长疲劳寿命;热暴露100 h至1000 h后,合金中析出相为S″相及S′相,析出相在晶界处析出,晶界附近形成无沉淀析出带(PFZ);由于S″相及S′相共格性较GPB区低,加之晶界处析出相易形成裂纹源,PFZ与基体协调性差等因素,热暴露100 h和1000 h后,合金疲劳寿命急剧下降。

Ce对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、硬度测试、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪,研究了Ce元素对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金组织与性能的影响。结果表明:Ce元素可细化铸态合金的晶粒,加速合金中亚稳相的析出过程,并增加合金中亚稳相的体积分数,提高合金的室温及高温力学性能;本实验条件下,Mg-5.5Gd-4.5Y-Nd-Zr-0.2Ce合金的综合力学性能最优,过量Ce的添加将形成粗大的Mg12Ce,易引起应力集中,降低合金的室温强度和伸长率;添加0.2Ce后,合金的室温抗拉强度提高25MPa,300℃时抗拉强度提高17MPa。

Zn与Mg质量比对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影响

采用末端淬火方法和硬度测试研究Zn与Mg质量比m（Zn）/m（Mg）对Al-（3.0~5.0）Zn-（3.5~4.5）Mg-1.0Cu（质量分数）合金淬火敏感性的影响。基于透射电子显微镜微观组织观察结果,根据Zn和Mg原子与空位的相互作用就m（Zn）/m（Mg）对淬火敏感性的影响机理进行分析和讨论。研究结果表明：m（Zn）/m（Mg）增大会降低合金的淬火敏感性,m（Zn）/m（Mg）为0.7,1.13和1.36的合金末端淬火试样的淬透深度依次增加,分别为35,65和100 mm。m（Zn）/m（Mg）增大有利于慢冷试样时效时η′沉淀强化相的均匀形核,得到数量多、细小弥散的η′沉淀强化相,提高强化效果,降低因冷却速率减小而导致的硬度下降的程度,降低淬火敏感性。

锌镁含量对Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金组织和性能的影响

采用硬度测试、室温拉伸性能测试、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜等方法研究了锌镁元素含量对Al-3Zn-4.5Mg-1Cu、Al-4Zn-3.5Mg-1Cu和Al-4.5Zn-3.5Mg-1Cu 3种高强铝合金挤压棒材的显微组织、时效硬化行为和力学性能的影响。结果表明,Al-4.5Zn-3.5Mg-1Cu合金的时效硬化效果最显著,经120℃×24 h时效后维氏硬度达183 HV3,抗拉强度达617 MPa,屈服强度为590 MPa,伸长率为10.2%。Zn元素含量或Zn/Mg比值升高增加了时效时沉淀强化相的密度,减小了其尺寸,从而提高了强化效果。

预热对HG70钢CO2气体保护焊焊接接头组织与性能的影响

在焊前不预热、预热100℃和预热150℃的条件下进行HG70钢CO2气体保护焊,分析了预热对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:焊前预热使HG70钢焊接接头组织改善,硬度下降,淬硬倾向降低,塑性、韧性提高,强度稍有降低。

FGH4169合金的高温变形行为

利用MMS 200热模拟实验机对FGH4169合金进行高温压缩实验,建立该合金高温变形本构方程。研究结果表明:在变形温度为950～1 050℃,应变速率为0.004～10 s 1的条件下,动态再结晶是该合金的重要软化机制;FGH4169合金在950～1 050℃范围内的激活能为430 kJ/mol,该合金的功率耗散效率约比Inconel718合金的功率耗散效率高10%,峰值效率达到57%。并得到FGH4169合金在本实验条件下的加工图;其适合加工工艺如下:变形温度为1 010～1 050℃,应变速率为0.01～0.1 s 1,或者变形温度为980℃,应变速率为0.004～0.01 s 1。

TA15钛合金的高温蠕变行为

研究TA15钛合金在500~525℃下的高温蠕变行为，实验应力为250～350 MPa。计算合金在不同应力、不同温度下的稳态蠕变速率和应力指数以及蠕变激活能，并通过引入临界应力的概念对稳态蠕变的 Arrhenius 方程式进行修正，得出不同温度下的临界应力以及合金的真实蠕变应力指数，在此基础上研究其蠕变变形机制。研究结果表明，蠕变应力为350 MPa时，合金的蠕变激活能Qapp=403.1 kJ/mol；500℃和600℃下，TA15合金的蠕变临界应力？0值分别为82.15 MPa和34.79 MPa；500℃，TA15合金的真实蠕变应力指数P值为1.7～4.3，600℃时，合金的P值为4.0～6.0；在实验温度和应力范围内，位错的攀移和滑移在TA15合金蠕变变形过程中的作用很大，其中以位错攀移为主，位错滑移为辅。

Ce元素对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金组织与热变形行为的影响

采用Gleeble1500D热模拟机,对Mg-5.5Gd-4.5Y-1Nd-xCe-1Zr(x=0和0.2%,质量分数)合金进行热压缩变形实验(实验温度为375～525℃,应变速率为0.01、0.1和1s1,最大变形量为50%),并对合金的塑性变形行为以及变形后的组织进行研究。研究结果表明:合金在变形温度为375℃、应变速率为0.01s1条件下开始发生动态再结晶;随着变形温度的升高或应变速率的降低,再结晶体积分数逐渐增加,再结晶晶粒粒径逐渐变大;添加Ce元素可提高再结晶体积分数,减小再结晶晶粒粒径;固溶过程中出现的"椭球状"Mg12Ce粒子对再结晶有粒子激发形核(PSN)作用;这2种合金在375～525℃下的变形表观激活能分别为191和212kJ/mol。

强变形AZ31镁合金的静态再结晶

通过光学显微镜及SEM/EBSD观察研究强变形AZ31镁合金在300~673 K的退火行为,分析显微组织、晶粒尺寸分布、平均晶粒尺寸、硬度及变形织构随退火温度的变化。结果表明：细晶组分随着温度的升高不断降低,退火过程按退火温度可分为孕育、再结晶急速长大及晶粒正常长大3个阶段。强变形过程中,发生连续动态再结晶的镁合金在随后的退火过程中主要受晶粒长大控制,没有发生织构变化,即为连续静态再结晶。