摘要: 高效的熱傳遞是確保電子器件的正常運作、延長壽命、和提高效率的關鍵因素。當前的重要課題之一,就是怎樣提高電子器件的導熱性能。本文通過對氧化鋁基板熱傳導方程解析結果的數值模擬,從理論上預測了結構參數變化對系統導熱性能的影響。本結果為電子器件的高效熱傳遞結構設計提供了理論基礎。
摘要: 本文以α-α-Fe2O3核,硬脂酸為模板劑,通過異丙醇鋁水解,縮聚過程以及模板劑自組裝合成了一種新型均一核殼結構氧化鐵/氧化鋁納米球,然后通過H2/N2還原得到磁性氧化鋁球。該納米球具有均一殼層,厚度為30 nm,比表面積為140 m2/g,孔容為0.22 cm3/g,比飽和磁化強度為50.2 emu/g。
摘要: 以硝酸鋁和碳酸氫銨為原料,采用超聲波輔助沉淀法制備Al2O3粉體,利用XRD和SEM對所制備的粉體的物相和形貌進行表征,考察了干燥方式和水浴溫度對粉體制備的影響。結果表明真空冷凍干燥較傳統鼓風干燥制得的氧化鋁粉體分散性更好,粒徑更均勻;氧化鋁粉體的粒徑隨著反應溫度的升高而增大,適宜的水浴溫度為25℃;利用超聲波輔助沉淀法制得了粒徑分布窄、分散性好的納米氧化鋁粉體。
摘要: 鋁合金零部件的加工精度直接關系到車體部件裝配質量。為降低鋁合金車體工件在加工過程中的變形,從型材變形、焊接變形、撓度變形和加工條件引起的變形等方面對車體零部件的變形種類和原因進行了闡述。在此基礎上,提出了控制加工變形的工藝措施,即誤差補償、改善裝夾方式、試切法和合理設計切削參數,并結合生產實際對變形控制方法進行了應用研究,結果表明本文所提出的控制方法可以有效地減小加工變形,為解決鋁合金零件加工變形問題提供參考。
摘要: 在熱模擬試驗機上對5083鋁合金進行熱壓縮試驗,并利用有限元分析軟件DEFOM-3D研究了不同接觸摩擦系數0、0.2、0.4和0.6對5083鋁合金在熱壓縮試驗中的試樣形態、載荷力、應變速率以及應變分布的影響規律。研究表明:接觸摩擦系數對載荷力基本沒有影響,但對應變速率和應變的分布影響顯著,隨著接觸摩擦系數的增加,變形不均勻性增大,應變速率和應變量從試樣兩端面到心部逐漸增大,且接觸摩擦系數越大,鼓肚現象越明顯。
摘要: 在過去二十年中,增材制造工藝已廣泛應用于許多工業領域的復雜形狀部件制造,其主要應用領域之一是航空航天業。激光粉末床熔融技術成形鋁合金因其具有極高的強度–重量比以及出色的可加工性,在該領域廣泛使用。然而,增材制造工藝對高強鋁合金的適用性仍受到缺陷的限制。打印過程中鋁合金形成的缺陷主要有球化、氣孔、表面質量差、裂紋、幾何變形等,這些缺陷嚴重影響了鋁合金組織結構的均勻性與完整性,進而影響其綜合力學性能。本文概括了粉末床熔融技術打印鋁合金過程中缺陷形成的原因及影響。
摘要: 以厚度為1.5mm的5A90鋁鋰合金為研究對象,開展了鋁鋰合金攪拌摩擦搭接焊工藝研究,分析不同焊接速度對搭接接頭組織及硬度的影響。結果表明:當轉速為1200 r/min,焊接速度為100 mm/min時,焊接接頭組織致密,焊核區為細小均勻的等軸晶粒;熱機影響區出現彎曲或拉伸變形,熱影響區晶粒尺寸發生粗化。搭接接頭母材區的硬度最高,在熱機影響區和熱影響區硬度下降,在焊核區硬度上升。在焊核區與熱機影響區的交界處硬度會發生突變現象。
摘要: 導電鋁合金以其質量輕,導電性能好,成本低等優點,成為了目前導電材料領域的研究熱點之一。本文制備了新型Al-0.5Zr-0.2RE-0.2B合金,討論了熱處理工藝參數對其力學性能的影響規律。研究表明:隨固溶溫度、固溶時間、時效溫度、時效時間的增加,合金的強度都隨之增加,并達到一個最大值。隨后,隨這些工藝參數的增加,材料性能反而降低。由此,得到了合金的最佳熱處理工藝為在440℃固溶12小時,水淬后在205℃時效16小時。本文的研究為導電鋁合金的應用提供了數據支持。
摘要: 以3005鋁合金為研究對象,研究了退火處理對3005鋁合金板材組織與性能的影響規律。結果表明:3005鋁合金在退火時發生軟化現象,隨著退火溫度的增加,抗拉強度和屈服強度逐漸減小,而延伸率逐漸增加;而3005鋁合金經冷軋變形后其顯微組織為纖維狀的條紋,經過退火處理后,合金內部發生回復與再結晶,再結晶開始溫度為270℃。
用電鍍Pt和氣相滲鋁方法在抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金DD413表面制備Pt-Al涂層并將其分別在850℃和1000℃長時熱暴露,用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等手段表征其基體/涂層間的互擴散行為和近涂層基體界面的微觀組織,研究了長時熱暴露對其微觀組織演化的影響。結果表明:隨著熱暴露時間的延長互擴散區(IDZ)內的MC碳化物和σ-TCP相都發生不同程度的溶解,并在界面上析出M23C6碳化物。同時,二次反應區(SRZ)的尺寸及其內的σ-TCP相的含量不斷提高。近涂層基體中的立方狀γ'相依次發生球化和相互聯接呈筏形轉變。熱暴露溫度越高上述組織退化過程越明顯,長時熱暴露引起的組織退化與高溫下元素的擴散密切相關。
對11 mm厚的7055-0.1Sc-T4鋁合金板材進行攪拌摩擦焊接,研究了焊后熱處理對接頭的組織和力學性能的影響。結果表明,熱處理前接頭的硬度分布呈“W”形,接頭前進側和后退側都有一個最低硬度區,強度系數為63.0%~73.8%,拉伸斷口位于后退側最低硬度區。焊后人工時效(120℃×24 h)熱處理使焊核的硬度提高,但是不改變接頭最低硬度區的硬度,對拉伸性能和斷裂行為的影響甚微。焊后的固溶(470℃×1.5 h+水淬)+人工時效(120℃×24 h)(T6)熱處理不改變低焊速接頭的晶粒組織,但是使高焊速接頭焊核區底部的晶粒異常長大;T6熱處理使接頭各區域原有的沉淀相溶解,重新生成細小均勻的η'和η(MgZn2)沉淀相,使其硬度顯著提高;T6熱處理使接頭沿“S”線附近出現微小的孔洞、在拉伸過程中沿“S”線開裂、其抗拉強度比焊接態大幅度提高,達到母材強度的87%,但是其塑性嚴重降低。
用真空熱壓法制備不同B4C顆粒尺寸(7 μm、14 μm、20 μm)的15%B4C/Al-6.5Zn-2.8Mg-1.7Cu復合材料,研究了增強顆粒尺寸對其微觀組織和力學性能的影響。結果表明,在這三種復合材料中B4C顆粒均勻分布,B4C-Al界面反應較為輕微,未見明顯的界面反應產物。三種復合材料基體中沉淀相的尺寸基本相同(約為5.5 nm)。B4C顆粒的尺寸對復合材料力學性能有較大的影響。B4C顆粒尺寸為7 μm的復合材料性能最佳,屈服強度為648 MPa,抗拉強度為713 MPa,延伸率為3.3%。隨著顆粒尺寸的增大復合材料的強度和延伸率均降低。對三種復合材料的強化機制和斷裂機制的分析結果表明:小尺寸B4C顆粒增強的復合材料強度較高,顆粒在變形過程中不易斷裂,因此其塑性較好。
對平均晶粒尺寸分別為10和20 μm的7B04鋁合金板材在530℃/3×10-4 s-1變形條件下開展了不同變形量的超塑拉伸實驗。結果表明,隨著變形量的增大空洞形態的變化為:空洞形核→球形空洞彌散分布→非球形空洞沿拉伸方向伸長→空洞沿拉伸方向聚合→大尺寸空洞的非拉伸方向聚合。在拉伸斷裂前的變形階段,合金組織中出現尺寸大于260 μm的聚合空洞。在空洞聚合的初期,沿拉伸方向的空洞聚合不會使材料斷裂。大尺寸空洞沿非拉伸方向聚合,是判斷材料失穩的依據。根據實驗數據計算空洞長大的公式并繪制了空洞的演變機理圖,包括空洞的形核、擴散長大、塑性長大和聚合長大的公式,據此可判斷空洞的形態和材料失穩。根據組織演變建立了空洞擴散、塑性長大的物理模型,可用于計算超塑變形過程中空洞演變所需的能量耗散和繪制能量耗散圖。
在1060系鋁基體表面鍍鎳碳纖維作為增強體,進行真空熱壓擴散制備出碳纖維/鋁復層材料。研究了制備工藝參數(加熱溫度、保溫時間、壓力大小)和碳纖維體積分數對碳纖維/鋁復層材料的微觀組織、界面結合、性能強度和斷口形貌的影響。結果表明:碳纖維與鋁基體界面結合良好,鍍鎳層與鋁基體在碳纖維附近反應生成的Al3Ni阻止了鋁基體與碳纖維之間生成脆性相Al4C。隨著碳纖維體積分數的提高,材料的抗彎強度先提高后降低。
使用MMS-200熱力模擬實驗機研究了工程用鑄態退火2024合金(?247 mm)在不同溫度下的變形行為,建立了熱變形的本構方程和DMM(Dynamic material model)加工圖。分析了鑄錠退火態、等溫擠壓及等溫擠壓退火實驗件的微觀組織和力學性能,結果表明:根據DMM加工圖確定的熱變形溫度395~450℃和應變速率0.01~0.1 s-1工藝,可制備出組織明顯細化、力學性能優異的大擠壓比2024鋁合金等溫擠壓件。
對厚度為3.5 mm的7046鋁合金擠壓板材進行攪拌摩擦焊接并對焊接接頭進行人工時效,研究了焊后時效對接頭力學性能的影響。結果表明,焊接接頭時效前的硬度分布大致呈“W”形,抗拉強度為406.5 MPa,焊接系數為0.8,拉伸時在后退側熱影響區與熱機影響區的過渡位置出現斷裂,此處的硬度值最低,斷裂面上有大量的韌窩;進行120℃×24 h時效后,接頭的熱影響區、熱機影響區和焊核區的硬度都顯著提高,母材區的硬度變化不大,硬度分布大致呈“一”形,抗拉強度大幅度提高到490 MPa,焊接系數達到0.96,拉伸時在焊核區中心斷裂,斷裂面有大量的沿晶裂紋。時效后接頭區域的晶內GPI區轉變成具有更好強化效果的η′亞穩相,使接頭的硬度和強度提高;與其它區域相比,焊核區中晶界η相的分布更連續,晶界處無沉淀析出帶的體積分數更大,因此容易成為拉伸時的斷裂位置。
對6061鋁合金進行常規空冷和強制水冷的攪拌摩擦加工(FSP)并研究其微觀組織和力學性能,結果表明:FSP 6061鋁合金的加工區均為細小等軸的超細晶組織,晶內位錯密度較低、高角晶界的比例均高于70%;采用強制水冷,可將FSP 6061鋁合金的平均晶粒尺寸細化到200 nm。FSP 6061鋁合金中的析出相主要為球狀或短棒狀,采用強制水冷使析出相的長大受到明顯抑制并使部分固溶元素不能及時析出,使析出相的尺寸與間距明顯減小。與常規空冷相比,在強制水冷條件下FSP制備的6061鋁合金具有更高的細晶強化和沉淀強化效果,其抗拉強度高達505 MPa,比峰時效態6061鋁合金母材提高了55%。
對6005A-T6鋁合金擠壓型材進行焊速為1000 mm/min的攪拌摩擦高焊速焊接,研究了對接面機械打磨對接頭組織和力學性能的影響。結果表明,與生產中常用的焊前打磨處理相比,盡管對接面未機械打磨的接頭焊核區的“S”線更明顯,但是兩種接頭的硬度分布和拉伸性能相當,拉伸時都在最低硬度區即熱影響區斷裂。高周疲勞實驗結果表明,兩種接頭的疲勞性能也基本相當,疲勞強度分別為105 MPa和110 MPa;在高應力幅下樣品斷裂于母材,在低應力幅下斷裂于熱影響區且出現兩個裂紋源。兩種接頭的疲勞斷口有裂紋源區、擴展區、最終斷裂區,都呈現出典型疲勞斷口特征。研究結果表明,焊前是否進行機械打磨對FSW接頭的靜態拉伸和動態疲勞性能沒有明顯的影響。
制備不同鎂含量的Al-Mg-Ga-In-Sn合金并對其進行固溶和時效熱處理,用XRD和SEM分析和觀察了顯微結構和腐蝕表面,用AFM/SKPFM測量了合金不同晶界相與鋁晶粒間的電勢差,用排水法測量了在不同水溫下合金的鋁水反應。結果表明,熱處理改變了合金低熔點界面相的種類、形態以及合金晶粒內Mg和Ga含量。熱處理態Mg含量低于4%的合金,其中有Mg2Sn、MgGa、MgGa2、MgIn界面相;在Mg含量為5%的熱處理態合金中出現了Mg5Ga2、Mg2Ga相。在時效態合金晶粒內有MgGa相析出。與相同成分的鑄態合金相比,時效態合金中各晶界相與鋁基體間的電位差較大。熱處理態合金的產氫速率和產氫率,與合金的Mg含量有關。分析了熱處理使合金顯微結構和晶界相與鋁基體間電位差變化的原因,并討論了熱處理對合金鋁水反應的影響。
用Al-10Sr變質劑和Al-5Ti-B細化劑處理A356鋁合金熔體,并結合擠壓鑄造和T6熱處理工藝,研究變質細化與熱處理對A356鋁合金擠壓鑄造件的組織和性能的影響規律。結果表明,隨著Al-10Sr變質劑加入量的增加,共晶Si的形貌由片狀和長桿狀變為顆粒狀和蠕蟲狀,α-Al的晶粒尺寸先減少后增大。當Al-10Sr的加入量(質量分數)為0.3%時,擠壓鑄造成形件的最優抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為221.3 MPa、104.5 MPa和10.3%。Al-10Sr變質能提高形核率、細化α-Al晶粒尺寸和改變共晶硅形貌,使鑄造件的力學性能提高。隨著A-5Ti-B的增加,晶粒尺寸先降后增,力學性能先增后降。Al-5Ti-B的加入量為0.6%時,最優抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為215.6 MPa、106.6 MPa和9.0%。T6熱處理(固溶540℃/4 h+時效190℃/4 h)使屈服強度和抗拉強度顯著提高和延伸率降低。經過0.6% 的Al-5Ti-B細化處理,T6處理擠壓鑄造件的最優的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為297.5 MPa、239.3 MPa和8.0%。共晶硅的球化和細化、成形件成分的均勻化以及Mg2Si強化相在基體中彌散析出,是熱處理后構件力學性能提高的主要原因。
采用金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)在硅(Si)襯底制備鋁/氮化鋁/氮化鎵(Al/AlN/GaN)多層薄膜,使用光學顯微鏡(OM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)等手段表征AlN和GaN薄膜的微觀結構和晶體質量,研究了TMAl流量對AlN薄膜和GaN薄膜的形核和生長機制的影響。結果表明,預沉積Al層能促進AlN的形核和生長,進而提高GaN外延層的薄膜質量。TMAl流量太低則預沉積Al層不充分,AlN緩沖層的質量取決于由形核長大的高結晶度AlN薄膜與在氣氛中團聚長大并沉積的低結晶度AlN薄膜之間的競爭,AlN薄膜的質量隨著TMAl流量的升高而提高,GaN薄膜的質量也隨之提高。TMAl流量太高則預沉積Al層過厚,AlN緩沖層的質量取決于由形核長大的高結晶度AlN薄膜與Al-Si回融蝕刻之間的競爭,AlN薄膜的質量隨著TMAl流量的升高而降低,GaN薄膜的質量也隨之降低。
用激冷鑄造法制備Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti合金,研究了在不同溫度退火后其硬度隨時間的變化,并用金相顯微鏡(OM)和透射電鏡(TEM)研究了這種合金中Al3(Scx,Ti1-x)第二相粒子的存在形式和形成機制。結果表明:用急冷鑄造法制備的Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti鑄態合金中Sc和Ti原子主要以固溶的形式存在于α(Al)基體中,在電鏡下很難觀察到這些粒子。鑄態合金在較低溫度(低于250℃)下退火時其硬度提高得比較慢,退火較長時間才能出現硬度的峰值;而在比較高的溫度(高于350℃)退火硬度提高得非???,很快出現峰值。但是,硬度出現峰值后繼續退火則大幅度降低;在300℃退火硬度的熱穩定性比較高。硬度的變化,與次生Al3(Scx,Ti1-x)粒子的析出密切相關。在較低溫度下次生Al3(Scx,Ti1-x)粒子的析出不充分且粒徑較小,對晶界、亞晶界和位錯的釘扎作用較弱;而在過高的溫度下Al3(Scx,Ti1-x)粒子發生粗化,使合金的性能降低。
研究了6101鋁合金單股導線在-70℃到70℃溫度區間的拉伸性能。結果表明,6101鋁合金導線在-70℃低溫下具有較高的強度和較好的變形均勻性,但是隨著變形溫度的提高其屈服強度和強度極限都呈下降趨勢。與在-70℃的拉伸性能相比,在70℃合金的強度極限和屈服強度分別降低了10.9%和9.3%。對應變硬化率和屈服強度與溫度的相關性分析發現,在拉伸變形過程中合金樣品的應變硬化率隨著流變應力的增大和溫度的升高呈下降趨勢。晶格摩擦阻力極大的影響了合金的屈服強度,對比不同溫度下6101合金的屈服強度增量的擬合計算結果與實驗結果,得到了這種導線屈服強度增量與溫度的關系,據此可預測此類導線在不同溫度下的服役可靠性。
在高速鐵路接觸網支撐定位裝置用Al-7Si-0.6Mg合金中引入不同尺寸的人工缺陷,進行旋轉彎曲疲勞實驗以定量研究缺陷尺寸對材料疲勞強度的影響,并建立了疲勞強度與缺陷尺寸之間的定量關系。結果表明:材料表面的人工缺陷尺寸越大,試樣的高周疲勞強度的下降越大;材料表面尺寸小于370 μm的人工缺陷對其高周疲勞強度沒有影響;在適用性條件范圍內使用修正的Murakami公式能更加準確地評估Al-7Si-0.6Mg鋁合金的高周疲勞強度和應力強度因子門檻范圍。
使用OM、SEM觀察、XRD物相分析和拉伸性能測試等手段研究了鑄態、固溶態和時效Al-Si-Cu-Ni-Ce-Cr鑄造耐熱鋁合金的組織和力學性能。結果表明:對Al-Si-Cu-Ni-Ce-Cr合金進行490℃×2 h+520℃×2 h雙步固溶處理,不僅使θ-Al2Cu相完全固溶進基體中,還使更多的γ-Al7Cu4Ni相和δ-Al3CuNi相充分固溶進基體中,實現了更好的固溶效果;經過490℃×2 h+520℃×2 h和185℃×6 h熱處理后,Al-Si-Cu-Ni-Ce-Cr合金的室溫抗拉強度為336.8 MPa、高溫(300℃)抗拉強度為153.3 MPa,比鑄態分別提高了74%和19.3%。
對Al-Cu-Mg合金進行一種能消減殘余應力的新型熱處理,使用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射等手段分析殘余應力并測試力學性能,研究了這種合金的微觀組織結構和性能。結果表明:新型熱處理使Al-Cu-Mg合金的殘余應力消減率達到92.7%(與固溶態鋁合金相比),并得到優良的強塑性配合(屈服強度達到463.6 MPa,抗拉強度達到502.5 MPa,伸長率達到12.7%)。微觀組織的分析結果表明:在進行新型熱處理的合金中S'相比用傳統熱處理的更為細小、分布更均勻,由S'相析出的共格應力場與淬火殘余應力場疊加使合金殘余應力大幅度降低,使合金的綜合性能較高。
對6 mm厚的6082-T6鋁合金進行兩種表面處理然后實施攪拌摩擦焊接,研究了對接面氧化膜對接頭組織和疲勞性能的影響。結果表明,進行速度為1000 mm/min的高速焊接時,對接面未打磨和打磨的接頭焊接質量都良好,接頭強度系數達到81%;兩種接頭的疲勞性能基本相同,疲勞強度均為100 MPa;少數樣品在焊核區外斷裂,大部分樣品在熱影響區斷裂。與接頭相比,兩種接頭焊核區的疲勞性能有所提高,均為110 MPa,在疲勞測試中裂紋并未沿“S”線萌生和擴展。
新型含鋁奧氏體耐熱合金(AFA)進行壓縮熱模擬試驗,使用OM和EBSD等手段研究了這種合金在950~1150℃和0.01~5 s-1條件下的微觀組織演變、建立了基于動態材料模型熱加工圖、分析了變形參數對合金加工性能的影響并按照不同區域組織變形的特征構建了合金的熱變形機理圖。結果表明:新型AFA合金的高溫流變應力受到變形溫度和應變速率的顯著影響。在變形溫度為950~1150℃和應變速率為0.18~10 s-1條件下,這種合金易發生流變失穩。在變形溫度為1050~1120℃、應變速率0.01~0.1 s-1和變形溫度1120~1150℃、應變速率10-0.5~10-1.5 s-1這兩個區間,這種合金發生完全動態再結晶行為且其再結晶晶粒均勻細小,功率耗散因子η達到峰值45%。新型AFA合金的熱加工藝,應該優先選擇再結晶區域。
使用霍普金森壓桿試驗裝置進行擠壓態6013-T4鋁合金的室溫動態壓縮實驗,應變速率為1×103~3×103 s-1。結果表明,6013-T4鋁合金在動態壓縮過程中表現出明顯的應變硬化和正應變速率敏感性;隨著應變和應變速率的提高位錯密度增大,在高應變速率和大應變量變形后試樣的位錯塞積顯著。在相同的變形條件下0°方向試樣的應力總是最高,而45°方向試樣的應力最低。擠壓態6013-T4合金的主要織構類型為{112}<111>和{110}<111>。對于{112}<111>織構,0°、45°和90°方向的最大施密特因子分別為0.27、0.49和0.41。對于{110}<111>織構,最大施密特因子分別為0.27、0.43和0.41。0°方向的施密特因子最小,使該方向的應力水平較高。在相同的應變速率和應變量條件下動態壓縮變形時,0°方向試樣的位錯密度更高。在沖擊件的材料選擇和結構設計中有必要考慮材料的應變速率敏感性、力學性能各向異性以及微觀組織的演變。
采用力學性能測試、電導率測試和透射電子顯微鏡研究了淬火速率對汽車用高強鋁合金性能的影響。結果表明:淬火速率從960℃/s降低到1.8℃/s,電導率提高了5.7% IACS,硬度的下降率為40%,抗拉強度和屈服強度的下降率分別為24.2%和56.9%,硬度和強度與淬火速率的對數呈線性關系。隨著淬火速率的降低,淬火析出相的尺寸和面積分數顯著增大,導致性能下降。淬火速率為1.8℃/s時,淬火析出相的平均尺寸為465.6 nm×158.2 nm,析出相的面積分數為42.1%。
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