TiB2粒子细化铝合金的电子理论分析

利用固体分子经验电子理论对在铝合金细化过程中起主要作用的TiB2粒子的价电子结构进行了分析和计算。结果表明，TiB2中的共价电子主要集中在最强的B－B键上，其晶体中的B－B键可形成稳固的六边形结构。大量弥散分布的TiB2粒子在铝深体中形成了与石墨类似的连续网状结构，为AiAl3在其上成核提供了平面衬底。TiB2与TiAl之间的润湿角较小，使成核所需的能量较低。加之TiAl3与α－Al之间具有良好的晶格对应关系，从而形成了大量的异质晶核，使铝合金得到细化。     

稀土在Al-Ti-B-RE中间合金中的作用

采用氟盐法制备了Al-Ti-B-RE中间合金,并对其进行了细化效果实验,利用扫描电镜研究了Al-Ti-B-RE中间合金的微观组织特征.研究结果表明:加入稀土对TiAl3晶粒的大小、形貌及分布有显著影响;稀土增大了铝熔体与TiB2之间的润湿角,使TiB2不易聚集和沉淀,增强了中间合金的细化性能;稀土易聚集在晶界和相界面,减少晶核与液体间的接触面积,增大形核率,对TiAl3合金晶粒的细化效果明显.     

超声制备Al-5Ti-1B中间合金中TiB2粒子尺寸分布及其晶粒细化性能

在连续高能超声作用下,制备出一种新型的Al-5Ti-1B中间合金,研究了该中间合金的微观组织、形核相TiB2粒子尺寸分布以及它对工业纯铝的晶粒细化效果.结果表明,与常规制备方法相比,在4 min连续高能超声振动作用下,可使Al熔体对混合氟盐的吸收率达到100%,大大缩短了制备反应时间.Al-5Ti-1B中间合金中,TiAl3相呈现10~20μm小团块状;TiB2粒子为规则多边状,并有清晰的外形轮廓,呈松散聚集团状分布;TiB2粒子的平均尺寸以及尺寸跨度大大降低,分别为646.9 nm、1.2μm.该中间合金的优良组织特性显著提高了其晶粒细化性能,用此中间合金可将工业纯铝的铸态晶粒尺寸细化至45μm.     

LSM法制备TiB2/Al复合材料的反应模式和微结构

热力学分析表明,铝熔体中TiB2比TiAl3和AlB2更稳定·TiAl3和AlB2可以继续反应生成TiB2·试验结果表明,混合盐中Ti和B按一定比例时,在铝合金熔体中K2TiF6和KBF4通过反应得到的TiB2/Al复合材料组织中未发现除TiB2以外的其他反应产物,TiB2为接近等轴的多面体·用TEM观察金属薄膜中TiB2形貌能有效避免盐膜包覆对SEM观察效果的影响·     

稀土对铝钛硼中间合金组织及细化性能的影响

采用氟盐铝热反应法制取不同稀土含量的Al-Ti-B-RE中间合金,并对其微观组织和细化效果进行了分析,讨论了稀土元素对Al5Ti1B组织及性能的影响。X射线衍射及能谱分析证明:稀土元素和TiAl3结合生成了Ti2Al20RE,同时TiAl3尺寸减小、数量减少;TiB2尺寸、形态不受影响,但分布更加均匀弥散。细化效果试验表明稀土元素确实可以提高Al5Ti1B中间合金的细化效果。在5Ti1B系Al-Ti-B-RE中间合金中,稀土元素的最佳质量分数为3.53%,此时能取得最理想的微观组织和细化效果。     

稀土对铝钛硼中间合金组织及细化性能的影响

采用氟盐铝热反应法制取不同稀土含量的Al-Ti-B-RE中间合金,并对其微观组织和细化效果进行了分析,讨论了稀土元素对Al5Ti1B组织及性能的影响。X射线衍射及能谱分析证明,稀土元素和TiAl3结合生成了Ti2Al20RE,同时TiAl3尺寸减小、数量减少;TiB2尺寸、形态不受影响,但分布更加均匀弥散。细化效果试验表明稀土元素确实可以提高Al5Ti1B中间合金的细化效果。在5Ti1B系Al-Ti-B-RE中间合金中,稀土元素的最佳质量分数为3.53%,此时能取得最理想的微观组织和细化效果。     

新型细化剂AlTiBRE中间合金的纯净化处理效果研究

采用铝熔体熔剂净化技术对Al5Ti1B0.5RE中间合金细化剂熔体进行净化处理试验,优化出合适的排杂熔剂及其处理工艺,并采用OM、SEM、EDAX等进行夹杂物及细化相粒子的存在形态和成分分析.结果表明,XHJ1熔剂的净化效果好,与未净化的相比,除杂率达82.4%.当XHJ1熔剂加入量2%,处理温度750℃时细化剂中含杂量少,夹杂物数量也少、尺寸细小且弥散分布.有效的净化对改善细化剂中细化相粒子的分布形态起重要作用,即经净化后细化相粒子TiAl3分布更为均匀且多呈细小块状、平均尺寸11.16μm,TiB2相粒子呈疏松状均匀分布、平均尺寸3.28μm,此外还揭示了其改善的原因.     

硼元素对TiAl基合金凝固组织的影响

实验采用真空水冷铜坩埚非自耗真空钨极电弧熔炼炉制备Ti-45Al-xB合金,对比研究了B元素对TiAl基合金凝固组织的影响.结果表明硼元素对TiAl基合金凝固组织具有细化作用,硼含量在0到0.6%范围内时,随着硼含量的增加,合金凝固组织细化程度增加,而与Ti45Al0.6B合金相比,Ti45Al0.8B合金的凝固组织出现粗化现象;相较于二元TiAl合金,硼的添加使合金的片层间距减小;但硼含量为0.4%～0.8%时,随着硼含量的增加,片层间距缓慢增加.硼含量在0～0.8%时,硼元素对Ti45Al合金的作用机理主要包括TiB2对固相生长的阻碍作用以及TiB2的辅助形核作用.     

富铁硼化物t-Fe3B的价电子结构分析

用键距差方法计算了四方结构的Fe3B的价电子结构.结果表明:|ΔD|=0.003 50 nm,3个Fe原子分别为甲种9,11和10阶,B为5阶.在α-Fe中,Fe处于甲种第8阶,说明在Fe3B中Fe原子状态相对纯元素发生了改变;最强的键不是在Fe—B之间,而在B周围9个原子配位团网络中,在Fe—Fe之间的键长为0.705 9 nm,Fe—B间最强键的键长为0.416 3 nm.     

正交结构的Fe_3B电子理论

应用键距差方法分析了o-Fe3B的价电子结构，指出了o-Fe3B的价电子结构的基本特点，并以此为基础分析了o-Fe3B的某些物理性质．     

Al-Ti-B中间合金中第二相沉淀现象研究

采用氟盐铝热反应法制取Al-Ti-B中间合金细化剂,对其反应过程进行了分析.通过对比挤压前后的微观组织,研究挤压变形对组织造成的影响.结果表明,挤压使得TiAl3颗粒尺寸减小、表面趋于平滑,挤压过程中发生的再结晶现象使TiB2分布均匀弥散.另外通过静置实验研究了α-Al基体中第二相的沉淀现象,深入分析了沉淀过程及原因,提出了减少第二相颗粒聚集、沉淀的方法,着重强调了优化挤压工艺和添加适量稀土元素的作用.     

Al-Ti-B中间合金生产方法及发展趋势

阐述了各种铝及铝合金铸锭晶粒细化的方法,得出Al-Ti-B中间合金是目前工业生产条件下,在铝熔体中添加细化剂进行细化铸锭的晶粒中最经济有效的方法.在过去50多年里,国内外科研工作者对铝钛硼的晶粒细化进行了广泛而又深入的研究,开发出了氟盐反应法、纯钛颗粒法、氧化物法、电解法、铝热还原法和自蔓延高温合成法等多种铝钛硼中间合金的制备方法和半连续铸造挤压法、连续铸轧法和连续铸挤法等多种线材成型方式.通过分析铝钛硼各种制备方法和线材成型方式的优缺点,得出通过氟盐反应法和连续铸轧法生产的铝钛硼中间合金线材,具有制备工艺简单、生产成本低、产品质量稳定、细化效果显著等优点;另外发展新型制备工艺和新型Al-Ti-B中间合金细化剂,是其一个重要的发展方向.     

V-Ti-Fe中间合金的精炼工艺

以金属热还原法制备的V-Ti-Fe中间合金为原料,采用喷吹造渣的方式对其进行精炼研究,实验考察了渣系组成和精炼温度对精炼效果的影响.结果表明:渣体中m(CaF2)/m(CaO)值为3.0,TiO2用量为总渣量的10%,用渣量为合金用量的35%,精炼温度为1 600℃时,精炼效果较好;精炼后合金中的Al质量分数由7.11%降到了2.61%,合金中的Si质量分数变化较小,仅由1.25%降到了0.97%.XRD和SEM分析表明,精炼后合金中没有出现氧化物相,精炼有效地去除了合金中的氧化物夹杂,降低了合金的成分偏析.     

铝合金表面脉冲电磁场对半连续铸造晶粒的细化

采用一种新型熔体表面脉冲电磁技术对7A04铝合金半连续铸造凝固组织细化处理,分析脉冲电磁场对凝固组织及性能的影响.引入势能的观点,探讨脉冲磁能作用下的晶体形核动力学及初生晶核运动形式.结果表明,经表面脉冲电磁场处理后,凝固组织由晶粒尺寸粗大的玫瑰结构转变为细小且圆整的球状结构,铸锭心部及边部晶粒尺寸分别下降22.7%和14.2%,强度、塑性均有提高.动力学分析认为,脉冲电磁能降低体系形核所需的临界吉布斯自由能是增加形核率的重要原因,同时可导致初生α-Al运动的势能增加,促使初生α-Al颗粒优先到达稳定位置.     

6mm厚货车用铝合金板摩擦搅拌焊试验研究

摩擦搅拌焊技术已成为铝合金焊接的重要手段。针对5052和6061-T6两种6 mm厚铁路货车使用的铝合金板材,采用摩擦搅拌焊设备进行焊接试验;并进行了相关检测,研究不同工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:提高搅拌头的转速和降低焊接速度有利于降低设备的主轴轴向受力。在低转速时,摩擦搅拌焊的焊接质量较差,焊缝结构疏松,容易出现焊缝缺陷;当转速提高到1 200 r/min时,热输入能量适中,焊缝表面光滑明亮,表观质量良好。由焊缝表观可以发现,提高焊接进给速度后,焊缝表面光亮度下降,纹路变得明显,表面变得粗糙;在较高的搅拌头转速下以不同焊接速度进行焊接,其焊缝内部基本无可见缺陷,质量良好;在相同的搅拌头转速和焊接速度下,6061-T6铝合金板焊接过程中主轴压力略低于5052铝合金板。     

3D打印铝合金力学性能的非线性超声检测

为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增大,超声非线性系数也随之增大,而抗拉强度呈现变小的趋势,因此超声非线性系数可以评价材料的强度。此外,对不同成型角度下的3D打印铝合金试件进行疲劳试验,发现疲劳加载后试件的超声非线性系数随着微裂纹萌生而增大。因此,非线性超声检测技术可用于3D打印铝合金材料力学性能的评估和微裂纹的检测。     

原位合成TiB/Ti复合材料的微观结构及力学性能

利用钛与硼之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔铸工艺原位合成制备了TiB增强的钛基复合材料.通过XRD、SEM、TEM和HREM等分析方法测试了合成材料的物相及微观结构.结果表明原位合成的增强体为TiB,合金化元素铝的加入并不导致新相形成,增强体均匀地分布在基体合金上.由于TiB的B27结构导致TiB易于沿[010]方向生长而长成短纤维状.增强体与基体合金界面非常洁净,没有任何界面反应.由于原位合成增强体的加入,复合材料的力学性能与基体合金比较有了明显的提高.