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Zn-Fe-Al-Sb四元系和Ni-Sb-Zn三元系相关系的研究

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Zn-Fe-Al-Sb四元系和Ni-Sb-Zn三元系相关系的研究

作者：赵愈亮湘潭大学

学位级别：硕士

热浸镀锌是一种提高汽车和工业制品中抗腐蚀性能的有效方法。由于热浸镀锌得到的产品拥有较好的耐蚀性，且工艺简单，生产成本低，因此热浸镀锌技术在汽车、冶金和电力等方面得到了广泛的应用。但是在镀锌行业仍然存在一个长期困扰的问... 详细信息

热浸镀锌是一种提高汽车和工业制品中抗腐蚀性能的有效方法。由于热浸镀锌得到的产品拥有较好的耐蚀性，且工艺简单，生产成本低，因此热浸镀锌技术在汽车、冶金和电力等方面得到了广泛的应用。但是在镀锌行业仍然存在一个长期困扰的问题：含硅钢的镀层过度增长导致性能变坏。目前普遍的解决方法是在锌池中加入不同的合金元素来抑制镀层的过度生长。为了在连续镀锌生产线上得到好的合金镀层，一般会加入Ni、Al、V等元素，因为这些元素对硅反应有着良好的抑制作用。加入少量的Ni即可抑制Si含量为0.1wt.%左右的钢的硅反应性，可以降低镀层的厚度，提高镀层的耐腐蚀能力和表面流动性。Al是工业镀锌中常用添加元素，因为它可以形成Fe2Al5ZnX抑制层，而不形成ζ相爆发组织，从而提高镀层的光泽，降低锌池表面的氧化作用。研究人员发现，在锌池中加入Sb，能在镀层中形成外观美丽的锌花，并且达到细化晶粒、减少锌渣和增强流动性的作用。本文为了研究这些元素在锌池中的作用，利用扫描电镜和X射线分析仪对它们的相关系进行研究。为弄清镀锌过程中熔池的Al和Sb的作用及锌池中Al和Sb的协同加入对Zn-Fe界面反应的影响，为设计开发出一种环保型Zn-Sb-M (M=Al)合金的镀锌产品提供理论基础，因此有必要研究Zn-Fe-Al-Sb四元相图。本实验是采用平衡合金法，通过利用扫描电镜结合能谱仪（SEM-EDS）和X射线衍射仪法（XRD）等手段测定了Zn含量固定在93at.%的Zn-Fe-Al-Sb四元体系富锌角450℃等温截面。实验结果表明该四元体系中存在5个四相平衡区：L-Zn+Sb2Zn3+δ+ζ，L-Zn+δ+Sb2Zn3+AlSb，L-Zn+δ+T+AlSb，L-Zn+Fe2Al5+T+AlSb和L-Zn+Fe2Al5+FeAl3+AlSb，4个三相平衡区：L-Zn+Sb2Zn3+ζ，L-Zn+Sb2Zn3+δ，L-Zn+Fe2Al5+AlSb和L-Zn+FeAl3+AlSb。Sb在ζ、T、δ、Fe2Al5和FeAl3相中溶解度很有限，且Zn在AlSb、Fe2Al5和FeAl3相中的最大溶解度分别为5.3、12.3和6.2at%。在该实验中没有发现新的三元化合物存在。为研究Ni和Sb对镀锌界面反应的作用机理及为开发新型的Zn-Ni基合金提供理论基础，且为Zn-Fe-Ni-Sb四元系相图做铺垫，本工作研究了Ni-Sb-Zn三元系450°C、600°C和900°C三个等温截面的相关系。在450°C等温截面，发现三个三元化合物：NiSbZn (τ1)，Ni2SbZn2(τ2)和Ni3Sb2Zn (τ3)，存在17个三相区，其中12个三相区可以用实验确认，其余5个可以根据相率和已有相关系推测出来。Ni在SbZn，Sb2Zn3和Sb3Zn4相中的溶解度都很小，但是Zn在NiSb和NiSb2中最大的溶解度分别是5.6at.%和1.6at.%。在600℃等温截面，发现了四个三元化合物，分别为NiSbZn (τ1)、Ni2SbZn2(τ2)、Ni3Sb2Zn (τ3)和Ni4.6SbZn (τ4)，存在15个三相区，其中10个三相区可以用实验确认，其余5个可以根据相率和已有相关系推测出来。Zn在NiSb、NiSb2、Ni5Sb2和Ni3Sb中最大的溶解度分别是1.9、1.0、7.3和1.6at.%。在900℃等温截面，发现了四个三元化合物，分别为NiSbZn (τ1)、Ni2SbZn2(τ2)、Ni3Sb2Zn (τ3)和Ni4.6SbZn (τ4)。

关键词：相平衡 Zn-Fe-Al-Sb Ni-Sb-Zn 镀锌金属间化合物

复合场作用下Al-5.0Cu-1.0Fe合金的显微组织和力学性能

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中国有色金属学报 2016年第4期26卷 707-714页

作者：罗执张杨赵愈亮张卫文华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

将压力场和超声场复合作用于铝合金的凝固过程,并对比分析无外场、单一外场(压力场、超声场)和复合场的作用效果。采用定量金相分析、扫描电镜、电子探针等手段研究压力场、超声场以及压力和超声复合场作用下Al-5.0Cu-1.0Fe合金的显微... 详细信息

将压力场和超声场复合作用于铝合金的凝固过程,并对比分析无外场、单一外场(压力场、超声场)和复合场的作用效果。采用定量金相分析、扫描电镜、电子探针等手段研究压力场、超声场以及压力和超声复合场作用下Al-5.0Cu-1.0Fe合金的显微组织和显微硬度。结果表明:分别施加50 MPa压力场和800 W超声场均能减少α(Al)二次枝晶间距,细化并分散富铁相和θ(Al_2Cu)相,同时改变富铁相的形貌,使针状的Al_7Cu_2Fe相转变成汉字状的富铁相Al_6(Cu Fe);同时复合场比单一外场能更大程度地细化α(Al)二次枝晶间距、富铁相和θ(Al_2Cu)相;单独施加压力50 MPa比单独施加800 W的超声更能够有效减少缩松,但同时施加压力和超声时效果最佳;同时施加压力和超声场时可获得最高的α(Al)基体显微硬度。对复合场的作用效果进行初步探讨,这是超声场的空化效应以及声流效应和压力场的压力效应共同作用的结果。

关键词： Al-5.0Cu-1.0Fe合金超声场压力场富铁相显微组织显微硬度

Si含量对挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-0.7Fe合金显微组织和力学性能的影响

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中国有色金属学报 2015年第11期25卷 3040-3050页

作者：赵愈亮孟凡生张杨张大童杨超张卫文华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

采用拉伸性能和硬度测试、光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段研究不同Si含量对挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-0.7Fe合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:当挤压压力为0时,随着Si含量的增加,凝固后期形成的富铁相阻止液相补缩,形成... 详细信息

采用拉伸性能和硬度测试、光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段研究不同Si含量对挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-0.7Fe合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:当挤压压力为0时,随着Si含量的增加,凝固后期形成的富铁相阻止液相补缩,形成缩松组织,导致合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率都下降;当挤压压力为75MPa时,随着Si含量增加,缩松组织消失,虽然细小和分散的α-Al15(Fe Mn)3(Si Cu)2相和Al2Cu相数量增多,但Al6(Fe Mn Cu)相消失,有利于晶界强化和阻止裂纹的扩展,使得合金的抗拉强度和屈服强度增加;虽然富铁相数量的增加使得合金伸长率降低,但挤压铸造工艺减缓了伸长率降低的趋势。当挤压压力为75 MPa和Si含量为1.1%(质量分数)时,合金的综合力学性能最好,其抗拉强度为232 MPa,屈服强度为118 MPa,伸长率为12.4%。

关键词： Si Al-Cu合金挤压铸造显微组织力学性能

功率超声与挤压铸造耦合工艺对Al-5.0Cu合金凝固组织影响的数值模拟与试验研究

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机械工程学报 2022年第10期58卷 87-94页

作者：林波范滔张杨赵愈亮张卫文王莹贵州大学机械工程学院贵阳550025 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 东莞理工学院机械工程学院东莞523808

采用挤压铸造和功率超声耦合的方式处理Al-5.0Cu合金熔体,利用光学显微镜观察不同工艺参数下的Al-5.0Cu合金的微观组织。使用反分析法计算出耦合作用下铸件-模具的界面换热系数曲线,在此基础上结合CAFE宏-微观耦合模型模拟出不同工艺下A... 详细信息

采用挤压铸造和功率超声耦合的方式处理Al-5.0Cu合金熔体,利用光学显微镜观察不同工艺参数下的Al-5.0Cu合金的微观组织。使用反分析法计算出耦合作用下铸件-模具的界面换热系数曲线,在此基础上结合CAFE宏-微观耦合模型模拟出不同工艺下Al-5.0Cu合金的凝固组织,并与宏观腐蚀结果进行对比,试验同时测量了熔体内部不同位置的温度变化。通过数值模拟和试验验证相结合的方式,对比研究了不同工艺对Al-5.0Cu合金凝固组织的影响。模拟和试验结果均表明,功率超声和挤压铸造的耦合作用较于单一外场作用能进一步改善合金的凝固组织,同时可以完全消除铸造缺陷;耦合作用还可以使得熔体内部温度分布更加均匀,显著细化Al-5.0Cu合金的初生晶粒,有利于得到均匀、细小微观组织。该结果为细化Al-5.0Cu合金的组织,提高合金的力学性能提供了新的思路。

关键词： Al-5.0Cu合金超声振动挤压压力数值模拟 CAFE模型

超声振动和加压制备Al-5.0Cu-0.6Mn-0.6Fe铸态合金的组织和力学性能（英文）

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稀有金属材料与工程 2018年第2期47卷 457-462页

作者：赵愈亮张卫文孟凡生王智张大童杨超华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心广东广州510641

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜及能谱(SEM-EDS)、图像分析和拉伸试验等测试方法,研究超声振动(UT)和施加压力(P)耦合作用对铸态Al-5.0Cu-0.6Mn-0.6Fe合金组织和力学性能的影响。结果表明:P+UT工艺对α-Al、富铁相和Al_2Cu的形貌和尺寸... 详细信息

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜及能谱(SEM-EDS)、图像分析和拉伸试验等测试方法,研究超声振动(UT)和施加压力(P)耦合作用对铸态Al-5.0Cu-0.6Mn-0.6Fe合金组织和力学性能的影响。结果表明:P+UT工艺对α-Al、富铁相和Al_2Cu的形貌和尺寸有明显的影响,促进α-Al的形貌由树枝状向球状结构转变,明显地降低α-Fe、Al_6(FeMn)和Al_2Cu相的尺寸。P+UT工艺也有助于减少经常出现在挤压铸造中的双峰组织,也能有效地降低晶界偏析。P+UT工艺制备合金的最佳力学性能为抗拉强度268 MPa,屈服强度192MPa,伸长率17.1%,分别比未经过处理的合金高64%,59%和307%。

关键词：超声压力组织晶粒细化

Effect of applied pressure and ultrasonic vibration on microstructure and microhardness of Al-5.0Cu alloy

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2016年第9期26卷 2296-2303页

作者：张杨李风雷罗执赵愈亮夏伟张卫文华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

The squeeze pressure field and power ultrasonic field were applied during the conventional casting process of Al-5.0Cu alloy simultaneously. The effects of individual squeeze pressure or power ultrasonic and their coupling on the microstructures and microhardness of Al-5.0Cu alloy were studied by optical microscopy, scanning electron microscopy, image analysis and micro Vickers hardness test. The results show that compared with the conventional casting, refined microstructures, homogeneous distribution of α（Al） and θ（Al2Cu） and improved microhardness can be obtained when squeeze pressure or power ultrasonic is applied individually. For the case of combined fields, both the treated region and the improvement of microstructure and properties can be enhanced.

关键词： Al-Cu alloy squeeze pressure field power ultrasonic field combined field microstructure microhardness

铸造Al-Cu合金中富铁相对拉伸断裂行为的影响

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稀有金属 2017年第3期41卷 225-232页

作者：林波张卫文牛嘉运罗执赵愈亮孟凡生华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025

采用拉伸性能测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、深腐蚀、定量金相等技术手段研究了铝铜合金中富铁相对合金力学性能及拉伸断裂行为的影响。结果表明:随着Mn含量的增大,高铁含量合金力学性能得到改善,这主要是由于富铁... 详细信息

采用拉伸性能测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、深腐蚀、定量金相等技术手段研究了铝铜合金中富铁相对合金力学性能及拉伸断裂行为的影响。结果表明:随着Mn含量的增大,高铁含量合金力学性能得到改善,这主要是由于富铁相的演变和T相的增多以及铸造缺陷减少有关。针状β-Fe是铝铜合金中危害最大的富铁相。在拉伸过程中,针状β-Fe容易引起应力集中,从而导致富铁相与α(Al)基体界面断裂失效。同时针状β-Fe作为裂纹的起源,裂纹将沿着纵向发生二次扩展。与针状β-Fe相比,汉字状的富铁相对性能危害性更小,这是由于裂纹将在汉字状的Al_mFe和α-Fe中的枝晶臂间产生偏转,从而有效阻止裂纹的扩展。与Al_mFe相比,α-Fe比Al_mFe危害更小。这主要是由于Al_mFe具有晶体缺陷,本身能承受拉应力更小,枝晶发达的α-Fe与铝基体的结合力更大,同时发达的枝晶臂可以更加有效抑制裂纹的扩展。

关键词：富铁相铝铜合金拉伸性能拉伸断裂行为

Fe含量对ADC12铝合金组织和性能的影响

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稀有金属 2021年第7期45卷 796-803页

作者：宋东福曾强赵愈亮罗薛晴乡家发张卫文广东省科学院材料与加工研究所广东广州510650 华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广东广州510640 东莞理工学院机械工程学院广东东莞523808 肇庆南都再生铝业有限公司广东肇庆526299

采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机等研究了Fe含量对ADC12铝合金组织和性能的影响,重点分析了不同Fe含量下富铁相形态和类型的演变规律。研究结果表明,随着Fe含量的增加,α-Al组织的枝晶间距先增大后减小。富铁... 详细信息

采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机等研究了Fe含量对ADC12铝合金组织和性能的影响,重点分析了不同Fe含量下富铁相形态和类型的演变规律。研究结果表明,随着Fe含量的增加,α-Al组织的枝晶间距先增大后减小。富铁相形态随Fe含量的演变过程为:紧密汉字状→汉字状+树枝状→汉字状+多边形状→针片状+汉字状。Fe含量在0.828%~0.894%范围内时,富铁相面积分数和平均面积均随Fe含量的增大逐渐增大,而圆整度逐渐降低。当Fe含量为0.942%时,由于少量粗大的多边形初生富铁相的形成,导致了富铁相的面积分数、平均面积和圆整度的显著增大;而Fe含量为0.973%时,针片状富铁相的出现导致了富铁相圆整度的急剧降低,同时造成了合金强度和伸长率的显著降低。结合富铁相形貌和类型、成分、合金的力学性能和断口截面形貌分析认为,ADC12铝合金中Fe的临界值最靠近为0.942%,其容许量范围为0.894%~0.942%。

关键词： Fe含量 ADC12铝合金富铁相形态临界Fe含量

仿贝壳TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料的组织及其力学性能

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3554-3563页

作者：林波王明辉张文馨肖华强赵愈亮张卫文贵州大学机械工程学院贵阳550025 东莞理工学院机械工程学院东莞523808 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

陶瓷增强铝基复合材料是轻量化结构件的较理想材料,但随着陶瓷增强相含量的增加,复合材料的韧性会降低,导致复合材料服役过程中安全性的下降。因此如何实现复合材料高强韧性的匹配是制备陶瓷增强铝基复合材料一直存在的难题。根据仿生... 详细信息

陶瓷增强铝基复合材料是轻量化结构件的较理想材料,但随着陶瓷增强相含量的增加,复合材料的韧性会降低,导致复合材料服役过程中安全性的下降。因此如何实现复合材料高强韧性的匹配是制备陶瓷增强铝基复合材料一直存在的难题。根据仿生学思想,采用冷冻铸造及压力浸渗技术制备了不同陶瓷初始固相含量(20vol%、30vol%、40vol%)的TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和力学性能测试研究了不同陶瓷初始固相含量对于TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料微观组织和力学性能的影响。实验结果表明,随着陶瓷初始固相含量的提升,复合材料中陶瓷片层厚度增加,金属片层厚度减小,复合材料的抗压强度有所提升但抗弯强度和断裂韧性下降。其中,20vol%陶瓷初始固相含量的TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料拥有较优的断裂韧性,达到了(20.59±1.5)MPa·m^(1/2);40vol%陶瓷初始固相含量制备的TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料拥有较优的抗压强度,达到了(670±20)MPa。这主要是因为随着复合材料中陶瓷初始固相含量的提升,层状复合材料更容易发生界面脱层,层状复合材料通过合金塑性变形等增韧效果减弱;同时,裂纹偏折、界面剥落、裂纹分支等增韧效果也降低。

关键词：仿贝壳层状复合材料冷冻铸造压力浸渗显微组织力学性能