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杂质元素镓对工业纯铝及铝合金组织性能的影响研究

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杂质元素镓对工业纯铝及铝合金组织性能的影响研究

作者：林金平上海交通大学

学位级别：硕士

铝合金是国民经济和国防建设的重要基础性战略材料。影响铝导体导电性的因素很多,铝的化学成分、杂质含量及铝的结晶状态、加工工艺等对铝的导电性都有着一定的影响。在众多的影响因素中,化学成分是影响铝导体导电性诸多因素中最基本的... 详细信息

铝合金是国民经济和国防建设的重要基础性战略材料。影响铝导体导电性的因素很多,铝的化学成分、杂质含量及铝的结晶状态、加工工艺等对铝的导电性都有着一定的影响。在众多的影响因素中,化学成分是影响铝导体导电性诸多因素中最基本的因素。镓是一种稀贵金属,位于元素周期表中第3周期第Ⅲ主族,和铝在同一主族,外层电子结构相似。镓的原子半径为1.81A,电子层结构为3d4s4p,铝的原子半径为1.82A,电子层结构为3s3p。由于其在氧化铝中富集度高,在电解过程中,离子态的镓在阴极比铝优先析出。又因为其在铝中有很大的固溶度(镓在30℃时在铝中的最大固溶度为20.0(质量)%,8.82(原子)%,仅次于银和锌),因此,无论是在电解原铝,或是在铝锭中,镓成为了仅次于硅和铁的第三号杂质元素。电解原铝液中镓含量通常大约为0.02wt%,由于其含量较高,不仅直接影响到了原铝品位的进一步提升,而且对用原铝生产的铸造类或变形类合金性能都可能有着广泛的影响。而关于镓对工业纯铝、6063变形合金以及A356等铸造铝合金的力学性能和导电性能的影响,基本还没有报导。从资源的再生角度以及高性能铝合金的发展角度考虑,研究杂质元素镓对铝合金性能的影响规律特别重要,唯有对镓含量与铝合金性能影响关系进行研究,才能知道在生产中是否需要控制或优化铝中的镓含量。? 本文主要考察作为杂质的镓对铝合金组织性能的影响规律,主要是通过在一定量的铝合金内,加入微量的镓,通过组织和性能方面地分析检测,研究金属镓对铝及铝合金组织和性能作用规律。通过在工业纯铝中加入0.02.06wt%的的镓,研究了镓对工业纯铝力学性能及导电性能的影响;通过在A356合金中加入0.02.06wt%的的镓,研究了镓对A356合金不同热处理状态下的室温力学性能及高温力学性能的影响;通过在6063合金中加入0.02.06wt%的的镓,研究了镓对6063合金不同热处理状态下的室温力学性能及高温力学性能的影响以及对6063合金电阻率的影响;通过在4N精铝中加入0.005.06wt%的的镓,通过电化学腐蚀方法和盐雾腐蚀方法研究了镓对4N精铝耐蚀性能的影响;通过以上研究,得出有价值的结论,为进一步控制与优化在电解、铸造过程中镓含量,提升原铝品位及铝合金性能提供了理论依据

关键词：镓工业纯铝 A356合金 6063合金精铝

微观组织特征及尺寸效应对工业纯铝薄板力学性能的影响

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微观组织特征及尺寸效应对工业纯铝薄板力学性能的影响

作者：何晗东南大学

学位级别：硕士

随着锂电池能量密度的要求越来越高,集电箔用铝箔产品厚度已降至10μm以下,且对其导电率和抗拉强度要求越来越高。本文以锂电池集电箔用工业纯铝铝箔为研究对象,分析其主要杂质元素Fe、Si总含量,以及Fe/Si比对其导电率、强度的影响规律... 详细信息

随着锂电池能量密度的要求越来越高,集电箔用铝箔产品厚度已降至10μm以下,且对其导电率和抗拉强度要求越来越高。本文以锂电池集电箔用工业纯铝铝箔为研究对象,分析其主要杂质元素Fe、Si总含量,以及Fe/Si比对其导电率、强度的影响规律,探索最佳成分控制范围,并尝试分析“尺寸效应”对材料性能的影响。研究发现工业纯铝中,随杂质元素(Fe+Si)总量的增大,铝板导电率急剧降低,而抗拉强度随之升高。而在杂质(Fe+Si)总量基本一致的前提下,随Si/Fe比例的减小样品的导电率逐渐增高,而材料的抗拉强度随之降低。当Si/Fe较小时,铝板组织中第二相数量较多,且大部分第二相化合物为AlFeSi相,为六方晶系;而当Si/Fe较大时,铝板组织中第二相数量明显减少,主要的第二相化合物为单斜晶系的AlFeSi。固溶强化对导电率的损伤率,明显高于加工硬化对导电率的损伤率。当材料厚度低至几个晶粒尺寸范畴后,“尺寸效应”对材料性能的影响越发显著:随着厚度的降低,材料的延伸率逐渐降低,且抗拉强度显著降低。利用有限元软件Abaqus及UMAT,模拟了材料的屈服强度及延伸率变化的趋势,以及晶粒变形及晶内外的应力分布。结果显示:在相同晶粒尺寸下,随着模型厚度的减小,材料颈缩区域宽度明显减小,材料强度和延伸率都会减小;随着模型内晶粒尺寸的减小,材料的断口角度与轴线的夹角更加偏离45°,而且强度和延伸率都会增加;硬取向屈服强度高于随机取向,随机取向强度高于软取向。

关键词：工业纯铝微观组织尺寸效应有限元模拟 Voronoi模型

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冷挤压工业纯铝散热器的点蚀孔洞分析

新技术新工艺 2002年第5期 40-41页

作者：王国凡周英勤山东建筑工程学院材料系 250014 山东大学材料学院 250061

针对工业纯铝散热器入水口出现的点蚀孔洞 ,通过采用 DV- 2型光电光谱仪和 H- 80 0透射电子显微镜控制的 TV990 0能谱仪对母材和腐蚀物进行了成分分析 ,排除了材料的化学成分和取暖用水的影响。通过对熔剂成分和焊接方向的分析 ,找到了... 详细信息

针对工业纯铝散热器入水口出现的点蚀孔洞 ,通过采用 DV- 2型光电光谱仪和 H- 80 0透射电子显微镜控制的 TV990 0能谱仪对母材和腐蚀物进行了成分分析 ,排除了材料的化学成分和取暖用水的影响。通过对熔剂成分和焊接方向的分析 ,找到了产生点蚀的原因 ,并提出了改进的方法。

关键词：冷挤压工业纯铝散热器点蚀孔洞

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工业纯铝L4M的化学抛光

通信技术 1984年第Z1期 100-107页

作者：刘安福

介绍化学抛光的机理和本质,根据化学抛光的工艺过程及规范详细介绍抛光纯铝条型材料的经验及溶液的配制方法。

关键词：化学抛光工艺过程化学腐蚀抛光化学机械加工 L4M 工业纯铝

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镧对工业纯铝显微组织的影响

有色金属（冶炼部分） 2006年第2期 38-40页

作者：杨钢陈敬超杜焰李玉华昆明理工大学材料与冶金工程学院云南省新材料制备与加工重点试验室昆明650093

研究了稀土镧对工业纯铝组织的影响。采用光学显微镜、扫描电镜,以及能谱仪等组织观察和分析测试手段,对加稀土后的工业纯铝组织和成分进行了分析,最终得出了稀土与工业纯铝中的Fe、Si等杂质元素发生反应,生成它们的复杂稀土化合物,从... 详细信息

研究了稀土镧对工业纯铝组织的影响。采用光学显微镜、扫描电镜,以及能谱仪等组织观察和分析测试手段,对加稀土后的工业纯铝组织和成分进行了分析,最终得出了稀土与工业纯铝中的Fe、Si等杂质元素发生反应,生成它们的复杂稀土化合物,从而净化了铝基体。

关键词：镧工业纯铝杂质显微组织

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Ce对工业纯铝性能的影响

轻合金加工技术 1992年第2期20卷 43-45页

作者：徐永昌陈德君沈阳黄金学院

对加Ce与不加Ce的工业纯铝在不同条件下进行对比试验,根据不同的退火温度、Ce含量和加工率,介绍了含Ce的工业纯铝的机械性能和导电性能.

关键词：工业纯铝铈电阻率抗拉强度

1100工业纯铝H1n、H2n状态板带材的生产工艺特点

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轻合金加工技术 1994年第12期22卷 14-18页

作者：陈兴利东北轻合金加工厂

在生产条件下，按日本ＪＩＳ－Ｈ４０００—８２《铝及铝合金板与带》标准研究了１１００工业纯铝Ｈ１ｎ和Ｈ２ｎ状态的生产工艺、力学性能及其影响因素。

关键词：工业纯铝板带材生产工艺铝合金力学性能 Hln状态 H2n状态

冷轧工业纯铝的力学性能及退火工艺对其影响的研究

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冷轧工业纯铝的力学性能及退火工艺对其影响的研究

作者：陈薪羽上海交通大学

学位级别：硕士

工业纯铝由于其密度低、易加工、取材广泛以及成本较低等特点成为最有前景的金属材料之一。通过有效的强化机制提高工业纯铝的强度是其应用的关键。大塑性变形是提高金属材料强度的常用工艺之一。此外，塑性变形后的材料进行进一步退火... 详细信息

工业纯铝由于其密度低、易加工、取材广泛以及成本较低等特点成为最有前景的金属材料之一。通过有效的强化机制提高工业纯铝的强度是其应用的关键。大塑性变形是提高金属材料强度的常用工艺之一。此外，塑性变形后的材料进行进一步退火处理，可以使金属材料的力学性能发生改变。因此，归纳出一套合理、完整的加工工艺，对于获得性能更好的工艺纯铝具有实际意义。本文主要研究冷轧过程中工业纯铝强度与应变量之间的关系，以及通过传统退火和电脉冲退火后力学性能的变化。首先概述了金属材料中大塑性变形工艺以及退火强化等概念，为工业纯铝强化工艺的探索与选择提供基础。其次，对工业纯铝采用冷轧大变形的方式进行强化，获得不同变形量下的材料，比较其应变与强度之间的关系，并通过透射电子显微镜观察其微观结构。工作中发现进一步变形导致材料软化的现象，该现象是由于较小应变量的材料中含有高位错密度和小角晶界的等轴晶造成的。通过理论计算晶界和位错对屈服强度的贡献，进一步验证试验中的观测结果。第三，对冷轧后不同强度的工业纯铝采取常规的电炉及油浴退火，并比较材料在相同退火工艺下的强度变化。工作发现，随着轧制变形后材料强度的上升，依次出现退火强化、无明显影响以及退火软化三个区域。这些现象均由退火过程中超细晶内部位错的变化规律来解释。最后，对冷轧后的工业纯铝进行电脉冲退火，并与传统退火进行比较。工作表明，经电脉冲退火后的材料强化或软化趋势与传统退火一致，区别是效果更显著。由于电脉冲退火更有利于位错回复泯灭和晶粒粗化的耦合作用，因此具有更高的加工效率，是值得探索的新型加工工艺。

关键词：工业纯铝冷轧退火强化电脉冲退火

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锆铒复合微合金化对工业纯铝组织性能的影响

锆铒复合微合金化对工业纯铝组织性能的影响

作者：宾杰中南大学

学位级别：硕士

采用铸锭冶金法制备了Al-0.15Zr、Al-0.2Er、 Al-0.15Zr-0.1Er、 Al-0.15Zr-0.2Er、 Al-0.15Zr-0.4Er合金。采用金相组织观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、EPMA区域定量分析、透射电镜和高分辨透射电镜观察等组织分析技术以及硬度、... 详细信息

采用铸锭冶金法制备了Al-0.15Zr、Al-0.2Er、 Al-0.15Zr-0.1Er、 Al-0.15Zr-0.2Er、 Al-0.15Zr-0.4Er合金。采用金相组织观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、EPMA区域定量分析、透射电镜和高分辨透射电镜观察等组织分析技术以及硬度、拉伸强度和电阻率等性能测试手段,研究了5种实验合金在不同状态（铸态、均匀化态、冷轧态、退火态）下的微观组织和性能,分析讨论了不同状态合金中Zr、 Er的主要存在形式和作用机制。得到的主要结论如下：单独添加0.2%Er不能细化工业纯铝的晶粒,但能有效细化二次枝晶组织,0.15%Zr+0.2%Er复合添加的细晶作用与0.15%Zr单独添加的相当。在本实验条件下,测定Er在工业纯铝中的最大固溶量约为0.09%,Er能和工业纯铝中的Fe发生交互作用,使工业纯铝中的铝铁相由粗大的针条状、骨骼状转变为较小的短棒状及块状,同时基体中会出现微米级、球状或类球状的含Er富铁相,但Er添加量大于0.2%时晶界会有初生Al3Er相析出。在400℃退火时,复合添加0.15%Zr+0.2%Er合金的峰值硬度较铸态合金提高55%,大于两者单独添加产生的强化效果之和,这主要是因为合金中析出了L12结构的纳米级Al3（Er,Zr）复合相,与基体共格,其心部富含Er而外层富含Zr,在400℃下的粗化速率明显低于Al3Er相。Al3（Er,Zr）相较好的强化作用及耐热性能得益于Er和Zr的协同作用,扩散较快的Er在基体中先形成Al3Er,为Zr的脱溶析出提供形核长大的核心,促进Al-Zr固溶体的分解,而扩散较慢的Zr吸附在析出相的外层,抑制析出相的粗化。微量Zr、 Er显著提高了合金的再结晶温度特别是再结晶终了温度,Al-0.15Zr-0.2Er合金的再结晶开始温度和终了温度达到300℃和450℃。对于Al-0.15Zr-0.2Er合金的再结晶,亚晶聚合和亚晶长大为主要的形核机制,细小弥散分布的Al3（Er,Zr）粒子钉扎位错、亚晶界和晶界,使再结晶温度大幅度提高。

关键词：工业纯铝锆铒第二相再结晶