喷射沉积含Ni铝合金的力学性能研究

在 。Ａ１Ｎｉ 相在超高强度铝合金中 ，对合金 具有强化作用 。 ｓ
Ａ１ 相能加速 铝合金 的时效行 为 ，并且 随着 Ａ１Ｎｉ 含 ｓ Ｎｊ ｓ 相
量的增加 ，铝合 金强度增 大 ，延伸率降低＿ 。 ５ ］ 在普通铸造 ＩＭ 工艺中 ，０ １ Ｎｉ ／ ． 元素能 明显提高 Ａｌ
性 能和应力腐 蚀开裂 均有显 著影 响 一 。这 是制约 该类合
金 实际应用 的瓶颈 问题 。 利用 喷射沉积技术可 以在很 大程度上解 决上述 出现 的
问题 ，得 到组织均匀 、性 能优越 的材料 ，但 是若合 金 中的
微 量元 素添加 的不合理 ，合金 中同样也会出现组织不均匀 ， 韧性较差等现象 ］ 。因此合 理选 择添加 合金 中微量元 素 的含量对合金的最终使用性 能有着重要 的性能 。 Ｎｉ 在超高强 度 铝合金 中通常 是 以 Ａ１Ｎｉ 的形式 存 。 相
２１ ０ １年 ・ ５ 第 期
技术与研究
中国材料科技 与设备 （ 双月 刊）
喷射 沉 积 含 Ｎｉ 铝合 金 的 力学 性 能研 究
章 国伟 ，陈铮 ，陈伟 ，辛海鹰 ，翟景。 ，秦 占明 ，马力 ，陈刚
（ １西北工业大学材料科学与工程学院，陕西 ２中国兵器科学研究 院宁波分 院，浙江 西安 ７０７ ； １０ ２
（ ）程 。目前 ，作为主要航空航 天结 构材料 的铝合 金性能 行 正在 向超高强度 、耐腐蚀 、低 密度 、耐 热方 向发展 ． 金 合 中的合金元素含量提高 ，易产生偏 析 ，铸坯未溶共 晶相 多 ， 导致铸坯和热轧开坯 易开裂等 缺陷 ；粗大 的结 晶相 颗粒成
为应力集 中和裂纹萌 生之处 ，对铝 合金 的断裂 韧性 、疲 劳
一
一
图 １ 喷 射 沉 积坯 锭
Ｆｉ． Ｂｌ ｔ ｆａｌｙｂ ｐ ａ ｏｍｉｇ ｇ１ ｉｅｓｏ ｌ ｙｓ ｒｙ ｆｒ ｎ ｌ ｏ
８ ６ ｎ ．Ｍｇ ．Ｃ ．Ｚ 一２ ６ 一２ ４ ｕ材 料 的室温强 度并 保持 高塑性 、
用铝铜中间合金 ，微 量 元素 包括 Ｍｎ ，Ｔｉ ｒ ，Ｚ ，Ｎｉ 。采 等 用氮气作为 雾化 气 体 。喷射 最 终 的 铸 锭 尺 寸 为 （ ｌＯ 巾 ８ 一 ￣ ２ ） ＊ （ ５ － ５０ ｎｎ ２０ ４ ０ ０ ）ｒ ，如 图 １ ｒ 所示 。之后在捷安特 昆
宁波
３ ５０ ） １ １ ３
摘要 ：利 用电子显微镜 、电子万能拉伸机等设备分析 了喷射沉积含 Ｎｉ 铝合金 的显微组 织和力学性 能，结果表 明： ｉ 元素大部分分布在 晶粒边界 ，与 沿晶析 出相 固溶在一起 。过 多的 Ｎｉ 元素沿 晶析 出影响 了合金 的力学性能 ，降低合 金 的强 度 ，使合金 易产生沿晶断裂，降低 了合金 的韧性 。通过调整元素 Ｎｉ 含量 ，合金的抗拉 强度 可以达到 ７ ０ ａ ９ＭＰ ，延伸率达到
１ 试 验 过 程
利用从 国外引进 的喷 射沉积设 备 ，采用双 级雾 化技术
制 备铝合金坯锭 ，一级雾 化压力 为 ２ ａ ，二级雾化 压力 为 ｂｒ
７ ８ ａ。熔炼炉采 用 中频 感应 炉 ，合 金成 分如 表 １所示 ； － ｂｒ 熔炼 时先加 入铝 ，锌 ，铜 ，使 该合 金 液加 温至 ８ ０ ，再 ２℃ 降温至 ７０ ，加入微 量合金元素 ｚ ，Ｎｉ ５℃ ｒ ，Ｍｎ等搅 拌 ，采 用 Ｃ Ｃｅ进 行 精 炼 ，最 后 加 入 镁 ，保 温 ３ ｍｉ，升 温 至 ２ｌ ０ ｎ ８０ ２￣ Ｃ喷射坯锭 。其 中试 验用镁 、锌采用纯镁和纯锌 ，铜采 表 １ 试 验用合金的主要合 金元 素
了 ７ 以 上 ， 达到 了国 内的 领 先 水 平 。
关 键 词 ：喷 射 沉 积 ；显微 ２ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
７ｘ ｘ ｘ系铝合金是重要 的航 空航天领域用结 构材 ，具有
强 度 ５５ ａ ０ ＭＰ ，抗 拉 强 度 达 到 ５ ０ ａ ４ ＭＰ ，延 伸 率 达 到
山金属有 限公 司的 ２ ０ ｔ ０ ０ 挤压机上把铸锭挤压成尺寸为 ｑ ２ ｂ ９ 的铝棒 ，之后 再进 行铝 合金 件成 型 挤压 ，最 后 进行 组织 、
高断裂韧性 ，提高抗 Ｓ Ｃ能力 ，并且加速 Ｓ Ｓ Ｔ ｒ Ｃ Ｓ —Ｇ 『 ｌ 一． 析 出过程 ，其 屈服 强度 ６ ８ ａ １ＭＰ ，抗拉 强度 达到 ６ ４ ａ ４ ＭＰ ， 延伸率达到 １ ；４ Ｎ 元 素能 同时 提高 Ａｌ Ｚ 一２ ４ ｉ 一６ ｎ Ｍｇ
Ｔａ ． Ｔｈ ｉ ｈ ｍ ｉａ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｔｓｅ ｌ ｙ ｂ １ ｅｍａｎｃ ｅ ｃ ｌ ｍｐ ｓｔ ｎｏ ｅ ｔｄａｌ ｃ ｉ ｏ
翼 梁 、大梁 、桁 条 以及飞 机和 火箭 的高强度 结 构零 件等 。
但是随着科学技术的发展 ，低 碳时代 的到来 ，为适 应减 重 的要求 ，越来越 多的要 求强度更 高性能更 优越 的铝合金 以 取代钢 ，铁 等重金属 。减 少航空航 天器及 地面运 载工具 质 量可显著提高运载能力 和机动性 ，减 少燃料 消耗 ，提 高航
一
１ ｕ ．５ ｒ Ｃ —Ｏ １ Ｃ 的抗 拉强 度和塑 性 、减少 热裂 纹 ，其屈服
＊作者简介 ：章国伟 （９２ ，男，博士生，工程师，主要从事喷射沉积轻质材料方面的研究 。Ｅｍａ ：ｚａｇ ｕｗ ｉ１＠ｓ Ｏｌ １８ 一） － ｉ ｈｎｇｏ ｅ １ Ｏｌ ｌ ５ Ｔ ・ ６ｔｈ ｔ ５ ｔｐ：｜ Ｒ ．ｍａ ｔｑ ｃｗ ｆ ｃ ｓｅ ．ｏ ｌ
３． ５ ］
。
本文着重对喷射 沉积 ７ ｘ ｘ ｘ系铝 合金 中 的微 量
元素 Ｎｉ 了分 析 ，最终给 出适合本工艺的 Ｎｉ 作 元素含量 。
优异 的使用性能 ，如 高强度 、高 断裂韧 度性 、抗应 力腐蚀
能力等 ，一直 以来 由于其 具有 高的 比强 度和硬 度、耐久且 经 济、易于加工等优 良特点 ，成为航 空航 天不可或 缺 的材 料 之一 ，目前该材料 被广泛应 用 于飞机 的机身 、蒙皮 、机