喷射沉积超高强铝合金的制备技术与组织性能研究

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1、１校代码１０６９９］分类号ＴＧ１４６．４—￣密级非密学号２０１０１０００３９龜漭Ｊｆ，Ｊ：參ＮＯＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ博士学位论文喷射沉积超高强铝合金的制备技术＾目与组织性能研究作者章国伟材料学学科、专业指导教师陈铮教授申请学位曰期２０１６年１０月国内图书分类号：TG146.4西北工业大学工学博士学位论文喷射沉积超高强铝合金的制备技术与组织性能研究博士研究生：章国伟导师：陈铮教授申请学位级别：博士学科、专业：材料学所在单位：材料学院答辩日期

2、：2016年12月授予学位单位：西北工业大学3Classifiedindex：TG146.4DissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyThePreparationTechnologyandMicrostructurePerformanceResearchonSuper-highStrengthAlAlloysbySprayFormingPh.DCandidate：ZhangGuoweiAdvisor：ChenZhengDegr

3、eeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpecialty：MaterialsScienceSchool：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofOralDefence：October,2016UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity1摘要摘要喷射沉积技术自出现以来在全世界范围内引起了广泛的关注，喷射沉积技术属于快34速凝固工艺，冷速可以达到10~10K/s，制备的合金具有晶粒细小（可达5um左右），成分均匀、

4、氧化程度小、致密度较高、综合性能好等特点，因此能大幅度的提高合金的性能，其中喷射沉积超高强铝合金的抗拉强度可以达到800MPa以上。研制出高强、高韧的超高强铝合金对提高铝合金在汽车等民用构件和导弹壳体等军用构件上的应用将有重要意义，同时也是本论文研究的主要目的和意义。本文利用喷射沉积工艺研制了含Zr、Mn、Ni等微合金化元素的Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，利用XRD、DSC、OM、SEM、TEM等测试分析手段，研究了不同合金元素包括微合金化元素（Zr、Mn、Ni等）及其Zn/Mg比对合金组织和性能的影响。重点分析了喷射沉积坯锭挤压比、不同热处理工艺对合金

5、组织和力学性能影响及其机理，并对该合金的成形性能进行了研究和分析。研究结果表明，合金中Zr含量突破0.2%达到0.3%时，且采用海绵Zr形式加入合金中，合金的性能有较大幅度的提高，最终设计成分为Zn：12%，Mg：2.5%，Cu：1.1%，Zr：0.3%，Mn：0.3%，Ni：0.15%时合金的综合性能达到最佳；当喷射沉积坯锭挤压比达到9：1以上时，合金的各项性能趋于稳定，低于该挤压比时，由于合金中依然存在一定的孔隙率，导致合金的性能不佳。喷射沉积超高强铝合金坯锭的最佳挤压温度范围为350℃~450℃，低于该温度范围，挤压机将发生―闷车‖现象，高于该温度范围合金

6、棒材将出现开裂现象。通过计算和分析，调整喷射沉积设备的参数包括雾化压力，扫描频率等，并对雾化系统进行适当改进，最终可以研制出直径为300mm、高度为500mm的喷射沉积坯锭。当采用450℃1h+480℃2h的固溶处理工艺，合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了580MPa、495MPa和10%，且合金微观组织中不存在细小析出相，但存在一定数量的粗大相，通过XRD分析表明，组织中存在的粗大的第二相为Mg32（Al，Zn）49相和Al2Cu相。通过分析表明，时效工艺采用120℃时效不同时间时，当时效时间为24h时，合金的强度最高，分析表明造成该现象的原因是基体中

7、析出了大量的与基体共格的η'（MgZn2）相，超过该时效时间，合金的强度开始下降，且在该状态下变形时位错采用切过第二相颗粒的方式进行滑移，采用该工艺进行热处理，合金的抗拉强度达到了810MPa，延伸率达到了8%，具有非常优良的综合性能。采用双级时效时，随着第二级时效时间的延长，合金的断口特征由沿晶断裂向韧窝断裂转变，同时晶界无析出带（PFZ）越来越宽，且晶界形貌由连续状向断续状转变。造成该现象的原因是因为析出相由η'（MgZn2）向η（MgZn2）相转变，且析出相尺寸Ⅰ摘要随着温度的提高和时间的延长越来越大。通过力学性能分析结果表明，第二级时效时间选择为6小时，

8、合金的综合性能包括抗拉强