耐热铝合金研究进展3
王建华 易丹青 陈康华 卢 斌 刘
沙
( 中南工业大学 长沙 410083
)文 摘 介绍了各类耐热铝合金的组织和性能特点,综述了耐热铝合金的研究现状及其发展趋势,并对
其研究方向作了展望。
关键词 耐热铝合金,组织,性能,研究进展
High 2T em perature Aluminum Alloys and Their Research Development
Wang Jianhua Y i Danqing Chen K anghua Lu Bing Liu Sha
( Central S outh University Changsha 410083
)Abstract In this paper microstructure and property features of high 2tem perature aluminum alloys are introduced.The com prehensive development overview of high 2tem perature aluminum alloys is presented ,and finally the prospect of these alloys is given.
K ey w ords High 2tem perature aluminum alloys ,Microstructure ,Property ,Research development 1 前言
所谓耐热铝合金,是指在高温下有足够的抗氧化性和在温度和载荷(动的和静的)的长时间作用下,具有抵抗塑性变形(蠕变)和破坏能力的铝合金。耐热铝合金由于具有导热性好和密度低等优点,所以在航空航天上得到广泛应用,如航空发动机的汽缸头和活塞、飞机蒙皮等[1]。2 耐热铝合金分类
一般可将耐热铝合金分为铸造耐热铝合金和变形耐热铝合金及新型耐热铝合金。铸造状态的合金,强度及塑性一般都比变形态低,但是耐热性却比变形态高[2]。近20年来,采用快速凝固/粉末冶金技术(RS/PM )、喷射沉积[3～5]的方法生产出了新型耐热铝合金,利用快速凝固技术可以获得过饱和固溶体,其固溶度比平衡态大大提高,在随后的处理过程中析出高体积分数的弥散第二相粒子,这种粒子
是高温下非常稳定的金属间化合物,能有效地提高耐热铝合金的强度和耐热温度,是极有发展前途的耐热铝合金。2.1 铸造耐热铝合金[6]
铸造Al -Si -Mg 系合金耐热性低,其工作温度一般低于185℃。当要提高工作温度至200℃～225℃时,应使用铸造Al -Si -Cu -Mg 系合金,因为该合金中存在耐热性好的W (Al x Mg 5Si 4Cu 4)相。内燃机活塞材料,一般采用Al -Si 类活塞合金。共晶型铝硅合金是Al -Si -Mg 系的扩展,加入Cu 、Ni 产生耐热相以提高耐热温度。过共晶铝硅合金中加入稀土,可显著提高耐热性。铝硅合金总体强度水平不高,耐热性低,除活塞铝合金外,高者只能在225℃以下工作,欲达更高水平,要用铝铜类合金。
铝铜类合金可以热处理强化,它有很高的室温机械性能,在各类铝合金中耐热性也最好,常用作于
收稿日期:2000-04-10
3国家973重点资助项目,编号G 1999064909,并得到粉末冶金国家重点实验室开放课题资助王建华,1964年出生,副教授,主要从事铝合金组织和性能的研究工作
250℃～350℃工作的耐热铝合金或高强铝合金的基础。
Al-Cu-Mn-T i系含有小于1%Mn(质量分数,下同),热处理后形成大量高温下比较稳定、不易聚集长大、热硬性高的二次Al12CuMn2质点弥散分布与α基体中,部分初次Al12CuMn2相呈不连续网状分布于α晶界,大大提高耐热性。
Al和Ce、La、Rb等均形成共晶型相图,共晶温度在635℃～640℃之间。在Al-Ce系中,在56. 45%处形成Al4Ce相,熔点1250℃,在共晶温度638℃Ce在α(Al)中的溶解度为0.05%,温度下降,固溶度不变,加之Al4Ce成分一定,结构复杂,合金在高温下很稳定,且其热硬性很高,所以Al-Ce系合金有很高的热硬性,但二元Al-Re性能不高,应加入Cu、Mn强化。
2.2 变形耐热铝合金[1,2]
变形合金需要有良好的塑性变形能力,合金的主要组成相为固溶体,为了提高强度,合金中包含少量的第二相。硬铝Al-Cu-Mg-Mn系合金中,主要强化相为θ(CuAl2)、S(CuMgAl2)和T(CuMg4Al6)及β(Mg
5
Al8)相,当Cu/Mg逐渐减小时,主要强化相由θ相过渡到S相。S相具有很高的室温强度,且耐热性也较高,因此耐热硬铝皆保持较低的铜镁比,以获得(α+S)相组织。耐热硬铝常用作高温下工作的零件,如航空发动机压气机的叶片等。
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热铝合金,可在150℃～225℃范围内使用。此类合金除了有足够数量的S相,还同时加入Fe和Ni,当Fe∶Ni=1(质量分数比)时,形成FeNiAl9相,可显著提高合金的高温强度。合金的主要组成相为α(Al)、S(CuMgAl2)、Fe2 NiAl9及少量的AlCuNi、Mg2Si相,在航空工业中做叶片、叶轮及盘等高温工作零件。
Al-Cu-Mn系耐热铝合金的挤压和模锻制品可在200℃～300℃下工作,板材可用做常温和高温使用的焊接件。合金的退火组织α(Al)+θ(CuAl2) +T(CuMn2Al12)相并有少量的T iAl3相。合金在人工时效状态下使用,主要强化相为θ(CuAl2),在淬火加热过程中,同时进行两个过程:CuAl2相溶入基体,而T(CuMn2Al12)相从基体析出,并成点状弥散分布,二者均有助于增加合金的高温强度。
2.3 新型耐热铝合金[3～5,7,8]
传统的高强度变形铝合金在150℃以上工作环境中,由于起强化作用的析出相长大,失去了强化作用而无法继续使用。某些铸造铝合金虽然耐热强度比变形铝合金高,但塑性加工性能差。自70年代以来,由于喷射沉积和快速凝固粉末冶金技术的发展,出现了新型耐热铝合金。这类快速凝固耐热铝合金含有两种或两种以上在平衡条件下几乎不固溶于铝的过渡族金属元素(如Fe、Ni、T i、Z r、Cr、V、M o等)和稀土元素(如La、Ce、Cd等),这些元素以高温稳定高弹性模量弥散的金属间化合物存在,从而强化了基体和晶界。快速凝固耐热铝合金正是依靠这种强化相而表现出优良的室温和高温综合力学性能,成为航空航天领域倍受青睐的合金系之一。
迄今为此,研究的快凝耐热铝合金主要有Al-Fe合金,以Al-Fe为基的三元、四元合金和以Al-Cr为基的合金。如FVS212合金具有较高的室温及高温力学性能指标,这主要归功于该合金在快速凝固与适当热处理后形成体积分数达24%～37%的弥散的金属间化合物Al13(FeV)3Si沉淀相,这种亚稳相具有良好的热稳定性,在500℃时仍可保持。3 耐热铝合金研究现状
3.1 铸造耐热铝合金[9～13]
通过调整成分,添加微量元素及加入一定量的稀土元素可以生成金属间化合物或构成固溶强化,对提高铝合金的耐热性能具有显著的作用。为保证RR350合金的性能,要求合金必须为细晶粒的多元共晶体,且不允许有粗大相析出。对Al-Re-Cu-Mn-Si合金的性能及微观结构特征研究表明,5. 5%Re可使合金在350℃～400℃高温下仍具有优越的力学性能,比一般耐热铝合金的耐热温度提高50℃,主要是因为形成了多种高温稳定的稀土化合物相呈放射状分布在晶间,有效地阻碍高温下晶界的滑移。
3.2 变形耐热铝合金[14～27]
研究表明,在Al-Cu-Mg系合金中等量地添加Fe和Ni元素可以生成在基体内不易溶解和扩散的异相不均匀组织组成物Al9FeNi相,可以使合金的
高温性能提高20MPa～40MPa或10%～15%。A.A 包契瓦尔在1947年就曾指出[1],冷变形引起的强化效应在再结晶温度以下仍能保持它的作用,因此在Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金中添加Mn以提高再结晶温度,采用形变热处理使变形强化效果在高温下保留下来,可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金高温强度30MPa～40MPa。对2618和LD7耐热铝合金的实验研究表明,将Cu、Mg、Si含量控制在工艺上限,以形成更多的S相、微细的FeNiAl9相及Mg2Si 相,同时将杂质含量控制在上限以提高再结晶温度,并细化晶粒可提高合金的耐热性能。优选T6热处理制度、采取双级时效处理亦可稳定和提高合金的耐热性。含Z r的第二相可明显提高导电铝合金的耐热性,而向2618合金中添加微量元素Sc和Z r可以生成细小弥散的共格Al3(Sc,Z r)质点可有效地钉扎位错、稳定亚结构、阻止晶界滑移及提高再结晶温度,从而抑制合金的再结晶。此外,Al3(Sc,Z r)质点可明显提高时效硬化效果,使S′相更加弥散均匀析出,由于Al3(Sc,Z r)热稳定性很高,使合金的室温和高温强度同时提高。增加2618合金中的Cu含量可使强度提高,但当Cu增至3%以后合金的塑性会下降。此外,合金的晶粒度对AK4—1合金的强度和断裂韧性有较大影响,晶粒度越小越好。减少Fe、Ni量,加入Z r合金化的AK4—2板材,锻件有更高的抗断裂性。研究指出,采用超细的氧化物作为增强剂制成的铝基复合材料可在200℃以上条件下使用。
3.3 新型耐热铝合金[4,5,28～36]
非共格硬颗粒弥散物对合金产生的强烈弥散强化可大大提高铝合金的耐热性,如粉末冶金法生产的烧结铝合金,工作温度可达350℃。采用新型多级雾化—快速凝固制粉装置制得的Al-Fe-V-Si 合金粉在低温和大压力下将粉末热压、挤压成合金材料,可获得性能优良的保持微细结构的粉末耐热铝合金。利用锻造可以有效地破碎喷射沉积耐热铝合金Al-Fe-V-Si层与层之间的氧化物界面及粗大聚合粒子,从而有效地提高合金的塑性和其它力学性能。加入稀土Y的合金中产生了大量类球形的Al20(V,Fe)2V相质点可以明显改善其室温强度,而加Ce可部分固溶于Al12(Fe,V)3Si中,明显细化该质点,从而改善FVS0812合金的综合力学性能。在相同的喷射沉积轧制工艺条件下,Al-Fe-W-Si 的综合性能优于Al-Fe-V-Si,因为Al12(Fe, W)3Si强化相的细小粒子的形成对冷却速度的要求较低,而且粗化率明显低于Al12(Fe,V)3Si。对快速凝固的Al-Ce二元合金的研究发现,第二相Al4Ce 及AlCe3在350℃以上才开始长大。将B加入Al-Ce-Ni合金中可细化组织,生成CeB6相起弥散强化和晶界强化作用,抑制其它弥散相的高温生长,阻碍位错运动,使合金耐热性提高。
Allied2Signal公司用平流铸造法生产的40目以下的快凝耐热铝合金Al-Fe-V-Si粉末为基体合金,加入3μm的SiC颗粒作增强相,采用粉末混合—真空热压—热挤压—轧制工艺生产的颗粒增强耐热铝合金复合材料,其室温和高温强度分别比基体合金提高了90MPa和40MPa。
机械合金化工艺使固溶度比快速凝固技术成倍增加,如Al-T i系耐热铝合金,用快速凝固技术只能使T i在Al中的溶解度达到2%,超过此值时, Al3T i呈粗大颗粒结晶,使材料性能恶化,而机械合金化可以使T i在Al中超饱和固溶达8%,在热固结成型过程中以弥散相Al3T i析出,从而改善合金的性能。目前已用该工艺生产了Al-Fe、Al-T i、Al-Mn 等系列的耐热铝合金。
4 结束语
目前,在铸造耐热铝合金的研究中,应注重合金的成分和高温耐热相的设计,研究加入一定量的稀土元素及添加微量元素对合金耐热相的形成作用及其对合金耐热性的影响。对变形耐热铝合金,应力求形成热稳定性好的多级多相异相强化相,并且加以细化,提高其高温强化作用。同时,加入多元微量提高再结晶温度的合金元素,采用形变热处理提高铝合金的耐热性。此外,应加强超细颗粒耐热铝合金复合材料的研究。虽然快速凝固耐热铝合金的耐热温度可达300℃以上,甚至可以部分取代价格昂贵、生产工艺复杂的钛合金,但它的生产工艺还较为复杂,探讨更为简单经济的生产工艺将是今后的重点研究方向。
参考文献
1 东北工学院金相教研室.有色合金及其热处理.中国工业出版社,1962:96～106
2 张宝昌.有色合金及其热处理.西北工业大学,1993: 3～10
3 Hariprassad S,Sastry S L,Jerina K L.M icrostructure and mechnical Properties of dispersion process.Metall T rans,1993;24A (4):865～873
4 王建强等.快速凝固耐热铝合金研究动态与前景.材料工程,1995;(12):43
5 黄晖等.快速凝固耐热铝合金及其进展.材料开发与应用,1996;(8):38
6 郑来苏.铸造有色合金及其熔炼.国防工业出版社, 1994:38～76
7 Nie J F,Sridhara S,Muddle B C.Characterization of dis2 persed intermetallic phases in rapidly quenched Al-T i-Ce alloys. Metall T rans.,23A:3193～3205
8 X iao Y ude et al.Second phases of rapidly s olidified AlFe2 CrZ rVS i alloy and their thermal stabilities.J.Cent.S outh Univ.T ech2 nol.,1998;5(1):3～5
9 贾均等.高强耐热铸造铝合金的试验研究.航空学报,1994;15(2):242～245
10 刘钦.稀土.北京:冶金工业出版社,1983:131～135
11 侯爱琴等.Al-RE合金的高温强化研究.兵器材料科学与工程,1995;18(4):19～22
12 董天春等.RP350耐热铝合金的热处理实践.兵器材料科学与工程,1989;5:37～43
13 孙伟成等.稀土元素在铝合金中的合金化作用.兵器材料科学与工程,1990;2:33～35
14 王奎民.Fe和Ni对Al-Cu-Mg系合金高温性能的影响.热加工工艺,1987;2:29～32
15 竹添.修等,鲁江林译.耐热性CR—18铝合金的开发.铝加工,1991;5:48～55
16 王奎民.异相强化对Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金高温性能的影响.轻合金加工技术,1985;11:23～27 17 王奎民.形变热处理对Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金高温性能的影响.轻合金加工技术,1985;4:30～35 18 刘静安等.高温耐热铝合金棒材的工艺研究.铝加工,1988;3:7～12
19 郗雨林等.LD7铝合金时效工艺的研究.热加工工艺,1997;2:30～32
20 刘存玉等.2618铝合金锻件T6热处理制度的研究.轻合金加工技术,1993;21(10):26～29
21 余琨等.含Sc和Z r的2618铝合金冷轧板材退火时组织性能的变化.金属热处理,1999;11:14～16
22 杜晓东等.微量锆对导电铝合金耐热性的影响.热加工工艺,1995;2:20～22
23 Bergsma S C,Li X et al.E ffects of thermal processing and copper additions on the mechanial properties of aluminum alloy ing ot AA2618.J.Mater.Eng.&Per form,1996;5(1):100
24 谢变揆.АК22ч耐热铝合金板材的组织和性能.轻金属,1994;6:47～50
25 T eleshov V V et al.Mechanical properties of alloyАК421 at elevated tem peratures.Met.Sci.Heat T reat.,1983;25(7～8): 516～520
26 Y u K un et al.E ffect of trace Sc and Z r on aging behavior and tensile properties of2618T rans.N on ferrous Met.S oc.,1999;9 (3):
27 Pitche P D.Shakesheff A J et al.Aluminum based metal matrix com posites for im proved elevated tem perature per formance. Mater.Sci.T echno.,1998;14:1015～1023
28 苏学常.铝合金的强化.轻合金加工技术,1996;24 (9):2～5
29 周多三等.快速凝固Al-Fe-V-S i粉末耐热铝合金的研究.中南矿冶学院学报,1991;22(1):89～93
30 宋雯等.锻造对喷射沉积耐热铝合金AlFeVS i组织性能的影响.铝加工,1999;22(2):33～36
31 肖于德等.稀土元素对快凝AlFeVS i合金性能和组织的影响.中南工业大学学报,1998;29(5):472～475 32 黎文献等.两种快速AlFeX(V,W)S i合金的组织性能.中南工业大学学报,1996;27(4):436～439
33 邱庆荣等.快速凝固Al-Ce二元合金的显微组织和时效硬化形为.宇航材料工艺,1997;6:47～50
34 李宗霞.机械合金化—研制生产金属材料的一种新工艺.材料工程,1995;11:3～7
35 李志超等.机械合金化Al-T i合金的力学性能.宇航材料工艺,1996;6:22～25
36 邱庆荣等.B对快速凝固Al2Ce2Ni合金组织和耐热性的影响.铸造,1998;3:1～3
耐热铝合金研究进展3 王建华 易丹青 陈康华 卢 斌 刘 沙 ( 中南工业大学 长沙 410083 )文 摘 介绍了各类耐热铝合金的组织和性能特点,综述了耐热铝合金的研究现状及其发展趋势,并对 其研究方向作了展望。 关键词 耐热铝合金,组织,性能,研究进展 High 2T em perature Aluminum Alloys and Their Research Development Wang Jianhua Y i Danqing Chen K anghua Lu Bing Liu Sha ( Central S outh University Changsha 410083 )Abstract In this paper microstructure and property features of high 2tem perature aluminum alloys are introduced.The com prehensive development overview of high 2tem perature aluminum alloys is presented ,and finally the prospect of these alloys is given. K ey w ords High 2tem perature aluminum alloys ,Microstructure ,Property ,Research development 1 前言 所谓耐热铝合金,是指在高温下有足够的抗氧化性和在温度和载荷(动的和静的)的长时间作用下,具有抵抗塑性变形(蠕变)和破坏能力的铝合金。耐热铝合金由于具有导热性好和密度低等优点,所以在航空航天上得到广泛应用,如航空发动机的汽缸头和活塞、飞机蒙皮等[1]。2 耐热铝合金分类 一般可将耐热铝合金分为铸造耐热铝合金和变形耐热铝合金及新型耐热铝合金。铸造状态的合金,强度及塑性一般都比变形态低,但是耐热性却比变形态高[2]。近20年来,采用快速凝固/粉末冶金技术(RS/PM )、喷射沉积[3～5]的方法生产出了新型耐热铝合金,利用快速凝固技术可以获得过饱和固溶体,其固溶度比平衡态大大提高,在随后的处理过程中析出高体积分数的弥散第二相粒子,这种粒子 是高温下非常稳定的金属间化合物,能有效地提高耐热铝合金的强度和耐热温度,是极有发展前途的耐热铝合金。2.1 铸造耐热铝合金[6] 铸造Al -Si -Mg 系合金耐热性低,其工作温度一般低于185℃。当要提高工作温度至200℃～225℃时,应使用铸造Al -Si -Cu -Mg 系合金,因为该合金中存在耐热性好的W (Al x Mg 5Si 4Cu 4)相。内燃机活塞材料,一般采用Al -Si 类活塞合金。共晶型铝硅合金是Al -Si -Mg 系的扩展,加入Cu 、Ni 产生耐热相以提高耐热温度。过共晶铝硅合金中加入稀土,可显著提高耐热性。铝硅合金总体强度水平不高,耐热性低,除活塞铝合金外,高者只能在225℃以下工作,欲达更高水平,要用铝铜类合金。 铝铜类合金可以热处理强化,它有很高的室温机械性能,在各类铝合金中耐热性也最好,常用作于 收稿日期:2000-04-10 3国家973重点资助项目,编号G 1999064909,并得到粉末冶金国家重点实验室开放课题资助王建华,1964年出生,副教授,主要从事铝合金组织和性能的研究工作
1铝的基本特性与应用范围 铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为26.9815。 铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为2.7 g / cm3，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用，下表列出了铝的基本特性及主要应用领域。 铝的基本特性及主要应用领域
3 变形铝合金分类、牌号和状态表示法 3. 1变形铝合金的分类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类。 ⑴按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。不可热处理强化铝合金（如：纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金）和可热处理强化铝合金（如：Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg 系合金）。 ⑵按合金性能和用途可分为：工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金（硬铝）、超高强度铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金等。 ⑶按合金中所含主要元素成分可分为：工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si合金（6×××系），Al-Zn-Mg合金（7×××系），Al-其它元素合金（8×××系）及备用合金组（9×××系）。 这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。我国目前也采用4位数码法分类。 3. 2中国变形铝合金的牌号表示法 根据GB/T16474 —1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”，凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，
中国杂交水稻研究进展 作者：** 指导老师：*** 摘要：中国是世界上第一个利用水稻杂种优势的国家，1984年杂交水稻的种植面积达820万公顷, 占全国水稻总面积的四分之一。中国在生产上成功推广杂交水稻之后，才引起全世界的足够重视。目前我国应用的杂交水稻生产方法有两种：三系法和两系法。本文综述了近年来这两种方法的发展现状，并对当前存在的问题提出了一些建议。 关键词：杂交水稻；三系法；两系法 Advances in hybrid rice in China Author:** Tutor:*** Abstract：China is the first country in the world to exploit heterosis in rice commereially.In 1984 cultivation area of hybrid rice reached 8.2 million hectares, accounting for one fourth of the total area of rice. Heterosis caused enough attention around the world only after the successful promotion of hybrid rice production in China.There are two ways to produce hybrid rice in China at present: three-line method and two-line method. This paper reviews the development status of these two methods, and put forward some suggestions for current problems. Key words：hybrid rice；three-line method；two-line method 中国自袁隆平于1964年从洞庭早籼、胜利籼等品种中发现雄性不育株后开始杂交稻的选育研究。1970年，李必湖从海南崖县普通野生稻群落中，找到花粉败育株（简称野败）[1]。1972年利用野败这一材料育成珍籼97A、二九南1号A等不育系[1]。1973年测得IR244、IR661、泰引1号等恢复系，从而实现三系配套[1]。后石明松、张自国等人均发现了光（温）敏感核不育水稻[1]。在低温或长日照处理下表现不育，高温短日照处理又能正常结实。从而做到一系两用，省去了三系法中的保持系。育种工作者成功育成了N5088S(农垦58S/农虎26)、7001S（农垦58S/917）、培矮64S(农垦58S/培矮64)等一批光温敏不育系[1]。两系法因此而诞生，并开始普及使用。本文介绍了三系法和两系法各自的优缺点，以及它们的发展中的机遇和挑战。 1 三系法 三系法制种所指的三系是：不育系、保持系、恢复系。水稻的雄性生殖器官花粉发生退化或败坏,甚至引起花药的退化、猥琐、畸形和丧失开裂能力等,使水稻不能自花授粉、结实,具有这一不育性能的叫水稻雄性不育系（简称不育系）。将其花粉授给雄性不育系,使不育系能结实,并能保持雄性不育的父本就是这个雄性不育系的保持系。通过授粉杂交,使不育系雄性器官能恢复生育能力的父本材料,叫恢复系。袁隆平早在1964年就发现了水稻雄性不育株，但是直到1973年才成功地实现了三系配套[2]。三系法制备杂交种的思路是：不育系与保持系杂交，不育系植株上收到的种子是不育系，保持系植株上收到的种子仍然是保持系，这一环节称为不育系的繁殖。不育系与恢复系杂交，不育系植株上所结种子作为生产田的杂交种，恢复系植株上收到的种子仍是恢复系[3]。 1.1 三系法育种几个阶段 我国三系杂交稻以其强大的生命力普及全国,走向世界, 一直居国际领先地位[4]。在类型上一直以杂交中籼为主。从应用面积最大的杂交籼稻育种看, 22年来进行了三次较大的组合更新。第一次是当家组合筛选阶段。1973-1980年, 以二九南1号A、二九矮4号A、珍汕97A、V20A、71-72A 这5个不育系。这是我国利用野败株育成的第一批野败细胞质不育系[5]。同时,育种工作者于1973年育成一批恢复系品种,如IR661、泰引1号、IR24等强恢复系[3],1974年育成IR26[6]。1976-1980 年。以二九矮4号A、珍汕97A、V20A等不育系和IR24等恢复系为主配组十多个组合,1980年曾推广到46.66多万hm2,这是我国选配的第一批杂交稻组合。由于有的组合丰而不抗或丰而不稳(不耐高低温) , 其中南优、四优、矮优2、3号及其不育系逐步被淘汰,至1981年后形成以汕优、威优2、6号及其不育系珍
耐热铝合金的发展及应用 Revised by Liu Jing on January 12, 2021
耐热铝合金的研究发展及应用 1．前言 为了能在150～350℃温度范围内用低密度、低价格的铝合金代替钛合金,在过去的二十年内，快速凝固耐热铝合金受到广泛重视。该领域的研究发展很快，相继开发了以Al-Fe、Al-Cr为基的一系列耐热铝合金，并且得到实际应用。2．耐热铝合金的发展 传统的高强铝合金主要是亚共晶成分的合金，含有在端际固溶体中固溶度原子分数大于2%的合金元素，通过时效过程中金属间化合物的析出使合金达到强化。但在150℃以上的环境温度下，这些析出相以很快的速度粗化，材料性能急剧下降，限制了使用范围。七十年代后期，为了满足先进战斗机对材料的需求，美国空军把注意力集中于开发在350℃温度以下能取代钛合金的铝合金，并资助了一些研究项目，耐热铝合金的研究开始受到重视。 要提高铝合金的耐热性能，必须在合金中形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相。要达到这个要求，加入的合金元素应该在液态时固溶度高，固态时几乎不固溶并有较低的扩散系数，满足这个要求的是大部分过渡族金属元素和镧系元素(表1)。采用快速凝固技术可以提高这些元素在铝中的极限固溶度，在合金中形成足够数量的弥散粒子，耐热铝合金就是在铝合金中加入一定量这些元素的基础上发展起来的。 Al-Fe-Ce合金 美国铝公司(Alcoa)根据合金元素的作用和资源、价格等方面的因素，选择铝和Cr、Mn、Fe、Ni、Co及Ce六种元素组成的六个二元系和十五个三元系进行了系统研究，每种合金中溶质元素加入总量为5%原子分数。研究发现，几乎所有的合金都表现出较好的热稳定性，而且三元系的性能优于二元系。经过数次对合金成分和合金元素含量的优化后发现，Al-Fe-Co和Al-FeCe合金的性能超过了预定要求达到的指标。经过大量的前期研究工作，认为耐热铝合金以含Fe的合金系性能较好，所以最终选择了Al-Fe-X(Co、Ni、Ce)合金系进行进一步深入研究，最后合金成分确定为Al-8Fe-4Ce，并发展成为实用化的耐热铝合金。 Al-Fe-V-Si合金 由于Fe和V在铝中的溶解度低，扩散系数小，所以美国联合信号公司(Allied Signal)选择Al-Fe-V合金进行研究。在研究过程中，发现其中某个炉次合金的耐热性明显好于其它炉次，进一步的分析发现，该合金中的硅含量比其 它合金明显高。对合金的熔炼过程分析，在使用含SiO 2的坩埚进行熔炼时，SiO 2 表1 合金元素在铝合金中的固溶度和
https://www.doczj.com/doc/0f15903530.html, 含锂超高强铝合金沉淀过程研究现状 路丽英[1] 屈向前[2] 张建军[1] 苑彩平[1] [1]内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特 （010051） [2]北方重工业集团锻造公司，包头 （014033） 摘要： 近年来,含锂超高强铝合金的研究渐多，获得了一定的应用。重点回顾了含锂超高强铝合金沉淀过程的研究现状及锂元素的作用机理。 关键词： 锂元素 超高强铝合金 强化相 0前言 作为传统铝合金的重要分支之一，超高强铝合金的研究及发展一直引起人们的关注和浓厚的兴趣。超高强铝合金比重小、强度高、热加工性能良好，广泛应用于航空及民用工业等领域，特别在飞机制造业中，超高-强铝合金是重要的结构材料之一。近几十年来，通过调整成分、提高冶金质量、采用一系列新的热工艺和热处理制度，其综合性能有了明显的改进，有望与新型Al－Li合金及先进复合材料相媲美。 锂元素作为最轻的金属元素加入铝合金中可以降低合金的密度，提高合金的比强度和弹性模量[1]。Al-Zn-Mg-Cu合金中加入一定量的Li，可以减轻这种高强铝合金的密度。 Al-Zn-Mg-Cu-Li合金的沉淀过程研究比较少，但由于Al-Zn-Mg-Cu合金在实际应用中的重要性，今年来人们开始关注Al-Zn-Mg-Cu-Li合金的沉淀过程的研究。 1 国外 Al-Zn-Mg-Cu-Li合金的沉淀过程的研究现状 Huang[2,3]研究了Li在7075合金中的作用，当Li的含量为0.7％时,由于Li与空位高的结合能，使得Li－V积聚作为形核的位置，形成了空位富集的GP区，因为Li与空位的结合使Zn和Mg的传输受到限制，使得形成的GP区里缺少Zn和Mg，从而导致在7075合金中的富溶质GP区变为空位富集GP区，使得以后沉淀形状。尺寸分布、时效动力学、时效硬化速率发生变化，由原来在7075合金中的形核方式：富溶质GP区→η′相→η（MgZn2）相，转变为： Τ′Τ 空位富集GP区→相→相 Dinsdale[4]也研究了两种含Li的Al-Zn-Mg-Cu合金，两种合金的基体上都分布着弥散的δ′相和位错形核的S相，在Li（2.6％）、Zn（2.22％）的合金中产生少量均匀分布的S相；而在Li（1.8％）、Zn（3.4％）的合金中产生大量分布的S相，增加的S相使得合金的韧性有所改善，而使强度有所下降，这与基体上δ′相的减少有关。
锌及锌合金电镀综述 （江苏理工学院 12110101） 摘要：本文综述了锌及锌合金电镀的国内外研究现状。首先介绍了锌电镀的应用及其工艺影响因素；再对几种常用的锌合金电镀作了简要介绍，其中重点介绍了应用最广泛的Zn-Al合金，Zn-Ni合金的国内外现状及电镀原理；最后对锌及锌合金电镀的应用提出了展望。 关键词：锌电镀；锌合金；工艺影响因素；国内外现状 Zinc and Zinc alloy plating review Ding Lihong (Jiangsu Institute of Technology 12110101) Abstract: This paper reviews the research status of zinc and zinc alloy electroplating at home and abroad. First introduces the influence factors and application technology of zinc plating of zinc alloy plating; several are briefly introduced in this paper, which focuses on the Zn-Al alloy widely used at home and abroad, the status and principles of electroplating Zn-Ni alloy; finally on zinc and zinc alloy plating should be looking for presents. Keywords: zinc plating; zinc alloy; effect factors; the status quo at home and abroad
水稻基因组进化的研究进展 水稻是世界上重要的粮食作物之一，养活着全世界近一半的人口。同时南于水稻基冈组较小、易于转化及与其他禾本科植物基因组的同线性和共线性等特点，一直被作为禾本科植物基因组研究的模式作物。水稻是第一个被全基因组测序的作物，目前栽培稻2个亚种全基因组测序工作已经完成：粳稻品种日本晴(Nipponbare)通过全基因组鸟枪法和逐步克隆法被测序，籼稻品种扬稻6号(9311)通过全基因组鸟枪法被测序。除核基因组外，水稻叶绿体和线粒体基因组也于1989年和2002年分别被测序。水稻2个亚种的全基因组测序完成，一方面开启了植物比较基因组学的大门，另一方面为人们在基冈组水平上鉴定出所有水稻基因并分析其功能奠定了基础，同时也使得人们对植物进化的认识，尤其是对禾本科植物进化的了解，逐步从系统分类和分子标记水平进入到了基因组序列水平。许多研究者通过对水稻基因组序列的分析，利用生物信息学工具，对水稻在基因组水平上的进化进行了大量研究。 1 水稻及其他禾本科植物基因组的古多倍体化过程 水稻是典型的二倍体植物，其核基因组中共有12条染色体。在水稻基因组被完整测序之前，人们就已经采用分子标记、DNA重复元件等方法探究水稻基因组的古多倍体化(polyploidization)过程，并发现了一些重复的染色体片段。随着水稻基因组测序计划的完成，越来越多的证据表明水稻基因组曾发生过全基因组复制(whole genome duplication)，即古多倍体化过程。 Golf等利用鸟枪法完成了粳稻品种日本晴全基因组的测序工作，并利用同义替换率分布方法(Ks- based age distribution)提出水稻基因组可能发生过一次全基因组复制过程。此后多家研究机构和一些研究者对水稻基因组中的重复片段进行了研究，虽然得出的结论不尽相同，但均发现水稻基因组中存在大量的重复片段。根据所采用方法和参数的不同，这些重复片段占整个水稻基因组的15％～62％。Yu 等在水稻基因组中发现了18对大的重复片段，大约占整个基因组的65．7％。其中17对重复片段形成的时间很相近，发生在禾本科物种分化之前；最近的一次片段复制事件发生在水稻11和12号染色体之间，在禾本科物种分化之后。 水稻基因组被测序之后，许多科研机构对基因组数据进行了详尽的注释。其中应用比较广泛的是美国基因组研究院(the institute for genome research，TIGR)和日本农业生物科学研究所(national in- stitute of agrobiological sciences，NIAS)的水稻基因组注释信息。TIGR根据其注释的结果和基因相似性矩阵(gene homology matrix，GHM)方法，检测到大量染色体间的重复片段，这些重复片段几乎覆盖了整个水稻基因组。TIGR水稻基因组注释数据库从第4版开始便增加了对片段重复的注释，该分析是利用DAGChainer程序进行的，重复片段采用100 kb和500 kb 2种参数模型进行了染色体片段的基因共线性分析(图1)，这是全基因组复制的有力证据。根据复制片段上同源基因的分子进化分析，估计全基因组复制发生在大约7 000万年前，在禾本科物种分化之前。此外，Zhang等利用TIGR更新的数据进行分析，采用同义替换率分布方法检测到另一次更古老的(单、双子叶植物分化前)基因组复制事件，说明水稻基因组至少经历了2次全基因组复制过程。 全基因组复制或多倍体化是植物尤其是禾本科作物物种形成和进化过程中非常重要的事件，大部分开花植物在进化过程中均经历了多倍体化过程。基因组加倍后，再经历所谓的二倍体化过程(diploidization)，进化成当代的二倍体物种，并造成大量重复片段中基因的重排和丢失。Salse等研究发现基因组复制事件对禾本科植物的物种形成和演变具有重要作用。他们认为禾本科植物的祖先物种是一个基因组内包含5条染色体的物种，在进化过程中，首先在距今5 000～7 000万年前经基因组复制产生了10条染色体；此后，在基因组内发生了2次染色体置换和融合而形成了12条中间态染色体。以这12条中间态染色体为基础，逐渐分化出水稻、小麦、玉米和高粱的基因组，其中水稻基因组保留了原有的12条中间态染色体，而小麦、玉米和高粱均又发生了染色体丢失和融合才形成了现有的基因组。水稻全基因组复制片段是至今为止在动、植物基因组中发现的最为清晰、完整的基因组复制的遗迹。水稻之所以保存这么完整，一方面是水稻基因组保持了12条中间态染色体的基本形态，另一方面可能与水稻基因组相对较稳定有关。 2水稻籼粳2个亚种的分化 水稻是世界上最重要的粮食作物之一，在其11 500多年的栽培历史中，因适应不同的农业生态环境而产生了丰富的遗传多样性和明显的遗传分化。长期以来，基于形态性状、同工酶以及对一些化合物不同反应的研究，把亚洲栽培稻(Oryza sativa L．)分为籼稻(indica)和粳稻(japonica)2个亚种。其中籼亚种耐湿耐热，主要适应于热带和亚热带等低纬度地区，而粳亚种则耐寒耐弱光，适应于高纬度和高海拔地区种植。这2个亚种间不仅产生了生殖隔离的基因库，还在形态特征、农艺性状和生理生化反应等方面存在明显的差异。近期群体
项目名称：超高强铝合金材料的增材制造（3D打印）关键技术研究与应用 参与人员：李小平, 雷卫宁,史先传，孙顺平,王洪金,顾斌杰，陈菊芳 项目简介：团队研发的金属3D打印（Metals 3D Printing）的设备，采用熔融的金属（合金）通过高压雾化气体将金属液体成分雾化成细小的液体和固体颗粒的混合物，结合计算机三维设计，控制雾化器的雾化状态和各参数，同时控制接收体的运动轨迹和速度，实现金属的逐层堆积，达到生产不同形状和尺寸的金属零部件的目的。而且生产的金属3D打印设备具有效率高（5-10Kg/每分钟）,打印生产的材料或零件致密度高（≥95%的金属或合金的理论密度），内部组织结构细小（平均晶粒大小为10-20μm），具有优良的综合力学性能等优良特点。该项目运用已有的理论和工艺的研究成果，开展该领域的成形设备的研制，开发出相应的自动化程度高、稳定可靠的工程化装备，满足诸多领域对高强高韧铝合金材料与产品的需求，而且因为性能的大幅提高为轻量化的结构设计提供了材料保障。特别是具有很好的变形加工性能，经过后续的变形可以制备不同形状和尺寸的超高性能的零部件，广泛应用于航空航天、石油和地质勘探、船用轻质材料、汽车工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、医疗产业等领域。 创新成果主要体现在以下两方面： 1）高强铝合金材料的开发与应用 采用自主研制的金属增材制造，针对不同的铝合金材料（如7050、7055、7075等铝合金），制备出具有晶粒细小（平均粒径5-20μm）、组织均匀、能够抑制宏观偏析，具有半固态加工所要求的等轴晶粒的组织特征，在设备和工艺上保证制备的坯体组织和成分的均匀性，为半固态加工准备具有优异组织和性能的原材料，特别是针对7×××系铝合金超高强、高韧材料的工业化生产展开研究，通过对增材制造材料在后续的成型工艺的研究，探索优化的工艺，；采用中频电源进行加热，在加热过程中严格控制加热温度和保温时间，以实现产品性能的最优化。通过热挤压成管或型材过程中的挤压温度、挤压比、挤压速率等工艺参数对薄壁管材的成型性以及对产品组织和性能的影响，探索出了一条优化的工艺，达到批量生产的目的。实现了7系铝合的复杂薄壁零件的批量生产，性能指标达到或超过美国现有7075/7055铝合金材料水平的高性能船用、核反应堆重要耐高压、轻质薄壁管件和板材，可以从根本上解决当前我国对此种先进铝合金的迫切需求，优化新型铝合金的制备技术和工艺、材料热处理和热加工工艺，其性能稳定，产品性能达到或超过国外同类产品的先进水平。 团队以航空航天领域应用较广的Al-Zn-Mg-Cu 7xxx铝合金为实验材料，以高性能7xxx含微量稀土元素铝合金为研究对象，通过添加微量稀土元素，结合增材制造技术获得此类铝合金制件。很好地解决了控制细晶7×××系铝合金在后续进行大变形时再结晶过程中的晶粒异常长大的现象，为设计和制造新型高性能超高强7xxx铝合金结构材料提供新的思路和方法。 2）核心设备的研究与开发 自主研发的增材制造（3D打印）设备，采用熔融的金属（合金）通过高压雾化气体将金属液体成分雾化成细小的液体和固体颗粒的混合物，结合计算机三维设计，控制雾化器的雾化状态和各参数，同时控制接收体的运动轨迹和速度，实现金属的逐层堆积，达到生产不同形状和尺寸的金属零部件的目的。成功地研制出拥有自主知识产权的全自动控制的设备，达到了工程化和产业化的目的。而且生产的金属3D打印设备具有效率高（5-10Kg/每分钟）,打印生产的材料或零件致密度高（≥95%的金属或合金的理论密度），内部组织结构细小（平均晶粒大小为10-20μm），具有优良的综合力学性能等优良特点。 围绕本项目的发明专利详见下表：
铝合金表面处理研究 学号：20091829 姓名：刘哲 专业班级：材科09-4班 2012年07月04日
铝合金表面处理研究 摘要：主要介绍了铝合金表面处理的一种方法-电镀，并对一些预处理进行分析与研究，知道了电镀过程中的一些参数的最佳数值。 关键字：表面处理、电镀、预处理 前言 金属表面复合涂层技术是指利用表面涂层工艺方法，如电镀、化学镀、真空熔覆、热喷涂、气相沉积、阳极氧化、热化学反应法、溶胶-凝胶法、离子注入以及涂装等技术，在金属表面形成一层或数层具有复合材料结构和性质，并与金属表面结合良好的薄膜[1]。近年来，进行涂覆的基体金属及合金主要有：碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、铜合金、镁合金及钛合金等。金属表面复合涂层可广泛应用于石油、化工、能源、机械、冶金、电子信息、航空航天及军事装备等领域，正向着多功能性和应用性的方向发展。因此，金属表面复合层作为新材料研究的一个重要方向，具有广阔的应用前景。 铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝的产量在金属中仅次于钢铁的。至19 世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属。铝合金的加工性能好，表面经抛光后具有良好的光反应能力。因此，在飞机、汽车、电器、仪表、日用品等领域，铝合金获得广泛的应用［2］。然而铝合金也存在缺点，主要是耐腐蚀性差，并且还有产生晶间腐蚀的倾向，这是一种最危险的腐蚀破坏。通过表面处理的途径，即氧化或电镀可以提高铝合金的耐蚀性，从而提高其使用性能[3 ],对铝和铝合金表面制备复合涂层意义深远[4]。国外在铝合金表面复合涂层研究方面投入了大量人力、物力，近年来相继出现了多种复合涂层。如美国为航空、航天应用的铝合金件开发了“TUFRAM”涂层，它是由一般阳极氧化膜层再渗入有机聚合物而成，表面性能优异，在民用产品方面也得到了推广[5]。我国在铝合金表面复合涂层研究方面也非常活跃。Li 等[6]应用化学复合镀在铝合金表面制备出了含70vol%SiC 颗粒的Ni-P-SiC 复合涂层。蒋驰等[7]在铝材基体上，综合应用等离子喷涂和电弧喷涂等热喷涂方法，喷涂钽、镝、铅等材料，制备具有辐射屏蔽效应的多层复合涂层，涂层与基体之间结合紧密，组织均匀致密，孔隙率低，满足了辐射屏蔽要求。黄开金等[8]采用激光熔覆在AA7075 铝合金表面熔覆了Zr-Cu-Ni-Al-TiC 复合粉末，制备出Zr 基复合涂层，熔覆层表现出优异的耐磨性，尤其是随着熔覆层中TiC 含量的增加，耐磨性得到显著的提高。 一.铝合金电镀预处理 复合电镀是在电解质溶液中加入一种或数种不溶性固体颗粒，在金属离子被还原、形成镀层的同时，不溶性固体颗粒均匀弥散地分布于金属镀层中，形成复合镀层。采用电镀法可以制备多种复合镀层，主要有耐磨、自润滑、弥散强化、耐蚀性等复合镀层以及提高有机涂层结合强度的中间复合镀层。复合电镀具有以下特点：工艺简单、镀层多样化和分散相颗粒品种多[1]。 1.1挂具 对于铝合金电镀来讲，挂具是先决条件，特别是大件，必须要保证足够大的接触
低温铝合金国内外研究及应用情况 低温设备在航空、航天、超导技术以及民用工业中得到日益广泛的应用, 主要用于航天飞机、火箭动力装置的液氢(20K)、液氧(90K)储箱，以及低温超导磁体的结构支撑件等。确保这些设备的安全运行至关重要。其中低温金属材料的选取和设计是重要的 环节之一。低温金属材料机械性能与常温状态下相比有较大的差别,某些金属材料延性和韧度会急剧降低, 即发生低温冷脆转变。脆性断裂经常是突然发生,迅速扩展,会造成灾难性重大事故。缺乏专门的低温金属材料知识和性能数据,将会造成选材和设计不当,在低温装备运行中将引发失效事故。 铝合金材料具有密度低、无磁性、低温下合金相稳定、在磁场中比电阻小、气密封性好、感应放射能衰减快等特性, 因此越来越广泛的应用于低温领域。近几十年来,国内外已经积累了大量的铝合金低温机械性能方面的研究。 一、低温铝合金的定义及分类 适合于低温环境使用的大多数固溶强化铝合金及一些沉淀硬化铝合金。 可分为两类：(1)固溶强化合金，5000系，3000系； (2)沉淀硬化合金，2000系，6000系，7000系。 常用的低温铝合金是： Al-4.5Mg(5083)，在退火态使用的易焊接铝合金； 3003铝合金；Al-1.0Mg-0.6Si(6061)多用途铝合金； Al-6.0Cu(2219)，在沉淀硬化态使用的铝合金。 Al-Li轻合金(如2090，8090等)是性能优异的低温材料，随着温度降低，其强度、塑性、韧性大幅度提高，如2090合金的低温性能(约4K)比2219合金要好得多。 在锻造合金最常用的低温服务考虑的合金1100，2014，2024，2219，3003，5083，5456，6061，7005，7039和7075。合金5083这是对低温应用最广泛使用的铝合金，展品冷却到室温的氮沸点（- 195oC）： 目前低温铝合金研究主要集中在：Al-4.5Mg(5083)、Al-Zn-Mg-Cu系、Al-Cu (2219)、Al-Li轻合金 问题：在航空领域应用较多，但低温铝合金板材产业化较少，低温铝合金板材制备LNG储罐国内未见详细报道（只有部分焊接问题探讨过） 二、铝合金低温性能 1、几种典型的铝合金在低温下拉伸性能如表所示。 从表1中可以看出，所有的铝合金的拉伸强度和屈服强度都随温度的降低而上升，并且拉伸强度增加比较明显，在20K以下增加停止,并且某些合金略有下降。大部分合金
耐热铝合金的研究发展及应用 1 ?前言 为了能在150?350C温度范围内用低密度、低价格的铝合金代替钛合金，在过去的二十年内，快速凝固耐热铝合金受到广泛重视。该领域的研究发展很快，相继开发了以Al-Fe、Al-Cr为基的一系列耐热铝合金，并且得到实际应用。 2 ?耐热铝合金的发展 传统的高强铝合金主要是亚共晶成分的合金，含有在端际固溶体中固溶度原子分数大于2%勺合金元素，通过时效过程中金属间化合物的析出使合金达到强化。但在150C以上的环境温度下，这些析出相以很快的速度粗化，材料性能急剧下降，限制了使用范围。七十年代后期，为了满足先进战斗机对材料的需求，美国空军把注意力集中于开发在350 E温度以下能取代钛合金的铝合金，并资助了一些研究项目，耐热铝合金的研究开始受到重视。 要提高铝合金的耐热性能，必须在合金中形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相。要达到这个要求，加入的合金元素应该在液态时固溶度高，固态时几乎不固溶并有较低的扩散系数，满足这个要求的是大部分过渡族金属元素和镧系元素（表1）。采用快速凝固技术可以提高这些元素在铝中的极限固溶度，在合金中形成足够数量的弥散粒子，耐热铝合金就是在铝合金中加入一定量这些元素的基础上发展起来的。 表1合金元素在铝合金中的固溶度和扩散速度 合金系统平術固喀度 原子分数$ % 快速凝固能达 到的最大扩展 固溶度原子分 数F % 斗站零时的 扩散系遨f Ctn2* s ' 1 A] - Ti0 .160.2-2M .証* 1 0 -|5 AJ - V D 2 1 .4 * 2 1 ID IS Al - C T0 .42 5 -7 2 —|站皿 Al- Mn0 .924 2 12^ 10 Iq Al - F P n筛n 5 - 5.1 2 * 1 n -|：s AJ - C<50 450 .5 - 5 2 15* ID-" A] ■ Ni0 0為 1 .2 - T 7S .4 > 1 0_ 5 AJ - C E o .01 1 .9K .4 1 U 14 AJ - Zr D .0712-1 5€ .6 > IO - 17 Al - Me010-1 5 6 OX ID IS 2.1Al-Fe-Ce 合金 美国铝公司(Alcoa) 根据合金元素的作用和资源、价格等方面的因素，选择铝和Cr、Mn Fe、Ni、Co及Ce六种元素组成的六个二元系和十五个三元系进行了系统研究，每种合金
耐热铝合金的研究发展及应用 1．前言 为了能在150～350℃温度范围内用低密度、低价格的铝合金代替钛合金,在过去的二十年内，快速凝固耐热铝合金受到广泛重视。该领域的研究发展很快，相继开发了以Al-Fe、Al-Cr为基的一系列耐热铝合金，并且得到实际应用。 2．耐热铝合金的发展 传统的高强铝合金主要是亚共晶成分的合金，含有在端际固溶体中固溶度原子分数大于2%的合金元素，通过时效过程中金属间化合物的析出使合金达到强化。但在150℃以上的环境温度下，这些析出相以很快的速度粗化，材料性能急剧下降，限制了使用范围。七十年代后期，为了满足先进战斗机对材料的需求，美国空军把注意力集中于开发在350℃温度以下能取代钛合金的铝合金，并资助了一些研究项目，耐热铝合金的研究开始受到重视。 要提高铝合金的耐热性能，必须在合金中形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相。要达到这个要求，加入的合金元素应该在液态时固溶度高，固态时几乎不固溶并有较低的扩散系数，满足这个要求的是大部分过渡族金属元素和镧系元素(表1)。采用快速凝固技术可以提高这些元素在铝中的极限固溶度，在合金中形成足够数量的弥散粒子，耐热铝合金就是在铝合金中加入一定量这些元素的基础上发展起来的。 表1合金元素在铝合金中的固溶度和扩散速度
2.1 Al-Fe-Ce合金 美国铝公司(Alcoa)根据合金元素的作用和资源、价格等方面的因素，选择铝和Cr、Mn、Fe、Ni、Co及Ce六种元素组成的六个二元系和十五个三元系进行了系统研究，每种合金中溶质元素加入总量为5%原子分数。研究发现，几乎所有的合金都表现出较好的热稳定性，而且三元系的性能优于二元系。经过数次对合金成分和合金元素含量的优化后发现，Al-Fe-Co和Al-FeCe合金的性能超过了预定要求达到的指标。经过大量的前期研究工作，认为耐热铝合金以含Fe的合金系性能较好，所以最终选择了Al-Fe-X(Co、Ni、Ce)合金系进行进一步深入研究，最后合金成分确定为Al-8Fe-4Ce，并发展成为实用化的耐热铝合金。 2.2 Al-Fe-V-Si合金 由于Fe和V在铝中的溶解度低，扩散系数小，所以美国联合信号公司(Allied Signal)选择Al-Fe-V合金进行研究。在研究过程中，发现其中某个炉次合金的耐热性明显好于其它炉次，进一步的分析发现，该合金中的硅含量比其它合金明显高。对合金的熔炼过程分析，在使用含SiO2的坩埚进行熔炼时，SiO2被还原成Si进入了铝液。Si进入铝合金后，形成了Al13(Fe,V)3Si，而Al-Fe-V三元系的其它合金中却没有这种析出物。对该析出物的研究发现，它和基体之间有特定的位向关系，并且在适当的Fe/V比例时，析出相和基体之间有很好的晶格匹配，两相之间的界面能较低，高温下的粗化速度较Al-Fe-V系的其它析出物缓慢，使合金的耐热性得到提高。在此基础上发展了Al-Fe-V-Si系列的耐热铝合金,成功地应用于航空、航天及汽车零件。 2.3 Al-Cr-Zr合金 早期由Elagin和Federov对低浓度Al-Cr-Zr合金进行的研究虽然不多，但表明了该合金作为耐热铝合金的发展潜力，Alcan和Sheffiled大学在较宽的合金成分范围内对Cr和Zr加入后的热稳定性进行了研究，发现含Cr的合金在直到450℃的温度都具有阻止溶质聚集和析出相粗化的能力，并保持高的固溶强化效果。而加入Zr后，在高温还会产生时效硬化现象。在这些早期工作的基础上，得到含4%～4.5%Cr和1.5%～2.5%Zr的合金具有良好的热稳定性。如果在合金中再加入少量的Mn，其耐热性可以进一步提高。与Al-Fe系耐热铝合金的不同之处在于，Al-Cr系耐热铝合金在固结成形后，还需要进行后续的热处理，以达到最佳力学性能。 总之，近十几年来，对耐热铝合金进行了大量的研究，相继开发了一系列快速凝固耐热铝合金。除上述合金外,主要的还有Pratt&Whitney开发的Al-Fe-Mo-V
铝合金的种类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分 类。 （1）按合金状态图及热处理特点分为：可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两 大类。 （2）按合金性能和用途可分为；工业纯铝、切削铝合金、 中强度铝合金、高强度铝合金 （硬铝）、超高强度铝合金 等。 （3）按合金中所含主要元素成分可分为： 工业纯铝 系），Al — Mn 合金（3XXX 系）,A1 — Si 合金（4XXX 系），AI — Mg 合金（5XXX 系）, A1 —Mg — Si 合金（6 XXX 系）,A1 — Zn — Mg — Cu 合金（7XXX ）, A1 — Li 合金（8XXX 系） 及备用合金组（9 XXX 系）。 选择铝合金的牌号与状态时， 以上各方面很难同时满足， 也没有必要， 应根据产品的性能要 求，使用环境，加工过程等因素，设定各种性能的优先次序，方可做到合理选材，在保证性 能的前是下合理控制成本。 硬度：很多客户在购买铝时非常关心， 硬度首选跟合金化学成份 有直接的关系。其次，不同的状态也影响较大，从所能达到的最高硬度来看， 7系， 2系， 4 系， 6系， 5系， 3系， 1系，依次降低。硬度：强度是产品设计时必须考虑的重要因素，成 其是铝合金组件作为组件时，应根据所承受的压力，选择适当的合金。纯铝强度最低，而 2 系及 7系热处理型合金度最高， 硬度和强度有一定的下相关系。 耐蚀性： 耐蚀性包括化学腐 蚀，耐 应力腐蚀 等性能。一般而言， 1 系纯铝的耐蚀性最佳， 5系表现良好，其次是 3系和 6 系， 2 系及 7 系较差。耐蚀性选用原则应根据其使用场合而定。高强度合金腐蚀环境下使 用，必须使用各种防蚀用 复合材料 。 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、 锻件、厚板和挤压材 料，车轮与结 构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的 2XXX 系合金，目前的应用范围较窄，主要为 械零件 、结构与运输工具 结构件 ，螺旋桨与配件 车轮毂、螺旋桨元件及其他种种 结构件 2036 件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件 机发动机汽缸头，喷气发动机 叶轮 和压缩机环 机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300 C 。焊接性 好，断裂韧性高， 应力腐蚀 开裂能力 件。活塞和航空发动机零件 温度 200~300 C 的涡轮喷气发动 耐热铝合金、低强度铝合金、 （超硬铝 ） 、锻造铝台金及特殊铝合 金 （1 XXX 系），A1 — Cu 合金（2 XXX 铆钉、通用 机 2024 飞机结构、 铆钉 、导弹构件、卡 汽车车身 钣金件 2048 航空航天器 结构 2218 飞机发动机和柴油发动机活塞， 飞 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞 T8 状态有很高的抗 2319 焊拉 2219 合金的 焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由 锻 2A01工作温度小于等于 100 C 的结构 铆钉 2A02工作 2A06工作温度150~250 C 的飞机 2A10 强度比 2A01 合金的高，用于制造 2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶
?综述 Survey? 锌铝合金的研究现状及应用概况 刘永红1,张忠明2,刘宏昭2,吴子英2 (11重庆农药厂农研所,重庆400033; 21西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048)摘要:回顾了锌铝合金的发展历史,介绍了合金的主要组元及其作用;综述了锌铝合金的研究现状及应用概况;指出进一步开发和应用这种合金,对我国的工业发展具有重要的意义。 关键词:锌铝合金;研究现状;应用概况 中图分类号:TG292 文献标识码:A 文章编号:100028365(2001)0120042203 Investigation Actuality and G eneral Application in Situation of in Zinc2aluminium Alloys L IU Y ong2hong1,ZHAN G Zhong2ming2,L IU Hong2zhao2,WU Z i2ying2 (11Pesticide Research Department,Chongqing Pesticide Factory,Chongqing400033,China; 21School of Mechanical&Instrumental En2 ginerring,Xi’an University of Technology,Xi’an710048,China) Abstract:The development history of Z inc2aluminium is reviewed in this paper.The role of main alloy ingredient of the alloys are introduced.Its current status of research and general situation of application are summarized subsequently.It plays an im2 portant role on development of industry with applicating and studying this alloy further at home. K ey w ords:Znic2aluminium;Current status of research;G eneral situation of application 锌铝合金具有良好的力学性能、耐磨减摩性能以及其他一些独特的性能(如碰撞时不产生火花,无磁性等),用其代替部分铜合金甚至铝合金具有明显地经济性,同时,该合金熔点低、耗能少、成本低廉、成型方便,适合于多种铸造方法,因此具有很强的市场竞争力,对其研究和应用也在不断地深入和发展,并成为金属材料科学研究的热点之一。 1 锌铝合金的发展简况 锌远在公元前500年就为人们所知,人们在Cameros遗址中发现了古人用锌制做的手镯[1]。大约16世纪,金属锌传入欧洲。锌合金出现于本世纪初期,并作为锡和铅的代用品用于制造印刷铅字,为这种用途而开发的最早的1种锌基合金含6%Sn,5%Cu 和0.5%Al。但早期的锌合金易于晶间腐蚀和过早失效,在潮湿环境下易开裂。使得人们难以想象锌及其合金也能成为性能优良的工程材料。随着锌冶炼技术的进步,人们可以得到纯度很高的锌,改善锌合金的晶间腐蚀性成为现实。上世纪30年代左右,美国新泽西锌合金公司研制出了Zamak3和Zamak5锌铝压铸合金。在战前和二次世界大战期间,德国由于铜资源紧缺,而用重力铸造锌铝合金代替铜制造轴承材料。锌铝合金熔点低、机械性能好,因而在压铸工业中得到了广泛地应用。上世纪60年代前后,由于塑料工业的兴起,使 收稿日期:2000206213; 修订日期:2000206223 基金项目:中国博士后科学基金资助;凝固技术重点实验室开放课题资助项目(59671026)。 作者简介:刘永红(19682 ),女,湖南新化人,工程师,学士1锌合金面临竞争与挑战。1959年国际铅锌研究组织发起了1个旨在开发新型的、先进的压铸锌铝合金的研究计划,这个计划促使了薄壁锌铝合金压铸技术和IL ZRO216、IL ZRO212铸造锌铝合金[1、2]的出现。IL ZRO212(后经改进发展成ZA12合金)铸造锌合金的蠕变性能与Zamak3和Zamak5相当,但其铸造性能和力学性能更好。上世纪70年代后期又开发了性能更优的ZA8和综合力学性能最佳的ZA27合金。此后,在世界范围内,人们开始研究、开发锌铝合金,一些国家还将锌铝合金列入国家标准[3]。 2 锌铝合金的主要组元及其作用 锌铝合金中的主要组元除了锌、铝以外,还有铜、镁元素,了解这些组元的相互作用对于锌铝合金的研究、开发和推广应用具有重要意义。 锌是六方晶格,无同素异构转变。纯锌的力学性能较低(σ b =150MPa),难以满足工程构件对性能的要求,因此应用中常加入强化元素。锌基合金中常用的强化元素有铝、铜和镁。其中铝是锌铝合金中首要的强化元素,铝可以提高锌合金的流动性,细化晶粒,改善铸件的机械性能。锌铝合金中,随铝含量增加,强度提高,韧性下降。铝与锌之间高温时无限互溶,低温下相互形成置换式固溶体,不形成金属间化合物。铝在锌中固溶度很小,而锌在铝中有很大的固溶度,且随温度变化显著,如共析温度下富铝相的固溶锌量高达30%,室温下其溶解度变为2%,这使得这种合金有很强的固溶强化效果。 — 2 4 —