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可用于增材制造的高强铝镁合金
铝及其合金是工程应用最广泛的结构材料之一。传统的铝合金零件通过铸造、锻造和粉末冶金等方法制造,与这些传统制造过程相关的工具设备增加了制造成本和交付周期。3D打印技术由于为制造设计提供了丰富的自由度而广泛应用于工程零件的制造。现有3D打印技术中,选择性激光熔化(SLM)是发展最为广泛的方法之一。但是SLM工艺中的冶金缺陷如许多裂纹、球化和气孔导致只有有限数量的金属适合该种工艺,且具备满足要求的密度、微观结构和强度。 中南大学粉末冶金研究院李瑞迪研究员和新西兰奥克兰大学、中车工业研究院有限公司等单位合作通过对合金元素进行调控和热处理工艺的探索,发展了一种适用于SLM制备工艺,具有良好抗裂性和高强度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相关论文以题为“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金属材料顶级期刊《Acta Materialia》在线发表。 在该项工作中,研究人员设计了一系列Al-Mg(-Si)-Sc-Zr合金,并用雾化合金粉末进行3D打印制备。在没有Si元素的情况下,Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr(x=1.5,3.0,6.0wt.%)合金在制备过程中均易发生热裂纹,平均裂纹密度随Mg含量的增加而增大。发现在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能够有效地抑制SLM过程中的热裂纹,同时细化制备合金的微结构,从而提高打印试样的力学性能。 图1:不同成分的打印样品晶粒尺寸和形貌EBSD分析结果:(a)1.5 wt%Mg,合金1;(b)3.0 wt%Mg,合金2;(c)6.0 wt%Mg,合金3;(d)6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si,合金4。晶体学取向用倒极图(IPF)表示。 图2:Mg和Si元素对试样断裂行为的影响。(a)不同合金成分(合金1,合金2,合金3,合金4)的拉应力应变曲线。(b-e)合金1(b)、合金2(c)、合金3(d)、合金4(e)的断口SEM图像。 通过对合金成分的进一步微调,研究人员设计了一种新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。这种新合金具有明显的细化微观组织,由亚微米胞体和胞体中存在的共晶Al3(Sc,Zr)纳米粒子(2-15nm)和粒间Al-Mg2Si共晶(Mg2Si直径10-100nm)组成。打印试样中形成了高密度的层错和独特的9R相。试样的拉伸强度和延伸率分别达到497MPa和11%。经过时效处理后,试样的拉伸强度达到550MPa,塑性在8%~17%之间。除了固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化外,高密度层错也有助于强化。 图3:不同组分(a1-4)合金#4;(b1-4)合金#5的SLM打印样品的细晶区TEM图像:(a1-2)合金4的胞状结构;(a3-4)合金的柱状结构;(b1-5)合金(b2)的胞状结构是(b1)的暗场图像;(b3-4)合金的柱状组织#5;图(a2),(a4),(b2)和(b4)显示了晶间共晶组织;(b5)是SLM-printed Alloy#5细胞的干HAADF图像和主要元素(Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr)的相应EDX图谱。 图4:(a)SLM打印合金#5时效前后的拉伸应力应变曲线。曲线“#5”表示打印合金#5;曲线“#5-HT1”表示360℃时效8h的合金#5;曲线“#5-HT2”表示300℃时效8h的合金#5。(b)在合金#5-HT2断裂处拉伸试样的透射电镜显示具有高密度位错和SFs的变形组织。(c)沿[001]方向的变形亚晶中滑移带和滑移方向的HRTEM图像。(d)在(-100)面上用(c)图中标记区域的傅里叶逆变换图像显示出高密度位错。 这项研究成果通过在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素,形成了精细打印微观组织,获得了无裂纹的打印合金成分。随后通过热处理时效工艺引入高密度层错并细化晶粒,开发出了一种具有低热裂敏感性和高强度的新型铝镁合金。这项工作提供了一种解决和消除SLM工艺中的冶金缺陷的铝镁合金成分设计方法和热处理工艺,推动了SLM制造技术的工程应用。
中南大学 2021-04-11
高品质镁合金集成与循环应用技术
本成果针对镁合金生产与应用过程中的关键问题,成功开发了镁合金目标 产品的集成应用技术和循环利用技术,打通了目标产品的合金开发、产品设计、 材料加工、产品生产、产品应用和合金废料返回利用的整个技术链条和循环过程。 主要创新成果为:1)发明了一批高品质镁合金。2)开发和发明了高质量铸造产 品高效环保加工技术和成套的型材挤压技术,成功制备了世界上最大规格的中 空型材;大幅度提高了铸件的成品率。3)首次创新开发了 “重质夹杂逆向自净 化”的“反向"过滤技术和成套装备,攻克了过滤精炼能力快速衰减的国际难题。 4)建立了镁合金材料及产品服役性能数据库,开发了专家预测系统及先进的镁 产品开发技术系统,建成了国内外第一个综合性的“镁合金材料替换设计及产品 应用技术开发平台",解决了镁产品推广应用中新材料和新产品脱节的瓶颈问题。 成功开发了 200余款(种)镁合金及铸造产品、300多种规格高品质镁合金 管型材和两大系列镁合金气体保护熔铸和废镁回收再生装备,已在1000多万辆 汽车得到成功应用,并已成功装备轨道交通工具及军工关键装备上。节能效益非 常明显,创造了显著的经济效益和社会效益。
重庆大学 2021-04-11
轻合金上耐磨涂层的硬质阳极氧化技术
本项目针对实际生产中存在的铝合金机匣变色、耐磨性不够高等困扰企业多 年的技术难题,经过工艺改进和优化,开发出了纳米尺度阳极氧化新技术,解决 了铝合金机匣变色的技术难题。近5年来,采用纳米阳极氧化新技术处理的铝合 金机匣40余万件,产生直接经济效益1200万元,每年节约成本200万元。同时, 在节能排放方面产生了巨大的社会效益。
重庆大学 2021-04-11
直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损检测装置
本实用新型公开了直叶片变量泵定子内表面摩擦磨损检测装置.目前没有模拟单作用变量叶片泵在正常工况下摩擦磨损的测试仪.本实用新型的直叶片与叶片导槽的底部槽道构成滑动副;直叶片的底面与定子内曲线轮廓模拟凸轮构成凸轮副;加载环底面与直叶片顶面之间设有弹簧;加载装置驱动加载环;压力传感器检测直叶片和弹簧之间的压力;速度传感器检测定子内曲线轮廓模拟凸轮转速;检测腔腔体经开关阀和检测通道连接消光式粒度仪和消光式颗粒计数器;消光式粒度仪检测液压油中金属颗粒的平均粒度,消光式颗粒计数器检测液压油中金属颗粒数目.本实用新型可靠模拟直叶片变量泵工作环境,并测量磨损量.
杭州电子科技大学 2021-05-06
α-SiC微粉颗粒表面改性的工业生产方法
西安科技大学多年从事 SiC 冶炼和烧结技术的研发,并在全国获得了多项实际应用。通过对 α-SiC 粉末表面改性方法的研究,可大大地提高重结晶性 SiC 的烧结能力,降低烧结温度,获得纯度更高、密度更大的重结晶 SiC 烧结块。该技术业已获得国家发明专利。
西安科技大学 2021-04-11
采用火焰喷涂方法制备多孔表面换热管
多孔表面对水、氟利昂、液氮、烯烃类、苯、乙醇等多种工质的沸腾换热均有显著的强化作用,故又将其称为高效强化沸腾换热表面。因而,具有多孔表面的高通量换热管以其优异的沸腾换热性能用于各种具有相变的换热过程,如蒸发器、再沸器、冷凝器、汽化器等,在石油、化工、冶金、海水淡化、电子芯片散热等领域具有广泛的应用前景。根据多孔表面强化传热机理,大量具有适当尺寸的连通孔隙是保证高效传热强化的决定性因素。因此,烧结法、热喷涂法、机械加工法等方法应用于多孔表面的制造研究。该技术采用火焰喷涂方法,将铁基合金粉末与低熔点合金元素相混合,降低了喷涂多孔层的火焰温度,减小了多孔层中铁基粉末颗粒的变形尺寸,增加了孔隙率,提高了多孔层中孔隙的连通性,保证了多孔层与基体的结合强度,工艺简单,成本低,加工周期短,生产效率高;传热性能好,能有效强化沸腾传热,可以满足工业化应用的要求。可用于石油化工、化工等工业用蒸发器、再沸器、冷凝器、汽化器等。
华东理工大学 2021-04-11
具有多级结构的超疏水表面及其制备方法
超疏水性是一种特殊的界面润湿现象,在自然界的几百种动植物体表面存在,如水黾腿、蝴蝶翅膀、荷叶、水稻叶等。水滴在超疏水表面呈球状,极易滚落,同时带走表面的灰尘,具有自清洁效应。由于水滴不易吸附,所以超疏水表面还具有防雾、耐腐蚀功能。在低温条件下,这种表面可有效减缓热传递,所以不易形成霜晶,不易结冰。因此,超疏水表面可有效提高材料表面抗污染、耐腐蚀、防雾、结冰等性能。因此,超疏水表面制备技术用于汽车窗玻璃和后视镜等部件,实现自清洁、不沾水、不起雾、不结冰等功能;用于汽车太阳能电池表面,可减反射、提高吸收率;用于金属部件,可有效提高金属的耐蚀性能。
东南大学 2021-04-10
数字化分析深孔表面质量检测机
本检测机由光电检测探头、探头旋转进退部件、工件定位部件、工控计算机与接口、动力驱动电路、主体工作台与机柜等组成。 通过结构光扫描检测探头,获得深孔表面多重图像;经对数字图像分析取得深孔表面加工纹理、裂痕、刀瘤、气泡等质量参数。检测机可自动切换结构光状态、自动控制工件旋转或进退,便于光电扫描检测探头采集深孔各处表面信息。。 通过专门算法,实现工业检测数字图像的分割与拼接比对、目标物提取与识别等。可适应多种被测对象的检测需要。技术指标: 允许被检件极限孔深度180mm,孔径F20~F60mm。 周向记录样本步距10°(每周达36幅),轴向记录样本步距3mm(沿母线180mm长度达60幅)。 每件检测速度不超过20秒(极限样本数量时)。 工作环境温度0~45°C。 工作环境相对湿度30%~95%。 免启动连续工作时间16小时。
上海理工大学 2021-04-11
微粉表面积的动态氮吸附测量技术
Ø  成果简介:在研究物质的性质时,经常需要知道微粉颗粒的比表面积大小。在橡胶工业中常用的补强剂为固体分散颗粒炭黑,它的比表面积对所填充的橡胶的物理性能产生很大的影响;在催化领域,催化剂的比表面积是表征催化剂化学物理性能的一个重要参数;在冶金、建筑材料等方面的生产和研究中也经常需要知道微粉颗粒的比表面积,所以,微粉颗粒比表面积的测量被许多科学技术领域所关注。本项技术为一种微粉表面积动态氮吸附测量方法及测量仪器,仪器具有良好的测量准确性和重复性,并且操作方法简单,测量速度高。微粉比
北京理工大学 2021-01-12
有关皮米尺度精确测量表面结构的研究
通过利用环形明场成像技术在皮米(0.001 纳米)尺度上精确测量阴、阳离子之间的键长来计算表面结构的细微畸变(图一)。研究表明,在不同极化取向的铁电畴中,PbZr0.2Ti0.8O3的表面原子结构完全不一样,在表面薄层中可以存在“铁电死层”和高能的带电畴壁。这些发现为铁电薄膜、铁电陶瓷、铁电表面催化等应用提供了非常重要的信息。同时,发展起来的基于环形明场像技术定量测量绝缘氧化物表面结构的方法,将极大地提高我们对这些复杂功能氧化物材料物性的认知。
北京大学 2021-04-11
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