基于原位同步辐射X射线的铝合金凝固组织与变形机制研究进展

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作者 魏秋云 刘欢 +4 位作者 甘佰辉 赖佳豪 宋东福 张卫文 赵愈亮 《材料研究与应用》 2025年第3期385-410,共26页

铝合金具有密度低、强度高和导热性能好等优点,广泛应用于航空航天、交通运输和电子信息等行业。然而,随着铝合金产品的更新换代,对铝合金材料的力学性能提出更高的要求,因此亟需开发新型铝合金材料。通过同步辐射X射线成像与衍射技术... 铝合金具有密度低、强度高和导热性能好等优点,广泛应用于航空航天、交通运输和电子信息等行业。然而,随着铝合金产品的更新换代,对铝合金材料的力学性能提出更高的要求,因此亟需开发新型铝合金材料。通过同步辐射X射线成像与衍射技术研究铝合金材料成分-工艺-组织-性能之间的关系,是推动铝合金材料研发与设计的重要途径。同步辐射成像技术作为一种高分辨率、无损的研究手段,从二维发展到三维、四维成像,实现了材料内部复杂结构的实时动态监测,为建立材料形态与性能演化模型提供了重要实验依据。此外,三维及四维成像技术突破了传统观测的时空限制,显著提高了对铝合金材料在凝固、受载变形及疲劳损伤过程中的结构演变研究能力,为分析微观组织对宏观性能的影响奠定了基础。同步辐射衍射技术凭借高时空分辨率和介观尺度的独特优势,能够捕捉材料变形过程中微观组织的应力-应变演化特征,揭示微区力学性质和几何形态对载荷分配行为的影响。这一技术为研究材料复杂的形变机制及其性能优化提供了强有力的支撑,同时推动了多尺度力学模型的发展。结合同步辐射成像与衍射技术,可实现从宏观力学行为到微观结构演变的多尺度关联研究,特别是在应力、应变分布动态变化的预测及其对材料疲劳与断裂机制的影响方面表现出极大潜力。未来,通过整合同步辐射技术与机器学习、纳米成像技术及多模态实验装置,有望进一步提升时间和空间分辨率,突破现有技术局限,为探索铝合金材料体系的结构-性能关系及开发材料设计理论提供新的研究路径和技术支持。 展开更多

关键词 同步辐射 铝合金 微观组织 力学性能 成像 变形 凝固 应力分析

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Al-Si合金中富铁相形态及其影响因素研究进展 被引量：16

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作者 宋东福 王顺成 +2 位作者 周楠 农登 郑开宏 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期120-128,共9页

综述了Al-Si合金中富铁相的存在形态、形成条件以及富铁相影响因素的研究进展,重点讨论了Al-Si合金中合金元素、熔炼铸造工艺对富铁相形态与分布影响的最新研究现状。研究现状表明,针状富铁相对Al-Si合金性能危害极大,而汉字状富铁相对... 综述了Al-Si合金中富铁相的存在形态、形成条件以及富铁相影响因素的研究进展,重点讨论了Al-Si合金中合金元素、熔炼铸造工艺对富铁相形态与分布影响的最新研究现状。研究现状表明,针状富铁相对Al-Si合金性能危害极大,而汉字状富铁相对合金性能的危害要小得多,合金元素和熔铸工艺对富铁相形态具有重要的影响;因此,研究合金元素与熔铸工艺对富铁相形态的交互作用及其影响规律,从而获得有益的富铁相形态,或减少合金中Fe含量是Al-Si合金中减缓富铁相危害的重要研究趋势。 展开更多

关键词 AL-SI合金 富铁相形态 影响因素

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5052-H112铝合金搅拌摩擦焊接头应力腐蚀的研究 被引量：2

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作者 宋东福 李亚宁 +2 位作者 戚文军 王海艳 周楠 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期112-115,共4页

采用慢应变速率拉伸法分析了6mm厚5052铝合金及其搅拌摩擦焊接头在大气及海水环境下的应力腐蚀敏感系数,通过OM、SEM、显微硬度仪等分析了接头组织形貌、断口形貌及接头硬度。结果表明:焊核区晶粒由细小的等轴晶粒组成,平均晶粒尺寸约为... 采用慢应变速率拉伸法分析了6mm厚5052铝合金及其搅拌摩擦焊接头在大气及海水环境下的应力腐蚀敏感系数,通过OM、SEM、显微硬度仪等分析了接头组织形貌、断口形貌及接头硬度。结果表明:焊核区晶粒由细小的等轴晶粒组成,平均晶粒尺寸约为5μm,为母材的1/10;合金及其接头在应变速率为3.36×10-6 s-1时的应力腐蚀敏感系数分别为1%、2%,应力腐蚀系数小;硬度最小值及接头断口均位于接头返回侧热影响区,为接头的薄弱区;接头断口均由细小、均匀的韧窝组成,呈典型的切断形貌,接头在海水中的断口韧窝较大气中平而浅,这与接头的应力腐蚀倾向有关。 展开更多

关键词 5052铝合金 搅拌摩擦焊 慢应变速率拉伸 应力腐蚀

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压铸镁合金植酸转化处理中添加剂的研究 被引量：1

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作者 宋东福 赵雅情 +2 位作者 戚文军 梁涛 农登 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第20期99-102,共4页

通过在植酸基础转化液中添加两种不同组成的成膜促进剂制备镁合金植酸转化膜,采用SEM、EDS及失重法研究了添加剂对转化膜结构、形貌及耐蚀性能的影响。结果表明:经植酸转化处理后,镁合金表面耐蚀性能均得到了大幅提高,120h盐水浸泡后失... 通过在植酸基础转化液中添加两种不同组成的成膜促进剂制备镁合金植酸转化膜,采用SEM、EDS及失重法研究了添加剂对转化膜结构、形貌及耐蚀性能的影响。结果表明:经植酸转化处理后,镁合金表面耐蚀性能均得到了大幅提高,120h盐水浸泡后失重率仅为镁合金基材的1/5;Ca(NO3)2、NH4VO3及Na2C4H4O6·2H2O组合添加剂的加入有利于改善膜层结构和致密性,转化膜由完整、致密且与基材结合紧密的内层和网纹的外层组成,耐蚀性能较纯植酸转化膜提高1倍,而NaF、Na2B4O7及Na2C4H4O6·2H2O的组合添加剂则对转化膜结构和耐蚀性能影响不显著。 展开更多

关键词 镁合金 添加剂 植酸转化膜 失重率

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镁合金复合有机涂层的研究现状与展望 被引量：4

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作者 宋东福 农登登 +2 位作者 戚文军 龙思远 陶登军 《材料研究与应用》 CAS 2012年第2期81-86,共6页

要:镁及其合金的化学活性高,耐蚀性能差,阻碍了镁合金应用领域的拓展.采用预处理+有机涂装法制备复合有机涂层,综合了多种表面处理方法的优点,可获得耐蚀性能良好的镁合金保护涂层,是解决镁合金耐蚀问题的重要研究方向,具有巨大的应用前... 要:镁及其合金的化学活性高,耐蚀性能差,阻碍了镁合金应用领域的拓展.采用预处理+有机涂装法制备复合有机涂层,综合了多种表面处理方法的优点,可获得耐蚀性能良好的镁合金保护涂层,是解决镁合金耐蚀问题的重要研究方向,具有巨大的应用前景.本文对几种镁合金复合有机涂层的制备原理和研究现状进行了综述,并提出了其发展方向. 展开更多

关键词 镁合金 耐蚀性 复合有机涂层 发展方向

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氧化硼对再生A356铝合金中杂质铁的影响 被引量：9

6

作者 谭喜平 郑开宏 +2 位作者 张新明 宋东福 戚文军 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第22期92-95,共4页

通过在再生A356铝合金中加入B2O3-KCl-NaCl复盐熔剂研究了复盐熔剂的添加量和熔炼的静置保温时间对再生A356铝合金的杂质铁的影响。实验结果表明:其铁含量随着B2O3添加量的增加和静置时间的延长而减少,当B2O3添加量为铝熔体的0.6%、静... 通过在再生A356铝合金中加入B2O3-KCl-NaCl复盐熔剂研究了复盐熔剂的添加量和熔炼的静置保温时间对再生A356铝合金的杂质铁的影响。实验结果表明:其铁含量随着B2O3添加量的增加和静置时间的延长而减少,当B2O3添加量为铝熔体的0.6%、静置保温时间为90min时,除铁效果最佳,铁含量从1.32%降低到0.97%,除铁率达26.5%。经过XRD检测其炉渣中含高熔点Fe2B,说明铝熔体中杂质铁变化的主要原因是复盐熔剂的B元素与再生A356铝熔体中Fe反应生成高密度的Fe2B沉于炉底,而冶金热力学计算从理论上解释了氧化硼对再生A356铝合金杂质铁的影响。 展开更多

关键词 再生铸造铝合金 杂质铁 热力学

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镁合金预处理对其表面有机涂层耐蚀性的影响 被引量：6

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作者 查吉利 龙思远 +2 位作者 宋东福 林伟鸿 石永敬 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2010年第7期63-65,共3页

镁合金压铸件上涂覆有机涂层后的耐蚀性能与其涂装前的表面处理状态有着密切关系。采用中性盐雾试验和盐水浸渍法对经喷砂、打磨、无铬化学转化、微弧氧化4种不同表面预处理后的丙烯酸树脂涂层进行了耐蚀性测试。结果表明:采用合适的预... 镁合金压铸件上涂覆有机涂层后的耐蚀性能与其涂装前的表面处理状态有着密切关系。采用中性盐雾试验和盐水浸渍法对经喷砂、打磨、无铬化学转化、微弧氧化4种不同表面预处理后的丙烯酸树脂涂层进行了耐蚀性测试。结果表明:采用合适的预处理能显著提高涂层的耐蚀性能,其中微弧氧化涂层耐蚀性最佳,在盐雾和盐水浸渍试验中失效时间分别达96h和168h;预处理后基材表面光滑的涂层失效形式以起泡为主,而具有微孔或粗糙表面的涂层则以点蚀为主。 展开更多

关键词 预处理 有机涂层 镁合金 丙烯酸树脂 耐蚀性 失效形式

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6061-O铝合金搅拌摩擦焊研究 被引量：4

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作者 王海艳 戚文军 +2 位作者 农登 宋东福 周楠 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 2011年第3期45-49,共5页

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对6mm厚的6061-O铝合金板材进行对接,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析母材和焊接接头的显微组织和断口形貌,并测试其拉伸性能和显微硬度。结果表明:焊接速度v为300mm/min时,当搅拌头旋转速度n低于800r/mi... 采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对6mm厚的6061-O铝合金板材进行对接,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析母材和焊接接头的显微组织和断口形貌,并测试其拉伸性能和显微硬度。结果表明:焊接速度v为300mm/min时,当搅拌头旋转速度n低于800r/min,6061-O铝合金FSW接头出现明显的未焊合缺陷;当转速提高到1200r/min,接头缺陷消失,接头拉伸性能与母材接近。在所选工艺参数下获得的FSW接头硬度均比母材高,最高点均出现在焊核区;断口分析表明,断裂均为韧性断裂,且位置均出现在远离接头的前进侧热影响区。 展开更多

关键词 6061铝合金 搅拌摩擦焊 组织 性能

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挤压温度对AZ61镁合金组织和力学性能的影响 被引量：3

9

作者 李亚宁 郭晓琴 +1 位作者 龙思远 宋东福 《材料研究与应用》 CAS 2013年第3期193-197,共5页

利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及拉伸实验机研究了挤压温度对AZ61镁合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,挤压变形后AZ61镁合金发生了动态再结晶,合金晶粒得到明显细化.当挤压温度从370℃提高到400℃时,合金晶粒长大,抗拉强... 利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及拉伸实验机研究了挤压温度对AZ61镁合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,挤压变形后AZ61镁合金发生了动态再结晶,合金晶粒得到明显细化.当挤压温度从370℃提高到400℃时,合金晶粒长大,抗拉强度和屈服强度均呈明显的下降趋势,而伸长率则变化不明显.当挤压比为32,挤压温度为370℃时,合金的力学性能优良,组织细化均匀,此时合金的抗拉强度为320.2MPa,屈服强度为236.8MPa,伸长率为15.4%. 展开更多

关键词 镁合金 挤压温度 显微组织 力学性能

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TIG焊接铝合金自行车车架残余变形的有限元预测

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作者 李亚宁 郭晓琴 +1 位作者 宋东福 徐波 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期83-86,共4页

基于焊接专用数值分析软件模拟电动自行车铝合金车架前管和连接管的钨极惰性气体保护焊接(GTAW)过程,分析了焊接变形的形成和残余变形分布。结果表明:在固定约束条件下,焊接过程的局部不均匀热输入是引起焊接变形的主要原因;在焊接和冷... 基于焊接专用数值分析软件模拟电动自行车铝合金车架前管和连接管的钨极惰性气体保护焊接(GTAW)过程,分析了焊接变形的形成和残余变形分布。结果表明:在固定约束条件下,焊接过程的局部不均匀热输入是引起焊接变形的主要原因;在焊接和冷却过程中,焊接变形一直增大;室温状态时,最大残余变形量为0.530 573 mm,主要位于前管左端位置。 展开更多

关键词 铝合金 TIG焊 残余变形 数值分析

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搅拌头转速对YL113压铸铝合金FSW接头组织性能的影响 被引量：3

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作者 吴春艳 宋东福 宋丽莉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第A02期317-322,326,共7页

对4 mm厚的压铸态YL113铝合金进行了搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM/EDS、XRD、万能拉伸试验机等分析研究了搅拌头转速对接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为40 mm/min时,搅拌头转速在700~1 500 r/min范围内均... 对4 mm厚的压铸态YL113铝合金进行了搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM/EDS、XRD、万能拉伸试验机等分析研究了搅拌头转速对接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为40 mm/min时,搅拌头转速在700~1 500 r/min范围内均可获得成形良好、无外观缺陷的焊缝,焊缝截面呈倒梯形,前进侧有明显分界线,而后退侧分界线模糊。热影响区保持铸态的枝晶形貌,但晶粒有一定程度的长大。热机影响区组织呈带状并遗传了母材组织的孔洞缺陷,其中前进侧的孔洞呈纤维状,其数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加;后退侧除转速700 r/min时出现类裂纹状缺陷外,其余转速均有大尺寸孔洞缺陷出现,且数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加。焊核区为典型变形组织,Si和其他第二相均呈细小颗粒状弥散分布。随搅拌头转速增加,焊接接头抗拉强度和伸长率均呈先增后减的规律,搅拌头转速为900 r/min时,抗拉强度和伸长率均达到最大值。 展开更多

关键词 压铸 铝合金 FSW 组织 力学性能

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Cr含量对合金钢在弱碱性溶液中腐蚀行为的影响 被引量：2

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作者 陈胜迁 王海艳 +1 位作者 宋东福 郑开宏 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期73-76,共4页

目前,对含Cr合金钢在碱性溶液中的腐蚀行为鲜有研究报道。在合金钢中加入不同含量的Cr元素,采用浸泡法和电化学法研究Cr含量对合金钢在弱碱性钒钛磁铁矿浆中的腐蚀特性,利用XPS和SEM等手段分析腐蚀表面,并探讨了其腐蚀机理。结果表明:... 目前,对含Cr合金钢在碱性溶液中的腐蚀行为鲜有研究报道。在合金钢中加入不同含量的Cr元素,采用浸泡法和电化学法研究Cr含量对合金钢在弱碱性钒钛磁铁矿浆中的腐蚀特性,利用XPS和SEM等手段分析腐蚀表面,并探讨了其腐蚀机理。结果表明:合金钢耐碱性溶液腐蚀性能随着合金中Cr含量的提高而增强,Cr13较Cr2提高1.63倍;合金钢表面钝化膜主要由Cr的氧化物和氢氧化物组成,较高的Cr含量有利于扩大合金钢钝化区间,提高金属的电极电位。 展开更多

关键词 Cr合金钢 腐蚀行为 弱碱性溶液 电化学 XPS

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压铸铝合金的应用及研究进展 被引量：29

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作者 黄正华 张银帅 +4 位作者 宋东福 徐春杰 周永欣 李扬德 李卫荣 《材料研究与应用》 CAS 2017年第1期1-5,29,共6页

简单介绍了压铸铝合金的特点、分类和应用,详细阐述了压铸铝合金在材料组织性能与压铸技术方面的研究进展.最后,指出了目前铝合金压铸件的发展方向,以及亟需解决的问题.

关键词 压铸铝合金 研究进展 压铸技术 大型复杂薄壁构件

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高强高导Cu-Cr-Zr-Mg-Ce合金热处理前后组织性能变化 被引量：4

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作者 陆冠华 甘春雷 +4 位作者 刘辉 刘宇宁 王顺成 周楠 宋东福 《材料研究与应用》 CAS 2017年第2期62-66,共5页

通过金相组织观察、SEM、室温单向拉伸实验及导电性能测试等手段,研究了室温拉拔态Cu-CrZr-Mg-Ce合金热处理前后组织性能的变化.结果表明:与室温拉拔态相比,经固溶时效热处理(950℃保温1h,水淬,500℃保温4h,随炉冷却)的Cu-Cr-Zr-Mg-Ce... 通过金相组织观察、SEM、室温单向拉伸实验及导电性能测试等手段,研究了室温拉拔态Cu-CrZr-Mg-Ce合金热处理前后组织性能的变化.结果表明:与室温拉拔态相比,经固溶时效热处理(950℃保温1h,水淬,500℃保温4h,随炉冷却)的Cu-Cr-Zr-Mg-Ce合金组织发生了再结晶及晶粒长大,其抗拉强度为395MPa、屈服强度为247MPa,分别降低了10%和43%;延伸率及导电率分别为30%和92%IACS,分别提高了114%和119%;经热处理后的Cu-Cr-Zr-Mg-Ce合金拉伸断口存在平均尺寸变大的延性韧窝,是典型的韧性断裂,表明合金具有优良的塑性加工性能. 展开更多

关键词 高强高导 Cu-Cr-Zr-Mg-Ce合金 固溶时效热处理

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挤压ZK60-Gd合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能 被引量：1

15

作者 周楠 戚文军 +1 位作者 刘畅 宋东福 《材料研究与应用》 CAS 2012年第4期240-245,共6页

采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、拉伸试验仪等手段研究了镁合金ZK60-Gd搅拌摩擦焊接头的组织与性能.结果表明:ZK60-Gd镁合金的焊接参数为:焊接速度120～240mm/min,搅拌头转速900～1300r/min.热输入量过大或不足均可导致缺陷;焊... 采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、拉伸试验仪等手段研究了镁合金ZK60-Gd搅拌摩擦焊接头的组织与性能.结果表明:ZK60-Gd镁合金的焊接参数为:焊接速度120～240mm/min,搅拌头转速900～1300r/min.热输入量过大或不足均可导致缺陷;焊接头各区域的组织均有明显特征,焊核区形成细小均匀的再结晶组织;通过焊接工艺优化,焊缝的抗拉强度可达285MPa,为母材强度的87.08%,试样断裂均发生在热影响区. 展开更多

关键词 挤压ZK60-Gd合金 搅拌摩擦焊 微观组织 力学性能

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气雾化Al-5Ti-1B合金粉的显微组织与晶粒细化能力

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作者 王顺成 宋东福 +2 位作者 周楠 陈锋 李继林 《材料研究与应用》 CAS 2018年第3期156-160,共5页

采用气雾化制粉工艺制备Al-5Ti-1B合金粉,研究了Al-5Ti-1B合金粉的显微组织与晶粒细化能力.结果表明:气雾化制粉工艺可以抑制TiB2粒子的偏析团聚和细化TiAl3相,使TiB2粒子和TiAl3相均匀分布在Al-5Ti-1B合金粉内;Al-5Ti-1B合金粉的粒径越... 采用气雾化制粉工艺制备Al-5Ti-1B合金粉,研究了Al-5Ti-1B合金粉的显微组织与晶粒细化能力.结果表明:气雾化制粉工艺可以抑制TiB2粒子的偏析团聚和细化TiAl3相,使TiB2粒子和TiAl3相均匀分布在Al-5Ti-1B合金粉内;Al-5Ti-1B合金粉的粒径越小,TiB2粒子和TiAl3相分布越均匀,TiAl3相的尺寸越细小.当添加0.2%的Al-5Ti-1B合金粉并保温2min时,可使纯铝从粗大的柱状晶细化为平均直径为185μm的等轴晶;保温时间延长至120min,纯铝的晶粒平均直径为238μm.表明,气雾化Al-5Ti-1B合金粉具有优异的晶粒细化能力及抗细化衰退能力. 展开更多

关键词 晶粒细化剂 AL-TI-B合金 气体雾化 晶粒细化 细化衰退

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