7075-T651/7075复层铝合金制备及组织结构与力学性能表征

摘要

由于复层材料能够发挥组元材料的优势且具有良好的综合性能而备受关注，并得到了越来越广泛的应用。固液复合法是形成复层材料常用的方法。但由于铝合金表面牢固致密的氧化膜难以及时有效的去除，阻碍了固液复合技术在复层铝合金材料中的发展和应用。 在大量实验基础上，研发出了复层铝合金的制备装置，开发出了7075-T651/7075复层铝合金制备技术—冲击射流连续铸造法，并利用该技术成功制备了7075-T651/7075复层铝合金材料。讨论了除膜技术以及冲击射流固液复合工艺中各个因素，如浇注温度、基体运动速度、开始浇注与基体开始运动的延迟时间对复层铝合金结合质量的影响，利用金相显微镜、扫描电子显微镜和 XRD衍射仪分析了复层材料的组织结构，使用超声波探伤仪器检测了复层材料的界面结合状态，结合洛氏硬度计、万能拉伸试验机和磨损实验机测量了复层材料硬度、强度和耐磨性等力学性能。 结果表明，采用浇注前不锈钢板进行机械除膜或铅剂化学除膜技术难以达到真正除去铝合金氧化膜的目的。但利用冲击射流技术不仅可以完整除去铝合金的氧化膜，还可以实现铝合金之间良好的结合状态。 在实验选定的工艺参数范围内，较高的浇注温度、缓慢的基体运动速度和稍长的延迟时间有助于7075-T651/7075复层铝合金结合质量的改善。最佳固液复合工艺：浇注温度为810℃，基体运动速度为15mm/s，延迟时间为5s，采用该优化工艺可以控制熔深在10mm左右。 结果显示，依据复层材料的组织结构和力学性能变化将7075-T651/7075复层铝合金分为包覆层、熔合线、热影响区Ⅰ、热影响区Ⅱ及热影响区Ⅲ五个区域。包覆层主要由较粗大的Al枝晶组织组成；熔合线处主要由细小的Al等轴晶组成；比邻细等轴晶在热影响区Ⅰ出现了择优生长 Al柱状晶，以及析出颗粒状的η'(MgZn)过渡强化相和T(Al6CuMg4)；热影响区Ⅱ内 Al晶粒变得比较粗大，析出η(MgZn2)和少量的T(Al6CuMg4)相；热影响区Ⅲ的组织特征与原始状态的7075-T651铝合金组织特征相近，保留着原析出η(MgZn2)强化相，但晶粒尺寸略大。 结果进一步表明，由于在复合过程中包覆层铝合金液凝固导致了较多热量的传递，致使7075-T651/7075复层铝合金整体和各区的洛氏硬度、抗拉强度和耐磨性出现了一定程度的下降。在基体铝合金中熔合线处抗拉强度高于包覆层的抗拉强度，结合组织分析结构，可以断定7075-T651/7075复层铝合金熔合线附近实现了冶金结合。

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