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Si-P系与Cu-P系富磷合金的研究

2020-12-15阅读(408)

Si-P系与Cu-P系富磷合金的研究

论文摘要

本文利用高倍视频显微镜（HSVM）、电子探针显微分析仪（EPMA）、X射线衍射仪（XRD）及场发射扫描电子显微镜（FESEM）等测试手段系统研究了Si-P系和Cu-P系富磷合金的微观组织及其应用。采用Si-P系合金对过共晶Al-Si、Al-Mg-Si合金进行细化处理并确立了合适的细化工艺；探讨了Si-Mn-P、Si-Zr-Mn-P、Si-Cr-Mn-P等多元富磷系合金的相组成及组织形貌；分析了几种过渡族元素对Cu-P合金中磷化物种类、组织及性能的影响。本文的主要研究工作如下：（1）Si-P系合金对初晶Si及Mg2Si的细化处理由于Si-P系合金本身具有的难溶性,使其在通常条件下直接加入到过共晶Al-Si合金中时难以实现有效细化作用；然而先将Si-P系合金加入纯Al中、再按照相应比例加Si的添加工艺可以完全发挥Si-P系合金的细化效果。细化机理为：当将Si-P系合金加入到Al熔体中时,其具有较快的溶解速度,含磷相能够快速与Al反应生成AlP颗粒,初晶Si在析出过程中可以依附其作为形核衬底从而实现细化。Si-P系合金的组织会影响其溶解速度进而对其细化效果产生影响,含有较多细小共晶组织的合金更容易起到良好的细化作用。经过快速凝固技术处理,Si-P系合金的微观组织得到细化,一些合金相的固溶度相对增大。快速凝固Si-P系合金加入铝中形成的AlP较为分散,细化效果更好。通过正交试验可知SiP10-1合金细化Al-24Si时最大影响因素为细化温度,其次是合金的加入量,保温时间影响最小。结合生产实际确定SiP10-1合金对Al-24Si的最佳细化工艺参数为：细化温度810℃,加入量0.35%,保温时间30min+50min（先将SiP10-1加入Al中保温30min后加Si,再保温50min）。高效高P量的Si-P系富磷合金,对Mg-Si合金及Al-Mg-Si合金中的初晶Mg2Si均具有良好的细化效果。Mg-Si-Mn-P合金中的P均匀分布在Mg2Si上,且对过共晶Mg-Si合金中的初晶Mg2Si相及过共晶Al-Si合金中的初晶Si相具有良好得细化效果。（2） Si-TM-P合金的制备及其对Al-Si活塞合金的细化当Si-Mn-P合金成分位于MnSi1.75-x-Si-MnP成分三角形内时没有三元化合物的形成,该种合金组织形成规律为：初晶Si或MnP首先被多种形貌的（Si+MnP）包围,然后被表现为离异的二元组织形貌的三元共晶（Si+MnSi1.75-x+MnP）包围。根据Si-Mn-P合金组织形成规律及成分三角形图,制备了含有较多共晶组织的Si-40Mn-15P合金。当细化过共晶Al-24Si合金时,其在通常细化温度下便会溶解,起到良好细化效果。利用Si-40Mn-15P合金对活塞合金A390进行细化与合金化处理,发现除了能够有效细化初晶Si之外,还能促进对高温性能有利的耐热Fe相的析出。制备的Si-Zr-Mn-P合金中的富磷相主要以ZrP的形式析出。ZrP相呈枝晶状,均匀分布在合金中。利用其对活塞合金A390进行处理,发现初晶Si细化效果良好,且共晶Si由于Al-Si共晶团得到Zr的细化而变得短小。细化处理后的合金中亦发现耐热Fe相的存在。制备的Si-Cr-Mn-P合金中的富磷相同时固溶有Mn、Cr和Si元素,均匀分布在合金中。利用其对活塞合金A390进行处理,发现初晶Si细化效果良好,并且耐热Fe相的数量增多、且形貌更为圆整,分布在耐热共晶相的周围。（3）过渡族元素对Cu-P系合金中磷化物种类、组织及性能影响向单相Cu3P组织的Cu-14P合金中引入Ti、Cr与Zr等过渡族元素,可以使Cu-P系合金中出现几种过渡族磷化物相,如TiP、Cr12P7、ZrP。其中TiP的硬度值要高于ZrP及Cr12P7,此类磷化物的存在能够大幅度提高Cu合金的硬度。向近共晶Cu-8P合金中引入不同量的Ni,发现由于Ni的加入,Cu-P合金的微观组织发生了明显的变化。Cu3P相首先由共晶相中的层片状转变为粗大的枝晶状,再转变为短小的蠕虫状,并且共晶组织变得更加致密。当向Cu-8P合金中加入3%的Ni时,合金的硬度值达到最小值,这是由于合金成分偏离共晶成分且Ni的固溶强化作用比较微弱的综合效果。此时,由于新相的出现,合金的耐腐蚀性能达到最佳。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 富磷合金的主要应用场合
  • 1.3 富磷合金作为微细化用中间合金的研究
  • 1.3.1 过共晶Al-Si合金的强化研究
  • 1.3.2 过共晶Al-Si合金的磷细化处理
  • 1.3.3 含磷细化剂的种类
  • 2Si的磷细化处理'>1.3.4 初晶Mg2Si的磷细化处理
  • 1.4 富磷合金作为性能材料的研究
  • 1.4.1 Cu-P系合金作为结构材料的研究
  • 1.4.2 过渡族金属磷化物的研究
  • 1.5 本文选题意义及研究内容
  • 第二章 试验材料与研究方法
  • 2.1 引言
  • 2.2 研究的技术路线
  • 2.3 试验材料与试验方法
  • 2.3.1 试验材料
  • 2.3.2 试验设备
  • 2.3.3 试验用合金的制备
  • 2.3.4 细化处理试验
  • 2.4 试样的制备与分析
  • 2.4.1 试样的制备
  • 2.4.2 试样分析仪器
  • 2Si的细化处理'>第三章 Si-P系合金对初晶Si及Mg2Si的细化处理
  • 3.1 引言
  • 3.2 Si-P系合金对过共晶Al-24Si的细化处理
  • 3.2.1 Si-P系合金细化Al-24Si时添加工艺的探讨
  • 3.2.2 Si-P系合金细化Al-24Si的机理分析
  • 3.3 细化Al-24Si合金的Si-P系合金组织与工艺优化
  • 3.3.1 Si-P系合金组织与细化效果的相关性
  • 3.3.2 SiP10-1合金对Al-24Si细化参数的确定
  • 2Si的细化处理'>3.4 Si-P系合金对初晶Mg2Si的细化处理
  • 3.4.1 Si-P系合金对Mg-Si及Al-Mg-Si合金的细化处理
  • 3.4.2 Mg-Si-Mn-P合金的制备及其细化效果
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 Si-TM-P合金的制备及其对Al-Si活塞合金的细化
  • 4.1 引言
  • 4.2 Si-Mn-P合金的相组成与组织形成规律及其应用
  • 4.2.1 Si-Mn-P系合金的相组成及组织形成规律
  • 4.2.2 含有较多共晶组织的Si-Mn-P合金的制备
  • 4.2.3 含有较多共晶组织的Si-Mn-P合金对A390活塞合金的细化
  • 4.3 Si-Zr-Mn-P合金的制备及其对Al-Si活塞合金的细化
  • 4.3.1 Si-Zr-Mn-P系合金的相组成及组织
  • 4.3.2 Si-Zr-Mn-P系合金对Al-Si活塞合金的细化
  • 4.4 Si-Cr-Mn-P合金的制备及其对Al-Si活塞合金的细化
  • 4.4.1 Si-Cr-Mn-P系合金的相组成及组织
  • 4.4.2 Si-Cr-Mn-P系合金对Al-Si活塞合金的细化
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 Cu-TM-P系合金组织及其性能研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 TM对Cu-P合金中磷化物及组织的影响
  • 5.2.1 Cu-P二元合金的典型组织形貌
  • 5.2.2 Ti对Cu-P合金中磷化物及组织的影响
  • 5.2.3 Cr对Cu-P合金中磷化物及组织的影响
  • 5.2.4 Zr对Cu-P合金中磷化物及组织的影响
  • 5.2.5 磷化物的显微硬度
  • 5.3 Ni对近共晶Cu-P合金组织及性能的影响
  • 5.3.1 Ni对Cu-8P合金组织的影响
  • 5.3.2 Ni对Cu-8P合金性能的影响
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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