重慶大學《MSEA》傳統鑄造與噴射成形鋁鋰合金的組織性能

Al-Li合金具有優異的性能，例如低密度，高剛度，良好的焊接性以及出色的抗疲勞裂紋擴展性和耐腐蝕性，因此在飛機和航空航天應用中引起了極大的興趣。生產Al-Li合金主要有三種製備技術：傳統的鑄造，粉末冶金和噴射成形。傳統鑄造是用於低成本製備大型Al-Li合金錠的最廣泛技術。然而，由於Li的高活性，在傳統鑄造過程中容易發生劇烈反應甚至爆炸，這對設備和工藝參數設置提出了更高的要求。此外，傳統鑄造易於產生宏觀/微觀偏析和粗大晶粒，這對機械性能不利。粉末冶金在一定程度上解決了傳統鑄造工藝中存在的許多問題。粉末冶金製備的Al-Li合金具有晶粒細，組成均勻，合金元素溶解度高的優點。但是粉末冶金中的一個嚴重問題是氧化物汙染。噴射成形技術將霧化和固相步驟結合在一起，有效地避免了氧化物汙染，因此成為生產Al-Li合金的有吸引力的選擇。

本項研究中，來自重慶大學等單位的研究人員通過X射線衍射，電子探針顯微分析儀，掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡和拉伸試驗研究了通過傳統鑄造和噴射成形技術製備的2195合金。與粉末冶金材料相比，噴射成形材料的強度和延展性得到了改善。相關論文以題為「Microstructure and mechanical properties of 2195 alloys prepared by traditional casting and spray forming」發表在MaterialsScience and Engineering A。

論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320304184

結果表明，鑄態合金由小孔隙粗大晶粒組成，而噴射成形合金主要由具有豐富孔隙的細等軸晶粒組成。在晶界中，鑄態合金中存在連續的次生相（Al-Cu-Mg相，Al-Cu相和Al-Cu-Fe相），而半連續/不連續的次生相（Al-Cu相）和（Al-Cu-Fe相）存在於噴射合金中。鑄態合金的晶粒內部主要相為T1（Al2CuLi），TB（Al7.5Cu4Li）和σ（Al5Cu6Mg2）相，噴射合金主要相為T1和TB相。經過均質化處理後，除了鑄態合金中的Al-Cu，Al-Cu-Fe相和噴射合金中的Al-Cu-Fe相以外，大量的次級相均溶解在Al基體中。根據定量分析結果，可以將更多的溶質元素溶解在噴射合金中。

圖1 合金中的孔的3D透視圖：（a）鑄態，（b）噴射態

圖2 2195合金的SEM顯微照片：（a）（c）鑄態；（b）（d）噴射

圖3 合金結晶示意圖：（a）鑄態；（b）噴射

圖4 合金的明場（BF）圖像：（a）（c）鑄態，（b）（d）噴射

噴射後的2195合金的拉伸極限和屈服強度為223 MPa和141 MPa，伸長率為3.7%，而鑄態合金的UTS，YS和伸長率分別為165 MPa，112 MPa和2.4%。相同的均質處理顯示更多溶質溶解在噴射形成的2195合金中。與鑄造合金相比，噴射合金分別具有35%的極限強度，26%的屈服強度和54%的伸長率的優勢。研究表明，與傳統的鑄造合金相比，噴射成形合金的變形和熱處理後續工藝需要根據其特徵的微觀結構進行定製。

圖5 2195合金的機械性能

綜上所述：這項工作系統地研究通過傳統鑄造和噴射成形製備的2195合金的微觀結構和力學性能的差異，為後續加工和熱處理提供指導，並為Al-Li合金的開發和應用提供新思路。（文：33）