中文名 | 超高強韌、耐蝕變質鑄造鋁合金組織形成及其作用機制 | 項目類別 | 面上項目 |
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項目負責人 | 姜啟川 | 依托單位 | 吉林大學 |
以鑄造Al-Cu合金為基礎材料,用合金設計(合金化)、凝固(變質)、固態相變(熱處理)等理論與技術研究初生a-Al枝晶和沉淀析出的納米尺寸的Al2Cu第二相的形核、生長(形態、尺寸、數量、分布)的動力學規律與條件和a-Al枝晶和納米尺寸Al2Cu的形態、尺寸、數量、分布對位錯啟動與運動,晶界滑移與滾動和相間與晶間腐蝕的影響規律與作用機制等關鍵基礎理論問題。揭示影響a-Al枝晶和納米尺寸Al2Cu相形核、生長的動力學規律與條件;a-Al枝晶和納米尺寸Al2Cu相的形態、尺寸、數量、分布對位錯啟動與運動,晶界滑移與滾動和相間與晶間腐蝕的影響規律與作用機制;探索同時提高強韌性和耐蝕性的機制;對超高強韌、耐蝕變質鑄造Al-Cu合金凝固過程與固態組織演化過程及最終形成組織的控制與優化,實現組織可控。為發展先進的高強、高韌、耐蝕鑄造鋁合金與其他體系合金材料及其制備新技術奠定必需的理論基礎。
批準號 |
50771050 |
項目名稱 |
超高強韌、耐蝕變質鑄造鋁合金組織形成及其作用機制 |
項目類別 |
面上項目 |
申請代碼 |
E0102 |
項目負責人 |
姜啟川 |
負責人職稱 |
教授 |
依托單位 |
吉林大學 |
研究期限 |
2008-01-01 至 2010-12-31 |
支持經費 |
34(萬元) |
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頁數: 2頁
評分: 4.5
日本特開2008-088460本專利提供一種可用于壓縮機葉輪的、常溫下韌性較好的高強度鑄造鋁合金,它的主要化學成分如下(w_B,%):3.5~4.5Cu,1.5~2.5Ni,0.8~2.5Mg,0.4~1.0Si,0.05~0.20Ti,Ni≤1.08,余量為鋁。
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評分: 4.4
為了提高高壓開關殼體用鑄造合金的材質水平以滿足超高壓大容量輸變電設備對殼體材料性能的要求,進行了高強鑄造鋁合金的研究。試驗在AlSi10Mg合金的基礎上,主要考查了合金元素Cu及變質劑RE、Sr對合金熱處理后力學性能的影響。試驗結果表明:RE變質可同時提高AlSi10Mg合金熱處理后的抗拉強度和伸長率;合金元素Cu提高合金的抗拉強度,但使得伸長率大大降低;在加入1%RE變質的同時復合加入Sr變質劑,可在進一步提高合金性能的同時,明顯提高合金的伸長率。在含1%Zn、0.15%Ti的AlSi10Mg合金Cu含量3%時,復合加入1%RE和0.015%Sr變質,熱處理后的力學性能可達到:σb=370MPa,δ5=2%,可以滿足目前對高壓開關殼體性能的要求。
2010年5月上旬,中科院地質與地球物理研究所及巖石圈演化國家重點實驗室組織了"2010年早前寒武紀地殼演化討論會暨超高溫變質作用野外現場交流會",并在會后赴內蒙古武川縣東坡村和察右前旗土貴山兩處典型超高壓高溫麻粒巖出露點進行了野外考察,會議對超高溫麻粒巖的地質產狀特征形成了共識,對超高溫變質作用條件和形成機理進行了廣泛的交流。顯然,超高溫變質作用作為新世紀變質地質學的重要前沿領域之一,對認識地殼構造-熱演化具有非常重要的意義,已經引起了越來越多學者的興趣和關注。隨著研究工作的不斷深入,尤其是在超高溫變質作用的大地構造背景研究、異常高地熱梯度的成因研究和超高溫變質帶與相關變質巖帶的對比研究等方面的進一步探討,必將為認識早期構造背景、地殼熱演化,特別是板塊構造、不同地殼層次的構造作用等提供難得的科學機遇(劉守偈等,2009;Brown,2007)。
鑄造鋁合金中鎂是賦予合金良好耐蝕性的最佳元素,其次是硅,而銅則降低合金的耐蝕性 。
鑄造鋁鎂系合金中,鎂含量在4.5%~11.5%之間,均低于固溶體α的極限濃度。因此,合金中可能有單相α組織和α β(Mg5Al8)組織同時存在,前者在腐蝕介質中無微電池現象,后者在腐蝕介質中,β(Mg5Al8)相為陽極,優先被腐蝕。合金表面的β(Mg5Al8)相被腐蝕后,剩下的是單一的α相,則微電池現象被阻止。
鋁硅系二元共晶型合金經變質處理后,能經受住海水、二氧化碳、濃硫酸、氨、硫和過氧化氫等介質的腐蝕,同許多有機物接觸不被腐蝕,可用作低載荷氣密性要求高的耐蝕零部件 。
變質作用的分類各家不完全一樣,有的側重于地質特點,有的側重于物理化學條件,有的側重于礦物組合和變形作用所產生的結構構造特點。合理的分類應是一個綜合分類,既要考慮變質作用形成時的大地構造環境,又要以反映熱流變化的變質相和變質相系為基礎。
根據變質巖系產出的地質位置、規模和變質相系,同時考慮大多數人的稅慣分法,可把變質作用分為局部性的和區域性的兩大類別。局部性的包括下列類型。
一般是在侵入體與圍巖的接觸帶,由巖漿活動引起的一種變質作用。通常發生在侵入體周圍幾米至幾公里的范圍內,常形成接觸變質暈圈。一般形成于地殼淺部的低壓、高溫條件下,壓力為107~3×108帕。近接觸帶溫度較高,從接觸帶向外溫度逐漸降低。接觸變質作用又可分為2個亞類:
①熱接觸變質作用:指巖石主要受巖漿侵入時高溫熱流影響而產生的一種變質作用。定向應力和靜壓力的作用一般較小,具有化學活動性的流體只起催化劑作用,圍巖受變質作用后主要發生重結晶和變質結晶,原有組分重新改組為新的礦物組合并產生角巖結構,而化學成分無顯著改變。
②接觸交代變質作用:在侵入體與圍巖的接觸帶,圍巖除受到熱流的影響外,還受到具化學活動性的流體和揮發分的作用,發生不同程度的交代置換,原巖的化學成分、礦物成分、結構構造都發生明顯改變,形成各種夕卡巖和其他蝕變巖石,有時還伴生有一定規模的鐵、銅、鎢等礦產以及鉬、鈦、氟、氯、硼、磷、硫等元素的富集。
指與火山巖和次火山巖接觸的圍巖或捕虜體中發生的小規模高溫變質作用。其特點是溫度很高,壓力較低和作用時間較短。圍巖和捕虜體被烘烤退色、脫水,甚至局部熔化,出現少量玻璃質。有時生成默硅鎂鈣石、斜硅鈣石和硅鈣石等稀少礦物。
指與斷裂構造有關的變質作用的總稱。它們以應力為主,有的伴有大小不等的熱流,可分為3個亞類:
①碎裂變質作用:當巖層和巖石遭受斷層錯動時發生壓碎或磨碎的一種變質作用,也有人稱為動力變質作用(狹義的)、斷錯變質作用或機械變質作用。一般常發生于低溫條件下,重結晶作用不明顯,常呈帶狀分布,往往與淺部的脆性斷裂有關。
②韌性剪切帶變質作用:韌性剪切帶指由韌性剪切作用造成的強烈變形的線狀地帶,可以有很大的寬度和長度。它與脆性斷裂不同,剪切帶內的變形是連續的,不發育明顯的斷層面,但又有相對位移。剪切帶變形及相關的變質作用具有相同的邊界條件,都限于剪切帶內部。一般疊加在區域變質作用產物上的剪切變形往往伴有退化變質作用,其變質程度從低溫綠片巖相至高溫角閃巖相。與區域變質同期的韌性剪切帶變質作用較為復雜,在少數情況下,遞進剪切變形也可以伴有進化變質作用。導致剪切帶變質作用的主要原因有兩個,一是流體的注入,另一是由剪切應變引起的等溫面變形和熱松弛作用。
③逆掩斷層變質作用:逆掩斷層導致的變質作用與剪切帶變質作用有明顯差異,主要影響其下盤和一部分上盤巖石,上盤即逆掩的巖石發生快速退化變質作用,而下盤被逆掩的巖石產生快速的增壓變質作用,隨后又發生熱調整使地熱梯度緩慢升高,整個巖系相應地發生緩慢的進化變質作用,最后巖系底部發生部分熔融并導致晚期侵入體的生成。
指隕石沖擊月球或地球表面巖石產生特殊高溫和高壓所引起的一種瞬間變質作用。宇宙中的巨大隕石,以很大的速度(10~20公里/秒)降落于地球表面,在很短的時間內(10-3~10-1秒),給地球巖石以特大的沖擊,使之發生強烈爆炸,產生超高壓(1011~1014帕)、極高溫(≥10000℃)和釋放出巨大能量,使沖擊中心形成巨大的隕石坑。在隕石坑中及其周圍,生成各種沖擊巖。
指具有一定化學活動性的氣體和熱液與固體巖石進行交代反應,使巖石的礦物和化學成分發生改變的變質作用。氣水熱液可以是侵入體帶來的揮發分,或者是受熱流影響而變熱的地下循環水以及兩者的混合物。在一定條件下,它們可改造巖石中的礦物,形成各種蝕變巖石,并使某些有用元素遷移、沉淀和富集。在氣液變質強烈地段往往出現蝕變分帶,有利于成礦,故可作為一種普查找礦標志。
煤層或天然易燃物由于氧化或外部原因使溫度上升而引起燃燒,溫度可達1600℃,影響范圍可超過10平方公里。可使周圍巖石產生重結晶或部分熔化,受變質的泥質或泥灰質沉積巖常裂成碎片或生成燒變巖。這是一種熱源來自巖石自身的稀少熱變質作用。中國新疆和山西大同的侏羅紀煤田,加拿大北部煙山的白堊系含油砂巖和頁巖,都發生過這類變質作用。
區域性的變質作用,一般規模巨大,主要呈面型分布,出露面積從幾百到幾千甚至上萬平方公里,它可分為下列4個主要類型。
主要見于太古宙地盾或克拉通,常發生在地殼演化的早期,它不同于元古宙以來活動帶的變質作用。以單相變質的麻粒巖相和角閃巖相為主,呈面型分布,變質溫度,麻粒巖相一般為700~900℃,角閃巖相一般為550~700℃,壓力一般為(5~10)×108帕。重熔混合巖比較發育,英云閃長巖、奧長花崗巖和花崗閃長巖等分布廣泛。紫蘇花崗巖僅見于麻粒巖相區。構造上表現為穹窿和短軸背斜。中國的華北陸臺有廣泛出露。
即一般所稱的區域動熱變質作用,也有人稱為造山變質作用。這是在區域性溫度、壓力和應力增高的情況下,固體巖石受到改造的一種變質作用,它往往形成寬度不等的遞增變質帶。此種變質作用在地理上以及成因上常與大的造山帶有關,如歐洲蘇格蘭-挪威的加里東造山帶,北美的阿巴拉契亞造山帶,中國的祁連山造山帶等。變質作用的形成溫度可達700℃,有的高達850℃,壓力為(2~10)×108帕,巖石變質后具明顯的葉理或片理。常伴有中酸性巖漿活動或區域性混合巖化作用。
又稱埋深變質作用,也有人稱靜力變質作用、負荷變質作用或地熱變質作用。埋深變質作用與巖漿侵入作用和造山應力作用都無明顯關系,它是地槽沉積物及火山沉積物隨著埋藏深度的變化而引起的一種變質作用,巖石一般缺乏片理。形成溫度較低,最高可能為400~450℃,壓力較高。埋深變質作用一方面解釋了含有沸石類礦物的變質巖,另一方面解釋了含硬柱石、藍閃石的變質巖,這兩類變質巖是在相近的低溫條件下形成,但是它們在壓力上有較大差別。經常伴生榴輝巖(C型)、蛇紋巖或蛇綠巖。未見有混合巖,同構造期花崗巖很不發育。關于埋深變質作用的成因有造陸運動下沉說、洋槽沿俯沖帶下沉說和大斷裂造成的下沉說等。
指大洋中脊附近的變質作用,在大洋中脊下部的熱流具有較高的速率,并隨深度而快速增加,使原有的基性巖(玄武巖、輝長巖等)變質。以后由于洋底擴張,不斷產生側向移動,使這些變質巖移至正常的大洋盆中。變質的基性巖,一般不具片理,基本保留原有結構,其變質相主要是沸石相和綠片巖相。根據對大西洋、太平洋和印度洋底樣品研究,變質巖中的礦物共生組合,常隨深度而變化,其順序為黝簾石→葡萄石+陽起石→綠片巖相,葡萄石-綠纖石相組合缺失,說明大洋中脊玄武巖變質時比許多大陸上蛇綠巖的地熱梯度高。區域變質作用按壓力類型分為低、中、高三個類型和兩個過渡類型,具有一定的溫度-壓力梯度,并與一定的地質環境有密切關系。80年代中,中國巖石學家董申保等把中國的區域變質作用分為主要類型、基礎類型和輔助類型。主要類型有:
①埋深變質作用:包括濁沸石相、葡萄石-綠纖石相型(淺到中等深度型)和藍閃石-硬柱石片巖相型(高壓相系型)兩個基礎類型
②區域低溫動力變質作用:包括低綠片巖相(千枚巖)型和綠片巖相(有時可出現藍閃綠片巖相)型兩個基礎類型
③區域動力熱流變質作用:包括中壓相系和低壓相系型兩個基礎類型
④區域中高溫變質作用:包括麻粒巖相型和角閃巖相型兩個基礎類型。輔助類型包括蓋層變質作用和斷陷變質作用。