本文研究了氢含量对lA2A440

新技术专题题目：轻铝材料研究院系：材料与冶金学院专业：材料科学与工程2014-3班姓名（学号）：付国（120143203026）陈荣敏（120143203078）陈智深（120143203080）王均灿（120143203011）吴勇航（120143203061)孙有贤（120143203042）摘要、本文研究了氢含量对lA一iL合金8091一T6薄板光滑试样疲劳寿命(风)变形机制和断裂模式的影响结果表明,合金的氢含量由1.043降低到0.053户g/g变成超低氢合金,丛提高约一倍,疲劳变形机制由切割机制转变为绕过机制,断裂模式由以穿晶脆性断裂为主转变为穿晶韧性断裂,由氢脆引起的低韧性断裂特点完全消失.本文还简要地讨论了氢含量变化造成疲劳变形机制和断裂棋式转变的原因.关键词AI一iL合金8091一T6,氢脆,疲劳寿命,变形机制,断裂模式1,概述随着国民经济的发展和国防建设及宇宙空间探索的需要，日益需求高强、高韧、耐磨、耐腐蚀等高性能的铝合金，以应用于高速列车、喷气飞机、火箭、导弹、宇宙飞船、舰艇、快艇等机身和部件。电子工业的高、低压容器，精密仪表，记忆磁盘的支撑结构等部件也需要优质铝合金[1]。我国铝合金生产企业数具世界之首位，但主要应用于建设工业及民用电器的外壳。优质铝材和铝板多依赖进口，消费了巨额外汇且受制于人。2氢的来源和对铝合金的危害铝和铝合金中氢的来源主要有以下几个途径：(1)未经充分干燥的铝锭，精炼剂，覆盖剂，变质剂，炉衬，坩埚，未充分脱水的气体，工具上的涂料，流槽覆盖的耐火棉等，这些来源的水将与铝液按2Al(1)+3H2O=A12O3(s)+6[H]AL形式反应生成原子态氢溶于铝液；(2)炉料和浮渣的含水物质及氢氧化物，如A12O3·H2O，A12O3·3H2O及Al(OH)3等，在加热时产生的水和燃料燃烧时生成的水分，也将如上反应生成氢；(3)车间空气中的水分(尤其空气湿度大的地区)，地面上的水，将使铝液浇铸或熔铸成板材、带材时产生氢[2]。3.高温质子导体的结构及传导机制1.结构高温质子导体材料主要集中在钙钛矿型结构的氧化物（ABO3），简单钙钛矿型高温质子导体结构的理想化学式为ABO3，其结构属于立方晶系，较大的阳离子A和阴离子O一起按立方紧密堆积，而较小的B离子填隙在6个O离子所组成的八面体间隙中（如图1）。A位通常由稀土、碱土、碱金属以及其它一些离子半径较大的离子占据，如Ca2+、Sr2+、Ba2+等。B则常由元素周期表中第三、四、五周期的过渡金属离子占据，如Ce4+、Ti4+、Zr4+等。2.2传导机制ABO3钙钛矿型氧化物的母体并不释放出质子，而是由于掺杂了稀土离子产生了氧空位，这时氧化物周围的水蒸气或者氢气和氧空位及电子空穴发生了缺陷反应，从而产生了质子。以下是产生氧空位和产生质子的缺陷反应方程[20]。M(Ⅲ)取代B(Ⅳ)时，因电中性条件下电荷补偿而将产生氧空位Vooo。M2O3→2MB′+3Oo×+Vooo(1)在不同的气氛中，氧空位可与气氛作用发生下述缺陷反应：氧气气氛中：Vooo+1/2O2=Oo×+2h.(2)水蒸气气氛中：H2O+2h.=2H.+1/2O2(3)式(2）、(3）合并得：H2O+Vooo=2H.+Oo×(4)氢气气氛下：H2+2h.=2H.(5)方程式中：Vooo－氧空位；Oo×－正常格位上的氧离子；h.－电子空穴；H.－间隙质子。因此，AB1-xMxO3-δ是质子、空位（氧离子）和空穴（电子）混合导体。一般来说，在高温高氧分压气氛中，这些氧化物表现出氧离子和电子空穴的混合导体。然而当氢气或水蒸气引入气氛中，P型电子电导率降低，而质子传导出现。质子在此类导体中的传导机制目前尚不十分清楚。现在普遍接受的理论是H.Iwahara及M.Ishigame等提出质子传导的“跳跃–旋转机制”（HoppingandRotatingMechanism）[3]：吸收到陶瓷中的质子与氧离子之间形成微弱的O－H键，在外加电场作用下，O－H键断裂，质子旋进的同时，与邻近氧离子之间形成新的微弱的O－H键，质子不断重复此过程进行跳跃–旋转式传导（如图2所示）。不少实验结果都证明了这一理论。例如红外光谱实验表明[4]，一个质子化的氧化物陶瓷有比较明显的红外吸收，是由O－H键弯曲振动引起的，这说明在氧化物陶瓷中存在较弱的O－H键。A.S.Nowick等[23]研究了钙钛矿型质子导体的Raman效应，证明了质子的这种迁移方式。[5]五铝合金发展前景展望航空、航天等高新技术的发展对铝合金的性能提出了越来越高的要求，铝合金正朝着高比强、高比模、高损伤容限和耐热、耐蚀方向发展，而微合金化一直是挖掘合金潜力、改善合金性能并进一步开发新型铝合金的重要手段，成为当今国内外材料界关注的热点。近年来尽管在此方面已进行了大量的探索，并取得了重要进展，但微量元素在铝合金中的存在形式及作用机制仍存在较大争议和分歧。继续开展此方面的研究，不断积累有关资料和数据，并从理论上加以总结和深化，对于改善现有合金的性能和设计新材料都有很大意义。[11]参考文献[1]耿军平，费敬银，许家栋，秦熊浦.一种新型高温测氢传感器探头的研究［J］.机械科学与技术，2000，19:122－123.[2].蒋光锐,刘源,李言祥。铝合金熔体中氢溶解度的计算模型[N]2008,Vol．44,NO．2。[3].张宇，宋仁国。7075铝合金脆的研究现状及发展趋势[J]2003。[4]姜华，方建慧，沈霞等.纳滤膜对无机盐水溶液脱盐性能的研究[J]．过滤与分离，2004,14(4)：15—18．[5]谢绍俊，王兴其。铝合金固态氢的检测[J]铝加工2001，Vol．24，N_05。[6]郑敏辉，陈祥.SrCeO3基高温质子导体及Al液定氢探头［J］.金属学报，1994，30(5):238－242.[7]陈威，王常珍，刘亮.测熔融铝合金中氢活度的传感法研究［J］.金属学报，1995，31(7):305－310.[8].王常珍，王东，刘春明等。铝及铝合金熔体脱氢及测氢[M]论坛文集2007。[9]邵玮，张宏力，方建慧等．SrCeoⅢYb0050，的直接固相法制各及其导电性能[J]．中国有色金属学报．2004，14(1)：42．46．[10]庞兆宝,孟波,谭小耀.高温质子导体Ba(Ce0.8Zr0.2)0.9-Y0.1O3−δ的合成与性能[J].中国有色金属学报,2006,16(5):858−861.[11]孟波,谭小耀,张宝砚,等.新的燃烧工艺合成BaCe0.95Y0.05O3-δ纳米粉[J].中国稀土学报,2004,22(6):795799.