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杂质元素镓对工业纯铝及铝合金组织性能的影响研究

作　者: 林金平
导　师: 王俊
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镓工业纯铝 A356合金 6063合金精铝
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铝合金是国民经济和国防建设的重要基础性战略材料。影响铝导体导电性的因素很多,铝的化学成分、杂质含量及铝的结晶状态、加工工艺等对铝的导电性都有着一定的影响。在众多的影响因素中,化学成分是影响铝导体导电性诸多因素中最基本的因素。镓是一种稀贵金属,位于元素周期表中第3周期第Ⅲ主族,和铝在同一主族,外层电子结构相似。镓的原子半径为1.81A,电子层结构为3d¹⁰4s²4p¹,铝的原子半径为1.82A,电子层结构为3s²3p¹。由于其在氧化铝中富集度高,在电解过程中,离子态的镓在阴极比铝优先析出。又因为其在铝中有很大的固溶度（镓在30℃时在铝中的最大固溶度为20.0（质量）%,8.82（原子）%,仅次于银和锌）,因此,无论是在电解原铝,或是在铝锭中,镓成为了仅次于硅和铁的第三号杂质元素。电解原铝液中镓含量通常大约为0.02wt%,由于其含量较高,不仅直接影响到了原铝品位的进一步提升,而且对用原铝生产的铸造类或变形类合金性能都可能有着广泛的影响。而关于镓对工业纯铝、6063变形合金以及A356等铸造铝合金的力学性能和导电性能的影响,基本还没有报导。从资源的再生角度以及高性能铝合金的发展角度考虑,研究杂质元素镓对铝合金性能的影响规律特别重要,唯有对镓含量与铝合金性能影响关系进行研究,才能知道在生产中是否需要控制或优化铝中的镓含量。?本文主要考察作为杂质的镓对铝合金组织性能的影响规律,主要是通过在一定量的铝合金内,加入微量的镓,通过组织和性能方面地分析检测,研究金属镓对铝及铝合金组织和性能作用规律。通过在工业纯铝中加入0.02⁰.06wt%的的镓,研究了镓对工业纯铝力学性能及导电性能的影响;通过在A356合金中加入0.02⁰.06wt%的的镓,研究了镓对A356合金不同热处理状态下的室温力学性能及高温力学性能的影响;通过在6063合金中加入0.02⁰.06wt%的的镓,研究了镓对6063合金不同热处理状态下的室温力学性能及高温力学性能的影响以及对6063合金电阻率的影响;通过在4N精铝中加入0.005⁰.06wt%的的镓,通过电化学腐蚀方法和盐雾腐蚀方法研究了镓对4N精铝耐蚀性能的影响;通过以上研究,得出有价值的结论,为进一步控制与优化在电解、铸造过程中镓含量,提升原铝品位及铝合金性能提供了理论依据

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-26
  1.1 引言  13-14
  1.2 合金元素及杂质对纯铝性能的影响  14-21
    1.2.1 主要合金元素的影响  15-16
    1.2.2 微量元素和杂质的影响  16-18
    1.2.3 常用元素对铝的物理性能的影响  18-21
  1.3 镓对铝合金性能的影响  21-23
    1.3.1 Al‐Ga 合金相图  21-22
    1.3.2 镓对Al‐Ga 合金物理性能的影响  22
    1.3.3 镓对Al‐Ga 合金物理性能的影响  22
    1.3.4 镓对Al‐Ga 合金物理性能的影响  22-23
  1.4 本课题研究的目的意义和主要内容  23-26
    1.4.1 本课题的目的和意义  23-24
    1.4.2 本课题的主要研究内容  24-26
第二章材料及试验方法  26-33
  2.1 材料制备  26-29
    2.1.1 配料计算  26
    2.1.2 母合金熔炼  26-28
    2.1.3 热处理  28
    2.1.4 变形处理  28-29
  2.2 性能测试  29-32
    2.2.1 力学性能测试  29-30
    2.2.2 导电性能测试  30-31
    2.2.3 耐蚀性能测试  31-32
  2.3 微观分析  32
    2.3.1 化学成分分析  32
    2.3.2 微观组织观察  32
  2.4 本章小结  32-33
第三章镓对工业纯铝力学性能及导电性能的影响  33-50
  3.1 引言  33
  3.2 不同镓含量的工业纯铝组织特性  33-34
  3.3 不同镓含量的工业纯铝力学性能  34-45
    3.3.1 不同镓含量的工业纯铝室温力学性能  34-37
    3.3.2 不同镓含量的工业纯铝高温力学性能  37-41
    3.3.3 镓对纯铝的力学性能影响分析  41-45
  3.4 镓对工业纯铝耐导电性能的影响  45-49
    3.4.1 不同镓含量的工业纯铝导电性能  45-46
    3.4.2 镓对纯铝导电性能影响分析  46-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章镓对A356 合金力学性能的影响  50-63
  4.1 引言  50
  4.2 不同镓含量的A356 合金微观组织  50-53
  4.3 不同镓含量的A356 合金力学性能  53-62
    4.3.1 不同镓含量的A356 合金室温力学性能  53-56
    4.3.2 不同镓含量的A356 合金高温力学性能  56-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章镓对6063 合金力学性能及导电性能的影响  63-73
  5.1 引言  63
  5.2 不同镓含量的6063 合金微观组织  63-64
  5.3 不同镓含量的6063 合金力学性能  64-71
  5.4 不同镓含量的6063 合金导电性能  71-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章镓对精铝耐蚀性能的影响  73-85
  6.1 引言  73-74
  6.2 镓对工业纯铝耐腐蚀性能的影响  74-84
    6.2.1 铝镓合金锭的化学成分  74
    6.2.2 电化学腐蚀实验  74-82
    6.2.3 盐雾腐蚀实验  82-84
  6.3 本章小结  84-85
第七章结论及展望  85-87
  7.1 主要结论  85-86
  7.2 研究展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-92
攻读硕士学位期间发表的论文及专利  92-95
上海交通大学学位论文答辩决议书  95

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