2017年第46卷第10期文章目次
2017, 46(10):2753-2762.
摘要:
本文对两种钽钨合金（Ta-2.5W和Ta-10W，钨的质量分数分别为2.5 %和10 %）的准静态和动态变形行为进行了系统研究。根据准静态压缩实验、霍普金森压杆（SHPB）实验结果，表明两种钽钨合金的屈服应力对加载应变率和钨的含量较为敏感，并拟合得到了两种钽钨合金的JC本构模型。其次，为验证本构模型的合理性，开展了泰勒撞击实验和数值模拟研究，应变率范围为103~104 s-1，数值模拟得到的泰勒杆侧轮廓与撞击端面轮廓与实验吻合较好。最后，为研究钽钨合金变形后的细观特性，对杆件进行了光学显微照片分析。本文的研究方法与结果可为材料本构关系的确定提供借鉴。
本文对两种钽钨合金（Ta-2.5W和Ta-10W，钨的质量分数分别为2.5 %和10 %）的准静态和动态变形行为进行了系统研究。根据准静态压缩实验、霍普金森压杆（SHPB）实验结果，表明两种钽钨合金的屈服应力对加载应变率和钨的含量较为敏感，并拟合得到了两种钽钨合金的JC本构模型。其次，为验证本构模型的合理性，开展了泰勒撞击实验和数值模拟研究，应变率范围为103~104 s-1，数值模拟得到的泰勒杆侧轮廓与撞击端面轮廓与实验吻合较好。最后，为研究钽钨合金变形后的细观特性，对杆件进行了光学显微照片分析。本文的研究方法与结果可为材料本构关系的确定提供借鉴。
2017, 46(10):2763-2769.
摘要:
本研究针对镁合金热轧制工艺，通过协调有限元分析结果及物理试验数据，提出一种关于热轧制接触摩擦因子的确定方法，耦合多轧制工艺参数进一步拟合出其求解关系式，工艺参数包括：轧制温度，轧制速度以及压下率。在之前对AZ31B镁合金板材轧制过程轧制力预报模型及温度场数学模型建立研究的基础上，综合考虑接触单位压力及摩擦应力两方面因素的作用，对前期轧制力预报模型进行了优化重构，经确定接触摩擦作用到轧辊的压力约占整体轧制力的4.36%。
本研究针对镁合金热轧制工艺，通过协调有限元分析结果及物理试验数据，提出一种关于热轧制接触摩擦因子的确定方法，耦合多轧制工艺参数进一步拟合出其求解关系式，工艺参数包括：轧制温度，轧制速度以及压下率。在之前对AZ31B镁合金板材轧制过程轧制力预报模型及温度场数学模型建立研究的基础上，综合考虑接触单位压力及摩擦应力两方面因素的作用，对前期轧制力预报模型进行了优化重构，经确定接触摩擦作用到轧辊的压力约占整体轧制力的4.36%。
2017, 46(10):2770-2774.
摘要:
随着对高强度,高延展性钛及钛合金棒材的迅速需求，开发有色金属棒材多辊热连轧技术是非常必要的。本文作者研究在Y型三辊轧机上采用“多线段三角-圆”孔型系统生产钛合金棒材。采用ANSYS有限元软件模拟了TC4棒材在连轧过程中的变形特征，稳定性及温度分布；并在Y型连轧机上进行了试验验证。结果表明：带有凹面状的“多线段三角”孔型具有良好的对中性,能有效阻止轧件扭转或偏离轧制中心线，提高棒材轧制稳定性；此外,相对于“平三角-圆”孔型，采用这种孔型轧制棒材，显著降低了TC4合金棒材横截面的温度梯度，从而减少产品表面裂纹，提高表面质量。
随着对高强度,高延展性钛及钛合金棒材的迅速需求，开发有色金属棒材多辊热连轧技术是非常必要的。本文作者研究在Y型三辊轧机上采用“多线段三角-圆”孔型系统生产钛合金棒材。采用ANSYS有限元软件模拟了TC4棒材在连轧过程中的变形特征，稳定性及温度分布；并在Y型连轧机上进行了试验验证。结果表明：带有凹面状的“多线段三角”孔型具有良好的对中性,能有效阻止轧件扭转或偏离轧制中心线，提高棒材轧制稳定性；此外,相对于“平三角-圆”孔型，采用这种孔型轧制棒材，显著降低了TC4合金棒材横截面的温度梯度，从而减少产品表面裂纹，提高表面质量。
2017, 46(10):2775-2780.
摘要:
用金属注射成型方法研究三种热塑性蜡基粘接剂(高密度聚乙烯、高密度聚乙烯/聚丙烯、聚丙烯)对316L不锈钢尺寸稳定性及其机械性能的影响,对三种热塑性蜡基粘接剂溶剂脱脂过程进行了分析。实验结果表明用高密度聚乙烯/聚丙烯热塑性蜡基粘接剂得到的316L不锈钢注射成型件尺寸稳定性及机械性能较好,溶剂脱脂时间较短、效果较好,其长、宽、高三维尺寸稳定性比聚丙烯热塑性蜡基粘接剂得到的注射成型件分别高46 %,40 %,20 %,密度、硬度和拉伸强度分别为7.28 g/cm3、72.3 HRB和579MPa。
用金属注射成型方法研究三种热塑性蜡基粘接剂(高密度聚乙烯、高密度聚乙烯/聚丙烯、聚丙烯)对316L不锈钢尺寸稳定性及其机械性能的影响,对三种热塑性蜡基粘接剂溶剂脱脂过程进行了分析。实验结果表明用高密度聚乙烯/聚丙烯热塑性蜡基粘接剂得到的316L不锈钢注射成型件尺寸稳定性及机械性能较好,溶剂脱脂时间较短、效果较好,其长、宽、高三维尺寸稳定性比聚丙烯热塑性蜡基粘接剂得到的注射成型件分别高46 %,40 %,20 %,密度、硬度和拉伸强度分别为7.28 g/cm3、72.3 HRB和579MPa。
2017, 46(10):2785-2789.
摘要:
本文采用大气等离子喷涂制备了(La0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7涂层，并在相同的条件下制备了Sm2Zr2O7涂层作为对比。分别用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析 LSYZO涂层的微观形貌和相结构，并对两种涂层的热导率进行测定。结果表明，等离子喷涂后LSYZO涂层的相结构未发生变化。LSYZO涂层的结合强度为22 MPa，与SZO涂层相当。LSYZO涂层热震40次后发生失效，其热导率明显低于SZO涂层，这主要与LSYZO陶瓷自身的复杂结构有关。
本文采用大气等离子喷涂制备了(La0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7涂层，并在相同的条件下制备了Sm2Zr2O7涂层作为对比。分别用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析 LSYZO涂层的微观形貌和相结构，并对两种涂层的热导率进行测定。结果表明，等离子喷涂后LSYZO涂层的相结构未发生变化。LSYZO涂层的结合强度为22 MPa，与SZO涂层相当。LSYZO涂层热震40次后发生失效，其热导率明显低于SZO涂层，这主要与LSYZO陶瓷自身的复杂结构有关。
2017, 46(10):2790-2793.
摘要:
在高阻尼镁合金研究中，发现了与合金室温下高阻尼性能有关的宽的弛豫内耗峰，该峰为位错内耗峰；该峰是基面位错在热激活作用下运动与点缺陷（空位与溶质原子）相互作用产生。同时在高阻尼合金Mg-Ni和Mg-0.6%Zr中发现了晶界内耗峰。有必要指出的是合金的显微组织会影响晶界弛豫：随着Ni的质量分数增加，晶粒细化同时晶界内耗峰向低温处迁移；同Mg-0.6%Zr合金相比，加入少量的Y后,Mg-0.6%Zr-Y合金晶界弛豫峰向高温处推进。
在高阻尼镁合金研究中，发现了与合金室温下高阻尼性能有关的宽的弛豫内耗峰，该峰为位错内耗峰；该峰是基面位错在热激活作用下运动与点缺陷（空位与溶质原子）相互作用产生。同时在高阻尼合金Mg-Ni和Mg-0.6%Zr中发现了晶界内耗峰。有必要指出的是合金的显微组织会影响晶界弛豫：随着Ni的质量分数增加，晶粒细化同时晶界内耗峰向低温处迁移；同Mg-0.6%Zr合金相比，加入少量的Y后,Mg-0.6%Zr-Y合金晶界弛豫峰向高温处推进。
2017, 46(10):2794-2800.
摘要:
为了估计单向SiC纤维增强钛基复合材料的界面断裂韧性GIIc,本文提出了一个关于单根纤维顶出试验的新模型,在本模型中,界面脱粘开始于试样的底端面。本文以断裂力学为基础推导出了GIIc 的理论公式,并且讨论了几个关键因素对GIIc的影响,如裂纹扩展所需的外加应力,裂纹长度以及界面的摩擦剪切应力。并且运用此模型预测了复合材料 Sigma1240/Ti-6-4, SCS/Ti-6-4, SCS/Timetal 834 and SCS/Timetal 21s 的界面断裂韧性,并与以前的有限元结果进行了比较。结果显示,对于脱粘起始于试样的底端面的顶出试验,本模型能较可靠地预测钛基复合材料的界面断裂韧性。
为了估计单向SiC纤维增强钛基复合材料的界面断裂韧性GIIc,本文提出了一个关于单根纤维顶出试验的新模型,在本模型中,界面脱粘开始于试样的底端面。本文以断裂力学为基础推导出了GIIc 的理论公式,并且讨论了几个关键因素对GIIc的影响,如裂纹扩展所需的外加应力,裂纹长度以及界面的摩擦剪切应力。并且运用此模型预测了复合材料 Sigma1240/Ti-6-4, SCS/Ti-6-4, SCS/Timetal 834 and SCS/Timetal 21s 的界面断裂韧性,并与以前的有限元结果进行了比较。结果显示,对于脱粘起始于试样的底端面的顶出试验,本模型能较可靠地预测钛基复合材料的界面断裂韧性。
2017, 46(10):2801-2806.
摘要:
为了进一步提高Cu-Sn镀层的硬度和耐磨性,在保持镀层自润滑性能的基础上,采用纳米溶胶技术与复合电镀技术相结合的方法,将纳米TiO2溶胶加入到电解液,制备获得TiO2纳米粒子强化的Cu-Sn-TiO2复合镀层。通过对显微硬度、摩擦学性能和微观组织结构的分析表明,适量纳米TiO2溶胶的加入,细化了Cu-Sn镀层组织,提高了镀层的致密性,硬度和耐磨性均较Cu-Sn镀层显著提高。
为了进一步提高Cu-Sn镀层的硬度和耐磨性,在保持镀层自润滑性能的基础上,采用纳米溶胶技术与复合电镀技术相结合的方法,将纳米TiO2溶胶加入到电解液,制备获得TiO2纳米粒子强化的Cu-Sn-TiO2复合镀层。通过对显微硬度、摩擦学性能和微观组织结构的分析表明,适量纳米TiO2溶胶的加入,细化了Cu-Sn镀层组织,提高了镀层的致密性,硬度和耐磨性均较Cu-Sn镀层显著提高。
2017, 46(10):2807-2811.
摘要:
摘要：本文针对CoCrAlSiY涂层的抗热腐蚀性能，采用HVOF方法制备了涂层，用75wt.%Na2SO4+25wt.%NaCl热盐涂敷的方法，对比了不同Si含量（0、2%及5%）CoCrAlSiY涂层在900℃条件下的抗热腐蚀性能。研究结果表明：随着反应温度升高，涂层的平均腐蚀穿透深度呈增加趋势；随着Si含量上升，涂层的平均腐蚀穿透深度逐渐下降。腐蚀后CoCrAlSiY涂层内生成了高熔点的金属硅化物CrSi，有助于提高涂层的抗腐蚀性能。
摘要：本文针对CoCrAlSiY涂层的抗热腐蚀性能，采用HVOF方法制备了涂层，用75wt.%Na2SO4+25wt.%NaCl热盐涂敷的方法，对比了不同Si含量（0、2%及5%）CoCrAlSiY涂层在900℃条件下的抗热腐蚀性能。研究结果表明：随着反应温度升高，涂层的平均腐蚀穿透深度呈增加趋势；随着Si含量上升，涂层的平均腐蚀穿透深度逐渐下降。腐蚀后CoCrAlSiY涂层内生成了高熔点的金属硅化物CrSi，有助于提高涂层的抗腐蚀性能。
2017, 46(10):2812-2819.
摘要:
高体积分数SiCp/Al复合材料作为电子封装材料使用日益流行,其钎焊具有重要的实际意义。近来,一些新钎料合金和工艺被开发用于高体积分数SiCp/Al复合材料的钎焊。本文回顾了SiCp/Al复合材料的物理力学性能和制备工艺,综述了应用于高体积分数SiCp/Al复合材料的合金钎料、钎焊工艺及其接头微结构与性能,旨在进一步理解它们之间的关联性,以优化接头性能与可靠性。往Al?Si合金中添加Cu、Mg、Ni等合金元素有助于提高钎料合金和钎焊接头的使用性能,如可优化钎料合金的应用温度、接头界面结合和焊缝强度。而表面金属化和超声波振动两种钎焊辅助工艺可通过避免或去除复合材料表面的Al2O3和SiO2氧化膜来改善合金钎料的钎焊性。最后,指出需要进一步加强对合金钎料的优化设计、表面金属化工艺以及焊料/涂层/基材体系之间的润湿性和界面行为的研究。
高体积分数SiCp/Al复合材料作为电子封装材料使用日益流行,其钎焊具有重要的实际意义。近来,一些新钎料合金和工艺被开发用于高体积分数SiCp/Al复合材料的钎焊。本文回顾了SiCp/Al复合材料的物理力学性能和制备工艺,综述了应用于高体积分数SiCp/Al复合材料的合金钎料、钎焊工艺及其接头微结构与性能,旨在进一步理解它们之间的关联性,以优化接头性能与可靠性。往Al?Si合金中添加Cu、Mg、Ni等合金元素有助于提高钎料合金和钎焊接头的使用性能,如可优化钎料合金的应用温度、接头界面结合和焊缝强度。而表面金属化和超声波振动两种钎焊辅助工艺可通过避免或去除复合材料表面的Al2O3和SiO2氧化膜来改善合金钎料的钎焊性。最后,指出需要进一步加强对合金钎料的优化设计、表面金属化工艺以及焊料/涂层/基材体系之间的润湿性和界面行为的研究。
2017, 46(10):2820-2824.
摘要:
采用简化预处理辅助化学沉积方法制备了WC-Ni复合粉体,结合压制烧结方法获得了不同Ni成分的WC-Ni复合材料。通过FESEM. EDS 和XRD检测手段研究分析了原始WC粉、WC-Ni复合粉体和WC-Ni复合材料的表面形貌和断口特征。研究了不同Ni含量对WC-Ni复合材料组织性能的影响规律。实验结果表明,Ni颗粒均匀包覆在WC粉体表面,WC-Ni复合材料具有细小均匀的晶粒分布；随着Ni含量的增加,WC-Ni复合材料的抗弯强度增加,硬度基本保持不变,断口形貌表现出穿晶断裂特征。
采用简化预处理辅助化学沉积方法制备了WC-Ni复合粉体,结合压制烧结方法获得了不同Ni成分的WC-Ni复合材料。通过FESEM. EDS 和XRD检测手段研究分析了原始WC粉、WC-Ni复合粉体和WC-Ni复合材料的表面形貌和断口特征。研究了不同Ni含量对WC-Ni复合材料组织性能的影响规律。实验结果表明,Ni颗粒均匀包覆在WC粉体表面,WC-Ni复合材料具有细小均匀的晶粒分布；随着Ni含量的增加,WC-Ni复合材料的抗弯强度增加,硬度基本保持不变,断口形貌表现出穿晶断裂特征。
2017, 46(10):2825-2830.
摘要:
对Al-2.5wt%Cu-1.58wt%Li-0.3wt%Mn-0.12wt%Zr-0.06wt%Mg-0.05wt%Ti合金进行连续、不连续、双道次和多道次热压缩，研究其力学行为和微观组织演化。采用Gleeble-1500试验机进行热变形，变形温度为420℃，应变速率分别为0.001，0.1和 10s-1，对合金不同热变形阶段进行EBSD和TEM分析。双道次热压缩表明，道次间隔时间的延长有利于促进静态软化。通过改变变形过程中的应变速率，可控制合金的晶粒尺寸。多道次热变形过程，道次间的静态软化促进动态软化，反之亦然。在多道次热变形过程中(T=420℃, =0.1s-1)出现T1和θ′相动态析出。变形初始阶段，应变诱导位错为T1和θ′相提供形核位置，促进它们的析出和粗化。随应变的增加，T1和θ′相尺寸减小并趋于稳定，δ′相密度降低。试验合金多道次热变形过程中的流变应力受动态软化、静态软化和动态析出综合影响。
对Al-2.5wt%Cu-1.58wt%Li-0.3wt%Mn-0.12wt%Zr-0.06wt%Mg-0.05wt%Ti合金进行连续、不连续、双道次和多道次热压缩，研究其力学行为和微观组织演化。采用Gleeble-1500试验机进行热变形，变形温度为420℃，应变速率分别为0.001，0.1和 10s-1，对合金不同热变形阶段进行EBSD和TEM分析。双道次热压缩表明，道次间隔时间的延长有利于促进静态软化。通过改变变形过程中的应变速率，可控制合金的晶粒尺寸。多道次热变形过程，道次间的静态软化促进动态软化，反之亦然。在多道次热变形过程中(T=420℃, =0.1s-1)出现T1和θ′相动态析出。变形初始阶段，应变诱导位错为T1和θ′相提供形核位置，促进它们的析出和粗化。随应变的增加，T1和θ′相尺寸减小并趋于稳定，δ′相密度降低。试验合金多道次热变形过程中的流变应力受动态软化、静态软化和动态析出综合影响。
2017, 46(10):2837-2841.
摘要:
采用低温等离子体复合技术在不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层,先后经过磁控溅射镀铝,热处理及氧离子注入。利用XRD、SEM、EDS、AES对涂层进行了相结构、表面形貌、成分、元素分布等分析,并进行了划痕实验、抗热震性能及阻氚性能测试,结果表明：磁控溅射获得了高质量的铝涂层,热处理后形成了FeAl合金过渡层。在离子注入中,当注入剂量不变电压增加时,离子注入深度增加而氧元素分布梯度减少；当注入剂量达到8×1017 ions/cm2以上时,氧元素分布变得均匀。所获得的氧化铝涂层具有较好膜基结合力、抗热震性能及阻氚性能。经过叠加电压注入且剂量达到8×1017 ions/cm2的膜层具有最好的阻氚性能,在600oC能使不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。
采用低温等离子体复合技术在不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层,先后经过磁控溅射镀铝,热处理及氧离子注入。利用XRD、SEM、EDS、AES对涂层进行了相结构、表面形貌、成分、元素分布等分析,并进行了划痕实验、抗热震性能及阻氚性能测试,结果表明：磁控溅射获得了高质量的铝涂层,热处理后形成了FeAl合金过渡层。在离子注入中,当注入剂量不变电压增加时,离子注入深度增加而氧元素分布梯度减少；当注入剂量达到8×1017 ions/cm2以上时,氧元素分布变得均匀。所获得的氧化铝涂层具有较好膜基结合力、抗热震性能及阻氚性能。经过叠加电压注入且剂量达到8×1017 ions/cm2的膜层具有最好的阻氚性能,在600oC能使不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。
2017, 46(10):2842-2846.
摘要:
本文主要进行的是表面扩散机制下非等径金属粉末烧结过程的数值模拟研究。为了准确地描述非等径金属粉末的烧结过程,对表面扩散模型建立了更加合适的初边值条件,并用有限差分法对该模型进行数值求解,实现了半径比为1:1、1:1.5、1:2的非等径金属粉末烧结过程的二维及三维数值模拟。此外,非等径金属粉末烧结过程的数值模拟结果与实验结果吻合较好。最后,分析了非等径金属粉末的半径比对烧结颈半径生长速度的影响,数值结果表明：随着金属粉末半径比的减小,颈半径生长速度逐渐变快。
本文主要进行的是表面扩散机制下非等径金属粉末烧结过程的数值模拟研究。为了准确地描述非等径金属粉末的烧结过程,对表面扩散模型建立了更加合适的初边值条件,并用有限差分法对该模型进行数值求解,实现了半径比为1:1、1:1.5、1:2的非等径金属粉末烧结过程的二维及三维数值模拟。此外,非等径金属粉末烧结过程的数值模拟结果与实验结果吻合较好。最后,分析了非等径金属粉末的半径比对烧结颈半径生长速度的影响,数值结果表明：随着金属粉末半径比的减小,颈半径生长速度逐渐变快。
2017, 46(10):2847-2851.
摘要:
通过半固态搅拌铸造和热挤压变形复合工艺制备出了质量分数为1%的纳米SiCp/Mg-9Al-1Zn镁基复合材料。研究了搅拌时间分别为10min和30min时对纳米SiCp/Mg-9Al-1Zn镁基复合材料的显微组织和力学性能的影响。结果表明，对于铸态的纳米SiCp/Mg-9Al-1Zn镁基复合材料来说，搅拌时间为30min时，基体的晶粒细化，但在晶界处析出的Mg17Al12相数量增多，网状化严重且SiC团聚增加，使得复合材料的力学性能下降。而通过热挤压后，复合材料形成了粗晶与细晶交替的组织结构。特别是对于搅拌时间为30min的复合材料，细晶区增多且纳米SiC颗粒分布更加均匀, 这就使得力学性能高于搅拌10min的挤压态的SiCp/Mg-9Al-1Zn复合材料。
通过半固态搅拌铸造和热挤压变形复合工艺制备出了质量分数为1%的纳米SiCp/Mg-9Al-1Zn镁基复合材料。研究了搅拌时间分别为10min和30min时对纳米SiCp/Mg-9Al-1Zn镁基复合材料的显微组织和力学性能的影响。结果表明，对于铸态的纳米SiCp/Mg-9Al-1Zn镁基复合材料来说，搅拌时间为30min时，基体的晶粒细化，但在晶界处析出的Mg17Al12相数量增多，网状化严重且SiC团聚增加，使得复合材料的力学性能下降。而通过热挤压后，复合材料形成了粗晶与细晶交替的组织结构。特别是对于搅拌时间为30min的复合材料，细晶区增多且纳米SiC颗粒分布更加均匀, 这就使得力学性能高于搅拌10min的挤压态的SiCp/Mg-9Al-1Zn复合材料。
2017, 46(10):2852-2856.
摘要:
本文对一种新型高强β钛合金热处理过程中初生α相形貌演变和力学性能进行了研究。结果表明：α/β区双重固溶处理时初生α相在原有近球形晶粒基础上呈现球状生长；当固溶后以0.5℃/min冷却速率下炉冷，除部分初生α相依然保持近球状生长，另有部分α相出现了α相端面的“叉型”结构定向生长特征。新型合金α/β区固溶后空冷+时效处理后获得的细小等轴或短棒状初生α相与针状次生α相的混合组织具有优异的强-塑性匹配（1300MPa，延伸率10.5%）。当固溶后炉冷+时效处理合金在抗拉强度1000MPa，延伸率19%，断面收缩率45%时具有优异的断裂韧性（≥80 MPa?M1 / 2），认为该合金是一种优良的结构材料。
本文对一种新型高强β钛合金热处理过程中初生α相形貌演变和力学性能进行了研究。结果表明：α/β区双重固溶处理时初生α相在原有近球形晶粒基础上呈现球状生长；当固溶后以0.5℃/min冷却速率下炉冷，除部分初生α相依然保持近球状生长，另有部分α相出现了α相端面的“叉型”结构定向生长特征。新型合金α/β区固溶后空冷+时效处理后获得的细小等轴或短棒状初生α相与针状次生α相的混合组织具有优异的强-塑性匹配（1300MPa，延伸率10.5%）。当固溶后炉冷+时效处理合金在抗拉强度1000MPa，延伸率19%，断面收缩率45%时具有优异的断裂韧性（≥80 MPa?M1 / 2），认为该合金是一种优良的结构材料。
2017, 46(10):2857-2862.
摘要:
近些年来,TiN/CrN多层薄膜由于其优良的力学性能被广泛应用于表面防护,提高零部件性能和使用寿命等方面。为了研究TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的关系,本文采用磁控溅射技术制备了TiN、CrN单层薄膜和三种不同调制周期的TiN/CrN多层薄膜。通过原子力显微镜和X射线衍射分析了膜的表面形貌和相结构。使用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和压入塑性,曲率法测定薄膜的残余应力。结果表明,TiN/CrN的多层薄膜是由TiN和Cr2N两相组成,随着调制周期的增大TiN层与CrN层之间的界面区域变小,界面平滑且明显。力学性能方面,多层薄膜的硬度和压入塑性比单层膜好,并且多层薄膜随调制周期的减小硬度和压入塑性越大,残余应力随周期性的增加而逐渐增大。综上可见,TiN/CrN多层薄膜的力学性能的改善取决于界面区域的大小和形貌,即调制周期,该结论与Hall–Petch理论相吻合。
近些年来,TiN/CrN多层薄膜由于其优良的力学性能被广泛应用于表面防护,提高零部件性能和使用寿命等方面。为了研究TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的关系,本文采用磁控溅射技术制备了TiN、CrN单层薄膜和三种不同调制周期的TiN/CrN多层薄膜。通过原子力显微镜和X射线衍射分析了膜的表面形貌和相结构。使用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和压入塑性,曲率法测定薄膜的残余应力。结果表明,TiN/CrN的多层薄膜是由TiN和Cr2N两相组成,随着调制周期的增大TiN层与CrN层之间的界面区域变小,界面平滑且明显。力学性能方面,多层薄膜的硬度和压入塑性比单层膜好,并且多层薄膜随调制周期的减小硬度和压入塑性越大,残余应力随周期性的增加而逐渐增大。综上可见,TiN/CrN多层薄膜的力学性能的改善取决于界面区域的大小和形貌,即调制周期,该结论与Hall–Petch理论相吻合。
2017, 46(10):2863-2869.
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Cr、Mo在DO3-Fe3Al 金属间化合物中的占位、以及Cr、Mo对Fe3Al力学性能和电子结构的影响。研究显示：Cr、Mo在Fe3Al中优先替代Al原子；Cr、Mo的添加均提升了Fe3Al的体模量、剪切模量、弹性模量以及塑性,其中Mo对Fe3Al的模量以及塑性的提升效果更明显。电子结构和电荷密度分析表明：Cr、Mo对Fe3Al力学性能提高的主要原因是Cr、Mo的s,p和d轨道电子参与了Fe3Al的电子杂化,Cr、Mo增加了Fe3Al的成键峰数量,且增加了Fe3Al中原子间的重叠电子数,此外Cr、Mo减弱了Fe3Al中Fe-Fe间电子云的方向性。
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Cr、Mo在DO3-Fe3Al 金属间化合物中的占位、以及Cr、Mo对Fe3Al力学性能和电子结构的影响。研究显示：Cr、Mo在Fe3Al中优先替代Al原子；Cr、Mo的添加均提升了Fe3Al的体模量、剪切模量、弹性模量以及塑性,其中Mo对Fe3Al的模量以及塑性的提升效果更明显。电子结构和电荷密度分析表明：Cr、Mo对Fe3Al力学性能提高的主要原因是Cr、Mo的s,p和d轨道电子参与了Fe3Al的电子杂化,Cr、Mo增加了Fe3Al的成键峰数量,且增加了Fe3Al中原子间的重叠电子数,此外Cr、Mo减弱了Fe3Al中Fe-Fe间电子云的方向性。
2017, 46(10):2870-2876.
摘要:
原位内生法制备Al-15wt%Mg2Si复合材料,其中二元相成分的研究很少,本文通过XRD测试方法,定性和定量的分析材料中的相成分和相含量。利用Reflex模拟Al-Mg-Si系合金的XRD衍射图谱,并与XRD测试结果对比。利用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al-Mg2Si复合材料中的Mg2Si相和Mg17Al12相的平衡晶格常数,热力学参数和弹性性质做了系统的研究,分析两相的稳定性和力学性能。XRD分析结果显示,Al-15wt%Mg2Si复合材料中仅含有α-Al相和Mg2Si相,且Mg2Si相的质量分数为14.9wt.%。模拟与实验中,相同晶面指数的XRD标定值相差很小,实验值验证了模拟值的可靠性。模拟值证实Al-Mg2Si复合材料中,理论上只形成α-Al相和Mg2Si相。CASTEP计算结果表明,Al-Mg2Si复合材料中的Mg2Si相较Mg17Al12相易于形成,且稳定性较好。Mg2Si相的弹性模量E,剪切模量G,体模量B均大于Mg17Al12相,Mg2Si相的力学性能较好,但脆性较大,且塑性较差。
原位内生法制备Al-15wt%Mg2Si复合材料,其中二元相成分的研究很少,本文通过XRD测试方法,定性和定量的分析材料中的相成分和相含量。利用Reflex模拟Al-Mg-Si系合金的XRD衍射图谱,并与XRD测试结果对比。利用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al-Mg2Si复合材料中的Mg2Si相和Mg17Al12相的平衡晶格常数,热力学参数和弹性性质做了系统的研究,分析两相的稳定性和力学性能。XRD分析结果显示,Al-15wt%Mg2Si复合材料中仅含有α-Al相和Mg2Si相,且Mg2Si相的质量分数为14.9wt.%。模拟与实验中,相同晶面指数的XRD标定值相差很小,实验值验证了模拟值的可靠性。模拟值证实Al-Mg2Si复合材料中,理论上只形成α-Al相和Mg2Si相。CASTEP计算结果表明,Al-Mg2Si复合材料中的Mg2Si相较Mg17Al12相易于形成,且稳定性较好。Mg2Si相的弹性模量E,剪切模量G,体模量B均大于Mg17Al12相,Mg2Si相的力学性能较好,但脆性较大,且塑性较差。
2017, 46(10):2877-2882.
摘要:
利用X射线粉末衍射法(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDX)等方法建立了Zr-Fe-Cu三元系700℃等温截面。证实此截面存在两个三元固溶相Zr(Fe,Cu)和Zr2(Fe,Cu),分别用τ1和τ2表示。确定体系中存在七个稳定二元化合物Fe2Zr、FeZr3、CuZr2、Cu10Zr7、Cu8Zr3、Cu51Zr14、Cu5Zr,其中Cu51Zr14对第三组元表现出较大的固溶替代,体系中不存在Fe23Zr6相。
利用X射线粉末衍射法(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDX)等方法建立了Zr-Fe-Cu三元系700℃等温截面。证实此截面存在两个三元固溶相Zr(Fe,Cu)和Zr2(Fe,Cu),分别用τ1和τ2表示。确定体系中存在七个稳定二元化合物Fe2Zr、FeZr3、CuZr2、Cu10Zr7、Cu8Zr3、Cu51Zr14、Cu5Zr,其中Cu51Zr14对第三组元表现出较大的固溶替代,体系中不存在Fe23Zr6相。
2017, 46(10):2883-2888.
摘要:
人们常用单边梁切口法(SENB)评价多孔陶瓷的断裂韧性(K1C),K1C随孔隙率增加而不断下降,SENB测试结果表明多孔陶瓷中的微气孔、微裂纹不仅没有起到增韧作用阻止裂纹扩展,反而加速了扩展。而评价多孔陶瓷热震损伤抗力(R"""")时发现,多孔陶瓷R""""随孔隙率增加而增大,该理论表明气孔率增加阻止了裂纹扩展。很显然,采用SENB法测定的K1C值与微裂纹增韧以及热震损伤理论相矛盾。多孔陶瓷的单向压缩试验表明,其σ-ε曲线可明显分为两部分,即弹性变形部分和非线性部分,非线性部分出现是由于众多微裂纹亚稳扩展所致,最终发生失稳断裂。用该法测出的断裂能,可量化微裂纹增韧效应,完善了多孔陶瓷断裂韧性的测试方法。
人们常用单边梁切口法(SENB)评价多孔陶瓷的断裂韧性(K1C),K1C随孔隙率增加而不断下降,SENB测试结果表明多孔陶瓷中的微气孔、微裂纹不仅没有起到增韧作用阻止裂纹扩展,反而加速了扩展。而评价多孔陶瓷热震损伤抗力(R"""")时发现,多孔陶瓷R""""随孔隙率增加而增大,该理论表明气孔率增加阻止了裂纹扩展。很显然,采用SENB法测定的K1C值与微裂纹增韧以及热震损伤理论相矛盾。多孔陶瓷的单向压缩试验表明,其σ-ε曲线可明显分为两部分,即弹性变形部分和非线性部分,非线性部分出现是由于众多微裂纹亚稳扩展所致,最终发生失稳断裂。用该法测出的断裂能,可量化微裂纹增韧效应,完善了多孔陶瓷断裂韧性的测试方法。
2017, 46(10):2889-2894.
摘要:
钢中微量稀土扩大凝固组织中等轴晶区比例、细化晶粒的作用受到研究者的高度重视，但是，对于高熔点的稀土夹杂物作为钢液凝固过程中异质形核核心的可能性及效用还有待从晶体学的角度开展深入的研究。本文针对钢中添加稀土镧、铈形成的高熔点夹杂物相Ce2O3和La2O3，利用边-边匹配模型计算其与初生相（δ-Fe或γ-Fe）之间的原子匹配情况，从晶体学角度预测其作为钢液凝固时初生相异质形核核心的可能性及效用，并为理解稀土细化钢的凝固组织的作用机理提供新的见解。结果表明，Ce2O3和La2O3均可作为初生相δ-Fe及γ-Fe异质形核的核心；Ce2O3和La2O3均可有效细化δ-Fe晶粒，但其细化γ-Fe晶粒的效果远不如其细化δ-Fe晶粒的效果；对于γ-Fe，La2O3的细化效果较Ce2O3稍好。
钢中微量稀土扩大凝固组织中等轴晶区比例、细化晶粒的作用受到研究者的高度重视，但是，对于高熔点的稀土夹杂物作为钢液凝固过程中异质形核核心的可能性及效用还有待从晶体学的角度开展深入的研究。本文针对钢中添加稀土镧、铈形成的高熔点夹杂物相Ce2O3和La2O3，利用边-边匹配模型计算其与初生相（δ-Fe或γ-Fe）之间的原子匹配情况，从晶体学角度预测其作为钢液凝固时初生相异质形核核心的可能性及效用，并为理解稀土细化钢的凝固组织的作用机理提供新的见解。结果表明，Ce2O3和La2O3均可作为初生相δ-Fe及γ-Fe异质形核的核心；Ce2O3和La2O3均可有效细化δ-Fe晶粒，但其细化γ-Fe晶粒的效果远不如其细化δ-Fe晶粒的效果；对于γ-Fe，La2O3的细化效果较Ce2O3稍好。
2017, 46(10):2895-2899.
摘要:
采用EBSD技术研究了TC17钛合金片状组织在热变形过程中的球化演变规律，并对比分析了变形前后α相与β相间Burgers关系的变化。结果表明，热变形导致β相发生明显的动态再结晶。变形初期片状组织内部首先形成位错亚结构，随后在动态回复作用下形成小角度晶界；随着变形的增大，亚晶界转化为大角度晶界导致片状α的破裂；破碎α相的相界再通过扩散作用继续迁移，最终实现α相的球化。热变形在改变片状组织形貌和稳定性的同时，也破坏了片状组织中α相和β相间严格的Burgers关系，热变形过程中柱滑移和其他滑移系或孪晶系的启动，是造成α相与β相间严格Burgers关系破坏的根本原因。
采用EBSD技术研究了TC17钛合金片状组织在热变形过程中的球化演变规律，并对比分析了变形前后α相与β相间Burgers关系的变化。结果表明，热变形导致β相发生明显的动态再结晶。变形初期片状组织内部首先形成位错亚结构，随后在动态回复作用下形成小角度晶界；随着变形的增大，亚晶界转化为大角度晶界导致片状α的破裂；破碎α相的相界再通过扩散作用继续迁移，最终实现α相的球化。热变形在改变片状组织形貌和稳定性的同时，也破坏了片状组织中α相和β相间严格的Burgers关系，热变形过程中柱滑移和其他滑移系或孪晶系的启动，是造成α相与β相间严格Burgers关系破坏的根本原因。
2017, 46(10):2900-2907.
摘要:
采用径向锻复合单向压缩变形式再结晶熔融(RFCUC-RAP)法和径向锻复合多向压缩变形式再结晶熔融(RFCMC-RAP)法对铝合金6063挤压棒料进行处理。对比分析了合金在直接半固态等温处理(SSIT)法、RFCUC-RAP法及RFCMC-RAP法三种工艺下微观组织的演化过程。结果表明：相比于直接SSIT法,采用RFCUC-RAP法和RFCMC-RAP法制备出的铝合金6063半固态坯料的晶粒尺寸明显减小,晶粒形状也有所改善。同时,由于变形过程相对简单,RFCUC-RAP法比RFCMC-RAP法更有优势,是一种有效的制备高质量半固态坯料的方法。
采用径向锻复合单向压缩变形式再结晶熔融(RFCUC-RAP)法和径向锻复合多向压缩变形式再结晶熔融(RFCMC-RAP)法对铝合金6063挤压棒料进行处理。对比分析了合金在直接半固态等温处理(SSIT)法、RFCUC-RAP法及RFCMC-RAP法三种工艺下微观组织的演化过程。结果表明：相比于直接SSIT法,采用RFCUC-RAP法和RFCMC-RAP法制备出的铝合金6063半固态坯料的晶粒尺寸明显减小,晶粒形状也有所改善。同时,由于变形过程相对简单,RFCUC-RAP法比RFCMC-RAP法更有优势,是一种有效的制备高质量半固态坯料的方法。
2017, 46(10):2908-2914.
摘要:
本文通过研究温度、氢压和时间等对ZK60合金氢化-脱氢过程的影响,开发了制备ZK60纳米晶材料的新工艺。在探究ZK60合金完全氢化-脱氢技术的基础上,采用XRD、OM、SEM以及TEM技术考察了氢化-脱氢前后镁合金组织与结构演变。实验结果表明HDDR过程中温度对其氢化-脱氢程度影响最大。在本文中可完全氢化的最佳技术参数为在350℃时,2MPa氢压下保温12h,并抽真空在350℃下保温3h完全脱氢,采用该工艺可将ZK60合金粉末的晶粒由160mm细化到20nm左右。
本文通过研究温度、氢压和时间等对ZK60合金氢化-脱氢过程的影响,开发了制备ZK60纳米晶材料的新工艺。在探究ZK60合金完全氢化-脱氢技术的基础上,采用XRD、OM、SEM以及TEM技术考察了氢化-脱氢前后镁合金组织与结构演变。实验结果表明HDDR过程中温度对其氢化-脱氢程度影响最大。在本文中可完全氢化的最佳技术参数为在350℃时,2MPa氢压下保温12h,并抽真空在350℃下保温3h完全脱氢,采用该工艺可将ZK60合金粉末的晶粒由160mm细化到20nm左右。
2017, 46(10):2915-2921.
摘要:
测定了难变形高温合金GH4720Li在650℃、700℃、750℃及800℃空气环境下的裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载条件下温度对合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。高温下,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶混合型,700~800℃时裂纹以沿晶断裂为主。保载时间的延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。
测定了难变形高温合金GH4720Li在650℃、700℃、750℃及800℃空气环境下的裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载条件下温度对合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。高温下,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶混合型,700~800℃时裂纹以沿晶断裂为主。保载时间的延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。
2017, 46(10):2922-2928.
摘要:
为了给控制生产工艺、优化性能提供理论参考，利用SEM、EDS和Thermo-Calc热力学软件研究了GH5188钴基高温合金生产加工过程中的组织演变及热处理工艺。结果表明：GH5188合金主要相组成为γ相、M6C和 M23C6，采用1200°C/20h的均匀化制度可明显消除铸态组织偏析；热轧态组织晶粒细小且有大量碳化物沿着轧向平行析出；冷轧态组织晶粒扭曲变形严重，颗粒状M6C为主要析出相，当退火温度高于1170℃，晶界处的二次碳化物基本回溶，再结晶晶粒能够正常长大。
为了给控制生产工艺、优化性能提供理论参考，利用SEM、EDS和Thermo-Calc热力学软件研究了GH5188钴基高温合金生产加工过程中的组织演变及热处理工艺。结果表明：GH5188合金主要相组成为γ相、M6C和 M23C6，采用1200°C/20h的均匀化制度可明显消除铸态组织偏析；热轧态组织晶粒细小且有大量碳化物沿着轧向平行析出；冷轧态组织晶粒扭曲变形严重，颗粒状M6C为主要析出相，当退火温度高于1170℃，晶界处的二次碳化物基本回溶，再结晶晶粒能够正常长大。
2017, 46(10):2929-2935.
摘要:
研究γ''相回溶过程并模拟Al+Ti含量以及Ti/Al比对γ''相后续冷却析出的影响。γ''相的冷却析出与γ''相回溶及回溶后Al、Ti元素的扩散动力学过程有关。保温时间延长与固溶温度升高使γ''冷却析出相尺寸减小；不同冷速下,γ''析出相尺寸、形状与分布不同。TTT与CCT曲线中,随着Al、Ti含量的增加,不同速率下的γ''析出相温度升高且相对应的析出时间提前。水冷乃至冷却速率达至1000 ℃/min时,无法抑制γ''相冷却析出。Ti/Al比的变化对γ''相的析出基本无影响。
研究γ''相回溶过程并模拟Al+Ti含量以及Ti/Al比对γ''相后续冷却析出的影响。γ''相的冷却析出与γ''相回溶及回溶后Al、Ti元素的扩散动力学过程有关。保温时间延长与固溶温度升高使γ''冷却析出相尺寸减小；不同冷速下,γ''析出相尺寸、形状与分布不同。TTT与CCT曲线中,随着Al、Ti含量的增加,不同速率下的γ''析出相温度升高且相对应的析出时间提前。水冷乃至冷却速率达至1000 ℃/min时,无法抑制γ''相冷却析出。Ti/Al比的变化对γ''相的析出基本无影响。
2017, 46(10):2936-2942.
摘要:
采用Gleeble 1500D热模拟实验机对ZK60-1.0Er镁合金的高温热压缩变形行为进行了研究。热压缩参数应变速率?为0.0001s-1，0.001s-1，0.01s-1和1.0 s-1；变形温度T为160℃，260℃，320℃和420℃。试验结果表明：ZK60-1.0Er镁合金的热压缩变形过程为加工硬化，动态回复DR和动态再结晶DRX的竞争机制。通过Zener-Hollomon参数建立了ZK60-1.0Er镁合金热压缩本构方程, 根据本构方程计算的理论应力值与实际应力值吻合；同时还根据材料动态模型建立了该种合金的热加工图，并且通过对微观组织的观察和分析可知：该种镁合金的热加工图包含低温高应变速率和高温低应变速率2个失稳区域。该种镁合金适宜的热加工区间为：225~420℃,0.01~1.0 s-1，在该区域内存在1个功率耗散效率的峰值，η max = 45%。稀土相的存在促进了ZK60-1.0Er镁合金的动态再结晶形核，平均变形激活能 =152.5KJ/mol, 该合金的微观变形主要机制为晶界滑移和晶格自扩散导致的动态回复和动态再结晶。
采用Gleeble 1500D热模拟实验机对ZK60-1.0Er镁合金的高温热压缩变形行为进行了研究。热压缩参数应变速率?为0.0001s-1，0.001s-1，0.01s-1和1.0 s-1；变形温度T为160℃，260℃，320℃和420℃。试验结果表明：ZK60-1.0Er镁合金的热压缩变形过程为加工硬化，动态回复DR和动态再结晶DRX的竞争机制。通过Zener-Hollomon参数建立了ZK60-1.0Er镁合金热压缩本构方程, 根据本构方程计算的理论应力值与实际应力值吻合；同时还根据材料动态模型建立了该种合金的热加工图，并且通过对微观组织的观察和分析可知：该种镁合金的热加工图包含低温高应变速率和高温低应变速率2个失稳区域。该种镁合金适宜的热加工区间为：225~420℃,0.01~1.0 s-1，在该区域内存在1个功率耗散效率的峰值，η max = 45%。稀土相的存在促进了ZK60-1.0Er镁合金的动态再结晶形核，平均变形激活能 =152.5KJ/mol, 该合金的微观变形主要机制为晶界滑移和晶格自扩散导致的动态回复和动态再结晶。
2017, 46(10):2943-2949.
摘要:
将CuW假合金表面部分Cu腐蚀掉，预留100-200μm厚度的W骨架，随后通过化学镀在W骨架上形成多孔结构Ni扩散层，最后在700℃下用固-液连接的方法制备出CuW/Al整体材料。比较了不同保温时间下界面扩散区域微观组织结构，分析了界面扩散溶解层金属间化合物析出序列。结果表明，CuW/Al界面间多孔结构Ni中间层可有效抑制柱状Al2Cu相的生成和柯肯达儿孔洞裂纹的产生，界面处生成物主要以Al2Cu和 Al5W化合物为主。添加多孔结构Ni中间层可提高CuW/Al界面结合性能和电导率。
将CuW假合金表面部分Cu腐蚀掉，预留100-200μm厚度的W骨架，随后通过化学镀在W骨架上形成多孔结构Ni扩散层，最后在700℃下用固-液连接的方法制备出CuW/Al整体材料。比较了不同保温时间下界面扩散区域微观组织结构，分析了界面扩散溶解层金属间化合物析出序列。结果表明，CuW/Al界面间多孔结构Ni中间层可有效抑制柱状Al2Cu相的生成和柯肯达儿孔洞裂纹的产生，界面处生成物主要以Al2Cu和 Al5W化合物为主。添加多孔结构Ni中间层可提高CuW/Al界面结合性能和电导率。
2017, 46(10):2950-2956.
摘要:
采用粉末冶金+热挤压法制备了纳米B4CP（n-B4CP）含量分别为2、4、6vol.% n-B4CP/2009Al复合材料，运用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和维氏硬度测量仪等方法研究了n-B4CP体积分数对n-B4CP/2009Al复合材料的微观组织、固溶时效行为及力学性能的影响。结果表明：复合材料经热挤压后组织致密均匀，n-B4CP体积分数的增加没有明显增加复合材料孔隙率；复合材料经495℃固溶1h处理后，仅存在少量析出相(Al2Cu)残留基体中；经固溶淬火后175℃人工时效14h后，2、4、6vol.% n-B4CP/2009Al复合材料同时达到峰值硬度，比基体合金达到峰值硬度的时间提前了2h；利用TEM观察时效后的微观组织表明，n-B4CP的加入抑制了基体中析出相（Al2Cu）的长大，大量细小析出相的存在使复合材料达到峰时效的时间提前；经最佳热处理工艺处理后的复合材料，随着n-B4CP体积分数的增加，复合材料的抗拉强度先上升后下降，屈服强度始终呈上升趋势，高体积分数的n-B4CP有效的起到钉扎位错的作用，但是高体积分数n-B4CP产生的颗粒团聚现象导致复合材料提早开裂。
采用粉末冶金+热挤压法制备了纳米B4CP（n-B4CP）含量分别为2、4、6vol.% n-B4CP/2009Al复合材料，运用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和维氏硬度测量仪等方法研究了n-B4CP体积分数对n-B4CP/2009Al复合材料的微观组织、固溶时效行为及力学性能的影响。结果表明：复合材料经热挤压后组织致密均匀，n-B4CP体积分数的增加没有明显增加复合材料孔隙率；复合材料经495℃固溶1h处理后，仅存在少量析出相(Al2Cu)残留基体中；经固溶淬火后175℃人工时效14h后，2、4、6vol.% n-B4CP/2009Al复合材料同时达到峰值硬度，比基体合金达到峰值硬度的时间提前了2h；利用TEM观察时效后的微观组织表明，n-B4CP的加入抑制了基体中析出相（Al2Cu）的长大，大量细小析出相的存在使复合材料达到峰时效的时间提前；经最佳热处理工艺处理后的复合材料，随着n-B4CP体积分数的增加，复合材料的抗拉强度先上升后下降，屈服强度始终呈上升趋势，高体积分数的n-B4CP有效的起到钉扎位错的作用，但是高体积分数n-B4CP产生的颗粒团聚现象导致复合材料提早开裂。
2017, 46(10):2957-2962.
摘要:
2099-T83铝锂合金2形型材是大型客机C919中后机身重要桁架零件,四轴滚弯成形是加工此类零件的主要方法。由于铝锂合金比强度大,同时2形型材结构的非对称,相比于普通铝合金型材,铝锂合金2形型材滚弯成形中极易产生斜弯曲。为此,利用有限元软件ABAQUS对2形型材的四轴滚弯过程进行了模拟,分别研究了滚轮间隙、下滚轮与型材之间竖直方向预留间隙、左右滚轮X方向移动量对2形型材四轴滚弯中斜弯曲的影响,确定了最佳滚弯工艺参数。基于最佳滚弯工艺参数进行了滚弯工艺试验。结果表明,采用滚轮间隙0.2 mm、下滚轮与型材之间竖直方向预留间隙0.3 mm、左右滚轮X正方向移动量1.5 mm时能有效解决2形型材滚弯的斜弯曲问题。
2099-T83铝锂合金2形型材是大型客机C919中后机身重要桁架零件,四轴滚弯成形是加工此类零件的主要方法。由于铝锂合金比强度大,同时2形型材结构的非对称,相比于普通铝合金型材,铝锂合金2形型材滚弯成形中极易产生斜弯曲。为此,利用有限元软件ABAQUS对2形型材的四轴滚弯过程进行了模拟,分别研究了滚轮间隙、下滚轮与型材之间竖直方向预留间隙、左右滚轮X方向移动量对2形型材四轴滚弯中斜弯曲的影响,确定了最佳滚弯工艺参数。基于最佳滚弯工艺参数进行了滚弯工艺试验。结果表明,采用滚轮间隙0.2 mm、下滚轮与型材之间竖直方向预留间隙0.3 mm、左右滚轮X正方向移动量1.5 mm时能有效解决2形型材滚弯的斜弯曲问题。
2017, 46(10):2963-2968.
摘要:
采用涂刷-热分解法制备不同浓度阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的IrO2-Ta2O5/SnO2- Sb-MnO2/Ti电极，通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对其微观形貌及物相组成进行分析；应用循环伏安、极化等测试手段，表征制备电极的电催化活性.结果表明，适量添加十二烷基硫酸钠能够改善IrO2-Ta2O5/SnO2-Sb-Mn/Ti电极的微观形貌，提高电催化活性.在本实验条件下，SDS最佳添加量是1.6 g/L，结晶化度高达99.83%.利用苯酚电催化降解实验和强化寿命测试进一步考察所制电极的电催化活性与稳定性，结果显示，在电流密度15 mA/cm2条件下电解180 min，SDS的加入使苯酚去除率由原来的68.5%提高到79.2%.COD去除率由60.1%提高到 67.5%,电催化性能得到提升，电极强化寿命由52 h延长至68 h.
采用涂刷-热分解法制备不同浓度阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的IrO2-Ta2O5/SnO2- Sb-MnO2/Ti电极，通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对其微观形貌及物相组成进行分析；应用循环伏安、极化等测试手段，表征制备电极的电催化活性.结果表明，适量添加十二烷基硫酸钠能够改善IrO2-Ta2O5/SnO2-Sb-Mn/Ti电极的微观形貌，提高电催化活性.在本实验条件下，SDS最佳添加量是1.6 g/L，结晶化度高达99.83%.利用苯酚电催化降解实验和强化寿命测试进一步考察所制电极的电催化活性与稳定性，结果显示，在电流密度15 mA/cm2条件下电解180 min，SDS的加入使苯酚去除率由原来的68.5%提高到79.2%.COD去除率由60.1%提高到 67.5%,电催化性能得到提升，电极强化寿命由52 h延长至68 h.
2017, 46(10):2969-2974.
摘要:
采用开路电位监测、电化学阻抗谱、动电位极化曲线测量和热力学分析等方法,研究690合金在模拟压水堆二次侧高温高压碱性水环境中(氨水调节pH@25℃=9.5)的电化学性能。试验结果表明：在不同温度下(50,100,150,200,250或285℃)的氨水溶液中浸泡20h后,690合金的开路电位都已到达较稳定状态,表面有双层氧化膜生成,随着温度的升高,外层氧化膜阻值先减小后增加,内层氧化膜阻值逐渐减小,而总的氧化膜保护性逐渐降低。再结合试验温度下溶液pH@T的降低,导致690合金的开路电位下降,由极化曲线获得的腐蚀电流密度和维顿电流密度增加。
采用开路电位监测、电化学阻抗谱、动电位极化曲线测量和热力学分析等方法,研究690合金在模拟压水堆二次侧高温高压碱性水环境中(氨水调节pH@25℃=9.5)的电化学性能。试验结果表明：在不同温度下(50,100,150,200,250或285℃)的氨水溶液中浸泡20h后,690合金的开路电位都已到达较稳定状态,表面有双层氧化膜生成,随着温度的升高,外层氧化膜阻值先减小后增加,内层氧化膜阻值逐渐减小,而总的氧化膜保护性逐渐降低。再结合试验温度下溶液pH@T的降低,导致690合金的开路电位下降,由极化曲线获得的腐蚀电流密度和维顿电流密度增加。
2017, 46(10):2975-2980.
摘要:
采用光学显微镜(OM)、X射线四环衍射(XRD)技术、电子背散射衍射(EBSD)技术分析研究了形变细化晶粒、润滑轧制对Ni-9.3at.%W(Ni9.3W)合金基带立方织构形成的影响。结果表明,采用形变细化晶粒的方法能有效提高Ni9.3W合金基带的立方织构含量,并且随着初始形变量的增加,晶粒细化程度越大,立方织构含量越高,采用优化的形变细化晶粒工艺使得Ni9.3W合金基带立方织构含量提高了9.8%。另外,增加形变细化晶粒后的轧制总变形量,立方织构含量进一步提升了24.7%,根据以上结果,确定了初始坯锭制备阶段的参数。在此基础上,研究了轧制变形的润滑与非润滑对立方织构形成的影响,相比非润滑轧制而言,采用润滑轧制,轧制织构中获得了较多的S取向与Copper取向,经再结晶退火后,润滑轧制基带的立方织构含量比非润滑轧制基带的立方织构含量高9.6%,达到了86.7%(<15°),而且孪晶界数量、小角度晶界含量均要优于非润滑轧制,说明润滑轧制对立方织构形成有着积极的影响。
采用光学显微镜(OM)、X射线四环衍射(XRD)技术、电子背散射衍射(EBSD)技术分析研究了形变细化晶粒、润滑轧制对Ni-9.3at.%W(Ni9.3W)合金基带立方织构形成的影响。结果表明,采用形变细化晶粒的方法能有效提高Ni9.3W合金基带的立方织构含量,并且随着初始形变量的增加,晶粒细化程度越大,立方织构含量越高,采用优化的形变细化晶粒工艺使得Ni9.3W合金基带立方织构含量提高了9.8%。另外,增加形变细化晶粒后的轧制总变形量,立方织构含量进一步提升了24.7%,根据以上结果,确定了初始坯锭制备阶段的参数。在此基础上,研究了轧制变形的润滑与非润滑对立方织构形成的影响,相比非润滑轧制而言,采用润滑轧制,轧制织构中获得了较多的S取向与Copper取向,经再结晶退火后,润滑轧制基带的立方织构含量比非润滑轧制基带的立方织构含量高9.6%,达到了86.7%(<15°),而且孪晶界数量、小角度晶界含量均要优于非润滑轧制,说明润滑轧制对立方织构形成有着积极的影响。
2017, 46(10):2981-2986.
摘要:
采用X射线衍射分析（XRD）、电子背散射衍射分析（EBSD）、电导率测试、硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验，研究了冷变形对超高强铝合金Al - 13.01Zn - 3.16Mg - 2.8Cu - 0.204Zr - 0.0757Sr组织及性能的影响。结果表明，相比传统固溶—时效工艺，合金在固溶—冷压缩—时效工艺下平均晶粒尺寸减小，硬度、电导率、小角度晶界比例、抗拉和屈服强度增大和抗腐蚀性能变好。其中固溶—冷压缩—时效（100 ℃×24 h）工艺下合金的硬度、电导率、屈服、抗拉强度达到了243.0 HV、25.085 %IACS、683.2 MPa和734.7 MPa，延伸率为6.1%，且晶间腐蚀深度为23.81 um，晶间腐蚀等级为二级。
采用X射线衍射分析（XRD）、电子背散射衍射分析（EBSD）、电导率测试、硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验，研究了冷变形对超高强铝合金Al - 13.01Zn - 3.16Mg - 2.8Cu - 0.204Zr - 0.0757Sr组织及性能的影响。结果表明，相比传统固溶—时效工艺，合金在固溶—冷压缩—时效工艺下平均晶粒尺寸减小，硬度、电导率、小角度晶界比例、抗拉和屈服强度增大和抗腐蚀性能变好。其中固溶—冷压缩—时效（100 ℃×24 h）工艺下合金的硬度、电导率、屈服、抗拉强度达到了243.0 HV、25.085 %IACS、683.2 MPa和734.7 MPa，延伸率为6.1%，且晶间腐蚀深度为23.81 um，晶间腐蚀等级为二级。
2017, 46(10):2993-2998.
摘要:
设计了6种Ti-6Al-4V人工骨支架,利用SLM(选择性激光熔化)进行制备。采用万能材料实验机结合高速摄像机分析支架的压缩过程,并利用Ansys进行分析。结果表明：支架的立柱直径对支架的力学性能参数影响较大,横梁直径对其影响较小；在相同高度下,支架横梁直径增大、层数增多或立柱直径增大,均使结构长径比减小,使结构稳固且支架承载能力提高；支架的力学性能应与周围骨组织相匹配,经过分析,3种结构的支架力学性能参数与人体股骨相近,故可作为股骨的人工骨支架。
设计了6种Ti-6Al-4V人工骨支架,利用SLM(选择性激光熔化)进行制备。采用万能材料实验机结合高速摄像机分析支架的压缩过程,并利用Ansys进行分析。结果表明：支架的立柱直径对支架的力学性能参数影响较大,横梁直径对其影响较小；在相同高度下,支架横梁直径增大、层数增多或立柱直径增大,均使结构长径比减小,使结构稳固且支架承载能力提高；支架的力学性能应与周围骨组织相匹配,经过分析,3种结构的支架力学性能参数与人体股骨相近,故可作为股骨的人工骨支架。
2017, 46(10):2999-3004.
摘要:
本文采用激光增材制造技术(LEN98M)和传统定向凝固技术(DZ98M)制备镍基高温合金,通过OM,SEM,EDS,XRD,EPMA,DTA等方法分析比较合金的枝晶形态、微观组织、凝固特征温度、元素偏析情况。结果表明,LEN98M合金的一次枝晶间距约为70μm,仅为传统铸造合金DZ98M的1/5,二次枝晶不发达。在枝晶尺度范围内LEN98M合金存在更加明显的偏析行为,γ?相尺寸大且形态不规则,无碳化物析出,枝晶间共晶为尺寸小更加分散的γ?块状。
本文采用激光增材制造技术(LEN98M)和传统定向凝固技术(DZ98M)制备镍基高温合金,通过OM,SEM,EDS,XRD,EPMA,DTA等方法分析比较合金的枝晶形态、微观组织、凝固特征温度、元素偏析情况。结果表明,LEN98M合金的一次枝晶间距约为70μm,仅为传统铸造合金DZ98M的1/5,二次枝晶不发达。在枝晶尺度范围内LEN98M合金存在更加明显的偏析行为,γ?相尺寸大且形态不规则,无碳化物析出,枝晶间共晶为尺寸小更加分散的γ?块状。
2017, 46(10):3005-3010.
摘要:
本文研究了β稳定元素Cr和Mn的掺杂对高Nb-TiAl合金的组织、相组成、凝固路径及室温、高温拉伸性能的影响。实验结果表明，Ti-45Al-8Nb-0.4B（原子分数，%，下同）合金中分别加入2Cr、2Mn或1Cr1Mn后，铸态组织中B2相逐步增加，而α2相逐步减小。1Cr1Mn合金转变为由γ+B2两相组成的新型β-γ高Nb-TiAl合金。凝固路径由L→β→β+α→α+γ+β→α2+γ+B2转变为L→β→β+γ→B2+γ。Cr和Mn的同时添加具有更明显的β相稳定作用。室温拉伸结果表明，随着B2相含量的增加，合金的强度与延伸率均降低。而在900℃条件下，合金延伸率出现先降低后升高的现象。这说明，高温下合金中β相含量达到一定程度时（本研究为14.4 %），有利于协调变形。
本文研究了β稳定元素Cr和Mn的掺杂对高Nb-TiAl合金的组织、相组成、凝固路径及室温、高温拉伸性能的影响。实验结果表明，Ti-45Al-8Nb-0.4B（原子分数，%，下同）合金中分别加入2Cr、2Mn或1Cr1Mn后，铸态组织中B2相逐步增加，而α2相逐步减小。1Cr1Mn合金转变为由γ+B2两相组成的新型β-γ高Nb-TiAl合金。凝固路径由L→β→β+α→α+γ+β→α2+γ+B2转变为L→β→β+γ→B2+γ。Cr和Mn的同时添加具有更明显的β相稳定作用。室温拉伸结果表明，随着B2相含量的增加，合金的强度与延伸率均降低。而在900℃条件下，合金延伸率出现先降低后升高的现象。这说明，高温下合金中β相含量达到一定程度时（本研究为14.4 %），有利于协调变形。
2017, 46(10):3011-3016.
摘要:
根据工业纯钛的室温蠕变等时应力应变曲线,应用有限元方法研究了钛制压力容器的蠕变极限载荷。以圆筒型压力容器为例,发现随着室温蠕变时间的增加压力容器极限载荷由快速下降趋于缓慢下降。详细分析了径比K对极限载荷的影响规律,给出了室温极限载荷的预测公式。能够体现蠕变时间对极限载荷的劣化作用,以及许用应变和径比K对极限载荷的影响。研究结果可以对钛制承压设备的安全评定提供有力的参考依据。
根据工业纯钛的室温蠕变等时应力应变曲线,应用有限元方法研究了钛制压力容器的蠕变极限载荷。以圆筒型压力容器为例,发现随着室温蠕变时间的增加压力容器极限载荷由快速下降趋于缓慢下降。详细分析了径比K对极限载荷的影响规律,给出了室温极限载荷的预测公式。能够体现蠕变时间对极限载荷的劣化作用,以及许用应变和径比K对极限载荷的影响。研究结果可以对钛制承压设备的安全评定提供有力的参考依据。
2017, 46(10):3017-3022.
摘要:
本文以6063Al-（K2ZrF6+KBF4）为反应体系，原位制备ZrB2/6063铝基复合材料，采用挤压对复合材料进行塑性加工。研究了挤压前后复合材料的微观组织变化，以及挤压工艺对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：铸态原位内生制得复合材料，基体晶粒大小为30~50μm，ZrB2颗粒呈规则的多边形，团聚现象严重。经过挤压加工之后，复合材料晶粒细化，大小为7~14μm，增强颗粒呈有圆边的多边形，分布均匀，尺寸为1~3μm，团聚改善。由于挤压后增强颗粒分布更加均匀，颗粒更加圆钝，使得摩擦后磨痕表面更加平整，各部分凹凸差异减小，磨痕粗糙度及摩擦系数减小，摩擦系数随着载荷的增大而减小，摩擦系数主要在0.29~0.40之间变化，载荷为12N时摩擦系数最小为0.29，相比于原始铸锭复合材料的最小摩擦系数减小了32.4％，因此挤压后复合材料的减摩性有了很大的提高，由于减摩性的提高，复合材料磨损后的磨损体积和磨损宽度军舰小，耐磨性也得到了很大的提高。通过SEM分析复合材料的磨损机制是以磨粒磨损为主，轻微粘着磨损为辅。
本文以6063Al-（K2ZrF6+KBF4）为反应体系，原位制备ZrB2/6063铝基复合材料，采用挤压对复合材料进行塑性加工。研究了挤压前后复合材料的微观组织变化，以及挤压工艺对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：铸态原位内生制得复合材料，基体晶粒大小为30~50μm，ZrB2颗粒呈规则的多边形，团聚现象严重。经过挤压加工之后，复合材料晶粒细化，大小为7~14μm，增强颗粒呈有圆边的多边形，分布均匀，尺寸为1~3μm，团聚改善。由于挤压后增强颗粒分布更加均匀，颗粒更加圆钝，使得摩擦后磨痕表面更加平整，各部分凹凸差异减小，磨痕粗糙度及摩擦系数减小，摩擦系数随着载荷的增大而减小，摩擦系数主要在0.29~0.40之间变化，载荷为12N时摩擦系数最小为0.29，相比于原始铸锭复合材料的最小摩擦系数减小了32.4％，因此挤压后复合材料的减摩性有了很大的提高，由于减摩性的提高，复合材料磨损后的磨损体积和磨损宽度军舰小，耐磨性也得到了很大的提高。通过SEM分析复合材料的磨损机制是以磨粒磨损为主，轻微粘着磨损为辅。
2017, 46(10):3023-3027.
摘要:
采用雾化法制备Ag-Sn(9.7-χ/10)-In(χ=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金粉末。Ag-Sn-In合金粉末在空气中进行内氧化。实验结果表明，χ=0.5的样品的氧化率始终低于χ=0的样品的，说明微量添加In未促进氧化率的提高，相反抑制了其氧化过程；χ=（1.0,1.5,2.0）的样品氧化率的变化奇异：在温度低于700时，它们的氧化率高于χ=0，当温度和保温时间达到一定参数时，χ=0的氧化率变得更好。这说明在低温氧化时，添加In（1.0≤χ≤2.0）有利于氧化进行，而高温长时间氧化时，添加添加剂In作用不大，甚至会降低氧化率。通过全面试验探究出各样品均能取得较优氧化率的合理氧化温度参数为750℃。
采用雾化法制备Ag-Sn(9.7-χ/10)-In(χ=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金粉末。Ag-Sn-In合金粉末在空气中进行内氧化。实验结果表明，χ=0.5的样品的氧化率始终低于χ=0的样品的，说明微量添加In未促进氧化率的提高，相反抑制了其氧化过程；χ=（1.0,1.5,2.0）的样品氧化率的变化奇异：在温度低于700时，它们的氧化率高于χ=0，当温度和保温时间达到一定参数时，χ=0的氧化率变得更好。这说明在低温氧化时，添加In（1.0≤χ≤2.0）有利于氧化进行，而高温长时间氧化时，添加添加剂In作用不大，甚至会降低氧化率。通过全面试验探究出各样品均能取得较优氧化率的合理氧化温度参数为750℃。
2017, 46(10):3028-3032.
摘要:
采用液态金属冷却高温度梯度定向凝固炉制备了含稀土元素Y的镁合金,研究了定向凝固镁合金的枝晶形态及微观组织特征。结果表明,镁合金的一次枝晶沿着热流方向生长,且一次枝晶周围含有六个二次枝晶呈花瓣形状。通过扫描电镜及能谱分析发现,凝固组织中除了a(Mg)固溶体及枝晶间的?(Mg17Al12)相组成外,还存在稀土相。稀土相呈粗大的杆状和细小的粒状形态,主要由Y、Mg、Al和Mn元素组成,其中稀土Y的质量分数占22%左右。
采用液态金属冷却高温度梯度定向凝固炉制备了含稀土元素Y的镁合金,研究了定向凝固镁合金的枝晶形态及微观组织特征。结果表明,镁合金的一次枝晶沿着热流方向生长,且一次枝晶周围含有六个二次枝晶呈花瓣形状。通过扫描电镜及能谱分析发现,凝固组织中除了a(Mg)固溶体及枝晶间的?(Mg17Al12)相组成外,还存在稀土相。稀土相呈粗大的杆状和细小的粒状形态,主要由Y、Mg、Al和Mn元素组成,其中稀土Y的质量分数占22%左右。
2017, 46(10):3033-3037.
摘要:
摘 要：本文的实验对象为固溶-时效和热机械处理（固溶-过时效-热压缩）-固溶-时效加工的超高强铝合金Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr，分别采用电子背散射衍射分析（EBSD）、X射线衍射分析（XRD）、硬度测试和拉伸试验研究合金组织晶粒晶界特征分布、内部的位错密度和力学性能，并定量计算位错强化和晶界强化值。结果表明：热机械处理对合金晶粒细化影响不是非常显著，平均晶粒尺寸从7.30 μm减小至6.04 μm，晶界角度从21.45 下降到21.04 ，小角度晶界比例从0.588下降到0.546；TMT使峰时效硬度从214.6 HV(120℃×48h)提高到226.8 HV(100℃×48h)，但对强度影响较小，二者屈服强度均为600 MPa左右，拉伸断口均为沿晶和撕裂混合断裂。合金分别经固溶及TMT-固溶后，晶界位错密度均为零，TMT使位错强化与晶界强化的总强化从58.8 MPa下降到57.4 MPa。
摘 要：本文的实验对象为固溶-时效和热机械处理（固溶-过时效-热压缩）-固溶-时效加工的超高强铝合金Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr，分别采用电子背散射衍射分析（EBSD）、X射线衍射分析（XRD）、硬度测试和拉伸试验研究合金组织晶粒晶界特征分布、内部的位错密度和力学性能，并定量计算位错强化和晶界强化值。结果表明：热机械处理对合金晶粒细化影响不是非常显著，平均晶粒尺寸从7.30 μm减小至6.04 μm，晶界角度从21.45 下降到21.04 ，小角度晶界比例从0.588下降到0.546；TMT使峰时效硬度从214.6 HV(120℃×48h)提高到226.8 HV(100℃×48h)，但对强度影响较小，二者屈服强度均为600 MPa左右，拉伸断口均为沿晶和撕裂混合断裂。合金分别经固溶及TMT-固溶后，晶界位错密度均为零，TMT使位错强化与晶界强化的总强化从58.8 MPa下降到57.4 MPa。
2017, 46(10):3038-3042.
摘要:
研究了Sn-Bi-In钎料的微观组织、热学特性、润湿性能以及力学性能随合金成分的变化特点。结果表明：Sn-Bi-In钎料的显微组织含有β-Sn相、Bi相以及InBi中间相,Bi含量的减少会导致Bi相和InBi相所占比例降低；钎料DSC曲线中存在三个不同大小的吸热峰,所有合金熔化开始温度在101.3-103.4℃之间,随着Sn含量的增加,钎料的熔程先减小后增大,铺展面积先增大后减小；钎料的显微硬度随着Bi含量的增加而增大,且In的添加使钎料的硬度明显高于Sn-Bi共晶合金；钎料的抗拉强度和断后伸长率随着Bi含量的增大而降低。
研究了Sn-Bi-In钎料的微观组织、热学特性、润湿性能以及力学性能随合金成分的变化特点。结果表明：Sn-Bi-In钎料的显微组织含有β-Sn相、Bi相以及InBi中间相,Bi含量的减少会导致Bi相和InBi相所占比例降低；钎料DSC曲线中存在三个不同大小的吸热峰,所有合金熔化开始温度在101.3-103.4℃之间,随着Sn含量的增加,钎料的熔程先减小后增大,铺展面积先增大后减小；钎料的显微硬度随着Bi含量的增加而增大,且In的添加使钎料的硬度明显高于Sn-Bi共晶合金；钎料的抗拉强度和断后伸长率随着Bi含量的增大而降低。
2017, 46(10):3043-3047.
摘要:
以微米级Fe、Al粉末为原料，通过冷等静压制备了Fe:Al质量比分别为3:7、4:6、5:5的压坯，并利用差示扫描量热仪研究了不同成分配比对压坯反应热的影响，确定出具有最大反应热的压坯成分；采用无压烧结法将该配比压坯烧结成Fe-Al反应材料，并研究了烧结温度对该材料组织结构与反应热的影响。结果表明，质量比为Fe:Al=4:6的压坯具有最大的反应热，达到-589.8 J/g；该压坯在540℃烧结时，生成少量的金属间化合物Al13Fe4、Fe2Al5，使反应热降低，且不利于扩散反应的进一步进行；而在530℃烧结时，无明显金属间化合物生成，反应热略有下降，达到-538.5 J/g。
以微米级Fe、Al粉末为原料，通过冷等静压制备了Fe:Al质量比分别为3:7、4:6、5:5的压坯，并利用差示扫描量热仪研究了不同成分配比对压坯反应热的影响，确定出具有最大反应热的压坯成分；采用无压烧结法将该配比压坯烧结成Fe-Al反应材料，并研究了烧结温度对该材料组织结构与反应热的影响。结果表明，质量比为Fe:Al=4:6的压坯具有最大的反应热，达到-589.8 J/g；该压坯在540℃烧结时，生成少量的金属间化合物Al13Fe4、Fe2Al5，使反应热降低，且不利于扩散反应的进一步进行；而在530℃烧结时，无明显金属间化合物生成，反应热略有下降，达到-538.5 J/g。
2017, 46(10):3048-3052.
摘要:
采用单辊急冷法制备了W17.9Ni65.6B13.5V3非晶薄带,并用X射线衍射(XRD)和示差扫描量热分析仪(DSC)研究了该非晶合金的变温晶化动力学。结果表明：玻璃转变温度Tg、晶化起始温度Tx和晶化峰值温度Tp均随着升温速率的增加而提高,具有明显的动力学效应；利用Kissinger方程和Ozawa方程求出的W17.9Ni65.6B13.5V3非晶合金的晶化激活能Ex分别达456.9kJ/mol和471.1kJ/mol,非晶合金具有较强的热稳定性；利用Kissinger方程和Ozawa方程计算得到的晶化激活能Ex均小于晶体长大激活能Ep,表明形核过程比晶粒长大过程更容易,该非晶合金在一定条件下退火容易获得超细晶粒组织。
采用单辊急冷法制备了W17.9Ni65.6B13.5V3非晶薄带,并用X射线衍射(XRD)和示差扫描量热分析仪(DSC)研究了该非晶合金的变温晶化动力学。结果表明：玻璃转变温度Tg、晶化起始温度Tx和晶化峰值温度Tp均随着升温速率的增加而提高,具有明显的动力学效应；利用Kissinger方程和Ozawa方程求出的W17.9Ni65.6B13.5V3非晶合金的晶化激活能Ex分别达456.9kJ/mol和471.1kJ/mol,非晶合金具有较强的热稳定性；利用Kissinger方程和Ozawa方程计算得到的晶化激活能Ex均小于晶体长大激活能Ep,表明形核过程比晶粒长大过程更容易,该非晶合金在一定条件下退火容易获得超细晶粒组织。
2017, 46(10):3053-3057.
摘要:
摘 要：本文以Pd79Cu4Au2Si10P5块体非晶合金为研究对象，采用电化学极化曲线和电化学阻抗测试方法研究了剪切带自修复对其在3 wt.% NaCl溶液和1 mol/L HCl溶液中耐蚀性能的影响。通过研究极化曲线中的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度得知，修复后样品耐腐蚀性能优于修复前样品，但仍低于原始样品（即未变形样品）。电化学阻抗研究结果显示，在开路电位下阻抗图均有单一容抗弧构成，修复后样品的电化学转移电阻Rt小于原始样品的、但大于修复前样品的，这进一步表明修复提高了材料的耐腐蚀性能，但仍未达到原始样品的耐蚀性。扫描电镜研究发现，合金表面发生明显的点蚀，其中原始样品的点蚀坑密度最少，修复后样品的次之，修复前样品的最多。
摘 要：本文以Pd79Cu4Au2Si10P5块体非晶合金为研究对象，采用电化学极化曲线和电化学阻抗测试方法研究了剪切带自修复对其在3 wt.% NaCl溶液和1 mol/L HCl溶液中耐蚀性能的影响。通过研究极化曲线中的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度得知，修复后样品耐腐蚀性能优于修复前样品，但仍低于原始样品（即未变形样品）。电化学阻抗研究结果显示，在开路电位下阻抗图均有单一容抗弧构成，修复后样品的电化学转移电阻Rt小于原始样品的、但大于修复前样品的，这进一步表明修复提高了材料的耐腐蚀性能，但仍未达到原始样品的耐蚀性。扫描电镜研究发现，合金表面发生明显的点蚀，其中原始样品的点蚀坑密度最少，修复后样品的次之，修复前样品的最多。
49 离子液体中电铸镍研究
2017, 46(10):3058-3062.
摘要:
鉴于传统水溶液中电铸镍普遍存在的析氢问题以及离子液体这种新型介质的巨大优势，本文在离子液体中系统地研究了温度、电流密度对电铸镍层形貌和结构的影响，并首次测定了离子液体中电铸镍件的抗拉强度和微硬度。结果表明：110～130 ℃是较理想的电铸镍温度；升高温度能明显提高电铸镍层的结晶程度，并使晶粒的择优取向由（111）向（200）转变；1 mA/cm2是较理想的电流密度；晶粒随电流密度的增大逐渐变小，结晶性能也随之减弱；此外，与水溶液相比，离子液体中的电铸镍层有更高的抗拉强度和微硬度。
鉴于传统水溶液中电铸镍普遍存在的析氢问题以及离子液体这种新型介质的巨大优势，本文在离子液体中系统地研究了温度、电流密度对电铸镍层形貌和结构的影响，并首次测定了离子液体中电铸镍件的抗拉强度和微硬度。结果表明：110～130 ℃是较理想的电铸镍温度；升高温度能明显提高电铸镍层的结晶程度，并使晶粒的择优取向由（111）向（200）转变；1 mA/cm2是较理想的电流密度；晶粒随电流密度的增大逐渐变小，结晶性能也随之减弱；此外，与水溶液相比，离子液体中的电铸镍层有更高的抗拉强度和微硬度。
2017, 46(10):3063-3067.
摘要:
研究了工业化制备的超大规格Ti-1023合金铸锭在不同磁场强度下的纵向凝固组织和Fe元素成分分布,并对其影响进行了探讨。结果表明：当磁场强度为10Gs和30Gs时,铸锭组织主要由粗大柱状晶,竹节状的小柱状晶和等轴晶组成；当磁场搅拌强度为20Gs时,凝固组织转变为由底部粗大柱状晶和细小等轴晶组成。Ti-1023合金铸锭中Fe元素在不同磁场强度下遵循正偏析规律,沿铸锭长度方向Fe元素含量从底部到顶部逐渐增加,沿径向从边缘到中心逐渐增加。随着磁场强度从10Gs增加到30Gs,合金元素Fe的宏观偏析率先减小后增大。
研究了工业化制备的超大规格Ti-1023合金铸锭在不同磁场强度下的纵向凝固组织和Fe元素成分分布,并对其影响进行了探讨。结果表明：当磁场强度为10Gs和30Gs时,铸锭组织主要由粗大柱状晶,竹节状的小柱状晶和等轴晶组成；当磁场搅拌强度为20Gs时,凝固组织转变为由底部粗大柱状晶和细小等轴晶组成。Ti-1023合金铸锭中Fe元素在不同磁场强度下遵循正偏析规律,沿铸锭长度方向Fe元素含量从底部到顶部逐渐增加,沿径向从边缘到中心逐渐增加。随着磁场强度从10Gs增加到30Gs,合金元素Fe的宏观偏析率先减小后增大。
2017, 46(10):3068-3072.
摘要:
利用湿喷丸技术对TC4钛合金进行表面改性处理,显著提高了材料疲劳寿命。对疲劳断口微观组织观察发现,湿喷丸强化处理使试样疲劳裂纹萌生位置由表面转移至试样内部约1 mm深度区域。通过对湿喷丸改性层微观组织分析可知,改性层内的细晶强化和位错强化是导致裂纹萌生位置发生改变的主要因素。湿喷丸引入的残余压应力对裂纹扩展起到有效的阻碍作用。细晶强化、位错强化和残余压应力共同作用提高TC4钛合金的抗疲劳性能。
利用湿喷丸技术对TC4钛合金进行表面改性处理,显著提高了材料疲劳寿命。对疲劳断口微观组织观察发现,湿喷丸强化处理使试样疲劳裂纹萌生位置由表面转移至试样内部约1 mm深度区域。通过对湿喷丸改性层微观组织分析可知,改性层内的细晶强化和位错强化是导致裂纹萌生位置发生改变的主要因素。湿喷丸引入的残余压应力对裂纹扩展起到有效的阻碍作用。细晶强化、位错强化和残余压应力共同作用提高TC4钛合金的抗疲劳性能。
2017, 46(10):3073-3076.
摘要:
利用X射线衍射技术对冷轧制备的TA18钛合金航空管材的内、中、外三层的织构进行测定与分析,与此相对应,还测试了能反映管材各向异性特性的收缩应变比(Contractile strain ratio,CSR)。结果表明：管材织构强度沿层深会形成较大的梯度变化,通过晶体取向分布函数(ODF)的峰值密度显示织构梯度变化大于17%,特别是各层的织构的类型也存在很大差别。采用减薄展平法取管材中层进行织构测定时,即使织构强度等级较高,也会出现CSR下降的情况。原因在于管材存在有利的径向织构和不利的切向织构共存的沿层深不均匀织构分布,不利织构比重过大将导致其CSR值降低。确定织构沿层深的分布为进一步预测并改进管材的力学性能提供参考,并为改善生产工艺提供依据。
利用X射线衍射技术对冷轧制备的TA18钛合金航空管材的内、中、外三层的织构进行测定与分析,与此相对应,还测试了能反映管材各向异性特性的收缩应变比(Contractile strain ratio,CSR)。结果表明：管材织构强度沿层深会形成较大的梯度变化,通过晶体取向分布函数(ODF)的峰值密度显示织构梯度变化大于17%,特别是各层的织构的类型也存在很大差别。采用减薄展平法取管材中层进行织构测定时,即使织构强度等级较高,也会出现CSR下降的情况。原因在于管材存在有利的径向织构和不利的切向织构共存的沿层深不均匀织构分布,不利织构比重过大将导致其CSR值降低。确定织构沿层深的分布为进一步预测并改进管材的力学性能提供参考,并为改善生产工艺提供依据。
2017, 46(10):3077-3080.
摘要:
本文首先在AZ91镁合金表面上制备出镧铈双稀土转化膜，然后利用(NH4)3PO4溶液进行致密化处理。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、高温氧化和电化学方法对致密化之后的转化膜形貌与性能进行研究。应用正交试验法确定的镧铈双稀土转化膜进行致密化处理的最佳工艺参数为：处理温度50℃、(NH4)3PO4质量浓度5%、致密处理时间4 min。SEM结果表明致密化后的膜层裂纹明显减少，表面致密性提高，很好的改善了基体的覆盖度。XRD谱分析表明经致密后的双稀土转化膜主要由稀土氧化物、氢氧化物、磷酸盐和氧化镁组成。电化学测试结果表明致密化后的膜层耐蚀性显著提高。高温氧化性实验表明致密化后的双稀土转化膜的高温氧化性能优于未经致密化处理的双稀土转化膜。
本文首先在AZ91镁合金表面上制备出镧铈双稀土转化膜，然后利用(NH4)3PO4溶液进行致密化处理。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、高温氧化和电化学方法对致密化之后的转化膜形貌与性能进行研究。应用正交试验法确定的镧铈双稀土转化膜进行致密化处理的最佳工艺参数为：处理温度50℃、(NH4)3PO4质量浓度5%、致密处理时间4 min。SEM结果表明致密化后的膜层裂纹明显减少，表面致密性提高，很好的改善了基体的覆盖度。XRD谱分析表明经致密后的双稀土转化膜主要由稀土氧化物、氢氧化物、磷酸盐和氧化镁组成。电化学测试结果表明致密化后的膜层耐蚀性显著提高。高温氧化性实验表明致密化后的双稀土转化膜的高温氧化性能优于未经致密化处理的双稀土转化膜。
2017, 46(10):3081-3090.
摘要:
为了提高航天器对空间碎片的防护能力,本文设计了以TiB2基陶瓷复合材料为缓冲屏的Whipple式防护构型(单层TiB2基陶瓷缓冲屏以及TiB2基陶瓷/铝合金缓冲屏),利用二级轻气炮在2.88 km/s ~7.32 km/s的撞击速度范围内开展超高速撞击实验,并对上述缓冲屏与典型全铝合金缓冲屏进行比较验证。通过分析不同撞击速度下缓冲屏的穿孔特征、后墙损伤特征、碎片云结构特征,并结合SEM微观损伤形貌和EDS元素分布模式,重点阐述了不同缓冲屏材料特性与结构特性对碎片云形成以及后墙撞击成坑之间的作用关系。研究表明,单层TiB2基陶瓷复合材料缓冲屏可以有效破碎铝合金弹丸获得更加细小的碎片云颗粒,由于碎片云动能被有效分散到更为广泛的细小碎片颗粒当中,从而获得比等面密度典型全铝缓冲屏更为优异的防护性能,且防护性能随着撞击速度的增加而有所提高。相反的,TiB2基陶瓷/铝合金缓冲屏由于异质材料之间波阻抗的明显差异,在超高速撞击下会导致陶瓷前面板的严重断裂并造成铝合金后板的花瓣状破坏,且损伤程度随着撞击速度和弹丸尺寸的增加而更加显著,由于不能有效细化碎片云颗粒,其防护效能反而低于等面密度典型全铝缓冲屏。初步研究结果为新型TiB2基陶瓷复合材料在空间碎片防护领域的应用提供了一定的理论和技术支撑。
为了提高航天器对空间碎片的防护能力,本文设计了以TiB2基陶瓷复合材料为缓冲屏的Whipple式防护构型(单层TiB2基陶瓷缓冲屏以及TiB2基陶瓷/铝合金缓冲屏),利用二级轻气炮在2.88 km/s ~7.32 km/s的撞击速度范围内开展超高速撞击实验,并对上述缓冲屏与典型全铝合金缓冲屏进行比较验证。通过分析不同撞击速度下缓冲屏的穿孔特征、后墙损伤特征、碎片云结构特征,并结合SEM微观损伤形貌和EDS元素分布模式,重点阐述了不同缓冲屏材料特性与结构特性对碎片云形成以及后墙撞击成坑之间的作用关系。研究表明,单层TiB2基陶瓷复合材料缓冲屏可以有效破碎铝合金弹丸获得更加细小的碎片云颗粒,由于碎片云动能被有效分散到更为广泛的细小碎片颗粒当中,从而获得比等面密度典型全铝缓冲屏更为优异的防护性能,且防护性能随着撞击速度的增加而有所提高。相反的,TiB2基陶瓷/铝合金缓冲屏由于异质材料之间波阻抗的明显差异,在超高速撞击下会导致陶瓷前面板的严重断裂并造成铝合金后板的花瓣状破坏,且损伤程度随着撞击速度和弹丸尺寸的增加而更加显著,由于不能有效细化碎片云颗粒,其防护效能反而低于等面密度典型全铝缓冲屏。初步研究结果为新型TiB2基陶瓷复合材料在空间碎片防护领域的应用提供了一定的理论和技术支撑。
2017, 46(10):3091-3097.
摘要:
以TGZM效应为理论基础，将Co-87.9wt%Sb合金置于定向凝固设备中加热熔化，在一定温度梯度下分别保温20min，2h，4h后淬火，对其糊状区的凝固组织和成分分布进行了研究。结果表明：在一定温度梯度下，介乎于完全液相区和未熔固相区之间存在着固液相共存的糊状区，Co-87.9wt%Sb合金的糊状区沿温度梯度方向分为(CoSb3+L)，(CoSb2+L)以及(CoSb+L)三层；在TGZM效应作用下，随着保温时间的增加，糊状区内液相体积分数逐渐减少，糊状区与完全液相区界面向低温区移动；经保温处理后，由EDS获得的糊状区成分分布，糊状区内的溶质浓度明显偏离合金初始浓度，完全液相区溶质浓度高于初始值；通过理论分析与计算解释了上述现象。经过4h保温处理后，糊状区(CoSb3+L)部分中的CoSb3含量大幅增加，在该部分高温端甚至可达98.8%，表明借助TGZM效应经过长时间保温制备CoSb3热电材料的方法是可行的。
以TGZM效应为理论基础，将Co-87.9wt%Sb合金置于定向凝固设备中加热熔化，在一定温度梯度下分别保温20min，2h，4h后淬火，对其糊状区的凝固组织和成分分布进行了研究。结果表明：在一定温度梯度下，介乎于完全液相区和未熔固相区之间存在着固液相共存的糊状区，Co-87.9wt%Sb合金的糊状区沿温度梯度方向分为(CoSb3+L)，(CoSb2+L)以及(CoSb+L)三层；在TGZM效应作用下，随着保温时间的增加，糊状区内液相体积分数逐渐减少，糊状区与完全液相区界面向低温区移动；经保温处理后，由EDS获得的糊状区成分分布，糊状区内的溶质浓度明显偏离合金初始浓度，完全液相区溶质浓度高于初始值；通过理论分析与计算解释了上述现象。经过4h保温处理后，糊状区(CoSb3+L)部分中的CoSb3含量大幅增加，在该部分高温端甚至可达98.8%，表明借助TGZM效应经过长时间保温制备CoSb3热电材料的方法是可行的。
2017, 46(10):3098-3104.
摘要:
微弧氧化技术可以实现对金属表面的高耐蚀、耐磨等改性,传统微弧氧化所得陶瓷膜具有多孔结构,影响了其耐蚀性能及高温氧化性能。本文针对氧化膜多孔结构与腐蚀性能之间的关系开展基础研究。采用外加电场微弧氧化技术实现自封闭孔结构,并研究了不同孔结构膜层的耐蚀性能；讨论了封孔过程中胶体运动-电位-孔结构表征之间的规律性关系,评价了自封孔后膜层腐蚀性能。主要研究结果表明：膜层中的多孔结构是腐蚀介质的通道,自封孔后耐蚀性能提高,此外,耐蚀性与孔隙率及封孔填充物的成分和形态具有极大的相关性,通过调整外加电场强度和时间可以实现对自封孔的调控,从而改善耐蚀性能。
微弧氧化技术可以实现对金属表面的高耐蚀、耐磨等改性,传统微弧氧化所得陶瓷膜具有多孔结构,影响了其耐蚀性能及高温氧化性能。本文针对氧化膜多孔结构与腐蚀性能之间的关系开展基础研究。采用外加电场微弧氧化技术实现自封闭孔结构,并研究了不同孔结构膜层的耐蚀性能；讨论了封孔过程中胶体运动-电位-孔结构表征之间的规律性关系,评价了自封孔后膜层腐蚀性能。主要研究结果表明：膜层中的多孔结构是腐蚀介质的通道,自封孔后耐蚀性能提高,此外,耐蚀性与孔隙率及封孔填充物的成分和形态具有极大的相关性,通过调整外加电场强度和时间可以实现对自封孔的调控,从而改善耐蚀性能。
2017, 46(10):3105-3110.
摘要:
采用电子探针测试结合Thermo-Calc软件计算，研究了一种含0.001 wt%硼第三代单晶高温合金枝晶间区域的初熔过程。结果表明，初熔相为M2B，初熔温度为1265 ℃，远低于用差示扫描量热仪测得的共晶熔化温度1352 ℃。采用扫描电镜分析固溶处理过程中合金组织的演化过程，发现共晶组织中马赛克状共晶和扇状共晶率先溶解，粗大γ′最后溶解。初熔区域空冷可发生均质形核，重新凝固后的共晶组织呈圆形，初熔组织中粗大γ′组织较初始凝固的粗大γ′组织更细，而相比残余共晶组织，初熔组织中含有马赛克状共晶和扇状共晶。在通用分步固溶处理制度的基础上，通过低于硼化物初熔的首步处理和适当提高最终固溶温度（ST2），可以有效避免初熔并完全消除共晶。
采用电子探针测试结合Thermo-Calc软件计算，研究了一种含0.001 wt%硼第三代单晶高温合金枝晶间区域的初熔过程。结果表明，初熔相为M2B，初熔温度为1265 ℃，远低于用差示扫描量热仪测得的共晶熔化温度1352 ℃。采用扫描电镜分析固溶处理过程中合金组织的演化过程，发现共晶组织中马赛克状共晶和扇状共晶率先溶解，粗大γ′最后溶解。初熔区域空冷可发生均质形核，重新凝固后的共晶组织呈圆形，初熔组织中粗大γ′组织较初始凝固的粗大γ′组织更细，而相比残余共晶组织，初熔组织中含有马赛克状共晶和扇状共晶。在通用分步固溶处理制度的基础上，通过低于硼化物初熔的首步处理和适当提高最终固溶温度（ST2），可以有效避免初熔并完全消除共晶。
2017, 46(10):3111-3116.
摘要:
镁及镁合金具有良好的生物相容性、与人骨相近的力学性能及生物可降解性。通过在镁合金基础上添加生物陶瓷颗粒可以调控复合材料的力学及腐蚀降解性能,满足不同服役情况的需求。本文采用剪切搅拌铸造结合热挤压工艺制备了1HA/Mg-3Zn-0.2Ca(wt.%)复合材料,研究了固溶及时效处理对挤压态1HA/Mg-3Zn-0.2Ca复合材料显微组织、力学性能及电化学腐蚀行为的影响。结果表明：挤压态复合材料经T4固溶处理后,第二相数量减少,晶粒尺寸增大,屈服强度降低,但延伸率和耐蚀性能有所提高。固溶超过3h后,耐蚀能力由于晶粒尺寸过分长大又出现下降；固溶后时效处理(T6),复合材料屈服强度提高,耐蚀性变化不大。因此,对挤压态HA/Mg-Zn-Ca复合材料进行适当的固溶及时效处理可以提高复合材料的耐蚀性及延伸率。
镁及镁合金具有良好的生物相容性、与人骨相近的力学性能及生物可降解性。通过在镁合金基础上添加生物陶瓷颗粒可以调控复合材料的力学及腐蚀降解性能,满足不同服役情况的需求。本文采用剪切搅拌铸造结合热挤压工艺制备了1HA/Mg-3Zn-0.2Ca(wt.%)复合材料,研究了固溶及时效处理对挤压态1HA/Mg-3Zn-0.2Ca复合材料显微组织、力学性能及电化学腐蚀行为的影响。结果表明：挤压态复合材料经T4固溶处理后,第二相数量减少,晶粒尺寸增大,屈服强度降低,但延伸率和耐蚀性能有所提高。固溶超过3h后,耐蚀能力由于晶粒尺寸过分长大又出现下降；固溶后时效处理(T6),复合材料屈服强度提高,耐蚀性变化不大。因此,对挤压态HA/Mg-Zn-Ca复合材料进行适当的固溶及时效处理可以提高复合材料的耐蚀性及延伸率。
2017, 46(10):3117-3122.
摘要:
钯是氚处理工艺中的关键功能材料,氚衰变及其产生的氦会引起钯的贮氢性能下降。本文对常温下贮氚老化1.6年的海绵钯进行了预处理,采用变温法获得了老化钯吸、放氕和氘的PcT曲线,作为对比,同时给出了新鲜钯的实验结果,在此基础上,进行了氚老化钯吸、放氕和氘热力学性质分析。结果显示,氚老化会导致钯氢体系的α相右移、坪台压降低、坪台区变窄,且老化效应对钯氢体系的滞后效应、焓变及熵变产生影响。
钯是氚处理工艺中的关键功能材料,氚衰变及其产生的氦会引起钯的贮氢性能下降。本文对常温下贮氚老化1.6年的海绵钯进行了预处理,采用变温法获得了老化钯吸、放氕和氘的PcT曲线,作为对比,同时给出了新鲜钯的实验结果,在此基础上,进行了氚老化钯吸、放氕和氘热力学性质分析。结果显示,氚老化会导致钯氢体系的α相右移、坪台压降低、坪台区变窄,且老化效应对钯氢体系的滞后效应、焓变及熵变产生影响。
2017, 46(10):3123-3128.
摘要:
本文以仲钼酸铵(优级纯)为原料,通过结合气流式雾化干燥法和微波煅烧氢还原法制备出球形、微米级、比表面积大、分散性好的钼粉。重点研究雾化造粒过程和微波煅烧氢还原阶段的升温速率对最终Mo粉的形貌、粒度以及比表面积的影响及规律。研究结果表明,控制一定的参数可以制备出球形、微米级、分散性好的钼酸铵前驱体粉末；最终Mo粉的微观形貌受升温速率的影响,升温速率越低制备的Mo粉破碎越严重,且有少量团聚现象,升温速率越高制备的Mo粉球形度越高,分散性越好；升温速率也直接影响平均粒度和比表面积,升温速率越低,平均粒度越小,而比表面积越大,升温速率越高,平均粒度相应增大,比表面减小。
本文以仲钼酸铵(优级纯)为原料,通过结合气流式雾化干燥法和微波煅烧氢还原法制备出球形、微米级、比表面积大、分散性好的钼粉。重点研究雾化造粒过程和微波煅烧氢还原阶段的升温速率对最终Mo粉的形貌、粒度以及比表面积的影响及规律。研究结果表明,控制一定的参数可以制备出球形、微米级、分散性好的钼酸铵前驱体粉末；最终Mo粉的微观形貌受升温速率的影响,升温速率越低制备的Mo粉破碎越严重,且有少量团聚现象,升温速率越高制备的Mo粉球形度越高,分散性越好；升温速率也直接影响平均粒度和比表面积,升温速率越低,平均粒度越小,而比表面积越大,升温速率越高,平均粒度相应增大,比表面减小。
2017, 46(10):3129-3134.
摘要:
为提高严苛海洋环境下金属机件的服役性能，本文通过电沉积方法制备了Ni-W和Ni-W/SiC复合镀层。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）等技术研究了SiC对Ni-W合金微观结构和性能的影响，采用电化学方法研究了复合镀层在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性能，以探讨其海水综合防护性能。研究表明，经表面处理的SiC可诱导形核促进晶体生长，使Ni-W合金晶粒变细，镀层完整致密。SiC纳米颗粒均匀分布在Ni-W/SiC中，可有效提高镀层硬度及耐磨性，同时Ni-W/SiC也具有比Ni-W合金更好的耐蚀性能，在多因素交互作用的海洋环境中将具有更长的防护寿命，具有良好的应用前景
为提高严苛海洋环境下金属机件的服役性能，本文通过电沉积方法制备了Ni-W和Ni-W/SiC复合镀层。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）等技术研究了SiC对Ni-W合金微观结构和性能的影响，采用电化学方法研究了复合镀层在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性能，以探讨其海水综合防护性能。研究表明，经表面处理的SiC可诱导形核促进晶体生长，使Ni-W合金晶粒变细，镀层完整致密。SiC纳米颗粒均匀分布在Ni-W/SiC中，可有效提高镀层硬度及耐磨性，同时Ni-W/SiC也具有比Ni-W合金更好的耐蚀性能，在多因素交互作用的海洋环境中将具有更长的防护寿命，具有良好的应用前景
2017, 46(10):3135-3140.
摘要:
采用静电纺丝结合还原氮化法制备多孔TiN纤维,利用XRD、SEM、TEM和N2吸脱附等分析其结构,采用循环伏安和充放电测试其电化学性能。结果表明,纤维为立方TiN相,纤维连续,存在较为丰富的介孔结构,其比表面积为21.55 m2/g。电化学测试表明样品在不同扫率下的CV曲线均呈类矩形,由电流密度为20 mA/g时GCD曲线计算其比电容为24.03 F/g,在电流密度为50 mA/g时经4500次充放电循环后样品的比容量仍能保持90 %以上,当功率密度为0.02 kW/kg时样品的能量密度为3.3 Wh/kg。因此,采用本方法制备的多孔TiN纤维在超级电容器领域具有应用潜力。
采用静电纺丝结合还原氮化法制备多孔TiN纤维,利用XRD、SEM、TEM和N2吸脱附等分析其结构,采用循环伏安和充放电测试其电化学性能。结果表明,纤维为立方TiN相,纤维连续,存在较为丰富的介孔结构,其比表面积为21.55 m2/g。电化学测试表明样品在不同扫率下的CV曲线均呈类矩形,由电流密度为20 mA/g时GCD曲线计算其比电容为24.03 F/g,在电流密度为50 mA/g时经4500次充放电循环后样品的比容量仍能保持90 %以上,当功率密度为0.02 kW/kg时样品的能量密度为3.3 Wh/kg。因此,采用本方法制备的多孔TiN纤维在超级电容器领域具有应用潜力。
2017, 46(10):3141-3145.
摘要:
利用北京同步辐射装置的SR-CT,通过图像的断层扫描及3D重建,对轧制复合-粉末冶金发泡工艺制备的泡沫铝夹芯板进行了泡孔结构演化的研究,分析了发泡过程中孔隙率的变化及大尺寸连通孔的形成原因。研究结果表明：具有微米级空间分辨率的SR-CT可清晰的观测到泡孔萌生及生长各阶段的泡沫结构。泡孔在发泡15~30s阶段生成,形状为垂直于轧制方向的类裂纹孔。发泡45s时泡孔开始发生明显合并,继续延长发泡时间易导致形成大尺寸连通孔。芯层泡沫铝的孔隙率在泡孔的萌生阶段及合并阶段增长幅度较大,减少混料时发泡剂的“团聚”及提高芯层粉末致密度可获得良好的芯层泡沫结构。
利用北京同步辐射装置的SR-CT,通过图像的断层扫描及3D重建,对轧制复合-粉末冶金发泡工艺制备的泡沫铝夹芯板进行了泡孔结构演化的研究,分析了发泡过程中孔隙率的变化及大尺寸连通孔的形成原因。研究结果表明：具有微米级空间分辨率的SR-CT可清晰的观测到泡孔萌生及生长各阶段的泡沫结构。泡孔在发泡15~30s阶段生成,形状为垂直于轧制方向的类裂纹孔。发泡45s时泡孔开始发生明显合并,继续延长发泡时间易导致形成大尺寸连通孔。芯层泡沫铝的孔隙率在泡孔的萌生阶段及合并阶段增长幅度较大,减少混料时发泡剂的“团聚”及提高芯层粉末致密度可获得良好的芯层泡沫结构。
2017, 46(10):3146-3150.
摘要:
采用真空感应熔炼与阶梯型铜模喷铸相结合方式，制备出SiC颗粒参与AZ91镁合金非平衡凝固试样，研究了异质颗粒含量与铜模冷速协同作用下亚快速凝固合金的组织演化规律。结果表明，相同铜模内径条件下，SiC颗粒的加入可以有效细化镁合金的凝固组织。400℃固溶处理后，晶界处β-Mg17Al12相消失，初生α-Mg晶粒由细小粒状分布向多边形组织发生转变。由于SiC颗粒对晶粒长大的钉扎效应，保温2h后原始细晶组织得以保存，晶粒尺寸趋于均匀。随铜模内径降低，冷却速度增大，合金细化效果更加明显。当SiC含量2wt%，铜模内径2mm时，非平衡凝固镁合金的显微硬度值最高，可达142Hv，相比铸态提高了87%。
采用真空感应熔炼与阶梯型铜模喷铸相结合方式，制备出SiC颗粒参与AZ91镁合金非平衡凝固试样，研究了异质颗粒含量与铜模冷速协同作用下亚快速凝固合金的组织演化规律。结果表明，相同铜模内径条件下，SiC颗粒的加入可以有效细化镁合金的凝固组织。400℃固溶处理后，晶界处β-Mg17Al12相消失，初生α-Mg晶粒由细小粒状分布向多边形组织发生转变。由于SiC颗粒对晶粒长大的钉扎效应，保温2h后原始细晶组织得以保存，晶粒尺寸趋于均匀。随铜模内径降低，冷却速度增大，合金细化效果更加明显。当SiC含量2wt%，铜模内径2mm时，非平衡凝固镁合金的显微硬度值最高，可达142Hv，相比铸态提高了87%。
2017, 46(10):3151-3155.
摘要:
研究了电解工艺制备铟微粉时,铟离子浓度、电流密度和连续电解时间对粉体纯度和粒度的影响。结果表明：当电工艺参数为NaCl浓度80g/L,极距5cm,硫脲浓度0.3g/L,明胶浓度0.5g/L,pH=2.5,添加剂聚乙烯吡咯烷酮用量为0.2g/L时,连续电解时间越长,所得粉体粒度越大；电流密度为130A/m2时,所得粉体粒度最小,纯度最高；In3+浓度对粉体粒度的影响最小,但对纯度影响最大；在此工艺参数和In3+浓度为30g/L,电流密度为130 A/cm2的条件下电解1h,可得到粒度小于100μm的铟微粉,其中粒度小于30μm的占75%。
研究了电解工艺制备铟微粉时,铟离子浓度、电流密度和连续电解时间对粉体纯度和粒度的影响。结果表明：当电工艺参数为NaCl浓度80g/L,极距5cm,硫脲浓度0.3g/L,明胶浓度0.5g/L,pH=2.5,添加剂聚乙烯吡咯烷酮用量为0.2g/L时,连续电解时间越长,所得粉体粒度越大；电流密度为130A/m2时,所得粉体粒度最小,纯度最高；In3+浓度对粉体粒度的影响最小,但对纯度影响最大；在此工艺参数和In3+浓度为30g/L,电流密度为130 A/cm2的条件下电解1h,可得到粒度小于100μm的铟微粉,其中粒度小于30μm的占75%。
2017, 46(10):3156-3159.
摘要:
用瞬间液相扩散连接方法,在650 ℃,2 Mpa压力下,真空保温2 h制备Ti-Al-304不锈钢复合板,并与550 ℃, 600 ℃ 真空热压扩散进行对比。采用SEM研究界面连接处的微观结构,选用EDS线扫描分析界面连接处的元素分布,利用XRD检测界面连接处的相组成。研究发现,瞬间液相扩散连接界面出现的位置与真空热压扩散不同,Al中间层可以起到阻止Fe元素向Ti基体中扩散形成Fe-Ti金属间脆性相的作用。该方法为研究钛钢复合板的制备提供了新思路。
用瞬间液相扩散连接方法,在650 ℃,2 Mpa压力下,真空保温2 h制备Ti-Al-304不锈钢复合板,并与550 ℃, 600 ℃ 真空热压扩散进行对比。采用SEM研究界面连接处的微观结构,选用EDS线扫描分析界面连接处的元素分布,利用XRD检测界面连接处的相组成。研究发现,瞬间液相扩散连接界面出现的位置与真空热压扩散不同,Al中间层可以起到阻止Fe元素向Ti基体中扩散形成Fe-Ti金属间脆性相的作用。该方法为研究钛钢复合板的制备提供了新思路。
2017, 46(10):3160-3168.
摘要:
金属增材制造技术可实现大型复杂钛合金零件的高性能自由实体成形，在航空、航天、动力、能源等领域的应用日益广泛。基于材料成形过程中组织和性能间的紧密关系，本文简述了增材制造Ti-6Al-4V合金的沉积态和热处理态组织及织构特征，拉伸和疲劳性能，指出了当前增材制造Ti-6Al-4V合金研究中存在的关键问题，并对增材制造Ti-6Al-4V合金的发展趋势进行了预测。
金属增材制造技术可实现大型复杂钛合金零件的高性能自由实体成形，在航空、航天、动力、能源等领域的应用日益广泛。基于材料成形过程中组织和性能间的紧密关系，本文简述了增材制造Ti-6Al-4V合金的沉积态和热处理态组织及织构特征，拉伸和疲劳性能，指出了当前增材制造Ti-6Al-4V合金研究中存在的关键问题，并对增材制造Ti-6Al-4V合金的发展趋势进行了预测。
2017, 46(10):2781-2784.
摘要:
采用RF磁控溅射技术在石英衬底上生长了厚度可调的锐钛矿相TiO2薄膜,继而采用光刻技术在薄膜上生长了Ag叉指电极,获得了MSM结构TiO2基紫外探测器。I-V特性测试结果表明Ag与TiO2之间表现出优良的欧姆接触特性,所制备探测器为欧姆接触。此外,TiO2薄膜厚度对探测器的光电性能影响显著,当薄膜厚度达到197 nm时,光电性能达到最高。此时,光电流高出暗电流近2.5个数量级,紫外光区的响应度高出可见光区近2个数量级。所制备Ag/TiO2MSM紫外探测器表现出高灵敏度和可见盲特性。
采用RF磁控溅射技术在石英衬底上生长了厚度可调的锐钛矿相TiO2薄膜,继而采用光刻技术在薄膜上生长了Ag叉指电极,获得了MSM结构TiO2基紫外探测器。I-V特性测试结果表明Ag与TiO2之间表现出优良的欧姆接触特性,所制备探测器为欧姆接触。此外,TiO2薄膜厚度对探测器的光电性能影响显著,当薄膜厚度达到197 nm时,光电性能达到最高。此时,光电流高出暗电流近2.5个数量级,紫外光区的响应度高出可见光区近2个数量级。所制备Ag/TiO2MSM紫外探测器表现出高灵敏度和可见盲特性。
2017, 46(10):2831-2836.
摘要:
对25vol% B4Cp2009/Al复合材料进行等温压缩实验,采用的温度范围为300℃—500℃,应变速率范围为0.001s-1—1s-1。结果表明,B4Cp2009/Al复合材料的高温流变曲线随着变形温度的升高和应变速率的降低而下降。对流变曲线进行了摩擦修正,修正后的流变应力值低于实验结果。摩擦力的影响随着温度的降低和应变速率的增大而更明显。随后构建了基于Arrhenius形式的本构方程,求解了不同应变量下的材料常数(α,n,Q和A)。与实验结果进行对比,利用构建的本构方程计算得到的流变应力值具有很高的计算精度,相关系数达到0.992。研究发现,较高的温度和较低的应变速率有助于B4Cp2009/Al复合材料的高温热变形。
对25vol% B4Cp2009/Al复合材料进行等温压缩实验,采用的温度范围为300℃—500℃,应变速率范围为0.001s-1—1s-1。结果表明,B4Cp2009/Al复合材料的高温流变曲线随着变形温度的升高和应变速率的降低而下降。对流变曲线进行了摩擦修正,修正后的流变应力值低于实验结果。摩擦力的影响随着温度的降低和应变速率的增大而更明显。随后构建了基于Arrhenius形式的本构方程,求解了不同应变量下的材料常数(α,n,Q和A)。与实验结果进行对比,利用构建的本构方程计算得到的流变应力值具有很高的计算精度,相关系数达到0.992。研究发现,较高的温度和较低的应变速率有助于B4Cp2009/Al复合材料的高温热变形。
2017, 46(10):2987-2992.
摘要:
采用高压扭转法在350℃下将纯钼粉末直接制备成致密体材料。用金相显微镜、显微维氏硬度计、扫描电镜和X射线衍射仪分析高压扭转过程中粉末颗粒孔隙闭合及性能强化规律。结果表明：高压扭转后钼颗粒粉末在剪切力作用下通过移动和变形相互啮合联结,颗粒间大块链状孔隙逐渐缩小、闭合,此时颗粒间界面结合较好；高压扭转前后材料内部亚晶尺寸由59.8nm细化到46.9nm,微观应变由1.04′10-4增大到1.12′10-3；晶粒细化和微观应变增大引起的晶格缺陷会促进晶粒内部位错增殖、缠结来强化基体。
采用高压扭转法在350℃下将纯钼粉末直接制备成致密体材料。用金相显微镜、显微维氏硬度计、扫描电镜和X射线衍射仪分析高压扭转过程中粉末颗粒孔隙闭合及性能强化规律。结果表明：高压扭转后钼颗粒粉末在剪切力作用下通过移动和变形相互啮合联结,颗粒间大块链状孔隙逐渐缩小、闭合,此时颗粒间界面结合较好；高压扭转前后材料内部亚晶尺寸由59.8nm细化到46.9nm,微观应变由1.04′10-4增大到1.12′10-3；晶粒细化和微观应变增大引起的晶格缺陷会促进晶粒内部位错增殖、缠结来强化基体。
