2018年第47卷第1期文章目次
2018, 47(1):1-6.
摘要:
本文研究了特定试验条件下,镍基单晶DD10取向偏离[001]的程度对其低周疲劳行为的影响。结果表明：取向偏离度对DD10合金的低周疲劳行为影响明显。疲劳寿命随取向偏离度的增加而明显降低,在同等偏离度下,晶体取向靠近[001]-[011]的合金低周寿命优于取向靠近[001]-[11]的合金；分析发现：不同取向偏离度合金DD10低周疲劳寿命的差异源于其每循环周次的可累计塑性变形的差异。另一方面,取向偏离度对疲劳总应力幅和塑性应变幅的影响却截然相反,但对疲劳裂纹萌生和扩展方式影响不大。
本文研究了特定试验条件下,镍基单晶DD10取向偏离[001]的程度对其低周疲劳行为的影响。结果表明：取向偏离度对DD10合金的低周疲劳行为影响明显。疲劳寿命随取向偏离度的增加而明显降低,在同等偏离度下,晶体取向靠近[001]-[011]的合金低周寿命优于取向靠近[001]-[11]的合金；分析发现：不同取向偏离度合金DD10低周疲劳寿命的差异源于其每循环周次的可累计塑性变形的差异。另一方面,取向偏离度对疲劳总应力幅和塑性应变幅的影响却截然相反,但对疲劳裂纹萌生和扩展方式影响不大。
2018, 47(1):7-12.
摘要:
本文研究了通过机械合金化+热压工艺制备的细晶Cr-NbCr2合金的热稳定性。结果表明：热暴露过程中,Cr基体的颗粒尺寸有一定程度的长大,而Laves相NbCr2颗粒由于其高热稳定性无明显变化。随着热暴露的进行,Cr基体颗粒与Laves相NbCr2颗粒间压应力增加,使得基体和Laves相中分别出现了位错和层错/孪晶结构。所有热暴露条件下的Cr-NbCr2合金的强度均不低于热压态的。在800-1200℃热暴露50h后,Cr-NbCr2合金仍保持了较高的屈服强度和良好的塑性。但随着热暴露时间的继续延长,此时颗粒的长大成为主导因素,使得Cr-NbCr2合金的屈服强度和塑性明显下降。
本文研究了通过机械合金化+热压工艺制备的细晶Cr-NbCr2合金的热稳定性。结果表明：热暴露过程中,Cr基体的颗粒尺寸有一定程度的长大,而Laves相NbCr2颗粒由于其高热稳定性无明显变化。随着热暴露的进行,Cr基体颗粒与Laves相NbCr2颗粒间压应力增加,使得基体和Laves相中分别出现了位错和层错/孪晶结构。所有热暴露条件下的Cr-NbCr2合金的强度均不低于热压态的。在800-1200℃热暴露50h后,Cr-NbCr2合金仍保持了较高的屈服强度和良好的塑性。但随着热暴露时间的继续延长,此时颗粒的长大成为主导因素,使得Cr-NbCr2合金的屈服强度和塑性明显下降。
2018, 47(1):13-19.
摘要:
采用氩弧熔覆技术，选择不同的BN/Ti摩尔比，在35CrMnSi钢表面原位合成了TiN-TiB2增强Ni基涂层；利用XRD、SEM和TEM等方法分析了涂层的显微组织和结构特征.试验结果表明，在BN/Ti摩尔比大于0.33时，熔覆组织主要由TiN, TiB2, TiB, Cr23C6和γ-Ni组成；随着BN/Ti摩尔比的增加，针状的TiB逐渐消失而棒状TiB2颗粒增多，且颗粒均匀细小；通过计算表明在试验温度下熔覆层中增强相的形核驱动力由大到小依次顺序为TiN-TiB2-TiB；探讨了Ti-BN-Ni体系中增强相的形成机制，当BN/Ti摩尔比为0.67时，熔覆层具有较高的平均硬度及优良的干滑动磨损性能。
采用氩弧熔覆技术，选择不同的BN/Ti摩尔比，在35CrMnSi钢表面原位合成了TiN-TiB2增强Ni基涂层；利用XRD、SEM和TEM等方法分析了涂层的显微组织和结构特征.试验结果表明，在BN/Ti摩尔比大于0.33时，熔覆组织主要由TiN, TiB2, TiB, Cr23C6和γ-Ni组成；随着BN/Ti摩尔比的增加，针状的TiB逐渐消失而棒状TiB2颗粒增多，且颗粒均匀细小；通过计算表明在试验温度下熔覆层中增强相的形核驱动力由大到小依次顺序为TiN-TiB2-TiB；探讨了Ti-BN-Ni体系中增强相的形成机制，当BN/Ti摩尔比为0.67时，熔覆层具有较高的平均硬度及优良的干滑动磨损性能。
2018, 47(1):20-25.
摘要:
CO2激光器熔覆1wt.%纳米CeO2和20wt.%WC添加的镍基合金涂层的磨损、显微组织与1wt.%纳米CeO2添加镍基合金涂层进行对比。上述两种涂层均熔覆在基体30CrMnSiNi2A上并呈优良冶金结合。超细碳化物WC对WC-CeO2/Ni涂层的显微组织影响由X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)连同能量色散谱(EDS),电子探针(EPMA)进行分析。添加WC后M23C6增多,而M7C3减少。通过维氏硬度计和磨损测试系统对有WC添加和无添加CeO2镍基合金涂层进行综合机械性能比。得出结论WC-CeO2/Ni涂层明显优于CeO2/Ni涂层。极少数热裂纹出现于WC-CeO2/Ni涂层,萌生并扩展于熔池凝固过程中,对此做了SEM和EDS分析。裂纹机理可归因为铁稀释和WC添加导致的涂层与基体30CrMnSiNi2A间线膨胀系数间差异。
CO2激光器熔覆1wt.%纳米CeO2和20wt.%WC添加的镍基合金涂层的磨损、显微组织与1wt.%纳米CeO2添加镍基合金涂层进行对比。上述两种涂层均熔覆在基体30CrMnSiNi2A上并呈优良冶金结合。超细碳化物WC对WC-CeO2/Ni涂层的显微组织影响由X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)连同能量色散谱(EDS),电子探针(EPMA)进行分析。添加WC后M23C6增多,而M7C3减少。通过维氏硬度计和磨损测试系统对有WC添加和无添加CeO2镍基合金涂层进行综合机械性能比。得出结论WC-CeO2/Ni涂层明显优于CeO2/Ni涂层。极少数热裂纹出现于WC-CeO2/Ni涂层,萌生并扩展于熔池凝固过程中,对此做了SEM和EDS分析。裂纹机理可归因为铁稀释和WC添加导致的涂层与基体30CrMnSiNi2A间线膨胀系数间差异。
2018, 47(1):26-32.
摘要:
本文研究了薄壁纯钛（CP-Ti）管在不同弯曲半径和不同材料性能下的多缺陷约束数控弯曲成形性能，通过显式/隐式三维有限元模型和实验研究了先进轻量化材料CP-Ti的成形潜力。主要结论如下：1）管材的硬化指数、厚向异性指数和杨氏模量的变化对弯曲成形性能有很大影响；2）与壁厚减薄和截面畸变相比，起皱失稳是抑制大直径薄壁CP-Ti管弯曲成形性能的主要缺陷。升高温度可以提高CP-Ti管的弯曲成形性能，特别是抗起皱性能。
本文研究了薄壁纯钛（CP-Ti）管在不同弯曲半径和不同材料性能下的多缺陷约束数控弯曲成形性能，通过显式/隐式三维有限元模型和实验研究了先进轻量化材料CP-Ti的成形潜力。主要结论如下：1）管材的硬化指数、厚向异性指数和杨氏模量的变化对弯曲成形性能有很大影响；2）与壁厚减薄和截面畸变相比，起皱失稳是抑制大直径薄壁CP-Ti管弯曲成形性能的主要缺陷。升高温度可以提高CP-Ti管的弯曲成形性能，特别是抗起皱性能。
2018, 47(1):33-38.
摘要:
激光冲击强化技术是一种新型的表面处理技术,它能够改善金属零件的疲劳性能,当考虑材料的抗疲劳性能时,表面粗糙度是一个关键参数。为了评估多点激光冲击强化表面粗糙度的变化规律,建立了三维有限元模型。采用一种改进的有限元分析方法获得零件表面节点的垂直位移,由数值模拟得到的离散化数据带入提出的表面粗糙度离散化公式,得到表面粗糙度Ra的值。数值模拟的结果与已有文献中的实验数据具有较好的一致性,验证了仿真模型的可行性。在此基础上,研究分析了搭接率、冲击次数和脉冲能量对表面粗糙度的响。
激光冲击强化技术是一种新型的表面处理技术,它能够改善金属零件的疲劳性能,当考虑材料的抗疲劳性能时,表面粗糙度是一个关键参数。为了评估多点激光冲击强化表面粗糙度的变化规律,建立了三维有限元模型。采用一种改进的有限元分析方法获得零件表面节点的垂直位移,由数值模拟得到的离散化数据带入提出的表面粗糙度离散化公式,得到表面粗糙度Ra的值。数值模拟的结果与已有文献中的实验数据具有较好的一致性,验证了仿真模型的可行性。在此基础上,研究分析了搭接率、冲击次数和脉冲能量对表面粗糙度的响。
2018, 47(1):39-42.
摘要:
本文利用扫描电镜及高分辨透射电镜对复合添加Cr、Bi元素的ZA84镁合金的时效硬化及微观组织进行了研究。其结果表明：在ZA84合金中复合添加微量的Cr、Bi元素能显著增强合金时效硬化效果。ZA84-0.2Cr-0.5Bi合金经160℃时效,在时效初期基体存在严重的晶格畸变并含有数量较多的晶体缺陷。峰时效阶段合金微观组织中析出大量呈棒状或块状的MgZn2相以及粒状的Bi2Mg3相,此时合计峰时效硬度达到92.48HV。随着时效时间的延长,沉淀相继续长大并粗化,其硬度也略有下降。
本文利用扫描电镜及高分辨透射电镜对复合添加Cr、Bi元素的ZA84镁合金的时效硬化及微观组织进行了研究。其结果表明：在ZA84合金中复合添加微量的Cr、Bi元素能显著增强合金时效硬化效果。ZA84-0.2Cr-0.5Bi合金经160℃时效,在时效初期基体存在严重的晶格畸变并含有数量较多的晶体缺陷。峰时效阶段合金微观组织中析出大量呈棒状或块状的MgZn2相以及粒状的Bi2Mg3相,此时合计峰时效硬度达到92.48HV。随着时效时间的延长,沉淀相继续长大并粗化,其硬度也略有下降。
2018, 47(1):82-88.
摘要:
皮尔格轧制变形对于锆合金管材的性能有着重要影响，受到学者们的高度重视。长期以来，由于皮尔格轧制是一个高度非线性的三维变形过程，开展实验研究不但成本高昂而且周期较长。本文以ABAQUS/standard平台，根据多行程皮尔格轧制的运动特点，建立了Zr-4合金管材皮尔格轧制有限元模型，并开展一整个道次的轧制过程模拟。模拟结果表明：预测的管材几何尺寸与实验结果吻合良好，而模拟的轧制力与经典的舍瓦金公式计算结果也比较相符，验证了所建立模型的准确性，可用于进一步仿真分析。模拟结果还表明开口处的管坯应力状态与轧槽底部管坯的应力状态有显著的差别。此外，轧制过程中还存在有明显的剪切变形，而且还有较大幅度的周期性波动，这主要与孔型开口以及管坯回转送进有关。
皮尔格轧制变形对于锆合金管材的性能有着重要影响，受到学者们的高度重视。长期以来，由于皮尔格轧制是一个高度非线性的三维变形过程，开展实验研究不但成本高昂而且周期较长。本文以ABAQUS/standard平台，根据多行程皮尔格轧制的运动特点，建立了Zr-4合金管材皮尔格轧制有限元模型，并开展一整个道次的轧制过程模拟。模拟结果表明：预测的管材几何尺寸与实验结果吻合良好，而模拟的轧制力与经典的舍瓦金公式计算结果也比较相符，验证了所建立模型的准确性，可用于进一步仿真分析。模拟结果还表明开口处的管坯应力状态与轧槽底部管坯的应力状态有显著的差别。此外，轧制过程中还存在有明显的剪切变形，而且还有较大幅度的周期性波动，这主要与孔型开口以及管坯回转送进有关。
2018, 47(1):89-92.
摘要:
通过氧化硼助熔剂法和放电等离子烧结技术制备了Mg2(1+x)Si0.27Ge0.05Sn0.65Sb0.03 (x = 0.05, 0.08)四元固溶体热电材料。测量了在300 K - 800 K 的温度区间内测试了所有四元固溶体试样的塞贝克系数、电导率和热导率。研究结果表明随着温度的升高电导率单调降低而塞贝克系数单调升高,所有样品的晶格热导率明显高于通过Abeles模型计算所得到的理论值。最高无量纲热电优值出现在x=0.08样品中,在800 K时达到最高值1.0.
通过氧化硼助熔剂法和放电等离子烧结技术制备了Mg2(1+x)Si0.27Ge0.05Sn0.65Sb0.03 (x = 0.05, 0.08)四元固溶体热电材料。测量了在300 K - 800 K 的温度区间内测试了所有四元固溶体试样的塞贝克系数、电导率和热导率。研究结果表明随着温度的升高电导率单调降低而塞贝克系数单调升高,所有样品的晶格热导率明显高于通过Abeles模型计算所得到的理论值。最高无量纲热电优值出现在x=0.08样品中,在800 K时达到最高值1.0.
2018, 47(1):93-98.
摘要:
生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织，力学性能，腐蚀行为通过光学显微镜，扫描电镜，力学测试以及模拟体液浸泡手段进行了研究。X射线衍射结果表明该合金的主要第二相为Mg7Zn3, Mg2Zn3, 和Mg4Zn7的金属间化合物相。经过56:1挤压比后的挤压态Mg-3Zn-0.2Ca合金的晶粒尺寸平均为2.5um，相比铸态的119.1um下降了47.6倍。屈服强度，抗拉强度以及延伸率分别为205MPa, 336MPa 和17.85%。挤压态合金的耐蚀性也明显优于铸态合金，其原因主要为晶粒细化。本文设计的新型生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金呈现出良好的综合力学性能以及耐蚀性。
生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织，力学性能，腐蚀行为通过光学显微镜，扫描电镜，力学测试以及模拟体液浸泡手段进行了研究。X射线衍射结果表明该合金的主要第二相为Mg7Zn3, Mg2Zn3, 和Mg4Zn7的金属间化合物相。经过56:1挤压比后的挤压态Mg-3Zn-0.2Ca合金的晶粒尺寸平均为2.5um，相比铸态的119.1um下降了47.6倍。屈服强度，抗拉强度以及延伸率分别为205MPa, 336MPa 和17.85%。挤压态合金的耐蚀性也明显优于铸态合金，其原因主要为晶粒细化。本文设计的新型生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金呈现出良好的综合力学性能以及耐蚀性。
2018, 47(1):99-102.
摘要:
本文基于密度泛函理论研究了H、O、P、S和N杂质以间隙式固溶于Ni(111)后对其变形能力的影响。发现：S、P在晶粒内部不稳定，不易存在于Ni(111)的间隙位置，而易向界面和表面扩散，H、O和N可在晶内分布，且N在Ni晶内分布的倾向性较大。对于Ni (111)<112>滑移系，P使得Ni层错能增大，而H、N、O、S降低了Ni的层错能，即H、N、O、S固溶于Ni使其沿(111)<112>滑移更为容易。总体来看，当外部环境介质H、N、O侵入到Ni基体时，由于使得体系的层错能降低，除产生的氧化、腐蚀等作用外，还使得该区域抵抗变形的能力下降，增大了蠕变变形的可能性。
本文基于密度泛函理论研究了H、O、P、S和N杂质以间隙式固溶于Ni(111)后对其变形能力的影响。发现：S、P在晶粒内部不稳定，不易存在于Ni(111)的间隙位置，而易向界面和表面扩散，H、O和N可在晶内分布，且N在Ni晶内分布的倾向性较大。对于Ni (111)<112>滑移系，P使得Ni层错能增大，而H、N、O、S降低了Ni的层错能，即H、N、O、S固溶于Ni使其沿(111)<112>滑移更为容易。总体来看，当外部环境介质H、N、O侵入到Ni基体时，由于使得体系的层错能降低，除产生的氧化、腐蚀等作用外，还使得该区域抵抗变形的能力下降，增大了蠕变变形的可能性。
2018, 47(1):108-112.
摘要:
为研究V元素对Ti合金弹性模量的影响，本文采用使用平面波展开的第一原理赝势法，对固溶状态下hcp结构的Ti-V合金的结构、弹性模量进行研究，结果表明V含量小于5.6at.%时合金呈稳定的hcp结构，且随V含量的增加，合金的体弹模量、剪切模量和杨氏模量单调减小，泊松比单调增大。
为研究V元素对Ti合金弹性模量的影响，本文采用使用平面波展开的第一原理赝势法，对固溶状态下hcp结构的Ti-V合金的结构、弹性模量进行研究，结果表明V含量小于5.6at.%时合金呈稳定的hcp结构，且随V含量的增加，合金的体弹模量、剪切模量和杨氏模量单调减小，泊松比单调增大。
2018, 47(1):113-118.
摘要:
以轴向拉压疲劳试验统计航空发动机叶片Tc4材料在不同应力比下的损伤及寿命分布,针对线性损伤模型的不足,基于Chaboche非线性损伤模型和第四强度理论,提出叶片Tc4材料的非线性损伤演化方程,并引入W?hler 曲线和BP神经网络计算结果进行比较。以压气机叶片在最大连续工作状态下流场仿真计算结果为依据,计算出叶片应力时间历程。基于应力强度干涉模型,从能量耗散角度描述Tc4材料的剩余强度模型结合泊松随机过程,完成航空发动机压气机叶片在最大连续工作状态下的可靠度预测。
以轴向拉压疲劳试验统计航空发动机叶片Tc4材料在不同应力比下的损伤及寿命分布,针对线性损伤模型的不足,基于Chaboche非线性损伤模型和第四强度理论,提出叶片Tc4材料的非线性损伤演化方程,并引入W?hler 曲线和BP神经网络计算结果进行比较。以压气机叶片在最大连续工作状态下流场仿真计算结果为依据,计算出叶片应力时间历程。基于应力强度干涉模型,从能量耗散角度描述Tc4材料的剩余强度模型结合泊松随机过程,完成航空发动机压气机叶片在最大连续工作状态下的可靠度预测。
2018, 47(1):119-123.
摘要:
以气体保护法制备的Mg-xCa-13Zn-0.5Nd（x=3,4,5,6）合金为研究对象，通过光学金相显微镜、扫描电镜观察、能谱分析、XRD物相分析以及硬度和常温力学性能测试，研究了因含Ca量的不同对该类型合金显微组织和力学性能的影响。合金铸态组织主要由α-Mg基体相、α-Mg+Mg6Zn3Ca2共晶相以及第二相Mg2Ca和Mg6Zn3Ca2组成，随着含Ca量的增加，晶粒明显细化。经390℃×8h固溶处理、240℃×8h人工时效处理后，消除了共晶组织连续网状分布状态，使更多的第二相析出且弥散分布，提高了合金的常温力学性能。Ca加入量为4%时，合金在T6处理后表现出最好的综合力学性能，峰时效态合金的屈服强度和抗拉强度达到108MPa和175MPa，伸长率为6.10%，该合金优异的力学性能主要是第二相强化和细晶强化的双重效果。
以气体保护法制备的Mg-xCa-13Zn-0.5Nd（x=3,4,5,6）合金为研究对象，通过光学金相显微镜、扫描电镜观察、能谱分析、XRD物相分析以及硬度和常温力学性能测试，研究了因含Ca量的不同对该类型合金显微组织和力学性能的影响。合金铸态组织主要由α-Mg基体相、α-Mg+Mg6Zn3Ca2共晶相以及第二相Mg2Ca和Mg6Zn3Ca2组成，随着含Ca量的增加，晶粒明显细化。经390℃×8h固溶处理、240℃×8h人工时效处理后，消除了共晶组织连续网状分布状态，使更多的第二相析出且弥散分布，提高了合金的常温力学性能。Ca加入量为4%时，合金在T6处理后表现出最好的综合力学性能，峰时效态合金的屈服强度和抗拉强度达到108MPa和175MPa，伸长率为6.10%，该合金优异的力学性能主要是第二相强化和细晶强化的双重效果。
2018, 47(1):124-130.
摘要:
通过GLEEBLE压缩实验获得铸态AZ31B镁合金真应力应变曲线,本文从真应力应变曲线出发,通过数值分析获得临界应力应变模型、饱和应力模型和稳态应力模型等多种应力模型。同时,结合位错理论和动态再结晶动力学,根据镁合金在变形过程中发生动态在结晶的临界点,将应力应变曲线分为两段,分别对以动态回复为主的曲线和以动态再结晶为主的曲线建立本构模型,分析并得出了动态再结晶百分数与基于动态再结晶下的流变应力之间变化规律。
通过GLEEBLE压缩实验获得铸态AZ31B镁合金真应力应变曲线,本文从真应力应变曲线出发,通过数值分析获得临界应力应变模型、饱和应力模型和稳态应力模型等多种应力模型。同时,结合位错理论和动态再结晶动力学,根据镁合金在变形过程中发生动态在结晶的临界点,将应力应变曲线分为两段,分别对以动态回复为主的曲线和以动态再结晶为主的曲线建立本构模型,分析并得出了动态再结晶百分数与基于动态再结晶下的流变应力之间变化规律。
2018, 47(1):131-138.
摘要:
在W-B2O3-Mg体系中引入不同含量的稀释剂NaCl,盐助燃烧合成了超细硼化钨粉体,利用XRD、SEM和EDS对合成粉体的相组成及粒度进行了分析。结果表明未加入NaCl时,燃烧合成产物浸出前主要是W2B5和MgO的混合团聚物,颗粒形貌接近于椭球形；加入NaCl后,除了W2B5和MgO外,还出现了新相WB,颗粒形貌不规则且有微弱团聚现象；浸出后产物主要由大量的小尺寸硼化钨颗粒组成,粉体组成由W2B5转变为W2B5+WB+B的复合物。浸出产物W与B元素的总含量均达到了98%以上,当NaCl含量k=5时达到了最大值98.51%；其平均粒度随NaCl含量的增加而减小,当k=20时达到粒度的最小值0.85μm。
在W-B2O3-Mg体系中引入不同含量的稀释剂NaCl,盐助燃烧合成了超细硼化钨粉体,利用XRD、SEM和EDS对合成粉体的相组成及粒度进行了分析。结果表明未加入NaCl时,燃烧合成产物浸出前主要是W2B5和MgO的混合团聚物,颗粒形貌接近于椭球形；加入NaCl后,除了W2B5和MgO外,还出现了新相WB,颗粒形貌不规则且有微弱团聚现象；浸出后产物主要由大量的小尺寸硼化钨颗粒组成,粉体组成由W2B5转变为W2B5+WB+B的复合物。浸出产物W与B元素的总含量均达到了98%以上,当NaCl含量k=5时达到了最大值98.51%；其平均粒度随NaCl含量的增加而减小,当k=20时达到粒度的最小值0.85μm。
2018, 47(1):139-145.
摘要:
采用真空非自耗电弧炉制备了不同Fe含量的Nb-16Si-22Ti-2Cr-2Al-2Hf-xFe(x=0,1,2,3,原子百分数)四种合金。采用XRD对合金相结构分析表明,制备的合金由Nbss相,Nb3Si相及Nb5Si3相组成。微观组织分析发现,随着Fe元素含量的增加,促进共析反应Nb3Si→Nbss+Nb5Si3的进行,合金相组成由Nbss+Nb3Si转变为Nbss+Nb5Si3。Nb3Si组织由连续变成分散的块状,体积分数减小,Nbss相由树枝晶状转变为等轴晶状,平均晶粒大小约5μm,体积分数有所增加。采用Gleeble-1500热模拟机对合金进行高温压缩实验,发现随着Fe元素含量的增加,压缩温度的升高及应变速率的降低,合金压缩开裂倾向减小,应力峰值降低,变形能力增加。Fe元素的添加令Nb-Si基超高温合金具有更好的高温塑性变形能力,对改善Nb-Si合金的热加工性能具有重要的意义。
采用真空非自耗电弧炉制备了不同Fe含量的Nb-16Si-22Ti-2Cr-2Al-2Hf-xFe(x=0,1,2,3,原子百分数)四种合金。采用XRD对合金相结构分析表明,制备的合金由Nbss相,Nb3Si相及Nb5Si3相组成。微观组织分析发现,随着Fe元素含量的增加,促进共析反应Nb3Si→Nbss+Nb5Si3的进行,合金相组成由Nbss+Nb3Si转变为Nbss+Nb5Si3。Nb3Si组织由连续变成分散的块状,体积分数减小,Nbss相由树枝晶状转变为等轴晶状,平均晶粒大小约5μm,体积分数有所增加。采用Gleeble-1500热模拟机对合金进行高温压缩实验,发现随着Fe元素含量的增加,压缩温度的升高及应变速率的降低,合金压缩开裂倾向减小,应力峰值降低,变形能力增加。Fe元素的添加令Nb-Si基超高温合金具有更好的高温塑性变形能力,对改善Nb-Si合金的热加工性能具有重要的意义。
2018, 47(1):146-150.
摘要:
本文通过电弧熔炼和熔体快淬技术制备了不同甩帯速度和Ce含量的(Nd1-xCex)2Fe14B合金薄带,研究发现,薄带主要由主相Nd2Fe14B和一定量α-Fe相组成。不同的甩带速度对样品的磁性能影响显著,其中甩带速度为30m/s所制备薄带的磁性能最佳。随着Ce含量的增加,薄带的磁性能整体呈下降趋势,矫顽力从x=0时的800kA/m下降到x=0.5时的413kA/m。但在x=0.2时,矫顽力可达594 kA/m,呈现反常增加现象,这与物质稀释定律相反,这可能归因于Ce混合价态所导致的相分离。x=0.25时,相比未添加Ce的样品,最大磁能积几乎没有下降,这表明Ce在稀土永磁中应用潜力巨大。
本文通过电弧熔炼和熔体快淬技术制备了不同甩帯速度和Ce含量的(Nd1-xCex)2Fe14B合金薄带,研究发现,薄带主要由主相Nd2Fe14B和一定量α-Fe相组成。不同的甩带速度对样品的磁性能影响显著,其中甩带速度为30m/s所制备薄带的磁性能最佳。随着Ce含量的增加,薄带的磁性能整体呈下降趋势,矫顽力从x=0时的800kA/m下降到x=0.5时的413kA/m。但在x=0.2时,矫顽力可达594 kA/m,呈现反常增加现象,这与物质稀释定律相反,这可能归因于Ce混合价态所导致的相分离。x=0.25时,相比未添加Ce的样品,最大磁能积几乎没有下降,这表明Ce在稀土永磁中应用潜力巨大。
2018, 47(1):151-156.
摘要:
通过高温高压腐蚀速率和应力腐蚀开裂(SCC)性能评价试验,辅以原位电化学测试分析,研究TC4钛合金石油管材在苛刻CO2环境中的腐蚀行为和耐蚀机理。结果表明：TC4钛合金在高温高压CO2腐蚀环境中具有极其优越的抗均匀腐蚀、局部腐蚀和SCC性能,在高达220℃的温度条件下均匀腐蚀速率仅为0.0012mm/a。TC4钛合金在CO2环境中的阳极极化曲线均有明显钝化区,腐蚀反应为阳极过程控制；随温度升高,TC4钛合金的自腐蚀电位降低,极化电阻减小,电化学腐蚀的热力学驱动力增大,而动力学阻滞性能减弱,腐蚀速率增大；但在高温CO2腐蚀环境中,TC4钛合金的保护电位和点蚀电位较高,仍具有良好的钝化和再钝化能力,其在180℃时的极化电阻高达2328.2Ω.cm2,具有良好的抗CO2腐蚀性能。
通过高温高压腐蚀速率和应力腐蚀开裂(SCC)性能评价试验,辅以原位电化学测试分析,研究TC4钛合金石油管材在苛刻CO2环境中的腐蚀行为和耐蚀机理。结果表明：TC4钛合金在高温高压CO2腐蚀环境中具有极其优越的抗均匀腐蚀、局部腐蚀和SCC性能,在高达220℃的温度条件下均匀腐蚀速率仅为0.0012mm/a。TC4钛合金在CO2环境中的阳极极化曲线均有明显钝化区,腐蚀反应为阳极过程控制；随温度升高,TC4钛合金的自腐蚀电位降低,极化电阻减小,电化学腐蚀的热力学驱动力增大,而动力学阻滞性能减弱,腐蚀速率增大；但在高温CO2腐蚀环境中,TC4钛合金的保护电位和点蚀电位较高,仍具有良好的钝化和再钝化能力,其在180℃时的极化电阻高达2328.2Ω.cm2,具有良好的抗CO2腐蚀性能。
2018, 47(1):157-161.
摘要:
通过密度泛函理论研究了NaMgH3和M(Li/K)替代部分Na体系的电子结构和放氢热力学性质。计算了掺杂体系沿着4条可能的反应路径的反应焓,表明掺杂体系以反应(5)式放氢的可能性最大。Li替代部分Na后降低了体系的反应焓,改善了体系的放氢热力学性能；而K掺杂体系的反应焓变化不明显。通过对电子态密度和键布局的分析表明：Li的掺入降低了离子对价带的贡献,同时减弱了Li与H之间的相互作用,这有利于体系放氢。计算Li在不同掺杂浓度下的反应焓,表明随着Li掺杂量的增加,掺杂体系放氢热力学性能逐步改善,但Li的掺杂量不能超过50.00%。
通过密度泛函理论研究了NaMgH3和M(Li/K)替代部分Na体系的电子结构和放氢热力学性质。计算了掺杂体系沿着4条可能的反应路径的反应焓,表明掺杂体系以反应(5)式放氢的可能性最大。Li替代部分Na后降低了体系的反应焓,改善了体系的放氢热力学性能；而K掺杂体系的反应焓变化不明显。通过对电子态密度和键布局的分析表明：Li的掺入降低了离子对价带的贡献,同时减弱了Li与H之间的相互作用,这有利于体系放氢。计算Li在不同掺杂浓度下的反应焓,表明随着Li掺杂量的增加,掺杂体系放氢热力学性能逐步改善,但Li的掺杂量不能超过50.00%。
2018, 47(1):162-168.
摘要:
以Al-6Mg-0.8Zn-0.5Mn-0.2Zr-0.2Er合金为基础,对该材料的冷轧态,温轧态,完全退火态进行从室温降到77K时的拉伸测试和冲击性能测试。运用电子背散射衍射(EBSD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM)对合金的原始组织,拉伸断口,冲击断口进行观察,研究不同温度下微观组织对材料拉伸性能及冲击性能的影响。结果表明：随着测试温度的升高,样品的抗拉强度、屈服强度及冲击韧性均逐渐降低；温轧的H114态由于位错缠结规整,亚晶界比较多等原因保持了较高的强度和冲击韧性,实现了高强高韧性能的匹配。
以Al-6Mg-0.8Zn-0.5Mn-0.2Zr-0.2Er合金为基础,对该材料的冷轧态,温轧态,完全退火态进行从室温降到77K时的拉伸测试和冲击性能测试。运用电子背散射衍射(EBSD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM)对合金的原始组织,拉伸断口,冲击断口进行观察,研究不同温度下微观组织对材料拉伸性能及冲击性能的影响。结果表明：随着测试温度的升高,样品的抗拉强度、屈服强度及冲击韧性均逐渐降低；温轧的H114态由于位错缠结规整,亚晶界比较多等原因保持了较高的强度和冲击韧性,实现了高强高韧性能的匹配。
2018, 47(1):175-180.
摘要:
采用电子束选区熔化技术制造了Ti6Al4V和316L不锈钢两种不同材料的叶轮体，通过对比分析微观组织结构，测量尺寸精度，表面粗糙度，硬度，致密度和抗拉强度等方面性质，探讨利用增材制造技术制造叶轮体在工业上运用的可行性。结果表明：制造的Ti6Al4V和316L不锈钢叶轮体抗拉强度分别为560MPa~700 MPa和996MPa~1120MPa，均高于一般锻造标准强度水平，达到工业使用要求。钛合金叶轮体内部存在沿成形方向生长的柱状晶，组织为网篮组织，而成形截面较小的区域晶粒较为粗大，为粗片状的α+β相。不锈钢叶轮体内部存在有规律的鱼鳞状的扫描道熔合痕迹，存在部分粗化的枝晶。
采用电子束选区熔化技术制造了Ti6Al4V和316L不锈钢两种不同材料的叶轮体，通过对比分析微观组织结构，测量尺寸精度，表面粗糙度，硬度，致密度和抗拉强度等方面性质，探讨利用增材制造技术制造叶轮体在工业上运用的可行性。结果表明：制造的Ti6Al4V和316L不锈钢叶轮体抗拉强度分别为560MPa~700 MPa和996MPa~1120MPa，均高于一般锻造标准强度水平，达到工业使用要求。钛合金叶轮体内部存在沿成形方向生长的柱状晶，组织为网篮组织，而成形截面较小的区域晶粒较为粗大，为粗片状的α+β相。不锈钢叶轮体内部存在有规律的鱼鳞状的扫描道熔合痕迹，存在部分粗化的枝晶。
2018, 47(1):181-186.
摘要:
通过Calphad方法优化了Ti-Al-Fe-Mn四元系数据库,利用此数据库计算了四个子三系相关相变温度,并与已有的实验数据进行了对比和讨论,结果符合很好,证明了由此四元数据库计算各相变温度的可靠性。再通过该数据库计算了Ti-Al-Fe-Mn四元系一系列合金的α+β/β相变温度,并将计算结果与前人的经验公式计算结果进行了对比,在此基础上建立了更准确的计算该体系相变温度的经验公式。上述结果可为钛合金相变温度的确定提供一种可行的方法。
通过Calphad方法优化了Ti-Al-Fe-Mn四元系数据库,利用此数据库计算了四个子三系相关相变温度,并与已有的实验数据进行了对比和讨论,结果符合很好,证明了由此四元数据库计算各相变温度的可靠性。再通过该数据库计算了Ti-Al-Fe-Mn四元系一系列合金的α+β/β相变温度,并将计算结果与前人的经验公式计算结果进行了对比,在此基础上建立了更准确的计算该体系相变温度的经验公式。上述结果可为钛合金相变温度的确定提供一种可行的方法。
2018, 47(1):187-190.
摘要:
采用常压化学气相沉积方法在1150℃下成功制备了组织致密的金属铌涂层,沉积速率达到了250μm/h。通过对沉积后沿进气方向涂层厚度分析,确定了不同位置NbF5、H2、HF及Ar的摩尔百分比,对数据进行拟合获得了与实验结果吻合较好生长动力学方程。进一步分析动力学方程可知副产物HF对于沉积速率影响较大而Ar几乎没有影响。
采用常压化学气相沉积方法在1150℃下成功制备了组织致密的金属铌涂层,沉积速率达到了250μm/h。通过对沉积后沿进气方向涂层厚度分析,确定了不同位置NbF5、H2、HF及Ar的摩尔百分比,对数据进行拟合获得了与实验结果吻合较好生长动力学方程。进一步分析动力学方程可知副产物HF对于沉积速率影响较大而Ar几乎没有影响。
2018, 47(1):191-196.
摘要:
为了探讨AlCrFeNiTi高熵合金的热稳定性,采用氩气保护下真空电弧熔炼法制备铸态合金,在不同加热温度和保温时间下对合金进行热处理并测定其硬度变化曲线,研究合金的硬度与显微组织之间的关系；最后利用反向传播人工神经网络建立合金的加热温度时间—硬度关系网络,实现对合金硬度的预测。结果表明：铸态AlCrFeNiTi高熵合金由两个简单体心立方结构固溶体组成,显微组织是由枝晶、枝晶间和(α+β)共晶组织组成的典型高熵合金枝晶组织；合金经过400~900℃的加热和0.5~10h的保温处理后空冷,合金能在一定程度上保持原始铸态下的组织和枝晶相含量,硬度依旧保持在HV400以上,表现出良好的热稳定性；建立的AlCrFeNiTi高熵合金加热温度时间—硬度神经网络有着良好的精度和适用性,对工业应用具有指导作用。
为了探讨AlCrFeNiTi高熵合金的热稳定性,采用氩气保护下真空电弧熔炼法制备铸态合金,在不同加热温度和保温时间下对合金进行热处理并测定其硬度变化曲线,研究合金的硬度与显微组织之间的关系；最后利用反向传播人工神经网络建立合金的加热温度时间—硬度关系网络,实现对合金硬度的预测。结果表明：铸态AlCrFeNiTi高熵合金由两个简单体心立方结构固溶体组成,显微组织是由枝晶、枝晶间和(α+β)共晶组织组成的典型高熵合金枝晶组织；合金经过400~900℃的加热和0.5~10h的保温处理后空冷,合金能在一定程度上保持原始铸态下的组织和枝晶相含量,硬度依旧保持在HV400以上,表现出良好的热稳定性；建立的AlCrFeNiTi高熵合金加热温度时间—硬度神经网络有着良好的精度和适用性,对工业应用具有指导作用。
2018, 47(1):197-200.
摘要:
采用传统固相烧结法制备多铁性Bi0.8Ba0.2Fe0.9M0.1O3(M = Cr、Mn和Ti)陶瓷。X射线衍射图谱(XRD)表明该材料为纯相菱形钙钛矿结构,属于R3c空间点群。铁电测试结果表明,Bi0.8Ba0.2Fe0.9Ti0.1O3陶瓷具有室温下的最大剩余极化值(2Pr)为0.64 μC/cm2和低频时的最小介电常数值(ε)为140。同时,所有样品的介电常数和介电损耗均随着频率的增加而降低且在高频时趋于稳定。磁性测试结果表明,Bi0.8Ba0.2Fe0.9Mn0.1O3陶瓷具有室温下的最大剩余磁化值(2Mr)为1.46emu/g。显著的磁极化前后P-E回线变化被观察到,这直接说明了多铁性Bi0.8Ba0.2Fe0.9M0.1O3(M = Cr、Mn和Ti)陶瓷中存在磁电耦合效应,且Bi0.8Ba0.2Fe0.9Cr0.1O3样品具有最显著的磁电耦合效应值为5.8 mJ/cm3。
采用传统固相烧结法制备多铁性Bi0.8Ba0.2Fe0.9M0.1O3(M = Cr、Mn和Ti)陶瓷。X射线衍射图谱(XRD)表明该材料为纯相菱形钙钛矿结构,属于R3c空间点群。铁电测试结果表明,Bi0.8Ba0.2Fe0.9Ti0.1O3陶瓷具有室温下的最大剩余极化值(2Pr)为0.64 μC/cm2和低频时的最小介电常数值(ε)为140。同时,所有样品的介电常数和介电损耗均随着频率的增加而降低且在高频时趋于稳定。磁性测试结果表明,Bi0.8Ba0.2Fe0.9Mn0.1O3陶瓷具有室温下的最大剩余磁化值(2Mr)为1.46emu/g。显著的磁极化前后P-E回线变化被观察到,这直接说明了多铁性Bi0.8Ba0.2Fe0.9M0.1O3(M = Cr、Mn和Ti)陶瓷中存在磁电耦合效应,且Bi0.8Ba0.2Fe0.9Cr0.1O3样品具有最显著的磁电耦合效应值为5.8 mJ/cm3。
2018, 47(1):201-206.
摘要:
采用微观相场法，利用Khachaturyan所给原子间相互作用势与长程序参数关系方程，计算出Ni0.75AlxV0.25-x合金L10、L12和DO22相第一近邻原子间相互作用势，并用计算的原子间相互作用势模拟了Ni0.75AlxV0.25-x合金沉淀过程以及最终形貌。计算结果表明， L10、L12和DO22相第一近邻原子间相互作用势随温度增大而增大，随浓度增大而增大，且计算得到的随温度和浓度变化的原子间相互作用势与之前的实验值符合较好。计算的原子间相互作用势的模拟结果能依次得到预析出相L10、稳定相L12和第二相DO22，且合金沉淀形貌与实验结果吻合。相场法反演原子间相互作用势，拓宽了相场法在合金设计中的应用范围。
采用微观相场法，利用Khachaturyan所给原子间相互作用势与长程序参数关系方程，计算出Ni0.75AlxV0.25-x合金L10、L12和DO22相第一近邻原子间相互作用势，并用计算的原子间相互作用势模拟了Ni0.75AlxV0.25-x合金沉淀过程以及最终形貌。计算结果表明， L10、L12和DO22相第一近邻原子间相互作用势随温度增大而增大，随浓度增大而增大，且计算得到的随温度和浓度变化的原子间相互作用势与之前的实验值符合较好。计算的原子间相互作用势的模拟结果能依次得到预析出相L10、稳定相L12和第二相DO22，且合金沉淀形貌与实验结果吻合。相场法反演原子间相互作用势，拓宽了相场法在合金设计中的应用范围。
2018, 47(1):207-213.
摘要:
Gleeble-3800热模拟试验机对Mo-Nb单晶材料的高温流变应力变化规律进行了热模拟实验研究，变形温度区间为1100~1350℃、应变速率为0.001~10s-1、变形程度为50%，真应变量为0.7。结果表明，变形温度和变形速率对Mo-Nb单晶材料的流变应力对有较大影响，Mo-Nb单晶材料的真应力-真应变曲线表现出峰值、应变软化和稳态流动等特征。采用修正Arrhenius双曲正弦函数建立了Q、A、n、α等材料常数与真应变的函数关系式，计算了在试验条件下的各种材料参数，推导了Mo-Nb单晶材料高温变形本构方程。
Gleeble-3800热模拟试验机对Mo-Nb单晶材料的高温流变应力变化规律进行了热模拟实验研究，变形温度区间为1100~1350℃、应变速率为0.001~10s-1、变形程度为50%，真应变量为0.7。结果表明，变形温度和变形速率对Mo-Nb单晶材料的流变应力对有较大影响，Mo-Nb单晶材料的真应力-真应变曲线表现出峰值、应变软化和稳态流动等特征。采用修正Arrhenius双曲正弦函数建立了Q、A、n、α等材料常数与真应变的函数关系式，计算了在试验条件下的各种材料参数，推导了Mo-Nb单晶材料高温变形本构方程。
2018, 47(1):214-218.
摘要:
采用铜模吸铸法制备了直径d为2 mm的Fe72-xNd7B21Nbx(x=0~4.0)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)和多功能物理性质测量系统(PPMS)研究了Nb含量对该体系合金非晶形成能力、晶化行为及磁性能的影响。结果表明：适当的添加Nb有助于提高该体系合金的非晶形成能力,当Nb含量为2.0 at%、2.2 at%和2.5 at%时,可以获得基本为非晶结构的块体合金。Nb含量对该体系合金的晶化行为有着重要影响,Nb含量为2.5 at%的合金在晶化过程中能有效抑制非磁性相的析出,增强了晶粒间的交换耦合作用,使得其剩磁得到明显的提高,具有最佳的综合磁性能：Br=0.63 T,Hci =448.97 kA/m,(BH)max=4.54 MGOe。
采用铜模吸铸法制备了直径d为2 mm的Fe72-xNd7B21Nbx(x=0~4.0)块体合金,利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)和多功能物理性质测量系统(PPMS)研究了Nb含量对该体系合金非晶形成能力、晶化行为及磁性能的影响。结果表明：适当的添加Nb有助于提高该体系合金的非晶形成能力,当Nb含量为2.0 at%、2.2 at%和2.5 at%时,可以获得基本为非晶结构的块体合金。Nb含量对该体系合金的晶化行为有着重要影响,Nb含量为2.5 at%的合金在晶化过程中能有效抑制非磁性相的析出,增强了晶粒间的交换耦合作用,使得其剩磁得到明显的提高,具有最佳的综合磁性能：Br=0.63 T,Hci =448.97 kA/m,(BH)max=4.54 MGOe。
2018, 47(1):219-222.
摘要:
利用等离子喷涂和重熔技术制备多孔型镍基自熔性合金涂层,采用扫描电镜、显微硬度计、材料试验机、热膨胀仪等设备对涂层的微观组织、热膨胀系数和压缩过程中的力学性能进行分析。结果表明,涂层中存在封闭孔洞,形态近似球形,直径在30-100 μm；孔隙率由0.53%上升至30.6%时,涂层材料的弹性模量下降69.5%,弹性变形范围上升68.7%；在40-220℃的范围内,多孔涂层的平均线膨胀系数随着孔隙率的增加而下降。球形闭孔的存在提升了原有材料的弹性变形范围,降低了热膨胀系数,使其可以实现低膨胀、高回弹的功能。
利用等离子喷涂和重熔技术制备多孔型镍基自熔性合金涂层,采用扫描电镜、显微硬度计、材料试验机、热膨胀仪等设备对涂层的微观组织、热膨胀系数和压缩过程中的力学性能进行分析。结果表明,涂层中存在封闭孔洞,形态近似球形,直径在30-100 μm；孔隙率由0.53%上升至30.6%时,涂层材料的弹性模量下降69.5%,弹性变形范围上升68.7%；在40-220℃的范围内,多孔涂层的平均线膨胀系数随着孔隙率的增加而下降。球形闭孔的存在提升了原有材料的弹性变形范围,降低了热膨胀系数,使其可以实现低膨胀、高回弹的功能。
2018, 47(1):223-228.
摘要:
在异步速比为1.7的异步轧制工艺下冷轧制备Cu/Al-Si复合板,不同Si含量的Cu/Al-Si复合板在400℃退火30min后界面获得均匀厚度的金属间化合物。利用OM、SEM、EPMA、XRD、拉伸机等设备分析发现：复合板金属间化合物的厚度在Si含量为8.66%时最大；随着Si含量的增加,复合板的抗拉强度增大,延伸率、剥离强度减小,在Si含量为4.84%时综合性能最好,抗拉强度和延伸率分别为188.63MPa、39.1%；Cu侧的拉伸断口形貌主要呈山脊状,Al-Si合金侧中心区域出现韧窝,韧窝数量随Si含量增加而增加。
在异步速比为1.7的异步轧制工艺下冷轧制备Cu/Al-Si复合板,不同Si含量的Cu/Al-Si复合板在400℃退火30min后界面获得均匀厚度的金属间化合物。利用OM、SEM、EPMA、XRD、拉伸机等设备分析发现：复合板金属间化合物的厚度在Si含量为8.66%时最大；随着Si含量的增加,复合板的抗拉强度增大,延伸率、剥离强度减小,在Si含量为4.84%时综合性能最好,抗拉强度和延伸率分别为188.63MPa、39.1%；Cu侧的拉伸断口形貌主要呈山脊状,Al-Si合金侧中心区域出现韧窝,韧窝数量随Si含量增加而增加。
2018, 47(1):229-234.
摘要:
采用光学显微镜(OM)、配有能谱(EDS)的场发射扫描电子显微镜(SEM)、室温拉伸试验等研究了析出相对AZ91镁合金在不同变形量和道次轧制后的微观组织、变形机制及边裂行为的影响。实验结果表明：对铸态AZ91镁合金而言,小压下量、多道次轧制可减少边部裂纹的产生,提高轧制成形能力；在轧制变形过程中,析出相由片层状向球状颗粒转变,且粒度更小,球状颗粒状第二相在轧制变形过程中可以通过促进孪晶细化和动态再结晶,从而有利于抑制裂纹的萌生；热轧后室温拉伸断口呈现较强的沿晶断裂特征,微裂纹主要分布在Mg/Mg17Al12相界面结合处及较粗大的第二相附近。在拉伸变形过程中,球状析出相颗粒成为微裂纹萌生的源头,微裂纹进一步扩展并形成宏观裂纹。
采用光学显微镜(OM)、配有能谱(EDS)的场发射扫描电子显微镜(SEM)、室温拉伸试验等研究了析出相对AZ91镁合金在不同变形量和道次轧制后的微观组织、变形机制及边裂行为的影响。实验结果表明：对铸态AZ91镁合金而言,小压下量、多道次轧制可减少边部裂纹的产生,提高轧制成形能力；在轧制变形过程中,析出相由片层状向球状颗粒转变,且粒度更小,球状颗粒状第二相在轧制变形过程中可以通过促进孪晶细化和动态再结晶,从而有利于抑制裂纹的萌生；热轧后室温拉伸断口呈现较强的沿晶断裂特征,微裂纹主要分布在Mg/Mg17Al12相界面结合处及较粗大的第二相附近。在拉伸变形过程中,球状析出相颗粒成为微裂纹萌生的源头,微裂纹进一步扩展并形成宏观裂纹。
2018, 47(1):235-241.
摘要:
柱状晶DZ125合金在铸态条件下进行不同强度的表面吹砂,然后进行标准热处理获得不同厚度的再结晶层,并测定出合金的蠕变寿命,对比分析再结晶及其厚度对合金蠕变性能的影响,采用扫描电镜对铸态、热处理态和蠕变断裂后合金的微观组织进行观察,试验结果表明：柱状晶DZ125合金在不同吹砂强度条件下,热处理后合金表面发生再结晶厚度不同,随吹砂强度的增大再结晶层的厚度增大。铸态DZ125柱状晶合金中的碳化物呈片状、条状或颗粒状,经标准热处理后合金中的碳化物部分发生溶解,片状碳化物尺寸减小,碳化物表面出现孔洞,条状碳化物转变为颗粒状,原有颗粒状碳化物尺寸降低。再结晶后,晶界析出少量颗粒状碳化物。具有不同再结晶厚度的2mm和4mm片状试样,在980℃/235MPa条件下的蠕变寿命相当,与未发生再结晶的柱状晶合金相比寿命降低30%。蠕变期间再结晶晶界碳化物发生了积聚和长大,这有利于提高再结晶晶界强度。蠕变期间断裂裂纹主要沿与应力轴垂直的再结晶晶界萌生,在柱状晶合金内部也存在裂纹萌生点。再结晶晶粒内发生了γ′相筏形化,说明柱状晶再结晶晶界虽然弱化了合金的蠕变强度,但其本身也具有一定的强度。
柱状晶DZ125合金在铸态条件下进行不同强度的表面吹砂,然后进行标准热处理获得不同厚度的再结晶层,并测定出合金的蠕变寿命,对比分析再结晶及其厚度对合金蠕变性能的影响,采用扫描电镜对铸态、热处理态和蠕变断裂后合金的微观组织进行观察,试验结果表明：柱状晶DZ125合金在不同吹砂强度条件下,热处理后合金表面发生再结晶厚度不同,随吹砂强度的增大再结晶层的厚度增大。铸态DZ125柱状晶合金中的碳化物呈片状、条状或颗粒状,经标准热处理后合金中的碳化物部分发生溶解,片状碳化物尺寸减小,碳化物表面出现孔洞,条状碳化物转变为颗粒状,原有颗粒状碳化物尺寸降低。再结晶后,晶界析出少量颗粒状碳化物。具有不同再结晶厚度的2mm和4mm片状试样,在980℃/235MPa条件下的蠕变寿命相当,与未发生再结晶的柱状晶合金相比寿命降低30%。蠕变期间再结晶晶界碳化物发生了积聚和长大,这有利于提高再结晶晶界强度。蠕变期间断裂裂纹主要沿与应力轴垂直的再结晶晶界萌生,在柱状晶合金内部也存在裂纹萌生点。再结晶晶粒内发生了γ′相筏形化,说明柱状晶再结晶晶界虽然弱化了合金的蠕变强度,但其本身也具有一定的强度。
2018, 47(1):242-248.
摘要:
基于密度泛函第一性原理平面波赝势方法对Lu2O3六方、单斜和立方三种结构进行计算。结合能结果表明C型Ia3立方结构最稳定。立方Lu2O3的力学、热力学、电子结构以及光学性质计算表明：Lu2O3有良好的韧性和弹性各向异性特征；热力学稳定性较好；Lu2O3为直接带隙,位于导带底的电子有效质量小,非局域程度高；价带顶到导带底跃迁主要源于Lu-4f和O-2p电子。Lu原子5d轨道和O原子2p轨道的强烈杂化形成Lu–O共价键；Lu2O3最大光反射率为0.36,在3~10eV能量范围内其光吸收能力较强,近红外线和可见光范围内有优异透光性能,是良好光绝缘性材料。
基于密度泛函第一性原理平面波赝势方法对Lu2O3六方、单斜和立方三种结构进行计算。结合能结果表明C型Ia3立方结构最稳定。立方Lu2O3的力学、热力学、电子结构以及光学性质计算表明：Lu2O3有良好的韧性和弹性各向异性特征；热力学稳定性较好；Lu2O3为直接带隙,位于导带底的电子有效质量小,非局域程度高；价带顶到导带底跃迁主要源于Lu-4f和O-2p电子。Lu原子5d轨道和O原子2p轨道的强烈杂化形成Lu–O共价键；Lu2O3最大光反射率为0.36,在3~10eV能量范围内其光吸收能力较强,近红外线和可见光范围内有优异透光性能,是良好光绝缘性材料。
2018, 47(1):249-254.
摘要:
通过在NaOH和Na2SiO3组成的基础电解液中，分别不加及加入KF，对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理，研究了KF的有无对镁合金微弧氧化膜的生长、微观结构及耐蚀性能的影响。结果表明：与不加KF相比，加入KF后，试样的起弧电压明显降低，击穿变得剧烈，试样表面火花较大，膜层的生长速率明显提高，膜层厚度显著增大，表面孔隙率稍有增大，但表面微孔数量减少。KF的加入有利于MgF2、MgAl2O4的生成，与同样来自电解液的Si、O两元素相比，F-更易被基体中的Mg所吸附，也容易通过已成膜层迁移到膜层的内部。电解液中含有KF时，膜层厚度显著增大，MgAl2O4物相含量增加，并生成新物相MgF2，这些都有利于膜层耐蚀性的提高。
通过在NaOH和Na2SiO3组成的基础电解液中，分别不加及加入KF，对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理，研究了KF的有无对镁合金微弧氧化膜的生长、微观结构及耐蚀性能的影响。结果表明：与不加KF相比，加入KF后，试样的起弧电压明显降低，击穿变得剧烈，试样表面火花较大，膜层的生长速率明显提高，膜层厚度显著增大，表面孔隙率稍有增大，但表面微孔数量减少。KF的加入有利于MgF2、MgAl2O4的生成，与同样来自电解液的Si、O两元素相比，F-更易被基体中的Mg所吸附，也容易通过已成膜层迁移到膜层的内部。电解液中含有KF时，膜层厚度显著增大，MgAl2O4物相含量增加，并生成新物相MgF2，这些都有利于膜层耐蚀性的提高。
2018, 47(1):255-260.
摘要:
对(100）和（110）不同面的铱单晶进行了纳米压痕实验，拟合计算得到（100）与（110）面上铱单晶位错激活体积分别为1.09 ?3、1.23 ?3，证明该实验条件下位错来源于点缺陷的非均质形核；如果位错为均质形核，则位错激活能需达到60.57eV，激活半径达到1.971nm。在对（100）和（110）面的塑性变形中位错密度进行分析时，发现它们变形后位错密度在1014m-2左右，没有出现铱单晶变形后位错密度呈指数级增加的情况；金属铱发生脆性断裂或许因为铱中极小的位错激活体积，导致铱产生大量的位错源，位错间交互作用导致的结果。
对(100）和（110）不同面的铱单晶进行了纳米压痕实验，拟合计算得到（100）与（110）面上铱单晶位错激活体积分别为1.09 ?3、1.23 ?3，证明该实验条件下位错来源于点缺陷的非均质形核；如果位错为均质形核，则位错激活能需达到60.57eV，激活半径达到1.971nm。在对（100）和（110）面的塑性变形中位错密度进行分析时，发现它们变形后位错密度在1014m-2左右，没有出现铱单晶变形后位错密度呈指数级增加的情况；金属铱发生脆性断裂或许因为铱中极小的位错激活体积，导致铱产生大量的位错源，位错间交互作用导致的结果。
2018, 47(1):261-266.
摘要:
采用原子探针仪器LEAP 4000X Si，研究镍基高温合金Ni-Al-Cr-W-Re-Ru长期时效后的元素分布规律。结果表明，Ni、Cr和Re原子在无序γ(FCC)-基体相中富集，而Al和W原子更多分配到有序γ"(L12)-析出相。在γ/γ"相界面γ相一侧出现Ni原子局部富集，导致界面自由能降低。γ"相中，溶质元素原子浓度总和约25 at.%，实验局部Al-R（R=Re、Ru或W）RDF在第1最近邻距离处负相关，说明Re、Ru和W优先占据Ni3Al(L12)结构的Al位。和三元合金Ni-Al-Cr相比，添加W、Re和Ru后，合金的γ相得到固溶强化，γ"相体积分数提高，硬度增加。
采用原子探针仪器LEAP 4000X Si，研究镍基高温合金Ni-Al-Cr-W-Re-Ru长期时效后的元素分布规律。结果表明，Ni、Cr和Re原子在无序γ(FCC)-基体相中富集，而Al和W原子更多分配到有序γ"(L12)-析出相。在γ/γ"相界面γ相一侧出现Ni原子局部富集，导致界面自由能降低。γ"相中，溶质元素原子浓度总和约25 at.%，实验局部Al-R（R=Re、Ru或W）RDF在第1最近邻距离处负相关，说明Re、Ru和W优先占据Ni3Al(L12)结构的Al位。和三元合金Ni-Al-Cr相比，添加W、Re和Ru后，合金的γ相得到固溶强化，γ"相体积分数提高，硬度增加。
2018, 47(1):267-273.
摘要:
选用Ti、Si、Cu粉末通过高能球磨-冷压-无压烧结制备了Ti-16.28Si和Ti-15.46Si-5Cu两种合金，并在800℃、900℃、1000℃空气中对其进行高温氧化试验。利用SEM、EDS及XRD对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析，以研究合金的氧化机制。结果表明：两种配方试样烧结之后主要含有Ti、Ti5Si3、Ti5Si4相，加Cu配方出现Cu3Si相；加Cu后致密度升高。高温氧化80 h后，氧化试样的主要物相为TiO2，还含有少量的SiO2、Ti3O5、TiO、TiN、CuO或Cu2O相。两种合金在800℃和900℃氧化温度下都达到抗氧化等级。Ti-16.28Si合金在900?C时氧化膜表层基本上全是金红石TiO2，抗氧化性能最好。800℃下，添加Cu显著改善Ti-16.28Si合金的抗氧化性能；在Cu含量为5 wt%时其平均氧化速度仅为Ti-16.28Si合金的57.8 %；但在900℃和1000℃下，添加Cu后，Cu3Si相可降低合金的抗氧化性能。
选用Ti、Si、Cu粉末通过高能球磨-冷压-无压烧结制备了Ti-16.28Si和Ti-15.46Si-5Cu两种合金，并在800℃、900℃、1000℃空气中对其进行高温氧化试验。利用SEM、EDS及XRD对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析，以研究合金的氧化机制。结果表明：两种配方试样烧结之后主要含有Ti、Ti5Si3、Ti5Si4相，加Cu配方出现Cu3Si相；加Cu后致密度升高。高温氧化80 h后，氧化试样的主要物相为TiO2，还含有少量的SiO2、Ti3O5、TiO、TiN、CuO或Cu2O相。两种合金在800℃和900℃氧化温度下都达到抗氧化等级。Ti-16.28Si合金在900?C时氧化膜表层基本上全是金红石TiO2，抗氧化性能最好。800℃下，添加Cu显著改善Ti-16.28Si合金的抗氧化性能；在Cu含量为5 wt%时其平均氧化速度仅为Ti-16.28Si合金的57.8 %；但在900℃和1000℃下，添加Cu后，Cu3Si相可降低合金的抗氧化性能。
2018, 47(1):43-46.
摘要:
本文通过化学气相沉积法,用氧化镓和氨气反应成功制备出氮化镓纳米铅笔和纳米塔。通过扫描电镜表征发现氮化镓纳米铅笔分为两个部分：底部是一个大直径的纳米线,顶部是一个小直径的纳米线；氮化镓纳米塔为层状结构。氮化镓纳米铅笔和纳米塔的形成机理是气-液-固机制。场发射性能测试显示氮化镓纳米铅笔的开启电场为2.6 V /μm,纳米塔的开启电场为4.1 V /μm,这使得它们可以用于场发射平板显示及显示装置的冷阴极电子源,它们还可以使用于设计复杂纳米电子器件。
本文通过化学气相沉积法,用氧化镓和氨气反应成功制备出氮化镓纳米铅笔和纳米塔。通过扫描电镜表征发现氮化镓纳米铅笔分为两个部分：底部是一个大直径的纳米线,顶部是一个小直径的纳米线；氮化镓纳米塔为层状结构。氮化镓纳米铅笔和纳米塔的形成机理是气-液-固机制。场发射性能测试显示氮化镓纳米铅笔的开启电场为2.6 V /μm,纳米塔的开启电场为4.1 V /μm,这使得它们可以用于场发射平板显示及显示装置的冷阴极电子源,它们还可以使用于设计复杂纳米电子器件。
2018, 47(1):47-51.
摘要:
采用共沉淀工艺制备Bi-2212前驱体粉末,并通过粉末装管法(PIT)制备了Bi-2212单芯带材。通过对装管粉末颗粒尺寸的控制,分别获得了具有不同芯丝密度的带材,并对其所引起的超导带材的微结构和超导载流性能的变化进行了系统的分析。SEM照片显示,前驱体粉末是由3~5微米的初级颗粒组成的,但是由于烧结过程中发生硬团聚,有大量的大尺寸团簇颗粒产生,颗粒尺寸由10微米到180微米不等。通过过筛将前驱体粉末按照颗粒尺寸分为四组,分别进行装管。结果表明,随着平均颗粒尺寸的减小,在冷加工和热处理过程中带材的芯丝密度均有明显增加。因此最终带材的晶间连接性较强,从而获得了带材载流性能较高。本研究可以作为装管工艺优化的一个重要理论依据,为Bi-2212超导线材性能的进一步提高奠定基础。
采用共沉淀工艺制备Bi-2212前驱体粉末,并通过粉末装管法(PIT)制备了Bi-2212单芯带材。通过对装管粉末颗粒尺寸的控制,分别获得了具有不同芯丝密度的带材,并对其所引起的超导带材的微结构和超导载流性能的变化进行了系统的分析。SEM照片显示,前驱体粉末是由3~5微米的初级颗粒组成的,但是由于烧结过程中发生硬团聚,有大量的大尺寸团簇颗粒产生,颗粒尺寸由10微米到180微米不等。通过过筛将前驱体粉末按照颗粒尺寸分为四组,分别进行装管。结果表明,随着平均颗粒尺寸的减小,在冷加工和热处理过程中带材的芯丝密度均有明显增加。因此最终带材的晶间连接性较强,从而获得了带材载流性能较高。本研究可以作为装管工艺优化的一个重要理论依据,为Bi-2212超导线材性能的进一步提高奠定基础。
2018, 47(1):52-58.
摘要:
采用Ti-28Ni(wt.%)共晶钎料在1100℃实现了高铌TiAl合金(Ti-45Al-8.5Nb-(W, B, Y) (at.%), 简称TAN)的真空钎焊连接。钎焊接头的典型界面结构为TAN/τ3-Al3Ti2Ni + B2/α2-Ti3Al layer/α2-Ti3Al + δ-Ti2Ni/α2-Ti3Al layer/τ3-Al3Ti2Ni + B2/TAN。深入研究了保温时间对钎焊接头界面组织和连接性能的影响。结果表明：Ni元素从熔融钎料向TAN母材的扩散决定了界面组织的演化，随着保温时间的延长促进了扩散层的增厚，同时导致钎缝宽度逐渐减小。接头剪切强度测试结果显示当保温时间为15分钟时，获得的最大接头室温剪切强度和高温(600℃)剪切强度分别是248.6MPa和166.4MPa。接头断口分析表明在剪切实验中裂纹主要沿着连续的金属间化合物层产生和扩展。
采用Ti-28Ni(wt.%)共晶钎料在1100℃实现了高铌TiAl合金(Ti-45Al-8.5Nb-(W, B, Y) (at.%), 简称TAN)的真空钎焊连接。钎焊接头的典型界面结构为TAN/τ3-Al3Ti2Ni + B2/α2-Ti3Al layer/α2-Ti3Al + δ-Ti2Ni/α2-Ti3Al layer/τ3-Al3Ti2Ni + B2/TAN。深入研究了保温时间对钎焊接头界面组织和连接性能的影响。结果表明：Ni元素从熔融钎料向TAN母材的扩散决定了界面组织的演化，随着保温时间的延长促进了扩散层的增厚，同时导致钎缝宽度逐渐减小。接头剪切强度测试结果显示当保温时间为15分钟时，获得的最大接头室温剪切强度和高温(600℃)剪切强度分别是248.6MPa和166.4MPa。接头断口分析表明在剪切实验中裂纹主要沿着连续的金属间化合物层产生和扩展。
2018, 47(1):59-63.
摘要:
通过磁控溅射技术和1100 ℃的高温后续退火处理,在Si/C多层薄膜中形成硅纳米晶。改变多层薄膜的调制波长比可以调控硅纳米晶的尺寸、形状和密度。其微观结构由小角X射线、拉曼频移、高分辨电镜进行表征。结合拉曼频移和高分辨电镜分析表明,由于受到C层界面约束,非晶硅层在高温下会发生固态重结晶,转变为纳米晶。通过调制波长比可调控纳米晶的尺寸和形状。当调制波长比从0.5到2改变时,硅纳米晶的形状逐渐从球形、椭圆形转变为条形或者砖型。夹层受限生长模式有利于适应新一代硅基光电子器件的结构设计。
通过磁控溅射技术和1100 ℃的高温后续退火处理,在Si/C多层薄膜中形成硅纳米晶。改变多层薄膜的调制波长比可以调控硅纳米晶的尺寸、形状和密度。其微观结构由小角X射线、拉曼频移、高分辨电镜进行表征。结合拉曼频移和高分辨电镜分析表明,由于受到C层界面约束,非晶硅层在高温下会发生固态重结晶,转变为纳米晶。通过调制波长比可调控纳米晶的尺寸和形状。当调制波长比从0.5到2改变时,硅纳米晶的形状逐渐从球形、椭圆形转变为条形或者砖型。夹层受限生长模式有利于适应新一代硅基光电子器件的结构设计。
2018, 47(1):64-68.
摘要:
本文采用原子层沉积(ALD)的方法,选择三甲基铝(TMA)和H2O2作为反应前驱体,在高定向热解石墨(HOPG)基体上沉积Al2O3。系统研究了反应温度和生长周次对Al2O3生长行为的影响。研究表明：受HOPG表面饱和成键的影响,Al2O3在衬底表面处形核困难,在生长初期主要表现为台阶处择优生长,其形态为线状结构。当沉积100周次Al2O3时,其中在沉积温度为50 °C、150 °C和200 °C时呈现为纳米线状结构,而在100 °C时呈现为非连续薄膜。随着生长周次的增加,不同温度下沉积态Al2O3都趋于形成连续薄膜,表明其生长行为发生了由三维岛状生长模式向二维平面生长模式的转变。分析认为,生长模式的转变是由纳米线状结构横向生长造成的；横向生长速率主要受生长温度影响。拉曼结果表明：沉积后的石墨烯层结构未受影响,可保留其原有的优越性能。
本文采用原子层沉积(ALD)的方法,选择三甲基铝(TMA)和H2O2作为反应前驱体,在高定向热解石墨(HOPG)基体上沉积Al2O3。系统研究了反应温度和生长周次对Al2O3生长行为的影响。研究表明：受HOPG表面饱和成键的影响,Al2O3在衬底表面处形核困难,在生长初期主要表现为台阶处择优生长,其形态为线状结构。当沉积100周次Al2O3时,其中在沉积温度为50 °C、150 °C和200 °C时呈现为纳米线状结构,而在100 °C时呈现为非连续薄膜。随着生长周次的增加,不同温度下沉积态Al2O3都趋于形成连续薄膜,表明其生长行为发生了由三维岛状生长模式向二维平面生长模式的转变。分析认为,生长模式的转变是由纳米线状结构横向生长造成的；横向生长速率主要受生长温度影响。拉曼结果表明：沉积后的石墨烯层结构未受影响,可保留其原有的优越性能。
2018, 47(1):69-74.
摘要:
本文采用磁控溅射法在Si(100)衬底上生长出高取向性和多种微观形貌的InN薄膜,其中铟作为铟靶,氮气作为氮源。x射线衍射(XRD)法和x射线光电子能谱(XPS)表明所有衍射峰和标准的纤锌矿晶型的InN一致,并且在 (101), (100)和(002)方向具有极高的取向度。扫描电子显微镜(SEM)和能带衍射谱表明,可以生长出高质量的不同微观结构的InN晶体薄膜,尤其是溅射功率为60W,溅射压强为0.4Pa时表现为标准的正六边形结构。在室温下并且激发波长为λ= 633的拉曼测试表明,可以通过E2(High)峰计算出InN薄膜的应力,由于微观结构的不同导致应力值也不同,A1(LO)峰值比较低是由于迁移率较高导致。紫外吸收测试可以计算出的能带宽度分别为1.07 eV,1.13 eV,1.32 eV。XRD、SEM、XPS、霍尔效应,紫外吸收和拉曼光谱证明生长出的不同微观结构的薄膜可以适应各种需求的传感器和其他设备。
本文采用磁控溅射法在Si(100)衬底上生长出高取向性和多种微观形貌的InN薄膜,其中铟作为铟靶,氮气作为氮源。x射线衍射(XRD)法和x射线光电子能谱(XPS)表明所有衍射峰和标准的纤锌矿晶型的InN一致,并且在 (101), (100)和(002)方向具有极高的取向度。扫描电子显微镜(SEM)和能带衍射谱表明,可以生长出高质量的不同微观结构的InN晶体薄膜,尤其是溅射功率为60W,溅射压强为0.4Pa时表现为标准的正六边形结构。在室温下并且激发波长为λ= 633的拉曼测试表明,可以通过E2(High)峰计算出InN薄膜的应力,由于微观结构的不同导致应力值也不同,A1(LO)峰值比较低是由于迁移率较高导致。紫外吸收测试可以计算出的能带宽度分别为1.07 eV,1.13 eV,1.32 eV。XRD、SEM、XPS、霍尔效应,紫外吸收和拉曼光谱证明生长出的不同微观结构的薄膜可以适应各种需求的传感器和其他设备。
2018, 47(1):75-81.
摘要:
基于单光子吸收激光直写技术,成功地制备了大面积阵列分布、一致性可控的纳米孔复合结构。通过一种涡旋相位板的调制,532nm波段的连续激光在高数值孔径物镜的焦点处形成了一个圆环形光斑,作用于均匀的SU8光刻胶薄膜上,进而制备出形状与大小可控的、具有高深宽比、直径突破阿贝衍射极限的纳米孔结构。通过逐点扫描方法,最终制备出内径仅为入射波长~1/10的纳米孔阵列结构。此外,利用SEM技术研究了曝光光强和曝光时间对纳米孔尺寸和形貌的影响。
基于单光子吸收激光直写技术,成功地制备了大面积阵列分布、一致性可控的纳米孔复合结构。通过一种涡旋相位板的调制,532nm波段的连续激光在高数值孔径物镜的焦点处形成了一个圆环形光斑,作用于均匀的SU8光刻胶薄膜上,进而制备出形状与大小可控的、具有高深宽比、直径突破阿贝衍射极限的纳米孔结构。通过逐点扫描方法,最终制备出内径仅为入射波长~1/10的纳米孔阵列结构。此外,利用SEM技术研究了曝光光强和曝光时间对纳米孔尺寸和形貌的影响。
2018, 47(1):103-107.
摘要:
采用SEM、OM及XRD等分析方法,结合不同的热处理工艺,系统分析了α相的形态、含量及尺寸等特征参数对高强韧Ti-55531合金强化及断裂机制的影响。结果表明：双态组织,随等轴αp含量降低,尺寸减小,次生片层αs含量增多,长度变长,宽度更窄；导致合金的强度提高,塑性降低。片层组织,随次生αs片层的粗化,合金强度和塑性都下降。全β晶粒组织,强度较低,塑性很好。双态和片层组织Ti-55531合金的断裂方式均为穿晶解理、微孔聚集型和沿晶开裂的混合断裂机制；随αp含量降低和尺寸减小,αs含量和尺寸增加,微孔聚集断裂数量降低,穿晶解理和沿晶开裂特征数量增加。
采用SEM、OM及XRD等分析方法,结合不同的热处理工艺,系统分析了α相的形态、含量及尺寸等特征参数对高强韧Ti-55531合金强化及断裂机制的影响。结果表明：双态组织,随等轴αp含量降低,尺寸减小,次生片层αs含量增多,长度变长,宽度更窄；导致合金的强度提高,塑性降低。片层组织,随次生αs片层的粗化,合金强度和塑性都下降。全β晶粒组织,强度较低,塑性很好。双态和片层组织Ti-55531合金的断裂方式均为穿晶解理、微孔聚集型和沿晶开裂的混合断裂机制；随αp含量降低和尺寸减小,αs含量和尺寸增加,微孔聚集断裂数量降低,穿晶解理和沿晶开裂特征数量增加。
2018, 47(1):169-174.
摘要:
本文主要研究了55% SiCp/Al复合材料与PbO-ZnO-B2O3玻璃封接过程中的润湿性和界面结合机理。研究结果显示：随温度升高,玻璃在四种母材上的铺展面积逐渐变大,润湿角减小,润湿能力提高,Al2O3陶瓷和SiC陶瓷与玻璃封接的铺展面积较大,润湿角较小,润湿性要优于复合材料。在450 ℃~490 ℃范围内将玻璃与55% SiCp/6061Al进行封接时,当封接温度高于470 ℃,在封接界面出现气泡,且随着温度升高气泡数量增多,尺寸变大；在460 ℃下封接时,玻璃与55% SiC/Al复合材料封接界面存在约为12 μm的元素互渗区域,490 ℃时玻璃与Al2O3陶瓷的界面分界线清晰,与SiC陶瓷封接界面处,偏向玻璃侧存在SiC颗粒的渗入。
本文主要研究了55% SiCp/Al复合材料与PbO-ZnO-B2O3玻璃封接过程中的润湿性和界面结合机理。研究结果显示：随温度升高,玻璃在四种母材上的铺展面积逐渐变大,润湿角减小,润湿能力提高,Al2O3陶瓷和SiC陶瓷与玻璃封接的铺展面积较大,润湿角较小,润湿性要优于复合材料。在450 ℃~490 ℃范围内将玻璃与55% SiCp/6061Al进行封接时,当封接温度高于470 ℃,在封接界面出现气泡,且随着温度升高气泡数量增多,尺寸变大；在460 ℃下封接时,玻璃与55% SiC/Al复合材料封接界面存在约为12 μm的元素互渗区域,490 ℃时玻璃与Al2O3陶瓷的界面分界线清晰,与SiC陶瓷封接界面处,偏向玻璃侧存在SiC颗粒的渗入。
2018, 47(1):274-278.
摘要:
借助热氧化技术对TC4合金进行表面处理，以提高其表面性能。借助扫描电镜，辉光放电光谱分析仪，X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析热氧化TC4合金的特征，采用电化学测试技术研究了热氧层和TC4合金基材在CO2饱和模拟油田采出液中的电化学腐蚀行为。结果表明：热氧化处理后，TC4合金表面生成连续、均匀的热氧化层，主要由金红石相组成。热氧化处理显著提高了TC4合金在模拟油田采出液中的耐腐蚀性能。
借助热氧化技术对TC4合金进行表面处理，以提高其表面性能。借助扫描电镜，辉光放电光谱分析仪，X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析热氧化TC4合金的特征，采用电化学测试技术研究了热氧层和TC4合金基材在CO2饱和模拟油田采出液中的电化学腐蚀行为。结果表明：热氧化处理后，TC4合金表面生成连续、均匀的热氧化层，主要由金红石相组成。热氧化处理显著提高了TC4合金在模拟油田采出液中的耐腐蚀性能。
2018, 47(1):279-285.
摘要:
本文以青铜粉为原料、CaCl2为造孔剂，采用粉末烧结溶解法制备开孔泡沫青铜。通过改变造孔剂体积分数和粒径成功制备出孔隙率为70%~90%，孔径1~3mm的泡沫青铜试样。研究了孔隙率和造孔剂的关系以及孔隙率、孔径对泡沫试样力学性能的影响，并对其孔结构，相组成和微观形貌进行观察和分析。研究表明：泡沫青铜试样的塑性屈服平台应力随孔隙率增加而减小，当孔隙率为77%~89%时，对应塑性屈服平台应力为12.6~2.6MPa。当应变量为50%时，孔隙率为77%~89%的泡沫青铜单位体积能量吸收值（W）范围为33.5~5.1MJ/m3。试样的理想吸能效率I都接近0.82，说明泡沫青铜可以作为一种理想的吸能材料。
本文以青铜粉为原料、CaCl2为造孔剂，采用粉末烧结溶解法制备开孔泡沫青铜。通过改变造孔剂体积分数和粒径成功制备出孔隙率为70%~90%，孔径1~3mm的泡沫青铜试样。研究了孔隙率和造孔剂的关系以及孔隙率、孔径对泡沫试样力学性能的影响，并对其孔结构，相组成和微观形貌进行观察和分析。研究表明：泡沫青铜试样的塑性屈服平台应力随孔隙率增加而减小，当孔隙率为77%~89%时，对应塑性屈服平台应力为12.6~2.6MPa。当应变量为50%时，孔隙率为77%~89%的泡沫青铜单位体积能量吸收值（W）范围为33.5~5.1MJ/m3。试样的理想吸能效率I都接近0.82，说明泡沫青铜可以作为一种理想的吸能材料。
2018, 47(1):286-292.
摘要:
利用力学、电学性能测试，金相显微分析、扫描和透射电镜观察等手段研究均匀化退火和形变热处理工艺对Cu-15Ni-8Sn-1.0Zn-0.8Al-0.2Si合金组织结构与性能的影响。合金铸锭经830 ℃/2h+850 ℃/2h双级均匀化退火处理，热轧变形后合金板材经850 ℃/1h固溶处理，冷轧变形60%后，分别在400 ℃和450 ℃时效处理。当450 ℃时效时间为30 min时，合金硬度为378 HV，电导率8.0% IACS，抗拉强度1144 MPa，屈服强度1098 MPa,延伸率3.29%；在400 ℃时效1 h时，合金硬度为390 HV，电导率7.4% IACS，抗拉强度1164 MPa，屈服强度1112 MPa，延伸率3.05%。合金的强化效应主要来源于调幅分解强化、析出强化和亚结构强化的共同作用，同时，溶质原子的析出使基体固溶度降低，合金电导率提高。合金经双级均匀化退火处理后为均匀的等轴晶组织，在400 ℃/1h时效过程中发生调幅分解，同时析出具有L12结构的β-Ni3Sn析出相，其与Cu基体的晶体取向关系为： ‖ , ‖ ; ‖ , ‖ 。
利用力学、电学性能测试，金相显微分析、扫描和透射电镜观察等手段研究均匀化退火和形变热处理工艺对Cu-15Ni-8Sn-1.0Zn-0.8Al-0.2Si合金组织结构与性能的影响。合金铸锭经830 ℃/2h+850 ℃/2h双级均匀化退火处理，热轧变形后合金板材经850 ℃/1h固溶处理，冷轧变形60%后，分别在400 ℃和450 ℃时效处理。当450 ℃时效时间为30 min时，合金硬度为378 HV，电导率8.0% IACS，抗拉强度1144 MPa，屈服强度1098 MPa,延伸率3.29%；在400 ℃时效1 h时，合金硬度为390 HV，电导率7.4% IACS，抗拉强度1164 MPa，屈服强度1112 MPa，延伸率3.05%。合金的强化效应主要来源于调幅分解强化、析出强化和亚结构强化的共同作用，同时，溶质原子的析出使基体固溶度降低，合金电导率提高。合金经双级均匀化退火处理后为均匀的等轴晶组织，在400 ℃/1h时效过程中发生调幅分解，同时析出具有L12结构的β-Ni3Sn析出相，其与Cu基体的晶体取向关系为： ‖ , ‖ ; ‖ , ‖ 。
2018, 47(1):293-298.
摘要:
将Ti箔和Ni箔交替排列,在900oC条件下，通过热压烧结法来制备Ti2Ni/TiNi微叠层复合材料。本文研究了保温扩散时间对复合材料的微观组织及相组成的影响。采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对不同保温时间下制备的复合材料的微观组织、相组成、相结构及相变温度进行分析。结果表明：随着保温时间的增加,Ti和Ni逐渐消耗,在其界面上形成Ti2Ni、TiNi、Ni3Ti三种金属间化合物。当Ni消耗完毕,Ti原子向Ni3Ti层扩散,使之完全转变成TiNi。当Ti完全消耗,仅有交替排列的Ti2Ni和TiNi两相存在,且在TiNi层上分布着颗粒状和条状的Ti2Ni相。保温8小时后制备的Ti2Ni/TiNi叠层复合材料的相变温度As、Af、Ms、Mf及相变迟滞温度ΔT分别为75.9oC,99.2oC,63.6oC,45.7oC和32.5oC。
将Ti箔和Ni箔交替排列,在900oC条件下，通过热压烧结法来制备Ti2Ni/TiNi微叠层复合材料。本文研究了保温扩散时间对复合材料的微观组织及相组成的影响。采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对不同保温时间下制备的复合材料的微观组织、相组成、相结构及相变温度进行分析。结果表明：随着保温时间的增加,Ti和Ni逐渐消耗,在其界面上形成Ti2Ni、TiNi、Ni3Ti三种金属间化合物。当Ni消耗完毕,Ti原子向Ni3Ti层扩散,使之完全转变成TiNi。当Ti完全消耗,仅有交替排列的Ti2Ni和TiNi两相存在,且在TiNi层上分布着颗粒状和条状的Ti2Ni相。保温8小时后制备的Ti2Ni/TiNi叠层复合材料的相变温度As、Af、Ms、Mf及相变迟滞温度ΔT分别为75.9oC,99.2oC,63.6oC,45.7oC和32.5oC。
2018, 47(1):299-304.
摘要:
采用电子束熔化焊、电子束阻隔焊和电子束阻隔熔-钎焊方法来实现钛合金与不锈钢异种金属之间的连接。研究发现钛合金与不锈钢连接界面处产生的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键因素。采用电子束直接熔化焊和阻隔熔化焊钛合金和不锈钢时,接头界面会产生贯穿性裂纹导致焊缝直接断裂。电子束阻隔熔-钎焊中利用熔化的不锈钢润湿未熔化的钛合金母材,并采用Ag、Cu作为中间层添加元素,在结合界面处形成了很好的阻隔屏障,减少了Ti/Fe界面的金属间化合物的产生,减缓了应力,实现了钛合金与不锈钢的冶金结合,接头抗拉强度约为100MPa。电子束阻隔熔-钎焊得到的钛合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成型良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。
采用电子束熔化焊、电子束阻隔焊和电子束阻隔熔-钎焊方法来实现钛合金与不锈钢异种金属之间的连接。研究发现钛合金与不锈钢连接界面处产生的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键因素。采用电子束直接熔化焊和阻隔熔化焊钛合金和不锈钢时,接头界面会产生贯穿性裂纹导致焊缝直接断裂。电子束阻隔熔-钎焊中利用熔化的不锈钢润湿未熔化的钛合金母材,并采用Ag、Cu作为中间层添加元素,在结合界面处形成了很好的阻隔屏障,减少了Ti/Fe界面的金属间化合物的产生,减缓了应力,实现了钛合金与不锈钢的冶金结合,接头抗拉强度约为100MPa。电子束阻隔熔-钎焊得到的钛合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成型良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。
2018, 47(1):305-310.
摘要:
利用机械合金化法在纯Cu表面原位制备NiCoFeCuCr高熵合金涂层,采用XRD、SEM和EDS对涂层的物相、显微组织及成分进行分析,研究球磨时间对涂层的组织结构的影响,并分析了涂层的形成机理。结果表明：适当延长球磨时间有利于提高涂层的厚度和致密度,当球磨时间达到5Sh时,涂层最为致密,厚度约为40μm,且此时涂层与基体之间发生扩散而形成冶金结合。涂层的形成主要经历了合金粉末的镶嵌,冷焊,扩散和涂层的加工硬化四个阶段。
利用机械合金化法在纯Cu表面原位制备NiCoFeCuCr高熵合金涂层,采用XRD、SEM和EDS对涂层的物相、显微组织及成分进行分析,研究球磨时间对涂层的组织结构的影响,并分析了涂层的形成机理。结果表明：适当延长球磨时间有利于提高涂层的厚度和致密度,当球磨时间达到5Sh时,涂层最为致密,厚度约为40μm,且此时涂层与基体之间发生扩散而形成冶金结合。涂层的形成主要经历了合金粉末的镶嵌,冷焊,扩散和涂层的加工硬化四个阶段。
2018, 47(1):311-316.
摘要:
采用分离式霍普金森压杆、金相显微镜、透射电镜研究了T6和T6I4两种时效处理工艺对7N01铝合金高温动态力学性能及组织演化的影响。结果表明：两种时效态的7N01铝合金的动态屈服应力均随应变速率的提高而增大。随着温度的升高，合金动态屈服应力降低，位错密度下降。在150℃和250℃条件下，T6I4态铝合金的动态屈服应力较T6态铝合金高。而350℃条件下，T6I4态铝合金析出相基本回溶，T6态铝合金析出相明显粗化，T6I4态铝合金的动态屈服应力较T6态铝合金低。
采用分离式霍普金森压杆、金相显微镜、透射电镜研究了T6和T6I4两种时效处理工艺对7N01铝合金高温动态力学性能及组织演化的影响。结果表明：两种时效态的7N01铝合金的动态屈服应力均随应变速率的提高而增大。随着温度的升高，合金动态屈服应力降低，位错密度下降。在150℃和250℃条件下，T6I4态铝合金的动态屈服应力较T6态铝合金高。而350℃条件下，T6I4态铝合金析出相基本回溶，T6态铝合金析出相明显粗化，T6I4态铝合金的动态屈服应力较T6态铝合金低。
2018, 47(1):317-320.
摘要:
本文针对TiNi基合金在空间使役环境可靠性评价的迫切需求，开展高速撞击TiNi基合金马氏体相变、微观组织结构及力学性能研究。采用火药炮对Ti44Ni47Nb9进行高速撞击，撞击速度为1020 m/s，并对高速撞击后Ti44Ni47Nb9合金三个不同方向的结构与性能进行测试。实验结果表明，沿撞击方向没有发生相变，与撞击方向呈45°和垂直于撞击方向的相变峰均向低温区偏移。弹坑底部以及侧壁出现大量裂纹，在TiNi基体中发现马氏体板条，同时在β-Nb粒子和TiNi基体中观察到大量位错。弹坑附近的硬度最高，随着与弹坑距离的增加，硬度降低，这可能是由于加工硬化及撞击能量分布不均匀而引起的。
本文针对TiNi基合金在空间使役环境可靠性评价的迫切需求，开展高速撞击TiNi基合金马氏体相变、微观组织结构及力学性能研究。采用火药炮对Ti44Ni47Nb9进行高速撞击，撞击速度为1020 m/s，并对高速撞击后Ti44Ni47Nb9合金三个不同方向的结构与性能进行测试。实验结果表明，沿撞击方向没有发生相变，与撞击方向呈45°和垂直于撞击方向的相变峰均向低温区偏移。弹坑底部以及侧壁出现大量裂纹，在TiNi基体中发现马氏体板条，同时在β-Nb粒子和TiNi基体中观察到大量位错。弹坑附近的硬度最高，随着与弹坑距离的增加，硬度降低，这可能是由于加工硬化及撞击能量分布不均匀而引起的。
2018, 47(1):321-325.
摘要:
采用金相(OM)、扫描电镜(SEM)、X衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术研究了固溶处理后的冷却方式对BT25y钛合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明，950 ℃固溶处理后空冷得到的组织由α相与β转变组织组成，水淬与油淬组织主要由等轴α相、针状α"相与羽毛状α"马氏体相组成；与油淬相比，水淬得到的α"相的晶格常数a值减小，b值增大。经时效处理后，固溶后空冷组织的相组成没有变化，油淬与水淬组织中的马氏体相分解为稳定的α相与β相。室温拉伸结果表明：相对于空冷组织，油淬与水淬组织的屈服强度与抗拉强度明显升高，而延伸率明显低于空冷组织，该现象与原始β晶粒内析出的次生α相的弥散程度及界面密度有关。
采用金相(OM)、扫描电镜(SEM)、X衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术研究了固溶处理后的冷却方式对BT25y钛合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明，950 ℃固溶处理后空冷得到的组织由α相与β转变组织组成，水淬与油淬组织主要由等轴α相、针状α"相与羽毛状α"马氏体相组成；与油淬相比，水淬得到的α"相的晶格常数a值减小，b值增大。经时效处理后，固溶后空冷组织的相组成没有变化，油淬与水淬组织中的马氏体相分解为稳定的α相与β相。室温拉伸结果表明：相对于空冷组织，油淬与水淬组织的屈服强度与抗拉强度明显升高，而延伸率明显低于空冷组织，该现象与原始β晶粒内析出的次生α相的弥散程度及界面密度有关。
2018, 47(1):326-332.
摘要:
广泛应用于航天领域的低刚度薄壁钛合金蜂窝材料，在铣削加工中面临卷曲、开焊、塌边等缺陷，需改进其固持和加工方法。材料通过冰固持方法处理，并进行高速深冷铣削加工；分析了蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因，提出了冰固持超低温铣削机理。结果表明，相比于传统固持加工方式，经冰固持低温铣削的钛合金蜂窝表面质量有很大提高，加工缺陷被有效抑制；切削深度对表面质量影响较大。切削参数对铣削力影响顺序：切深最大，可提高约3倍，其次是主轴转速，进给速度影响最小。冰固持低温方法提高了蜂窝强度，实现了超低温切削，改变了断屑方式。结论：冰固持低温切削为面内径向等效强度小、低刚度薄壁钛合金蜂窝材料高效加工提供了新方法。
广泛应用于航天领域的低刚度薄壁钛合金蜂窝材料，在铣削加工中面临卷曲、开焊、塌边等缺陷，需改进其固持和加工方法。材料通过冰固持方法处理，并进行高速深冷铣削加工；分析了蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因，提出了冰固持超低温铣削机理。结果表明，相比于传统固持加工方式，经冰固持低温铣削的钛合金蜂窝表面质量有很大提高，加工缺陷被有效抑制；切削深度对表面质量影响较大。切削参数对铣削力影响顺序：切深最大，可提高约3倍，其次是主轴转速，进给速度影响最小。冰固持低温方法提高了蜂窝强度，实现了超低温切削，改变了断屑方式。结论：冰固持低温切削为面内径向等效强度小、低刚度薄壁钛合金蜂窝材料高效加工提供了新方法。
2018, 47(1):333-338.
摘要:
采用硅烷偶联剂KH-570作为表面分散剂，利用机械球磨法制备了不同粒径的纳米锑颗粒，将其分散到900SN基础油中，在CFT-1型材料性能测试仪上进行往复式摩擦实验，考察其作为润滑油添加剂的摩擦学性能。采用SEM和EDS分析了45钢钢盘磨损表面的形貌和化学成分。结果表明：纳米锑颗粒以微观填充与黏着的机制对磨损表面起到修复作用。随着纳米锑颗粒粒径的减小和摩擦载荷的增大，试验润滑油的减摩、抗磨效果越明显。其中，含粒径为40nm的锑颗粒润滑油在高载荷下表现出优异的减摩与抗磨性能。
采用硅烷偶联剂KH-570作为表面分散剂，利用机械球磨法制备了不同粒径的纳米锑颗粒，将其分散到900SN基础油中，在CFT-1型材料性能测试仪上进行往复式摩擦实验，考察其作为润滑油添加剂的摩擦学性能。采用SEM和EDS分析了45钢钢盘磨损表面的形貌和化学成分。结果表明：纳米锑颗粒以微观填充与黏着的机制对磨损表面起到修复作用。随着纳米锑颗粒粒径的减小和摩擦载荷的增大，试验润滑油的减摩、抗磨效果越明显。其中，含粒径为40nm的锑颗粒润滑油在高载荷下表现出优异的减摩与抗磨性能。
2018, 47(1):339-343.
摘要:
为探讨荧光元素在腐蚀监测领域的应用,论文围绕Ce掺杂YAG(Y3Al5O12)粉末和涂层的制备进行,探讨硝酸腐蚀时间对涂层发光性能的影响。结果表明高温固相法形成的YAG：Ce粉末主要为YAG相,等离子喷涂涂层则以YAG和YAP (YAlO3)相为主。经过在硝酸中腐蚀不同的时间后,涂层的孔隙率和衍射峰的强度均增加。同时,衍射峰的主峰位置发生移动。涂层的发光强度随腐蚀时间的增加呈现先增加、再降低、之后增大的波动趋势。涂层的发光强度受其孔隙率、结晶度和相成分等多种因素的影响。
为探讨荧光元素在腐蚀监测领域的应用,论文围绕Ce掺杂YAG(Y3Al5O12)粉末和涂层的制备进行,探讨硝酸腐蚀时间对涂层发光性能的影响。结果表明高温固相法形成的YAG：Ce粉末主要为YAG相,等离子喷涂涂层则以YAG和YAP (YAlO3)相为主。经过在硝酸中腐蚀不同的时间后,涂层的孔隙率和衍射峰的强度均增加。同时,衍射峰的主峰位置发生移动。涂层的发光强度随腐蚀时间的增加呈现先增加、再降低、之后增大的波动趋势。涂层的发光强度受其孔隙率、结晶度和相成分等多种因素的影响。
2018, 47(1):344-350.
摘要:
由于LiFePO4和Li3V2(PO4)3材料的特征相近, 制备方法相类似,提供了一种从废旧LiFePO4和Li3V2(PO4)3混合电池中回收Li、Fe和V,再制备xLiFePO4 -yLi3V2(PO4)3的方法。在空气气氛中600℃热处理1h后,去除粘结剂PVDF使活性物质与集流体分离。调节Li、Fe、V和P摩尔比,球磨、锻烧,配制不同比例的xLiFePO4-yLi3V2(PO4)3(x:y=5:1,7:1,9:1)复合电极材料。表征了其形貌、结构和电化学性能,结果表明,回收制备的复合材料将同时具备LiFePO4和Li3V2(PO4)3两种材料的电化学性能,能显著改善LiFePO4的倍率性能,本论文的研究为废旧锂离子电池资源化回收探索了新的途径,具有良好的应用前景,对于环境保护意义重大,必将产生良好的社会经济效益。
由于LiFePO4和Li3V2(PO4)3材料的特征相近, 制备方法相类似,提供了一种从废旧LiFePO4和Li3V2(PO4)3混合电池中回收Li、Fe和V,再制备xLiFePO4 -yLi3V2(PO4)3的方法。在空气气氛中600℃热处理1h后,去除粘结剂PVDF使活性物质与集流体分离。调节Li、Fe、V和P摩尔比,球磨、锻烧,配制不同比例的xLiFePO4-yLi3V2(PO4)3(x:y=5:1,7:1,9:1)复合电极材料。表征了其形貌、结构和电化学性能,结果表明,回收制备的复合材料将同时具备LiFePO4和Li3V2(PO4)3两种材料的电化学性能,能显著改善LiFePO4的倍率性能,本论文的研究为废旧锂离子电池资源化回收探索了新的途径,具有良好的应用前景,对于环境保护意义重大,必将产生良好的社会经济效益。
2018, 47(1):351-356.
摘要:
采用氧-乙炔火焰喷焊在Q235钢上制备NiCrBSi-WC涂层，使用激光对喷焊层表面改性处理后在电炉中进行固体硼硅共渗。通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计等对处理前后涂层组织的微观形貌、物相和显微硬度进行分析，使用摩擦磨损实验机研究对比处理前后各涂层的耐磨性能。结果表明喷焊层表面微孔及夹杂在激光扫描处理后变得平整、致密，涂层主相Ni2.9Cr0.7Fe0.36、FeNi3成分未变，但主相在晶面排列上具有择优取向性且结晶度提高。WC部分分解为W2C、W及C，C被固溶进Ni基中使Cr3C2等碳化物相增多，淬硬层深度达0.25mm，显微硬度提高到909HV，耐磨性能得到提高。在涂层激光重熔的基础上硼硅共渗能够增加Ni3B、Ni2B、NiSi等硼化物及硅化物硬质相，平均摩擦系数由0.583降低为0.428，耐磨性较激光处理后提高近一倍。
采用氧-乙炔火焰喷焊在Q235钢上制备NiCrBSi-WC涂层，使用激光对喷焊层表面改性处理后在电炉中进行固体硼硅共渗。通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计等对处理前后涂层组织的微观形貌、物相和显微硬度进行分析，使用摩擦磨损实验机研究对比处理前后各涂层的耐磨性能。结果表明喷焊层表面微孔及夹杂在激光扫描处理后变得平整、致密，涂层主相Ni2.9Cr0.7Fe0.36、FeNi3成分未变，但主相在晶面排列上具有择优取向性且结晶度提高。WC部分分解为W2C、W及C，C被固溶进Ni基中使Cr3C2等碳化物相增多，淬硬层深度达0.25mm，显微硬度提高到909HV，耐磨性能得到提高。在涂层激光重熔的基础上硼硅共渗能够增加Ni3B、Ni2B、NiSi等硼化物及硅化物硬质相，平均摩擦系数由0.583降低为0.428，耐磨性较激光处理后提高近一倍。
2018, 47(1):357-362.
摘要:
为了解决镁合金无缝管难加工问题，本文研究了AZ31镁合金斜轧穿孔制备管坯新工艺。根据镁合金热加工本构关系确定加工温度和应变率范围为300-450℃、0.001s-1 -1s-1，根据斜轧理论与现有的三辊斜轧设备初步确定工艺参数，对Φ40mm×300mm镁合金棒材进行穿孔过程热力耦合数值模拟及实验研究，取穿后毛管试样进行金相分析。结果表明：采用斜轧穿孔方式完全可以制备AZ31镁合金无缝管；在400℃下，选择合适的顶头前伸量、送进角、轧辊转速、孔喉直径能够顺利穿制Φ40mm×5.5mm×615mm镁合金毛管；轧后组织成等轴状均匀分布且晶粒明显细化，达到3μm，相应力学性能得到改善。此工艺可代替传统挤压工序生产无缝镁合金管，提高生产效率降低成本，便于后续成品管的生产。
为了解决镁合金无缝管难加工问题，本文研究了AZ31镁合金斜轧穿孔制备管坯新工艺。根据镁合金热加工本构关系确定加工温度和应变率范围为300-450℃、0.001s-1 -1s-1，根据斜轧理论与现有的三辊斜轧设备初步确定工艺参数，对Φ40mm×300mm镁合金棒材进行穿孔过程热力耦合数值模拟及实验研究，取穿后毛管试样进行金相分析。结果表明：采用斜轧穿孔方式完全可以制备AZ31镁合金无缝管；在400℃下，选择合适的顶头前伸量、送进角、轧辊转速、孔喉直径能够顺利穿制Φ40mm×5.5mm×615mm镁合金毛管；轧后组织成等轴状均匀分布且晶粒明显细化，达到3μm，相应力学性能得到改善。此工艺可代替传统挤压工序生产无缝镁合金管，提高生产效率降低成本，便于后续成品管的生产。
2018, 47(1):363-366.
摘要:
利用Hopkinson杆装置开展了-100℃～400℃较宽温度范围下U-5.7Nb合金的动态压缩变形行为,研究结果表明U-5.7Nb合金的压缩性能对温度和应变率较为敏感。随实验温度升高,屈服应力迅速下降,下降速率约为2MPa/℃,而加工硬化行为基本不变,当温度升高至200℃以上时,静动态应力～应变曲线形态由“双屈服”转变为“单屈服”；随应变率提高,屈服应力及去孪生引起的硬化模量均明显增大。最后,结合金相分析结果讨论了400℃时静动态力学曲线分歧的来源。
利用Hopkinson杆装置开展了-100℃～400℃较宽温度范围下U-5.7Nb合金的动态压缩变形行为,研究结果表明U-5.7Nb合金的压缩性能对温度和应变率较为敏感。随实验温度升高,屈服应力迅速下降,下降速率约为2MPa/℃,而加工硬化行为基本不变,当温度升高至200℃以上时,静动态应力～应变曲线形态由“双屈服”转变为“单屈服”；随应变率提高,屈服应力及去孪生引起的硬化模量均明显增大。最后,结合金相分析结果讨论了400℃时静动态力学曲线分歧的来源。
2018, 47(1):367-370.
摘要:
采用化学镀方法在BAg45CuZn钎料表面镀覆微米锡层,并用镀锡银钎料以火焰钎焊工艺连接H62黄铜。借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别分析锡化学镀层、H62黄铜钎焊接头的显微组织和物相,并利用万能拉伸机和SEM表征钎焊接头的抗拉强度和断口形貌。结果表明,锡化学镀层结晶晶粒呈现明显的(110)、(210)择优取向,化学镀锡银钎料连接的接头中母材与钎缝结合紧密,接头组织中富Cu相减少,出现Cu5Zn8化合物相。随着基体钎料表面镀锡含量升高,钎焊接头的抗拉强度呈现先升高后降低趋势。在化学镀锡含量为6.0 %时,钎焊接头的抗拉强度为353 MPa。镀锡前后钎焊接头的拉伸断口均呈现韧性断裂。
采用化学镀方法在BAg45CuZn钎料表面镀覆微米锡层,并用镀锡银钎料以火焰钎焊工艺连接H62黄铜。借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别分析锡化学镀层、H62黄铜钎焊接头的显微组织和物相,并利用万能拉伸机和SEM表征钎焊接头的抗拉强度和断口形貌。结果表明,锡化学镀层结晶晶粒呈现明显的(110)、(210)择优取向,化学镀锡银钎料连接的接头中母材与钎缝结合紧密,接头组织中富Cu相减少,出现Cu5Zn8化合物相。随着基体钎料表面镀锡含量升高,钎焊接头的抗拉强度呈现先升高后降低趋势。在化学镀锡含量为6.0 %时,钎焊接头的抗拉强度为353 MPa。镀锡前后钎焊接头的拉伸断口均呈现韧性断裂。
2018, 47(1):371-377.
摘要:
利用放电等离子烧结技术制备了基体为NiTi、表面为多孔NiTi的生物医用梯度合金,研究了烧结温度对梯度合金的微观结构、显微组织演变、表面孔隙特征及力学性能的影响。结果表明：随着烧结温度升高,合金由Ti、Ni、Ti2Ni、NiTi3混合相逐渐演变为以NiTi相为主及少量残留Ti2Ni、NiTi3相组成的组织,基体与多孔层界面处裂纹及缺陷逐渐减少并形成稳定的冶金结合,内外层晶粒不断细化,但过高的烧结温度会导致多孔层孔隙融合连通,使得梯度结构遭到破坏,同时表面多孔层孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势；合金压缩弹性模量随烧结温度升高变化不明显,而抗压强度呈显著增大趋势。与块体NiTi合金及多孔NiTi合金相比,所制备梯度合金不仅具有良好的界面结合和表层孔隙特征、较高的抗压强度及较低的弹性模量,还具有优异的超弹性性能。
利用放电等离子烧结技术制备了基体为NiTi、表面为多孔NiTi的生物医用梯度合金,研究了烧结温度对梯度合金的微观结构、显微组织演变、表面孔隙特征及力学性能的影响。结果表明：随着烧结温度升高,合金由Ti、Ni、Ti2Ni、NiTi3混合相逐渐演变为以NiTi相为主及少量残留Ti2Ni、NiTi3相组成的组织,基体与多孔层界面处裂纹及缺陷逐渐减少并形成稳定的冶金结合,内外层晶粒不断细化,但过高的烧结温度会导致多孔层孔隙融合连通,使得梯度结构遭到破坏,同时表面多孔层孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势；合金压缩弹性模量随烧结温度升高变化不明显,而抗压强度呈显著增大趋势。与块体NiTi合金及多孔NiTi合金相比,所制备梯度合金不仅具有良好的界面结合和表层孔隙特征、较高的抗压强度及较低的弹性模量,还具有优异的超弹性性能。
2018, 47(1):378-382.
摘要:
本文在400 ℃下对单晶6H-SiC进行了400 keV氦离子辐照,辐照剂量为1×1016 He+/cm2,随后在1200和1500 ℃退火30分钟。采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对辐照态和退火态SiC进行微观结构观察与分析。实验结果表明,单晶6H-SiC在400 ℃经氦离子辐照后,仅观察到由辐照引起的位移损伤带,而未观察到明显尺寸的氦气泡。但经1200 ℃退火30分钟后,在辐照损伤区域形成了呈血小板状的气泡簇,其主要分布在(0001)晶面上,少量形成在(1 1 -2 0)晶面。辐照未在6H-SiC表面上形成明显尺寸的缺陷,而经1200 ℃退火30分钟后,SiC表面出现大尺寸的起泡和凹坑,进一步提高退火温度至1500 ℃时,表面起泡和形成凹坑更严重,并产生了大量裂纹。本文同时对微观结构演化的机理进行了分析与讨论。
本文在400 ℃下对单晶6H-SiC进行了400 keV氦离子辐照,辐照剂量为1×1016 He+/cm2,随后在1200和1500 ℃退火30分钟。采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜对辐照态和退火态SiC进行微观结构观察与分析。实验结果表明,单晶6H-SiC在400 ℃经氦离子辐照后,仅观察到由辐照引起的位移损伤带,而未观察到明显尺寸的氦气泡。但经1200 ℃退火30分钟后,在辐照损伤区域形成了呈血小板状的气泡簇,其主要分布在(0001)晶面上,少量形成在(1 1 -2 0)晶面。辐照未在6H-SiC表面上形成明显尺寸的缺陷,而经1200 ℃退火30分钟后,SiC表面出现大尺寸的起泡和凹坑,进一步提高退火温度至1500 ℃时,表面起泡和形成凹坑更严重,并产生了大量裂纹。本文同时对微观结构演化的机理进行了分析与讨论。
2018, 47(1):383-388.
摘要:
本文用水热合成法,以葡萄糖为原料在不添加有机物模板剂的前提下,制备了尺寸可控的中空碳球为催化剂载体,加入自制的孔径在30nm～40nm范围内,比表面积为126m2/g的花状CeO2为助剂,用微波辅助乙二醇还原氯铂酸法合成了催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、比表面(BET)对所制备的载体及助剂进行了表征,利用电化学工作站对所制备的催化剂进行了电化学性能测试。表征结果为,所制备的碳球粒径分布的范围是0.4μm～0.9μm,表面含有-OH,-C=O,-COOH含氧官能基。电化学测试表征结果为,添加了花状CeO2的Pt-CeO2/C催化剂的催化性能,稳定性和抗中毒能力比传统的Pt/C更优秀。随着碳球载体粒径的减小,催化剂的催化性能,稳定性及抗中毒能力随之增强。葡萄糖浓度为0.5mol/L,水热反应时间为4h条件下合成的碳球作载体,并加入花状CeO2为助剂合成的催化剂对乙醇的催化氧化具有最佳的活性,稳定性及抗中毒能力。
本文用水热合成法,以葡萄糖为原料在不添加有机物模板剂的前提下,制备了尺寸可控的中空碳球为催化剂载体,加入自制的孔径在30nm～40nm范围内,比表面积为126m2/g的花状CeO2为助剂,用微波辅助乙二醇还原氯铂酸法合成了催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、比表面(BET)对所制备的载体及助剂进行了表征,利用电化学工作站对所制备的催化剂进行了电化学性能测试。表征结果为,所制备的碳球粒径分布的范围是0.4μm～0.9μm,表面含有-OH,-C=O,-COOH含氧官能基。电化学测试表征结果为,添加了花状CeO2的Pt-CeO2/C催化剂的催化性能,稳定性和抗中毒能力比传统的Pt/C更优秀。随着碳球载体粒径的减小,催化剂的催化性能,稳定性及抗中毒能力随之增强。葡萄糖浓度为0.5mol/L,水热反应时间为4h条件下合成的碳球作载体,并加入花状CeO2为助剂合成的催化剂对乙醇的催化氧化具有最佳的活性,稳定性及抗中毒能力。
2018, 47(1):389-395.
摘要:
采用Ti-66Ni (wt.%)+B的复合钎料对Ti2AlNb基合金进行钎焊连接,研究了钎焊接头的界面组织与形成机制,分析了钎焊温度与B含量对接头组织与性能的影响。结果表明：钎焊接头的典型界面组织为：Ti2AlNb/B2/B2+Nb3Al+τ3+TiB/τ3+
采用Ti-66Ni (wt.%)+B的复合钎料对Ti2AlNb基合金进行钎焊连接,研究了钎焊接头的界面组织与形成机制,分析了钎焊温度与B含量对接头组织与性能的影响。结果表明：钎焊接头的典型界面组织为：Ti2AlNb/B2/B2+Nb3Al+τ3+TiB/τ3+
2018, 47(1):396-402.
摘要:
双相材料由于其微观结构上的特殊性使其微观变形行为相对于单相材料而言较为复杂，具体表现为变形过程中具有不同力学性能的两相之间存在着相互协调以及应力应变分配行为，并且影响微观变形行为的因素是多尺度的，目前还无法对其进行定量研究，而单相应力应变关系作为研究双相材料微观变形行为的基础，同样成为当前研究的热点问题。本文对单相应力应变关系的研究进展进行了总结，介绍了获取单相应力应变关系的方法；分别从实验、理论分析和有限元建模三个方面重点阐述了双相材料两相微观变形行为研究现状，简单分析了各种研究方法存在的不足；提出了双相材料两相微观变形行为研究中尚待解决的问题。
双相材料由于其微观结构上的特殊性使其微观变形行为相对于单相材料而言较为复杂，具体表现为变形过程中具有不同力学性能的两相之间存在着相互协调以及应力应变分配行为，并且影响微观变形行为的因素是多尺度的，目前还无法对其进行定量研究，而单相应力应变关系作为研究双相材料微观变形行为的基础，同样成为当前研究的热点问题。本文对单相应力应变关系的研究进展进行了总结，介绍了获取单相应力应变关系的方法；分别从实验、理论分析和有限元建模三个方面重点阐述了双相材料两相微观变形行为研究现状，简单分析了各种研究方法存在的不足；提出了双相材料两相微观变形行为研究中尚待解决的问题。
2018, 47(1):403-408.
摘要:
镁及镁合金因其密度低、弹性模量与硬组织匹配、可降解吸收以及具有优异的生物相容性等优点已成为可降解生物材料领域的研究热点。但镁合金体内降解速率过快且降解时产生析氢反应并引发局部PH环境升高,这会影响周围组织的生长,甚至会发生溶血、溶骨现象,这严重限制其在临床上应用。采用添加适当合金元素以及镁合金表面改性被认为是减缓镁合金腐蚀速率以期达到其降解行为可控的有效方法。综述了可降解镁合金抗菌性和溶血性能的研究状况,系统阐述了近5年来可降解镁合金生物相容性的最近进展,展望了医用可降解镁合金未来的研究方向和挑战。
镁及镁合金因其密度低、弹性模量与硬组织匹配、可降解吸收以及具有优异的生物相容性等优点已成为可降解生物材料领域的研究热点。但镁合金体内降解速率过快且降解时产生析氢反应并引发局部PH环境升高,这会影响周围组织的生长,甚至会发生溶血、溶骨现象,这严重限制其在临床上应用。采用添加适当合金元素以及镁合金表面改性被认为是减缓镁合金腐蚀速率以期达到其降解行为可控的有效方法。综述了可降解镁合金抗菌性和溶血性能的研究状况,系统阐述了近5年来可降解镁合金生物相容性的最近进展,展望了医用可降解镁合金未来的研究方向和挑战。
