2018年第47卷第11期文章目次
2018, 47(11):3251-3256.
摘要:
本研究制备了一系列Co-Cr-V合金，在1200℃下扩散处理259200 s。利用EPMA技术测定了各扩散偶的浓度-距离曲线，并根据测得的浓度-距离曲线用Whittle and Green方法计算了Co-Cr-V三元系在1200℃下的互扩散系数。基于本研究的实验数据和文献报道的热力学信息和相关子二元系的动力学参数，利用DICTRA软件优化得到Co-Cr-V体系fcc相的扩散迁移率参数。运用优化得到的原子迁移率参数计算互扩散系数，并与实验数据比对，取得较好的一致性，从而验证了所得迁移率参数的可靠性。同时运用该迁移率参数计算了各扩散偶的浓度-距离曲线和扩散路径，计算结果与实验数据均符合良好，进一步验证了参数的合理性和准确性。
本研究制备了一系列Co-Cr-V合金，在1200℃下扩散处理259200 s。利用EPMA技术测定了各扩散偶的浓度-距离曲线，并根据测得的浓度-距离曲线用Whittle and Green方法计算了Co-Cr-V三元系在1200℃下的互扩散系数。基于本研究的实验数据和文献报道的热力学信息和相关子二元系的动力学参数，利用DICTRA软件优化得到Co-Cr-V体系fcc相的扩散迁移率参数。运用优化得到的原子迁移率参数计算互扩散系数，并与实验数据比对，取得较好的一致性，从而验证了所得迁移率参数的可靠性。同时运用该迁移率参数计算了各扩散偶的浓度-距离曲线和扩散路径，计算结果与实验数据均符合良好，进一步验证了参数的合理性和准确性。
2018, 47(11):3257-3263.
摘要:
在本文中,通过熔炼制备Al-La, Al-Ti及 Al-La-Ti 合金研究了La、Ti微量元素添加对纯铝的导电性和强度的影响。同时研究了在500 ℃下均匀化处理8 h之后样品的导电性能与微观结构的变化。结果表明,当La添加量不超过0.3%时,Al-La合金的导电率会保持在较高的值60.35% IACS左右,因为La与铝中的杂质Si,Fe反应析出。随着Ti元素添加量的增加,Al-Ti合金的强度明显增加,这主要是Ti原子的固溶强化的作用。当同时在纯铝中添加La和Ti元素时,会使合金在Al-La合金的基础上强度得到提升,导电率有所下降,但是导电率仍然高于单独添加Ti元素时的Al-Ti合金。这主要是因为La与Ti之间相互反应生成Ti2Al20La化合物并且析出,有利于导电性的提升。研究结果表明,均匀化处理对样品微观结构变化的影响很小,而导电性的提高主要是因为均匀化处理消除了铸态样品的大部分显微疏松,缩孔和显微针孔等铸造缺陷。
在本文中,通过熔炼制备Al-La, Al-Ti及 Al-La-Ti 合金研究了La、Ti微量元素添加对纯铝的导电性和强度的影响。同时研究了在500 ℃下均匀化处理8 h之后样品的导电性能与微观结构的变化。结果表明,当La添加量不超过0.3%时,Al-La合金的导电率会保持在较高的值60.35% IACS左右,因为La与铝中的杂质Si,Fe反应析出。随着Ti元素添加量的增加,Al-Ti合金的强度明显增加,这主要是Ti原子的固溶强化的作用。当同时在纯铝中添加La和Ti元素时,会使合金在Al-La合金的基础上强度得到提升,导电率有所下降,但是导电率仍然高于单独添加Ti元素时的Al-Ti合金。这主要是因为La与Ti之间相互反应生成Ti2Al20La化合物并且析出,有利于导电性的提升。研究结果表明,均匀化处理对样品微观结构变化的影响很小,而导电性的提高主要是因为均匀化处理消除了铸态样品的大部分显微疏松,缩孔和显微针孔等铸造缺陷。
2018, 47(11):3264-3271.
摘要:
本文在无接触式电感方法基础上自主开发改进了一套新的测试系统,改进的测量装置可以表征铁基非晶合金带材的压磁特性。研究表明,在σ≤0.1 MPa下,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材具有良好的圧磁特性,在测试条件lev=0.3V 、f=1 kHz时,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材均在多次试验中均表现出很好的稳定性和重复性。带材对微小应力极为敏感,在对带材进行初步施压时,样品的电感值出现迅速上升趋势,通过放大实验进一步精确了带材的应力敏感区间约在0-1.5 KPa之间；不同厚度和宽度的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材对其压磁性能具有较大影响,测量的电感初值及其相应的SI(%)Max值总体上随着相应尺寸的增加而增大；带材宽度一定时,33-36 mm厚带材的压磁性能最优, 相应的SI(%)Max为19.8%；带材厚度一定时,20 mm宽的带材具有更加优异的压磁性能,其SI(%)Max高至22.02%。
本文在无接触式电感方法基础上自主开发改进了一套新的测试系统,改进的测量装置可以表征铁基非晶合金带材的压磁特性。研究表明,在σ≤0.1 MPa下,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材具有良好的圧磁特性,在测试条件lev=0.3V 、f=1 kHz时,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材均在多次试验中均表现出很好的稳定性和重复性。带材对微小应力极为敏感,在对带材进行初步施压时,样品的电感值出现迅速上升趋势,通过放大实验进一步精确了带材的应力敏感区间约在0-1.5 KPa之间；不同厚度和宽度的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材对其压磁性能具有较大影响,测量的电感初值及其相应的SI(%)Max值总体上随着相应尺寸的增加而增大；带材宽度一定时,33-36 mm厚带材的压磁性能最优, 相应的SI(%)Max为19.8%；带材厚度一定时,20 mm宽的带材具有更加优异的压磁性能,其SI(%)Max高至22.02%。
2018, 47(11):3272-3276.
摘要:
利用高分辨透射电子显微镜和电子衍射观察了Al-12Zn-2.4Mg-1.1Cu-0.5Ni-0.2Zr合金中的Al3Zr-η′核壳颗粒。结果发现：Al3Zr颗粒在合金基体中以两种形态存在,一种是与基体共格的单独存在的Al3Zr颗粒；另外一种是作为η′析出相形核位置的核心Al3Zr颗粒,形成了一种与基体半共格的Al3Zr-η′核壳颗粒。该核壳颗粒的壳层由四种η′析出相变体组成。核心Al3Zr颗粒内部的晶格变形低于单独存在的Al3Zr颗粒,η′析出相和基体界面处存在显著的晶格应变。
利用高分辨透射电子显微镜和电子衍射观察了Al-12Zn-2.4Mg-1.1Cu-0.5Ni-0.2Zr合金中的Al3Zr-η′核壳颗粒。结果发现：Al3Zr颗粒在合金基体中以两种形态存在,一种是与基体共格的单独存在的Al3Zr颗粒；另外一种是作为η′析出相形核位置的核心Al3Zr颗粒,形成了一种与基体半共格的Al3Zr-η′核壳颗粒。该核壳颗粒的壳层由四种η′析出相变体组成。核心Al3Zr颗粒内部的晶格变形低于单独存在的Al3Zr颗粒,η′析出相和基体界面处存在显著的晶格应变。
2018, 47(11):3277-3283.
摘要:
通过实验研究了深冷处理过程中的最低处理温度对9%Ni钢力学性能和逆转奥氏体含量的影响。采用了不同的深冷处理温度和保温时间,并与9%Ni钢新发展起来的热处理工艺淬火、亚稳淬火、回火(QLT)相结合。结果表明,-80℃和-110℃的冷处理对9%Ni钢的力学性能和逆转奥氏体含量没有明显影响。然而,-140℃保温24小时的深冷处理能够提高9%Ni钢的冲击韧性,其机理主要在于深冷处理使得块状的逆转奥氏体转变为条状。此外,-140℃深冷处理通过等温马氏体转变值得逆转奥氏体的含量减少。-196℃保温24小时深冷处理增加了逆转奥氏体的含量,同时细化了二次马氏体板条组织, 从而使得9%Ni钢的室温和低温冲击韧性均得到提高。其机理主要是由于深冷-196℃深冷处理促使了超细碳化物的析出,同时增加了组织内应力,从而为逆转奥氏体在回火过程中的形核提供了更多了形核位置。
通过实验研究了深冷处理过程中的最低处理温度对9%Ni钢力学性能和逆转奥氏体含量的影响。采用了不同的深冷处理温度和保温时间,并与9%Ni钢新发展起来的热处理工艺淬火、亚稳淬火、回火(QLT)相结合。结果表明,-80℃和-110℃的冷处理对9%Ni钢的力学性能和逆转奥氏体含量没有明显影响。然而,-140℃保温24小时的深冷处理能够提高9%Ni钢的冲击韧性,其机理主要在于深冷处理使得块状的逆转奥氏体转变为条状。此外,-140℃深冷处理通过等温马氏体转变值得逆转奥氏体的含量减少。-196℃保温24小时深冷处理增加了逆转奥氏体的含量,同时细化了二次马氏体板条组织, 从而使得9%Ni钢的室温和低温冲击韧性均得到提高。其机理主要是由于深冷-196℃深冷处理促使了超细碳化物的析出,同时增加了组织内应力,从而为逆转奥氏体在回火过程中的形核提供了更多了形核位置。
2018, 47(11):3284-3288.
摘要:
本文采用轴向磁场增强电弧离子镀在高速钢基体上沉积了TiN/Cu纳米复合薄膜,研究了基体脉冲偏压幅值对薄膜成分、结构、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,薄膜中铜含量随着脉冲偏压幅值的增加先增加而后降低,在一个较低的范围内(1.3-2.1at.%)。X射线衍射结果表明所有的薄膜均出现TiN相,并未观察到Cu相。薄膜的择优取向随着脉冲偏压幅值的增加而改变。薄膜的最高硬度为36GPa,是在脉冲偏压幅值为-200V时得到的,对应了1.6at.%的Cu含量。与纯的TiN薄膜相比,Cu的添加明显增强了薄膜的耐磨性能。
本文采用轴向磁场增强电弧离子镀在高速钢基体上沉积了TiN/Cu纳米复合薄膜,研究了基体脉冲偏压幅值对薄膜成分、结构、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,薄膜中铜含量随着脉冲偏压幅值的增加先增加而后降低,在一个较低的范围内(1.3-2.1at.%)。X射线衍射结果表明所有的薄膜均出现TiN相,并未观察到Cu相。薄膜的择优取向随着脉冲偏压幅值的增加而改变。薄膜的最高硬度为36GPa,是在脉冲偏压幅值为-200V时得到的,对应了1.6at.%的Cu含量。与纯的TiN薄膜相比,Cu的添加明显增强了薄膜的耐磨性能。
2018, 47(11):3289-3294.
摘要:
基于粉末冶金的造孔剂法被广泛应用于制备泡沫金属尤其是泡沫钛。然而,如何获得所需孔隙率是这一技术面临的巨大挑战,因为孔隙率往往偏离期望值。作者前一研究的结果(即,P=ax+b。其中,a=1/(1+δ),b=δ/(1+δ))导致一个非常有趣的结论：孔体积变化率(δ)是一个不定数学常数。在研究基础的工作上,本文通过建立数学模型发现了一个新的结果,即方程δ =φ-1。其中,长度指数积φ代表烧结泡沫的实际长度与设计值的比值乘积。这表明长度指数积(φ)是一个我们可测量它的值的不定数学常数。因而,求出φ的值可以算出a和b,泡沫钛的孔隙率(P)就可以通过基于造孔剂含量(x)的线性方程P=ax+b来预测。这意味着在不测量孔隙率的情况下,可以通过测量烧结泡沫金属的宏观尺寸变化来获得孔隙率的调控方程。本文的研究为粉末造孔剂法制备泡沫金属的结构调控提供了新思路和新方法。
基于粉末冶金的造孔剂法被广泛应用于制备泡沫金属尤其是泡沫钛。然而,如何获得所需孔隙率是这一技术面临的巨大挑战,因为孔隙率往往偏离期望值。作者前一研究的结果(即,P=ax+b。其中,a=1/(1+δ),b=δ/(1+δ))导致一个非常有趣的结论：孔体积变化率(δ)是一个不定数学常数。在研究基础的工作上,本文通过建立数学模型发现了一个新的结果,即方程δ =φ-1。其中,长度指数积φ代表烧结泡沫的实际长度与设计值的比值乘积。这表明长度指数积(φ)是一个我们可测量它的值的不定数学常数。因而,求出φ的值可以算出a和b,泡沫钛的孔隙率(P)就可以通过基于造孔剂含量(x)的线性方程P=ax+b来预测。这意味着在不测量孔隙率的情况下,可以通过测量烧结泡沫金属的宏观尺寸变化来获得孔隙率的调控方程。本文的研究为粉末造孔剂法制备泡沫金属的结构调控提供了新思路和新方法。
2018, 47(11):3295-3300.
摘要:
硬质膜层在服役过程中,往往由于膜基界面强度的不足导致膜层过早的发生界面的剥落失效,这种剥落失效主要是由界面残余热应力诱导的显微裂纹的失稳扩展引发的。残余热应力主要来源于基体与膜层材料在热膨胀系数、弹性模量等物理性能的不匹配。为了降低这种不匹配性,在制备TiN硬质膜层之前,本文通过辉光离子扩渗技术在TC4基体表面形成具有一定深度、梯度结构的渗碳硬化层,然后利用等离子增强离子镀技术制备了单层及多层复合Ti/TiN膜层,研究基体预渗碳层对其表面不同结构TiN(Ti)硬质膜层性能的影响。结果表明,基体经过预渗碳强化处理后,相比于单一TiN或多层复合Ti/TiN硬质膜层,复合渗镀层的表面硬度能提高近2倍,膜基结合强度最高可达80N以上。同时,经过硬化后的基体显著抑制了其表面复合硬质膜层的界面脆性断裂倾向,复合膜层在外加载荷作用下的与基体的协同变形能力得到加强,强韧性显著提高。
硬质膜层在服役过程中,往往由于膜基界面强度的不足导致膜层过早的发生界面的剥落失效,这种剥落失效主要是由界面残余热应力诱导的显微裂纹的失稳扩展引发的。残余热应力主要来源于基体与膜层材料在热膨胀系数、弹性模量等物理性能的不匹配。为了降低这种不匹配性,在制备TiN硬质膜层之前,本文通过辉光离子扩渗技术在TC4基体表面形成具有一定深度、梯度结构的渗碳硬化层,然后利用等离子增强离子镀技术制备了单层及多层复合Ti/TiN膜层,研究基体预渗碳层对其表面不同结构TiN(Ti)硬质膜层性能的影响。结果表明,基体经过预渗碳强化处理后,相比于单一TiN或多层复合Ti/TiN硬质膜层,复合渗镀层的表面硬度能提高近2倍,膜基结合强度最高可达80N以上。同时,经过硬化后的基体显著抑制了其表面复合硬质膜层的界面脆性断裂倾向,复合膜层在外加载荷作用下的与基体的协同变形能力得到加强,强韧性显著提高。
2018, 47(11):3301-3308.
摘要:
研究了Sr-Ca复合变质对A390铝合金显微组织中初生硅相、共晶硅相、初生α相和金属间化合物相数量、尺寸和形貌变化的影响规律。结果表明,Sr-Ca复合变质体现为协同作用,少量Ca的加入不仅减缓了Sr在熔体中的烧损,降低了Sr烧损率,而且抑制了Sr对初生硅相的粗化作用。在A390铝合金中Sr的主要作用是变质共晶硅相和细化θ相,Ca的主要作用是变质初生硅相和初生α相。当联合添加0.05%Sr-Ca且Sr、Ca原子比为5:1时,获得了最佳组织形态,其中初生硅相、共晶硅相、初生α相均较0.05%Sr单独变质时有明显改善。
研究了Sr-Ca复合变质对A390铝合金显微组织中初生硅相、共晶硅相、初生α相和金属间化合物相数量、尺寸和形貌变化的影响规律。结果表明,Sr-Ca复合变质体现为协同作用,少量Ca的加入不仅减缓了Sr在熔体中的烧损,降低了Sr烧损率,而且抑制了Sr对初生硅相的粗化作用。在A390铝合金中Sr的主要作用是变质共晶硅相和细化θ相,Ca的主要作用是变质初生硅相和初生α相。当联合添加0.05%Sr-Ca且Sr、Ca原子比为5:1时,获得了最佳组织形态,其中初生硅相、共晶硅相、初生α相均较0.05%Sr单独变质时有明显改善。
2018, 47(11):3309-3315.
摘要:
为了更好的研究温度和载荷对镍基单晶空心叶片榫头位置的再结晶行为的影响，本实验首先对单晶试样施加不同载荷，然后在不同的温度下进行固溶处理，处理后的试样在光学显微镜和扫描电子显微镜进行组织分析。结果表明：不同载荷下的DD5单晶试样经1230℃/4h，ac热处理后，随着载荷增加，受载荷影响区域深度增加，该区域枝晶间空间增大，未溶解的共晶组织周围弥散分布大量与γ相共格的γ′相颗粒物，γ′相粒子以胞状形式重新析出，尺寸和深度随载荷的增大而增加；经1315℃/4h，ac.热处理后发生再结晶现象，随着载荷增加再结晶区域增大，受载荷影响区域的枝晶干发生钝化，枝晶干与枝晶间界限消失，再结晶晶粒间存在γ/γ′共晶组织。
为了更好的研究温度和载荷对镍基单晶空心叶片榫头位置的再结晶行为的影响，本实验首先对单晶试样施加不同载荷，然后在不同的温度下进行固溶处理，处理后的试样在光学显微镜和扫描电子显微镜进行组织分析。结果表明：不同载荷下的DD5单晶试样经1230℃/4h，ac热处理后，随着载荷增加，受载荷影响区域深度增加，该区域枝晶间空间增大，未溶解的共晶组织周围弥散分布大量与γ相共格的γ′相颗粒物，γ′相粒子以胞状形式重新析出，尺寸和深度随载荷的增大而增加；经1315℃/4h，ac.热处理后发生再结晶现象，随着载荷增加再结晶区域增大，受载荷影响区域的枝晶干发生钝化，枝晶干与枝晶间界限消失，再结晶晶粒间存在γ/γ′共晶组织。
2018, 47(11):3316-3320.
摘要:
首次通过磁控溅射制备了对齐的Au-TiO2纳米棒阵列，Au-TiO2纳米棒的制备通过直流反应磁控溅射法在室温中进行，之后在500oC的空气中热处理两小时，热处理导致Au-TiO2纳米棒的Au纳米粒子嵌入到锐钛矿相TiO2纳米棒中, 与传统方法制备的纯TiO2纳米棒相比, 这些Au-TiO2纳米棒表现出较低的光致发光强度和较高的光吸收性, 并且对可见光反应强烈. TiO2纳米棒中的Au纳米颗粒能够抑制电荷复合
首次通过磁控溅射制备了对齐的Au-TiO2纳米棒阵列，Au-TiO2纳米棒的制备通过直流反应磁控溅射法在室温中进行，之后在500oC的空气中热处理两小时，热处理导致Au-TiO2纳米棒的Au纳米粒子嵌入到锐钛矿相TiO2纳米棒中, 与传统方法制备的纯TiO2纳米棒相比, 这些Au-TiO2纳米棒表现出较低的光致发光强度和较高的光吸收性, 并且对可见光反应强烈. TiO2纳米棒中的Au纳米颗粒能够抑制电荷复合
2018, 47(11):3321-3328.
摘要:
本文首先建立了一个数学模型,用来模拟包覆铸造过程和工艺参数(包括铸造速度、铸造温度、冷却水量)对包覆铸锭的影响规律。以模拟结果为依据,通过优化工艺参数成功制备了尺寸为φ140/φ110mm的4045/3003包覆铸锭,并通过实验测温对模型进行了验证。采用多种手段对界面的组织性能进行了检测。结果表明,测温结果与模拟结果相互吻合,模型可靠。优化后的包覆铸造工艺参数为：铸造速度100mm/min,冷却水量35L/min,铸造温度1020K(4045),1000K(3003)。包覆铸锭界面处无气孔、夹杂等缺陷,通过元素扩散形成了约15μm的扩散层。界面抗拉强度为107.3MPa,大于3003合金基体强度,说明两种合金实现冶金结合
本文首先建立了一个数学模型,用来模拟包覆铸造过程和工艺参数(包括铸造速度、铸造温度、冷却水量)对包覆铸锭的影响规律。以模拟结果为依据,通过优化工艺参数成功制备了尺寸为φ140/φ110mm的4045/3003包覆铸锭,并通过实验测温对模型进行了验证。采用多种手段对界面的组织性能进行了检测。结果表明,测温结果与模拟结果相互吻合,模型可靠。优化后的包覆铸造工艺参数为：铸造速度100mm/min,冷却水量35L/min,铸造温度1020K(4045),1000K(3003)。包覆铸锭界面处无气孔、夹杂等缺陷,通过元素扩散形成了约15μm的扩散层。界面抗拉强度为107.3MPa,大于3003合金基体强度,说明两种合金实现冶金结合
2018, 47(11):3329-3337.
摘要:
采用等温热压缩实验，研究了一种典型镍基高温合金在1010-1160oC及0.001-1s-1条件下的高温流变行为。结果表明在合金的高温变形过程中发生了动态回复(DRV)以及动态再结晶(DRX)现象。通过深入分析不同变形条件下合金的高温流变行为，分别建立了合金在加工硬化-动态回复阶段以及动态再结晶阶段的流变应力本构方程。其中，在动态再结晶阶段，流变应力本构方程的建立是基于一种新型的动态再结晶动力学方程，该方程中引入了最大软化速率应变。此外，采用线性拟合的方法，建立了本构方程中材料常数与Zener-Hollomon参数间的函数关系。同时，通过对比分析流变应力的实测值和预测值，并计算两者之间的相关系数(R)和平均相对误差绝对值(AARE)，验证了所建立本构方程的准确性，它可以精确预测所研究合金的高温流变应力。
采用等温热压缩实验，研究了一种典型镍基高温合金在1010-1160oC及0.001-1s-1条件下的高温流变行为。结果表明在合金的高温变形过程中发生了动态回复(DRV)以及动态再结晶(DRX)现象。通过深入分析不同变形条件下合金的高温流变行为，分别建立了合金在加工硬化-动态回复阶段以及动态再结晶阶段的流变应力本构方程。其中，在动态再结晶阶段，流变应力本构方程的建立是基于一种新型的动态再结晶动力学方程，该方程中引入了最大软化速率应变。此外，采用线性拟合的方法，建立了本构方程中材料常数与Zener-Hollomon参数间的函数关系。同时，通过对比分析流变应力的实测值和预测值，并计算两者之间的相关系数(R)和平均相对误差绝对值(AARE)，验证了所建立本构方程的准确性，它可以精确预测所研究合金的高温流变应力。
2018, 47(11):3338-3344.
摘要:
镍基合金在含氯介质中有着优异的耐蚀性能，但其耐磨性不足。本文首先利用HVOF在Inconel617基体上沉积WC--CoCr涂层，研究了经过电子束重熔获得新的改性层表面形貌以及相成分。电子束处理后，一些喷涂层的结构缺陷得到了改善，涂层空隙减少，晶粒得到了细化，由于生成了高硬度的新相（尤其是Co6W6C相），熔覆层的显微硬度为1100HV0.3，为基体显微硬度（550HV0.3）的两倍。通过摩擦磨损实验分析，试样相比于基体的滑动磨损行为，其磨损率有着显著的降低，而EDS分析表明，熔覆层内出现了新的元素，基体与涂层达到了良好的冶金结合。此外，熔覆层在盐水中的抗腐蚀能力有所提高。
镍基合金在含氯介质中有着优异的耐蚀性能，但其耐磨性不足。本文首先利用HVOF在Inconel617基体上沉积WC--CoCr涂层，研究了经过电子束重熔获得新的改性层表面形貌以及相成分。电子束处理后，一些喷涂层的结构缺陷得到了改善，涂层空隙减少，晶粒得到了细化，由于生成了高硬度的新相（尤其是Co6W6C相），熔覆层的显微硬度为1100HV0.3，为基体显微硬度（550HV0.3）的两倍。通过摩擦磨损实验分析，试样相比于基体的滑动磨损行为，其磨损率有着显著的降低，而EDS分析表明，熔覆层内出现了新的元素，基体与涂层达到了良好的冶金结合。此外，熔覆层在盐水中的抗腐蚀能力有所提高。
2018, 47(11):3345-3352.
摘要:
通过对实验结果进行分析,来探究热处理工艺对挤压态Mg-4.8Zn-1.2Y-0.4Zr镁合金的组织性能的影响规律。研究表明在热处理过程中,挤压态镁合金中的组织发生了明显的变化,T4固溶处理后,虽然合金的晶粒明显长大,但是合金的塑性仍然有显著提升,这主要是因为W相由粗大的鱼骨状分解为细小的颗粒状降低了晶界的阻塞作用；T5热处理后合金中除W相外,还有少量的Mg-Zn相析出,提高了合金的性能。T6热处理后合金中W相几乎全部分解,析出了Mg-Zn和Mg-Y等新相,这些弥散分布的相大大提高了合金的强度和塑性。T6热处理后合金的极限抗拉强度和延伸率分别从挤压态的311MPa、16.89%提高到374MPa、21.97%。最终得到最适合Mg-4.8Zn-1.2Y-0.4Zr合金的热处理方式(500℃× 2h 200℃×48h)。
通过对实验结果进行分析,来探究热处理工艺对挤压态Mg-4.8Zn-1.2Y-0.4Zr镁合金的组织性能的影响规律。研究表明在热处理过程中,挤压态镁合金中的组织发生了明显的变化,T4固溶处理后,虽然合金的晶粒明显长大,但是合金的塑性仍然有显著提升,这主要是因为W相由粗大的鱼骨状分解为细小的颗粒状降低了晶界的阻塞作用；T5热处理后合金中除W相外,还有少量的Mg-Zn相析出,提高了合金的性能。T6热处理后合金中W相几乎全部分解,析出了Mg-Zn和Mg-Y等新相,这些弥散分布的相大大提高了合金的强度和塑性。T6热处理后合金的极限抗拉强度和延伸率分别从挤压态的311MPa、16.89%提高到374MPa、21.97%。最终得到最适合Mg-4.8Zn-1.2Y-0.4Zr合金的热处理方式(500℃× 2h 200℃×48h)。
2018, 47(11):3353-3358.
摘要:
对初始针状α组织的Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr-1Zr近β钛合金在750~775 ℃、10-3~10-1 s-1下热压缩,研究针状α的微观破碎行为。结果表明,随着应变量的增加,针状α经历了旋转位移、部分破碎、完全破碎成等轴形貌的演变阶段。在针状α破碎过程中,当相邻α和β之间符合Burgers取向关系时,β基体内位错通过α/β界面滑移传递切入α内,形成高密度位错,并演化成亚晶结构。当不符合Burgers取向关系时,β基体位错容易在一些取向差异较大的α/β界面塞积、出现局部应力集中,导致在对应针状α内形成局部剪切带相关的亚结构。随后,β基体沿亚结构界面契入针状α内,最终导致针状α相分离破碎。提升温度会加剧β基体动态回复,位错密度大幅下降,不利于在针状α内形成亚结构；提升变形速率使得变形时间大幅缩短,针状α内形成高密度位错、进而转变成亚结构等微观过程无法充分进行,因此均会降低针状α的破碎程度。
对初始针状α组织的Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr-1Zr近β钛合金在750~775 ℃、10-3~10-1 s-1下热压缩,研究针状α的微观破碎行为。结果表明,随着应变量的增加,针状α经历了旋转位移、部分破碎、完全破碎成等轴形貌的演变阶段。在针状α破碎过程中,当相邻α和β之间符合Burgers取向关系时,β基体内位错通过α/β界面滑移传递切入α内,形成高密度位错,并演化成亚晶结构。当不符合Burgers取向关系时,β基体位错容易在一些取向差异较大的α/β界面塞积、出现局部应力集中,导致在对应针状α内形成局部剪切带相关的亚结构。随后,β基体沿亚结构界面契入针状α内,最终导致针状α相分离破碎。提升温度会加剧β基体动态回复,位错密度大幅下降,不利于在针状α内形成亚结构；提升变形速率使得变形时间大幅缩短,针状α内形成高密度位错、进而转变成亚结构等微观过程无法充分进行,因此均会降低针状α的破碎程度。
2018, 47(11):3359-3364.
摘要:
为研究激光冲击强化（LSP）叶片前缘抗外物损伤（FOD）性能，设计截面尺寸近似叶片前缘的缺口模拟件，采用YAG激光器（30 J和15 ns）和方形光斑（4 mm×4 mm）对TC17模拟件的缺口尖端进行双面LSP。采用X射线衍射仪、透射电镜、高频疲劳试验机和扫描电镜分别对LSP前后的残余应力、微观组织、疲劳性能和疲劳断口进行测试分析。与未强化缺口模拟件相比，LSP-TC17合金的表面残余压应力最大值为-403 MPa。LSP-TC17合金表面形成高密度位错、孪晶和纳米晶。LSP-TC17缺口模拟件的疲劳强度提高55.6 %。TC17缺口模拟件的疲劳强化机理为高幅残余压应力和表面纳米晶。研究结果为LSP-FOD叶片奠定理论基础并提供工艺参考。
为研究激光冲击强化（LSP）叶片前缘抗外物损伤（FOD）性能，设计截面尺寸近似叶片前缘的缺口模拟件，采用YAG激光器（30 J和15 ns）和方形光斑（4 mm×4 mm）对TC17模拟件的缺口尖端进行双面LSP。采用X射线衍射仪、透射电镜、高频疲劳试验机和扫描电镜分别对LSP前后的残余应力、微观组织、疲劳性能和疲劳断口进行测试分析。与未强化缺口模拟件相比，LSP-TC17合金的表面残余压应力最大值为-403 MPa。LSP-TC17合金表面形成高密度位错、孪晶和纳米晶。LSP-TC17缺口模拟件的疲劳强度提高55.6 %。TC17缺口模拟件的疲劳强化机理为高幅残余压应力和表面纳米晶。研究结果为LSP-FOD叶片奠定理论基础并提供工艺参考。
2018, 47(11):3365-3371.
摘要:
采用OM、XRD、TEM等分析手段和力学测试方法,研究了钒合金(V5Cr5Ti)与HR-2电子束焊接接头的微观结构与力学性能。研究表明：电子束焦点偏移结合斜I型对接坡口,控制焊缝V5Cr5Ti体积熔合比小于15%可实现V5Cr5Ti与HR-2异种材料无缺陷熔焊连接,接头抗拉强度约400Mpa,断口呈现典型的混合型特征。V5Cr5Ti/HR-2接头焊缝边缘相结构取决于其区域V原子的富集程度,富集程度低,生成Fe-Cr体心立方固溶体,V原子以置换晶格中Fe原子形式存在；富集程度高,则形成Fe0.1Ti0.18V0.72、V2Cr2Fe金属间化合物。焊缝中心区域相结构与熔合比无关,皆生成Fe-Cr体心立方固溶体；V5Cr5Ti/HR-2焊缝热、冷裂纹影响因素一是因焊缝生成富钒金属间化合物,二是接头在整个焊接热循环期间将承受较大焊接热应力及其随后的残余应力。
采用OM、XRD、TEM等分析手段和力学测试方法,研究了钒合金(V5Cr5Ti)与HR-2电子束焊接接头的微观结构与力学性能。研究表明：电子束焦点偏移结合斜I型对接坡口,控制焊缝V5Cr5Ti体积熔合比小于15%可实现V5Cr5Ti与HR-2异种材料无缺陷熔焊连接,接头抗拉强度约400Mpa,断口呈现典型的混合型特征。V5Cr5Ti/HR-2接头焊缝边缘相结构取决于其区域V原子的富集程度,富集程度低,生成Fe-Cr体心立方固溶体,V原子以置换晶格中Fe原子形式存在；富集程度高,则形成Fe0.1Ti0.18V0.72、V2Cr2Fe金属间化合物。焊缝中心区域相结构与熔合比无关,皆生成Fe-Cr体心立方固溶体；V5Cr5Ti/HR-2焊缝热、冷裂纹影响因素一是因焊缝生成富钒金属间化合物,二是接头在整个焊接热循环期间将承受较大焊接热应力及其随后的残余应力。
2018, 47(11):3372-3380.
摘要:
利用Gleelbe热模拟实验以及有限元分析了高应变速率对690合金热变形行为以及挤压可行性的影响,并根据实验和有限元结果进行挤压。结果表明：690合金的流变应力对应变速率均较敏感；大于10 s-1 的高应变速率下,变形温升显著上升；再结晶晶粒尺寸在低应变速率下,随应变速率的升高而降低,高应变速率则随应变速率的增加而增大；挤压时,最大挤压力随着应变速率的上升先降低再升高；根据实验以及有限元计算结果,成功挤出了合格的690管材。
利用Gleelbe热模拟实验以及有限元分析了高应变速率对690合金热变形行为以及挤压可行性的影响,并根据实验和有限元结果进行挤压。结果表明：690合金的流变应力对应变速率均较敏感；大于10 s-1 的高应变速率下,变形温升显著上升；再结晶晶粒尺寸在低应变速率下,随应变速率的升高而降低,高应变速率则随应变速率的增加而增大；挤压时,最大挤压力随着应变速率的上升先降低再升高；根据实验以及有限元计算结果,成功挤出了合格的690管材。
2018, 47(11):3381-3386.
摘要:
为了研究应力比对DD6单晶高温合金高周疲劳行为的影响,在轴向疲劳试验机上分别测试了DD6合金1070℃条件下应力比为-1、-0.33、0.1、0.5、0.8的疲劳性能,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察分析了不同应力比合金的断口形貌和显微组织。结果表明：DD6合金不同应力比条件下的疲劳寿命均随应力幅值和平均应力的增加而降低；当应力幅值恒定时,DD6合金疲劳寿命随着应力比的增大而降低；当平均应力恒定时,应力比R＜0.5条件下的疲劳寿命随着应力比的增大而增加,同时,当平均应力增大到一定程度时,应力比对合金的疲劳寿命无明显影响。DD6合金低应力比条件下的疲劳断裂模式为类解理断裂,该条件下高温氧化有助于疲劳裂纹的萌生和扩展；高应力比条件下的疲劳断裂模式为韧窝断裂；中等应力比条件下疲劳断裂模式具有类解理断裂和韧窝断裂同时存在的特征。
为了研究应力比对DD6单晶高温合金高周疲劳行为的影响,在轴向疲劳试验机上分别测试了DD6合金1070℃条件下应力比为-1、-0.33、0.1、0.5、0.8的疲劳性能,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察分析了不同应力比合金的断口形貌和显微组织。结果表明：DD6合金不同应力比条件下的疲劳寿命均随应力幅值和平均应力的增加而降低；当应力幅值恒定时,DD6合金疲劳寿命随着应力比的增大而降低；当平均应力恒定时,应力比R＜0.5条件下的疲劳寿命随着应力比的增大而增加,同时,当平均应力增大到一定程度时,应力比对合金的疲劳寿命无明显影响。DD6合金低应力比条件下的疲劳断裂模式为类解理断裂,该条件下高温氧化有助于疲劳裂纹的萌生和扩展；高应力比条件下的疲劳断裂模式为韧窝断裂；中等应力比条件下疲劳断裂模式具有类解理断裂和韧窝断裂同时存在的特征。
2018, 47(11):3387-3392.
摘要:
采用料浆烧结法在钼合金表面制备了MoSi2涂层,利用内热法测试了涂层室温～1600℃抗热震性能,通过扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、波谱分析(WDS)和X射线衍射(XRD)等测试手段分析了不同热震次数的涂层微观形貌、组织结构以及裂纹萌生扩展。结果表明：涂层可承受室温～1600℃热震400次,热震过程中涂层由原始的MoSi2-Mo5Si3双层结构演变为SiO2-MoSi2-Mo5Si3多层结构,涂层热震初期形成纵向裂纹并不断向基体扩展,热震后期裂纹贯穿涂层到达基体,MoO3挥发使涂层/基体界面应力增大产生横向裂纹,导致涂层剥落失效。
采用料浆烧结法在钼合金表面制备了MoSi2涂层,利用内热法测试了涂层室温～1600℃抗热震性能,通过扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、波谱分析(WDS)和X射线衍射(XRD)等测试手段分析了不同热震次数的涂层微观形貌、组织结构以及裂纹萌生扩展。结果表明：涂层可承受室温～1600℃热震400次,热震过程中涂层由原始的MoSi2-Mo5Si3双层结构演变为SiO2-MoSi2-Mo5Si3多层结构,涂层热震初期形成纵向裂纹并不断向基体扩展,热震后期裂纹贯穿涂层到达基体,MoO3挥发使涂层/基体界面应力增大产生横向裂纹,导致涂层剥落失效。
2018, 47(11):3393-3399.
摘要:
通过浸泡腐蚀实验、SEM、TEM和元素面扫描,研究了人工时效对7055铝合金晶间腐蚀行为的影响。结果表明：合金在120 ℃时效时,晶界析出相优先发生腐蚀；而在400 ℃时效时,晶界析出相周围铝基体优先发生腐蚀。TEM及元素面扫描结果显示,合金在120 ℃时效时,随着时效时间的改变,由于晶界析出相粗化、析出相间距加宽以及晶界析出相Cu含量的提升,导致合金腐蚀形貌由典型晶间腐蚀形貌向点蚀形貌转变。合金在400 ℃时效时,Cu元素几乎都偏聚于晶界析出相中,周边基体贫Cu,晶界析出相腐蚀电位反而高于基体,导致晶界周边基体腐蚀为主导的晶间腐蚀形貌。
通过浸泡腐蚀实验、SEM、TEM和元素面扫描,研究了人工时效对7055铝合金晶间腐蚀行为的影响。结果表明：合金在120 ℃时效时,晶界析出相优先发生腐蚀；而在400 ℃时效时,晶界析出相周围铝基体优先发生腐蚀。TEM及元素面扫描结果显示,合金在120 ℃时效时,随着时效时间的改变,由于晶界析出相粗化、析出相间距加宽以及晶界析出相Cu含量的提升,导致合金腐蚀形貌由典型晶间腐蚀形貌向点蚀形貌转变。合金在400 ℃时效时,Cu元素几乎都偏聚于晶界析出相中,周边基体贫Cu,晶界析出相腐蚀电位反而高于基体,导致晶界周边基体腐蚀为主导的晶间腐蚀形貌。
2018, 47(11):3400-3408.
摘要:
残余应力在材料去除后的释放与再分布是引起飞机结构件加工变形的重要因素。而淬火过程中,铝合金厚板内部产生高温度梯度场,由其造成的不均匀塑性变形是形成淬火残余应力的关键所在。为此,通过作为表示工件与介质之间换热能力的对流换热系数,建立了淬火工艺的有限元分析模型,与实验结果的比较分析表明,无论是残余应力幅值还是分布趋势,仿真值均有很高的吻合度。在此基础上,利用有限元方法进行了淬火残余应力的形成机理,认为芯层在终滑点塑性变形结束时最终的残余应力已经形成,之后继续降温过程残余应力基本保持不变。最后以芯层终滑点为依据提出了热换系数的残余应力控性控形方法。从分析结果可知,控形区对最终残余应力的影响很大,控性区段基本不影响最终残余应力。因此,可以通过合理降低控形区邻域和增加控性区邻域内对流热换系数的方法,实现冷却速度的增加和残余应力的减少。
残余应力在材料去除后的释放与再分布是引起飞机结构件加工变形的重要因素。而淬火过程中,铝合金厚板内部产生高温度梯度场,由其造成的不均匀塑性变形是形成淬火残余应力的关键所在。为此,通过作为表示工件与介质之间换热能力的对流换热系数,建立了淬火工艺的有限元分析模型,与实验结果的比较分析表明,无论是残余应力幅值还是分布趋势,仿真值均有很高的吻合度。在此基础上,利用有限元方法进行了淬火残余应力的形成机理,认为芯层在终滑点塑性变形结束时最终的残余应力已经形成,之后继续降温过程残余应力基本保持不变。最后以芯层终滑点为依据提出了热换系数的残余应力控性控形方法。从分析结果可知,控形区对最终残余应力的影响很大,控性区段基本不影响最终残余应力。因此,可以通过合理降低控形区邻域和增加控性区邻域内对流热换系数的方法,实现冷却速度的增加和残余应力的减少。
2018, 47(11):3409-3413.
摘要:
制备不同Ce含量的AZ91镁合金,在分析合金显微组织变化的基础上,对合金元素分布和化合物结构进行研究,以探讨合金组织变化的原因。结果表明：Ce在α-Mg中的固溶量仅为几十个ppm,Al在α-Mg中的固溶量小于其在合金中的平均含量,Zn主要存在于β-Mg17Al12中。Ce可使α-Mg晶粒有一定程度的细化,其在结晶前沿富集所造成的成分过冷是晶粒细化的主要原因；Ce可以减少参与共晶反应的Al,使得β-Mg17Al12数量减少并且使其分布由晶界处连续变为离散；Zn离子置换Al离子导致β-Mg17Al12晶格发生畸变,晶格常数变大。
制备不同Ce含量的AZ91镁合金,在分析合金显微组织变化的基础上,对合金元素分布和化合物结构进行研究,以探讨合金组织变化的原因。结果表明：Ce在α-Mg中的固溶量仅为几十个ppm,Al在α-Mg中的固溶量小于其在合金中的平均含量,Zn主要存在于β-Mg17Al12中。Ce可使α-Mg晶粒有一定程度的细化,其在结晶前沿富集所造成的成分过冷是晶粒细化的主要原因；Ce可以减少参与共晶反应的Al,使得β-Mg17Al12数量减少并且使其分布由晶界处连续变为离散；Zn离子置换Al离子导致β-Mg17Al12晶格发生畸变,晶格常数变大。
2018, 47(11):3414-3419.
摘要:
搅拌铸造方法易于成型大尺寸复杂的复合材料零件,但是碳化硅颗粒加入使得复合材料的流动行为变得更加复杂,开展复合材料流动性研究至关重要。本文建立了SiCp/A357复合材料的流动模型,采用数值模拟及实验研究相结合的方法,研究了浇注温度及碳化硅体积分数对SiCp/A357复合材料流动性及流动充型过程碳化硅分布的影响。结果表明,随着浇注温度的提高SiCp/A357复合材料的流动性升高,这一趋势在半固态区间更为明显；但是随着浇注温度的提高,试样前端的碳化硅体积分数较末端减少加剧,复合材料中碳化硅的整体分布均匀性降低；随着碳化硅体积分数的增加SiCp/A357复合材料的流动性降低,且随着碳化硅体积分数的增加,试样前端碳化硅的体积分数减少程度减弱,整体的均匀性提高。上述的模拟结果与实验结果具有较好的一致性。
搅拌铸造方法易于成型大尺寸复杂的复合材料零件,但是碳化硅颗粒加入使得复合材料的流动行为变得更加复杂,开展复合材料流动性研究至关重要。本文建立了SiCp/A357复合材料的流动模型,采用数值模拟及实验研究相结合的方法,研究了浇注温度及碳化硅体积分数对SiCp/A357复合材料流动性及流动充型过程碳化硅分布的影响。结果表明,随着浇注温度的提高SiCp/A357复合材料的流动性升高,这一趋势在半固态区间更为明显；但是随着浇注温度的提高,试样前端的碳化硅体积分数较末端减少加剧,复合材料中碳化硅的整体分布均匀性降低；随着碳化硅体积分数的增加SiCp/A357复合材料的流动性降低,且随着碳化硅体积分数的增加,试样前端碳化硅的体积分数减少程度减弱,整体的均匀性提高。上述的模拟结果与实验结果具有较好的一致性。
2018, 47(11):3420-3425.
摘要:
基于响应曲面法,采用Design-expert系统研究了预制体针刺成型参数与C/C复合材料多目标性能的相关性,构建了响应曲面数学模型。分析结果表明,针刺C/C复合材料的拉伸强度、剪切强度、压缩强度、增强预制体体密度、拉伸强度与剪切强度比值各响应模型的显著性水平P均小于0.05,且各复相关系数平方和均大于0.82,模拟值与实测值吻合程度较高,可应用于针刺C/C复合材料各项目标性能的设计与预测。当针刺密度为12.18针/cm2、针刺深度11.68mm、网胎面密度90.55g/m2时,增强预制体体密度可达0.42g/cm3,针刺C/C复合材料的综合力学性能最佳,其拉伸强度为116.49MPa、弯曲强度21.84MPa、剪切强度19.41MPa、压缩强度160.88MPa。
基于响应曲面法,采用Design-expert系统研究了预制体针刺成型参数与C/C复合材料多目标性能的相关性,构建了响应曲面数学模型。分析结果表明,针刺C/C复合材料的拉伸强度、剪切强度、压缩强度、增强预制体体密度、拉伸强度与剪切强度比值各响应模型的显著性水平P均小于0.05,且各复相关系数平方和均大于0.82,模拟值与实测值吻合程度较高,可应用于针刺C/C复合材料各项目标性能的设计与预测。当针刺密度为12.18针/cm2、针刺深度11.68mm、网胎面密度90.55g/m2时,增强预制体体密度可达0.42g/cm3,针刺C/C复合材料的综合力学性能最佳,其拉伸强度为116.49MPa、弯曲强度21.84MPa、剪切强度19.41MPa、压缩强度160.88MPa。
2018, 47(11):3426-3432.
摘要:
超声波钎焊技术始于上世纪30年代末,它无需钎剂即可实现铝合金、铝基复合材料、钛合金、陶瓷等难润湿材料的连接,被普遍认为是替代钎剂钎焊最有前途的方法。钎料/母材润湿界面氧化膜的去除是超声波钎焊中的一个主要问题,氧化膜的残留将严重影响钎焊质量。本文针对铝合金表面液态钎料声致铺展前沿往往存在氧化膜残留的问题,采用实验与模拟相结合的方法分析了氧化膜残留的特征、原因,并提出相应的消除措施。本文的研究工作对提高超声波涂覆、表面金属化以及超声波钎焊的质量具有重要意义。
超声波钎焊技术始于上世纪30年代末,它无需钎剂即可实现铝合金、铝基复合材料、钛合金、陶瓷等难润湿材料的连接,被普遍认为是替代钎剂钎焊最有前途的方法。钎料/母材润湿界面氧化膜的去除是超声波钎焊中的一个主要问题,氧化膜的残留将严重影响钎焊质量。本文针对铝合金表面液态钎料声致铺展前沿往往存在氧化膜残留的问题,采用实验与模拟相结合的方法分析了氧化膜残留的特征、原因,并提出相应的消除措施。本文的研究工作对提高超声波涂覆、表面金属化以及超声波钎焊的质量具有重要意义。
2018, 47(11):3433-3438.
摘要:
以金属钛和钨为过渡层,采用PE-HFCVD法在硅基上制备金刚石薄膜,并对薄膜的场发射特性分析研究。结果表明,金属过渡层对金刚石薄膜场发射性能有显著的增强作用。以金属钨为过渡层时,金刚石薄膜的场发射开启场强为5.4 V/μm,比无过渡层降低了44%；场发射电流密度在电场强度为8.9 V/μm时达到1.48 mA/cm2。通过对薄膜的结构表征知,场发射性能的增强主要与界面处电子运输势垒的降低及薄膜中sp2 C含量的增加有关,在界面处及金刚石膜内形成良好的导电通道,使电子更容易运输至薄膜表面,从而表现出优异的场发射性能。
以金属钛和钨为过渡层,采用PE-HFCVD法在硅基上制备金刚石薄膜,并对薄膜的场发射特性分析研究。结果表明,金属过渡层对金刚石薄膜场发射性能有显著的增强作用。以金属钨为过渡层时,金刚石薄膜的场发射开启场强为5.4 V/μm,比无过渡层降低了44%；场发射电流密度在电场强度为8.9 V/μm时达到1.48 mA/cm2。通过对薄膜的结构表征知,场发射性能的增强主要与界面处电子运输势垒的降低及薄膜中sp2 C含量的增加有关,在界面处及金刚石膜内形成良好的导电通道,使电子更容易运输至薄膜表面,从而表现出优异的场发射性能。
2018, 47(11):3439-3443.
摘要:
气化冲击焊接技术可广泛用于难以焊接成形的钛、镁和铝等有色金属材料与钢材的连接。铝箔作为气化冲击焊接过程能量转换的载体，它的工作效率对气化冲击焊接工艺起到至关重要的作用。本文分析了气化冲击焊接过程中能量转换的过程，采用光子多普勒测速系统分析了三种不同厚度的铝箔在不同能量输入条件下铝箔的工作效率和对飞板与靶板碰撞速度的影响规律。当飞板与靶板间距（碰撞角度5 °）为2.5 mm时，铝箔的气化能量是影响飞板与靶板碰撞速度的关键因素。通过碰撞速度的分析可以发现，0.051 mm铝箔在输入能量小于3 kJ时效率最高，0.076 mm铝箔在3 kJ-6 kJ效率最高， 6 kJ-12 kJ时，0.127 mm的铝箔可以获得最佳效率。
气化冲击焊接技术可广泛用于难以焊接成形的钛、镁和铝等有色金属材料与钢材的连接。铝箔作为气化冲击焊接过程能量转换的载体，它的工作效率对气化冲击焊接工艺起到至关重要的作用。本文分析了气化冲击焊接过程中能量转换的过程，采用光子多普勒测速系统分析了三种不同厚度的铝箔在不同能量输入条件下铝箔的工作效率和对飞板与靶板碰撞速度的影响规律。当飞板与靶板间距（碰撞角度5 °）为2.5 mm时，铝箔的气化能量是影响飞板与靶板碰撞速度的关键因素。通过碰撞速度的分析可以发现，0.051 mm铝箔在输入能量小于3 kJ时效率最高，0.076 mm铝箔在3 kJ-6 kJ效率最高， 6 kJ-12 kJ时，0.127 mm的铝箔可以获得最佳效率。
2018, 47(11):3444-3450.
摘要:
为了解决当前Gantry治疗装置面临的难题—磁体重量庞大,运行成本昂贵,本文提出了一种新型的斜螺线管型线圈结构。目前,我们已经完成了一台2.5 T用于重离子Gantry的NbTi超导磁体样机设计,与质子Gantry相比,其有效缩减了磁体的尺寸和重量。该磁体由10层斜螺线管线圈组成,工作电流为1000A。线圈孔径为176mm,其中好场区达到孔径的2/3。由于线圈形状的特殊性,其端部结构无需优化,各高阶谐波量沿轴向积分为零。磁体采用传导冷却的方式,保证其在旋转的情况下安全稳定运行。本文从斜螺线管线圈的概念出发,详细介绍斜螺线管型超导二极磁体的磁场设计,借助于ANSYS有限元分析软件,仿真了超导磁体和冷屏的空间温度场,得到磁体低温系统的热分布,最后简要介绍磁体的加工情况。
为了解决当前Gantry治疗装置面临的难题—磁体重量庞大,运行成本昂贵,本文提出了一种新型的斜螺线管型线圈结构。目前,我们已经完成了一台2.5 T用于重离子Gantry的NbTi超导磁体样机设计,与质子Gantry相比,其有效缩减了磁体的尺寸和重量。该磁体由10层斜螺线管线圈组成,工作电流为1000A。线圈孔径为176mm,其中好场区达到孔径的2/3。由于线圈形状的特殊性,其端部结构无需优化,各高阶谐波量沿轴向积分为零。磁体采用传导冷却的方式,保证其在旋转的情况下安全稳定运行。本文从斜螺线管线圈的概念出发,详细介绍斜螺线管型超导二极磁体的磁场设计,借助于ANSYS有限元分析软件,仿真了超导磁体和冷屏的空间温度场,得到磁体低温系统的热分布,最后简要介绍磁体的加工情况。
2018, 47(11):3451-3459.
摘要:
以完全基于实际材料、工艺参数的数值模型为基础,对金属橡胶的干摩擦迟滞特性进行了研究。从成形压力曲线、材料组织结构、尺寸、加载-卸载曲线等四个方面对数值模型的可靠性进行了验证。建立了弹性微元模型及其局部坐标,对接触对数量、滑动接触对比例、接触对形态进行了研究。接触对数量随加载量的增加而增加,随卸载量的增加而减小,滑动接触对约占所有接触对数量的80%。将接触对分为典型接触对和非典型接触对,其中典型接触对占主要成分。根据接触对的细观特征,建立了接触对力学模型,进而建立了金属橡胶迟滞特性曲线的数学模型。数学模型准确性、可靠性较好、各参数物理意义充分,能够较好地对材料的干摩擦迟滞特性进行描述,对材料的设计具有一定指导意义。
以完全基于实际材料、工艺参数的数值模型为基础,对金属橡胶的干摩擦迟滞特性进行了研究。从成形压力曲线、材料组织结构、尺寸、加载-卸载曲线等四个方面对数值模型的可靠性进行了验证。建立了弹性微元模型及其局部坐标,对接触对数量、滑动接触对比例、接触对形态进行了研究。接触对数量随加载量的增加而增加,随卸载量的增加而减小,滑动接触对约占所有接触对数量的80%。将接触对分为典型接触对和非典型接触对,其中典型接触对占主要成分。根据接触对的细观特征,建立了接触对力学模型,进而建立了金属橡胶迟滞特性曲线的数学模型。数学模型准确性、可靠性较好、各参数物理意义充分,能够较好地对材料的干摩擦迟滞特性进行描述,对材料的设计具有一定指导意义。
2018, 47(11):3460-3467.
摘要:
以近β锻造的多元Ti2AlNb基合金Ti-22Al-25Nb-1Mo-1V-1Zr-0.2Si（at %）为实验对象，采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和万能拉伸试验机等测试手段研究了不同热处理对近β锻造Ti2AlNb基合金组织和力学性能的影响。结果表明：经近β锻造空冷后的组织由初生α2相、针状O相和基体B2相构成。随着固溶温度的升高，合金室温、高温强度升高，塑性降低。而随着时效温度的升高，合金的强度和塑性变化规律与固溶处理的规律正好相反。分析认为，固溶处理主要影响合金中初生α2/O相体积分数，随着固溶温度的升高，初生α2/O相体积分数减少，使得针状O相的强化作用增强，同时造成α2相对B2晶界钉扎减弱，B2晶粒长大塑性降低。时效处理主要影响析出相形态，随着时效温度的降低，合金中析出板条厚度减小，使得细小板条强化作用增加，而有利于塑性的B2相体积分数减少，导致合金塑性降低。
以近β锻造的多元Ti2AlNb基合金Ti-22Al-25Nb-1Mo-1V-1Zr-0.2Si（at %）为实验对象，采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和万能拉伸试验机等测试手段研究了不同热处理对近β锻造Ti2AlNb基合金组织和力学性能的影响。结果表明：经近β锻造空冷后的组织由初生α2相、针状O相和基体B2相构成。随着固溶温度的升高，合金室温、高温强度升高，塑性降低。而随着时效温度的升高，合金的强度和塑性变化规律与固溶处理的规律正好相反。分析认为，固溶处理主要影响合金中初生α2/O相体积分数，随着固溶温度的升高，初生α2/O相体积分数减少，使得针状O相的强化作用增强，同时造成α2相对B2晶界钉扎减弱，B2晶粒长大塑性降低。时效处理主要影响析出相形态，随着时效温度的降低，合金中析出板条厚度减小，使得细小板条强化作用增加，而有利于塑性的B2相体积分数减少，导致合金塑性降低。
2018, 47(11):3468-3472.
摘要:
采用真空阴极电弧离子镀技术,在TC11钛合金和单晶Si片表面分别沉积不同调制周期、不同RTi/TiN:RZr/ZrN调制比和不同厚度的Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、划痕仪、显微硬度计和应力测试仪分析测试了多层膜的截面形貌、厚度、结合力、硬度和残余应力；重点研究了调制周期、调制比和膜层厚度等调制结构的改变对多层膜残余应力和相关性能的影响。结果表明：增加调制周期,则残余应力降低,结合力和硬度均增大；降低RTi/TiN:RZr/ZrN调制比，则残余应力增大，结合力下降，硬度增加；增大多层膜厚度，则残余应力略有上升，结合力和硬度都提高，当膜层厚度达到7.54μm后，硬度稳定在30Gpa左右。
采用真空阴极电弧离子镀技术,在TC11钛合金和单晶Si片表面分别沉积不同调制周期、不同RTi/TiN:RZr/ZrN调制比和不同厚度的Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、划痕仪、显微硬度计和应力测试仪分析测试了多层膜的截面形貌、厚度、结合力、硬度和残余应力；重点研究了调制周期、调制比和膜层厚度等调制结构的改变对多层膜残余应力和相关性能的影响。结果表明：增加调制周期,则残余应力降低,结合力和硬度均增大；降低RTi/TiN:RZr/ZrN调制比，则残余应力增大，结合力下降，硬度增加；增大多层膜厚度，则残余应力略有上升，结合力和硬度都提高，当膜层厚度达到7.54μm后，硬度稳定在30Gpa左右。
2018, 47(11):3473-3481.
摘要:
针对我国自主研制的TA32高温钛合金,开展了在变形温度为895-935℃和应变速率为8.3×10-4-1.32×10-2 s-1条件下的高温拉伸变形试验研究,利用电子背散射技术(EBSD)表征了不同变形条件下的晶粒形貌、晶粒取向和分布规律。结果表明：TA32合金具有良好的超塑性变形能力,最大断裂延伸率能达到1141.8%。在高温和低应变速率条件下,晶粒的长大容易造成在变形后期真实应力出现上升现象。真实应力和断裂延伸率对变形温度、变形程度和应变速率均是敏感的,动态再结晶容易在高温或低应变速率条件下发生。动态再结晶程度随着变形温度的升高、应变速率的降低和变形程度的增大而增大,变形后的织构接近随机取向织构,原始晶粒得到等轴化,提高了晶粒尺寸的均匀性。在变形过程中,不连续动态再接晶是主要的动态再结晶机制,随着变形温度的升高、应变速率的降低和变形程度的增大,不连续动态再结晶的作用在增强,连续动态再结晶的作用则是在减弱。
针对我国自主研制的TA32高温钛合金,开展了在变形温度为895-935℃和应变速率为8.3×10-4-1.32×10-2 s-1条件下的高温拉伸变形试验研究,利用电子背散射技术(EBSD)表征了不同变形条件下的晶粒形貌、晶粒取向和分布规律。结果表明：TA32合金具有良好的超塑性变形能力,最大断裂延伸率能达到1141.8%。在高温和低应变速率条件下,晶粒的长大容易造成在变形后期真实应力出现上升现象。真实应力和断裂延伸率对变形温度、变形程度和应变速率均是敏感的,动态再结晶容易在高温或低应变速率条件下发生。动态再结晶程度随着变形温度的升高、应变速率的降低和变形程度的增大而增大,变形后的织构接近随机取向织构,原始晶粒得到等轴化,提高了晶粒尺寸的均匀性。在变形过程中,不连续动态再接晶是主要的动态再结晶机制,随着变形温度的升高、应变速率的降低和变形程度的增大,不连续动态再结晶的作用在增强,连续动态再结晶的作用则是在减弱。
2018, 47(11):3482-3486.
摘要:
通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层，研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响，结果发现：随着占空比增加，涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大，占空比为70%时，制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加，涂层的硬度和耐磨性得到明显改善，但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。
通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层，研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响，结果发现：随着占空比增加，涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大，占空比为70%时，制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加，涂层的硬度和耐磨性得到明显改善，但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。
2018, 47(11):3487-3492.
摘要:
研究了少量B和Y的添加对一种新型近α高温钛合金的显微组织和力学性能的影响。对含B和Y铸态合金的凝固路径和初生β晶粒和α板条的细化机理进行了分析和研究。结果表明：B和Y的添加对铸态合金的显微特征有显著影响，添加B和Y后，基体合金的显微组织明显细化。基体合金的力学性能发生了显著变化，极限压缩强度和屈服强度也随B和Y的添加而逐渐增大，这主要是由于B和Y的添加造成的晶粒细化。合金的压缩塑性和断裂韧性随B和Y的添加逐渐降低，主要是TiB在受载荷时先断裂以及Y2O3从基体中拨出从而加速了裂纹的扩展造成的。
研究了少量B和Y的添加对一种新型近α高温钛合金的显微组织和力学性能的影响。对含B和Y铸态合金的凝固路径和初生β晶粒和α板条的细化机理进行了分析和研究。结果表明：B和Y的添加对铸态合金的显微特征有显著影响，添加B和Y后，基体合金的显微组织明显细化。基体合金的力学性能发生了显著变化，极限压缩强度和屈服强度也随B和Y的添加而逐渐增大，这主要是由于B和Y的添加造成的晶粒细化。合金的压缩塑性和断裂韧性随B和Y的添加逐渐降低，主要是TiB在受载荷时先断裂以及Y2O3从基体中拨出从而加速了裂纹的扩展造成的。
2018, 47(11):3493-3498.
摘要:
采用冷喷涂技术在镍铝青铜9442合金上制备了较为致密，厚度约300μm的镍铝青铜涂层，使用SEM、XRD、XPS、电化学工作站、磨蚀试验机观察并测试了镍铝青铜合金与涂层的组织形貌、电化学行为与磨蚀性能。结果表明：电化学腐蚀后基体发生了晶间腐蚀和选相腐蚀，涂层被腐蚀后颗粒上出现微孔和裂纹；磨蚀过程中存在着摩擦与钝化的协同作用以及摩擦促进阳极溶解的过程；相比于静态条件下，涂层与基体在磨蚀条件下测得的自腐蚀电位有大幅度下降，自腐蚀电流均提高了一个数量级，涂层与基体耐腐蚀性能变差；相比于干摩擦过程，磨蚀过程中涂层与基体的摩擦系数均有较大提高，减磨性能变差。
采用冷喷涂技术在镍铝青铜9442合金上制备了较为致密，厚度约300μm的镍铝青铜涂层，使用SEM、XRD、XPS、电化学工作站、磨蚀试验机观察并测试了镍铝青铜合金与涂层的组织形貌、电化学行为与磨蚀性能。结果表明：电化学腐蚀后基体发生了晶间腐蚀和选相腐蚀，涂层被腐蚀后颗粒上出现微孔和裂纹；磨蚀过程中存在着摩擦与钝化的协同作用以及摩擦促进阳极溶解的过程；相比于静态条件下，涂层与基体在磨蚀条件下测得的自腐蚀电位有大幅度下降，自腐蚀电流均提高了一个数量级，涂层与基体耐腐蚀性能变差；相比于干摩擦过程，磨蚀过程中涂层与基体的摩擦系数均有较大提高，减磨性能变差。
2018, 47(11):3499-3503.
摘要:
研究了超声振动及热处理对激光直接成形IN718高温合金微观组织和拉伸性能的影响规律。结果表明：施加超声振动后,与沉积态相比,微观组织得到细化,显微硬度和拉伸强度得到提高；经均匀化+固溶+双极时效热处理后,柱状枝晶组织转变为等轴状再结晶组织,Laves相固溶消失,在晶界和晶内弥散析出颗粒状或细针状δ相,基体上析出大量γ″和γ′强化相,合金性能得到进一步改善,室温拉伸性能达到了锻件的技术标准Q/3B 548-1996(高强)。
研究了超声振动及热处理对激光直接成形IN718高温合金微观组织和拉伸性能的影响规律。结果表明：施加超声振动后,与沉积态相比,微观组织得到细化,显微硬度和拉伸强度得到提高；经均匀化+固溶+双极时效热处理后,柱状枝晶组织转变为等轴状再结晶组织,Laves相固溶消失,在晶界和晶内弥散析出颗粒状或细针状δ相,基体上析出大量γ″和γ′强化相,合金性能得到进一步改善,室温拉伸性能达到了锻件的技术标准Q/3B 548-1996(高强)。
2018, 47(11):3504-3511.
摘要:
针对钠冷快堆包壳管用15Cr-15Ni含Ti的奥氏体不锈钢,研究了550-750℃时效处理336h对20%冷变形合金组织和650℃拉伸性能的影响。结果表明：在550℃时效336h后,合金发生回复,组织中位错移动产生大量退火孪晶。当在650℃和750℃时效时,合金进一步回复,孪晶数量明显减少,且在组织中发现有Sigma相析出。随时效温度的升高,sigma相数量和尺寸增加。与20%冷变形合金650℃拉伸性能相比,550℃时效态样品拉伸时,合金屈服和抗拉强度略有增加；随着时效温度的升高,合金屈服和抗拉强度显著降低。与拉伸强度相比,时效态合金的延伸率变化趋势与之相反,时效温度升高,合金的延伸率提高。
针对钠冷快堆包壳管用15Cr-15Ni含Ti的奥氏体不锈钢,研究了550-750℃时效处理336h对20%冷变形合金组织和650℃拉伸性能的影响。结果表明：在550℃时效336h后,合金发生回复,组织中位错移动产生大量退火孪晶。当在650℃和750℃时效时,合金进一步回复,孪晶数量明显减少,且在组织中发现有Sigma相析出。随时效温度的升高,sigma相数量和尺寸增加。与20%冷变形合金650℃拉伸性能相比,550℃时效态样品拉伸时,合金屈服和抗拉强度略有增加；随着时效温度的升高,合金屈服和抗拉强度显著降低。与拉伸强度相比,时效态合金的延伸率变化趋势与之相反,时效温度升高,合金的延伸率提高。
2018, 47(11):3512-3516.
摘要:
本文通过模铸法制备了一种Zn-Mg-Ti中间合金，并研究分析了Zn-Mg-Ti中间合金对纯镁显微组织和力学性能的影响。研究结果表明：中间合金主要由基体及“花朵状”Zn-Mg-Ti三元相组成。Zn-Mg-Ti中间合金对纯镁的晶粒组织有显著影响，镁合金晶粒尺寸随中间合金添加量的增大先减小后增大，当中间合金添加量为8%时，镁合金晶粒尺寸最小。镁合金晶粒细化主要归因于Ti原子在固液界面前沿偏聚，造成成分过冷，抑制晶粒长大。对比Mg-6.4wt.%Zn合金和Mg-8（Mg+8wt.%Zn-Mg-Ti中间合金）合金微观组织，发现Ti元素不仅能显著细化Mg-Zn合金晶粒尺寸，而且能够促进M-8合金中的第二相固溶于基体中。挤压态合金力学性能测试结果表明镁合金力学性能随Zn-Mg-Ti中间合金添加量增加先增大后减小，当中间合金添加量为8%时，镁合金综合力学性能最佳，其抗拉强度和延伸率分别为308MPa和21.5%。
本文通过模铸法制备了一种Zn-Mg-Ti中间合金，并研究分析了Zn-Mg-Ti中间合金对纯镁显微组织和力学性能的影响。研究结果表明：中间合金主要由基体及“花朵状”Zn-Mg-Ti三元相组成。Zn-Mg-Ti中间合金对纯镁的晶粒组织有显著影响，镁合金晶粒尺寸随中间合金添加量的增大先减小后增大，当中间合金添加量为8%时，镁合金晶粒尺寸最小。镁合金晶粒细化主要归因于Ti原子在固液界面前沿偏聚，造成成分过冷，抑制晶粒长大。对比Mg-6.4wt.%Zn合金和Mg-8（Mg+8wt.%Zn-Mg-Ti中间合金）合金微观组织，发现Ti元素不仅能显著细化Mg-Zn合金晶粒尺寸，而且能够促进M-8合金中的第二相固溶于基体中。挤压态合金力学性能测试结果表明镁合金力学性能随Zn-Mg-Ti中间合金添加量增加先增大后减小，当中间合金添加量为8%时，镁合金综合力学性能最佳，其抗拉强度和延伸率分别为308MPa和21.5%。
2018, 47(11):3517-3521.
摘要:
本文提出了双金属复合管的气压胀形-冷缩结合成形新工艺。首先通过热拉伸试验确定了AZ31镁合金和7475铝合金两种挤压管在420、440和460℃的周向流动应力和延伸率,在此基础上,计算出了使铝管和镁管产生变形所需的初始气压和最大气压,并且在460℃实现了AZ31/7475双金属复合管的成形,所成形的AZ31/7475双金属复合管结合紧密,无冶金结合；研究了因铝管、镁管和模腔之间存在偏心而导致的复合管横截面壁厚不均匀分布规律；推导出了管间残余接触应力的计算公式,其包含卸载气压后因弹性恢复不同引起的残余接触应力和因两种合金冷缩量不同引起的残余接触应力,利用压缩实验实测了复合管的残余接触压力,理论计算值与实测值吻合较好,相差约19.2%。
本文提出了双金属复合管的气压胀形-冷缩结合成形新工艺。首先通过热拉伸试验确定了AZ31镁合金和7475铝合金两种挤压管在420、440和460℃的周向流动应力和延伸率,在此基础上,计算出了使铝管和镁管产生变形所需的初始气压和最大气压,并且在460℃实现了AZ31/7475双金属复合管的成形,所成形的AZ31/7475双金属复合管结合紧密,无冶金结合；研究了因铝管、镁管和模腔之间存在偏心而导致的复合管横截面壁厚不均匀分布规律；推导出了管间残余接触应力的计算公式,其包含卸载气压后因弹性恢复不同引起的残余接触应力和因两种合金冷缩量不同引起的残余接触应力,利用压缩实验实测了复合管的残余接触压力,理论计算值与实测值吻合较好,相差约19.2%。
2018, 47(11):3522-3527.
摘要:
以铝镁系5A06铝合金为对象，开展了复合超高频脉冲变极性钨极气体保护电弧焊（Hybrid Ultrahigh Frequency Pulsed Variable Polarity Gas Tungsten Arc Wending, HPVP-GTAW）电流参数优化研究。利用正交试验方法设计了焊接实验，以接头薄弱区的显微硬度为评价指标，以HPVP-GTAW电流特征参数为影响因素，分别采用极差分析法和回归分析法对实验结果进行分析与讨论。结果表明，变极性电流频率fL、高频脉冲频率fH和脉冲电流比例系数ψ（定义为高频脉冲基值电流Ib、高频脉冲峰值电流Ip和脉冲占空比δ的综合作用）的最优参数匹配依次为1kHz、20kHz和0.6（Ib为75A，Ip为180A，δ为0.2）。fL对显微硬度影响最为显著，fH影响作用次之，ψ对显微硬度影响最弱。最优参数匹配的条件下，接头的显微硬度、抗拉强度、延伸率和断面延伸率分别达到母材性能的84.7%、94.3%、80%和93.4%。
以铝镁系5A06铝合金为对象，开展了复合超高频脉冲变极性钨极气体保护电弧焊（Hybrid Ultrahigh Frequency Pulsed Variable Polarity Gas Tungsten Arc Wending, HPVP-GTAW）电流参数优化研究。利用正交试验方法设计了焊接实验，以接头薄弱区的显微硬度为评价指标，以HPVP-GTAW电流特征参数为影响因素，分别采用极差分析法和回归分析法对实验结果进行分析与讨论。结果表明，变极性电流频率fL、高频脉冲频率fH和脉冲电流比例系数ψ（定义为高频脉冲基值电流Ib、高频脉冲峰值电流Ip和脉冲占空比δ的综合作用）的最优参数匹配依次为1kHz、20kHz和0.6（Ib为75A，Ip为180A，δ为0.2）。fL对显微硬度影响最为显著，fH影响作用次之，ψ对显微硬度影响最弱。最优参数匹配的条件下，接头的显微硬度、抗拉强度、延伸率和断面延伸率分别达到母材性能的84.7%、94.3%、80%和93.4%。
2018, 47(11):3528-3535.
摘要:
采用真空电弧熔炼制备了Ni-34Al-32V(at.%)及Ni-28.5Al-43V(at.%)成分的合金。对于真空电弧熔炼纽扣锭不同位置处微观组织及力学性能进行了研究。利用光学显微镜（OM），X射线衍射（XRD），扫描电镜（SEM） 分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态, 结果表明，32V合金的凝固组织由NiAl初生枝晶及NiAl+V片层共晶组成；43V合金的凝固组织由V初生枝晶与NiAl+V片层共晶共同组成。同时对合金进行了力学性能测试，高温压缩强度与室温断裂韧性较NiAl合金均有很大提高，表明V的加入可提高NiAl合金的室温断裂韧性与高温强度。
采用真空电弧熔炼制备了Ni-34Al-32V(at.%)及Ni-28.5Al-43V(at.%)成分的合金。对于真空电弧熔炼纽扣锭不同位置处微观组织及力学性能进行了研究。利用光学显微镜（OM），X射线衍射（XRD），扫描电镜（SEM） 分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态, 结果表明，32V合金的凝固组织由NiAl初生枝晶及NiAl+V片层共晶组成；43V合金的凝固组织由V初生枝晶与NiAl+V片层共晶共同组成。同时对合金进行了力学性能测试，高温压缩强度与室温断裂韧性较NiAl合金均有很大提高，表明V的加入可提高NiAl合金的室温断裂韧性与高温强度。
2018, 47(11):3536-3541.
摘要:
利用等离子活化技术对93W/Ni/Mo1进行真空扩散焊接，用剪切强度和显微硬度表征焊接接头的力学性能，对焊接界面和接头断口物相及微观结构进行表征分析。结果表明，焊接温度低于800℃时，焊接界面有孔洞，焊接温度高于800℃时，焊接界面良好。焊接接头的剪切强度随着焊接温度的升高先升高后降低，在焊接温度为800℃时接头强度最大为100.2 MPa。焊接温度低于800℃时，焊接界面发生扩散形成固溶体；焊接温度高于800℃时，Ni/Mo1界面生成MoNi高硬度金属间化合物，降低焊接接头结合强度。93W/Ni/Mo1焊接接头的断裂破坏主要发生在Ni/Mo1扩散界面。
利用等离子活化技术对93W/Ni/Mo1进行真空扩散焊接，用剪切强度和显微硬度表征焊接接头的力学性能，对焊接界面和接头断口物相及微观结构进行表征分析。结果表明，焊接温度低于800℃时，焊接界面有孔洞，焊接温度高于800℃时，焊接界面良好。焊接接头的剪切强度随着焊接温度的升高先升高后降低，在焊接温度为800℃时接头强度最大为100.2 MPa。焊接温度低于800℃时，焊接界面发生扩散形成固溶体；焊接温度高于800℃时，Ni/Mo1界面生成MoNi高硬度金属间化合物，降低焊接接头结合强度。93W/Ni/Mo1焊接接头的断裂破坏主要发生在Ni/Mo1扩散界面。
2018, 47(11):3542-3547.
摘要:
实验采用二次阳极氧化法制备高度有序的阵列式TiO2纳米管（TiO2 NTs），分别利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见漫反射光谱仪（UV-vis DRS）对制得的TiO2 NTs的微观形貌及光响应范围进行表征与测试。SEM显示经过二次阳极氧化处理后，TiO2 NTs的形貌发生较大改变，呈现出良好的阵列效果。UV-vis DRS光谱显示光响应范围明显发生红移。将硝基苯作为目标有机污染物，利用TiO2 NTs作为光催化剂对其进行光催化降解。结果显示，TiO2 NTs能有效降解废水中的硝基苯，并且经二次阳极氧化制得的阵列式TiO2纳米管（2-step TiO2 NTs）的光催化活性远远优于经一次氧化的TiO2纳米管（1-step TiO2 NTs），能显著提高对硝基苯的降解效率。推测活性增加的原因是经二次氧化形成的阵列式双层纳米管结构增大了催化剂的比表面积，同时增加光通道，使TiO2纳米管吸光范围显著增大，提升硝基苯的降解速率。
实验采用二次阳极氧化法制备高度有序的阵列式TiO2纳米管（TiO2 NTs），分别利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见漫反射光谱仪（UV-vis DRS）对制得的TiO2 NTs的微观形貌及光响应范围进行表征与测试。SEM显示经过二次阳极氧化处理后，TiO2 NTs的形貌发生较大改变，呈现出良好的阵列效果。UV-vis DRS光谱显示光响应范围明显发生红移。将硝基苯作为目标有机污染物，利用TiO2 NTs作为光催化剂对其进行光催化降解。结果显示，TiO2 NTs能有效降解废水中的硝基苯，并且经二次阳极氧化制得的阵列式TiO2纳米管（2-step TiO2 NTs）的光催化活性远远优于经一次氧化的TiO2纳米管（1-step TiO2 NTs），能显著提高对硝基苯的降解效率。推测活性增加的原因是经二次氧化形成的阵列式双层纳米管结构增大了催化剂的比表面积，同时增加光通道，使TiO2纳米管吸光范围显著增大，提升硝基苯的降解速率。
2018, 47(11):3548-3553.
摘要:
本文用V部分替代Nb并适当调整Si与B的含量，通过单辊快淬技术及退火工艺制备了原始成分为Fe73Si15Nb3B8Cu1和优化成分为Fe73Si15.5Nb1.1V2.4B7Cu1的Finemet型非晶纳米晶薄带。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、磁性能测试仪研究了薄带的结构及磁性能。结果表明：两种快淬态薄带主要为非晶结构，合金具有良好的非晶形成能力；采用Luborsky法评价薄带韧性，发现含V的快淬态薄带的断裂应变λt为5.05×10-2，其韧性较差；两种退火态薄带中的纳米晶晶粒大小分别约为14.8 nm与13.2 nm；与原始成分薄带相比，含V薄带的居里温度Tc，晶化起始温度Tx1有少量降低；含V薄带的饱和磁化强度略低于原始薄带，但是其矫顽力较小，其环形磁芯样品静态初始磁导率为1.269×105、静态损耗为1.748 J/m3，动态测试显示，随着频率的增加，含V薄带损耗较原始薄带小的优势更加明显。
本文用V部分替代Nb并适当调整Si与B的含量，通过单辊快淬技术及退火工艺制备了原始成分为Fe73Si15Nb3B8Cu1和优化成分为Fe73Si15.5Nb1.1V2.4B7Cu1的Finemet型非晶纳米晶薄带。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、磁性能测试仪研究了薄带的结构及磁性能。结果表明：两种快淬态薄带主要为非晶结构，合金具有良好的非晶形成能力；采用Luborsky法评价薄带韧性，发现含V的快淬态薄带的断裂应变λt为5.05×10-2，其韧性较差；两种退火态薄带中的纳米晶晶粒大小分别约为14.8 nm与13.2 nm；与原始成分薄带相比，含V薄带的居里温度Tc，晶化起始温度Tx1有少量降低；含V薄带的饱和磁化强度略低于原始薄带，但是其矫顽力较小，其环形磁芯样品静态初始磁导率为1.269×105、静态损耗为1.748 J/m3，动态测试显示，随着频率的增加，含V薄带损耗较原始薄带小的优势更加明显。
2018, 47(11):3554-3558.
摘要:
在CuCr0.5基体上复合电沉积Cu-Diamond“上砂”层,用模压法将“上砂”层中的金刚石压入基体中,在纳米铜悬浮液中补粉+模压来填充“V”型沟槽,最后烧结形成与基体结合牢固的Cu-Diamond复合层。用扫描电镜对不同制备阶段的Cu-Diamond进行研究,并用电阻应变分析法对Cu-Diamond的表面热膨胀系数进行了评估。结果表明：用W40金刚石粉制备的Cu-Diamond层模压后金刚石/基体界面出现“V”型沟槽,在纳米铜悬浮液中补粉+模压,填充在“V”型沟槽中的铜粉疏松,经900 ℃+60 min烧结后,“V”型沟槽得到完整填充。当Cu-Diamond复合层中金刚石体积含量约为40～45%时,表面热膨胀系数为11.7×10-6/℃。
在CuCr0.5基体上复合电沉积Cu-Diamond“上砂”层,用模压法将“上砂”层中的金刚石压入基体中,在纳米铜悬浮液中补粉+模压来填充“V”型沟槽,最后烧结形成与基体结合牢固的Cu-Diamond复合层。用扫描电镜对不同制备阶段的Cu-Diamond进行研究,并用电阻应变分析法对Cu-Diamond的表面热膨胀系数进行了评估。结果表明：用W40金刚石粉制备的Cu-Diamond层模压后金刚石/基体界面出现“V”型沟槽,在纳米铜悬浮液中补粉+模压,填充在“V”型沟槽中的铜粉疏松,经900 ℃+60 min烧结后,“V”型沟槽得到完整填充。当Cu-Diamond复合层中金刚石体积含量约为40～45%时,表面热膨胀系数为11.7×10-6/℃。
2018, 47(11):3559-3563.
摘要:
采用微波水热合成法对石墨烯进行表面改性,形成石墨烯/SnO2纳米复合物；将其用于粉末冶金法制备石墨烯/SnO2/Cu复合材料。采用多种分析测试手段对复合材料的微观组织及性能进行研究。结果表明,石墨烯表面吸附的SnO2纳米颗粒不会在复合材料制备过程中脱落,并可有效抑制石墨烯团聚,提高复合材料的致密度、硬度和热导率等性能。本文制备的石墨烯/SnO2/Cu复合材料致密度为91.0%,硬度为166HBW,热导率139W/(m℃),远高于Graphene/Cu复合材料。Graphene/SnO2/Cu复合材料中,界面结合良好,无开裂和界面反应；基体Cu中的刃型位错、形变孪晶以及石墨烯表面的SnO2纳米颗粒,是导致复合材料电导率下降的主要原因。
采用微波水热合成法对石墨烯进行表面改性,形成石墨烯/SnO2纳米复合物；将其用于粉末冶金法制备石墨烯/SnO2/Cu复合材料。采用多种分析测试手段对复合材料的微观组织及性能进行研究。结果表明,石墨烯表面吸附的SnO2纳米颗粒不会在复合材料制备过程中脱落,并可有效抑制石墨烯团聚,提高复合材料的致密度、硬度和热导率等性能。本文制备的石墨烯/SnO2/Cu复合材料致密度为91.0%,硬度为166HBW,热导率139W/(m℃),远高于Graphene/Cu复合材料。Graphene/SnO2/Cu复合材料中,界面结合良好,无开裂和界面反应；基体Cu中的刃型位错、形变孪晶以及石墨烯表面的SnO2纳米颗粒,是导致复合材料电导率下降的主要原因。
2018, 47(11):3564-3570.
摘要:
采用AgCuTi钎料对Al2O3陶瓷与GH99高温合金进行了钎焊连接,研究了工艺参数(连接温度、保温时间)的变化对接头力学性能的影响,并分析了不同参数下接头的断裂位置,结果表明：保温5min时,在不同的连接温度下进行钎焊,随着连接温度的升高,接头的抗剪强度先增后减,在900℃时取得最大值,为127.24MPa,连接温度较低时,主要断裂于Al2O3/钎料侧,随着温度的升高,接头TiNi3反应层增厚,因此还有部分断裂于TiNi3反应层/钎料界面；在连接温度为900℃时,随着保温时间的延长,接头的抗剪强度逐渐降低,保温时间较短时,主要要断裂于Al2O3/钎料界面,保温时间过长,TiNi3反应层延伸入钎料中部且厚度大大增加,在该反应层中产生微裂纹,造成接头强度大大降低,此时部分断裂于钎料中部及TiNi3反应层中。
采用AgCuTi钎料对Al2O3陶瓷与GH99高温合金进行了钎焊连接,研究了工艺参数(连接温度、保温时间)的变化对接头力学性能的影响,并分析了不同参数下接头的断裂位置,结果表明：保温5min时,在不同的连接温度下进行钎焊,随着连接温度的升高,接头的抗剪强度先增后减,在900℃时取得最大值,为127.24MPa,连接温度较低时,主要断裂于Al2O3/钎料侧,随着温度的升高,接头TiNi3反应层增厚,因此还有部分断裂于TiNi3反应层/钎料界面；在连接温度为900℃时,随着保温时间的延长,接头的抗剪强度逐渐降低,保温时间较短时,主要要断裂于Al2O3/钎料界面,保温时间过长,TiNi3反应层延伸入钎料中部且厚度大大增加,在该反应层中产生微裂纹,造成接头强度大大降低,此时部分断裂于钎料中部及TiNi3反应层中。
2018, 47(11):3571-3578.
摘要:
纳米晶体材料独特的结构特征使其具有不同于传统多晶材料的优异性能,如何提高纳米晶体材料的热稳定性,避免其过度粗化,是近年来材料领域研究的热点课题。本文综述了国内外对纳米晶体材料热稳定性的研究进展,简要介绍了纳米晶体材料的微观结构特点,着重分析了溶质原子、第二相颗粒和微观应力等因素对纳米晶体材料晶粒长大的影响规律,介绍了纳米晶体材料的热力学和动力学稳定机制。
纳米晶体材料独特的结构特征使其具有不同于传统多晶材料的优异性能,如何提高纳米晶体材料的热稳定性,避免其过度粗化,是近年来材料领域研究的热点课题。本文综述了国内外对纳米晶体材料热稳定性的研究进展,简要介绍了纳米晶体材料的微观结构特点,着重分析了溶质原子、第二相颗粒和微观应力等因素对纳米晶体材料晶粒长大的影响规律,介绍了纳米晶体材料的热力学和动力学稳定机制。
