2018年第47卷第4期文章目次
2018, 47(4):1025-1030.
摘要:
准确评价热喷涂涂层的弹性模量对于确保工业构件的服役安全性与耐久性是十分重要的，但是利用传统技术很难进行评价。尽管纳米压痕技术可以表征涂层局部的弹性模量，但是无法反映出孔隙、裂纹等缺陷对涂层弹性模量的影响。而脉冲激励技术（IET）是一种用于评价块体材料弹性模量的简单、准确方法。本文结合相对法，利用IET可对热喷涂涂层的弹性模量进行评价。首先构建了涂层、基体、涂层/基体复合体系的弹性模量间的解析关系，然后通过测量制备涂层前后试样的弹性模量，即可获得涂层的弹性模量。以Q235钢基体/NiCr涂层为研究对象，研究了雾化气体对NiCr涂层弹性模量的影响。结果表明以空气作为雾化气体制得的NiCr涂层（NiCr-Air）的弹性模量高于以N2作为雾化气体制得的NiCr涂层（NiCr-N2）的弹性模量，其原因在于NiCr-Air中形成了Ni(Cr2O4)氧化物增强NiCr合金的层状复合材料，且这种层状复合结构有利于提高NiCr涂层的弹性模量。
准确评价热喷涂涂层的弹性模量对于确保工业构件的服役安全性与耐久性是十分重要的，但是利用传统技术很难进行评价。尽管纳米压痕技术可以表征涂层局部的弹性模量，但是无法反映出孔隙、裂纹等缺陷对涂层弹性模量的影响。而脉冲激励技术（IET）是一种用于评价块体材料弹性模量的简单、准确方法。本文结合相对法，利用IET可对热喷涂涂层的弹性模量进行评价。首先构建了涂层、基体、涂层/基体复合体系的弹性模量间的解析关系，然后通过测量制备涂层前后试样的弹性模量，即可获得涂层的弹性模量。以Q235钢基体/NiCr涂层为研究对象，研究了雾化气体对NiCr涂层弹性模量的影响。结果表明以空气作为雾化气体制得的NiCr涂层（NiCr-Air）的弹性模量高于以N2作为雾化气体制得的NiCr涂层（NiCr-N2）的弹性模量，其原因在于NiCr-Air中形成了Ni(Cr2O4)氧化物增强NiCr合金的层状复合材料，且这种层状复合结构有利于提高NiCr涂层的弹性模量。
2018, 47(4):1031-1036.
摘要:
采用AgCuTi钎料实现了Al2O3陶瓷与Fe-Co-Ni合金的钎焊连接,并调查了不同钛含量的钎料对Al2O3/AgCuTi/Fe-Ni-Co钎焊接头机械性能和微观组织结构的影响。扫描电子显微镜(SEM), X射线能量色散光谱仪(EDS), X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机用于分析钎焊接头的机械性能和微观组织结构,结果表明:钛含量的增加明显提高AgCuTi钎料与Al2O3陶瓷的相互作用,在Al2O3/Ag-Cu-Ti界面生成一层由Ti-Al 和 Ti-O化合物组成的反应层。Al2O3/AgCuTi/Fe-Ni-Co钎焊接头的抗拉强度随钛含量的增加而增加,当钛含量提高到8wt.%时,抗拉强度达到最大值78Mpa。通过微观组织结构分析发现,采用AgCu4Ti在890℃保温5min的条件下可以获得较好的钎焊接头,典型接头的微观组织结构为Al2O3/TiAl+Ti3O5/NiTi+Cu3Ti+Ag(s,s)/Ag(s,s)+Cu(s,s)+(Cu,Ni)/Fe-Ni-Co。采用AgCu8Ti获得的钎焊接头的界面反应层与AgCu4Ti差异不大,但反应层稍微增厚,并伴有TiO和Ti3Al在Al2O3/Ag-Cu-Ti界面生成。
采用AgCuTi钎料实现了Al2O3陶瓷与Fe-Co-Ni合金的钎焊连接,并调查了不同钛含量的钎料对Al2O3/AgCuTi/Fe-Ni-Co钎焊接头机械性能和微观组织结构的影响。扫描电子显微镜(SEM), X射线能量色散光谱仪(EDS), X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机用于分析钎焊接头的机械性能和微观组织结构,结果表明:钛含量的增加明显提高AgCuTi钎料与Al2O3陶瓷的相互作用,在Al2O3/Ag-Cu-Ti界面生成一层由Ti-Al 和 Ti-O化合物组成的反应层。Al2O3/AgCuTi/Fe-Ni-Co钎焊接头的抗拉强度随钛含量的增加而增加,当钛含量提高到8wt.%时,抗拉强度达到最大值78Mpa。通过微观组织结构分析发现,采用AgCu4Ti在890℃保温5min的条件下可以获得较好的钎焊接头,典型接头的微观组织结构为Al2O3/TiAl+Ti3O5/NiTi+Cu3Ti+Ag(s,s)/Ag(s,s)+Cu(s,s)+(Cu,Ni)/Fe-Ni-Co。采用AgCu8Ti获得的钎焊接头的界面反应层与AgCu4Ti差异不大,但反应层稍微增厚,并伴有TiO和Ti3Al在Al2O3/Ag-Cu-Ti界面生成。
2018, 47(4):1037-1042.
摘要:
采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM，EDS，XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成，基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明：从Cu侧至Al侧，界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al2Cu)混合组织，过共晶组织 [Al2Cu+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织 [α-Al+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ；随着界面Cu浓度的变化，Al2Cu相具有不同形貌；且各个区域厚度同理论值基本一致。
采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM，EDS，XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成，基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明：从Cu侧至Al侧，界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al2Cu)混合组织，过共晶组织 [Al2Cu+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织 [α-Al+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ；随着界面Cu浓度的变化，Al2Cu相具有不同形貌；且各个区域厚度同理论值基本一致。
2018, 47(4):1043-1048.
摘要:
采用大气等离子喷涂技术(APS)在C/C复合材料表面制备了mullite/ZrB2-MoSi2双层抗烧蚀涂层。借助XRD、SEM、EDS等分析手段对涂层的组织结构进行研究；基于氧丙烯焰烧蚀试验考察ZrB2-MoSi2/mullite复合涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能的影响。结果表明,在1700 °C和1800 °C的氧丙烯焰下烧蚀60 s,ZrB2-MoSi2/mullite涂层试样的质量烧蚀率分别为3.49×10-3 g/s与3.77×10-3 g/s。其与单层ZrB2-MoSi2涂层试样相比,ZrB2-MoSi2/mullite涂层试样展现了出色的抗烧蚀性能。烧蚀过程中形成的硅酸盐玻璃可以作为热障层而减少氧气的进一步渗透,并且还具有自我封填缺陷的能力,使ZrB2-MoSi2/mullite涂层表现较好的抗烧蚀性。
采用大气等离子喷涂技术(APS)在C/C复合材料表面制备了mullite/ZrB2-MoSi2双层抗烧蚀涂层。借助XRD、SEM、EDS等分析手段对涂层的组织结构进行研究；基于氧丙烯焰烧蚀试验考察ZrB2-MoSi2/mullite复合涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能的影响。结果表明,在1700 °C和1800 °C的氧丙烯焰下烧蚀60 s,ZrB2-MoSi2/mullite涂层试样的质量烧蚀率分别为3.49×10-3 g/s与3.77×10-3 g/s。其与单层ZrB2-MoSi2涂层试样相比,ZrB2-MoSi2/mullite涂层试样展现了出色的抗烧蚀性能。烧蚀过程中形成的硅酸盐玻璃可以作为热障层而减少氧气的进一步渗透,并且还具有自我封填缺陷的能力,使ZrB2-MoSi2/mullite涂层表现较好的抗烧蚀性。
2018, 47(4):1049-1053.
摘要:
新型材料的应用对低温装置的发展起具有重大意义。为提高低温蓄冷装置的温度均衡性,一种孔隙率为63%的开孔泡沫铝材料最近在一种低温蓄冷装置中进行了实验研究。实验测试了样品从50 K到170 K的热导率,测试结果显示开孔泡沫铝在测试温度区间内热导率随温度降低而升高,其平均值为22 W?(m?K)-1。实验测试了开孔泡沫铝热导率对采用泡沫铝低温蓄冷装置的性能的影响。蓄冷装置中采用的相变材料为氮。实验中主要测试值为蓄冷装置在降温过程和融化过程中的温度值。实验结果显示,此装置上、下部分的最大温差小于0.5 K,远小于不采用开孔泡沫铝时的温差。随着低温蓄冷装置热导率的提高,蓄冷装置上、下部温差以及单个温度测定的温度波动均减小。
新型材料的应用对低温装置的发展起具有重大意义。为提高低温蓄冷装置的温度均衡性,一种孔隙率为63%的开孔泡沫铝材料最近在一种低温蓄冷装置中进行了实验研究。实验测试了样品从50 K到170 K的热导率,测试结果显示开孔泡沫铝在测试温度区间内热导率随温度降低而升高,其平均值为22 W?(m?K)-1。实验测试了开孔泡沫铝热导率对采用泡沫铝低温蓄冷装置的性能的影响。蓄冷装置中采用的相变材料为氮。实验中主要测试值为蓄冷装置在降温过程和融化过程中的温度值。实验结果显示,此装置上、下部分的最大温差小于0.5 K,远小于不采用开孔泡沫铝时的温差。随着低温蓄冷装置热导率的提高,蓄冷装置上、下部温差以及单个温度测定的温度波动均减小。
2018, 47(4):1054-1058.
摘要:
摘 要：本文研究了一种镍基单晶高温合金在870℃℃时的高周疲劳性能及其变形组织结构。结果表明：该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小，870℃℃时光滑试样的疲劳强度为443MPa；利用透射电镜（TEM）观察疲劳循环试样的位错组态，发现在疲劳变形的初始和中期阶段，位错组态主要为界面位错，位错在基体通道中{111}面运动，并交互反应形成3维位错网络结构。当应力水平提高到550MPa以上时，在变形的末期，观察到高密度位错集中于位错滑移带及位错切入??r" 相现象。在循环应力和高温叠加作用下，基体通道中诱发析出大量圆形细小二次?r’? 相。二次?r"?相的析出有益于阻止基体位错的滑动，抑制位错切入?r"?相，有利于提高合金的疲劳强度。
摘 要：本文研究了一种镍基单晶高温合金在870℃℃时的高周疲劳性能及其变形组织结构。结果表明：该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小，870℃℃时光滑试样的疲劳强度为443MPa；利用透射电镜（TEM）观察疲劳循环试样的位错组态，发现在疲劳变形的初始和中期阶段，位错组态主要为界面位错，位错在基体通道中{111}面运动，并交互反应形成3维位错网络结构。当应力水平提高到550MPa以上时，在变形的末期，观察到高密度位错集中于位错滑移带及位错切入??r" 相现象。在循环应力和高温叠加作用下，基体通道中诱发析出大量圆形细小二次?r’? 相。二次?r"?相的析出有益于阻止基体位错的滑动，抑制位错切入?r"?相，有利于提高合金的疲劳强度。
2018, 47(4):1059-1063.
摘要:
为了提高烧结NdFeB永磁体的耐蚀性,本文在铝酸盐溶液中采用二步微弧氧化工艺在烧结NdFeB永磁体表面制备了氧化铝陶瓷涂层。微弧氧化过程中,电压-时间曲线可大致分为四个阶段,与阀金属处理的曲线基本一致。烧结NdFeB表面制备的涂层呈现出典型的微弧氧化多孔形貌,厚度大约为5 μm。涂层中仅含有Al2O3结晶相,并含有少量的Fe、Nd和P元素。微弧氧化处理后,烧结NdFeB的表面粗糙度有所增加,耐蚀性较基体提高了1个数量级。然后,微弧氧化处理后,烧结NdFeB磁体的剩磁和最大磁能积较未处理NdFeB有所下降。
为了提高烧结NdFeB永磁体的耐蚀性,本文在铝酸盐溶液中采用二步微弧氧化工艺在烧结NdFeB永磁体表面制备了氧化铝陶瓷涂层。微弧氧化过程中,电压-时间曲线可大致分为四个阶段,与阀金属处理的曲线基本一致。烧结NdFeB表面制备的涂层呈现出典型的微弧氧化多孔形貌,厚度大约为5 μm。涂层中仅含有Al2O3结晶相,并含有少量的Fe、Nd和P元素。微弧氧化处理后,烧结NdFeB的表面粗糙度有所增加,耐蚀性较基体提高了1个数量级。然后,微弧氧化处理后,烧结NdFeB磁体的剩磁和最大磁能积较未处理NdFeB有所下降。
2018, 47(4):1064-1068.
摘要:
在本论文中，商用AZ31镁合金板材被用为实验材料。为了研究织构对镁空气电池性能的影响，分别制备了基于板材轧面和截面的镁空气电池。与已经报道过的关于织构对镁合金电化学性能的影响的研究不同，本文所用实验材料的表面粗糙度与实际应用中镁合金板材的表面粗糙度相似。通过电化学阻抗谱研究了试样的电化学性能，结果表明轧面比截面更耐腐蚀。通过恒流放电测试研究了电池的放电性能，结果表明基于截面阳极的镁空气电池和基于轧面阳极的镁空气电池相比具有更高的阳极效率（两种电池的阳极效率分别为71.3%和65.7%）。放电24小时之后，通过扫描电子显微镜研究了镁合金阳极基体的表面形貌。轧面阳极显示出一个具有更多孔洞和沟壑的阳极表面，这可能是导致它具有低阳极利用率的原因。因此，被(10-10)、 (11-20) 和(10-11)取向晶粒所主导的轧面阳极更合适于被运用于镁空气电池。
在本论文中，商用AZ31镁合金板材被用为实验材料。为了研究织构对镁空气电池性能的影响，分别制备了基于板材轧面和截面的镁空气电池。与已经报道过的关于织构对镁合金电化学性能的影响的研究不同，本文所用实验材料的表面粗糙度与实际应用中镁合金板材的表面粗糙度相似。通过电化学阻抗谱研究了试样的电化学性能，结果表明轧面比截面更耐腐蚀。通过恒流放电测试研究了电池的放电性能，结果表明基于截面阳极的镁空气电池和基于轧面阳极的镁空气电池相比具有更高的阳极效率（两种电池的阳极效率分别为71.3%和65.7%）。放电24小时之后，通过扫描电子显微镜研究了镁合金阳极基体的表面形貌。轧面阳极显示出一个具有更多孔洞和沟壑的阳极表面，这可能是导致它具有低阳极利用率的原因。因此，被(10-10)、 (11-20) 和(10-11)取向晶粒所主导的轧面阳极更合适于被运用于镁空气电池。
2018, 47(4):1069-1074.
摘要:
通过无压烧结技术和机械合金化技术，在烧结温度为870 °C，保温时间为2.5h的工艺条件下，制备了四种不同体积含量的Ti3AlC2 颗粒含量的Ti3AlC2/ZA27复合材料。研究了Ti3AlC2 颗粒含量对Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度，密度，拉伸强度和弯曲强度的影响。结果表明界面处的微弱的化学反应有助于提高复合材料的界面结合能力，进而提高Ti3AlC2 /ZA27复合材料的机械性能。此外，随着Ti3AlC2 颗粒含量增多，Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度都随之增大，这主要归因于纳米尺度的Ti3AlC2颗粒的弥散增强结果。然而，随着Ti3AlC2 颗粒的增加到40 vol. %, 由于孔隙的增多，Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度又出现下降。对比制得的四种Ti3AlC2 /ZA27复合材料，30Ti3AlC2/ZA27复合材料拥有最大的抗拉强度、抗弯曲强度以及维氏硬度，分别为310 MPa，528 MPa 和1.24 GPa. 这些优异的性能除了归因于良好的界面结合，还归因于Ti3AlC2颗粒的细晶强化和弥散强化作用。
通过无压烧结技术和机械合金化技术，在烧结温度为870 °C，保温时间为2.5h的工艺条件下，制备了四种不同体积含量的Ti3AlC2 颗粒含量的Ti3AlC2/ZA27复合材料。研究了Ti3AlC2 颗粒含量对Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度，密度，拉伸强度和弯曲强度的影响。结果表明界面处的微弱的化学反应有助于提高复合材料的界面结合能力，进而提高Ti3AlC2 /ZA27复合材料的机械性能。此外，随着Ti3AlC2 颗粒含量增多，Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度都随之增大，这主要归因于纳米尺度的Ti3AlC2颗粒的弥散增强结果。然而，随着Ti3AlC2 颗粒的增加到40 vol. %, 由于孔隙的增多，Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度又出现下降。对比制得的四种Ti3AlC2 /ZA27复合材料，30Ti3AlC2/ZA27复合材料拥有最大的抗拉强度、抗弯曲强度以及维氏硬度，分别为310 MPa，528 MPa 和1.24 GPa. 这些优异的性能除了归因于良好的界面结合，还归因于Ti3AlC2颗粒的细晶强化和弥散强化作用。
2018, 47(4):1075-1081.
摘要:
采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al2O3/Al复合涂层。在850 °C下、 100 wt.% Na2SO4熔盐中观测Al2O3/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al2O3/Al复合涂层具备由Al2O3表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al2O3,TiO2和TiAl3。致密的Al2O3/Al复合涂层有效地抑制了O2-,S-和Na+对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al2O3/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。
采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al2O3/Al复合涂层。在850 °C下、 100 wt.% Na2SO4熔盐中观测Al2O3/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al2O3/Al复合涂层具备由Al2O3表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al2O3,TiO2和TiAl3。致密的Al2O3/Al复合涂层有效地抑制了O2-,S-和Na+对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al2O3/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。
2018, 47(4):1082-1088.
摘要:
以NaCl为熔盐介质,采用锐钛矿型钛白粉和炭黑为原料,探索一种碳热还原结合熔盐法合成高纯碳化钛(TiC)的方法。借助XRD研究了反应温度和原料配比对合成碳化钛的影响,采用SEM、TEM、EDS,粒度分析仪,热力学分析等检测分析手段对合成产物的特性和过程进行分析。结果表明：相比传统的碳热还原合成碳化钛的方法,NaCl熔盐介质的引入可以有效的降低碳化钛的合成温度(从1700℃到1550℃)以及合成高纯碳化钛的时间(从10h到3h)。结合研究成果,提出了熔盐介质中溶解-沉淀的合成机理。
以NaCl为熔盐介质,采用锐钛矿型钛白粉和炭黑为原料,探索一种碳热还原结合熔盐法合成高纯碳化钛(TiC)的方法。借助XRD研究了反应温度和原料配比对合成碳化钛的影响,采用SEM、TEM、EDS,粒度分析仪,热力学分析等检测分析手段对合成产物的特性和过程进行分析。结果表明：相比传统的碳热还原合成碳化钛的方法,NaCl熔盐介质的引入可以有效的降低碳化钛的合成温度(从1700℃到1550℃)以及合成高纯碳化钛的时间(从10h到3h)。结合研究成果,提出了熔盐介质中溶解-沉淀的合成机理。
2018, 47(4):1089-1095.
摘要:
报道了一种在水溶液中的简单、快速、绿色制备5到15nm纳米银溶胶的方法。在这种方法中，硝酸银为银源，桑叶提取液为还原剂和保护剂，没有利用其它的还原剂和保护剂，在常温下制备纳米银。纳米溶胶的颜色从浅黄色变到棕色，表明生成了纳米银粒子。利用紫外可见光谱（UV-vis），透射型电子显微镜（TEM），红外光谱（FT-IR）和X-射线衍射（XRD）对样品进行了分析。结果表明所得到的银粒子为分散性较好、粒径较小、结晶度很高、被植物提取液包覆的球状纳米银颗粒。通过UV光谱对反应温度、反应时间、银离子浓度及提取液用量对粒径的影响进行了研究，提出了一种可能的反应机理。该方法可以扩展到用其它可再生的物质来制备贵金属纳米粒子。
报道了一种在水溶液中的简单、快速、绿色制备5到15nm纳米银溶胶的方法。在这种方法中，硝酸银为银源，桑叶提取液为还原剂和保护剂，没有利用其它的还原剂和保护剂，在常温下制备纳米银。纳米溶胶的颜色从浅黄色变到棕色，表明生成了纳米银粒子。利用紫外可见光谱（UV-vis），透射型电子显微镜（TEM），红外光谱（FT-IR）和X-射线衍射（XRD）对样品进行了分析。结果表明所得到的银粒子为分散性较好、粒径较小、结晶度很高、被植物提取液包覆的球状纳米银颗粒。通过UV光谱对反应温度、反应时间、银离子浓度及提取液用量对粒径的影响进行了研究，提出了一种可能的反应机理。该方法可以扩展到用其它可再生的物质来制备贵金属纳米粒子。
2018, 47(4):1096-1099.
摘要:
研究了Cu-Be-Co-Zr合金480℃恒温时效条件下的时效析出动力学。根据导电率与析出相体积分数的关系,计算了Cu-Be-Co-Zr合金不同时效时间(0, 30, 60, 120, 180, 240, 360, 480, 600 min)对应的析出相转变比率,建立了Cu-Be-Co-Zr合金480℃时效条件下的析出相变动力学方程和导电率方程,并在此基础上绘制了等温转变动力学S曲线；采用固态热分解反应机理的积分方程,揭示了Cu-Be-Co-Zr合金时效析出转变机制为受扩散控制的反应机理。
研究了Cu-Be-Co-Zr合金480℃恒温时效条件下的时效析出动力学。根据导电率与析出相体积分数的关系,计算了Cu-Be-Co-Zr合金不同时效时间(0, 30, 60, 120, 180, 240, 360, 480, 600 min)对应的析出相转变比率,建立了Cu-Be-Co-Zr合金480℃时效条件下的析出相变动力学方程和导电率方程,并在此基础上绘制了等温转变动力学S曲线；采用固态热分解反应机理的积分方程,揭示了Cu-Be-Co-Zr合金时效析出转变机制为受扩散控制的反应机理。
2018, 47(4):1100-1106.
摘要:
采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrAlN和CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），X射线光电子能谱仪（XPS），原子力显微镜（AFM）等表征Al元素的加入对CrN薄膜成分与组织结构的影响。采用摩擦磨损试验机和3 mm的Si3N4作为对偶球测试其在不同环境下的摩擦性能，并利用Nanomap 500LS三维轮廓仪表征磨痕轮廓。研究结果表明，CrN薄膜主要物相是CrN和Cr2N相，CrAlN薄膜主要物相是CrAlN和Cr2N相。CrN薄膜的（200）晶面的CrN相呈择优取向，而CrAlN薄膜的（200）晶面的CrAlN相也呈择优取向。在CrAlN沉积的过程中，部分的Cr原子被Al原子替代形成有利于细化晶粒和提高薄膜的综合性能。因此，在所有的实验环境中，CrAlN薄膜都比CrN薄膜具有更好的抗磨损性能和低的磨损率。
采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrAlN和CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），X射线光电子能谱仪（XPS），原子力显微镜（AFM）等表征Al元素的加入对CrN薄膜成分与组织结构的影响。采用摩擦磨损试验机和3 mm的Si3N4作为对偶球测试其在不同环境下的摩擦性能，并利用Nanomap 500LS三维轮廓仪表征磨痕轮廓。研究结果表明，CrN薄膜主要物相是CrN和Cr2N相，CrAlN薄膜主要物相是CrAlN和Cr2N相。CrN薄膜的（200）晶面的CrN相呈择优取向，而CrAlN薄膜的（200）晶面的CrAlN相也呈择优取向。在CrAlN沉积的过程中，部分的Cr原子被Al原子替代形成有利于细化晶粒和提高薄膜的综合性能。因此，在所有的实验环境中，CrAlN薄膜都比CrN薄膜具有更好的抗磨损性能和低的磨损率。
2018, 47(4):1107-1112.
摘要:
本文研究了NiTi形状记忆合金在H2-H2O气氛下400-700 °C的氧化行为。合金的氧化过程遵循立方规律,氧化激活能127.52 kJ/mol。氧化显著降低了试样表面的Ni含量。400 °C氧化的试样,其表面形貌与其他试样不同,并且氧化膜较薄,截面结构无法用SEM分析。500 °C、600 °C、700 °C氧化的试样,表面有两种形貌的氧化物,一种是颗粒状氧化物,另一种是晶须状氧化物。截面分析表明,氧化膜分为两层,上层由TiO2构成,下层由Ni3Ti构成,两层界面处有孔洞生成。
本文研究了NiTi形状记忆合金在H2-H2O气氛下400-700 °C的氧化行为。合金的氧化过程遵循立方规律,氧化激活能127.52 kJ/mol。氧化显著降低了试样表面的Ni含量。400 °C氧化的试样,其表面形貌与其他试样不同,并且氧化膜较薄,截面结构无法用SEM分析。500 °C、600 °C、700 °C氧化的试样,表面有两种形貌的氧化物,一种是颗粒状氧化物,另一种是晶须状氧化物。截面分析表明,氧化膜分为两层,上层由TiO2构成,下层由Ni3Ti构成,两层界面处有孔洞生成。
2018, 47(4):1113-1118.
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(4):1119-1123.
摘要:
在磁感应强度(B)1T、3T和5T条件下对TC4钛合金进行拉伸实验处理,研究了B值对延伸率、相特征、晶体结构和位错密度等的影响。结果表明：拉伸过程脉冲强磁场的施加提高了钛合金的延伸率,当B=3T时,合金的延伸率达到最大值12.41%,较未施加磁场试样增长了23.98%,且B=3T为延伸率从上升到下降的转折点。磁场处理促使了β相向α相的转变,并促进了晶面向着易滑移方向产生了择优取向。位错密度随B值变化呈现先增后减的趋势,在3T时达到最大值。分析认为位错密度的变化首先是因为磁场下位错应变能增加,其次是磁场促进了自由基对从S态向T态的转变,并从量子尺度分析了最优B值为3T的理论依据。
在磁感应强度(B)1T、3T和5T条件下对TC4钛合金进行拉伸实验处理,研究了B值对延伸率、相特征、晶体结构和位错密度等的影响。结果表明：拉伸过程脉冲强磁场的施加提高了钛合金的延伸率,当B=3T时,合金的延伸率达到最大值12.41%,较未施加磁场试样增长了23.98%,且B=3T为延伸率从上升到下降的转折点。磁场处理促使了β相向α相的转变,并促进了晶面向着易滑移方向产生了择优取向。位错密度随B值变化呈现先增后减的趋势,在3T时达到最大值。分析认为位错密度的变化首先是因为磁场下位错应变能增加,其次是磁场促进了自由基对从S态向T态的转变,并从量子尺度分析了最优B值为3T的理论依据。
2018, 47(4):1124-1129.
摘要:
室温下采用常规ECAP模具(通道夹角90°,内圆角20°)成功实现工业纯锆ECAP单道次变形。通过金相显微镜、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及单向拉伸实验等测试方法,研究ECAP变形后工业纯锆的组织与性能。研究结果表明：工业纯锆经过通道夹角为90°模具单道次ECAP 变形后，晶粒显著破碎,屈服强度和抗拉强度分别提高到397 MPa和536 MPa,增幅分别为~43%和~53%；其硬度值也由原始样的1050 MPa提高到了1550 MPa；材料仍保持有较好的延伸率,延伸率为21.2%。TEM结果显示工业纯锆单道次ECAP变形后试样有大量的板条、位错及位错胞存在。XRD结果表明经ECAP变形后,工业纯锆原始的基面织构和锥面织构转变成了柱面织构。
室温下采用常规ECAP模具(通道夹角90°,内圆角20°)成功实现工业纯锆ECAP单道次变形。通过金相显微镜、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及单向拉伸实验等测试方法,研究ECAP变形后工业纯锆的组织与性能。研究结果表明：工业纯锆经过通道夹角为90°模具单道次ECAP 变形后，晶粒显著破碎,屈服强度和抗拉强度分别提高到397 MPa和536 MPa,增幅分别为~43%和~53%；其硬度值也由原始样的1050 MPa提高到了1550 MPa；材料仍保持有较好的延伸率,延伸率为21.2%。TEM结果显示工业纯锆单道次ECAP变形后试样有大量的板条、位错及位错胞存在。XRD结果表明经ECAP变形后,工业纯锆原始的基面织构和锥面织构转变成了柱面织构。
2018, 47(4):1130-1136.
摘要:
针对远洋舰船铝合金防护板受风浪、潮汐以及随机性爆炸冲击波影响，易萌生裂纹或产生断裂的工程实际。通过控制有限单元“生死”状态，动态模拟了防护板脉冲激光再制造温度场变化历程，获取了再制造过程温度变化规律，并对脉冲激光再制造工艺进行了优化。分析和试验结果表明：脉冲模式优化工艺参数为激光功率3kW，光斑直径3mm，扫描速度6mm/s，脉冲激光脉宽10ms，占空比1:1。成形后防护板热影响区变形量控制在0.02mm以内，硬度最大值出现在热影响区，约为95HV0.1。焊缝区与母材呈致密的冶金结合，主要为致密的细晶组织，抗拉强度达到222Mpa。
针对远洋舰船铝合金防护板受风浪、潮汐以及随机性爆炸冲击波影响，易萌生裂纹或产生断裂的工程实际。通过控制有限单元“生死”状态，动态模拟了防护板脉冲激光再制造温度场变化历程，获取了再制造过程温度变化规律，并对脉冲激光再制造工艺进行了优化。分析和试验结果表明：脉冲模式优化工艺参数为激光功率3kW，光斑直径3mm，扫描速度6mm/s，脉冲激光脉宽10ms，占空比1:1。成形后防护板热影响区变形量控制在0.02mm以内，硬度最大值出现在热影响区，约为95HV0.1。焊缝区与母材呈致密的冶金结合，主要为致密的细晶组织，抗拉强度达到222Mpa。
2018, 47(4):1137-1142.
摘要:
本文基于双线性张力位移法则，运用ABAQUS内置内聚力单元对锆-钛-钢复合板的剪切试验进行了有限元模拟，分析了界面断裂过程的应力分布特征，研究了内聚力强度、断裂能对于界面层损伤的影响，并验证了剪切强度预测公式的正确性。研究结果表明：内聚力单元可以模拟复合板界面层的断裂过程，且与剪切试验结果良好吻合；剪断位移与内聚力强度呈正相关；随着断裂能的增加，剪断位移、特征位移和最大剪切力都增加；剪切强度预测公式可对不同热处理工艺下剪切强度进行预测。
本文基于双线性张力位移法则，运用ABAQUS内置内聚力单元对锆-钛-钢复合板的剪切试验进行了有限元模拟，分析了界面断裂过程的应力分布特征，研究了内聚力强度、断裂能对于界面层损伤的影响，并验证了剪切强度预测公式的正确性。研究结果表明：内聚力单元可以模拟复合板界面层的断裂过程，且与剪切试验结果良好吻合；剪断位移与内聚力强度呈正相关；随着断裂能的增加，剪断位移、特征位移和最大剪切力都增加；剪切强度预测公式可对不同热处理工艺下剪切强度进行预测。
2018, 47(4):1143-1148.
摘要:
利用Gleeble-1500D热模拟机对Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金进行等温热压缩实验。分析了合金变形温度为550 ℃～900 ℃,应变速率为0.001 s-1～10 s-1条件下的真应力-真应变特征、热压缩过程中的组织演变和热变形机制。结果表明: 在550～750 ℃时具有典型的动态回复特征,在850～900 ℃时具有动态再结晶热变形特征。变形温度和应变速率对Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金有显著影响。在真应力-真应变曲线的基础上,建立等温压缩变形过程中的流变应力与应变速率和变形温度之间的本构方程,得到合金的热变形激活能Q为379.16 kJ/mol,与纯铜相比,高Zr含量Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金热变形激活能提高了81%。添加稀土元素Y,可以细化Cu-Zr合金晶粒,促进动态结晶。
利用Gleeble-1500D热模拟机对Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金进行等温热压缩实验。分析了合金变形温度为550 ℃～900 ℃,应变速率为0.001 s-1～10 s-1条件下的真应力-真应变特征、热压缩过程中的组织演变和热变形机制。结果表明: 在550～750 ℃时具有典型的动态回复特征,在850～900 ℃时具有动态再结晶热变形特征。变形温度和应变速率对Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金有显著影响。在真应力-真应变曲线的基础上,建立等温压缩变形过程中的流变应力与应变速率和变形温度之间的本构方程,得到合金的热变形激活能Q为379.16 kJ/mol,与纯铜相比,高Zr含量Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金热变形激活能提高了81%。添加稀土元素Y,可以细化Cu-Zr合金晶粒,促进动态结晶。
2018, 47(4):1149-1153.
摘要:
非椭球颗粒Eshelby张量不为常数，没有解析解，理论计算中通常将非椭球颗粒简化为椭球形进行分析。实际材料中颗粒并非都为规则的椭球形，因此这种简化的合理性是有待讨论的。本文通过数值方法计算了几种特殊的非椭球颗粒的Eshelby张量和平均Eshelby张量，与有限元结果对比验证了数值结果的准确性。在此基础上，根据相互作用直推估计法分析了非椭球颗粒形状对有效性能的影响，并分析了用椭球颗粒代替异形颗粒的可行性。结果显示，数值方法计算的Eshelby精度较高，将对称性较高的非椭球颗粒等效为椭球颗粒是可行的，片状TiB2颗粒对材料刚度影响更大，将其简化为近似的片状椭球进行计算也将带来更大的误差。
非椭球颗粒Eshelby张量不为常数，没有解析解，理论计算中通常将非椭球颗粒简化为椭球形进行分析。实际材料中颗粒并非都为规则的椭球形，因此这种简化的合理性是有待讨论的。本文通过数值方法计算了几种特殊的非椭球颗粒的Eshelby张量和平均Eshelby张量，与有限元结果对比验证了数值结果的准确性。在此基础上，根据相互作用直推估计法分析了非椭球颗粒形状对有效性能的影响，并分析了用椭球颗粒代替异形颗粒的可行性。结果显示，数值方法计算的Eshelby精度较高，将对称性较高的非椭球颗粒等效为椭球颗粒是可行的，片状TiB2颗粒对材料刚度影响更大，将其简化为近似的片状椭球进行计算也将带来更大的误差。
2018, 47(4):1154-1159.
摘要:
γ-TiAl基合金具有优良的高温性能，且低密度、高比强度，在航空航天等领域备受青睐，室温延性差则制约着此类材料的广泛应用。以密度泛函平面波赝势方法为基础，计算研究了16个La和（或）Zr替代掺杂γ-TiAl体系（S1，S2，S3，S4，S51~S55，S61~S65，S7和S8）的结构与性质。对平均形成能的计算分析表明，它们均有较好的能量稳定性；根据弹性常量和Born-Huang判据预测，除S61外，15个掺杂体系均具有力学稳定性，预报它们是可以实际制备并稳定存在的。通过对比各体系的弹性模量比，发现La和Zr双掺杂体系的延性（特别是S51，S52，S63和S64）明显改善，且双掺杂体系的延性与杂质原子的相对位置关系不大。布居数、电荷密度分布计算和分析揭示，La和Zr双掺杂γ-TiAl体系各向同性程度提高、延性改善的原因在于体系中Ti4s→3d，Al3s→3p电荷转移明显减少、自由电子数量增多，导致p-d轨道杂化作用减弱，Al（La，Zr）-Ti共价键数量减少和Ti-Ti共价键结合强度显著增强，化学键Al-Al，Ti-Ti和Al-Ti的强度明显趋同、金属性增强。
γ-TiAl基合金具有优良的高温性能，且低密度、高比强度，在航空航天等领域备受青睐，室温延性差则制约着此类材料的广泛应用。以密度泛函平面波赝势方法为基础，计算研究了16个La和（或）Zr替代掺杂γ-TiAl体系（S1，S2，S3，S4，S51~S55，S61~S65，S7和S8）的结构与性质。对平均形成能的计算分析表明，它们均有较好的能量稳定性；根据弹性常量和Born-Huang判据预测，除S61外，15个掺杂体系均具有力学稳定性，预报它们是可以实际制备并稳定存在的。通过对比各体系的弹性模量比，发现La和Zr双掺杂体系的延性（特别是S51，S52，S63和S64）明显改善，且双掺杂体系的延性与杂质原子的相对位置关系不大。布居数、电荷密度分布计算和分析揭示，La和Zr双掺杂γ-TiAl体系各向同性程度提高、延性改善的原因在于体系中Ti4s→3d，Al3s→3p电荷转移明显减少、自由电子数量增多，导致p-d轨道杂化作用减弱，Al（La，Zr）-Ti共价键数量减少和Ti-Ti共价键结合强度显著增强，化学键Al-Al，Ti-Ti和Al-Ti的强度明显趋同、金属性增强。
2018, 47(4):1160-1165.
摘要:
研究了淬态非晶FeNiCrSiB/Cu/FeNiCrSiB三明治薄带样品的巨磁阻抗(GMI)特性。该三明治薄带具有十分显著的GMI效应,在0.5 MHz频率下其纵横向GMI比分别达到282%和408%。磁畴结构观察表明,三明治薄带由于横向磁路闭合,使得沿带轴方向主导的180°条形畴向横向产生约10°偏转。分析了三明治薄带磁电阻、磁感抗、有效磁导率的变化与GMI效应的关系,发现在40 Hz~10 MHz测试频率范围内,样品的磁感抗部分对GMI效应起主导作用,这缘于三明治结构降低了损耗,显著提高了材料有效磁导率、增强了磁电感效应,受控于三明治薄带有效磁导率变化的磁电感效应是其GMI效应的主要特征。
研究了淬态非晶FeNiCrSiB/Cu/FeNiCrSiB三明治薄带样品的巨磁阻抗(GMI)特性。该三明治薄带具有十分显著的GMI效应,在0.5 MHz频率下其纵横向GMI比分别达到282%和408%。磁畴结构观察表明,三明治薄带由于横向磁路闭合,使得沿带轴方向主导的180°条形畴向横向产生约10°偏转。分析了三明治薄带磁电阻、磁感抗、有效磁导率的变化与GMI效应的关系,发现在40 Hz~10 MHz测试频率范围内,样品的磁感抗部分对GMI效应起主导作用,这缘于三明治结构降低了损耗,显著提高了材料有效磁导率、增强了磁电感效应,受控于三明治薄带有效磁导率变化的磁电感效应是其GMI效应的主要特征。
2018, 47(4):1166-1173.
摘要:
本文采用冷喷涂法在铝(Al)基体上沉积单颗粒铜(Cu)，利用聚焦离子束/电子束(FIB/SEM)系统精确定位并原位制备了完整单个颗粒Cu沉积在Al基体上的透射样品，分析其显微结构及形成原因。实验结果表明，撞击过程中温度与应力分布不均匀，导致沉积Cu颗粒不均匀形变。Cu/Al界面受影响较大：颗粒动能转化为形变能和热能，打破了界面处氧化膜，使界面附近温度迅速升高，发生动态再结晶，生成金属间化合物Cu9Al4；Cu颗粒内距界面越远的区域，受温度和应力的影响越小，其变形主要是通过晶体内位错增殖和移动；沉积颗粒顶部，远离Cu/Al界面，几乎不受应力和温度影响，保持原始显微结构。
本文采用冷喷涂法在铝(Al)基体上沉积单颗粒铜(Cu)，利用聚焦离子束/电子束(FIB/SEM)系统精确定位并原位制备了完整单个颗粒Cu沉积在Al基体上的透射样品，分析其显微结构及形成原因。实验结果表明，撞击过程中温度与应力分布不均匀，导致沉积Cu颗粒不均匀形变。Cu/Al界面受影响较大：颗粒动能转化为形变能和热能，打破了界面处氧化膜，使界面附近温度迅速升高，发生动态再结晶，生成金属间化合物Cu9Al4；Cu颗粒内距界面越远的区域，受温度和应力的影响越小，其变形主要是通过晶体内位错增殖和移动；沉积颗粒顶部，远离Cu/Al界面，几乎不受应力和温度影响，保持原始显微结构。
2018, 47(4):1174-1179.
摘要:
为研究间接挤压铸造工艺,选取ZL101铝合金,以孔隙率为指标,首先通过单因素实验,分析了挤压压力、模具温度与比例系数3个因素对孔隙率的影响。然后采用Box-Behnken实验设计方法来设计响应面实验,建立了间接挤压铸造工艺参数与孔隙率相互关系的预测模型,方差分析结果表明,实验结果和数学模型拟合良好。通过对各个因素交互作用的响应面进行分析,得知模具温度和挤压压力对孔隙率的影响存在显著的交互作用,模具温度和比例系数、比例系数和挤压压力对孔隙率的影响不存在显著的交互作用。通过对环形件浇注系统的直浇道边缘部位进行金相检测分析,得知由于压力的施加,会使已经凝固的金属壳层发生不均匀的塑性流动。
为研究间接挤压铸造工艺,选取ZL101铝合金,以孔隙率为指标,首先通过单因素实验,分析了挤压压力、模具温度与比例系数3个因素对孔隙率的影响。然后采用Box-Behnken实验设计方法来设计响应面实验,建立了间接挤压铸造工艺参数与孔隙率相互关系的预测模型,方差分析结果表明,实验结果和数学模型拟合良好。通过对各个因素交互作用的响应面进行分析,得知模具温度和挤压压力对孔隙率的影响存在显著的交互作用,模具温度和比例系数、比例系数和挤压压力对孔隙率的影响不存在显著的交互作用。通过对环形件浇注系统的直浇道边缘部位进行金相检测分析,得知由于压力的施加,会使已经凝固的金属壳层发生不均匀的塑性流动。
2018, 47(4):1180-1184.
摘要:
采用销加载拉伸(PLT)方法和直流电压降法(DCPD)测试技术,测量了690合金管在室温和高温325 ℃空气中的疲劳裂纹扩展速率。结果采用Priddle模型拟合分析,预测得到了690合金管在室温和325℃下的门槛应力强度因子幅值△Kth和断裂韧性Kc,高温下材料的疲劳裂纹扩展速率明显加快,表现为△Kth和Kc显著下降。试验结束后在扫描电镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,疲劳断口上观察到大量的TiN夹杂物,分析表明TiN夹杂物对690合金管的疲劳裂纹萌生和扩展有促进作用。
采用销加载拉伸(PLT)方法和直流电压降法(DCPD)测试技术,测量了690合金管在室温和高温325 ℃空气中的疲劳裂纹扩展速率。结果采用Priddle模型拟合分析,预测得到了690合金管在室温和325℃下的门槛应力强度因子幅值△Kth和断裂韧性Kc,高温下材料的疲劳裂纹扩展速率明显加快,表现为△Kth和Kc显著下降。试验结束后在扫描电镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,疲劳断口上观察到大量的TiN夹杂物,分析表明TiN夹杂物对690合金管的疲劳裂纹萌生和扩展有促进作用。
2018, 47(4):1185-1191.
摘要:
采用熔炼法制备了Mg的质量分数15%、Ce的质量分数为0%,1%,3%和5%的Al-Mg和Al-Mg-Ce合金燃料。用XRD、DTA-TG和SEM/EDX分别表征了合金燃料的物相组成、氧化放热行为和形貌/元素分布,分析添加不同质量分数稀土Ce的合金氧化反应差异性的原因及Al-Mg-Ce合金的氧化行为。结果表明,随着Ce含量的升高,Al-Mg-Ce合金的氧化放热性能逐渐降低。稀土Ce的添加使Al-Mg-Ce合金第一个放热峰开始温度比Al-Mg合金粉低160℃左右。其中,Al-15Mg-1Ce合金粉的氧化放热焓为6413uV?s/mg,1300℃时的增重为90%,表现出更好的热性能。
采用熔炼法制备了Mg的质量分数15%、Ce的质量分数为0%,1%,3%和5%的Al-Mg和Al-Mg-Ce合金燃料。用XRD、DTA-TG和SEM/EDX分别表征了合金燃料的物相组成、氧化放热行为和形貌/元素分布,分析添加不同质量分数稀土Ce的合金氧化反应差异性的原因及Al-Mg-Ce合金的氧化行为。结果表明,随着Ce含量的升高,Al-Mg-Ce合金的氧化放热性能逐渐降低。稀土Ce的添加使Al-Mg-Ce合金第一个放热峰开始温度比Al-Mg合金粉低160℃左右。其中,Al-15Mg-1Ce合金粉的氧化放热焓为6413uV?s/mg,1300℃时的增重为90%,表现出更好的热性能。
2018, 47(4):1192-1198.
摘要:
通过力学性能测试和微观组织观察研究了不同热处理工艺对一种2050铝锂合金薄板力学性能和组织结构的影响。结果表明：2050铝锂合金主要强化析出相为T1相和θ′相，并可能存在少量S′相析出。在T6态(175℃)、T8态(6%预变形+155℃)时效时合金具有不同的时效析出特征；相比于T6态时效，由于时效前预变形的引入，T8态时效时合金中T1相和θ′相析出密度提高，尺寸减小，其对应的强度及延伸率均提高，T8峰时效（32h）时σb、σ0.2和δ分别为531 MPa、488 MPa和11.4%。T8态时效(155℃/32h)时，2-10%预变形均可促进T1相形核，2-6%预变形可促进θ′相形核，过大的预变形（如10%）并不能促进θ′相进一步形核，但可显著抑制θ′相长大。
通过力学性能测试和微观组织观察研究了不同热处理工艺对一种2050铝锂合金薄板力学性能和组织结构的影响。结果表明：2050铝锂合金主要强化析出相为T1相和θ′相，并可能存在少量S′相析出。在T6态(175℃)、T8态(6%预变形+155℃)时效时合金具有不同的时效析出特征；相比于T6态时效，由于时效前预变形的引入，T8态时效时合金中T1相和θ′相析出密度提高，尺寸减小，其对应的强度及延伸率均提高，T8峰时效（32h）时σb、σ0.2和δ分别为531 MPa、488 MPa和11.4%。T8态时效(155℃/32h)时，2-10%预变形均可促进T1相形核，2-6%预变形可促进θ′相形核，过大的预变形（如10%）并不能促进θ′相进一步形核，但可显著抑制θ′相长大。
2018, 47(4):1199-1204.
摘要:
采用电火花沉积分别在空气和氩气中制备了Mo2FeB2基金属陶瓷涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了沉积气氛对涂层形貌、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,两种气氛中沉积所得涂层的组织结构都致密,涂层与基体间无分层,呈冶金结合的特征,但空气中沉积涂层的表面较粗糙,并发生了严重的氧化,涂层均匀性也较差。它们都主要由非晶相和马氏体相组成,但氩气中沉积的涂层含有更多的非晶相。氩气和空气中沉积涂层的最大显微硬度分别为1286.2HV0.05和1012.9HV0.05,相差273.3,前者涂层两小时的磨损量几乎仅为后者涂层的1/7,表现出更好的耐磨性。两种涂层的主要磨损机制都是疲劳磨损和磨粒磨损,但氩气中沉积涂层以疲劳磨损为主,空气中沉积涂层则以磨粒磨损为主。
采用电火花沉积分别在空气和氩气中制备了Mo2FeB2基金属陶瓷涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了沉积气氛对涂层形貌、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,两种气氛中沉积所得涂层的组织结构都致密,涂层与基体间无分层,呈冶金结合的特征,但空气中沉积涂层的表面较粗糙,并发生了严重的氧化,涂层均匀性也较差。它们都主要由非晶相和马氏体相组成,但氩气中沉积的涂层含有更多的非晶相。氩气和空气中沉积涂层的最大显微硬度分别为1286.2HV0.05和1012.9HV0.05,相差273.3,前者涂层两小时的磨损量几乎仅为后者涂层的1/7,表现出更好的耐磨性。两种涂层的主要磨损机制都是疲劳磨损和磨粒磨损,但氩气中沉积涂层以疲劳磨损为主,空气中沉积涂层则以磨粒磨损为主。
2018, 47(4):1205-1209.
摘要:
采用体式显微镜、优化设计软件研究了ENiCrMo3T0-4药芯焊丝中药芯组成及工艺参数对气孔敏感性的影响。结果表明：随着焊丝药芯组成中SiO2/ZrO2、TiO2/ZrO2、(TiO2+ZrO2+SiO2)/MnO的减小,气孔敏感性降低；气体流量的改变对焊缝表面针眼气孔数的影响不大,但气体流量过小会产生大条虫状气孔；当焊接电压25 V、焊接电流160 A、干伸长量20 mm时,焊缝金属针眼气孔数最少,焊丝气孔敏感性最低；增大固液相温度区间及氢在高温熔渣中的溶解度,可以降低焊缝金属气孔敏感性。
采用体式显微镜、优化设计软件研究了ENiCrMo3T0-4药芯焊丝中药芯组成及工艺参数对气孔敏感性的影响。结果表明：随着焊丝药芯组成中SiO2/ZrO2、TiO2/ZrO2、(TiO2+ZrO2+SiO2)/MnO的减小,气孔敏感性降低；气体流量的改变对焊缝表面针眼气孔数的影响不大,但气体流量过小会产生大条虫状气孔；当焊接电压25 V、焊接电流160 A、干伸长量20 mm时,焊缝金属针眼气孔数最少,焊丝气孔敏感性最低；增大固液相温度区间及氢在高温熔渣中的溶解度,可以降低焊缝金属气孔敏感性。
2018, 47(4):1210-1215.
摘要:
本文以20Zr-70Ti-6Al-4V合金为研究对象，采用XRD、DSC、OM和SEM等测试分析技术，研究了合金在退火处理和固溶时效处理过程中的相变及组织演化规律，并通过万能试验机和分离式霍普金森压杆，进一步研究了组织与应变速率对合金静动态力学性能的影响。结果表明：20Zr-70Ti-6Al-4V合金经退火和固溶时效后均由α相和β相组成，呈现为网篮组织，在静态加载条件下，抗拉强度最高可达1301MPa，塑性应变最高可达14.9%，抗压强度最高可达1386MPa，断裂方式为韧性断裂；在动态加载条件下，应变速率处于1000s-1到3000s-1这一高应变率范围时，20Zr合金的动态抗压强度有明显提高，表现为应变率强化效应，在同一应变速率下，20Zr合金固溶时效态的抗压强度和失效应变均高于退火态；动态压缩试样表面观测到与压缩轴呈45°角的宏观裂纹，动态破坏模式为绝热剪切失稳破坏。
本文以20Zr-70Ti-6Al-4V合金为研究对象，采用XRD、DSC、OM和SEM等测试分析技术，研究了合金在退火处理和固溶时效处理过程中的相变及组织演化规律，并通过万能试验机和分离式霍普金森压杆，进一步研究了组织与应变速率对合金静动态力学性能的影响。结果表明：20Zr-70Ti-6Al-4V合金经退火和固溶时效后均由α相和β相组成，呈现为网篮组织，在静态加载条件下，抗拉强度最高可达1301MPa，塑性应变最高可达14.9%，抗压强度最高可达1386MPa，断裂方式为韧性断裂；在动态加载条件下，应变速率处于1000s-1到3000s-1这一高应变率范围时，20Zr合金的动态抗压强度有明显提高，表现为应变率强化效应，在同一应变速率下，20Zr合金固溶时效态的抗压强度和失效应变均高于退火态；动态压缩试样表面观测到与压缩轴呈45°角的宏观裂纹，动态破坏模式为绝热剪切失稳破坏。
2018, 47(4):1216-1220.
摘要:
本文利用真空原位还原碳化反应合成超细WC-12Co复合粉末,通过复合添加不同含量的晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2,经团聚造粒获得喷涂用复合粉末喂料,采用超音速火焰(HVOF)喷涂系统制备WC-12Co涂层。利用X射线衍射和扫描电镜对涂层的物相、显微组织结构等进行了系统表征,并对涂层耐磨性进行了测试分析。结果表明：WC-12Co涂层中WC晶粒的平均尺寸,随着晶粒长大抑制剂的增加而减小,且抑制剂的添加使涂层的摩擦系数降低；当复合添加抑制剂总含量为1.0wt.%时,WC-12Co涂层的显微硬度达到最大值1367 HV0.3,且涂层的磨损速率最低；随抑制剂含量进一步增加,WC-12Co涂层的显微硬度逐渐降低,磨损速率增加,涂层的耐磨性降低。
本文利用真空原位还原碳化反应合成超细WC-12Co复合粉末,通过复合添加不同含量的晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2,经团聚造粒获得喷涂用复合粉末喂料,采用超音速火焰(HVOF)喷涂系统制备WC-12Co涂层。利用X射线衍射和扫描电镜对涂层的物相、显微组织结构等进行了系统表征,并对涂层耐磨性进行了测试分析。结果表明：WC-12Co涂层中WC晶粒的平均尺寸,随着晶粒长大抑制剂的增加而减小,且抑制剂的添加使涂层的摩擦系数降低；当复合添加抑制剂总含量为1.0wt.%时,WC-12Co涂层的显微硬度达到最大值1367 HV0.3,且涂层的磨损速率最低；随抑制剂含量进一步增加,WC-12Co涂层的显微硬度逐渐降低,磨损速率增加,涂层的耐磨性降低。
2018, 47(4):1221-1225.
摘要:
主要讨论了TC4-DT钛合金中初生α相的形态和数量对合金断裂韧性的影响。试验通过相变点以下不同温度的热处理获得不同α相的微观组织,分析α相的形态和数量对合金断裂韧性的影响规律。结果表明：两相区不同温度热处理,随着固溶温度升高,初生α相含量降低,晶粒尺寸变化不大,次生α相含量增加,长宽比增加,断裂韧性增加。相变点以下炉冷处理,显微组织比同条件处理的空冷组织的初生α相晶粒尺寸增大,片层α相厚度增加,合金的断裂韧性明显提高,并通过裂纹扩展端口进行了机理分析。
主要讨论了TC4-DT钛合金中初生α相的形态和数量对合金断裂韧性的影响。试验通过相变点以下不同温度的热处理获得不同α相的微观组织,分析α相的形态和数量对合金断裂韧性的影响规律。结果表明：两相区不同温度热处理,随着固溶温度升高,初生α相含量降低,晶粒尺寸变化不大,次生α相含量增加,长宽比增加,断裂韧性增加。相变点以下炉冷处理,显微组织比同条件处理的空冷组织的初生α相晶粒尺寸增大,片层α相厚度增加,合金的断裂韧性明显提高,并通过裂纹扩展端口进行了机理分析。
2018, 47(4):1226-1231.
摘要:
采用电子背散射衍射分析(EBSD)、X射线衍射分析(XRD)、硬度测试、电导率测试、拉伸试验、晶间腐蚀和剥落腐蚀试验,研究了预回复处理(250℃×24h + 300℃×6h + 400℃×6h)对超高强铝合金Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr组织与性能的影响。结果表明：合金固溶前的预回复处理可以细化合金晶粒,平均晶粒尺寸从7.30 μm减小到5.57 μm；经预回复处理的合金中存在较多的低角度晶界,其比例为0.623。预回复处理对合金的硬度与电导率影响较小,但经预回复处理的合金强度明显提高。峰值时效(120℃×48h)下经预回复处理的合金屈服强度为633.2 MPa,相对未预回复处理的合金屈服强度提高35 MPa。预回复处理对合金的抗晶间腐蚀与剥落腐蚀性能影响较大,晶间腐蚀等级从4级改善到3级；剥落腐蚀等级从EA级提升到PB级。
采用电子背散射衍射分析(EBSD)、X射线衍射分析(XRD)、硬度测试、电导率测试、拉伸试验、晶间腐蚀和剥落腐蚀试验,研究了预回复处理(250℃×24h + 300℃×6h + 400℃×6h)对超高强铝合金Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr组织与性能的影响。结果表明：合金固溶前的预回复处理可以细化合金晶粒,平均晶粒尺寸从7.30 μm减小到5.57 μm；经预回复处理的合金中存在较多的低角度晶界,其比例为0.623。预回复处理对合金的硬度与电导率影响较小,但经预回复处理的合金强度明显提高。峰值时效(120℃×48h)下经预回复处理的合金屈服强度为633.2 MPa,相对未预回复处理的合金屈服强度提高35 MPa。预回复处理对合金的抗晶间腐蚀与剥落腐蚀性能影响较大,晶间腐蚀等级从4级改善到3级；剥落腐蚀等级从EA级提升到PB级。
2018, 47(4):1232-1237.
摘要:
通过单道次压缩实验研究了压缩速率0.001~0.1S-1和压缩量20~60%条件下Ti-26合金室温压缩变形行为,分析了Ti-26合金室温压缩力学性能,显微组织演变和变形机制。研究结果表明：相同压缩量条件,压缩速率为0.1S-1时,真应力-应变曲线存在明显不连续屈服现象,且屈服强度对压缩速率变化更敏感。随着压缩速率、压缩量增加,大变形区晶粒由等轴状变为细长纤维状,且两者增加越大,晶粒伸长程度越显著。室温小变形量条件,合金微观组织存在明显滑移和少量孪晶,位错滑移和孪生协调进行并促进合金室温变形；大变形量条件,滑移占据更多单个β晶粒并向周围β晶粒扩展,大量滑移将少量孪晶完全吞噬,位错滑移成为合金室温变形的唯一机制。
通过单道次压缩实验研究了压缩速率0.001~0.1S-1和压缩量20~60%条件下Ti-26合金室温压缩变形行为,分析了Ti-26合金室温压缩力学性能,显微组织演变和变形机制。研究结果表明：相同压缩量条件,压缩速率为0.1S-1时,真应力-应变曲线存在明显不连续屈服现象,且屈服强度对压缩速率变化更敏感。随着压缩速率、压缩量增加,大变形区晶粒由等轴状变为细长纤维状,且两者增加越大,晶粒伸长程度越显著。室温小变形量条件,合金微观组织存在明显滑移和少量孪晶,位错滑移和孪生协调进行并促进合金室温变形；大变形量条件,滑移占据更多单个β晶粒并向周围β晶粒扩展,大量滑移将少量孪晶完全吞噬,位错滑移成为合金室温变形的唯一机制。
2018, 47(4):1238-1242.
摘要:
本文采用电子束物理气相沉积技术在Ni基单晶基体表面制备双层结构的热障涂层后,采用脉冲Nd:YAG激光对其进行激光表面改性处理,获得具有复合陶瓷层结构的热障涂层。然后,对改性前后试样进行了1100℃高温氧化处理,并采用SEM和XRD分析了激光改性对涂层微观形貌和组织结构,以及抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响。结果发现：激光改性处理后,试样表面形成致密平整的重熔层组织,该组织与原柱状晶组织共同构成了复合结构的陶瓷层,复合结构的陶瓷层减缓了有害元素向基体的扩散行为,提高了涂层的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
本文采用电子束物理气相沉积技术在Ni基单晶基体表面制备双层结构的热障涂层后,采用脉冲Nd:YAG激光对其进行激光表面改性处理,获得具有复合陶瓷层结构的热障涂层。然后,对改性前后试样进行了1100℃高温氧化处理,并采用SEM和XRD分析了激光改性对涂层微观形貌和组织结构,以及抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响。结果发现：激光改性处理后,试样表面形成致密平整的重熔层组织,该组织与原柱状晶组织共同构成了复合结构的陶瓷层,复合结构的陶瓷层减缓了有害元素向基体的扩散行为,提高了涂层的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
2018, 47(4):1243-1247.
摘要:
采用OM、SEM、XRD和TEM等研究了固溶态Ti-1300合金在350～700℃等温时效过程中相结构和组织转变。结果表明，Ti-1300合金在350℃等温时效时，β相基体上开始弥散析出细小的颗粒状ω相，后期ω相消失，出现了片状的α相。亚稳β相的分解方式为：β→ω+β→α+β。在400℃等温时效1h时，亚稳β相分离出了β′相，继续保温，β′相消失，出现了细片状α相，亚稳β相的分解方式为：β→β′+β→α+β。在500℃~700℃等温时效时，α相在β晶界和晶粒内亚晶界上快速形核，随着保温时间的延长，晶界α相逐渐向晶内生长为α集束，随着时效温度升高，α相的片层越厚；亚稳β相的分解方式为：β→α+β。
采用OM、SEM、XRD和TEM等研究了固溶态Ti-1300合金在350～700℃等温时效过程中相结构和组织转变。结果表明，Ti-1300合金在350℃等温时效时，β相基体上开始弥散析出细小的颗粒状ω相，后期ω相消失，出现了片状的α相。亚稳β相的分解方式为：β→ω+β→α+β。在400℃等温时效1h时，亚稳β相分离出了β′相，继续保温，β′相消失，出现了细片状α相，亚稳β相的分解方式为：β→β′+β→α+β。在500℃~700℃等温时效时，α相在β晶界和晶粒内亚晶界上快速形核，随着保温时间的延长，晶界α相逐渐向晶内生长为α集束，随着时效温度升高，α相的片层越厚；亚稳β相的分解方式为：β→α+β。
2018, 47(4):1248-1253.
摘要:
研究了添加Ru对镍基单晶高温合金铸态、热处理及长期时效组织的影响。结果表明：添加Ru导致合金的共晶含量、一次枝晶间距降低，固溶热处理困难。添加Ru后合金的层错能显著降低，?基体中出现的扩展位错会阻碍后续位错的运动，有助于提高合金力学性能。1100℃长期时效时，添Ru加对筏化过程影响不显著，未改变TCP相的主要析出类型，但显著抑制了TCP相的析出；随时效时间的延长（如超过500 h），添加Ru对TCP相的抑制作用减弱。
研究了添加Ru对镍基单晶高温合金铸态、热处理及长期时效组织的影响。结果表明：添加Ru导致合金的共晶含量、一次枝晶间距降低，固溶热处理困难。添加Ru后合金的层错能显著降低，?基体中出现的扩展位错会阻碍后续位错的运动，有助于提高合金力学性能。1100℃长期时效时，添Ru加对筏化过程影响不显著，未改变TCP相的主要析出类型，但显著抑制了TCP相的析出；随时效时间的延长（如超过500 h），添加Ru对TCP相的抑制作用减弱。
2018, 47(4):1254-1260.
摘要:
在973 K 保温10 h,20 h,30 h,40 h,50 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理。采用X射线衍射仪、辉光光谱分析仪和扫描电镜分析热氧化层的特征。借助显微硬度计,往复摩擦磨损试验机和电化学工作站研究热氧化时间对Ti6Al4V的表面硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果表明：Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续；热氧化时间对氧化层的形成、表面硬度耐磨性和耐蚀性有显著影响；973 K-30 h工艺下获得的氧化层具有较好的综合特征。
在973 K 保温10 h,20 h,30 h,40 h,50 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理。采用X射线衍射仪、辉光光谱分析仪和扫描电镜分析热氧化层的特征。借助显微硬度计,往复摩擦磨损试验机和电化学工作站研究热氧化时间对Ti6Al4V的表面硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果表明：Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续；热氧化时间对氧化层的形成、表面硬度耐磨性和耐蚀性有显著影响；973 K-30 h工艺下获得的氧化层具有较好的综合特征。
2018, 47(4):1261-1265.
摘要:
针对添加镧铈混合稀土的20MnCrNi2Mo低合金贝氏体耐磨铸钢,将其铸态组织分别加热到200~650 ℃并保温1 h进行回火处理,采用扫描电镜和透射电镜观察回火过程中的显微组织,采用物理化学相分析方法对析出相进行定性与定量分析,采用X射线衍射仪对不同温度回火组织中残留奥氏体量进行定量测定,分析回火过程中的组织演变。结果表明,实验钢的铸态组织为粒状贝氏体,回火过程中析出的平衡相碳化物为合金渗碳体,且其中有微量稀土固溶；500 ℃回火时未观察到明显的回复现象,650 ℃回火时有亚晶形成,发生明显的回复；200 ℃回火时M/A岛基本未发生分解,随回火温度的升高,M/A岛逐渐发生分解,到450 ℃回火时,M/A岛大量分解。
针对添加镧铈混合稀土的20MnCrNi2Mo低合金贝氏体耐磨铸钢,将其铸态组织分别加热到200~650 ℃并保温1 h进行回火处理,采用扫描电镜和透射电镜观察回火过程中的显微组织,采用物理化学相分析方法对析出相进行定性与定量分析,采用X射线衍射仪对不同温度回火组织中残留奥氏体量进行定量测定,分析回火过程中的组织演变。结果表明,实验钢的铸态组织为粒状贝氏体,回火过程中析出的平衡相碳化物为合金渗碳体,且其中有微量稀土固溶；500 ℃回火时未观察到明显的回复现象,650 ℃回火时有亚晶形成,发生明显的回复；200 ℃回火时M/A岛基本未发生分解,随回火温度的升高,M/A岛逐渐发生分解,到450 ℃回火时,M/A岛大量分解。
2018, 47(4):1266-1274.
摘要:
采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数51％、致密度≥97%的三维五向和三维正交编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-Cf/Al),分析了复合材料中微观缺陷的形貌、形成机理及其控制手段,并对比了两种编织结构对复合材料微观缺陷形成的影响。结果表明：复合材料中的缺陷均是微米级的微观缺陷,主要有束内孔隙、局部纤维偏聚及在基体集聚处的冷隔、显微缩孔及微夹杂等,其中三维正交Cf/Al复合材料束内孔隙及束间孔隙较三维五向Cf/Al复合材料少,而局部纤维偏聚现象较三维五向Cf/Al复合材料严重,造成其缺陷差异的主要原因在于其纤维预制体编织结构的差异,通过提高预热温度可以显著减少复合材料内部的孔隙缺陷及局部纤维偏聚现象。
采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数51％、致密度≥97%的三维五向和三维正交编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-Cf/Al),分析了复合材料中微观缺陷的形貌、形成机理及其控制手段,并对比了两种编织结构对复合材料微观缺陷形成的影响。结果表明：复合材料中的缺陷均是微米级的微观缺陷,主要有束内孔隙、局部纤维偏聚及在基体集聚处的冷隔、显微缩孔及微夹杂等,其中三维正交Cf/Al复合材料束内孔隙及束间孔隙较三维五向Cf/Al复合材料少,而局部纤维偏聚现象较三维五向Cf/Al复合材料严重,造成其缺陷差异的主要原因在于其纤维预制体编织结构的差异,通过提高预热温度可以显著减少复合材料内部的孔隙缺陷及局部纤维偏聚现象。
2018, 47(4):1275-1280.
摘要:
通过可调脉冲电源控制模式将气体放电伏安特性引至辉弧放电过渡区间，并在不同的靶电流密度条件下制备了TiN薄膜，采用XRD,SEM,TEM,纳米压痕仪与涂层附着力自动划痕仪等表征方法对比研究了辉弧放电过渡区间靶电流密度对薄膜组织结构、硬度及膜基结合强度的影响。结果表明，随着靶电流密度增大，镀料粒子由溅射环境的碰撞脱靶逐渐转变为碰撞增强热发射脱靶，具有更高密度、高离化、高能量的沉积粒子；薄膜由非晶态逐渐转变为晶态，具有更为良好的表面质量和致密程度，且薄膜的硬度、膜基结合力分别由13.4GPa、2.4N提高至24.7 GPa、21.6N。
通过可调脉冲电源控制模式将气体放电伏安特性引至辉弧放电过渡区间，并在不同的靶电流密度条件下制备了TiN薄膜，采用XRD,SEM,TEM,纳米压痕仪与涂层附着力自动划痕仪等表征方法对比研究了辉弧放电过渡区间靶电流密度对薄膜组织结构、硬度及膜基结合强度的影响。结果表明，随着靶电流密度增大，镀料粒子由溅射环境的碰撞脱靶逐渐转变为碰撞增强热发射脱靶，具有更高密度、高离化、高能量的沉积粒子；薄膜由非晶态逐渐转变为晶态，具有更为良好的表面质量和致密程度，且薄膜的硬度、膜基结合力分别由13.4GPa、2.4N提高至24.7 GPa、21.6N。
2018, 47(4):1281-1286.
摘要:
对SiO2凝胶的无机化与烧结特性进行了研究,结果表明：SiO2凝胶为无定形结构；经500 ℃煅烧后,凝胶中Si-OH完全无机化,随着煅烧温度的继续升高,产物的结晶性逐渐增强,经1400 ℃煅烧后析出方石英；随着烧结温度的升高,SiO2陶瓷的相对密度、弹性模量和硬度均逐渐升高。采用溶胶-凝胶工艺制备了三维铝硅酸盐纤维增强SiO2复合材料,并对热处理温度进行了优化。研究表明：热处理温度为900 ℃时制备的复合材料的力学性能最优,其密度为1.97 g/cm3,弯曲强度、剪切强度和断裂韧性分别为119.7 ± 7.5(MPa)、10.8 ± 0.7(MPa)和4.0 ± 0.4(MPa.m1/2)。随着热处理温度的升高,复合材料断面拔出纤维长度逐渐缩短直至消失。
对SiO2凝胶的无机化与烧结特性进行了研究,结果表明：SiO2凝胶为无定形结构；经500 ℃煅烧后,凝胶中Si-OH完全无机化,随着煅烧温度的继续升高,产物的结晶性逐渐增强,经1400 ℃煅烧后析出方石英；随着烧结温度的升高,SiO2陶瓷的相对密度、弹性模量和硬度均逐渐升高。采用溶胶-凝胶工艺制备了三维铝硅酸盐纤维增强SiO2复合材料,并对热处理温度进行了优化。研究表明：热处理温度为900 ℃时制备的复合材料的力学性能最优,其密度为1.97 g/cm3,弯曲强度、剪切强度和断裂韧性分别为119.7 ± 7.5(MPa)、10.8 ± 0.7(MPa)和4.0 ± 0.4(MPa.m1/2)。随着热处理温度的升高,复合材料断面拔出纤维长度逐渐缩短直至消失。
2018, 47(4):1287-1292.
摘要:
以醋酸锰、乙二醇、草酸二水化合物为原料,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、葡萄糖、间苯二酚为碳源,通过沉淀法辅以热处理,制备出了碳包覆的微纳米结构MnO/C复合材料。利用XRD、SEM、TEM和电化学测试研究MnO/C复合材料的结构、形貌和电化学性能。研究结果表明,以PVP为碳源通过沉淀法制备的MnO/C材料具有微纳米复合结构且材料表面均匀包覆3 nm左右的碳层。该材料作为锂电负极材料在100 mA/g的恒流充放电下循环50次可逆容量达到586.1 mAh/g,并且经过大电流充放电后仍然表现了优异的结构稳定性。
以醋酸锰、乙二醇、草酸二水化合物为原料,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、葡萄糖、间苯二酚为碳源,通过沉淀法辅以热处理,制备出了碳包覆的微纳米结构MnO/C复合材料。利用XRD、SEM、TEM和电化学测试研究MnO/C复合材料的结构、形貌和电化学性能。研究结果表明,以PVP为碳源通过沉淀法制备的MnO/C材料具有微纳米复合结构且材料表面均匀包覆3 nm左右的碳层。该材料作为锂电负极材料在100 mA/g的恒流充放电下循环50次可逆容量达到586.1 mAh/g,并且经过大电流充放电后仍然表现了优异的结构稳定性。
2018, 47(4):1293-1301.
摘要:
本文研究了不同挤压比和挤压温度(挤压桶温度)对AZ63M镁合金晶粒尺寸和力学性能的影响,探索了挤压态AZ63M镁合金最优时效处理工艺和热加工工艺。实验挤压比选用9、32、41、81,挤压温度为200℃、250℃、300℃。热处理采用固溶+时效(T6)和挤压后时效(T5)处理两种方式,绘制了在变形温度为300℃～450℃和应变速率为5×10-2s-1～5×10-4s-1的热加工图。结果表明：随着挤压温度降低从300℃到200℃,合金晶粒尺寸从31μm减小到14μm,抗拉强度从225MPa增加到368MPa,伸长率从13.6%增加至17.3%。随着挤压比增加从9到81,合金晶粒尺寸从24μm减小至8μm,抗拉强度从277MPa增加至376MPa,伸长率从15.3%增加至16.1%。挤压温度为250℃,挤压比为32,挤压速率为60mm/min挤压、T6(420℃×8h+210℃×18h)处理后,AZ63M镁合金抗拉强度与挤压态AZ63M(330MPa)对比提高了18%,达到390MPa,伸长率降低了6%,和铸态AZ63M相比,挤压态AZ63M的热加工区域增大,最优热加工区域为温度400℃～450℃,应变速率5×10-4s-1～1.5×10-3s-1。
本文研究了不同挤压比和挤压温度(挤压桶温度)对AZ63M镁合金晶粒尺寸和力学性能的影响,探索了挤压态AZ63M镁合金最优时效处理工艺和热加工工艺。实验挤压比选用9、32、41、81,挤压温度为200℃、250℃、300℃。热处理采用固溶+时效(T6)和挤压后时效(T5)处理两种方式,绘制了在变形温度为300℃～450℃和应变速率为5×10-2s-1～5×10-4s-1的热加工图。结果表明：随着挤压温度降低从300℃到200℃,合金晶粒尺寸从31μm减小到14μm,抗拉强度从225MPa增加到368MPa,伸长率从13.6%增加至17.3%。随着挤压比增加从9到81,合金晶粒尺寸从24μm减小至8μm,抗拉强度从277MPa增加至376MPa,伸长率从15.3%增加至16.1%。挤压温度为250℃,挤压比为32,挤压速率为60mm/min挤压、T6(420℃×8h+210℃×18h)处理后,AZ63M镁合金抗拉强度与挤压态AZ63M(330MPa)对比提高了18%,达到390MPa,伸长率降低了6%,和铸态AZ63M相比,挤压态AZ63M的热加工区域增大,最优热加工区域为温度400℃～450℃,应变速率5×10-4s-1～1.5×10-3s-1。
2018, 47(4):1302-1307.
摘要:
以CTAB为表面活性剂，采用水热法成功制备了不同掺杂比例的Zn1-xCoxAl2O4（x=0，0.20，0.40和0.60）纳米晶。并对样品的晶体结构、形貌、化学成分、价态和光学性能进行表征。实验结果表明，本方法所制备的不同掺杂浓度的Zn1-xCoxAl2O4纳米颗粒为尖晶石结构，晶化程度良好。根据XRD数据计算了晶胞参数a、晶格间距dhkl、晶粒尺寸D，随着掺杂Co离子浓度的增加，均表现为减小趋势。XPS能谱显示大多数Co离子占据四面体中心位置，但有少量的Co离子占据八面体中心位置。随着掺杂Co离子浓度的增加，紫外吸收光的强度逐渐增加。
以CTAB为表面活性剂，采用水热法成功制备了不同掺杂比例的Zn1-xCoxAl2O4（x=0，0.20，0.40和0.60）纳米晶。并对样品的晶体结构、形貌、化学成分、价态和光学性能进行表征。实验结果表明，本方法所制备的不同掺杂浓度的Zn1-xCoxAl2O4纳米颗粒为尖晶石结构，晶化程度良好。根据XRD数据计算了晶胞参数a、晶格间距dhkl、晶粒尺寸D，随着掺杂Co离子浓度的增加，均表现为减小趋势。XPS能谱显示大多数Co离子占据四面体中心位置，但有少量的Co离子占据八面体中心位置。随着掺杂Co离子浓度的增加，紫外吸收光的强度逐渐增加。
2018, 47(4):1308-1313.
摘要:
采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和单轴拉伸(TS)等测试方法对比研究无预析出处理的单级均匀化工艺和有预析出处理的双级均匀化工艺对Al-4.3Zn-1.7Mg -0.17Zr(wt.%)合金铸锭及板材的显微组织和力学性能的影响。结果表明：半连续铸造急冷条件下合金中复合添加的Mn、Cr和Zr等微量元素以固溶体的形式保留在基体中,过饱和固溶体在均匀化处理过程中分解析出Al6Mn、Al7Cr及Al3Zr等预析出相粒子。在无预析出处理的470°C×24h单级均匀化工艺条件下,基体中析出的预析出相尺寸较大,分布不均匀。通过低温预析出处理能显著改善预析出相在均匀化过程中的析出行为,获得尺寸细小分布弥散的预析出相,同时晶界非平衡共晶组织也能得以消除,合金铸锭能获得最佳的均匀化效果。预析出相粒子具有很好的热稳定性,在热轧及后续固溶时效等热处理过程中不发生明显粗化,因而能显著抑制晶界迁移和位错运动,提高合金板材性能。
采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和单轴拉伸(TS)等测试方法对比研究无预析出处理的单级均匀化工艺和有预析出处理的双级均匀化工艺对Al-4.3Zn-1.7Mg -0.17Zr(wt.%)合金铸锭及板材的显微组织和力学性能的影响。结果表明：半连续铸造急冷条件下合金中复合添加的Mn、Cr和Zr等微量元素以固溶体的形式保留在基体中,过饱和固溶体在均匀化处理过程中分解析出Al6Mn、Al7Cr及Al3Zr等预析出相粒子。在无预析出处理的470°C×24h单级均匀化工艺条件下,基体中析出的预析出相尺寸较大,分布不均匀。通过低温预析出处理能显著改善预析出相在均匀化过程中的析出行为,获得尺寸细小分布弥散的预析出相,同时晶界非平衡共晶组织也能得以消除,合金铸锭能获得最佳的均匀化效果。预析出相粒子具有很好的热稳定性,在热轧及后续固溶时效等热处理过程中不发生明显粗化,因而能显著抑制晶界迁移和位错运动,提高合金板材性能。
2018, 47(4):1314-1318.
摘要:
采用微弧氧化方法，通过在电解液中掺杂不同粒径碳化硅颗粒，在Ti-6Al-4V合金表面制备含不同粒径碳化硅的陶瓷膜层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和摩擦磨损实验机研究了膜层的微观形貌、结构物相以及摩擦磨损性能。实验结果表明，碳化硅对钛合金微弧氧化膜层表面形貌以及摩擦磨损性能影响显著，较小粒径碳化硅颗粒引入微弧氧化膜层可以显著降低微弧氧化膜层孔隙率，增强膜层表面致密度，较大提高膜层减摩耐磨性能。其中1~2μm粒径的碳化硅对膜层耐磨性的提高效果最为显著。较大粒径碳化硅难以通过尺度较小的微弧氧化孔进入微弧氧化层，减摩耐磨性能提高较小。
采用微弧氧化方法，通过在电解液中掺杂不同粒径碳化硅颗粒，在Ti-6Al-4V合金表面制备含不同粒径碳化硅的陶瓷膜层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和摩擦磨损实验机研究了膜层的微观形貌、结构物相以及摩擦磨损性能。实验结果表明，碳化硅对钛合金微弧氧化膜层表面形貌以及摩擦磨损性能影响显著，较小粒径碳化硅颗粒引入微弧氧化膜层可以显著降低微弧氧化膜层孔隙率，增强膜层表面致密度，较大提高膜层减摩耐磨性能。其中1~2μm粒径的碳化硅对膜层耐磨性的提高效果最为显著。较大粒径碳化硅难以通过尺度较小的微弧氧化孔进入微弧氧化层，减摩耐磨性能提高较小。
2018, 47(4):1319-1324.
摘要:
本文采用真空吸铸及离心真空吸铸工艺生产了铝合金叶轮铸件，并研究了不同工艺对铸件凝固组织与力学性能的影响。结果表明，与真空吸铸相比，离心真空吸铸有利于提高金属液的充型流动和凝固补缩能力，获得完整的铸件；真空吸铸时施加离心旋转，可在铸件凝固期间促进枝晶的断裂和游离，抑制枝晶的生长，减小二次枝晶间距并使枝晶尺寸具有较好的均匀性，所获得铸件具有良好的力学性能。
本文采用真空吸铸及离心真空吸铸工艺生产了铝合金叶轮铸件，并研究了不同工艺对铸件凝固组织与力学性能的影响。结果表明，与真空吸铸相比，离心真空吸铸有利于提高金属液的充型流动和凝固补缩能力，获得完整的铸件；真空吸铸时施加离心旋转，可在铸件凝固期间促进枝晶的断裂和游离，抑制枝晶的生长，减小二次枝晶间距并使枝晶尺寸具有较好的均匀性，所获得铸件具有良好的力学性能。
