2019年第48卷第1期文章目次
2019, 48(1):16-23.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170726
摘要:
TiNi形状记忆合金由于其优良的合金性能,而成为商业化应用最为广泛的形状记忆合金。本文利用25公斤级自制 BaZrO3坩埚制备了49.3Ti-Ni (at.%)合金,并将铸态合金加工成为直径为1mm的丝材。并利用XRD、氮氧化物分析仪等分析测试手段对的合金的化学成分及物相组成进行研究分析,利用扫描电镜、光学显微镜对合金的显微组织进行观察,利用两台自制设备对合金丝材的形状记忆回复率及疲劳性能进行分析测试,实验结果表明,利用BaZrO3坩埚对制备的钛镍合金的氧、氮含量能够分别达到560ppm和17ppm,杂质元素含量满足ASTM对于医用植入物以及医疗器械的标准要求；相比于真空电弧熔炼,利用BaZrO3坩埚感应熔炼制备的TiNi合金化学成分更加准确均匀；与石墨坩埚感应熔炼相比,利用BaZrO3坩埚制备的TiNi合金丝材表现出了更为优良的形状记忆回复率和抗疲劳性能,其形状记忆回复率在550℃保温20min淬火后,变形量为2%时能够达到98.62%,其疲劳性能在500℃保温20min后淬火后能够达到3072次。
TiNi形状记忆合金由于其优良的合金性能,而成为商业化应用最为广泛的形状记忆合金。本文利用25公斤级自制 BaZrO3坩埚制备了49.3Ti-Ni (at.%)合金,并将铸态合金加工成为直径为1mm的丝材。并利用XRD、氮氧化物分析仪等分析测试手段对的合金的化学成分及物相组成进行研究分析,利用扫描电镜、光学显微镜对合金的显微组织进行观察,利用两台自制设备对合金丝材的形状记忆回复率及疲劳性能进行分析测试,实验结果表明,利用BaZrO3坩埚对制备的钛镍合金的氧、氮含量能够分别达到560ppm和17ppm,杂质元素含量满足ASTM对于医用植入物以及医疗器械的标准要求；相比于真空电弧熔炼,利用BaZrO3坩埚感应熔炼制备的TiNi合金化学成分更加准确均匀；与石墨坩埚感应熔炼相比,利用BaZrO3坩埚制备的TiNi合金丝材表现出了更为优良的形状记忆回复率和抗疲劳性能,其形状记忆回复率在550℃保温20min淬火后,变形量为2%时能够达到98.62%,其疲劳性能在500℃保温20min后淬火后能够达到3072次。
2019, 48(1):24-32.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170730
摘要:
本文利用超声振动法制备半固态TiAl3/A356铝基复合材料浆料，利用扫描电镜和X射线衍射技术研究了超声温度，超声时间和超声功率对半固态TiAl3/A356铝基复合材料浆料的微观组织的影响。结果显示，初生α-Al颗粒的尺寸随着超声温度和超声功率的降低而减小；而随着超声时间的增加，先减小后增大。当超声温度为608 ℃、超声功率为1000 W、超声时间为60 s时，获得的半固态浆料组织中的初生α-Al颗粒形貌较为理想，平均初生α-Al颗粒尺寸为62 μm，形状系数为0.8。微观组织演变的机理是空化效应和声流效应引起的形核率和过冷度的增加。此外，原位生成的TiAl3颗粒有很强的结合α-Al颗粒的能力。
本文利用超声振动法制备半固态TiAl3/A356铝基复合材料浆料，利用扫描电镜和X射线衍射技术研究了超声温度，超声时间和超声功率对半固态TiAl3/A356铝基复合材料浆料的微观组织的影响。结果显示，初生α-Al颗粒的尺寸随着超声温度和超声功率的降低而减小；而随着超声时间的增加，先减小后增大。当超声温度为608 ℃、超声功率为1000 W、超声时间为60 s时，获得的半固态浆料组织中的初生α-Al颗粒形貌较为理想，平均初生α-Al颗粒尺寸为62 μm，形状系数为0.8。微观组织演变的机理是空化效应和声流效应引起的形核率和过冷度的增加。此外，原位生成的TiAl3颗粒有很强的结合α-Al颗粒的能力。
2019, 48(1):63-70.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170599
摘要:
采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min, 焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83 %。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiAl相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。
采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min, 焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83 %。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiAl相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。
2019, 48(1):97-103.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170627
摘要:
通过OM、SEM、TEM和EBSD研究了Ti-1300合金在连续冷却条件下组织演变规律和亚稳β相的分解形式,并采用高精度膨胀法建立了合金的连续冷却转变动力曲线。结果表明：当连续冷却速度比较缓慢时,Ti-1300合金发生β → α + β转变,并获得集束状的显微组织；而当冷却速度0.3 °C/s ＜v＜ 1.5 °C/s时,Ti-1300合金发生β → α + β + βm,并获得细针状的α + β组织和残余的βm相；当冷却速度大于3 °C/s时,Ti-1300合金基本获得全部β相,所以把3 °C/s认为是合金的临界冷却转变速度。在缓慢冷却过程中,Mo当量梯度是合金中α相生长主要动力。随着冷却速度的增加,Ti-1300合金的显微硬度先增加后降低,在冷却速度为0.3 °C/s时,显微硬度达到最大值。
通过OM、SEM、TEM和EBSD研究了Ti-1300合金在连续冷却条件下组织演变规律和亚稳β相的分解形式,并采用高精度膨胀法建立了合金的连续冷却转变动力曲线。结果表明：当连续冷却速度比较缓慢时,Ti-1300合金发生β → α + β转变,并获得集束状的显微组织；而当冷却速度0.3 °C/s ＜v＜ 1.5 °C/s时,Ti-1300合金发生β → α + β + βm,并获得细针状的α + β组织和残余的βm相；当冷却速度大于3 °C/s时,Ti-1300合金基本获得全部β相,所以把3 °C/s认为是合金的临界冷却转变速度。在缓慢冷却过程中,Mo当量梯度是合金中α相生长主要动力。随着冷却速度的增加,Ti-1300合金的显微硬度先增加后降低,在冷却速度为0.3 °C/s时,显微硬度达到最大值。
2019, 48(1):104-110.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170642
摘要:
基于光学显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜分析，研究了0.12 wt.% H 对Ti-0.3Mo-0.8Ni氩弧焊接接头微观组织演变影响，揭示了氢元素对无损焊接接头组织特性影响规律。研究结果表明：氢化物析出促使焊接接头初始组织发生变化，置氢量增加有助于焊接接头微观组织中β相析出。薄片状的面心立方δ氢化物均匀分布在置氢量为0.12 wt.% H的焊接接头中，且仅能从层片状α相中析出，但无法从转变β相中析出。δ氢化物的析出与αH相分解反应：αH→α (贫氢区) + δ (富氢区)相关，富氢区最终转变为δ氢化物. 置氢焊接接头组织中的位错分布不均匀，δ氢化物析出产生的应力场引起的晶格畸变直接导致了析出δ氢化物附近有相对密度高的位错分布。
基于光学显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜分析，研究了0.12 wt.% H 对Ti-0.3Mo-0.8Ni氩弧焊接接头微观组织演变影响，揭示了氢元素对无损焊接接头组织特性影响规律。研究结果表明：氢化物析出促使焊接接头初始组织发生变化，置氢量增加有助于焊接接头微观组织中β相析出。薄片状的面心立方δ氢化物均匀分布在置氢量为0.12 wt.% H的焊接接头中，且仅能从层片状α相中析出，但无法从转变β相中析出。δ氢化物的析出与αH相分解反应：αH→α (贫氢区) + δ (富氢区)相关，富氢区最终转变为δ氢化物. 置氢焊接接头组织中的位错分布不均匀，δ氢化物析出产生的应力场引起的晶格畸变直接导致了析出δ氢化物附近有相对密度高的位错分布。
2019, 48(1):143-151.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170403
摘要:
通过阴极电镀在钛基表面制备出镍中间层，随后在其上再进行阳极电沉积β-PbO2涂层来制备Ti/Ni/PbO2电极，并与无镍中间层的Ti/PbO2电极进行对比。通过微结构分析、1mol/LH2SO4溶液中的加速寿命试验、电化学性能测试和电氧化苯酚模拟废水行为研究，考察了电镀镍中间层对二氧化铅涂层电极的结构和性能的影响。结果表明，电镀镍中间层的引入不仅使活性β-PbO2涂层的晶粒细化，增强了电极的催化活性，而且有效地改善了电极表面的导电性，降低了槽压，使得电极表面电势均匀分布，从而明显地延长了电极寿命，降低了电催化氧化降解苯酚模拟废水的能耗。
通过阴极电镀在钛基表面制备出镍中间层，随后在其上再进行阳极电沉积β-PbO2涂层来制备Ti/Ni/PbO2电极，并与无镍中间层的Ti/PbO2电极进行对比。通过微结构分析、1mol/LH2SO4溶液中的加速寿命试验、电化学性能测试和电氧化苯酚模拟废水行为研究，考察了电镀镍中间层对二氧化铅涂层电极的结构和性能的影响。结果表明，电镀镍中间层的引入不仅使活性β-PbO2涂层的晶粒细化，增强了电极的催化活性，而且有效地改善了电极表面的导电性，降低了槽压，使得电极表面电势均匀分布，从而明显地延长了电极寿命，降低了电催化氧化降解苯酚模拟废水的能耗。
2019, 48(1):152-158.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170417
摘要:
利用TiH2、ZrH2的脱氢特性,结合粉末冶金方法,TiH2、Nb和ZrH2粉末经混合球磨、压制成型,真空烧制得到Ti-13Nb-13Zr合金,对样品进行金相显微镜、SEM、XRD分析,结果表明：烧结坯体相对密度达到92.2%,观察金相图及SEM结果,得出合金主要组织为α+β型片状魏氏组织, 且在合金形成过程中β稳定元素的Nb发挥作用,使得钛的β相在降温完成后仍稳定存在；XRD结果表明：α-Ti及α-Zr为六方密排(hcp)结构、β-Ti、Nb及β-Zr同为体心立方(bcc)结构。
利用TiH2、ZrH2的脱氢特性,结合粉末冶金方法,TiH2、Nb和ZrH2粉末经混合球磨、压制成型,真空烧制得到Ti-13Nb-13Zr合金,对样品进行金相显微镜、SEM、XRD分析,结果表明：烧结坯体相对密度达到92.2%,观察金相图及SEM结果,得出合金主要组织为α+β型片状魏氏组织, 且在合金形成过程中β稳定元素的Nb发挥作用,使得钛的β相在降温完成后仍稳定存在；XRD结果表明：α-Ti及α-Zr为六方密排(hcp)结构、β-Ti、Nb及β-Zr同为体心立方(bcc)结构。
2019, 48(1):159-164.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170411
摘要:
通过在Ti6Al4V合金滑动界面人工添加Fe2O3纳米颗粒及其与TiO2、MoS2的混合物,试图人工诱导含Fe2O3摩擦层在室温下的快速形成；研究了Fe2O3、TiO2、MoS2在钛合金滑动过程中的作用,并探讨Fe2O3相对含量对钛合金磨损行为及磨损机制的影响。结果表明：干滑动下的Ti6Al4V合金耐磨性较差,磨面添加的TiO2进一步加速磨损,MoS2一定程度上降低了磨损但并不显著,而Fe2O3完全抑制磨损但增大了摩擦系数。高载下,富TiO2、MoS2颗粒并不能形成摩擦层,反而聚集在磨面犁沟或者凹坑处,而富Fe2O3则容易形成致密的摩擦层覆盖于磨损表面,这证实了钛合金高温耐磨性的改善是由于Fe2O3的出现。混合MoS2+80wt.% Fe2O3形成的摩擦层,兼具MoS2的润滑性和Fe2O3的承载能力,给Ti6Al4V合金带来最佳的摩擦磨损性能。
通过在Ti6Al4V合金滑动界面人工添加Fe2O3纳米颗粒及其与TiO2、MoS2的混合物,试图人工诱导含Fe2O3摩擦层在室温下的快速形成；研究了Fe2O3、TiO2、MoS2在钛合金滑动过程中的作用,并探讨Fe2O3相对含量对钛合金磨损行为及磨损机制的影响。结果表明：干滑动下的Ti6Al4V合金耐磨性较差,磨面添加的TiO2进一步加速磨损,MoS2一定程度上降低了磨损但并不显著,而Fe2O3完全抑制磨损但增大了摩擦系数。高载下,富TiO2、MoS2颗粒并不能形成摩擦层,反而聚集在磨面犁沟或者凹坑处,而富Fe2O3则容易形成致密的摩擦层覆盖于磨损表面,这证实了钛合金高温耐磨性的改善是由于Fe2O3的出现。混合MoS2+80wt.% Fe2O3形成的摩擦层,兼具MoS2的润滑性和Fe2O3的承载能力,给Ti6Al4V合金带来最佳的摩擦磨损性能。
2019, 48(1):183-189.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170433
摘要:
以Ti-Al-M三元合金(M为V,Mo强β相稳定元素)为对象,研究了合金元素V、Mo对铸态组织以及不同热处理条件下显微组织的影响。V、Mo元素可以改变传统TiAl合金的凝固路径,避开包晶反应,还能将β相保留至室温。在合金淬火组织中,增加V、Mo元素含量可以发生马氏体转变。在两步热处理过程中,增加Mo元素含量,合金更倾向于发生α→β＋γ及β→β＋γ相变。
以Ti-Al-M三元合金(M为V,Mo强β相稳定元素)为对象,研究了合金元素V、Mo对铸态组织以及不同热处理条件下显微组织的影响。V、Mo元素可以改变传统TiAl合金的凝固路径,避开包晶反应,还能将β相保留至室温。在合金淬火组织中,增加V、Mo元素含量可以发生马氏体转变。在两步热处理过程中,增加Mo元素含量,合金更倾向于发生α→β＋γ及β→β＋γ相变。
2019, 48(1):242-248.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170359
摘要:
本文开展了Ti6Al4V钛合金的抗弹性能研究,通过对厚度为10~30mm的均质Ti6Al4V钛合金靶板和总厚度为30mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板的终点弹道侵彻实验,研究了厚度和层间界面对Ti6Al4V钛合金抗弹性能的影响规律。结果表明：Ti6Al4V钛合金的抗弹性能随着厚度的增加逐渐提高；在靶板厚度由15mm增加到20mm时,其抗弹性能出现了陡增,这与其损伤模式由脆性冲塞破坏转变为塑性扩孔破坏有关；层间界面不利于Ti6Al4V钛合金抗弹性能的提高,厚度为30 mm的单层均质Ti6Al4V钛合金靶板的抗弹性能优于总厚度为30mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板,这与双层靶板的层间界面几乎无剪切强度有关。
本文开展了Ti6Al4V钛合金的抗弹性能研究,通过对厚度为10~30mm的均质Ti6Al4V钛合金靶板和总厚度为30mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板的终点弹道侵彻实验,研究了厚度和层间界面对Ti6Al4V钛合金抗弹性能的影响规律。结果表明：Ti6Al4V钛合金的抗弹性能随着厚度的增加逐渐提高；在靶板厚度由15mm增加到20mm时,其抗弹性能出现了陡增,这与其损伤模式由脆性冲塞破坏转变为塑性扩孔破坏有关；层间界面不利于Ti6Al4V钛合金抗弹性能的提高,厚度为30 mm的单层均质Ti6Al4V钛合金靶板的抗弹性能优于总厚度为30mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板,这与双层靶板的层间界面几乎无剪切强度有关。
2019, 48(1):254-262.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170367
摘要:
本文针对钛合金焊缝组织不均匀、脆性大、塑性差等问题,提出一种针对焊接接头的新型热处理工艺：α+β与α两相区循环热处理,讨论了不同热处理工艺对组织形貌的影响情况, 得到由具有一定比例的等轴α相、条状α相及β转变相组织,提高循环次数球化的α相增多,长径比明显减小,有明显的球状的α相,其长径比普遍小于3,除此之外在球化的α相周围分布着取向各有不同的细小条状α相。经过四次循环热处理的焊接接头拉伸得到强塑积达到14441.17 MPa?%,焊接接头的塑性有所提高。结合EBSD、TEM等测试结果的分析,解释了该现象产生的原因,解释针状α相的断裂及条状α相的长大,在热处理过程中位错、孪晶的移动形成的亚晶界及β相的分解促进了热蚀坑的形成过程。
本文针对钛合金焊缝组织不均匀、脆性大、塑性差等问题,提出一种针对焊接接头的新型热处理工艺：α+β与α两相区循环热处理,讨论了不同热处理工艺对组织形貌的影响情况, 得到由具有一定比例的等轴α相、条状α相及β转变相组织,提高循环次数球化的α相增多,长径比明显减小,有明显的球状的α相,其长径比普遍小于3,除此之外在球化的α相周围分布着取向各有不同的细小条状α相。经过四次循环热处理的焊接接头拉伸得到强塑积达到14441.17 MPa?%,焊接接头的塑性有所提高。结合EBSD、TEM等测试结果的分析,解释了该现象产生的原因,解释针状α相的断裂及条状α相的长大,在热处理过程中位错、孪晶的移动形成的亚晶界及β相的分解促进了热蚀坑的形成过程。
2019, 48(1):279-285.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170389
摘要:
选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)工艺采用特殊的专用金属粉末作为其成形原料。然而,金属粉末诸多指标易在成形及回收过程中发生改变,进而影响SLM成形件质量。本文研究了TC4钛合金粉末颗粒形貌、粒度分布、流动性以及成形试样的孔隙率、显微硬度等在循环利用过程中的变化规律,并对一系列性能改变的机理进行分析。结果表明：随循环次数增加,粉末颗粒形貌整体仍保持球形,表面光滑度提高；循环14次后观察不到卫星颗粒；粒度分布经历了集中-分散-集中的变化；多次循环利用后粉末的流动性显著提高；通过对粉末宏、微观的分析可知,上述性能变化趋势均与粉末中细小粉粒和卫星颗粒逐渐减少有关。成形试样孔隙率随循环利用次数增加先增大后减小；显微硬度不受TC4粉末循环利用次数影响。
选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)工艺采用特殊的专用金属粉末作为其成形原料。然而,金属粉末诸多指标易在成形及回收过程中发生改变,进而影响SLM成形件质量。本文研究了TC4钛合金粉末颗粒形貌、粒度分布、流动性以及成形试样的孔隙率、显微硬度等在循环利用过程中的变化规律,并对一系列性能改变的机理进行分析。结果表明：随循环次数增加,粉末颗粒形貌整体仍保持球形,表面光滑度提高；循环14次后观察不到卫星颗粒；粒度分布经历了集中-分散-集中的变化；多次循环利用后粉末的流动性显著提高；通过对粉末宏、微观的分析可知,上述性能变化趋势均与粉末中细小粉粒和卫星颗粒逐渐减少有关。成形试样孔隙率随循环利用次数增加先增大后减小；显微硬度不受TC4粉末循环利用次数影响。
2019, 48(1):286-292.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170395
摘要:
通过超声振动辅助拉伸试验，研究了超声振动的频率、振幅及间歇振动方式等参数对TC1钛合金板材应力与应变、屈服强度、抗拉强度及延伸率等拉伸性能指标的影响。通过拉伸试件的组织和性能分析，研究了超声振动参数对TC1板材金相组织、断口形貌及维氏硬度的影响。研究结果表明，TC1钛合金板材拉伸过程中叠加一定频率、振幅的超声振动可以明显降低材料的屈服强度和抗拉强度，并且在一定工艺参数条件下还可以较大幅度提高材料的延伸率，而且对其组织和性能影响较小。
通过超声振动辅助拉伸试验，研究了超声振动的频率、振幅及间歇振动方式等参数对TC1钛合金板材应力与应变、屈服强度、抗拉强度及延伸率等拉伸性能指标的影响。通过拉伸试件的组织和性能分析，研究了超声振动参数对TC1板材金相组织、断口形貌及维氏硬度的影响。研究结果表明，TC1钛合金板材拉伸过程中叠加一定频率、振幅的超声振动可以明显降低材料的屈服强度和抗拉强度，并且在一定工艺参数条件下还可以较大幅度提高材料的延伸率，而且对其组织和性能影响较小。
2019, 48(1):293-299.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170399
摘要:
通过激光沉积制造技术制备了TC4/TC11双合金直接过渡试样,并对其进行了去应力及固溶时效热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机和硬度计对试样的显微组织和拉伸断口进行了观察,并对其拉伸性能和显微硬度进行了测试及分析。研究结果表明,沉积态TC4/TC11双合金过渡处网篮组织差异大,去应力退火后的组织均匀,经固溶时效处理后组织粗大且差异明显；对去应力退火后的试样进行了室温拉伸,TC4/TC11双合金直接过渡处的抗拉强度与TC4抗拉强度相近,TC4/TC11双合金直接过渡处的塑性低,拉伸断口为韧性断口,室温拉伸的断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金直接过渡界面的性能良好；对该双合金直接过渡处的组织分析解释了其硬度变化的趋势。
通过激光沉积制造技术制备了TC4/TC11双合金直接过渡试样,并对其进行了去应力及固溶时效热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机和硬度计对试样的显微组织和拉伸断口进行了观察,并对其拉伸性能和显微硬度进行了测试及分析。研究结果表明,沉积态TC4/TC11双合金过渡处网篮组织差异大,去应力退火后的组织均匀,经固溶时效处理后组织粗大且差异明显；对去应力退火后的试样进行了室温拉伸,TC4/TC11双合金直接过渡处的抗拉强度与TC4抗拉强度相近,TC4/TC11双合金直接过渡处的塑性低,拉伸断口为韧性断口,室温拉伸的断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金直接过渡界面的性能良好；对该双合金直接过渡处的组织分析解释了其硬度变化的趋势。
2019, 48(1):348-356.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170438
摘要:
绝缘涂层是解决液态氚增殖剂包层磁流体动力学(MHD)压降的一种行之有效的方法。本文着重介绍了应用于Li/V自冷系统包层的CaO,Y2O3,Er2O3和AlN等几种候选绝缘涂层的稳定性研究、制备方法。研究表明,以Er2O3、AlN等为代表的若干种候选绝缘材料并没有表现出理论上的稳定性,这使得绝缘涂层的研究重心逐渐从单层绝缘涂层转向了复合绝缘涂层。然而,目前以“钒合金 /绝缘层/金属层”结构为代表的复合绝缘涂层(如“V-alloy/Er2O3/V”等)虽表现出了较好的稳定性和足够的绝缘性,但也存在着一些明显的缺点,如无法实现原位制备及原位修复,制备工艺难以应用到大型的具有复杂形状的部件等。未来的工作可以着重设计和制备更有应用潜力的双层或多层绝缘涂层。作者提出了“钒合金/金属/绝缘层”结构的复合绝缘涂层,如“V-alloy/Ti/AlN”,其优点之一就是有潜力可以实现原位制备和原位修复,具有较好的。
绝缘涂层是解决液态氚增殖剂包层磁流体动力学(MHD)压降的一种行之有效的方法。本文着重介绍了应用于Li/V自冷系统包层的CaO,Y2O3,Er2O3和AlN等几种候选绝缘涂层的稳定性研究、制备方法。研究表明,以Er2O3、AlN等为代表的若干种候选绝缘材料并没有表现出理论上的稳定性,这使得绝缘涂层的研究重心逐渐从单层绝缘涂层转向了复合绝缘涂层。然而,目前以“钒合金 /绝缘层/金属层”结构为代表的复合绝缘涂层(如“V-alloy/Er2O3/V”等)虽表现出了较好的稳定性和足够的绝缘性,但也存在着一些明显的缺点,如无法实现原位制备及原位修复,制备工艺难以应用到大型的具有复杂形状的部件等。未来的工作可以着重设计和制备更有应用潜力的双层或多层绝缘涂层。作者提出了“钒合金/金属/绝缘层”结构的复合绝缘涂层,如“V-alloy/Ti/AlN”,其优点之一就是有潜力可以实现原位制备和原位修复,具有较好的。
2019, 48(1):1-8.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.e20170135
摘要:
研究了Al-Cu-Li-(0.35Mg)-(0.2In)合金的拉伸性能、时效析出相类型及其分布。T6峰时效时，Al-Cu-Li合金的时效析出相为T1(Al2CuLi)和?? (Al2Cu)相。添加0.2%In时，T6态时效早期形成许多方块状的立方相Al5Cu6Li2，且随时间延长其尺寸保持稳定；同时，可促进? ?相析出；相应合金的时效响应加速，强度提高。同时添加In和Mg可抑制Al5Cu6Li2相析出，但促进T1相析出。In和Mg的复合微合金化效果小于2050铝锂合金中Ag和Mg的复合微合金化效果，因而In+Mg复合微合金化铝锂合金T6态强度低于Ag+Mg复合微合金化的2050铝锂合金。T8态时效时，时效前预变形产生的位错抑制了In元素单独添加和In+Mg复合添加的微合金化效果。
研究了Al-Cu-Li-(0.35Mg)-(0.2In)合金的拉伸性能、时效析出相类型及其分布。T6峰时效时，Al-Cu-Li合金的时效析出相为T1(Al2CuLi)和?? (Al2Cu)相。添加0.2%In时，T6态时效早期形成许多方块状的立方相Al5Cu6Li2，且随时间延长其尺寸保持稳定；同时，可促进? ?相析出；相应合金的时效响应加速，强度提高。同时添加In和Mg可抑制Al5Cu6Li2相析出，但促进T1相析出。In和Mg的复合微合金化效果小于2050铝锂合金中Ag和Mg的复合微合金化效果，因而In+Mg复合微合金化铝锂合金T6态强度低于Ag+Mg复合微合金化的2050铝锂合金。T8态时效时，时效前预变形产生的位错抑制了In元素单独添加和In+Mg复合添加的微合金化效果。
2019, 48(1):9-15.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170735
摘要:
以锯齿状CNTs管束作为模板担载H2WO4前驱体。在液相沉积过程中H2WO4被锯齿状CNTs包裹,所得H2WO4/CNTs团簇的平均尺寸为500Snm,由直径10-20 nm的H2WO4组成,比表面积和孔容分别为85.24 m2 g-1和0.2933 m3g-1。将H2WO4/CNTs置于氧气气氛中进行热处理,除去CNTs后,得到了由纳米颗粒组成的WO3微米球,比表面积和孔容分别为18.7 m2 g-1和0.2055 m3g-1。结果表明,锯齿状CNTs对有效调节分层结构WO3发挥重要作用,对制备微纳米结构材料具有广阔的应用前景。
以锯齿状CNTs管束作为模板担载H2WO4前驱体。在液相沉积过程中H2WO4被锯齿状CNTs包裹,所得H2WO4/CNTs团簇的平均尺寸为500Snm,由直径10-20 nm的H2WO4组成,比表面积和孔容分别为85.24 m2 g-1和0.2933 m3g-1。将H2WO4/CNTs置于氧气气氛中进行热处理,除去CNTs后,得到了由纳米颗粒组成的WO3微米球,比表面积和孔容分别为18.7 m2 g-1和0.2055 m3g-1。结果表明,锯齿状CNTs对有效调节分层结构WO3发挥重要作用,对制备微纳米结构材料具有广阔的应用前景。
2019, 48(1):33-38.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.e20170141
摘要:
W-Cu合金以其高的抗电弧烧蚀、抗熔焊性，高的导热导电性等广泛应用于冶金、材料、电子、军工和其他领域。电导率是其重要的性能指标之一，一直备受关注。本文对不同成分的钨铜合金现有的电导率计算模型进行了研究，对不同模型的特点和适用范围进行讨论，讨论了；推导了不同模型下的电导率，并与实验结果进行了比较。选取了合适的电导率理论值，并与实验值进行了比较。结果表明，低、高铜的区域理论值与实验值基本一致，提高铜含量和降低孔隙率可以提高W-Cu合金的电导率。这为钨铜合金的成分和电导性能设计提供了初步的理论依据。
W-Cu合金以其高的抗电弧烧蚀、抗熔焊性，高的导热导电性等广泛应用于冶金、材料、电子、军工和其他领域。电导率是其重要的性能指标之一，一直备受关注。本文对不同成分的钨铜合金现有的电导率计算模型进行了研究，对不同模型的特点和适用范围进行讨论，讨论了；推导了不同模型下的电导率，并与实验结果进行了比较。选取了合适的电导率理论值，并与实验值进行了比较。结果表明，低、高铜的区域理论值与实验值基本一致，提高铜含量和降低孔隙率可以提高W-Cu合金的电导率。这为钨铜合金的成分和电导性能设计提供了初步的理论依据。
2019, 48(1):39-43.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180798
摘要:
以二茂铁为催化剂,催化裂解陶瓷聚合物先驱体制备了原位自生SiC纳米线掺杂的SiOC陶瓷粉体。SiC纳米线为堆垛方向为<111>的β相单晶体,直径为10-100nm,长度可达数微米,均匀分布在SiOC粉体中。基于SiC纳米线微观结构分析,探讨了纳米线的生长机制。研究了复合陶瓷粉体的介电性能,结果发现,SiC纳米线含量可调控复合粉体的电性能,较高含量纳米线可赋予复合粉体较高的介电实部与虚部。
以二茂铁为催化剂,催化裂解陶瓷聚合物先驱体制备了原位自生SiC纳米线掺杂的SiOC陶瓷粉体。SiC纳米线为堆垛方向为<111>的β相单晶体,直径为10-100nm,长度可达数微米,均匀分布在SiOC粉体中。基于SiC纳米线微观结构分析,探讨了纳米线的生长机制。研究了复合陶瓷粉体的介电性能,结果发现,SiC纳米线含量可调控复合粉体的电性能,较高含量纳米线可赋予复合粉体较高的介电实部与虚部。
2019, 48(1):44-54.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190139
摘要:
复合材料(如碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP))和金属材料(如钢、铝合金、钛合金等)混合结构有效实现轻量化,并保证结构强度,其应用在飞机、汽车、船舶中迅速增加。先进的基于塑性变形连接的CFRP-金属混合接头重量轻、强度高、适用于复杂多样环境,具有广泛的应用前景。本文综述了不同CFRP和金属连接技术应用范围、接头强度等方面的研究成果。指出了高性能、轻量化、高可靠性的CFRP-金属混合接头进一步研究发展所要解决的问题。
复合材料(如碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP))和金属材料(如钢、铝合金、钛合金等)混合结构有效实现轻量化,并保证结构强度,其应用在飞机、汽车、船舶中迅速增加。先进的基于塑性变形连接的CFRP-金属混合接头重量轻、强度高、适用于复杂多样环境,具有广泛的应用前景。本文综述了不同CFRP和金属连接技术应用范围、接头强度等方面的研究成果。指出了高性能、轻量化、高可靠性的CFRP-金属混合接头进一步研究发展所要解决的问题。
2019, 48(1):55-62.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170586
摘要:
近年来,围绕超细晶铝锂合金的制备及其性能提升方面开展了许多研究。本文综述了大塑性变形工艺制备超细晶铝锂合金的显微组织及其力学性能,分析了大塑性变形过程中铝锂合金的组织演变及其影响因素。铝锂合金的强化机制主要是基于析出强化,结合大塑性变形得到的超细晶粒组织可以显著提高强度和塑性,并得到优异的超塑性。表明大塑性变形加工铝锂合金,尤其是等通道挤压制备的超细晶铝镁锂合金在超塑性工业具有广阔的发展前景。
近年来,围绕超细晶铝锂合金的制备及其性能提升方面开展了许多研究。本文综述了大塑性变形工艺制备超细晶铝锂合金的显微组织及其力学性能,分析了大塑性变形过程中铝锂合金的组织演变及其影响因素。铝锂合金的强化机制主要是基于析出强化,结合大塑性变形得到的超细晶粒组织可以显著提高强度和塑性,并得到优异的超塑性。表明大塑性变形加工铝锂合金,尤其是等通道挤压制备的超细晶铝镁锂合金在超塑性工业具有广阔的发展前景。
2019, 48(1):71-76.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170605
摘要:
采用传统铸造方法制备Mg-Zn-Y合金，基于典型的含二十面体准晶相的Mg93Zn6Y1合金，研究了铸态Mg-Zn-Y合金的枝晶形貌与其阻尼性能的关系。通过控制浇注温度，搅拌速度和搅拌时间，获得不同参数下的合金的枝晶形貌。结果表明，铸态Mg93Zn6Y1的显微组织主要由α-Mg树枝状晶体和二十面体准晶相组成。搅拌后，初始α-Mg树枝状晶体逐渐具有分形特征，且其尺寸变化，从而影响合金的阻尼能力。本文详细讨论了这一机制。
采用传统铸造方法制备Mg-Zn-Y合金，基于典型的含二十面体准晶相的Mg93Zn6Y1合金，研究了铸态Mg-Zn-Y合金的枝晶形貌与其阻尼性能的关系。通过控制浇注温度，搅拌速度和搅拌时间，获得不同参数下的合金的枝晶形貌。结果表明，铸态Mg93Zn6Y1的显微组织主要由α-Mg树枝状晶体和二十面体准晶相组成。搅拌后，初始α-Mg树枝状晶体逐渐具有分形特征，且其尺寸变化，从而影响合金的阻尼能力。本文详细讨论了这一机制。
2019, 48(1):77-84.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170606
摘要:
采用无模板剂的溶胶-水热法制备了具有可见光响应的N掺杂锐钛矿/金红石/板钛矿型TiO2(N-TiO2)纳米棒束,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对获得的样品进行了表征。以甲基橙为模型反应物,评价了N-TiO2纳米棒束的光催化活性。表征结果结合光催化活性评价结果显示,与P25-TiO2相比,N掺杂、混晶及纳米棒束之间的协同作用是所制备的混晶N-TiO2纳米棒束具有良好光催化活性的主要原因,并对混晶N-TiO2纳米棒束光催化降解甲基橙的机理进行了探讨。
采用无模板剂的溶胶-水热法制备了具有可见光响应的N掺杂锐钛矿/金红石/板钛矿型TiO2(N-TiO2)纳米棒束,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对获得的样品进行了表征。以甲基橙为模型反应物,评价了N-TiO2纳米棒束的光催化活性。表征结果结合光催化活性评价结果显示,与P25-TiO2相比,N掺杂、混晶及纳米棒束之间的协同作用是所制备的混晶N-TiO2纳米棒束具有良好光催化活性的主要原因,并对混晶N-TiO2纳米棒束光催化降解甲基橙的机理进行了探讨。
2019, 48(1):85-90.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170607
摘要:
分别采用多弧离子镀和中频非平衡磁控溅射工艺，在锆合金管材基体上制备Cr-TiAlSiN复合涂层。利用扫描电镜对复合涂层的表面及截面微观形貌进行观察；利用Image J软件对复合涂层进行孔隙率和表面大颗粒数目进行统计分析；利用弹簧拉压试验机对涂层的膜基结合强度进行测量；利用高温热处理炉对试样进行800℃高温抗氧化试验和1200℃高温淬火实验。实验结果表明：采用多弧离子镀工艺所获得的涂层表面大颗粒物质比较多，但是孔隙率比较低，致使其高温抗氧化性能较好。复合涂层膜基界面比较明显且比较均匀，膜基结合强度较高，大于22.68Mpa，1200℃高温淬火实验侧面表明采用多弧离子镀工艺的涂层其膜基结合强度较好。
分别采用多弧离子镀和中频非平衡磁控溅射工艺，在锆合金管材基体上制备Cr-TiAlSiN复合涂层。利用扫描电镜对复合涂层的表面及截面微观形貌进行观察；利用Image J软件对复合涂层进行孔隙率和表面大颗粒数目进行统计分析；利用弹簧拉压试验机对涂层的膜基结合强度进行测量；利用高温热处理炉对试样进行800℃高温抗氧化试验和1200℃高温淬火实验。实验结果表明：采用多弧离子镀工艺所获得的涂层表面大颗粒物质比较多，但是孔隙率比较低，致使其高温抗氧化性能较好。复合涂层膜基界面比较明显且比较均匀，膜基结合强度较高，大于22.68Mpa，1200℃高温淬火实验侧面表明采用多弧离子镀工艺的涂层其膜基结合强度较好。
2019, 48(1):91-96.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170619
摘要:
通过向Ag17CuZnSn钎料中复合添加微量的Ga元素和稀土元素Ce,研究了Ga和Ce元素的复合添加对低银无镉钎料组织及焊接性能的影响。采用火焰钎焊方法得到黄铜与不锈钢异种金属钎焊接头。试验表明,随着Ga和Ce元素的添加低银钎料的固液相线温度不断下降。当Ga和Ce含量分别为2%和0.15%时,钎料在母材表面的铺展面达到最大值。Ga和Ce元素的复合添加对低银钎料中的CuZn化合物相有明显的细化作用,黄铜与不锈钢钎焊接头的抗剪强度最大值为378.6 MPa。在钎焊过程中,钎缝与不锈钢母材之间发生了明显的元素扩散,Ga元素的扩散率大于其他元素。同时当低银钎料中的Ce元素含量大于0.3%时,钎料组织中出现了新生成的块状的稀土相。
通过向Ag17CuZnSn钎料中复合添加微量的Ga元素和稀土元素Ce,研究了Ga和Ce元素的复合添加对低银无镉钎料组织及焊接性能的影响。采用火焰钎焊方法得到黄铜与不锈钢异种金属钎焊接头。试验表明,随着Ga和Ce元素的添加低银钎料的固液相线温度不断下降。当Ga和Ce含量分别为2%和0.15%时,钎料在母材表面的铺展面达到最大值。Ga和Ce元素的复合添加对低银钎料中的CuZn化合物相有明显的细化作用,黄铜与不锈钢钎焊接头的抗剪强度最大值为378.6 MPa。在钎焊过程中,钎缝与不锈钢母材之间发生了明显的元素扩散,Ga元素的扩散率大于其他元素。同时当低银钎料中的Ce元素含量大于0.3%时,钎料组织中出现了新生成的块状的稀土相。
2019, 48(1):111-115.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171148
摘要:
采用真空电弧炉熔炼制备了AlxFeCoNiB0.1（x=0.4,0.5,0.8,1.2,1.6 at%）高熵合金，并对其微观组织和力学性能进行测试。随Al含量增加，合金的铸态枝晶由FCC相转变为B2(AlNi)/BCC相。当x=0.4和0.5时，合金的组织由枝晶FCC相和枝晶间组织B2相及(Fe,Co)2B组成；x=0.8时，枝晶由B2相组成，枝晶间由FCC相及(Fe,Co)2B组成；x=1.2时，枝晶间由共晶组织FCC+(Fe,Co)2B组成，BCC呈纳米级颗粒状；x=1.6时，共晶组织消失。随Al含量的增加，抗压拉强度先上升后下降，Al含量为0.8时达到峰值，为2243MPa，适量的Al能提高高熵合金综合力学性能。
采用真空电弧炉熔炼制备了AlxFeCoNiB0.1（x=0.4,0.5,0.8,1.2,1.6 at%）高熵合金，并对其微观组织和力学性能进行测试。随Al含量增加，合金的铸态枝晶由FCC相转变为B2(AlNi)/BCC相。当x=0.4和0.5时，合金的组织由枝晶FCC相和枝晶间组织B2相及(Fe,Co)2B组成；x=0.8时，枝晶由B2相组成，枝晶间由FCC相及(Fe,Co)2B组成；x=1.2时，枝晶间由共晶组织FCC+(Fe,Co)2B组成，BCC呈纳米级颗粒状；x=1.6时，共晶组织消失。随Al含量的增加，抗压拉强度先上升后下降，Al含量为0.8时达到峰值，为2243MPa，适量的Al能提高高熵合金综合力学性能。
2019, 48(1):116-122.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170383
摘要:
为了防止涂层工艺产生的副作用，开发了一种环保型的飞机起落架用超高强度不锈钢S280。新超高强度不锈钢S280具有等于或高于常规超高强度钢的力学性能，且有更好的耐腐蚀性。通过热处理工艺实验确定了超高强度不锈钢S280合适的热处理工艺（1080 ℃，保温1 h，油冷；-73 ℃，2 h，空气中回到室温：540℃，4 h，空冷）。S280钢热处理后，强度大于1900 MPa，K1C大于90 MPa?m1/2。利用透射电子显微镜和高分辨电子显微镜研究了540℃和600℃时效态的S280新型超高强度不锈钢微观组织结构。结果表明：S280钢540℃时效状态，在高密度位错的板条状马氏体基体上析出弥散细小的强化相，一种是已为很多研究报道的超高强度钢中强化相Fe2Mo[1]，另一种析出相是Cr2C，目前还没有相关报道。本文首次发现了这种强化相，测定了其与马氏体的晶体学取向关系为： ( 1 -1 0 )M // (-1 2 -1 )Cr2C，[ 1 1 1 ]M // [ 1 1 1 ]Cr2C。 S280钢在600℃时效态也析出这两种Cr2C和Fe2Mo相，与540℃时效态相比，只是其有所长大。利用X射线能谱分析法对Cr2C析出相进行了分析，结果表明，Cr2C析出相中Cr和Mo的含量较高。
为了防止涂层工艺产生的副作用，开发了一种环保型的飞机起落架用超高强度不锈钢S280。新超高强度不锈钢S280具有等于或高于常规超高强度钢的力学性能，且有更好的耐腐蚀性。通过热处理工艺实验确定了超高强度不锈钢S280合适的热处理工艺（1080 ℃，保温1 h，油冷；-73 ℃，2 h，空气中回到室温：540℃，4 h，空冷）。S280钢热处理后，强度大于1900 MPa，K1C大于90 MPa?m1/2。利用透射电子显微镜和高分辨电子显微镜研究了540℃和600℃时效态的S280新型超高强度不锈钢微观组织结构。结果表明：S280钢540℃时效状态，在高密度位错的板条状马氏体基体上析出弥散细小的强化相，一种是已为很多研究报道的超高强度钢中强化相Fe2Mo[1]，另一种析出相是Cr2C，目前还没有相关报道。本文首次发现了这种强化相，测定了其与马氏体的晶体学取向关系为： ( 1 -1 0 )M // (-1 2 -1 )Cr2C，[ 1 1 1 ]M // [ 1 1 1 ]Cr2C。 S280钢在600℃时效态也析出这两种Cr2C和Fe2Mo相，与540℃时效态相比，只是其有所长大。利用X射线能谱分析法对Cr2C析出相进行了分析，结果表明，Cr2C析出相中Cr和Mo的含量较高。
2019, 48(1):123-132.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170356
摘要:
在7075铝合金厚板的制造过程中,材料塑性变形和力学性能的非均匀性,势必导致毛坯内产生残余应力。而在后续的高速切削加工过程中,残余应力随着材料去除的释放与再分布,是引起飞机结构件加工变形的关键因素。因此,研究残余应力释放与再分布的解析方法能够更为清晰地了解加工变形的演变机理,是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过材料的切削去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于飞机结构件的残余应力等效为外力后,依据小变形理论创新性地建立加工变形的分析模型。通过全面地考虑拉压、弯曲、以及转角引起的飞机结构件的厚向位置变化,利用叠加原理建立了残余应力再分布的力学模型。本文建立的解析模型,不仅能够准确地计算飞机结构件的加工变形,还能够分析毛坯残余应力的再分布状态,通过与有限元仿真值、实验测量值进行比较,结果表明：无论是幅值还是变形曲线,解析值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。
在7075铝合金厚板的制造过程中,材料塑性变形和力学性能的非均匀性,势必导致毛坯内产生残余应力。而在后续的高速切削加工过程中,残余应力随着材料去除的释放与再分布,是引起飞机结构件加工变形的关键因素。因此,研究残余应力释放与再分布的解析方法能够更为清晰地了解加工变形的演变机理,是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过材料的切削去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于飞机结构件的残余应力等效为外力后,依据小变形理论创新性地建立加工变形的分析模型。通过全面地考虑拉压、弯曲、以及转角引起的飞机结构件的厚向位置变化,利用叠加原理建立了残余应力再分布的力学模型。本文建立的解析模型,不仅能够准确地计算飞机结构件的加工变形,还能够分析毛坯残余应力的再分布状态,通过与有限元仿真值、实验测量值进行比较,结果表明：无论是幅值还是变形曲线,解析值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。
2019, 48(1):133-136.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170386
摘要:
通过燃烧法制备了La2O3:Sm3+纳米材料，用XRD和TEM对其形貌结构进行了表征和分析，并研究了其发光性质。结果表明：La2O3:Sm3+纳米材料为六角结构，颗粒尺寸大约为34 nm; Sm3+的掺杂引起其衍射峰的位置发生略微的右移； Sm3+的本征激发带位于411 nm左右；在近紫外光（411 nm）的激发下，观察到 4G5/2 → 6H5/2 (568 nm)、 4G5/2 → 6H7/2 (611 nm, 强度最高) 和 4G5/2 → 6H9/2 (654 nm)三个主发射峰；发射光谱表明La2O3:Sm3+中Sm3+离子的格位对称性较低；材料样品的衰减寿命约为202 us，色度坐标大约为(0.5849, 0.4143)。
通过燃烧法制备了La2O3:Sm3+纳米材料，用XRD和TEM对其形貌结构进行了表征和分析，并研究了其发光性质。结果表明：La2O3:Sm3+纳米材料为六角结构，颗粒尺寸大约为34 nm; Sm3+的掺杂引起其衍射峰的位置发生略微的右移； Sm3+的本征激发带位于411 nm左右；在近紫外光（411 nm）的激发下，观察到 4G5/2 → 6H5/2 (568 nm)、 4G5/2 → 6H7/2 (611 nm, 强度最高) 和 4G5/2 → 6H9/2 (654 nm)三个主发射峰；发射光谱表明La2O3:Sm3+中Sm3+离子的格位对称性较低；材料样品的衰减寿命约为202 us，色度坐标大约为(0.5849, 0.4143)。
2019, 48(1):137-142.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170392
摘要:
采用两点概率函数提取W骨架/Zr基非晶合金复合材料的统计特征并重构代表体积单元。结果显示,两点概率函数可以良好的描述复合材料的微细观几何结构特征,并给出了材料呈宏观各向同性的理论依据；获得的代表体积单元与原材料拥有相同的几何特征,且尺寸仅为原材料SEM图像的2.2%,可有效提高有限元仿真的效率。该研究为W骨架/Zr基非晶合金复合材料的研究提供了有力工具。
采用两点概率函数提取W骨架/Zr基非晶合金复合材料的统计特征并重构代表体积单元。结果显示,两点概率函数可以良好的描述复合材料的微细观几何结构特征,并给出了材料呈宏观各向同性的理论依据；获得的代表体积单元与原材料拥有相同的几何特征,且尺寸仅为原材料SEM图像的2.2%,可有效提高有限元仿真的效率。该研究为W骨架/Zr基非晶合金复合材料的研究提供了有力工具。
2019, 48(1):165-170.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170414
摘要:
采用纳米压痕技术对铸态U-5.5Nb合金中Nb2C、U(C,N)以及基体力学性能进行了表征，根据获得的硬度值计算了屈服强度和塑性指数。实验结果表明Nb2C夹杂物的弹性模量和硬度最大，而U(C,N)夹杂物的弹性模量和硬度远小于Nb2C但明显高于基体；计算结果显示Nb2C夹杂物屈服强度最高而塑性指数值最小，倾向于发生弹性变形，U(C,N)夹杂物强度低但塑性指数值最大，更容易发生塑性变形并发生破裂。基体多步循环加载获得的弹性模量和硬度值与单次加载基本一致，并且弹性模量值和文献中报道的单向拉伸实验测得的值相符。
采用纳米压痕技术对铸态U-5.5Nb合金中Nb2C、U(C,N)以及基体力学性能进行了表征，根据获得的硬度值计算了屈服强度和塑性指数。实验结果表明Nb2C夹杂物的弹性模量和硬度最大，而U(C,N)夹杂物的弹性模量和硬度远小于Nb2C但明显高于基体；计算结果显示Nb2C夹杂物屈服强度最高而塑性指数值最小，倾向于发生弹性变形，U(C,N)夹杂物强度低但塑性指数值最大，更容易发生塑性变形并发生破裂。基体多步循环加载获得的弹性模量和硬度值与单次加载基本一致，并且弹性模量值和文献中报道的单向拉伸实验测得的值相符。
2019, 48(1):171-176.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170425
摘要:
采用熔炼铸造法制备了添加1-5wt%Sm的Mg-10Gd-0.5Zr合金,通过拉伸性能测试、扫描电镜、X射线衍射分析研究了Sm对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：Sm的加入形成了Mg41Sm5相,并促进了Mg5Gd相析出。固溶时效处理后,晶界处粗大共晶组织溶解,析出相弥散分布,3%Sm的合金晶粒较细小,5%Sm的合金中出现短棒状Mg5Gd相。在相同实验温度下,随着Sm含量的增加,合金的强度先升高后降低,3%Sm的合金抗拉强度最大。对于同一种合金,随着拉伸温度的升高抗拉强度先升高后降低,0~1% Sm的合金抗拉强度峰值出现在200℃,加入3~ 5%Sm的合金抗拉强度峰值出现在250℃。抗拉强度具有明显的反常温度效应,而且Sm的加入强化了这种反常温度效应并使强度峰值出现的温度升高。
采用熔炼铸造法制备了添加1-5wt%Sm的Mg-10Gd-0.5Zr合金,通过拉伸性能测试、扫描电镜、X射线衍射分析研究了Sm对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：Sm的加入形成了Mg41Sm5相,并促进了Mg5Gd相析出。固溶时效处理后,晶界处粗大共晶组织溶解,析出相弥散分布,3%Sm的合金晶粒较细小,5%Sm的合金中出现短棒状Mg5Gd相。在相同实验温度下,随着Sm含量的增加,合金的强度先升高后降低,3%Sm的合金抗拉强度最大。对于同一种合金,随着拉伸温度的升高抗拉强度先升高后降低,0~1% Sm的合金抗拉强度峰值出现在200℃,加入3~ 5%Sm的合金抗拉强度峰值出现在250℃。抗拉强度具有明显的反常温度效应,而且Sm的加入强化了这种反常温度效应并使强度峰值出现的温度升高。
2019, 48(1):177-182.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170427
摘要:
本文利用声发射技术对AZ31镁合金轧制方向和横向的疲劳裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,镁合金疲劳裂纹扩展过程中产生的声信号撞击数与循环载荷的关系,以及撞击数上升率和应力强度应子幅的关系dC/dN-ΔK,分别与常规疲劳裂纹扩展试验结果相一致,裂纹失稳扩展临界应力强度因子幅与常规试验结果的误差分别为2.86%(裂纹沿轧制方向)和3.00%(裂纹沿横向)；载荷一定时,裂纹沿横向扩展总是比沿着轧制方向扩展更慢一些,进入失稳扩展阶段更迟。微观组织显示,裂纹沿横向扩展边缘处的孪晶明显增加,断口处也表现出更明显的塑性,这对裂纹的扩展产生了阻碍,即材料在横向的抗裂性能要优于轧制方向,同时证明了利用声发射监测裂纹扩展行为的可靠性。
本文利用声发射技术对AZ31镁合金轧制方向和横向的疲劳裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,镁合金疲劳裂纹扩展过程中产生的声信号撞击数与循环载荷的关系,以及撞击数上升率和应力强度应子幅的关系dC/dN-ΔK,分别与常规疲劳裂纹扩展试验结果相一致,裂纹失稳扩展临界应力强度因子幅与常规试验结果的误差分别为2.86%(裂纹沿轧制方向)和3.00%(裂纹沿横向)；载荷一定时,裂纹沿横向扩展总是比沿着轧制方向扩展更慢一些,进入失稳扩展阶段更迟。微观组织显示,裂纹沿横向扩展边缘处的孪晶明显增加,断口处也表现出更明显的塑性,这对裂纹的扩展产生了阻碍,即材料在横向的抗裂性能要优于轧制方向,同时证明了利用声发射监测裂纹扩展行为的可靠性。
2019, 48(1):190-196.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170447
摘要:
在加入等摩尔量碳的基础上，利用MgCO3、CO2和CO对760℃的AM60B合金进行了变质处理。结果表明： MgCO3、CO2和CO分别使AM60B的平均晶粒尺寸从213 μm减小到了116 μm、90 μm和106 μm；经MgCO3，CO2，CO变质处理后，AM60B合金的维氏硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率均有很大提升，CO2变质后的AM60B合金力学性能最好，CO次之，MgCO3最差。基于SEM、EDS以及XRD分析数据，MgCO3、CO2及CO气体具有相同的变质机理，即主要是因为加入这两种含碳变质剂后，熔体中的Al和C结合生成了Al4C3异质形核核心。
在加入等摩尔量碳的基础上，利用MgCO3、CO2和CO对760℃的AM60B合金进行了变质处理。结果表明： MgCO3、CO2和CO分别使AM60B的平均晶粒尺寸从213 μm减小到了116 μm、90 μm和106 μm；经MgCO3，CO2，CO变质处理后，AM60B合金的维氏硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率均有很大提升，CO2变质后的AM60B合金力学性能最好，CO次之，MgCO3最差。基于SEM、EDS以及XRD分析数据，MgCO3、CO2及CO气体具有相同的变质机理，即主要是因为加入这两种含碳变质剂后，熔体中的Al和C结合生成了Al4C3异质形核核心。
2019, 48(1):197-204.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170441
摘要:
采用EB-PVD技术在镍基合金Rene N5基体表面沉积NiCrAlY粘结层,并对试样进行1000℃不同时间的恒温氧化处理,通过SEM、EDS、XRD研究了基体与粘接层界面元素互扩散行为和反应区的形成机制。结果表明：在1000℃条件下, NiCrAlY粘结层中的Al、Cr元素会向N5基体扩散,形成以β-NiAl和α-Cr相为主的互扩散反应区；而N5基体中的Ni元素则会向NiCrAlY粘结层扩散,形成以γ’-Ni3Al相为主的二次反应区和以难熔金属为主的TCP相。
采用EB-PVD技术在镍基合金Rene N5基体表面沉积NiCrAlY粘结层,并对试样进行1000℃不同时间的恒温氧化处理,通过SEM、EDS、XRD研究了基体与粘接层界面元素互扩散行为和反应区的形成机制。结果表明：在1000℃条件下, NiCrAlY粘结层中的Al、Cr元素会向N5基体扩散,形成以β-NiAl和α-Cr相为主的互扩散反应区；而N5基体中的Ni元素则会向NiCrAlY粘结层扩散,形成以γ’-Ni3Al相为主的二次反应区和以难熔金属为主的TCP相。
2019, 48(1):205-212.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180387
摘要:
本文利用同步辐射X射线衍射技术测量了变极性等离子弧(VPPA)焊接5A06铝合金试样表面的残余应力,获得了该试样表面残余应力的分布规律,结合金相组织观察、EBSD、显微硬度测试等方法,分析了焊缝区、热影响区、母材区残余应力的产生及演化机制。结果表明：VPPA焊接5A06板材焊缝区晶粒粗大,热影响区晶粒细小,残余应力呈现出焊缝区域为压应力,热影响区为拉应力的“M”形状；在垂直于焊缝(TD)方向上存在75.79MPa的最大拉应力和159.34MPa的最大压应力；在平行于焊缝(LD)方向上存在为132.33MPa的最大拉应力和89.38MPa的最大压应力。相比于传统X射线仪器测量获得的残余应力变化趋势,同步辐射衍射测量的残余应力分布趋势与试样不同焊接区域显微硬度的变化趋势更加吻合。实验结果表明,相比于传统的X射线仪器测量残余应力,同步辐射X射线衍射测量的残余应力数据一致性更好。
本文利用同步辐射X射线衍射技术测量了变极性等离子弧(VPPA)焊接5A06铝合金试样表面的残余应力,获得了该试样表面残余应力的分布规律,结合金相组织观察、EBSD、显微硬度测试等方法,分析了焊缝区、热影响区、母材区残余应力的产生及演化机制。结果表明：VPPA焊接5A06板材焊缝区晶粒粗大,热影响区晶粒细小,残余应力呈现出焊缝区域为压应力,热影响区为拉应力的“M”形状；在垂直于焊缝(TD)方向上存在75.79MPa的最大拉应力和159.34MPa的最大压应力；在平行于焊缝(LD)方向上存在为132.33MPa的最大拉应力和89.38MPa的最大压应力。相比于传统X射线仪器测量获得的残余应力变化趋势,同步辐射衍射测量的残余应力分布趋势与试样不同焊接区域显微硬度的变化趋势更加吻合。实验结果表明,相比于传统的X射线仪器测量残余应力,同步辐射X射线衍射测量的残余应力数据一致性更好。
2019, 48(1):213-220.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180602
摘要:
利用喷雾干燥对TiB2-SiC复合粉末进行造粒，研究了浆料固含量、粘结剂含量及SiC含量对喷雾干燥粉体颗粒形貌等的影响。采用大气等离子喷涂技术，以抛光的石墨为基体，在不同预热温度和不同喷距下对TiB2-SiC粉末进行粒子收集，研究不同工艺参数对TiB2-SiC粒子铺展形貌的影响，并制备了TiB2-SiC涂层。结果表明：当浆料固含量为50%，粘结剂含量为5%，SiC含量为10%时，喷雾造粒获得球形度高、流动性好的TiB2-SiC粉末；随着基体预热温度的升高，喷距的增大，扁平粒子的溅射逐渐减弱，形成规则的圆盘状粒子；在等离子焰流作用下，TiB2-SiC粒子熔化加速并与基体发生碰撞，熔融粒子扁平化，急速冷却凝固，不断堆叠、搭接为宏观涂层。
利用喷雾干燥对TiB2-SiC复合粉末进行造粒，研究了浆料固含量、粘结剂含量及SiC含量对喷雾干燥粉体颗粒形貌等的影响。采用大气等离子喷涂技术，以抛光的石墨为基体，在不同预热温度和不同喷距下对TiB2-SiC粉末进行粒子收集，研究不同工艺参数对TiB2-SiC粒子铺展形貌的影响，并制备了TiB2-SiC涂层。结果表明：当浆料固含量为50%，粘结剂含量为5%，SiC含量为10%时，喷雾造粒获得球形度高、流动性好的TiB2-SiC粉末；随着基体预热温度的升高，喷距的增大，扁平粒子的溅射逐渐减弱，形成规则的圆盘状粒子；在等离子焰流作用下，TiB2-SiC粒子熔化加速并与基体发生碰撞，熔融粒子扁平化，急速冷却凝固，不断堆叠、搭接为宏观涂层。
2019, 48(1):221-226.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180489
摘要:
为了提高纳米锗器件的制造精度,使用纳米划痕仪对单晶锗进行纳米沟槽刻划加工实验,采用扫描电子显微镜对沟槽形貌进行观察,并通过三维白光干涉表面形貌仪测量其三维形貌尺寸,研究了切削速度、施加的垂直载荷及刻划次数对单晶锗纳米沟槽形貌的影响。建立了垂直载荷和刻划次数与沟槽深度及宽度的线性拟合曲线和幂函数拟合曲线,并进行分析。结果表明,单晶锗纳米沟槽的宽度和深度随切削速度的变化非常小,随着垂直载荷的增大,刻划次数的增多而逐渐增大。曲线的拟合度很高,能够对制造纳米沟槽的深度和宽度进行较为准确的预测,从而可以降低工件表面粗糙度,提高工件表面质量。
为了提高纳米锗器件的制造精度,使用纳米划痕仪对单晶锗进行纳米沟槽刻划加工实验,采用扫描电子显微镜对沟槽形貌进行观察,并通过三维白光干涉表面形貌仪测量其三维形貌尺寸,研究了切削速度、施加的垂直载荷及刻划次数对单晶锗纳米沟槽形貌的影响。建立了垂直载荷和刻划次数与沟槽深度及宽度的线性拟合曲线和幂函数拟合曲线,并进行分析。结果表明,单晶锗纳米沟槽的宽度和深度随切削速度的变化非常小,随着垂直载荷的增大,刻划次数的增多而逐渐增大。曲线的拟合度很高,能够对制造纳米沟槽的深度和宽度进行较为准确的预测,从而可以降低工件表面粗糙度,提高工件表面质量。
2019, 48(1):227-234.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170091
摘要:
通过选用不同厚度与状态的焊接副与焊丝,完成了Al-Sr中间合金硅相变质ZL114A合金的氩弧焊堆焊处理,利用电感耦合法(ICP)测定了材料的化学成分,分别采用电子测氢仪、万能试验机、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)与透射电镜(TEM)全面分析了真空脱氢对Sr变质ZL114A焊缝区域微观组织与力学性能的影响。结果表明：焊接副与焊丝经真空脱氢处理,氢含量由0.64×10-6降至0.26×10-6,24mm与12mm壁厚焊缝区域气泡数量各降低71.4%与60%,气泡直径由2.3mm与1.8mm降至1.4mm与1.2mm,面密度各降低77.7%与81.8%。沿晶界均匀分布的初生与共晶Si相经Sr元素变质处理,形貌由针状转变为球状,颗粒尺寸由106μm降至12μm,12mm壁厚焊缝区域平均抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率分别为364MPa、332MPa、9.8%与14.2%。焊缝区域T6态微观组织主要由初生α-Al、初生与共晶Si相及Mg2Si时效相组成,断口表面晶界处硬脆Si相颗粒直径约为4μm,Mg2Si时效相呈长棒状,长宽比约为15.2,经真空脱氢处理,断口韧窝形貌由椭圆状过渡为球状,断裂机制由沿晶断裂演变为韧窝断裂。
通过选用不同厚度与状态的焊接副与焊丝,完成了Al-Sr中间合金硅相变质ZL114A合金的氩弧焊堆焊处理,利用电感耦合法(ICP)测定了材料的化学成分,分别采用电子测氢仪、万能试验机、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)与透射电镜(TEM)全面分析了真空脱氢对Sr变质ZL114A焊缝区域微观组织与力学性能的影响。结果表明：焊接副与焊丝经真空脱氢处理,氢含量由0.64×10-6降至0.26×10-6,24mm与12mm壁厚焊缝区域气泡数量各降低71.4%与60%,气泡直径由2.3mm与1.8mm降至1.4mm与1.2mm,面密度各降低77.7%与81.8%。沿晶界均匀分布的初生与共晶Si相经Sr元素变质处理,形貌由针状转变为球状,颗粒尺寸由106μm降至12μm,12mm壁厚焊缝区域平均抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率分别为364MPa、332MPa、9.8%与14.2%。焊缝区域T6态微观组织主要由初生α-Al、初生与共晶Si相及Mg2Si时效相组成,断口表面晶界处硬脆Si相颗粒直径约为4μm,Mg2Si时效相呈长棒状,长宽比约为15.2,经真空脱氢处理,断口韧窝形貌由椭圆状过渡为球状,断裂机制由沿晶断裂演变为韧窝断裂。
2019, 48(1):235-241.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180377
摘要:
本文以半固态挤压ZCuSn10P1锡青铜为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、布氏硬度计、拉伸试验机研究了热处理温度对半固态挤压锡青铜微观组织和力学性能的影响规律。结果表明：热处理对半固态挤压锡青铜强度、硬度和组织影响较大。当热处理温度由250℃升高至650℃时,锡青铜抗拉强度先增加后降低,延伸率增加；布氏硬度先增加后降低；固相和固液界面显微硬度增加,液相显微硬度降低；固相平均晶粒尺寸增加,但热处理温度650℃时组织已不是球状而变成蔷薇状。随温度增加,固相中Sn和P元素增加,元素偏析减弱。综合性能较佳的热处理工艺为350℃保温120min,此时锡青铜抗拉强度为402 MPa,延伸率为4.5%,布氏硬度为136HBW,与未热处理前分别提高了3.88%、60.71%、6.25%。
本文以半固态挤压ZCuSn10P1锡青铜为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、布氏硬度计、拉伸试验机研究了热处理温度对半固态挤压锡青铜微观组织和力学性能的影响规律。结果表明：热处理对半固态挤压锡青铜强度、硬度和组织影响较大。当热处理温度由250℃升高至650℃时,锡青铜抗拉强度先增加后降低,延伸率增加；布氏硬度先增加后降低；固相和固液界面显微硬度增加,液相显微硬度降低；固相平均晶粒尺寸增加,但热处理温度650℃时组织已不是球状而变成蔷薇状。随温度增加,固相中Sn和P元素增加,元素偏析减弱。综合性能较佳的热处理工艺为350℃保温120min,此时锡青铜抗拉强度为402 MPa,延伸率为4.5%,布氏硬度为136HBW,与未热处理前分别提高了3.88%、60.71%、6.25%。
2019, 48(1):249-253.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170361
摘要:
对碳纳米管(CNTs)进行复合金属包覆，可以发挥不同组元间的复合效应，提高在高频范围的电磁屏蔽性能。本文对CNTs进行预处理后，采用超声喷雾化学镀的方法来制备镀镍碳纳米管(Ni-CNTs)，在此基础上分别采用化学镀和共沉淀法制备镍银包覆碳纳米管(Ni/Ag-CNTs)和镍铜包覆碳纳米管(Ni/Cu-CNTs)。采用TEM、FESEM和XRD对镀层形态及结构进行表征，结果表明，采用超声喷雾化学镀方法，在改善CNTs分散性的前提下可实现镍层在其表面均匀连续镀覆；并结合化学镀和共沉淀法分别成功制备出Ni/Ag-CNTs和Ni/Cu-CNTs。电磁屏蔽测试表明，Ni/Ag-CNTs和Ni/Cu-CNTs的电磁屏蔽性能显著优于Ni-CNTs (55.62dB)，分别达到了89.34 dB和72.21 dB。
对碳纳米管(CNTs)进行复合金属包覆，可以发挥不同组元间的复合效应，提高在高频范围的电磁屏蔽性能。本文对CNTs进行预处理后，采用超声喷雾化学镀的方法来制备镀镍碳纳米管(Ni-CNTs)，在此基础上分别采用化学镀和共沉淀法制备镍银包覆碳纳米管(Ni/Ag-CNTs)和镍铜包覆碳纳米管(Ni/Cu-CNTs)。采用TEM、FESEM和XRD对镀层形态及结构进行表征，结果表明，采用超声喷雾化学镀方法，在改善CNTs分散性的前提下可实现镍层在其表面均匀连续镀覆；并结合化学镀和共沉淀法分别成功制备出Ni/Ag-CNTs和Ni/Cu-CNTs。电磁屏蔽测试表明，Ni/Ag-CNTs和Ni/Cu-CNTs的电磁屏蔽性能显著优于Ni-CNTs (55.62dB)，分别达到了89.34 dB和72.21 dB。
2019, 48(1):263-268.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170363
摘要:
本文借助热压缩实验研究了变形温度、应变速率和变形量对铸态AZ31B镁合金热变形行为及组织演变的影响规律。结果表明：(1) 峰值应力随着应变速率的降低和温度的升高而减小,主要的形核机制为晶界弓出形核、亚晶旋转形核、孪生诱发形核,以及连续再结晶；(2) 低于400℃变形时,温度的升高有利于再结晶的发生及晶粒细化；高于400℃时,晶粒尺寸开始迅速增大；(3) 在小于等于400℃变形时,低速率0.1s-1更有利于再结晶晶粒细化；当变形温度高于400℃时,中速率1s-1更有利于再结晶晶粒细化；(4) 高温低速率变形时,变形量主要影响的是晶粒尺寸的大小,而高温高速率变形时,变形量主要影响的是动态再结晶程度的大小。
本文借助热压缩实验研究了变形温度、应变速率和变形量对铸态AZ31B镁合金热变形行为及组织演变的影响规律。结果表明：(1) 峰值应力随着应变速率的降低和温度的升高而减小,主要的形核机制为晶界弓出形核、亚晶旋转形核、孪生诱发形核,以及连续再结晶；(2) 低于400℃变形时,温度的升高有利于再结晶的发生及晶粒细化；高于400℃时,晶粒尺寸开始迅速增大；(3) 在小于等于400℃变形时,低速率0.1s-1更有利于再结晶晶粒细化；当变形温度高于400℃时,中速率1s-1更有利于再结晶晶粒细化；(4) 高温低速率变形时,变形量主要影响的是晶粒尺寸的大小,而高温高速率变形时,变形量主要影响的是动态再结晶程度的大小。
2019, 48(1):269-278.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170378
摘要:
采用陶瓷弹丸和铸钢丸+陶瓷丸为介质对FGH96合金车削表面进行喷丸强化,引入3种表面完整性状态。研究了一次喷丸、二次喷丸和车削状态下表面形貌、残余应力场和高温低循环疲劳寿命。结果表明：二次喷丸强化在消除车削刀痕和表面平均粗糙度增大的同时,引入了底部圆滑的弹坑,二次喷丸后Kurtosis值趋向3,但强度较小的一次喷丸仅能够部分消除刀痕；同时,一次喷丸和二次喷丸后,表面残余压应力由车削的-446MPa,提高到-1000MPa～-1100MPa,二次喷丸后残余压应力场深度由车削的100μm提高到250μm,一次喷丸残余压应力场深度与车削状态相当。在二次喷丸良好的表面完整性作用下,在650℃/εt=1.2%的试验条件下,相比于车削状态,二次喷丸后疲劳寿命提高108%；相比之下,一次喷丸提高21%；喷丸后疲劳寿命分散度减小。经过断口宏微观观察和反推分析说明,三种表面完整性状态的疲劳扩展寿命很接近,造成疲劳寿命差别的主要原因是裂纹萌生差别,二次喷丸的裂纹萌生寿命分别是一次喷丸的221%,以及车削状态的216%。利用工艺手段优化表面完整性是提高FGH96合金表面完整性和低循环疲劳寿命的关键。
采用陶瓷弹丸和铸钢丸+陶瓷丸为介质对FGH96合金车削表面进行喷丸强化,引入3种表面完整性状态。研究了一次喷丸、二次喷丸和车削状态下表面形貌、残余应力场和高温低循环疲劳寿命。结果表明：二次喷丸强化在消除车削刀痕和表面平均粗糙度增大的同时,引入了底部圆滑的弹坑,二次喷丸后Kurtosis值趋向3,但强度较小的一次喷丸仅能够部分消除刀痕；同时,一次喷丸和二次喷丸后,表面残余压应力由车削的-446MPa,提高到-1000MPa～-1100MPa,二次喷丸后残余压应力场深度由车削的100μm提高到250μm,一次喷丸残余压应力场深度与车削状态相当。在二次喷丸良好的表面完整性作用下,在650℃/εt=1.2%的试验条件下,相比于车削状态,二次喷丸后疲劳寿命提高108%；相比之下,一次喷丸提高21%；喷丸后疲劳寿命分散度减小。经过断口宏微观观察和反推分析说明,三种表面完整性状态的疲劳扩展寿命很接近,造成疲劳寿命差别的主要原因是裂纹萌生差别,二次喷丸的裂纹萌生寿命分别是一次喷丸的221%,以及车削状态的216%。利用工艺手段优化表面完整性是提高FGH96合金表面完整性和低循环疲劳寿命的关键。
2019, 48(1):300-308.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170429
摘要:
研究了水冷铜模铸造对添加Mn和Zr元素的6061铝合金的微观组织及力学性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜和EDS能谱,分析合金的微观组织；结合X射线衍射分析及Vegard定律,估算铸态及均匀化处理后Mg,Si和Mn元素在合金中的固溶度；通过拉伸实验测试含Mn和Zr 的6061铝合金力学性能。结果表明：水冷铜模亚快速凝固铸造降低了溶质元素Mg、Si、Mn在铸态合金中的偏析,减少了合金的均匀化处理时间；Mn和Zr元素的添加,使晶粒细化明显；水冷铜模使铸态析出相由骨骼状和条状的β铁相转变为颗粒状的α铁相,均匀化处理后主要以颗粒状的α-Al8(MnFe)2Si和α-Al8(MnFeCr)2Si相存在。采用水冷铜模铸造的含Mn和Zr的6061铝合金,其拉伸性能得到明显改善。经均匀化处理后其抗拉强度达到286MPa、屈服强度127MPa,延伸率17.84%。
研究了水冷铜模铸造对添加Mn和Zr元素的6061铝合金的微观组织及力学性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜和EDS能谱,分析合金的微观组织；结合X射线衍射分析及Vegard定律,估算铸态及均匀化处理后Mg,Si和Mn元素在合金中的固溶度；通过拉伸实验测试含Mn和Zr 的6061铝合金力学性能。结果表明：水冷铜模亚快速凝固铸造降低了溶质元素Mg、Si、Mn在铸态合金中的偏析,减少了合金的均匀化处理时间；Mn和Zr元素的添加,使晶粒细化明显；水冷铜模使铸态析出相由骨骼状和条状的β铁相转变为颗粒状的α铁相,均匀化处理后主要以颗粒状的α-Al8(MnFe)2Si和α-Al8(MnFeCr)2Si相存在。采用水冷铜模铸造的含Mn和Zr的6061铝合金,其拉伸性能得到明显改善。经均匀化处理后其抗拉强度达到286MPa、屈服强度127MPa,延伸率17.84%。
2019, 48(1):309-316.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170400
摘要:
本研究通过7B50合金改进型Jominy样品表面喷水淬火实验，在获得实测冷却曲线、不同时效状态合金的电导率和硬度的基础上，结合自然时效状态合金的微观组织，对7B50合金的淬透性及其临界平均冷却速率展开研究。结果表明：7B50合金自然时效50天的淬透深度为70 mm，对应淬火敏感温度区间（420℃~230℃）内的平均冷却速率为1.55℃·s-1；先自然时效50天再人工峰时效合金的淬透深度减至60 mm，对应的平均冷却速率为1.95℃·s-1；与自然时效状态相比，先自然时效再人工峰时效处理后合金的淬透性变差，淬火敏感性增加。表面喷水淬火时，非均匀析出相首先在晶界/亚晶界上析出，然后在基体内的Al3Zr粒子上析出；晶界/亚晶界上观察到析出相，出现在距淬火表面仅3 mm处，对应淬火敏感温度区间内的平均冷却速率高达981℃·s-1；基体内零星析出尺寸较小的非均匀析出相，出现在距淬火表面10 mm处，对应的平均冷却速率为37.75℃·s-1。喷水淬火后，距淬火表面25 mm处的性能与淬火表面处相比变化不大，该位置对应的平均冷却速率为9.34℃·s-1，远小于淬火表面处，控制7B50合金厚板的喷水淬火过程，使厚板内部的平均冷却速率接近但不低于9.34℃/s-1，厚板淬火-时效后将获得较好的性能。
本研究通过7B50合金改进型Jominy样品表面喷水淬火实验，在获得实测冷却曲线、不同时效状态合金的电导率和硬度的基础上，结合自然时效状态合金的微观组织，对7B50合金的淬透性及其临界平均冷却速率展开研究。结果表明：7B50合金自然时效50天的淬透深度为70 mm，对应淬火敏感温度区间（420℃~230℃）内的平均冷却速率为1.55℃·s-1；先自然时效50天再人工峰时效合金的淬透深度减至60 mm，对应的平均冷却速率为1.95℃·s-1；与自然时效状态相比，先自然时效再人工峰时效处理后合金的淬透性变差，淬火敏感性增加。表面喷水淬火时，非均匀析出相首先在晶界/亚晶界上析出，然后在基体内的Al3Zr粒子上析出；晶界/亚晶界上观察到析出相，出现在距淬火表面仅3 mm处，对应淬火敏感温度区间内的平均冷却速率高达981℃·s-1；基体内零星析出尺寸较小的非均匀析出相，出现在距淬火表面10 mm处，对应的平均冷却速率为37.75℃·s-1。喷水淬火后，距淬火表面25 mm处的性能与淬火表面处相比变化不大，该位置对应的平均冷却速率为9.34℃·s-1，远小于淬火表面处，控制7B50合金厚板的喷水淬火过程，使厚板内部的平均冷却速率接近但不低于9.34℃/s-1，厚板淬火-时效后将获得较好的性能。
2019, 48(1):317-322.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170424
摘要:
研究了双极时效热处理对激光沉积修复GH738合金显微组织及力学性能的影响。结果显示：沉积态显微组织为典型的外延柱状枝晶，枝晶间距为约10 μm。经过时效处理后，修复区组织开始长大、合并。沉积态未发现γ＇相，枝晶间存在立方状的MC型碳化物，枝晶干存在颗粒状M23C6型碳化物。经双级时效处理后，修复区析出γ＇相：稳定化温度为820℃时，γ＇相平均尺寸约为37nm，碳化物在晶界处呈断续状析出。随着稳定化温度升高，γ＇相及碳化物尺寸均有所增大，其中稳定化温度为840 ℃时，γ＇相平均尺寸约为76 nm，碳化物呈项链状析出；稳定化温度为860℃时，γ＇相平均尺寸无明显增大，部分γ＇相发生明显粗化，尺寸达到150 nm，晶界处碳化物开始呈包膜状析出。力学性能测试结果显示：时效处理后试样抗拉强度明显提高，随着稳定化温度升高，抗拉强度先升高后降低，断后伸长率不断降低。
研究了双极时效热处理对激光沉积修复GH738合金显微组织及力学性能的影响。结果显示：沉积态显微组织为典型的外延柱状枝晶，枝晶间距为约10 μm。经过时效处理后，修复区组织开始长大、合并。沉积态未发现γ＇相，枝晶间存在立方状的MC型碳化物，枝晶干存在颗粒状M23C6型碳化物。经双级时效处理后，修复区析出γ＇相：稳定化温度为820℃时，γ＇相平均尺寸约为37nm，碳化物在晶界处呈断续状析出。随着稳定化温度升高，γ＇相及碳化物尺寸均有所增大，其中稳定化温度为840 ℃时，γ＇相平均尺寸约为76 nm，碳化物呈项链状析出；稳定化温度为860℃时，γ＇相平均尺寸无明显增大，部分γ＇相发生明显粗化，尺寸达到150 nm，晶界处碳化物开始呈包膜状析出。力学性能测试结果显示：时效处理后试样抗拉强度明显提高，随着稳定化温度升高，抗拉强度先升高后降低，断后伸长率不断降低。
2019, 48(1):323-328.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170445
摘要:
本文通过电弧熔炼、熔体快淬及后续热处理,制备出了具有大磁熵变和磁滞损耗小的LaFe11.85Si1.15合金薄带。研究了不同热处理工艺对合金薄带物相组成、微观结构演变、磁熵变、居里温度及巡游电子变磁转变的影响。研究发现,不同退火时间对合金的1：13相含量和磁热效应影响显著,其中退火10 h所制薄带的1：13相含量最高,磁熵变最大,其在0-5 T磁场变化下,磁熵变和制冷能力分别可达20.54 J/(kg K)和417.21 J/kg,且具有明显的磁场诱导巡游电子变磁转变现象。而退火时间较短则不利于1：13相的形成,退火时间过长会引起1：13相的分解和a-Fe相含量的增加。
本文通过电弧熔炼、熔体快淬及后续热处理,制备出了具有大磁熵变和磁滞损耗小的LaFe11.85Si1.15合金薄带。研究了不同热处理工艺对合金薄带物相组成、微观结构演变、磁熵变、居里温度及巡游电子变磁转变的影响。研究发现,不同退火时间对合金的1：13相含量和磁热效应影响显著,其中退火10 h所制薄带的1：13相含量最高,磁熵变最大,其在0-5 T磁场变化下,磁熵变和制冷能力分别可达20.54 J/(kg K)和417.21 J/kg,且具有明显的磁场诱导巡游电子变磁转变现象。而退火时间较短则不利于1：13相的形成,退火时间过长会引起1：13相的分解和a-Fe相含量的增加。
2019, 48(1):329-334.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180597
摘要:
为了提高C/C基体材料在高温有氧环境中的抗烧蚀性能，本文尝试采用高能等离子喷涂工艺（HPPS）在C/C基体表面制备SiC涂层。在对SiC涂层制备工艺探索优化过程中共设计了3组HPPS喷涂参数，利用氧乙炔火焰对得到的涂层试验进行抗烧蚀性能考核，考核温度为1500℃，时间分别为150s和300s。通过XRD、SEM和EDS等方法对烧蚀前后涂层样品的成分及组织进行了检测表征。结果表明：3组参数所制得SiC涂层的孔隙率分别是21.3%、17.4%和15.3%，其原因是在主气流量相对较高和辅气流量较低的条件下，SiC粉末与等离子射流场特征匹配较好，SiC粉末颗粒加热较为充分，达到更好的熔融状态，而且获得较大的动能，因此所得涂层沉积率逐渐升高而孔隙率逐步降低；在涂层制备过程中SiC颗粒均发生了一定程度的氧化，导致涂层中含有一定量的非晶态SiO2；经过300s高温烧蚀考核后，SiC涂层为C/C基体提供了有效的防护。由于烧蚀过程中存在温度梯度，导致涂层表面在烧蚀后呈现三种不同的的烧蚀形貌，分别是中心致密区，过渡区和边缘疏松区。在烧蚀过程中，涂层中心区域表面形成的SiO2玻璃层，有利于阻挡O2的渗入，起到了抗氧化的作用。
为了提高C/C基体材料在高温有氧环境中的抗烧蚀性能，本文尝试采用高能等离子喷涂工艺（HPPS）在C/C基体表面制备SiC涂层。在对SiC涂层制备工艺探索优化过程中共设计了3组HPPS喷涂参数，利用氧乙炔火焰对得到的涂层试验进行抗烧蚀性能考核，考核温度为1500℃，时间分别为150s和300s。通过XRD、SEM和EDS等方法对烧蚀前后涂层样品的成分及组织进行了检测表征。结果表明：3组参数所制得SiC涂层的孔隙率分别是21.3%、17.4%和15.3%，其原因是在主气流量相对较高和辅气流量较低的条件下，SiC粉末与等离子射流场特征匹配较好，SiC粉末颗粒加热较为充分，达到更好的熔融状态，而且获得较大的动能，因此所得涂层沉积率逐渐升高而孔隙率逐步降低；在涂层制备过程中SiC颗粒均发生了一定程度的氧化，导致涂层中含有一定量的非晶态SiO2；经过300s高温烧蚀考核后，SiC涂层为C/C基体提供了有效的防护。由于烧蚀过程中存在温度梯度，导致涂层表面在烧蚀后呈现三种不同的的烧蚀形貌，分别是中心致密区，过渡区和边缘疏松区。在烧蚀过程中，涂层中心区域表面形成的SiO2玻璃层，有利于阻挡O2的渗入，起到了抗氧化的作用。
2019, 48(1):335-340.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171160
摘要:
采用放电等离子烧结(SPS)和常压氢气烧结制备了W-40vol.%ZrC的复合材料,研究了烧结温度对其密度、力学性能和微观组织的影响。结果表明,采用SPS烧结能在低于常压氢气烧结200℃下,实现W-40vol.%ZrC的高相对密度和高强度和细晶组织。采用SPS烧结在1600℃时的相对密度、硬度和抗弯强度分别达到为98.56%、HRA78.1和501MPa,W和ZrC的平均晶粒度分别为3μm和1.5μm；而采用常压氢气烧结在1860℃烧结时达到最优值,其相对密度、硬度和抗弯强度达到98.95%、HRA77.3和726MPa,W和ZrC的平均晶粒度分别为10μm和4.5μm。微观组织分析显示SPS烧结较常压氢气烧结制备W-40vol.%ZrC的ZrC相分布更加均匀细小,其能减少材料变形中由于ZrC团聚造成应力集中而引发的脆性断裂。
采用放电等离子烧结(SPS)和常压氢气烧结制备了W-40vol.%ZrC的复合材料,研究了烧结温度对其密度、力学性能和微观组织的影响。结果表明,采用SPS烧结能在低于常压氢气烧结200℃下,实现W-40vol.%ZrC的高相对密度和高强度和细晶组织。采用SPS烧结在1600℃时的相对密度、硬度和抗弯强度分别达到为98.56%、HRA78.1和501MPa,W和ZrC的平均晶粒度分别为3μm和1.5μm；而采用常压氢气烧结在1860℃烧结时达到最优值,其相对密度、硬度和抗弯强度达到98.95%、HRA77.3和726MPa,W和ZrC的平均晶粒度分别为10μm和4.5μm。微观组织分析显示SPS烧结较常压氢气烧结制备W-40vol.%ZrC的ZrC相分布更加均匀细小,其能减少材料变形中由于ZrC团聚造成应力集中而引发的脆性断裂。
2019, 48(1):341-347.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170451
摘要:
本文先通过浸渍-提拉法将纳米TiO2对棉花纤维表面进行修饰,再通过浸渍-NaBH4还原法将Pd纳米颗粒沉积在TiO2/棉花纤维(TC)表面,制备得到Pd/TiO2/棉花纤维复合催化材料(PTC)。所制备的复合催化材料用于室温氧化分解甲醛,研究了Pd负载量对催化性能的影响。结果表明,PTC催化材料具有远低于粉末状样品的气阻,此特点对催化材料的实际应用具有非常大的优势；该催化材料能有效室温分解甲醛成CO2和H2O。PTC催化材料的催化活性随Pd含量(0.25-1.0 wt%范围内)的增加而增加。鉴于PTC催化材料具有低气阻、轻质、使用灵活的属性和良好催化效率,以及载体棉花原料来源广泛、成本低等优点,因此它具有良好的实际应用于室内空气净化和相关催化过程的潜力。
本文先通过浸渍-提拉法将纳米TiO2对棉花纤维表面进行修饰,再通过浸渍-NaBH4还原法将Pd纳米颗粒沉积在TiO2/棉花纤维(TC)表面,制备得到Pd/TiO2/棉花纤维复合催化材料(PTC)。所制备的复合催化材料用于室温氧化分解甲醛,研究了Pd负载量对催化性能的影响。结果表明,PTC催化材料具有远低于粉末状样品的气阻,此特点对催化材料的实际应用具有非常大的优势；该催化材料能有效室温分解甲醛成CO2和H2O。PTC催化材料的催化活性随Pd含量(0.25-1.0 wt%范围内)的增加而增加。鉴于PTC催化材料具有低气阻、轻质、使用灵活的属性和良好催化效率,以及载体棉花原料来源广泛、成本低等优点,因此它具有良好的实际应用于室内空气净化和相关催化过程的潜力。
