2019年第48卷第10期文章目次
2019, 48(10):3081-3087.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181002
摘要:
采用熔体发泡法制备了一种镁基泡沫生物材料,其中以镁钙合金为基体材料,羟基磷灰石(HA)为增粘剂,以碳酸镁(MgCO3)为发泡剂。对结构均匀的镁基泡沫生物材料进行测试,研究其生物可降解行为。用腐蚀前后孔结构、浸泡试验和电化学测试对镁基泡沫材料的生物可降解性进行表征。结果表明,在固定时间内随着试样孔隙率的增加,失重率不断增加；相比于添加了羟基磷灰石(HA)的样品,不含HA颗粒地样品呈现出更高质量损失率。同时,Mg基泡沫生物材料的总孔隙率和羟基磷灰石(HA)含量均对Mg基泡沫材料的开孔率有重要的影响。在相同时间内,开孔率随试样总孔隙率的增加而增加。在模拟体液(SBF)介质中,含有羟基磷灰石(HA)的Mg基泡沫生物材料比不添加羟基磷灰石(HA)的试样具有更高的耐腐蚀性。
采用熔体发泡法制备了一种镁基泡沫生物材料,其中以镁钙合金为基体材料,羟基磷灰石(HA)为增粘剂,以碳酸镁(MgCO3)为发泡剂。对结构均匀的镁基泡沫生物材料进行测试,研究其生物可降解行为。用腐蚀前后孔结构、浸泡试验和电化学测试对镁基泡沫材料的生物可降解性进行表征。结果表明,在固定时间内随着试样孔隙率的增加,失重率不断增加；相比于添加了羟基磷灰石(HA)的样品,不含HA颗粒地样品呈现出更高质量损失率。同时,Mg基泡沫生物材料的总孔隙率和羟基磷灰石(HA)含量均对Mg基泡沫材料的开孔率有重要的影响。在相同时间内,开孔率随试样总孔隙率的增加而增加。在模拟体液(SBF)介质中,含有羟基磷灰石(HA)的Mg基泡沫生物材料比不添加羟基磷灰石(HA)的试样具有更高的耐腐蚀性。
2019, 48(10):3088-3094.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180477
摘要:
本文提出了以模板法-脱合金复合方法制备低密度分级多孔金。在该方法中，以直径为700 nm的二氧化（SiO2）微球作为模板，通过化学镀的方法依次制备了Ag@SiO2和Au@ Ag@ SiO2核壳粒子，并通过冷压-烧结方法制备了Au@ Ag@ SiO2合金块材。通过连续改变腐蚀溶液，SiO2模板以及Ag元素从Au@ Ag@ SiO2合金中完全去除。将SiO2从Au@ Ag@ SiO2微球完全去除从而得到了大尺寸空心球壳（直径约为675 nm），将Ag元素脱合金去除从而在球壳表面形成了许多小尺寸的孔结构（直径约为75nm）。TEM图像表明，块状金样品中的韧带由具有多晶特性的纳米晶粒组成。这种具有低密度1.1 g/cm3（相对密度为5.7%）和高表面积4.24 m2/g的分级纳米多孔金材料在碱性溶液中对甲醇电氧化具有优良的催化活性以及快速的传质速率，表明其在催化领域具有广阔的应用前景。
本文提出了以模板法-脱合金复合方法制备低密度分级多孔金。在该方法中，以直径为700 nm的二氧化（SiO2）微球作为模板，通过化学镀的方法依次制备了Ag@SiO2和Au@ Ag@ SiO2核壳粒子，并通过冷压-烧结方法制备了Au@ Ag@ SiO2合金块材。通过连续改变腐蚀溶液，SiO2模板以及Ag元素从Au@ Ag@ SiO2合金中完全去除。将SiO2从Au@ Ag@ SiO2微球完全去除从而得到了大尺寸空心球壳（直径约为675 nm），将Ag元素脱合金去除从而在球壳表面形成了许多小尺寸的孔结构（直径约为75nm）。TEM图像表明，块状金样品中的韧带由具有多晶特性的纳米晶粒组成。这种具有低密度1.1 g/cm3（相对密度为5.7%）和高表面积4.24 m2/g的分级纳米多孔金材料在碱性溶液中对甲醇电氧化具有优良的催化活性以及快速的传质速率，表明其在催化领域具有广阔的应用前景。
2019, 48(10):3095-3101.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180637
摘要:
本研究利用放电等离子烧结(SPS)预合金粉末的方法,成功制备出生物医用的近β钛合金Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn (wt %)。 近β钛合金的预合金粉末利用等离子旋转电极法制备,粉末的凝固组织主要是由β相主导的不发达的树枝晶组成,同时存在少量的β相单晶组织粉末球。1000℃/5min/50MPa条件下的SPS可以完全致密化近β钛合金的预合金粉末,并且消除原始的凝固偏析结构。β单相区固溶处理后,合金组织由β相和α″相组成,合金的拉伸强度达到815MPa,延伸率达到14%,同时具备62GPa较低的弹性模量。进一步500℃时效处理,合金组织中产生大量的纳米针状α相,使得合金的拉伸强度达到1015MPa,同时具备较好的延伸率和中等的弹性模量。然而,应当避免过低的时效处理温度,防止脆性ω相的析出。
本研究利用放电等离子烧结(SPS)预合金粉末的方法,成功制备出生物医用的近β钛合金Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn (wt %)。 近β钛合金的预合金粉末利用等离子旋转电极法制备,粉末的凝固组织主要是由β相主导的不发达的树枝晶组成,同时存在少量的β相单晶组织粉末球。1000℃/5min/50MPa条件下的SPS可以完全致密化近β钛合金的预合金粉末,并且消除原始的凝固偏析结构。β单相区固溶处理后,合金组织由β相和α″相组成,合金的拉伸强度达到815MPa,延伸率达到14%,同时具备62GPa较低的弹性模量。进一步500℃时效处理,合金组织中产生大量的纳米针状α相,使得合金的拉伸强度达到1015MPa,同时具备较好的延伸率和中等的弹性模量。然而,应当避免过低的时效处理温度,防止脆性ω相的析出。
2019, 48(10):3102-3107.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180393
摘要:
铝基碳化硼复合材料是一种重要的中子吸收材料。为了制备具有更高密度的铝基碳化硼材料,研究采用粉末冶金半固态热等静压方法制备了含量为30%碳化硼的铝基碳化硼材料,采用WANCE100型材料力学性能试验机和SIRION200型扫描电镜研究了复合材料的力学性能及显微形貌。结果表明：半固态热等静压工艺可制备获得接近理论密度的Al/B4C复合材料；虽然Al/B4C材料抗拉强度可提升至约300Mpa,但过高碳化硼含量也使得该材料脆性特征十分明显；研究同时采用间接的方法观察到了半固态工艺过程中生成的液相,该液相不仅可改善碳化硼颗粒与铝基体的结合性,在高温高压下液相的流动还起到填充复合材料内部空隙的作用。半固态热等静压工艺过程中产生的液相是复合材料密度和机械性能提升的主要原因。
铝基碳化硼复合材料是一种重要的中子吸收材料。为了制备具有更高密度的铝基碳化硼材料,研究采用粉末冶金半固态热等静压方法制备了含量为30%碳化硼的铝基碳化硼材料,采用WANCE100型材料力学性能试验机和SIRION200型扫描电镜研究了复合材料的力学性能及显微形貌。结果表明：半固态热等静压工艺可制备获得接近理论密度的Al/B4C复合材料；虽然Al/B4C材料抗拉强度可提升至约300Mpa,但过高碳化硼含量也使得该材料脆性特征十分明显；研究同时采用间接的方法观察到了半固态工艺过程中生成的液相,该液相不仅可改善碳化硼颗粒与铝基体的结合性,在高温高压下液相的流动还起到填充复合材料内部空隙的作用。半固态热等静压工艺过程中产生的液相是复合材料密度和机械性能提升的主要原因。
2019, 48(10):3108-3112.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180297
摘要:
目前，具有高效、宽、薄等特点的微波吸收材料已经引起了研究人员的广泛关注。在此文中，采用真空电弧熔炼和高能球磨法制备片状NdxCe2-xCo17合金粉末并且通过相关设备研究Nd含量和匹配厚度对相组成、形貌、电磁参数和微波吸收性能的影响。结果显示，Nd0.3Ce1.7Co17粉末的最大反射率可以达到-32.36dB，同时有效带宽能扩大4倍。此外，调整Nd含量能成功优化Ce2Co17合金粉末的微波吸收性能。随着Nd含量的增加，吸收峰有向低频段移动的趋势，并且当厚度为1.8mm时，Nd0.3Ce1.7Co17 粉末在7.28 GHz处，最大反射率可以达到-30.53 dB并且有效带宽为2.24 GHz,这些表明Nd-Ce-Co合金可以用作在C波段具有低厚度、宽频和高效等特点的理想吸收材料。
目前，具有高效、宽、薄等特点的微波吸收材料已经引起了研究人员的广泛关注。在此文中，采用真空电弧熔炼和高能球磨法制备片状NdxCe2-xCo17合金粉末并且通过相关设备研究Nd含量和匹配厚度对相组成、形貌、电磁参数和微波吸收性能的影响。结果显示，Nd0.3Ce1.7Co17粉末的最大反射率可以达到-32.36dB，同时有效带宽能扩大4倍。此外，调整Nd含量能成功优化Ce2Co17合金粉末的微波吸收性能。随着Nd含量的增加，吸收峰有向低频段移动的趋势，并且当厚度为1.8mm时，Nd0.3Ce1.7Co17 粉末在7.28 GHz处，最大反射率可以达到-30.53 dB并且有效带宽为2.24 GHz,这些表明Nd-Ce-Co合金可以用作在C波段具有低厚度、宽频和高效等特点的理想吸收材料。
2019, 48(10):3113-3117.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180245
摘要:
本文以氢氧混合气体为爆炸源，乙酰丙酮铜(II)为前驱体，采用操作简单、高效的气相爆轰方式合成了类球形的铜纳米晶颗粒。进一步采用XRD、TEM、SAED和EDX对所获得产物的形貌特征、物相组成和微观结构进行了表征和分析。同时为了预测气相爆轰流场中铜纳米颗粒的生长特性，将Kruis模型引入气体爆轰反应程序中。研究结果表明：实验合成的类球型FCC结构纳米铜晶体分散性良好，平均粒径在24 nm左右且纳米铜晶体外包覆了1nm左右的较薄石墨层。基于Kruis模型对球形铜纳米粒子的生长特性预测结果与实验数据吻合较好，为可控合成铜纳米粒子提供了可靠的理论指导。
本文以氢氧混合气体为爆炸源，乙酰丙酮铜(II)为前驱体，采用操作简单、高效的气相爆轰方式合成了类球形的铜纳米晶颗粒。进一步采用XRD、TEM、SAED和EDX对所获得产物的形貌特征、物相组成和微观结构进行了表征和分析。同时为了预测气相爆轰流场中铜纳米颗粒的生长特性，将Kruis模型引入气体爆轰反应程序中。研究结果表明：实验合成的类球型FCC结构纳米铜晶体分散性良好，平均粒径在24 nm左右且纳米铜晶体外包覆了1nm左右的较薄石墨层。基于Kruis模型对球形铜纳米粒子的生长特性预测结果与实验数据吻合较好，为可控合成铜纳米粒子提供了可靠的理论指导。
2019, 48(10):3215-3220.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190093
摘要:
采用电沉积方法制备了孔隙分布均匀且沉积层从 2到 5 层的多孔Cu/Ni复合材料。研究了不同工艺参数对多孔Cu/Ni复合材料的微观结构形貌和力学性能。多孔Cu/Ni复合材料的微观结构形貌与表征参数与沉积层数密切相关,其平均孔径、孔隙率随沉积层数增加而减小,其比表面积、表观密度随沉积层数增加而增大,多孔Cu/Ni复合材料的铜层与镍层之间由于原子扩散形成固溶体合金层。材料的力学性能随沉积层数增加而提高,压缩强度可达 17.36 MPa,杨氏模量增加 7.9倍,单位体积吸能本领提高13.9倍。
采用电沉积方法制备了孔隙分布均匀且沉积层从 2到 5 层的多孔Cu/Ni复合材料。研究了不同工艺参数对多孔Cu/Ni复合材料的微观结构形貌和力学性能。多孔Cu/Ni复合材料的微观结构形貌与表征参数与沉积层数密切相关,其平均孔径、孔隙率随沉积层数增加而减小,其比表面积、表观密度随沉积层数增加而增大,多孔Cu/Ni复合材料的铜层与镍层之间由于原子扩散形成固溶体合金层。材料的力学性能随沉积层数增加而提高,压缩强度可达 17.36 MPa,杨氏模量增加 7.9倍,单位体积吸能本领提高13.9倍。
2019, 48(10):3221-3226.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181068
摘要:
对前驱体粉体颗粒注入到等离子中的等离子温度变化情况进行研究可为粉体球化工艺优化提供参考。本文采用单一因素法研究了钨（W）粉注入前后不同功率及不同位置处等离子射流发射光强及温度的变化规律，并对粒度D50=20±5μm的W粉进行了球形化处理及性能表征。结果表明：W粉颗粒的注入使等离子发射光强、温度均下降；随着功率增加，对等离子温度的影响效应减弱；当P=56kW时，球化率与卫星率分别约为95%和21%，粉体的流动性及密度均明显改善。
对前驱体粉体颗粒注入到等离子中的等离子温度变化情况进行研究可为粉体球化工艺优化提供参考。本文采用单一因素法研究了钨（W）粉注入前后不同功率及不同位置处等离子射流发射光强及温度的变化规律，并对粒度D50=20±5μm的W粉进行了球形化处理及性能表征。结果表明：W粉颗粒的注入使等离子发射光强、温度均下降；随着功率增加，对等离子温度的影响效应减弱；当P=56kW时，球化率与卫星率分别约为95%和21%，粉体的流动性及密度均明显改善。
2019, 48(10):3227-3233.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190214
摘要:
采用电极感应熔炼气雾化（EIGA）制粉和热等静压（HIP）固结成形制备Ti-43Al-9V-0.3Y合金。研究了热等静压温度和粉末粒度对TiAl合金显微组织和力学性能的影响。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、定量金相（OM）、质谱仪（MS）对样品进行了分析表征。结果表明，TiAl合金粉末主要相组成为β/B2相，经热等静压固结成形后合金主要由γ和β/B2相组成，此外两种状态的合金中都含有少量YAl2和Y2O3相。TiAl合金在1000℃～1260℃范围150MPa、3h条件下热等静压，组织均为近γ组织，随着温度的升高，γ相尺寸增大，室温和700℃拉伸强度有一定的降低，但伸长率显著升高。在0～250μm范围，粉末粒径越小，空心粉含量和Ar含量越低。将同炉3个粒度段（<53μm、53～105μm、105～250μm）的TiAl合金粉末分别经1200℃/150MPa/3h热等静压固结成形，合金显微组织和拉伸强度随粒度变化不明显，但合金高温拉伸伸长率随粉末粒度的减小而升高。
采用电极感应熔炼气雾化（EIGA）制粉和热等静压（HIP）固结成形制备Ti-43Al-9V-0.3Y合金。研究了热等静压温度和粉末粒度对TiAl合金显微组织和力学性能的影响。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、定量金相（OM）、质谱仪（MS）对样品进行了分析表征。结果表明，TiAl合金粉末主要相组成为β/B2相，经热等静压固结成形后合金主要由γ和β/B2相组成，此外两种状态的合金中都含有少量YAl2和Y2O3相。TiAl合金在1000℃～1260℃范围150MPa、3h条件下热等静压，组织均为近γ组织，随着温度的升高，γ相尺寸增大，室温和700℃拉伸强度有一定的降低，但伸长率显著升高。在0～250μm范围，粉末粒径越小，空心粉含量和Ar含量越低。将同炉3个粒度段（<53μm、53～105μm、105～250μm）的TiAl合金粉末分别经1200℃/150MPa/3h热等静压固结成形，合金显微组织和拉伸强度随粒度变化不明显，但合金高温拉伸伸长率随粉末粒度的减小而升高。
2019, 48(10):3234-3240.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180282
摘要:
通过粉末筛粉和混合制得到不同粒度分布的钛合金粉末，研究了粉末物理特性对选区激光熔化（SLM，selective laser melting）打印质量、沉积态及热处理后微观组织的影响。结果表明，细粉比例增加，粉末中值粒径下降，流动性下降，松装密度变化不显著；三种粉末粒径打印后，致密度均在99%以上，表面粗糙度随细粉增加粗糙度下降，细粉量在23%时，孔隙率最小；成型后沉积态组织横截面为初生β晶粒，内部为针状α′马氏体，纵截面可见明显柱状晶；热处理表明，α′马氏体600-800℃分解，且在800℃时α+β片层变粗，热处理时应严格控制退火温度和时间，避免片层粗化，影响性能。
通过粉末筛粉和混合制得到不同粒度分布的钛合金粉末，研究了粉末物理特性对选区激光熔化（SLM，selective laser melting）打印质量、沉积态及热处理后微观组织的影响。结果表明，细粉比例增加，粉末中值粒径下降，流动性下降，松装密度变化不显著；三种粉末粒径打印后，致密度均在99%以上，表面粗糙度随细粉增加粗糙度下降，细粉量在23%时，孔隙率最小；成型后沉积态组织横截面为初生β晶粒，内部为针状α′马氏体，纵截面可见明显柱状晶；热处理表明，α′马氏体600-800℃分解，且在800℃时α+β片层变粗，热处理时应严格控制退火温度和时间，避免片层粗化，影响性能。
2019, 48(10):3241-3245.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180325
摘要:
本文设计两种不锈钢纤维多孔材料的铺制方法：平行铺制和直立铺制，通过控制铺制方法、长径比和烧结工艺得到具有不同孔结构的不锈钢纤维多孔材料，对具有不同孔结构的不锈钢纤维多孔材料的吸声性能进行分析，结果表明，长径比为5000的不锈钢纤维多孔材料的性价比最高；当材料厚度≤15mm时，平行铺制的纤维多孔材料较直立铺制的吸声性能好；当材料厚度＞15mm时，铺制方法的影响不显著；烧结结点数量的多少对不锈钢纤维多孔材料吸声性能贡献不大。
本文设计两种不锈钢纤维多孔材料的铺制方法：平行铺制和直立铺制，通过控制铺制方法、长径比和烧结工艺得到具有不同孔结构的不锈钢纤维多孔材料，对具有不同孔结构的不锈钢纤维多孔材料的吸声性能进行分析，结果表明，长径比为5000的不锈钢纤维多孔材料的性价比最高；当材料厚度≤15mm时，平行铺制的纤维多孔材料较直立铺制的吸声性能好；当材料厚度＞15mm时，铺制方法的影响不显著；烧结结点数量的多少对不锈钢纤维多孔材料吸声性能贡献不大。
2019, 48(10):3246-3251.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180341
摘要:
通过电渣重熔-雾化制粉技术制备得到低氧、超细高速钢粉末,采用无包套-热等静压技术制备得到高性能粉末高速钢。研究了不同粒度、不同氧含量高速钢粉末对烧结特性的影响,对组织和性能进行了测试和分析。结果表明,高速钢粉末的平均粒度小于12 μm,氧含量小于100 ppm,烧结致密化后组织均匀、碳化物细小,经热处理后抗弯强度达4200 MPa,冲击功达22 J,硬度达65 HRC。
通过电渣重熔-雾化制粉技术制备得到低氧、超细高速钢粉末,采用无包套-热等静压技术制备得到高性能粉末高速钢。研究了不同粒度、不同氧含量高速钢粉末对烧结特性的影响,对组织和性能进行了测试和分析。结果表明,高速钢粉末的平均粒度小于12 μm,氧含量小于100 ppm,烧结致密化后组织均匀、碳化物细小,经热处理后抗弯强度达4200 MPa,冲击功达22 J,硬度达65 HRC。
2019, 48(10):3252-3257.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180345
摘要:
纳米多孔银因其比表面积大且活性位点密度高等特性，在甲醛高效检测领域有潜在应用。本研究在0.1 mol?L-1盐酸溶液中对Ag30Zn70合金通过化学脱合金和电化学脱合金法两种方法制备纳米多孔银，研究化学脱合金时间和电化学脱合金电压对纳米多孔银孔结构的影响以及多孔结构的甲醛检测灵敏度和有效检测范围。结果表明，在自然浸泡24小时过程中，金属间化合物ε相中Zn发生缓慢选择溶解，形成纳米多孔Ag及残存ε相的共存结构，通过化学脱合金难以制备出Ag相占比高的纳米多孔结构。通过电化学脱合金方式施加电压0.1 V极化6000 s后，可制备出孔径约80 nm的三维连续贯通的纳米多孔银结构。循环伏安测定结果表明，在0.1 mol?L-1 KOH基液中，甲醛氧化电流密度随着甲醛浓度的增加而增大，氧化电流密度与甲醛浓度在10~100 mmol?L-1范围内呈良好的线性关系，甲醛检测灵敏度为0.1。纳米多孔银在50~100 mmol?L-1的高浓度范围表现出优异的甲醛检测性能。
纳米多孔银因其比表面积大且活性位点密度高等特性，在甲醛高效检测领域有潜在应用。本研究在0.1 mol?L-1盐酸溶液中对Ag30Zn70合金通过化学脱合金和电化学脱合金法两种方法制备纳米多孔银，研究化学脱合金时间和电化学脱合金电压对纳米多孔银孔结构的影响以及多孔结构的甲醛检测灵敏度和有效检测范围。结果表明，在自然浸泡24小时过程中，金属间化合物ε相中Zn发生缓慢选择溶解，形成纳米多孔Ag及残存ε相的共存结构，通过化学脱合金难以制备出Ag相占比高的纳米多孔结构。通过电化学脱合金方式施加电压0.1 V极化6000 s后，可制备出孔径约80 nm的三维连续贯通的纳米多孔银结构。循环伏安测定结果表明，在0.1 mol?L-1 KOH基液中，甲醛氧化电流密度随着甲醛浓度的增加而增大，氧化电流密度与甲醛浓度在10~100 mmol?L-1范围内呈良好的线性关系，甲醛检测灵敏度为0.1。纳米多孔银在50~100 mmol?L-1的高浓度范围表现出优异的甲醛检测性能。
2019, 48(10):3258-3264.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180395
摘要:
本文采用示差扫描量热分析和热模拟连续冷却实验,系统地研究了新型高性能三代粉末高温合金在γ′相固溶线温度以上连续冷却过程中强化相γ′相多批次析出行为。研究结果表明,合金在0.1和0.4 ℃.s-1冷却速率下可以获得γ′相多模尺寸分布显微组织。这种γ′相多批次析出与冷却速率密切相关,缓慢冷却是造成γ′相尺寸多模分布的主要因素。采用线性回归方法拟合得到二次γ′相平均尺寸与冷却速率定量关系。分析和讨论了在γ相基体上形成多模γ′相尺寸分布的动力学机理。对具有多模γ′相尺寸分布的合金进行时效处理发现,由于合金显微组织中大尺寸二次γ′相的形态不稳定,出现γ′相反粗化现象,即随着时效时间增加,γ′相尺寸逐渐减小。这种反粗化效应使合金强度升高,增强合金显微组织稳定性。讨论了反粗化效应的发生条件,对研发新型高性能粉末高温合金提供制造工艺和组织调控的理论依据。
本文采用示差扫描量热分析和热模拟连续冷却实验,系统地研究了新型高性能三代粉末高温合金在γ′相固溶线温度以上连续冷却过程中强化相γ′相多批次析出行为。研究结果表明,合金在0.1和0.4 ℃.s-1冷却速率下可以获得γ′相多模尺寸分布显微组织。这种γ′相多批次析出与冷却速率密切相关,缓慢冷却是造成γ′相尺寸多模分布的主要因素。采用线性回归方法拟合得到二次γ′相平均尺寸与冷却速率定量关系。分析和讨论了在γ相基体上形成多模γ′相尺寸分布的动力学机理。对具有多模γ′相尺寸分布的合金进行时效处理发现,由于合金显微组织中大尺寸二次γ′相的形态不稳定,出现γ′相反粗化现象,即随着时效时间增加,γ′相尺寸逐渐减小。这种反粗化效应使合金强度升高,增强合金显微组织稳定性。讨论了反粗化效应的发生条件,对研发新型高性能粉末高温合金提供制造工艺和组织调控的理论依据。
2019, 48(10):3265-3274.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180426
摘要:
为低成本制备高性能石墨/铜复合材料,以酚醛树脂包覆石墨粉、电解铜粉、二氧化硅为原料,采用传统的粉末冶金工艺制备了树脂碳包覆石墨/铜复合材料,对比了其与天然鳞片石墨/铜复合材料和镀铜石墨/铜复合材料组织和性能的差异。发现酚醛树脂包覆可有效保护石墨结构完整性,还原铜表面氧化膜,促进铜的扩散烧结,利于致密化。与天然鳞片石墨/铜复合材料相比,树脂碳包覆石墨/铜复合材料的导电性能、力学性能和摩擦磨损性能提高,其电导率、抗弯强度和硬度分别为9.87 MS.m-1、81 MPa、22 HV,与镀铜石墨/铜复合材料的相当,且摩擦磨损性能略优于镀铜石墨/铜复合材料。
为低成本制备高性能石墨/铜复合材料,以酚醛树脂包覆石墨粉、电解铜粉、二氧化硅为原料,采用传统的粉末冶金工艺制备了树脂碳包覆石墨/铜复合材料,对比了其与天然鳞片石墨/铜复合材料和镀铜石墨/铜复合材料组织和性能的差异。发现酚醛树脂包覆可有效保护石墨结构完整性,还原铜表面氧化膜,促进铜的扩散烧结,利于致密化。与天然鳞片石墨/铜复合材料相比,树脂碳包覆石墨/铜复合材料的导电性能、力学性能和摩擦磨损性能提高,其电导率、抗弯强度和硬度分别为9.87 MS.m-1、81 MPa、22 HV,与镀铜石墨/铜复合材料的相当,且摩擦磨损性能略优于镀铜石墨/铜复合材料。
2019, 48(10):3275-3281.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180558
摘要:
以淀粉、蒸馏水、NaCl粉末为原料，混合制成胶状盐团后70℃油浴加热，同时在机械搅拌切削的作用下得到球形度较高的NaCl小球，然后经高温烧结获得粒径分布主要在0.4-2.4mm，表面分布有少量微孔（孔径约10-20μm）且纯净度很高的NaCl小球。选用0.6-1.0mm的盐球作为造孔剂，利用Autotap震动将铝粉填入“盐床”缝隙，再经200MPa冷压成型后获得生坯，然后在蒸馏水中浸泡将盐球溶解去除，最后在460℃下烧结2h得到结构可控且工艺重现性很高的三维连通开孔性泡沫铝，其相对密度与孔隙率分别为0.217和78.3%。泡沫铝胞洞之间的连通窗口数量平均在4-6个，窗口尺寸约在120-200μm之间；压缩载荷-位移曲线表明泡沫铝在压缩变形过程中经历了弹性变形阶段-坪应力区-应力陡增阶段，表现出典型的泡沫金属压缩力学性能特点，其最大抗压强度与杨氏模量分别是2.42MPa和0.38GPa。
以淀粉、蒸馏水、NaCl粉末为原料，混合制成胶状盐团后70℃油浴加热，同时在机械搅拌切削的作用下得到球形度较高的NaCl小球，然后经高温烧结获得粒径分布主要在0.4-2.4mm，表面分布有少量微孔（孔径约10-20μm）且纯净度很高的NaCl小球。选用0.6-1.0mm的盐球作为造孔剂，利用Autotap震动将铝粉填入“盐床”缝隙，再经200MPa冷压成型后获得生坯，然后在蒸馏水中浸泡将盐球溶解去除，最后在460℃下烧结2h得到结构可控且工艺重现性很高的三维连通开孔性泡沫铝，其相对密度与孔隙率分别为0.217和78.3%。泡沫铝胞洞之间的连通窗口数量平均在4-6个，窗口尺寸约在120-200μm之间；压缩载荷-位移曲线表明泡沫铝在压缩变形过程中经历了弹性变形阶段-坪应力区-应力陡增阶段，表现出典型的泡沫金属压缩力学性能特点，其最大抗压强度与杨氏模量分别是2.42MPa和0.38GPa。
2019, 48(10):3282-3288.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180687
摘要:
摘 要: 研究了直接热等静压（As-HIP）成形的一种镍基粉末高温合金中原始颗粒边界（PPB）对其裂纹扩展行为的影响。结果表明，粉末高温合金中的原始颗粒边界上析出的碳、氧化物会导致断裂韧性(KIC值)降低，使界面极易萌生裂纹;在裂纹扩展过程中发生沿颗粒间断开，改变扩展棱的走向，并加剧裂纹沿晶界扩展，使裂纹扩展速率增快；沿原始颗粒边界扩展的裂纹尖端的断裂韧度与边界析出物的物理性质、数量、尺寸密切相关，析出物排列越密集，KIC值越小，会加速裂纹在这些薄弱区扩展。
摘 要: 研究了直接热等静压（As-HIP）成形的一种镍基粉末高温合金中原始颗粒边界（PPB）对其裂纹扩展行为的影响。结果表明，粉末高温合金中的原始颗粒边界上析出的碳、氧化物会导致断裂韧性(KIC值)降低，使界面极易萌生裂纹;在裂纹扩展过程中发生沿颗粒间断开，改变扩展棱的走向，并加剧裂纹沿晶界扩展，使裂纹扩展速率增快；沿原始颗粒边界扩展的裂纹尖端的断裂韧度与边界析出物的物理性质、数量、尺寸密切相关，析出物排列越密集，KIC值越小，会加速裂纹在这些薄弱区扩展。
2019, 48(10):3289-3296.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180775
摘要:
采用球磨合金化的方式，在常规GH4169合金粉末中添加Nb元素，利用激光增材制造技术成形了具有不同Nb含量的GH4169试样，研究了Nb含量对激光增材制造GH4169合金组织的影响。结果表明：激光增材制造Nb合金化GH4169合金显微晶粒结构仍为粗大柱状晶组织；随着Nb含量的增加，合金粉末在熔池中合金化反应放热量增多，使得柱状晶的生长方向由偏离激光束中心向外生长逐渐变化为朝向激光束中心向内生长。由于熔池中溶质浓度和粉末熔化放热量的增加，使得枝晶间γ+Laves共晶组织的数量增多，逐渐形成连续网状的共晶组织；DSC分析结果发现，随着Nb元素添加量的增加，共晶Laves相的初熔点升高，枝晶干γ相的熔点略有降低。另外，合金化改变了初生γ相的成分，枝晶干Nb元素含量最高浓度达到7.5wt.%，合金固溶强化作用得到加强。
采用球磨合金化的方式，在常规GH4169合金粉末中添加Nb元素，利用激光增材制造技术成形了具有不同Nb含量的GH4169试样，研究了Nb含量对激光增材制造GH4169合金组织的影响。结果表明：激光增材制造Nb合金化GH4169合金显微晶粒结构仍为粗大柱状晶组织；随着Nb含量的增加，合金粉末在熔池中合金化反应放热量增多，使得柱状晶的生长方向由偏离激光束中心向外生长逐渐变化为朝向激光束中心向内生长。由于熔池中溶质浓度和粉末熔化放热量的增加，使得枝晶间γ+Laves共晶组织的数量增多，逐渐形成连续网状的共晶组织；DSC分析结果发现，随着Nb元素添加量的增加，共晶Laves相的初熔点升高，枝晶干γ相的熔点略有降低。另外，合金化改变了初生γ相的成分，枝晶干Nb元素含量最高浓度达到7.5wt.%，合金固溶强化作用得到加强。
2019, 48(10):3297-3301.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180810
摘要:
以Ti粉和Al、Fe、Mo等元素粉末为原料,采用粉末冶金工艺制备了Ti-Al-Fe-Mo合金,并最终制成摩托车发动机用钛气门,研究了钛合金制备过程中的组织和性能演变规律,考察了钛气门的装机试验使用效果。结果表明,采用粉末冶金工艺制备的Ti-Al-Fe-Mo合金具有优良的综合性能,其抗拉强度为1232 MPa,屈服强度为1186 MPa,延伸率为6.5 %,硬度为49 HRC。在钛合金表面涂覆TiN硬质耐磨涂层后,制成的钛气门可满足摩托车发动机的装机测试要求。与使用钢制气门相比,使用钛气门可以使发动机的功率和扭矩提高约12%,油耗降低1%,并显著降低噪音。
以Ti粉和Al、Fe、Mo等元素粉末为原料,采用粉末冶金工艺制备了Ti-Al-Fe-Mo合金,并最终制成摩托车发动机用钛气门,研究了钛合金制备过程中的组织和性能演变规律,考察了钛气门的装机试验使用效果。结果表明,采用粉末冶金工艺制备的Ti-Al-Fe-Mo合金具有优良的综合性能,其抗拉强度为1232 MPa,屈服强度为1186 MPa,延伸率为6.5 %,硬度为49 HRC。在钛合金表面涂覆TiN硬质耐磨涂层后,制成的钛气门可满足摩托车发动机的装机测试要求。与使用钢制气门相比,使用钛气门可以使发动机的功率和扭矩提高约12%,油耗降低1%,并显著降低噪音。
2019, 48(10):3302-3308.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180592
摘要:
采用国产自行研制的无坩埚电极感应熔炼气体雾化(EIGA)设备制备Ti-6Al-4V合金粉末，实验使用环孔型和环缝型两种气雾化喷嘴，改变雾化压力和熔炼功率，设计四组工艺参数，研究雾化工艺对粉末性能的影响规律。根据激光选区熔化(SLM)对粉末的要求，将筛分得到的粒径小于53 μm的粉末进行表征，采用MASTERSIZE 2000激光粒度分析仪分析不同雾化工艺制备粉末的粒度分布，采用欧奇奥500NanoXY+HR型粒度粒形分析仪对粉末的粒形进行量化表征分析。结果表明，采用环缝型喷嘴、5 MPa的雾化压力和25 kW的熔炼功率的工艺参数组合制备的粉末效果最佳，得到的粉末粒径较小且分布集中，粉末粒度呈近似正态分布，D10、D50和D90分别为19.4 μm、31.9 μm和51.5 μm；粉末的球形度较高，粉末圆度的平均值为90.6%，欧奇奥钝度的平均值为92.7%，超过80%的粉末赘生物指数为0，卫星粉较少。通过XRD、SEM、EDS能谱和氧氮仪等手段对粉末进一步分析，发现粉末内部组织为不同取向的针状α′马氏体，空心粉含量较少，粉末成分无损耗且氧含量较低。对该粉末进行ＳＬＭ成形，成形件致密度达到99.02%，表面粗糙度为4.98 μm，显微硬度为352.5 HV0.5。
采用国产自行研制的无坩埚电极感应熔炼气体雾化(EIGA)设备制备Ti-6Al-4V合金粉末，实验使用环孔型和环缝型两种气雾化喷嘴，改变雾化压力和熔炼功率，设计四组工艺参数，研究雾化工艺对粉末性能的影响规律。根据激光选区熔化(SLM)对粉末的要求，将筛分得到的粒径小于53 μm的粉末进行表征，采用MASTERSIZE 2000激光粒度分析仪分析不同雾化工艺制备粉末的粒度分布，采用欧奇奥500NanoXY+HR型粒度粒形分析仪对粉末的粒形进行量化表征分析。结果表明，采用环缝型喷嘴、5 MPa的雾化压力和25 kW的熔炼功率的工艺参数组合制备的粉末效果最佳，得到的粉末粒径较小且分布集中，粉末粒度呈近似正态分布，D10、D50和D90分别为19.4 μm、31.9 μm和51.5 μm；粉末的球形度较高，粉末圆度的平均值为90.6%，欧奇奥钝度的平均值为92.7%，超过80%的粉末赘生物指数为0，卫星粉较少。通过XRD、SEM、EDS能谱和氧氮仪等手段对粉末进一步分析，发现粉末内部组织为不同取向的针状α′马氏体，空心粉含量较少，粉末成分无损耗且氧含量较低。对该粉末进行ＳＬＭ成形，成形件致密度达到99.02%，表面粗糙度为4.98 μm，显微硬度为352.5 HV0.5。
2019, 48(10):3118-3123.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180999
摘要:
采用固相反应法成功合成了具有纳米结构的p型COSb3。样品的物相组成和晶体结构采用XRD和SEM进行了表征。在室温下对不同温度和保温时间制备的样品进行了电学性质测试,选择了室温功率因子较好的样品,研究了不同温度下的热电性能。研究结果表明：采用球磨结合固相反法应制备可以制备单相的方钴矿热电材料,所制备的样品内部含有孔径均匀微气孔,晶粒尺寸在纳米范围。当制备温度为863 K时,样品获得最大塞贝克系数222.64 μV/k。当测试温度570 K时,样品获得最大功率因子132.17 μW/(mK2)。当样品制备温度903 K时,在600 K时得到最大的热电优值ZT~0.053。本研究为方钴矿热电材料的快速制备提供了一种新的技术途径。
采用固相反应法成功合成了具有纳米结构的p型COSb3。样品的物相组成和晶体结构采用XRD和SEM进行了表征。在室温下对不同温度和保温时间制备的样品进行了电学性质测试,选择了室温功率因子较好的样品,研究了不同温度下的热电性能。研究结果表明：采用球磨结合固相反法应制备可以制备单相的方钴矿热电材料,所制备的样品内部含有孔径均匀微气孔,晶粒尺寸在纳米范围。当制备温度为863 K时,样品获得最大塞贝克系数222.64 μV/k。当测试温度570 K时,样品获得最大功率因子132.17 μW/(mK2)。当样品制备温度903 K时,在600 K时得到最大的热电优值ZT~0.053。本研究为方钴矿热电材料的快速制备提供了一种新的技术途径。
2019, 48(10):3124-3129.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181121
摘要:
利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了高压对面心立方化合物Mg3Zn3Y2的结构,弹性和电子性能的影响。在0GPa下优化的晶格常数与其他计算和实验结果相吻合。计算并分析了Mg3Zn3Y2的弹性常数。基于弹性常数的计算结果,推导了Mg3Zn3Y2的体积模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),各向异性指数(A),熔点和硬度。结果表明压力的增加可以促进Mg3Zn3Y2的力学性能。最后,通过的电子态密度的分析,表明随着压力的增加,Mg3Zn3Y2相的结构稳定性降低。
利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了高压对面心立方化合物Mg3Zn3Y2的结构,弹性和电子性能的影响。在0GPa下优化的晶格常数与其他计算和实验结果相吻合。计算并分析了Mg3Zn3Y2的弹性常数。基于弹性常数的计算结果,推导了Mg3Zn3Y2的体积模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),各向异性指数(A),熔点和硬度。结果表明压力的增加可以促进Mg3Zn3Y2的力学性能。最后,通过的电子态密度的分析,表明随着压力的增加,Mg3Zn3Y2相的结构稳定性降低。
2019, 48(10):3130-3135.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180384
摘要:
随着航天器、核动力船舶、核聚变发电等领域的不断发展,不仅要求材料拥有优异的性能,还要求材料在极端条件下(辐照、高温等)仍满足正常工作。那么如何保证材料在长时间辐照条件下的使用寿命？设计和制备抗辐照性能强的金属复合材料已成为国防领域和核聚变发电的热点问题,此外,金属及其复合材料在辐照条件下的结构演化、性能变化及内在机理也是设计、制备抗辐照材料的关键所在。石墨烯具有优异的抗辐照能力,将石墨烯加入金属中又将会产生什么新变化呢？本文综述了离子辐照技术在石墨烯/金属复合材料及石墨烯的裁剪、修饰改性、结构设计及产业功能化等方面的研究进展。进一步理解石墨烯/金属复合材料辐照后的机理,为石墨烯/金属复合材料在核工业的应用提供理论依据。
随着航天器、核动力船舶、核聚变发电等领域的不断发展,不仅要求材料拥有优异的性能,还要求材料在极端条件下(辐照、高温等)仍满足正常工作。那么如何保证材料在长时间辐照条件下的使用寿命？设计和制备抗辐照性能强的金属复合材料已成为国防领域和核聚变发电的热点问题,此外,金属及其复合材料在辐照条件下的结构演化、性能变化及内在机理也是设计、制备抗辐照材料的关键所在。石墨烯具有优异的抗辐照能力,将石墨烯加入金属中又将会产生什么新变化呢？本文综述了离子辐照技术在石墨烯/金属复合材料及石墨烯的裁剪、修饰改性、结构设计及产业功能化等方面的研究进展。进一步理解石墨烯/金属复合材料辐照后的机理,为石墨烯/金属复合材料在核工业的应用提供理论依据。
2019, 48(10):3136-3141.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180394
摘要:
为了提高表面硬度和耐磨性,对TB8钛合金进行间歇式真空气体渗氮处理。利用XRD和SEM分析了改性层的物相组成和显微组织,并对改性层的表面硬度和耐磨性进行了研究。结果表明,TB8钛合金经800 ℃间歇式真空气体渗氮4 h后,表面改性层物相主要由TiN、TiN0.3、Ti2AlN、及α-Ti组成,渗氮层组织致密,与基体结合良好,表面硬度为900-950HV,比基体硬度提高了近3倍,硬化层厚度为80-100 μm,由于表面形成了梯度硬化层,耐磨性得到了极大改善。
为了提高表面硬度和耐磨性,对TB8钛合金进行间歇式真空气体渗氮处理。利用XRD和SEM分析了改性层的物相组成和显微组织,并对改性层的表面硬度和耐磨性进行了研究。结果表明,TB8钛合金经800 ℃间歇式真空气体渗氮4 h后,表面改性层物相主要由TiN、TiN0.3、Ti2AlN、及α-Ti组成,渗氮层组织致密,与基体结合良好,表面硬度为900-950HV,比基体硬度提高了近3倍,硬化层厚度为80-100 μm,由于表面形成了梯度硬化层,耐磨性得到了极大改善。
2019, 48(10):3142-3148.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180397
摘要:
在不同温度（775℃，800℃，825℃）、不同初应力（150MPa、200MPa）和不同预应变（7.85%、15.7%）下进行TA32钛合金高温应力松弛实验，研究了工艺参数对应力松弛行为的影响。对实验后的试样进行微观组织观察，分析了温度对微观组织的影响。利用二次延迟函数对应力松弛曲线进行拟合，推导得到高温蠕变本构方程，进而将其应用于TA32钛合金应力松弛行为有限元模拟。结果表明：在应力松弛的前200s，应力松弛速率很快，其应力急剧下降，经过3600s后应力逐渐趋于平缓并最终达到松弛极限。应力松弛行为随着温度的升高而加快,但其松弛极限随之减小，初应力和预应变则对其影响不大。随着温度的升高晶粒发生了等轴化和长大现象，塑性增强。模拟结果和应力松弛的实验曲线有较高的吻合度，验证了此蠕变方程的可靠性。
在不同温度（775℃，800℃，825℃）、不同初应力（150MPa、200MPa）和不同预应变（7.85%、15.7%）下进行TA32钛合金高温应力松弛实验，研究了工艺参数对应力松弛行为的影响。对实验后的试样进行微观组织观察，分析了温度对微观组织的影响。利用二次延迟函数对应力松弛曲线进行拟合，推导得到高温蠕变本构方程，进而将其应用于TA32钛合金应力松弛行为有限元模拟。结果表明：在应力松弛的前200s，应力松弛速率很快，其应力急剧下降，经过3600s后应力逐渐趋于平缓并最终达到松弛极限。应力松弛行为随着温度的升高而加快,但其松弛极限随之减小，初应力和预应变则对其影响不大。随着温度的升高晶粒发生了等轴化和长大现象，塑性增强。模拟结果和应力松弛的实验曲线有较高的吻合度，验证了此蠕变方程的可靠性。
2019, 48(10):3149-3154.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180403
摘要:
通过原位热稳定性、紫外-可见光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法和充放电方法,研究了聚丙烯酸(PAA)对全钒氧化还原流电池(VRFB)正极电解液的热稳定性和电化学性能的影响。结果表明,PAA添加剂可以提高V(V)电解液的热稳定性。在室温条件下,少量的PAA添加剂能轻微的提高正极电解液的电化学性和VRFB的能量效率。此外,以PAA添加量为3%的正极电解液组装电池,该电池在50 ℃ 时表现出良好的充放电循环性能,其充电容量保持率高于没有添加PAA的电池。
通过原位热稳定性、紫外-可见光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法和充放电方法,研究了聚丙烯酸(PAA)对全钒氧化还原流电池(VRFB)正极电解液的热稳定性和电化学性能的影响。结果表明,PAA添加剂可以提高V(V)电解液的热稳定性。在室温条件下,少量的PAA添加剂能轻微的提高正极电解液的电化学性和VRFB的能量效率。此外,以PAA添加量为3%的正极电解液组装电池,该电池在50 ℃ 时表现出良好的充放电循环性能,其充电容量保持率高于没有添加PAA的电池。
2019, 48(10):3155-3160.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180457
摘要:
采用电子探针显微分析和X-ray衍射分析方法实验研究了Ni-Al-Sn三元体系在800°C和1000°C时的相平衡。结果表明：(1) Ni-Al-Sn三元体系在800°C和1000°C时均未发现三元化合物；(2) Ni-Al侧包含NiAl、Ni3Al、Al3Ni和Al3Ni2四个化合物，其中800°C时，Sn在NiAl和Ni3Al中的固溶度在分别为3.1和14.7 at.%，在1000°C时分别为3.0和8.0 at.%。而Sn在Al3Ni和Al3Ni2相中几乎没有固溶度；(3) Ni-Sn侧包含Ni3Sn(r)、Ni3Sn(h)和Ni3Sn2(h)三个化合物相。800°C时，Ni3Sn(r)相的固溶度为4.2 at.%，1000°C时，Ni3Sn(r)相转变为Ni3Sn(h)相，拥有5.5 at.% 的固溶度。另外，800°C时，Al在Ni3Sn2(h)相中的固溶度为8.4 at.%，1000°C时为12.1 at.%；(4) Ni-Al-Sn三元体系Al-Sn侧为相互贯通的液相区域，实验测得的Ni在Al-Sn侧的溶解度约为1 at.%。
采用电子探针显微分析和X-ray衍射分析方法实验研究了Ni-Al-Sn三元体系在800°C和1000°C时的相平衡。结果表明：(1) Ni-Al-Sn三元体系在800°C和1000°C时均未发现三元化合物；(2) Ni-Al侧包含NiAl、Ni3Al、Al3Ni和Al3Ni2四个化合物，其中800°C时，Sn在NiAl和Ni3Al中的固溶度在分别为3.1和14.7 at.%，在1000°C时分别为3.0和8.0 at.%。而Sn在Al3Ni和Al3Ni2相中几乎没有固溶度；(3) Ni-Sn侧包含Ni3Sn(r)、Ni3Sn(h)和Ni3Sn2(h)三个化合物相。800°C时，Ni3Sn(r)相的固溶度为4.2 at.%，1000°C时，Ni3Sn(r)相转变为Ni3Sn(h)相，拥有5.5 at.% 的固溶度。另外，800°C时，Al在Ni3Sn2(h)相中的固溶度为8.4 at.%，1000°C时为12.1 at.%；(4) Ni-Al-Sn三元体系Al-Sn侧为相互贯通的液相区域，实验测得的Ni在Al-Sn侧的溶解度约为1 at.%。
2019, 48(10):3161-3166.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180458
摘要:
本研究以5mm厚的AA2024-T351和AA7075-T651铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊，研究了异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-7075接头焊核区沿厚度方向的微观组织演化。研究结果表明：焊核区的晶粒尺寸从焊缝顶部到底部依次降低。轴肩区和焊缝底部区域的再结晶组分低于焊缝中心区。焊核区形成了简单的剪切织构且织构分布并不均匀。轴肩区主要是B 和?B织构组分，而底部区域主要是A 和?A织构组分，C织构组分则出现在中心区域。中心区域的织构强度低于焊核顶部和底部区域，这主要是由于该区域出现了洋葱环，是材料混合区域，使得晶粒取向更为随机。
本研究以5mm厚的AA2024-T351和AA7075-T651铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊，研究了异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-7075接头焊核区沿厚度方向的微观组织演化。研究结果表明：焊核区的晶粒尺寸从焊缝顶部到底部依次降低。轴肩区和焊缝底部区域的再结晶组分低于焊缝中心区。焊核区形成了简单的剪切织构且织构分布并不均匀。轴肩区主要是B 和?B织构组分，而底部区域主要是A 和?A织构组分，C织构组分则出现在中心区域。中心区域的织构强度低于焊核顶部和底部区域，这主要是由于该区域出现了洋葱环，是材料混合区域，使得晶粒取向更为随机。
2019, 48(10):3167-3174.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180462
摘要:
本研究中利用电化学显微镜（SECM）、扫描电子显微镜（SEM）和电化学阻抗谱（EIS）研究了镍基合金G3在室温（25℃）和高温（90℃）、含H2S、CO2，Cl-介质环境中各种硫状态下的腐蚀行为。结果表明，随温度升高，腐蚀变得更加严重，镍基合金G3表面出现轻微的点蚀；阳极极化曲线在室温下具有钝化区，而在90℃的温度下出现活性溶解区，钝化现象消失。物相分析表明在镍基合金G3上形成钝化膜主要由Ni、Cr及Fe的氧化物组成，由于S2-侵入薄膜导致钝化膜溶解，腐蚀产物由NiS、FeS2组成。G3合金在含硫环境中的耐腐蚀性减弱，相比较沉积硫、析出硫，硫悬浮状态下镍基合金G3表面钝化膜最致密，腐蚀最轻微。研究表明硫是强催化剂，其存在导致严重的局部腐蚀，元素硫的状态是影响腐蚀产物膜的致密性和生长速率的关键因素，也是影响合金腐蚀速率的关键因素。
本研究中利用电化学显微镜（SECM）、扫描电子显微镜（SEM）和电化学阻抗谱（EIS）研究了镍基合金G3在室温（25℃）和高温（90℃）、含H2S、CO2，Cl-介质环境中各种硫状态下的腐蚀行为。结果表明，随温度升高，腐蚀变得更加严重，镍基合金G3表面出现轻微的点蚀；阳极极化曲线在室温下具有钝化区，而在90℃的温度下出现活性溶解区，钝化现象消失。物相分析表明在镍基合金G3上形成钝化膜主要由Ni、Cr及Fe的氧化物组成，由于S2-侵入薄膜导致钝化膜溶解，腐蚀产物由NiS、FeS2组成。G3合金在含硫环境中的耐腐蚀性减弱，相比较沉积硫、析出硫，硫悬浮状态下镍基合金G3表面钝化膜最致密，腐蚀最轻微。研究表明硫是强催化剂，其存在导致严重的局部腐蚀，元素硫的状态是影响腐蚀产物膜的致密性和生长速率的关键因素，也是影响合金腐蚀速率的关键因素。
2019, 48(10):3175-3182.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180506
摘要:
针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题，开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验，研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明：在两种应力比（R=0.3、0.5）下，当循环次数超过107次时，试件仍发生疲劳断裂，S-N曲线均呈现双线性特征；SEM断口分析表明，随着最大应力的降低，裂纹萌生位置由试件表面向次表面转移，疲劳裂纹萌生是表面滑移和内部解理断裂之间相互竞争的结果；基于疲劳寿命建立模型分析了应力比对2种裂纹萌生机制之间竞争行为的影响。采用红外热像仪监测试件表面的温度，高周疲劳试件的温度变化分为四个阶段：稳定升高、稳定降低、快速升高和快速降低阶段，而超高周疲劳试件的温度变化分为三个阶段：稳定升高、快速升高和降低阶段。最后，阐述了疲劳过程中热产生和传热的特点，并分析了温度变化与应力分布的关系。
针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题，开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验，研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明：在两种应力比（R=0.3、0.5）下，当循环次数超过107次时，试件仍发生疲劳断裂，S-N曲线均呈现双线性特征；SEM断口分析表明，随着最大应力的降低，裂纹萌生位置由试件表面向次表面转移，疲劳裂纹萌生是表面滑移和内部解理断裂之间相互竞争的结果；基于疲劳寿命建立模型分析了应力比对2种裂纹萌生机制之间竞争行为的影响。采用红外热像仪监测试件表面的温度，高周疲劳试件的温度变化分为四个阶段：稳定升高、稳定降低、快速升高和快速降低阶段，而超高周疲劳试件的温度变化分为三个阶段：稳定升高、快速升高和降低阶段。最后，阐述了疲劳过程中热产生和传热的特点，并分析了温度变化与应力分布的关系。
2019, 48(10):3183-3189.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180461
摘要:
采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究，得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明，GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃，MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明，GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间，Al偏析于枝晶干，Cr、Fe和Co几乎不发生偏析，这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。
采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究，得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明，GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃，MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明，GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间，Al偏析于枝晶干，Cr、Fe和Co几乎不发生偏析，这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。
2019, 48(10):3190-3194.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180416
摘要:
国内对于先进型号发动机涡轮转子单晶叶片已主要采用电液束加工。电液束加工主要是电化学阳极溶解的过程,对单晶高温合金会造成孔边材料的腐蚀损伤,进而在服役条件下影响单晶叶片的性能。采用微观观察、金相分析等研究电液束加工对单晶高温合金气膜孔的损伤行为,通过高温原位疲劳试验分析打孔损伤对疲劳裂纹萌生机制的影响。结果表明：在入口侧孔边及孔壁的腐蚀区域形貌均为DD6单晶高温合金电解腐蚀组织的特征,部分γ相被腐蚀掉,γ′相突出。入口侧孔边的电解腐蚀层厚度在15~30μm范围内,中间孔壁的电解腐蚀层厚度在6~9μm范围内；带单孔的DD6单晶高温合金试样疲劳裂纹萌生有两种情况：一是从孔边的疏松缺陷处萌生裂纹；二是从孔边的电解腐蚀损伤层附近起源。
国内对于先进型号发动机涡轮转子单晶叶片已主要采用电液束加工。电液束加工主要是电化学阳极溶解的过程,对单晶高温合金会造成孔边材料的腐蚀损伤,进而在服役条件下影响单晶叶片的性能。采用微观观察、金相分析等研究电液束加工对单晶高温合金气膜孔的损伤行为,通过高温原位疲劳试验分析打孔损伤对疲劳裂纹萌生机制的影响。结果表明：在入口侧孔边及孔壁的腐蚀区域形貌均为DD6单晶高温合金电解腐蚀组织的特征,部分γ相被腐蚀掉,γ′相突出。入口侧孔边的电解腐蚀层厚度在15~30μm范围内,中间孔壁的电解腐蚀层厚度在6~9μm范围内；带单孔的DD6单晶高温合金试样疲劳裂纹萌生有两种情况：一是从孔边的疏松缺陷处萌生裂纹；二是从孔边的电解腐蚀损伤层附近起源。
2019, 48(10):3195-3201.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180532
摘要:
精准预测镁合金管材在皮尔格轧制变形过程中的晶粒演变，对控制镁合金管材的最终性能具有重要参考意义，本文结合AZ31镁合金管材在皮尔格轧机上的轧制实验，建立基于动态再结晶、静态再结晶、静态回复、晶粒粗化及晶粒拓扑变形的元胞自动机模型，并借助有限元计算得出的每道次轧制结果，与元胞自动机结合起来，得到镁合金管材在轧制过程中的晶粒演变的动态特征，发现晶粒在轧制过程中产生连续再结晶并细化，并最终进行实验验证。
精准预测镁合金管材在皮尔格轧制变形过程中的晶粒演变，对控制镁合金管材的最终性能具有重要参考意义，本文结合AZ31镁合金管材在皮尔格轧机上的轧制实验，建立基于动态再结晶、静态再结晶、静态回复、晶粒粗化及晶粒拓扑变形的元胞自动机模型，并借助有限元计算得出的每道次轧制结果，与元胞自动机结合起来，得到镁合金管材在轧制过程中的晶粒演变的动态特征，发现晶粒在轧制过程中产生连续再结晶并细化，并最终进行实验验证。
2019, 48(10):3202-3208.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180632
摘要:
采用单向拉伸试验对粗晶Ti40合金进行了超塑性能测试，并结合TEM和EBSD分析技术研究了该合金超塑性变形过程中的动态软化行为及机制。结果表明：粗晶Ti40合金在所选实验条件下具有良好的超塑性能并在840oC、1×10-3s-1条件下获得最大延伸率436%；基于形变Z因子和断裂延伸率并结合微观组织分析可将变形条件划分为无超塑性、动态回复、动态再结晶三个区域；分别基于Sellars模型和KM方程建立了Ti40合金超塑性变形的动态再结晶临界应变模型和位错密度演变模型；粗晶Ti40合金超塑性变形过程中的动态回复以位错运动—位错胞—多边形化—形成亚晶的机制为主；动态再结晶机制主要为亚晶持续转动导致大角度晶界形成的连续动态再结晶。
采用单向拉伸试验对粗晶Ti40合金进行了超塑性能测试，并结合TEM和EBSD分析技术研究了该合金超塑性变形过程中的动态软化行为及机制。结果表明：粗晶Ti40合金在所选实验条件下具有良好的超塑性能并在840oC、1×10-3s-1条件下获得最大延伸率436%；基于形变Z因子和断裂延伸率并结合微观组织分析可将变形条件划分为无超塑性、动态回复、动态再结晶三个区域；分别基于Sellars模型和KM方程建立了Ti40合金超塑性变形的动态再结晶临界应变模型和位错密度演变模型；粗晶Ti40合金超塑性变形过程中的动态回复以位错运动—位错胞—多边形化—形成亚晶的机制为主；动态再结晶机制主要为亚晶持续转动导致大角度晶界形成的连续动态再结晶。
2019, 48(10):3209-3214.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180634
摘要:
在同质外延生长大尺寸、高质量氮化铝单晶的初期,常用梯度反转工艺避免氧、碳及氢等杂质污染籽晶表面。本文使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件及自主开发的PVT法有限元多相流传质模块对自主设计的全自动、双电阻加热气相沉积炉进行了同质外延生长AlN单晶初期温度场及传质过程模拟仿真研究,并基于模拟结果开展了同质外延长晶实验。模拟仿真及实验研究结果表明：通过生长初期的梯度反转工艺可有效消除氧、碳及氢等杂质表面污染；坩埚的合理位置对同质外延生长AlN单晶时的温度梯度、Al/N蒸气传输及生长速率等至关重要；基于AlN单晶同质外延生长初期的模拟仿真研究与成功生长实验,为下一步开展稳定同质外延扩尺寸单晶生长工艺奠定了扎实基础。
在同质外延生长大尺寸、高质量氮化铝单晶的初期,常用梯度反转工艺避免氧、碳及氢等杂质污染籽晶表面。本文使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件及自主开发的PVT法有限元多相流传质模块对自主设计的全自动、双电阻加热气相沉积炉进行了同质外延生长AlN单晶初期温度场及传质过程模拟仿真研究,并基于模拟结果开展了同质外延长晶实验。模拟仿真及实验研究结果表明：通过生长初期的梯度反转工艺可有效消除氧、碳及氢等杂质表面污染；坩埚的合理位置对同质外延生长AlN单晶时的温度梯度、Al/N蒸气传输及生长速率等至关重要；基于AlN单晶同质外延生长初期的模拟仿真研究与成功生长实验,为下一步开展稳定同质外延扩尺寸单晶生长工艺奠定了扎实基础。
2019, 48(10):3309-3314.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180409
摘要:
以0.1 mm厚的铌箔为中间层对钛与低碳钢Q235进行了点焊,观察了接头熔核区域的显微组织特征,探讨了焊接电流对接头熔核直径和抗剪力的影响。试验结果表明,焊接电流大于8 kA时中间层铌在焊接中发生溶断,接头熔核区域组织主要由Fe-Ti金属间化合物构成；铌不发生溶断时接头熔核区域组织主要由Fe-Nb化合物与固溶体组成。接头抗剪力随焊接电流的增大呈先增大后降低的变化趋势,焊接电流为7 kA时接头抗剪力最大,约为4.7 kN。
以0.1 mm厚的铌箔为中间层对钛与低碳钢Q235进行了点焊,观察了接头熔核区域的显微组织特征,探讨了焊接电流对接头熔核直径和抗剪力的影响。试验结果表明,焊接电流大于8 kA时中间层铌在焊接中发生溶断,接头熔核区域组织主要由Fe-Ti金属间化合物构成；铌不发生溶断时接头熔核区域组织主要由Fe-Nb化合物与固溶体组成。接头抗剪力随焊接电流的增大呈先增大后降低的变化趋势,焊接电流为7 kA时接头抗剪力最大,约为4.7 kN。
2019, 48(10):3315-3319.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180434
摘要:
针对K418高温合金叶轮材料成本高、制造工艺复杂以及体积损伤频繁的实际，以该牌号体积损伤叶轮再制造为目标，设计了成分接近、工艺匹配的成形粉材，基于波形可调制 脉冲激光优化工艺，实现了形状和性能的再生。试验结果表明：叶片成形后表层及内部无裂纹，成形部位与基体为冶金结合，加工后尺寸精度在1mm以内，形变精度在0.03mm以内，成形层显微硬度为900~1400 HV0.1，超过基体20%。在高温动转平衡试验下，叶轮最大转数达13500 r/min，最大振幅0.4mm，无明显偏转及喘振现象，符合动平衡性能要求。
针对K418高温合金叶轮材料成本高、制造工艺复杂以及体积损伤频繁的实际，以该牌号体积损伤叶轮再制造为目标，设计了成分接近、工艺匹配的成形粉材，基于波形可调制 脉冲激光优化工艺，实现了形状和性能的再生。试验结果表明：叶片成形后表层及内部无裂纹，成形部位与基体为冶金结合，加工后尺寸精度在1mm以内，形变精度在0.03mm以内，成形层显微硬度为900~1400 HV0.1，超过基体20%。在高温动转平衡试验下，叶轮最大转数达13500 r/min，最大振幅0.4mm，无明显偏转及喘振现象，符合动平衡性能要求。
2019, 48(10):3320-3324.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180436
摘要:
为了提高多芯MgB2超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,实验中采用强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(in situ PIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB2超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25 mm加工到Φ1.0 mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0 mm的多芯线材中MgB2超导芯丝的平均直径约为100 μm。热处理后MgB2线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396 MPa和200 MPa。MgB2线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×105 A.cm-2。
为了提高多芯MgB2超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,实验中采用强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(in situ PIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB2超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25 mm加工到Φ1.0 mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0 mm的多芯线材中MgB2超导芯丝的平均直径约为100 μm。热处理后MgB2线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396 MPa和200 MPa。MgB2线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×105 A.cm-2。
2019, 48(10):3325-3330.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180447
摘要:
采用膨胀法、OM、SEM和TEM研究了TC21钛合金在连续加热过程中α+β→β时线膨胀效应和合金元素的配分行为。结果表明： TC21合金在连续加热过程中α+β→β时长度的变化，一方面来源于密排六方α相向体心立方的β相的转变影响，另一方面合金α相不断溶解过程中伴随着α相稳定元素和β稳定元素在两相中的配分，也会导致试样的轴向长度变化。同时发现在α+β→β过程中，α相中Al元素随着α相不断溶解浓度逐渐下降，而在β相中浓度逐渐升高，由于合金元素Al含量增加对α相体积影响不大，但使β相的体积缩小，这是TC21合金长度收缩的主要原因。然而合金元素Mo、Cr、Nb在α→α+β转变过程中又向α相中扩散，在相互扩散过程中还在α/β界面上出现成分不平衡的现象。
采用膨胀法、OM、SEM和TEM研究了TC21钛合金在连续加热过程中α+β→β时线膨胀效应和合金元素的配分行为。结果表明： TC21合金在连续加热过程中α+β→β时长度的变化，一方面来源于密排六方α相向体心立方的β相的转变影响，另一方面合金α相不断溶解过程中伴随着α相稳定元素和β稳定元素在两相中的配分，也会导致试样的轴向长度变化。同时发现在α+β→β过程中，α相中Al元素随着α相不断溶解浓度逐渐下降，而在β相中浓度逐渐升高，由于合金元素Al含量增加对α相体积影响不大，但使β相的体积缩小，这是TC21合金长度收缩的主要原因。然而合金元素Mo、Cr、Nb在α→α+β转变过程中又向α相中扩散，在相互扩散过程中还在α/β界面上出现成分不平衡的现象。
2019, 48(10):3331-3339.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180505
摘要:
利用电子探针微分析术研究了具有50 μm Ti中间层的Be/CuCrZr高温（780℃ ~ 850 ℃），不同时间（0.5 h ~ 2 h）热等静压扩散连接接头组织演化过程及断裂机理。结果表明：Be/Ti和Ti/CuCrZr界面反应扩散的产物和先后顺序符合能量-通量法则；Be在Ti中的扩散速率大于Cu在Ti中的，但Be/Ti界面反应区形成高Be含量的Ti-Cu-Be三组元相脆性高，是接头性能恶化的主要原因，而Be/CuCrZr界面反应区形成的低Be含量的Ti-Cu-Be三元相对接头性能影响相对较小；HIP连接工艺参数对样品接头性能存在明显影响，800 ℃/2 h/130 MPa连接接头性能最佳，抗拉强度为122.8 MPa，界面结合良好无连接热裂纹，断裂为Be12Ti+Be10Ti混合金属化合物层解理断裂。
利用电子探针微分析术研究了具有50 μm Ti中间层的Be/CuCrZr高温（780℃ ~ 850 ℃），不同时间（0.5 h ~ 2 h）热等静压扩散连接接头组织演化过程及断裂机理。结果表明：Be/Ti和Ti/CuCrZr界面反应扩散的产物和先后顺序符合能量-通量法则；Be在Ti中的扩散速率大于Cu在Ti中的，但Be/Ti界面反应区形成高Be含量的Ti-Cu-Be三组元相脆性高，是接头性能恶化的主要原因，而Be/CuCrZr界面反应区形成的低Be含量的Ti-Cu-Be三元相对接头性能影响相对较小；HIP连接工艺参数对样品接头性能存在明显影响，800 ℃/2 h/130 MPa连接接头性能最佳，抗拉强度为122.8 MPa，界面结合良好无连接热裂纹，断裂为Be12Ti+Be10Ti混合金属化合物层解理断裂。
2019, 48(10):3340-3345.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180534
摘要:
通过多向锻造工艺制备不同变形道次和变形温度的TA15钛合金试样,利用金相观察、EBSD、晶粒尺寸统计和准静态拉伸试验,分析变形过程中组织形貌、晶粒尺寸、相含量、晶界取向差和力学性能的变化。结果表明：TA15钛合金经700 ℃中温多向锻造后获得显著细化的等轴组织,且随着变形道次的增加,促使大角度晶界含量增加,同时晶粒尺寸逐渐减小,3道次后初生α平均晶粒尺寸细化至约为6.0 μm,变形后组织为α+β相,相比初始组织α相含量减少,β相含量增加；在800 ℃和900 ℃变形条件下晶粒尺寸增加,但小于初始试样；坯料的强度经多向锻造后有较大提升,700 ℃、3道次后材料抗拉强度为1443 MPa,延伸率为13.6%,比初始试样略有降低,900 ℃材料抗拉强度为1178 MPa,延伸率提高到15.8%,综合性能得到明显提升。
通过多向锻造工艺制备不同变形道次和变形温度的TA15钛合金试样,利用金相观察、EBSD、晶粒尺寸统计和准静态拉伸试验,分析变形过程中组织形貌、晶粒尺寸、相含量、晶界取向差和力学性能的变化。结果表明：TA15钛合金经700 ℃中温多向锻造后获得显著细化的等轴组织,且随着变形道次的增加,促使大角度晶界含量增加,同时晶粒尺寸逐渐减小,3道次后初生α平均晶粒尺寸细化至约为6.0 μm,变形后组织为α+β相,相比初始组织α相含量减少,β相含量增加；在800 ℃和900 ℃变形条件下晶粒尺寸增加,但小于初始试样；坯料的强度经多向锻造后有较大提升,700 ℃、3道次后材料抗拉强度为1443 MPa,延伸率为13.6%,比初始试样略有降低,900 ℃材料抗拉强度为1178 MPa,延伸率提高到15.8%,综合性能得到明显提升。
2019, 48(10):3346-3351.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180543
摘要:
为了探索研究空间辐射环境下电子器件焊点组织性能变化的规律，满足未来微小型深空探测器对电子器件焊点可靠性的需要，本文采用60Co-γ源部分模拟了空间辐射环境，研究了空间辐射对SnPb共晶钎料焊点微观组织，力学性能和断口形貌的影响。结果表明：在0.25 Gy(Si)/s的剂量率下，γ射线辐照会对SnPb/Cu焊点形成辐照损伤，焊点内的Pb基固溶体中有微孔洞和微裂纹的产生，恶化了焊点的力学性能。经过964 kGy剂量的γ射线辐照后，焊点拉伸力降低了14.12%。断口组织分析表明，辐照后焊点的断裂方式仍为韧性断裂，但其塑性较未辐照的焊点有所降低。
为了探索研究空间辐射环境下电子器件焊点组织性能变化的规律，满足未来微小型深空探测器对电子器件焊点可靠性的需要，本文采用60Co-γ源部分模拟了空间辐射环境，研究了空间辐射对SnPb共晶钎料焊点微观组织，力学性能和断口形貌的影响。结果表明：在0.25 Gy(Si)/s的剂量率下，γ射线辐照会对SnPb/Cu焊点形成辐照损伤，焊点内的Pb基固溶体中有微孔洞和微裂纹的产生，恶化了焊点的力学性能。经过964 kGy剂量的γ射线辐照后，焊点拉伸力降低了14.12%。断口组织分析表明，辐照后焊点的断裂方式仍为韧性断裂，但其塑性较未辐照的焊点有所降低。
2019, 48(10):3352-3358.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180548
摘要:
本文对用Finemet型Fe73Si15Nb3B8Cu1快淬薄带制备的铁芯增加预退火处理，再在540 oC晶化退火处理得到退火铁芯。结果表明，随着预退火温度提高，预退火的薄带及再经晶化退火的薄带的韧性均逐渐降低，预退火后非晶薄带的第一晶化温度变化不大，而第二晶化峰值温度向高温方向偏移，预退火扩大了非晶薄带晶化退火的温度范围，有利于获得性能更加稳定的非晶纳米晶薄带；增加预退火处理的薄带的晶粒尺寸比直接晶化退火薄带的晶粒分布更均匀，其中在450 oC预退火的薄带经晶化退火后，晶粒尺寸在8~15 nm之间。增加预退火的铁芯样品，其振幅磁导率和铁损较直接退火的均有明显改善，其中经450 oC预退火的铁芯具有最大的振幅磁导率（μa=8.6×104, f=10 kHz）和最小的交流铁损（P0.5/10k=8.7 W/kg），分别较直接退火的铁芯升高了16.0%，下降了17.1%。
本文对用Finemet型Fe73Si15Nb3B8Cu1快淬薄带制备的铁芯增加预退火处理，再在540 oC晶化退火处理得到退火铁芯。结果表明，随着预退火温度提高，预退火的薄带及再经晶化退火的薄带的韧性均逐渐降低，预退火后非晶薄带的第一晶化温度变化不大，而第二晶化峰值温度向高温方向偏移，预退火扩大了非晶薄带晶化退火的温度范围，有利于获得性能更加稳定的非晶纳米晶薄带；增加预退火处理的薄带的晶粒尺寸比直接晶化退火薄带的晶粒分布更均匀，其中在450 oC预退火的薄带经晶化退火后，晶粒尺寸在8~15 nm之间。增加预退火的铁芯样品，其振幅磁导率和铁损较直接退火的均有明显改善，其中经450 oC预退火的铁芯具有最大的振幅磁导率（μa=8.6×104, f=10 kHz）和最小的交流铁损（P0.5/10k=8.7 W/kg），分别较直接退火的铁芯升高了16.0%，下降了17.1%。
2019, 48(10):3359-3365.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180603
摘要:
通过超声辅助共沉淀法成功制备了富锂锰基正极电极材料,研究了不同的超声时间对材料形貌、结构和电化学性能的影响。研究发现,超声辅助能够使材料颗粒更加均匀,结构更合理,有利于材料电化学性能的提升。当合成前躯体材料超声时间为8h时,复合材料的放电比容量最好,在0.1C的初始放电比容量为327.8 mAh g<sub>-1</sub>,均高于未超声的复合材料的265.2 mAh g<sub>-1</sub>,1C下循环50圈后放电容量为181.6 mAh g<sub>-1</sub>,保持率为84.8%。通过循环伏安法测试和电化学交流阻抗测试,发现超声后的复合材料还原氧化峰电流更大,电荷转移阻抗更小,具有较好的倍率性能。
通过超声辅助共沉淀法成功制备了富锂锰基正极电极材料,研究了不同的超声时间对材料形貌、结构和电化学性能的影响。研究发现,超声辅助能够使材料颗粒更加均匀,结构更合理,有利于材料电化学性能的提升。当合成前躯体材料超声时间为8h时,复合材料的放电比容量最好,在0.1C的初始放电比容量为327.8 mAh g<sub>-1</sub>,均高于未超声的复合材料的265.2 mAh g<sub>-1</sub>,1C下循环50圈后放电容量为181.6 mAh g<sub>-1</sub>,保持率为84.8%。通过循环伏安法测试和电化学交流阻抗测试,发现超声后的复合材料还原氧化峰电流更大,电荷转移阻抗更小,具有较好的倍率性能。
2019, 48(10):3366-3371.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180622
摘要:
制备具有优异界面结构和电子/离子传质能力的柔性电极材料是解决高性能电化学活性物质由体积膨胀引起材料粉化和从集流体剥落难题的关键。一种独特的工艺实现了高性能过渡金属氧化物（氧化镍）内嵌碳纤维柔性织物电极的一步制备，所制备的活性物质免于使用导电剂、粘结剂和集流体直接用于锂离子电池负极材料的组装。得益于氧化镍超高的理论比容量，活性碳纤维基体材料低维特性和良好的内应力分散率，制备的复合织物电极展现出良好的电化学性能，一维氧化镍/碳纳米纤维（NiO-CNF）复合柔性电极较纯氧化镍（NiO NF）纤维电极材料具有更卓越的循环耐久性和倍率性能，NiO-CNF和NiO NF在0.5C倍率循环200次分别具有418 mAh·g-1和242 mAh·g-1的可逆容量，良好的电化学性质归因于复合柔性电极的交联结构提供的优异扩散动力学和应力缓冲。
制备具有优异界面结构和电子/离子传质能力的柔性电极材料是解决高性能电化学活性物质由体积膨胀引起材料粉化和从集流体剥落难题的关键。一种独特的工艺实现了高性能过渡金属氧化物（氧化镍）内嵌碳纤维柔性织物电极的一步制备，所制备的活性物质免于使用导电剂、粘结剂和集流体直接用于锂离子电池负极材料的组装。得益于氧化镍超高的理论比容量，活性碳纤维基体材料低维特性和良好的内应力分散率，制备的复合织物电极展现出良好的电化学性能，一维氧化镍/碳纳米纤维（NiO-CNF）复合柔性电极较纯氧化镍（NiO NF）纤维电极材料具有更卓越的循环耐久性和倍率性能，NiO-CNF和NiO NF在0.5C倍率循环200次分别具有418 mAh·g-1和242 mAh·g-1的可逆容量，良好的电化学性质归因于复合柔性电极的交联结构提供的优异扩散动力学和应力缓冲。
2019, 48(10):3372-3378.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180624
摘要:
以1100铝箔和TA1钛箔为基体材料进行异种金属材料超声固结试验研究，制备了Ti/Al箔材金属层状复合材料试样，应用剥离试验研究了振幅、静压力对Ti/Al箔材界面结合强度的影响规律，利用扫描电镜研究了剥离界面的微观组织形貌，采用EDS对剥离界面进行能谱分析，通过透射电镜对Ti/Al箔材界面微观组织进行观察。结果表明，超声固结可以实现Ti/Al箔材良好的结合界面，界面结合强度随着静压力的增大先增大后减小，随着振幅的增大单调递增；在振幅35μm，静压力1.5kN条件下，获得最佳的超声固结界面，其剥离强度为11.325N/mm；Ti箔材的剥离界面中Al元素均匀分布，并存在明显的韧窝组织；Ti/Al界面存在元素过度区，界面处晶粒细化明显；铝箔表面氧化膜破碎，且钛元素以弥散的形式嵌入到铝晶粒内部。
以1100铝箔和TA1钛箔为基体材料进行异种金属材料超声固结试验研究，制备了Ti/Al箔材金属层状复合材料试样，应用剥离试验研究了振幅、静压力对Ti/Al箔材界面结合强度的影响规律，利用扫描电镜研究了剥离界面的微观组织形貌，采用EDS对剥离界面进行能谱分析，通过透射电镜对Ti/Al箔材界面微观组织进行观察。结果表明，超声固结可以实现Ti/Al箔材良好的结合界面，界面结合强度随着静压力的增大先增大后减小，随着振幅的增大单调递增；在振幅35μm，静压力1.5kN条件下，获得最佳的超声固结界面，其剥离强度为11.325N/mm；Ti箔材的剥离界面中Al元素均匀分布，并存在明显的韧窝组织；Ti/Al界面存在元素过度区，界面处晶粒细化明显；铝箔表面氧化膜破碎，且钛元素以弥散的形式嵌入到铝晶粒内部。
2019, 48(10):3379-3386.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180626
摘要:
本文采用等应变速率高温拉伸变形试验，研究了TC4钛合金在不同形变温度下微观组织和性能的演变行为，着重探讨了形变对钛合金组织演化、相变的影响作用及其随温度的变化规律。结果表明，α+β两相区变形，随形变温度升高，峰值应力及所需应变降低。形变对微观组织演化的影响作用随形变温度变化而改变：两相区中低温段（900℃以下），形变促进初生α相再结晶，细化初生α相尺寸；两相区高温段（900℃以上），形变促进次生α相球化，其作用随温度升高先增强后减弱。形变影响β→α相变进程，提高次生α相形核率，尤以两相区中低温段变形更为显著，从而使得片层状次生α相数量增加、间距明显细化。随形变温度升高，组织中α相总量先下降后上升，导致硬度先降低后升高，耐蚀性先升高后下降。其中900℃变形时，TC4钛合金α相总量最少（约57%），硬度略有降低而耐蚀性达到最优。
本文采用等应变速率高温拉伸变形试验，研究了TC4钛合金在不同形变温度下微观组织和性能的演变行为，着重探讨了形变对钛合金组织演化、相变的影响作用及其随温度的变化规律。结果表明，α+β两相区变形，随形变温度升高，峰值应力及所需应变降低。形变对微观组织演化的影响作用随形变温度变化而改变：两相区中低温段（900℃以下），形变促进初生α相再结晶，细化初生α相尺寸；两相区高温段（900℃以上），形变促进次生α相球化，其作用随温度升高先增强后减弱。形变影响β→α相变进程，提高次生α相形核率，尤以两相区中低温段变形更为显著，从而使得片层状次生α相数量增加、间距明显细化。随形变温度升高，组织中α相总量先下降后上升，导致硬度先降低后升高，耐蚀性先升高后下降。其中900℃变形时，TC4钛合金α相总量最少（约57%），硬度略有降低而耐蚀性达到最优。
2019, 48(10):3387-3393.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190400
摘要:
CAD/CAM技术因方便快捷的特点，逐渐成为当今牙体修复的重要方式。近年来，聚合物浸渍陶瓷材料因具有良好切削性能受到了口腔从业者越来越多的青睐。这种新型材料内部呈现树脂与陶瓷互穿形态，兼具陶瓷和复合树脂性能特点，同时又具有自身独特的优势。与传统口腔修复材料（复合树脂和陶瓷）相比，聚合物浸渍陶瓷材料的弯曲强度为145MPa~336MPa，优于复合树脂和长石质可切削全瓷材料，低于二硅酸锂可切削全瓷材料。在模拟人类正常咬合时，聚合物浸渍陶瓷材料展现出极佳的耐疲劳性能，明显优于传统的二硅酸锂基、白榴石基和长石基可切削全瓷材料。此外，聚合物浸渍陶瓷材料弹性模量在25GPa~88GPa之间，维氏硬度在1.7GPa~4.8GPa之间，与天然牙体组织接近，预示着它有可能成为未来的牙科材料新星。改变内部组分含量可以调节聚合物浸渍陶瓷材料的机械性能，这个特点其他全瓷材料很少具有。目前，聚合物浸渍陶瓷材料的临床使用多集中在单冠修复，其长期使用效果（≥5年）的研究报道并不多见。新型牙科材料往往需要10年以上的时间才可能被更多牙科从业者了解和接受，因此，关于聚合物浸渍陶瓷材料的使用还处于探索阶段。本文在分析聚合物浸渍陶瓷材料组成结构的基础上，再结合其机械性能及目前使用情况，对聚合物浸渍陶瓷材料的未来使用提出建议，以期对聚合物浸渍陶瓷材料的研发和临床应用起到一定的指导作用。
CAD/CAM技术因方便快捷的特点，逐渐成为当今牙体修复的重要方式。近年来，聚合物浸渍陶瓷材料因具有良好切削性能受到了口腔从业者越来越多的青睐。这种新型材料内部呈现树脂与陶瓷互穿形态，兼具陶瓷和复合树脂性能特点，同时又具有自身独特的优势。与传统口腔修复材料（复合树脂和陶瓷）相比，聚合物浸渍陶瓷材料的弯曲强度为145MPa~336MPa，优于复合树脂和长石质可切削全瓷材料，低于二硅酸锂可切削全瓷材料。在模拟人类正常咬合时，聚合物浸渍陶瓷材料展现出极佳的耐疲劳性能，明显优于传统的二硅酸锂基、白榴石基和长石基可切削全瓷材料。此外，聚合物浸渍陶瓷材料弹性模量在25GPa~88GPa之间，维氏硬度在1.7GPa~4.8GPa之间，与天然牙体组织接近，预示着它有可能成为未来的牙科材料新星。改变内部组分含量可以调节聚合物浸渍陶瓷材料的机械性能，这个特点其他全瓷材料很少具有。目前，聚合物浸渍陶瓷材料的临床使用多集中在单冠修复，其长期使用效果（≥5年）的研究报道并不多见。新型牙科材料往往需要10年以上的时间才可能被更多牙科从业者了解和接受，因此，关于聚合物浸渍陶瓷材料的使用还处于探索阶段。本文在分析聚合物浸渍陶瓷材料组成结构的基础上，再结合其机械性能及目前使用情况，对聚合物浸渍陶瓷材料的未来使用提出建议，以期对聚合物浸渍陶瓷材料的研发和临床应用起到一定的指导作用。
2019, 48(10):3394-3400.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180585
摘要:
电子浆料作为一种性能优异的热界面材料,广泛应用于超高速电脑芯片、功率半导体器件以及高亮度LED中,可以通过低温固化方式实现芯片与热沉之间的机械连接、电连接和热连接并能满足高温环境下的使用要求。本文介绍了纳米银和碳纳米管应用于低温固化电子浆料提高导热性能的最新研究进展,基于二者对电子浆料导热结构的影响分别介绍了：1)纳米银尺寸、表面包覆剂以及烧结结构内部孪晶的形成对电子浆料导热性能的影响；2)制备定向碳纳米管阵列以及阵列连接界面改性修饰,在芯片与热沉之间形成高导热通路制备热界面材料； 3) 银修饰碳纳米管的界面效应以及其与银粉烧结键合形成三维复合导热结构对提升电子浆料导热性能的影响。并对未来纳米银与碳纳米管提高电子浆料导热性能的发展方向进行了展望。
电子浆料作为一种性能优异的热界面材料,广泛应用于超高速电脑芯片、功率半导体器件以及高亮度LED中,可以通过低温固化方式实现芯片与热沉之间的机械连接、电连接和热连接并能满足高温环境下的使用要求。本文介绍了纳米银和碳纳米管应用于低温固化电子浆料提高导热性能的最新研究进展,基于二者对电子浆料导热结构的影响分别介绍了：1)纳米银尺寸、表面包覆剂以及烧结结构内部孪晶的形成对电子浆料导热性能的影响；2)制备定向碳纳米管阵列以及阵列连接界面改性修饰,在芯片与热沉之间形成高导热通路制备热界面材料； 3) 银修饰碳纳米管的界面效应以及其与银粉烧结键合形成三维复合导热结构对提升电子浆料导热性能的影响。并对未来纳米银与碳纳米管提高电子浆料导热性能的发展方向进行了展望。
2019, 48(10):3401-3416.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180571
摘要:
碳点是继富勒烯、碳纳米管及石墨烯之后最热门的碳纳米材料之一。碳点的出现引起了研究者们极大的兴趣，由于碳点具有优越的水溶性，良好的化学惰性，低毒性，优良的荧光特性，良好的生物相容性，优异的环境友好性，抗光漂泊性，并且其容易进行功能化改性。在这篇综述中我们对碳点的合成进行系统性阐述，并且希望鼓励更多的研究者进入这个领域进行研究，特别是对于碳点在生物标记、生物传感、生化分析、光电子器件、光催化及药物载体等领域的应用研究。
碳点是继富勒烯、碳纳米管及石墨烯之后最热门的碳纳米材料之一。碳点的出现引起了研究者们极大的兴趣，由于碳点具有优越的水溶性，良好的化学惰性，低毒性，优良的荧光特性，良好的生物相容性，优异的环境友好性，抗光漂泊性，并且其容易进行功能化改性。在这篇综述中我们对碳点的合成进行系统性阐述，并且希望鼓励更多的研究者进入这个领域进行研究，特别是对于碳点在生物标记、生物传感、生化分析、光电子器件、光催化及药物载体等领域的应用研究。
