2019年第48卷第11期文章目次
2019, 48(11):3417-3424.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190011
摘要:
采用超音速火焰喷涂工艺(HVOF)制备的WC-12Co涂层能够显著提高系统的硬度和耐磨特性。然而,该工艺中的高温参数会使得涂层在制备过程中产生脱碳现象。本文尝试将WC-12Co涂层引入到滚动副中以提高界面的摩擦学性能和抗磨损特性,例如固体火箭发动机中用于推力矢量控制的滚动轴承,通过温度可控的超音速火焰喷涂工艺在轴承钢基体上制备涂层。详细研究了涂层的相分布、成分组成、微观结构、与基体的结合强度、弹性模量和微观硬度,验证了改进后工艺的可行性和先进性,并阐明了涂层与轴承钢基体之间的结合机制。在WC骨架假设和钴相均匀分布的假设下,根据硬度性能的测试结果,给出了WC-12Co涂层微观硬度的一个经验公式,可用于涂层硬度的理论预估和设计优化。
采用超音速火焰喷涂工艺(HVOF)制备的WC-12Co涂层能够显著提高系统的硬度和耐磨特性。然而,该工艺中的高温参数会使得涂层在制备过程中产生脱碳现象。本文尝试将WC-12Co涂层引入到滚动副中以提高界面的摩擦学性能和抗磨损特性,例如固体火箭发动机中用于推力矢量控制的滚动轴承,通过温度可控的超音速火焰喷涂工艺在轴承钢基体上制备涂层。详细研究了涂层的相分布、成分组成、微观结构、与基体的结合强度、弹性模量和微观硬度,验证了改进后工艺的可行性和先进性,并阐明了涂层与轴承钢基体之间的结合机制。在WC骨架假设和钴相均匀分布的假设下,根据硬度性能的测试结果,给出了WC-12Co涂层微观硬度的一个经验公式,可用于涂层硬度的理论预估和设计优化。
2019, 48(11):3425-3432.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180468
摘要:
本文采用电镀镍、低温包埋渗铝在P92铁素体耐热钢表面制备不同稀土Ce含量的Ni-Al化合物复合涂层，并对复合涂层进行650 ℃×132 h的抗氧化实验。利用OM、SEM、EDS、XRD，分析涂层氧化前后的截面微观形貌，化学元素分布及物相变化规律。结果表明：涂层的氧化动力学曲线均符合抛物线规律。不含Ce的复合涂层平均氧化速率为0.4412×10-6 g/cm2/s，渗铝剂中加入2%CeCl3的涂层抗氧化性明显增强，平均氧化速率为0.2957×10-6 g/cm2/s，而加入过量CeCl3（4%、6%）则会在氧化过程中产生更多的孔洞，恶化了涂层的高温抗氧化性能，氧化速率相对加入2 % CeCl3的涂层有所升高。另外涂层中加入Ce元素增加了氧化膜的粘附性，对Al元素的向内扩散具有抑制作用。
本文采用电镀镍、低温包埋渗铝在P92铁素体耐热钢表面制备不同稀土Ce含量的Ni-Al化合物复合涂层，并对复合涂层进行650 ℃×132 h的抗氧化实验。利用OM、SEM、EDS、XRD，分析涂层氧化前后的截面微观形貌，化学元素分布及物相变化规律。结果表明：涂层的氧化动力学曲线均符合抛物线规律。不含Ce的复合涂层平均氧化速率为0.4412×10-6 g/cm2/s，渗铝剂中加入2%CeCl3的涂层抗氧化性明显增强，平均氧化速率为0.2957×10-6 g/cm2/s，而加入过量CeCl3（4%、6%）则会在氧化过程中产生更多的孔洞，恶化了涂层的高温抗氧化性能，氧化速率相对加入2 % CeCl3的涂层有所升高。另外涂层中加入Ce元素增加了氧化膜的粘附性，对Al元素的向内扩散具有抑制作用。
2019, 48(11):3433-3440.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180292
摘要:
调制脉冲磁控溅射可通过改变强/弱离化阶段的脉冲强度和占空比等电场参量，大幅调控镀料粒子的离化率、沉积能量和数量，可实现对沉积镀层形核与生长过程的精确把控。本文在非平衡闭合磁场条件下，采用调制脉冲磁控溅射技术，通过对其强离化脉冲阶段的脉冲宽度和靶功率进行调控获得持续增大的峰值靶功率密度，并在此条件下制备多组纯Ti镀层，对其微观形貌和力学性能进行了检测分析。研究结果表明，当强离化脉冲阶段的峰值靶功率密度由0.15 kW×cm-2持续增大至0.86 kW×cm-2时，所制备的纯Ti镀层具有11nm的平均晶粒尺寸、较其他峰值靶功率密度条件下制备镀层更为致密的组织结构、平整的表面质量（表面粗糙度Ra为11nm）和良好的力学性能。
调制脉冲磁控溅射可通过改变强/弱离化阶段的脉冲强度和占空比等电场参量，大幅调控镀料粒子的离化率、沉积能量和数量，可实现对沉积镀层形核与生长过程的精确把控。本文在非平衡闭合磁场条件下，采用调制脉冲磁控溅射技术，通过对其强离化脉冲阶段的脉冲宽度和靶功率进行调控获得持续增大的峰值靶功率密度，并在此条件下制备多组纯Ti镀层，对其微观形貌和力学性能进行了检测分析。研究结果表明，当强离化脉冲阶段的峰值靶功率密度由0.15 kW×cm-2持续增大至0.86 kW×cm-2时，所制备的纯Ti镀层具有11nm的平均晶粒尺寸、较其他峰值靶功率密度条件下制备镀层更为致密的组织结构、平整的表面质量（表面粗糙度Ra为11nm）和良好的力学性能。
2019, 48(11):3441-3447.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181095
摘要:
利用激光熔覆技术分别在W1813N无磁性不锈钢表面制备高硬度镍基自熔性合金Ni60（60HRC）涂层和低硬度Ni25基WC-12Co复合涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和台阶仪，分析激光熔覆制备Ni60涂层和WC-12Co/Ni25复合涂层的显微组织、相组成和磨损行为。利用显微硬度、摩擦系数、磨痕轮廓对比两种涂层的耐磨性和磨损机制。结果表明，Ni60涂层显微组织主要为树枝晶和等轴晶，且Cr23C6, Cr2B等强化相弥散分布在?-Ni和FeNi固溶体晶界；而WC-12Co/Ni25复合涂层中WC-12Co颗粒弥散镶嵌于低硬度Ni25基质，复合涂层中WC-12Co颗粒体积比达到32.5%。复合涂层中最大和最小显微硬度差异达到648 HV。尽管两种涂层的摩擦系数相近，但复合涂层的磨损体积仅为Ni60涂层的10%，Ni60涂层表面的磨痕特征为犁沟状和塑性粘附，复合涂层磨痕表面为WC碎屑和塑性粘附，因此Ni60涂层的磨损失效机制为磨粒磨损和粘着磨损，而复合涂层磨损机制为粘着磨损，以上结果表明WC-12Co/Ni25复合涂层具有更好的耐磨性。
利用激光熔覆技术分别在W1813N无磁性不锈钢表面制备高硬度镍基自熔性合金Ni60（60HRC）涂层和低硬度Ni25基WC-12Co复合涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和台阶仪，分析激光熔覆制备Ni60涂层和WC-12Co/Ni25复合涂层的显微组织、相组成和磨损行为。利用显微硬度、摩擦系数、磨痕轮廓对比两种涂层的耐磨性和磨损机制。结果表明，Ni60涂层显微组织主要为树枝晶和等轴晶，且Cr23C6, Cr2B等强化相弥散分布在?-Ni和FeNi固溶体晶界；而WC-12Co/Ni25复合涂层中WC-12Co颗粒弥散镶嵌于低硬度Ni25基质，复合涂层中WC-12Co颗粒体积比达到32.5%。复合涂层中最大和最小显微硬度差异达到648 HV。尽管两种涂层的摩擦系数相近，但复合涂层的磨损体积仅为Ni60涂层的10%，Ni60涂层表面的磨痕特征为犁沟状和塑性粘附，复合涂层磨痕表面为WC碎屑和塑性粘附，因此Ni60涂层的磨损失效机制为磨粒磨损和粘着磨损，而复合涂层磨损机制为粘着磨损，以上结果表明WC-12Co/Ni25复合涂层具有更好的耐磨性。
2019, 48(11):3448-3454.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180986
摘要:
本研究在不同的Al含量的条件下应用粉末包埋法制备了Y-Cr-Al涂层，并对其高温氧化行为进行了研究。结果显示：Al含量为2%所生成的涂层为三层结构，Al含量为2.5%，3%所形成的涂层为两层结构。Al含量为2%，3%的条件下涂层主要以α-Cr ，NiAl为主，Al含量为2.5%时生成的涂层富含Cr的NiAl相，许多Cr原子固溶于NiAl相中。Al含量为2%所生成的涂层氧化性能最差，Al含量为2.5%所生成的涂层展现了较为优异的氧化性能。
本研究在不同的Al含量的条件下应用粉末包埋法制备了Y-Cr-Al涂层，并对其高温氧化行为进行了研究。结果显示：Al含量为2%所生成的涂层为三层结构，Al含量为2.5%，3%所形成的涂层为两层结构。Al含量为2%，3%的条件下涂层主要以α-Cr ，NiAl为主，Al含量为2.5%时生成的涂层富含Cr的NiAl相，许多Cr原子固溶于NiAl相中。Al含量为2%所生成的涂层氧化性能最差，Al含量为2.5%所生成的涂层展现了较为优异的氧化性能。
2019, 48(11):3455-3462.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180768
摘要:
在SiC/SiC陶瓷基复合材料(CMC)上制备了具有三层结构(Si/Mulltite/Yb2SiO5)的环境障涂(EBCs)。提出了一种新的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备EBCs的方法来减少SiC/SiC CMC在水氧腐蚀下的降解。在制备EBCs之前，用喷雾干燥塔制备了团聚的YB2SiO5粉末。然后通过PS-PVD技术制备了致密的EBCs，得到了具有层状和柱状复合结构的Yb2SiO5涂层，并给出了这种特殊结构的沉积示意图。此外，还测试了PS-PVD制备的EBCs在1300℃ 到室温水中的热循环性能。在30次热循环实验后未出现明显的散裂现象，表明EBCs具有良好的抗热震性能。
在SiC/SiC陶瓷基复合材料(CMC)上制备了具有三层结构(Si/Mulltite/Yb2SiO5)的环境障涂(EBCs)。提出了一种新的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备EBCs的方法来减少SiC/SiC CMC在水氧腐蚀下的降解。在制备EBCs之前，用喷雾干燥塔制备了团聚的YB2SiO5粉末。然后通过PS-PVD技术制备了致密的EBCs，得到了具有层状和柱状复合结构的Yb2SiO5涂层，并给出了这种特殊结构的沉积示意图。此外，还测试了PS-PVD制备的EBCs在1300℃ 到室温水中的热循环性能。在30次热循环实验后未出现明显的散裂现象，表明EBCs具有良好的抗热震性能。
2019, 48(11):3527-3534.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180784
摘要:
为了阐明LZO对热障涂层(TBCs)中粘结层氧化的抑制作用,利用爆炸喷涂(D-gun)在310S基体上制备NiCoCrAlY粘结层,大气等离子(APS)制备单陶瓷8YSZ涂层和双陶瓷LZO/8YSZ涂层。采用SEM、EDS和XRD表征了不同结构TBCs喷涂态及高温氧化后的微观组织和相结构。结果表明：1100 ℃下等温氧化(100小时)后双陶瓷LZO/8YSZ与单陶瓷8YSZ热障涂层相对氧化增重分别为2.82 mg/cm<sub>2</sub>和3.13 mg/cm<sub>2</sub>,TGO生长速率常数K<sub>p</sub>分别为5.79×10<sub>-2 </sub>μm<sub>2</sub>/h和6.26×10<sub>-2 </sub>μm<sub>2</sub>/h,厚度分布范围分别为3.75-5.25 μm和5-5.5 μm。相比单陶瓷TBCs,LZO/8YSZ双陶瓷TBCs中粘结层表现出氧化增重少、TGO生长速率低、粘结层中β相转变慢等明显特征。
为了阐明LZO对热障涂层(TBCs)中粘结层氧化的抑制作用,利用爆炸喷涂(D-gun)在310S基体上制备NiCoCrAlY粘结层,大气等离子(APS)制备单陶瓷8YSZ涂层和双陶瓷LZO/8YSZ涂层。采用SEM、EDS和XRD表征了不同结构TBCs喷涂态及高温氧化后的微观组织和相结构。结果表明：1100 ℃下等温氧化(100小时)后双陶瓷LZO/8YSZ与单陶瓷8YSZ热障涂层相对氧化增重分别为2.82 mg/cm<sub>2</sub>和3.13 mg/cm<sub>2</sub>,TGO生长速率常数K<sub>p</sub>分别为5.79×10<sub>-2 </sub>μm<sub>2</sub>/h和6.26×10<sub>-2 </sub>μm<sub>2</sub>/h,厚度分布范围分别为3.75-5.25 μm和5-5.5 μm。相比单陶瓷TBCs,LZO/8YSZ双陶瓷TBCs中粘结层表现出氧化增重少、TGO生长速率低、粘结层中β相转变慢等明显特征。
2019, 48(11):3535-3540.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181181
摘要:
激光冲击强化(Laser shock processing 简称LSP)又称激光喷丸,是一项新的表面强化处理技术。本文采用表面粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计分析了激光冲击前后Ti834合金的表面粗糙度、残余应力及显微硬度分布规律,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对冲击区域表面形貌及显微组织进行了表征。试验结果表明,Ti834钛合金经激光冲击处理后表面粗糙度、显微硬度和残余压应力均随激光冲击次数的增加而增大。经一次冲击和两次冲击后形成的强化层深度分别为170μm和265μm。由冲击波诱导形成的塑性变形层内可观察到大量位错缠结现象,LSP后位错密度的增加以及形变孪晶的出现有利于提升Ti834合金的机械性能。
激光冲击强化(Laser shock processing 简称LSP)又称激光喷丸,是一项新的表面强化处理技术。本文采用表面粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计分析了激光冲击前后Ti834合金的表面粗糙度、残余应力及显微硬度分布规律,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对冲击区域表面形貌及显微组织进行了表征。试验结果表明,Ti834钛合金经激光冲击处理后表面粗糙度、显微硬度和残余压应力均随激光冲击次数的增加而增大。经一次冲击和两次冲击后形成的强化层深度分别为170μm和265μm。由冲击波诱导形成的塑性变形层内可观察到大量位错缠结现象,LSP后位错密度的增加以及形变孪晶的出现有利于提升Ti834合金的机械性能。
2019, 48(11):3621-3627.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181135
摘要:
采用原子比1：1的Ni和Ti为原料,通过冷喷涂(CS)和低压等离子喷涂(LPPS)制备了Ni-Ti复合涂层,研究喷涂工艺对涂层的组织(孔隙率、相组成和显微组织)和性能(硬度、耐磨性和耐蚀性)的影响。结果表明：两种涂层均未发生明显的氧化,但表现出不同的组织结构。高速碰撞后的颗粒发生严重塑性变形使CS涂层具有低的孔隙率,且XRD未检测到其它的相生成；层片状结构的LPPS涂层内部形成了Ni-Ti金属间化合物相,其表现出高的显微硬度和低的磨损率。此外,LPPS涂层高的腐蚀电位和低的腐蚀电流密度,表明其高的耐蚀性。
采用原子比1：1的Ni和Ti为原料,通过冷喷涂(CS)和低压等离子喷涂(LPPS)制备了Ni-Ti复合涂层,研究喷涂工艺对涂层的组织(孔隙率、相组成和显微组织)和性能(硬度、耐磨性和耐蚀性)的影响。结果表明：两种涂层均未发生明显的氧化,但表现出不同的组织结构。高速碰撞后的颗粒发生严重塑性变形使CS涂层具有低的孔隙率,且XRD未检测到其它的相生成；层片状结构的LPPS涂层内部形成了Ni-Ti金属间化合物相,其表现出高的显微硬度和低的磨损率。此外,LPPS涂层高的腐蚀电位和低的腐蚀电流密度,表明其高的耐蚀性。
2019, 48(11):3628-3633.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190238
摘要:
为获得低频宽带吸波材料,本文采用共沉淀和原位聚合技术制备了羰基铁/CoFe2O4/PANI三元复合材料,并以此为介质层,借鉴超材料思想,设计了一种基于超材料结构的羰基铁复合吸波涂层,改善了低频吸波性能。分析了超材料的结构设计对羰基铁/CoFe2O4/PANI涂层吸波性能的影响,并对赋予超材料结构后的复合涂层的吸波机理进行了研究和讨论。通过仿真优化发现,在电阻膜方阻值为10mΩ/□和镂空十字电阻膜图案尺寸达到最佳时,在相同厚度下赋予超材料结构后的复合涂层具有比单一羰基铁涂层更宽的吸收频带以及更低的吸收频率,在3.8-6.9GHz频段内反射率均小于-10dB。研究表明,将超材料结构融入到羰基铁涂层性能改进中,能够有效提升其低频吸波性能。
为获得低频宽带吸波材料,本文采用共沉淀和原位聚合技术制备了羰基铁/CoFe2O4/PANI三元复合材料,并以此为介质层,借鉴超材料思想,设计了一种基于超材料结构的羰基铁复合吸波涂层,改善了低频吸波性能。分析了超材料的结构设计对羰基铁/CoFe2O4/PANI涂层吸波性能的影响,并对赋予超材料结构后的复合涂层的吸波机理进行了研究和讨论。通过仿真优化发现,在电阻膜方阻值为10mΩ/□和镂空十字电阻膜图案尺寸达到最佳时,在相同厚度下赋予超材料结构后的复合涂层具有比单一羰基铁涂层更宽的吸收频带以及更低的吸收频率,在3.8-6.9GHz频段内反射率均小于-10dB。研究表明,将超材料结构融入到羰基铁涂层性能改进中,能够有效提升其低频吸波性能。
2019, 48(11):3634-3642.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180423
摘要:
采用激光熔覆技术制备Al-TiC-CeO2复合涂层，并利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、X射线应力测定仪、电化学工作站研究了不同的激光功率对涂层的组织、硬度、耐磨性、耐蚀性以及残余应力与裂纹的影响。结果表明：不同功率制备的涂层均出现Al-Fe相，与基体都呈现出良好的冶金结合，随着激光功率的增加，涂层的稀释率逐渐增加，涂层由块状和短棒状组织转变为细小颗粒状组织，细晶强化作用明显，涂层内各组织成分分布较均匀，此外，随着激光功率的增加，涂层表面显微硬度和耐磨性先减小后增加，涂层表面的残余应力均为拉应力，裂纹随着应力的升高而变大，当功率为1.6 KW时，涂层表现出较高的耐蚀性。
采用激光熔覆技术制备Al-TiC-CeO2复合涂层，并利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、X射线应力测定仪、电化学工作站研究了不同的激光功率对涂层的组织、硬度、耐磨性、耐蚀性以及残余应力与裂纹的影响。结果表明：不同功率制备的涂层均出现Al-Fe相，与基体都呈现出良好的冶金结合，随着激光功率的增加，涂层的稀释率逐渐增加，涂层由块状和短棒状组织转变为细小颗粒状组织，细晶强化作用明显，涂层内各组织成分分布较均匀，此外，随着激光功率的增加，涂层表面显微硬度和耐磨性先减小后增加，涂层表面的残余应力均为拉应力，裂纹随着应力的升高而变大，当功率为1.6 KW时，涂层表现出较高的耐蚀性。
2019, 48(11):3643-3650.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180413
摘要:
在3Cr14不锈钢基体上激光熔覆制备不同Y2O3含量的0.3C-18Cr复合涂层。采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度仪等设备研究了不同Y2O3含量对熔覆层的微观结构、相组成及硬度的影响。结果表明,未添加Y2O3试样熔覆层有较多孔洞,熔覆层组织由晶内铁素体、晶界分布的上贝氏体及少量马氏体组成；加入在3Cr14不锈钢基体上激光熔覆制备不同Y2O3含量的0.3C-18Cr复合涂层。采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、显微硬度仪等设备研究了不同Y2O3含量对熔覆层的微观结构、相组成及硬度的影响。结果表明，未添加Y2O3试样熔覆层有较多孔洞，熔覆层组织由晶内铁素体、晶界分布的上贝氏体及少量马氏体组成；加入Y2O3后熔覆层枝晶长度减小且数量减少，枝晶尖端钝化且径向粗化，长径比减小，同时熔覆层气孔减少，熔覆层得到净化；熔覆层组织由板条马氏体+晶界少量贝氏体构成；且随Y2O3含量增加，板条马氏体略有粗化，贝氏体数量明显减少，贝氏体碳化物的碳浓度增大，碳化物类型由低碳型碳化物向高碳型碳化物转变。加入Y2O3后，熔覆层显微硬度显著提高，添加2% Y2O3时熔覆层的硬化效果最佳，比未添加Y2O3时增加160 HV0.2。
在3Cr14不锈钢基体上激光熔覆制备不同Y2O3含量的0.3C-18Cr复合涂层。采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度仪等设备研究了不同Y2O3含量对熔覆层的微观结构、相组成及硬度的影响。结果表明,未添加Y2O3试样熔覆层有较多孔洞,熔覆层组织由晶内铁素体、晶界分布的上贝氏体及少量马氏体组成；加入在3Cr14不锈钢基体上激光熔覆制备不同Y2O3含量的0.3C-18Cr复合涂层。采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、显微硬度仪等设备研究了不同Y2O3含量对熔覆层的微观结构、相组成及硬度的影响。结果表明，未添加Y2O3试样熔覆层有较多孔洞，熔覆层组织由晶内铁素体、晶界分布的上贝氏体及少量马氏体组成；加入Y2O3后熔覆层枝晶长度减小且数量减少，枝晶尖端钝化且径向粗化，长径比减小，同时熔覆层气孔减少，熔覆层得到净化；熔覆层组织由板条马氏体+晶界少量贝氏体构成；且随Y2O3含量增加，板条马氏体略有粗化，贝氏体数量明显减少，贝氏体碳化物的碳浓度增大，碳化物类型由低碳型碳化物向高碳型碳化物转变。加入Y2O3后，熔覆层显微硬度显著提高，添加2% Y2O3时熔覆层的硬化效果最佳，比未添加Y2O3时增加160 HV0.2。
2019, 48(11):3651-3656.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190380
摘要:
为了改善铜导线的可焊性和耐蚀性，采用热浸镀技术在铜导线表面制备了Pb40Sn60合金镀层，分析了不同热浸镀速率下Pb40Sn60 合金镀层的微观组织、相成分及力学性能。结果表明，Pb40Sn60合金镀层由α和β两相组成，且α相比β相的相对量较多。随着热浸镀速率的增大，铜导线热浸镀Pb40Sn60合金镀层的厚度增厚，其结晶形态由片层状和等轴状逐渐转变为树枝状。热浸镀过程对铜导线会产生消除加工强化的作用，随着热浸镀速率的减小，热浸镀Pb40Sn60合金镀层铜导线的强度显著降低，延伸率变化较小，铜导线基体的硬度呈略微降低的趋势，镀层硬度亦呈减小的趋势。提高热浸镀速率，有利于镀层的结晶与生长；反之，降低热浸镀速率，有利于消除铜导线基体的加工硬化。
为了改善铜导线的可焊性和耐蚀性，采用热浸镀技术在铜导线表面制备了Pb40Sn60合金镀层，分析了不同热浸镀速率下Pb40Sn60 合金镀层的微观组织、相成分及力学性能。结果表明，Pb40Sn60合金镀层由α和β两相组成，且α相比β相的相对量较多。随着热浸镀速率的增大，铜导线热浸镀Pb40Sn60合金镀层的厚度增厚，其结晶形态由片层状和等轴状逐渐转变为树枝状。热浸镀过程对铜导线会产生消除加工强化的作用，随着热浸镀速率的减小，热浸镀Pb40Sn60合金镀层铜导线的强度显著降低，延伸率变化较小，铜导线基体的硬度呈略微降低的趋势，镀层硬度亦呈减小的趋势。提高热浸镀速率，有利于镀层的结晶与生长；反之，降低热浸镀速率，有利于消除铜导线基体的加工硬化。
2019, 48(11):3657-3663.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180527
摘要:
采用EB-PVD技术在镍基合金Rene N5基体表面沉积YSZ/NiCrAlY/( NiCrAlY+YSZ) /NiCrAlY/( NiCrAlY+YSZ)多层复合涂层,并对试样进行1000℃不同时间的循环氧化处理,通过SEM、EDS、XRD等方法，分析了复合涂层微观组织结构的演变规律及界面反应机制。结果表明：在1000℃条件下,YSZ先驱层会形成双层“三明治”结构的活性扩散障,阻挡基体与涂层之间的元素互扩散；同时,最外层的NiCrAlY+YSZ复合层逐渐转变为以NiO为主混合氧化物层。
采用EB-PVD技术在镍基合金Rene N5基体表面沉积YSZ/NiCrAlY/( NiCrAlY+YSZ) /NiCrAlY/( NiCrAlY+YSZ)多层复合涂层,并对试样进行1000℃不同时间的循环氧化处理,通过SEM、EDS、XRD等方法，分析了复合涂层微观组织结构的演变规律及界面反应机制。结果表明：在1000℃条件下,YSZ先驱层会形成双层“三明治”结构的活性扩散障,阻挡基体与涂层之间的元素互扩散；同时,最外层的NiCrAlY+YSZ复合层逐渐转变为以NiO为主混合氧化物层。
2019, 48(11):3664-3671.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180766
摘要:
The composite ceramic coatings with excellent performance was prepared by micro-arc oxidation with doping CNTs. Influence of CNTs doping method on microstructure, phase composition, wear resistance, corrosion resistance, porosity and pore uniformity were investigated. The results show that the decrease of length to diameter ratio, the change from super hydrophobicity to hydrophobicity and the introduction of oxygen-containing functional groups after modified, increased the dispersion of CNTs in solvents. The addition of CNTs made the coatings smoother and more dense. The coatings were composed of rutile TiO2, anatase TiO2 and CNTs. The addition of CNTs helped to improve the wear resistance and corrosion resistance of coatings. The A-CNTs/MAO coating was not completely damaged after friction test for 20 minutes, showing the best wear resistance. The self-corrosion potential of A-CNTs/MAO coating was -67.61mV, the corrosion current density was 7.43×10-7 A?cm2, and the polarization resistance was 6.84×104 Ω?cm2, showing the best corrosion resistance.
The composite ceramic coatings with excellent performance was prepared by micro-arc oxidation with doping CNTs. Influence of CNTs doping method on microstructure, phase composition, wear resistance, corrosion resistance, porosity and pore uniformity were investigated. The results show that the decrease of length to diameter ratio, the change from super hydrophobicity to hydrophobicity and the introduction of oxygen-containing functional groups after modified, increased the dispersion of CNTs in solvents. The addition of CNTs made the coatings smoother and more dense. The coatings were composed of rutile TiO2, anatase TiO2 and CNTs. The addition of CNTs helped to improve the wear resistance and corrosion resistance of coatings. The A-CNTs/MAO coating was not completely damaged after friction test for 20 minutes, showing the best wear resistance. The self-corrosion potential of A-CNTs/MAO coating was -67.61mV, the corrosion current density was 7.43×10-7 A?cm2, and the polarization resistance was 6.84×104 Ω?cm2, showing the best corrosion resistance.
2019, 48(11):3672-3679.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180813
摘要:
低密度碳纤维复合材料具有轻量化、耐高温、低热导等优异特性,在航空航天热防护领域有较大的应用潜力。为了提高低密度碳纤维复合材料高温抗氧化性能,本文设计并研制了耐高温低密度抗氧化碳纤维复合材料。首先,采用气相沉积工艺对传统低密度碳纤维复合材料进行了强韧化处理,沉积210h时后材料拉伸强度和压缩强度分别提高275%和341%。其次,采用刷涂浸渍和高温原位烧结方法设计并制备了双层超高温抗氧化涂层,采用高温马弗炉对材料在空气环境、不同温度下的高温抗氧化性能进行了测试。结果表明,在1700~1750℃考核条件下材料表现出优异的抗氧化性能,质量增重率为1.1~1.5×10<sub>-5</sub> g/cm<sub>2</sub>?s,表面形成的致密氧化硅氧化膜和氧化铪镶嵌氧化硅氧化膜为材料提供了优异的抗氧化性能。
低密度碳纤维复合材料具有轻量化、耐高温、低热导等优异特性,在航空航天热防护领域有较大的应用潜力。为了提高低密度碳纤维复合材料高温抗氧化性能,本文设计并研制了耐高温低密度抗氧化碳纤维复合材料。首先,采用气相沉积工艺对传统低密度碳纤维复合材料进行了强韧化处理,沉积210h时后材料拉伸强度和压缩强度分别提高275%和341%。其次,采用刷涂浸渍和高温原位烧结方法设计并制备了双层超高温抗氧化涂层,采用高温马弗炉对材料在空气环境、不同温度下的高温抗氧化性能进行了测试。结果表明,在1700~1750℃考核条件下材料表现出优异的抗氧化性能,质量增重率为1.1~1.5×10<sub>-5</sub> g/cm<sub>2</sub>?s,表面形成的致密氧化硅氧化膜和氧化铪镶嵌氧化硅氧化膜为材料提供了优异的抗氧化性能。
2019, 48(11):3680-3685.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180815
摘要:
采用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂技术在不同工艺参数下制备WC-Ni涂层。涂层的相结构和显微组织结构分别采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征。涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性采用显微维氏硬度计进行表征。采用销盘磨损试验对涂层的磨损性能进行表征。结果表明,较大功率下等离子喷涂的涂层较致密,WC相脱碳程度较大。超音速火焰喷涂距离较小时,制备的涂层较致密,脱碳分解程度较小。相比等离子喷涂技术,超音速火焰喷涂制备的涂层中WC相的分解更少,涂层组织结构相对致密,力学性能相对较高,耐磨粒磨损性能较好。致密度相近,但脱碳程度较小的涂层耐磨性能较好。
采用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂技术在不同工艺参数下制备WC-Ni涂层。涂层的相结构和显微组织结构分别采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征。涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性采用显微维氏硬度计进行表征。采用销盘磨损试验对涂层的磨损性能进行表征。结果表明,较大功率下等离子喷涂的涂层较致密,WC相脱碳程度较大。超音速火焰喷涂距离较小时,制备的涂层较致密,脱碳分解程度较小。相比等离子喷涂技术,超音速火焰喷涂制备的涂层中WC相的分解更少,涂层组织结构相对致密,力学性能相对较高,耐磨粒磨损性能较好。致密度相近,但脱碳程度较小的涂层耐磨性能较好。
2019, 48(11):3753-3763.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180876
摘要:
铝、镁、钛基材料作为最有代表性的阀金属具有比强度高、加工性能好、生物相容性优异等诸多特点,被广泛应用于航空航天、汽车、电子通信、医疗等各大行业。但铝、镁、钛基材料摩擦学性能普遍较差。本文综述了利用微弧氧化技术改善铝、镁、钛基材料摩擦学性能的理论基础和应用研究现状；总结了电解液体系、电参数和反应时间对微弧氧化涂层的表面形貌、成分、组织结构和摩擦磨损性能的影响；重点介绍了微弧氧化直接复合技术和二次复合技术；并对未来的应用和发展进行了展望。
铝、镁、钛基材料作为最有代表性的阀金属具有比强度高、加工性能好、生物相容性优异等诸多特点,被广泛应用于航空航天、汽车、电子通信、医疗等各大行业。但铝、镁、钛基材料摩擦学性能普遍较差。本文综述了利用微弧氧化技术改善铝、镁、钛基材料摩擦学性能的理论基础和应用研究现状；总结了电解液体系、电参数和反应时间对微弧氧化涂层的表面形貌、成分、组织结构和摩擦磨损性能的影响；重点介绍了微弧氧化直接复合技术和二次复合技术；并对未来的应用和发展进行了展望。
2019, 48(11):3463-3469.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180991
摘要:
本文应用纳米压痕和维氏硬度的方法表征了TC11/Ti2AlNb电子束焊接焊缝区域在不同状态下的硬度和弹性模量分布,结合组织的演变分析了微纳米尺度的力学的变化。结果表明：在TC11合金的热影响区,马氏体α"相的分解是显微硬度降低的主要原因；而在焊缝以及Ti2AlNb热影响区区域,相的析出导致了显微硬度的增加。通过热变形以及锻后热处理都能够提高焊接区域的弹性模量。相比较而言,焊接态的焊缝弹性模量只有92GPa；而在变形和热处理后,弹性模量的值达到了130GPa。通过拉伸实验结果分析,焊缝在变形及热处理后屈服强度得到了较大提高,这和焊缝区域硬度和弹性模量的变化趋势一致。
本文应用纳米压痕和维氏硬度的方法表征了TC11/Ti2AlNb电子束焊接焊缝区域在不同状态下的硬度和弹性模量分布,结合组织的演变分析了微纳米尺度的力学的变化。结果表明：在TC11合金的热影响区,马氏体α"相的分解是显微硬度降低的主要原因；而在焊缝以及Ti2AlNb热影响区区域,相的析出导致了显微硬度的增加。通过热变形以及锻后热处理都能够提高焊接区域的弹性模量。相比较而言,焊接态的焊缝弹性模量只有92GPa；而在变形和热处理后,弹性模量的值达到了130GPa。通过拉伸实验结果分析,焊缝在变形及热处理后屈服强度得到了较大提高,这和焊缝区域硬度和弹性模量的变化趋势一致。
2019, 48(11):3470-3475.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181156
摘要:
本文以芦荟叶提取液为还原剂和稳定剂,成功地制备了小粒径、球状的金纳米粒子。在这种方法中,简单的芦荟叶提取液和金源混合,没有使用有毒试剂,因此该方法是一种生态友好的合成纳米金的方法。混合溶液的颜色从浅黄色变到紫色,表明生成了纳米金粒子。采用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、激光粒径分析仪(DLS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)等方法对合成的纳米金粒子进行了表征和性能测试。紫外-可见光谱的吸收峰再次表明金纳米颗粒的形成。XRD分析表明所生成的纳米我金具有高度结晶性。TEM和SEM表明纳米金颗粒呈球形,粒径分布在20 nm到60 nm之间。FT-IR证实了金纳米粒子提取物所保护,使其不发生团聚和氧化。论文研究了反应温度、氯金酸溶液和提取物的用量对纳米金粒径的影响。结果表明,这些参数在金纳米粒子的合成中起着重要的作用。
本文以芦荟叶提取液为还原剂和稳定剂,成功地制备了小粒径、球状的金纳米粒子。在这种方法中,简单的芦荟叶提取液和金源混合,没有使用有毒试剂,因此该方法是一种生态友好的合成纳米金的方法。混合溶液的颜色从浅黄色变到紫色,表明生成了纳米金粒子。采用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、激光粒径分析仪(DLS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)等方法对合成的纳米金粒子进行了表征和性能测试。紫外-可见光谱的吸收峰再次表明金纳米颗粒的形成。XRD分析表明所生成的纳米我金具有高度结晶性。TEM和SEM表明纳米金颗粒呈球形,粒径分布在20 nm到60 nm之间。FT-IR证实了金纳米粒子提取物所保护,使其不发生团聚和氧化。论文研究了反应温度、氯金酸溶液和提取物的用量对纳米金粒径的影响。结果表明,这些参数在金纳米粒子的合成中起着重要的作用。
2019, 48(11):3476-3486.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180491
摘要:
Our previous results have shown that comprehensive mechanical properties of titanium alloys can be effectively improved by addition of Fe[1]. We systematically investigate hot deformation behaviors of Ti-6Al-4V-0.35Fe in this study, which is significant to improve plastic deformation ability of titanium alloys. In experiment, we use a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator to obtain the relationship between thermomechanical parameters and flow stress in a range of temperatures (800-950 &amp;#176;C) and strain rates (0.001-10 s-1). The single-peak profiles of the flow curves indicate that dynamic recrystallization (DRX) mechanism dominates the deformation. TEM analysis indicate that the grain size in DRX changes under different deformation temperatures, and finer grains are formed at relatively lower temperature due to the dynamic globularization. The dislocation walls are formed in subgrain boundaries due to dislocation slipping-climbing. The Avrami-type DRX model and the strain compensated multivariable regression model have been applied to fit the experimental stress-strain data during hot deformation. A comparative study between these two types of constitutive models is conducted to represent the flow behavior. It is found that both models have good accuracy in predicting the flow stress of Ti-6Al-4V-0.35Fe alloy. A processing map based on dynamic material model (DMM) at the strain of 0.8 (steady-state flow stage) has been established to identify the flow instability regions and stability regions. The strain rate range of stability region is 0.001-0.6s-1 which has been expanded compared to the range of 0.0003-0.1s-1 of Ti-6Al-4V. Optimal hot working parameters are confirmed to be 920-950 &amp;#176;C and 0.001-0.005 s-1, and nearly complete DRX has taken place. Our results indicate that hot working property of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V is better than that of Ti-6Al-4V alloy in 800-950 &amp;#176;C temperature scale, and processing cost has been decreased.
Our previous results have shown that comprehensive mechanical properties of titanium alloys can be effectively improved by addition of Fe[1]. We systematically investigate hot deformation behaviors of Ti-6Al-4V-0.35Fe in this study, which is significant to improve plastic deformation ability of titanium alloys. In experiment, we use a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator to obtain the relationship between thermomechanical parameters and flow stress in a range of temperatures (800-950 &amp;#176;C) and strain rates (0.001-10 s-1). The single-peak profiles of the flow curves indicate that dynamic recrystallization (DRX) mechanism dominates the deformation. TEM analysis indicate that the grain size in DRX changes under different deformation temperatures, and finer grains are formed at relatively lower temperature due to the dynamic globularization. The dislocation walls are formed in subgrain boundaries due to dislocation slipping-climbing. The Avrami-type DRX model and the strain compensated multivariable regression model have been applied to fit the experimental stress-strain data during hot deformation. A comparative study between these two types of constitutive models is conducted to represent the flow behavior. It is found that both models have good accuracy in predicting the flow stress of Ti-6Al-4V-0.35Fe alloy. A processing map based on dynamic material model (DMM) at the strain of 0.8 (steady-state flow stage) has been established to identify the flow instability regions and stability regions. The strain rate range of stability region is 0.001-0.6s-1 which has been expanded compared to the range of 0.0003-0.1s-1 of Ti-6Al-4V. Optimal hot working parameters are confirmed to be 920-950 &amp;#176;C and 0.001-0.005 s-1, and nearly complete DRX has taken place. Our results indicate that hot working property of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V is better than that of Ti-6Al-4V alloy in 800-950 &amp;#176;C temperature scale, and processing cost has been decreased.
2019, 48(11):3487-3493.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180497
摘要:
当金属材料承受应力时，某些独立或非独立的变形机制可同时被激活。对于变形动力学极其复杂的γ-TiAl基合金，定量描述每个变形机制的一般性本构行为、预测指定加载条件下的主要变形机制具有非常重要的科学和实际意义。为此，本研究针对具有双态/近γ组织的TiAl合金，构建了同时考虑六种机制的变形机制图谱，并详细分析了其形貌特征，探讨了晶粒度的影响。研究表明，本研究所提出的变形机制图谱是理解TiAl合金变形机制、预测变形动力学的有力工具。特别是该变形机制图谱可为TiAl合金设计及变形工艺制定提供重要借鉴。
当金属材料承受应力时，某些独立或非独立的变形机制可同时被激活。对于变形动力学极其复杂的γ-TiAl基合金，定量描述每个变形机制的一般性本构行为、预测指定加载条件下的主要变形机制具有非常重要的科学和实际意义。为此，本研究针对具有双态/近γ组织的TiAl合金，构建了同时考虑六种机制的变形机制图谱，并详细分析了其形貌特征，探讨了晶粒度的影响。研究表明，本研究所提出的变形机制图谱是理解TiAl合金变形机制、预测变形动力学的有力工具。特别是该变形机制图谱可为TiAl合金设计及变形工艺制定提供重要借鉴。
2019, 48(11):3494-3499.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180503
摘要:
为阐明低压压制成形和真空烧结制备的银-石墨烯复合材料的致密化行为,通过24 h机械球磨制得石墨烯含量0.5wt.%至2.0wt.%的银-石墨烯复合粉末,随后进行低压双向压制和真空烧结。通过测量复合材料压制后和烧结后的密度,研究了不同成形压力和不同烧结温度工艺条件下复合材料的成形能力和烧结能力。试验结果表明：银-石墨烯粉末的压制数据符合川北公夫方程。致密化系数(K)值随石墨烯含量的增加而增大,表明复合粉末抗塑性变形能力增大。银-0.5wt.%石墨烯复合材料具有最佳的烧结性能。石墨烯含量1.5wt.%的复合材料具有较好增强效果的力学性能，其抗拉强度达到252 MPa。
为阐明低压压制成形和真空烧结制备的银-石墨烯复合材料的致密化行为,通过24 h机械球磨制得石墨烯含量0.5wt.%至2.0wt.%的银-石墨烯复合粉末,随后进行低压双向压制和真空烧结。通过测量复合材料压制后和烧结后的密度,研究了不同成形压力和不同烧结温度工艺条件下复合材料的成形能力和烧结能力。试验结果表明：银-石墨烯粉末的压制数据符合川北公夫方程。致密化系数(K)值随石墨烯含量的增加而增大,表明复合粉末抗塑性变形能力增大。银-0.5wt.%石墨烯复合材料具有最佳的烧结性能。石墨烯含量1.5wt.%的复合材料具有较好增强效果的力学性能，其抗拉强度达到252 MPa。
2019, 48(11):3500-3505.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20180015
摘要:
本文通过显微硬度、透射电镜和三维原子探针表征测试手段，研究了Zn添加对Al-Mg-Si-Cu合金原子团簇行为和烤漆硬化响应的影响。结果表明，经100°C/3h预时效处理后，含Zn和不含Zn合金中均形成了Mg-Si原子团簇。然而，与不含Zn的合金相比，含Zn合金中Mg-Si原子团簇数量更多，表明Zn添加促进了Mg-Si原子团簇的形成。经185°C /25min烤漆处理后，两个合金在预时效过程中形成的Mg-Si原子团簇转变为具有明显增强效果的β″相，对应的烤漆增量也明显增加。由于预时效后的含Zn合金中Mg-Si原子团簇数量更多，这为烤漆过程中β″的形成提供了更多的形核核心。因此，含Zn合金β″相的尺寸更小，分布更致密，相对应的烤漆硬化响应速率也得以增强。
本文通过显微硬度、透射电镜和三维原子探针表征测试手段，研究了Zn添加对Al-Mg-Si-Cu合金原子团簇行为和烤漆硬化响应的影响。结果表明，经100°C/3h预时效处理后，含Zn和不含Zn合金中均形成了Mg-Si原子团簇。然而，与不含Zn的合金相比，含Zn合金中Mg-Si原子团簇数量更多，表明Zn添加促进了Mg-Si原子团簇的形成。经185°C /25min烤漆处理后，两个合金在预时效过程中形成的Mg-Si原子团簇转变为具有明显增强效果的β″相，对应的烤漆增量也明显增加。由于预时效后的含Zn合金中Mg-Si原子团簇数量更多，这为烤漆过程中β″的形成提供了更多的形核核心。因此，含Zn合金β″相的尺寸更小，分布更致密，相对应的烤漆硬化响应速率也得以增强。
2019, 48(11):3506-3513.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180551
摘要:
本文研究了钙对Mg-4Zn合金组织，织构及力学性能的影响。铸态Mg-4Zn合金包含α-Mg相和MgZn相，Ca的加入还生成了Ca2Mg6Zn3三元相。结果表明，Ca显著细化挤压板材的晶粒尺寸，弱化板材织构。沿着板材横向，Mg-4Zn-0.3Ca合金的屈服强度为163MPa，最终抗拉强度达到260MPa。并且，加钙后的合金延伸率从Mg-4Zn合金的19%提高到24%。本文分析了合金的再结晶机制，织构演变机理和强韧化机制，另外，合金力学性能与各向异性也得到了分析。
本文研究了钙对Mg-4Zn合金组织，织构及力学性能的影响。铸态Mg-4Zn合金包含α-Mg相和MgZn相，Ca的加入还生成了Ca2Mg6Zn3三元相。结果表明，Ca显著细化挤压板材的晶粒尺寸，弱化板材织构。沿着板材横向，Mg-4Zn-0.3Ca合金的屈服强度为163MPa，最终抗拉强度达到260MPa。并且，加钙后的合金延伸率从Mg-4Zn合金的19%提高到24%。本文分析了合金的再结晶机制，织构演变机理和强韧化机制，另外，合金力学性能与各向异性也得到了分析。
2019, 48(11):3514-3518.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180553
摘要:
采用液态金属高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-16Mo(at.%)过共晶合金,研究了生长速率对合金组织演变及性能的影响。在生长速率为12~300μm/s范围内,该合金的凝固组织为初生Mo枝晶与NiAl/Mo纤维共晶的混合组织。随生长速率增加,初生Mo枝晶的体积分数由12μm/s的7.21%增加到 300μm/s的11.42%,Mo枝晶尺度和间距同时随之减小。性能测试结果表明,室温断裂韧性和高温强度随生长速率增加而降低,同时对合金强韧化机理进行了探讨。
采用液态金属高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-16Mo(at.%)过共晶合金,研究了生长速率对合金组织演变及性能的影响。在生长速率为12~300μm/s范围内,该合金的凝固组织为初生Mo枝晶与NiAl/Mo纤维共晶的混合组织。随生长速率增加,初生Mo枝晶的体积分数由12μm/s的7.21%增加到 300μm/s的11.42%,Mo枝晶尺度和间距同时随之减小。性能测试结果表明,室温断裂韧性和高温强度随生长速率增加而降低,同时对合金强韧化机理进行了探讨。
2019, 48(11):3519-3526.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180529
摘要:
摘要：本文采用高能球磨及真空热压烧结方法制备超细晶/纳米晶双相γ-TiAl基合金。将Ti、Al、Nb单质粉末经25h高能球磨配制成名义成分为Ti-45Al-5Nb(at.%) 的纳米级混合粉末。球磨后的混合粉末经真空热压烧结（烧结温度1200℃，压力30MPa，保温保压1h），原位合成Ti3Al 及γ-TiAl双相等轴状合金组织，烧结组织由小于500nm的等轴γ-TiAl相和纳米晶Ti3Al相组成。利用Gleeble-1500D对合金进行热压缩模拟实验，变形温度为1100℃-1200℃、应变速率10-4-10-2s-1，研究该合金压缩组织及流变行为。研究结果表明：与γ-TiAl合金微米级晶粒组织相比，超细等轴双相TiAl+Ti3Al组织明显降低了流变峰值应力，使其在2-2.5%应变量时就达到最大，流变应力随应变速率的降低和温度的升高而降低。同时建立流变应力本构方程，反映一定条件下流变过程中材料的结构特性。随温度升高γ相的孪生倾向显著增加，形变主要发生在基体γ-TiAl相中,晶界滑移、位错及孪晶为等轴双相γ-TiAl合金的高温形变机制，动态回复和再结晶为其软化制。
摘要：本文采用高能球磨及真空热压烧结方法制备超细晶/纳米晶双相γ-TiAl基合金。将Ti、Al、Nb单质粉末经25h高能球磨配制成名义成分为Ti-45Al-5Nb(at.%) 的纳米级混合粉末。球磨后的混合粉末经真空热压烧结（烧结温度1200℃，压力30MPa，保温保压1h），原位合成Ti3Al 及γ-TiAl双相等轴状合金组织，烧结组织由小于500nm的等轴γ-TiAl相和纳米晶Ti3Al相组成。利用Gleeble-1500D对合金进行热压缩模拟实验，变形温度为1100℃-1200℃、应变速率10-4-10-2s-1，研究该合金压缩组织及流变行为。研究结果表明：与γ-TiAl合金微米级晶粒组织相比，超细等轴双相TiAl+Ti3Al组织明显降低了流变峰值应力，使其在2-2.5%应变量时就达到最大，流变应力随应变速率的降低和温度的升高而降低。同时建立流变应力本构方程，反映一定条件下流变过程中材料的结构特性。随温度升高γ相的孪生倾向显著增加，形变主要发生在基体γ-TiAl相中,晶界滑移、位错及孪晶为等轴双相γ-TiAl合金的高温形变机制，动态回复和再结晶为其软化制。
2019, 48(11):3541-3547.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180919
摘要:
采用C形试样浸泡的试验方法，评价了两种加载状态下三种690合金传热管在325℃的50%NaOH介质中长期抗苛性应力腐蚀开裂能力，用XRD方法测量加载后应力值，对表面氧化膜进行了细致的分析，结果表明：采用螺钉缓慢加载的C形试样最大载荷值存在一定量的释放，国产管比进口管的释放量大；在325℃的50%NaOH介质中，国产管与进口管均具有良好的抗SCC性能，国产A管与进口C管的表面氧化膜特征更接近；在高温浓碱介质中，690合金传热管良好的抗苛性应力腐蚀能力与表面生成的双层结构的氧化膜及沿晶界析出连续状碳化物结构特征相关。
采用C形试样浸泡的试验方法，评价了两种加载状态下三种690合金传热管在325℃的50%NaOH介质中长期抗苛性应力腐蚀开裂能力，用XRD方法测量加载后应力值，对表面氧化膜进行了细致的分析，结果表明：采用螺钉缓慢加载的C形试样最大载荷值存在一定量的释放，国产管比进口管的释放量大；在325℃的50%NaOH介质中，国产管与进口管均具有良好的抗SCC性能，国产A管与进口C管的表面氧化膜特征更接近；在高温浓碱介质中，690合金传热管良好的抗苛性应力腐蚀能力与表面生成的双层结构的氧化膜及沿晶界析出连续状碳化物结构特征相关。
2019, 48(11):3548-3555.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180669
摘要:
TiAl合金具有高化学活性，与传统的耐火材料会发生不同程度的化学反应，并限制其在定向凝固铸件中的生产应用。本文以自合成的BaZrO3粉料作为模壳面层耐火材料(钇溶胶为粘结剂)，Al2O3为背层耐火材料(硅溶胶为粘结剂)制备BaZrO3复合模壳。研究BaZrO3粒度对模壳面层致密性的影响、合金定向凝固过程后渗透层形貌以及合金中的污染元素含量。通过光学显微镜 (OM)、扫描显微镜 (SEM)、EDS能谱仪、X射线衍射仪(XRD)、阿基米德原理、电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP)和氮氧仪 (IGI，LECO TC-436)等手段分析面层微观组织结构及孔隙率、模壳与合金界面组织形貌以及成分、合金污染元素的含量。结果表明，细粒度颗粒作为涂层的模壳经过高温烧结后涂层表面更加致密光滑，颗粒之间孔隙数量减少及尺寸减小，孔隙率由优化前的17.3%降低为13.5%；优化后模壳的面层厚度从1000μm (2层)提高为3500μm (4层)；BaZrO3面层与Al2O3背层之间的粘结层厚度从300μm提高至1200μm，面层与背层基体粘结性增强；优化后模壳与合金的界面渗透层从优化前的900μm降低为300μm，合金熔体的渗透被限制在模壳面层，无合金液渗入背层；合金中的Ba、Zr、O含量由89、16800、7586ppm减小为28、4760、3690ppm。
TiAl合金具有高化学活性，与传统的耐火材料会发生不同程度的化学反应，并限制其在定向凝固铸件中的生产应用。本文以自合成的BaZrO3粉料作为模壳面层耐火材料(钇溶胶为粘结剂)，Al2O3为背层耐火材料(硅溶胶为粘结剂)制备BaZrO3复合模壳。研究BaZrO3粒度对模壳面层致密性的影响、合金定向凝固过程后渗透层形貌以及合金中的污染元素含量。通过光学显微镜 (OM)、扫描显微镜 (SEM)、EDS能谱仪、X射线衍射仪(XRD)、阿基米德原理、电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP)和氮氧仪 (IGI，LECO TC-436)等手段分析面层微观组织结构及孔隙率、模壳与合金界面组织形貌以及成分、合金污染元素的含量。结果表明，细粒度颗粒作为涂层的模壳经过高温烧结后涂层表面更加致密光滑，颗粒之间孔隙数量减少及尺寸减小，孔隙率由优化前的17.3%降低为13.5%；优化后模壳的面层厚度从1000μm (2层)提高为3500μm (4层)；BaZrO3面层与Al2O3背层之间的粘结层厚度从300μm提高至1200μm，面层与背层基体粘结性增强；优化后模壳与合金的界面渗透层从优化前的900μm降低为300μm，合金熔体的渗透被限制在模壳面层，无合金液渗入背层；合金中的Ba、Zr、O含量由89、16800、7586ppm减小为28、4760、3690ppm。
2019, 48(11):3556-3562.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180688
摘要:
采用金相显微镜和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了楔横轧制备的GH4169合金轧件的微观组织演变和动态再结晶机制；利用数值分析方法获得了楔横轧过程中等效应变、应变速率和温度的相互关系和变化规律,并探讨对楔横轧GH4169合金动态再结晶的影响。结果表明,楔横轧的变形特点是导致GH4169合金组织均匀和动态再结晶机制不同的主要原因,较大的断面收缩率有利于组织均匀化；轧件表面以非连续动态再结晶机制为主,而心部以连续动态再结晶机制为主。
采用金相显微镜和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了楔横轧制备的GH4169合金轧件的微观组织演变和动态再结晶机制；利用数值分析方法获得了楔横轧过程中等效应变、应变速率和温度的相互关系和变化规律,并探讨对楔横轧GH4169合金动态再结晶的影响。结果表明,楔横轧的变形特点是导致GH4169合金组织均匀和动态再结晶机制不同的主要原因,较大的断面收缩率有利于组织均匀化；轧件表面以非连续动态再结晶机制为主,而心部以连续动态再结晶机制为主。
2019, 48(11):3563-3570.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180691
摘要:
室温下，对AZ31镁合金挤压棒材分别进行两种变路径压缩变形，第一种为压缩方向为正交径向的两道次压缩，称为RD1-RD2压缩变形；第二种为压缩方向依次为挤压方向和的径向的两道次压缩变形，称为ED-RD1压缩变形，并对上述压缩过程中晶粒取向和力学性能的变化特征进行了分析。分析结果表明，压缩变形过程中大量{10-12}拉伸孪晶和{10-12}-{10-12}二次孪晶启动，不同的孪晶变体启动使晶粒中存在较多的交叉孪晶界，孪晶启动总体上遵循施密特定律。对于RD1-RD2压缩变形，两道应力应变曲线几乎相同，而对于ED-RD1压缩变形，第二道次压缩的应力应变曲线对应的应力值明显高于第一道次。
室温下，对AZ31镁合金挤压棒材分别进行两种变路径压缩变形，第一种为压缩方向为正交径向的两道次压缩，称为RD1-RD2压缩变形；第二种为压缩方向依次为挤压方向和的径向的两道次压缩变形，称为ED-RD1压缩变形，并对上述压缩过程中晶粒取向和力学性能的变化特征进行了分析。分析结果表明，压缩变形过程中大量{10-12}拉伸孪晶和{10-12}-{10-12}二次孪晶启动，不同的孪晶变体启动使晶粒中存在较多的交叉孪晶界，孪晶启动总体上遵循施密特定律。对于RD1-RD2压缩变形，两道应力应变曲线几乎相同，而对于ED-RD1压缩变形，第二道次压缩的应力应变曲线对应的应力值明显高于第一道次。
2019, 48(11):3571-3576.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180692
摘要:
本文研究了不同应变速率下工业纯钛TA2室温拉伸和压缩力学行为，结果发现TA2具有明显的拉压屈服不对称性和拉压应变硬化不对称性；随着应变速率的增加，拉压不对称性有明显增加。采用电子背散射衍射（EBSD）技术分析了拉伸和压缩时TA2微观变形机制及微观组织演化规律，结果表明，TA2压缩时以孪晶变形机制为主，拉伸时以位错滑移为主；TA2微观变形行为的载荷敏感性导致了宏观力学性能的不对称性。
本文研究了不同应变速率下工业纯钛TA2室温拉伸和压缩力学行为，结果发现TA2具有明显的拉压屈服不对称性和拉压应变硬化不对称性；随着应变速率的增加，拉压不对称性有明显增加。采用电子背散射衍射（EBSD）技术分析了拉伸和压缩时TA2微观变形机制及微观组织演化规律，结果表明，TA2压缩时以孪晶变形机制为主，拉伸时以位错滑移为主；TA2微观变形行为的载荷敏感性导致了宏观力学性能的不对称性。
2019, 48(11):3577-3584.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180701
摘要:
采用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温热压缩实验,分析了GH2907合金在变形温度950℃~1100℃、应变速率0.01s<sub>-1</sub>~10s<sub>-1</sub>、变形量60%条件下的高温流变行为。结果表明：合金的流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低。利用Arrhenius双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数计算得出合金的热变形激活能Q为463.043kJ.mol<sub>-1</sub>；合金的应力-应变曲线具有明显的动态再结晶(DRX)特征,变形量、变形温度以及应变速率对DRX体积分数均具有显著影响。基于应力-位错关系和DRX动力学,建立了加工硬化-动态回复和动态再结晶两个阶段的机理型本构模型,可用于描述流变应力与应变速率和变形温度之间的关系。误差分析相关系数R为0.987,预测值与实验值吻合良好,可用于表征预测GH2907合金的热变形行为。
采用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温热压缩实验,分析了GH2907合金在变形温度950℃~1100℃、应变速率0.01s<sub>-1</sub>~10s<sub>-1</sub>、变形量60%条件下的高温流变行为。结果表明：合金的流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低。利用Arrhenius双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数计算得出合金的热变形激活能Q为463.043kJ.mol<sub>-1</sub>；合金的应力-应变曲线具有明显的动态再结晶(DRX)特征,变形量、变形温度以及应变速率对DRX体积分数均具有显著影响。基于应力-位错关系和DRX动力学,建立了加工硬化-动态回复和动态再结晶两个阶段的机理型本构模型,可用于描述流变应力与应变速率和变形温度之间的关系。误差分析相关系数R为0.987,预测值与实验值吻合良好,可用于表征预测GH2907合金的热变形行为。
2019, 48(11):3585-3592.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180714
摘要:
在不改变GH3625合金化学成分的前提下,通过晶界工程(GBE)优化和调控合金组织,从而改善合金的高温组织稳定性以及使用可靠性。采用电子背散射(EBSD)和取向成像显微技术(OIM)研究了形变热处理对GH3625合金晶界特征分布(GBCD)的影响。结果表明,GH3625合金晶界特征分布的优化主要是通过再结晶过程中形成的Σ3<sub>n</sub>晶界来实现的,同时主要受冷变形量和退火条件的影响；GH3625合金中低ΣCSL晶界比例随着冷变形量的增加而减小,随着退火温度的升高而增加,当合金在ε=35 %,退火温度为1120 ℃保温15 min时,低ΣCSL晶界比例可提高到63.16 %以上(Palumbo-Aust标准)；同时形成大尺寸的“互有Σ3<sub>n</sub>的取向关系晶粒的团簇”此外,GH3625合金中出现了大尺寸的晶粒团簇,在晶粒团簇内的晶粒之间具有Σ3<sub>n</sub>的取向关系；晶粒团簇尺寸和内含Σ3<sub>n</sub>晶界的数量随着冷变形量的增加而减小,随着退火温度的升高而增加。
在不改变GH3625合金化学成分的前提下,通过晶界工程(GBE)优化和调控合金组织,从而改善合金的高温组织稳定性以及使用可靠性。采用电子背散射(EBSD)和取向成像显微技术(OIM)研究了形变热处理对GH3625合金晶界特征分布(GBCD)的影响。结果表明,GH3625合金晶界特征分布的优化主要是通过再结晶过程中形成的Σ3<sub>n</sub>晶界来实现的,同时主要受冷变形量和退火条件的影响；GH3625合金中低ΣCSL晶界比例随着冷变形量的增加而减小,随着退火温度的升高而增加,当合金在ε=35 %,退火温度为1120 ℃保温15 min时,低ΣCSL晶界比例可提高到63.16 %以上(Palumbo-Aust标准)；同时形成大尺寸的“互有Σ3<sub>n</sub>的取向关系晶粒的团簇”此外,GH3625合金中出现了大尺寸的晶粒团簇,在晶粒团簇内的晶粒之间具有Σ3<sub>n</sub>的取向关系；晶粒团簇尺寸和内含Σ3<sub>n</sub>晶界的数量随着冷变形量的增加而减小,随着退火温度的升高而增加。
2019, 48(11):3593-3599.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180754
摘要:
利用电磁搅拌辅助激光成形技术修复带有V形槽缺陷的GH4169高温合金,通过改变磁场电流强度比较了修复区Laves相形貌与体积分数,并测量了枝晶间、枝晶干Nb元素含量,研究了磁场电流大小与元素偏析和材料硬度之间的关系。实验研究结果表明：电磁搅拌作用下Laves相的形貌发生了明显改变,由连续网状分布逐渐变为短蠕虫状和颗粒状,Laves相的体积分数有所减小；枝晶干g基体Nb元素的含量随着搅拌磁场的增大而增加,当磁场电流为60A时,Nb元素的平均含量达到3.72 wt.%,较未施加电磁搅拌的试样增加了0.33wt.%。硬度测试显示电磁搅拌作用显著提高了修复试样的显微硬度,这与Nb等合金元素在枝晶干基体g相中固溶度的提高有关。分析认为,电磁搅拌促进了垂直于枝晶生长方向熔池液态金属的流动,促进了溶质元素的均匀分布,使枝晶臂的生长更发达,共晶组织分布更均匀。
利用电磁搅拌辅助激光成形技术修复带有V形槽缺陷的GH4169高温合金,通过改变磁场电流强度比较了修复区Laves相形貌与体积分数,并测量了枝晶间、枝晶干Nb元素含量,研究了磁场电流大小与元素偏析和材料硬度之间的关系。实验研究结果表明：电磁搅拌作用下Laves相的形貌发生了明显改变,由连续网状分布逐渐变为短蠕虫状和颗粒状,Laves相的体积分数有所减小；枝晶干g基体Nb元素的含量随着搅拌磁场的增大而增加,当磁场电流为60A时,Nb元素的平均含量达到3.72 wt.%,较未施加电磁搅拌的试样增加了0.33wt.%。硬度测试显示电磁搅拌作用显著提高了修复试样的显微硬度,这与Nb等合金元素在枝晶干基体g相中固溶度的提高有关。分析认为,电磁搅拌促进了垂直于枝晶生长方向熔池液态金属的流动,促进了溶质元素的均匀分布,使枝晶臂的生长更发达,共晶组织分布更均匀。
2019, 48(11):3600-3607.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180796
摘要:
用热模拟试验机、光学显微镜、MATLAB软件研究了双态组织Ti80合金在变形温度860 ~ 1020 ℃、应变速率0.001 ~ 10 s-1、最大变形量50%下的热变形和热加工特性。结果表明：Ti80合金为负温度敏感型、正应变速率敏感型材料,主要软化机制随温度的升高由动态再结晶转变为动态回复。利用MATLAB编程构建了应变补偿本构方程与热加工图,计算应力与试验应力的相关系数R=0.994、平均相对误差AARE=7.443%；合金最佳热加工工艺参数区间为：[980 ~ 1015 ℃]-[0.013 ~ 0.100 s-1],该区峰值功率耗散系数h=64%。
用热模拟试验机、光学显微镜、MATLAB软件研究了双态组织Ti80合金在变形温度860 ~ 1020 ℃、应变速率0.001 ~ 10 s-1、最大变形量50%下的热变形和热加工特性。结果表明：Ti80合金为负温度敏感型、正应变速率敏感型材料,主要软化机制随温度的升高由动态再结晶转变为动态回复。利用MATLAB编程构建了应变补偿本构方程与热加工图,计算应力与试验应力的相关系数R=0.994、平均相对误差AARE=7.443%；合金最佳热加工工艺参数区间为：[980 ~ 1015 ℃]-[0.013 ~ 0.100 s-1],该区峰值功率耗散系数h=64%。
2019, 48(11):3608-3614.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180820
摘要:
阻燃钛合金是飞机发动机核心部件中的重要材料，由于钛合金燃烧过程难以控制，燃烧参数难以获得加大了研究难度。论文以典型阻燃钛合金Ti40和Ti14为研究对象，利用高速摄影在不同氧分压环境下通过直流点火研究其燃烧行为，探索其燃烧过程中的氧扩散过程，明确合金元素对阻燃行为的影响 。研究发现两种合金燃烧后均形成分层结构，Ti40合金中Cr和V元素向外扩散，和氧反应生成Cr2O3/V2O5，密度高于TiO2的密度，Ti原子很难通过Cr2O3向外扩散与氧反应，提高燃烧表面致密度，抑制氧的扩散；而对于Ti14合金，共析反应生成大量的液相，富Cu相包裹Ti相球化晶粒形成Cu元素富集层，隔离氧并减少钛与氧的接触，从而降低氧向基体的扩散速率，同时Cu相的包裹作用增加氧扩散的距离，氧需要更多的能量扩散与Ti接触并反应，从而抑制了反应的发生。
阻燃钛合金是飞机发动机核心部件中的重要材料，由于钛合金燃烧过程难以控制，燃烧参数难以获得加大了研究难度。论文以典型阻燃钛合金Ti40和Ti14为研究对象，利用高速摄影在不同氧分压环境下通过直流点火研究其燃烧行为，探索其燃烧过程中的氧扩散过程，明确合金元素对阻燃行为的影响 。研究发现两种合金燃烧后均形成分层结构，Ti40合金中Cr和V元素向外扩散，和氧反应生成Cr2O3/V2O5，密度高于TiO2的密度，Ti原子很难通过Cr2O3向外扩散与氧反应，提高燃烧表面致密度，抑制氧的扩散；而对于Ti14合金，共析反应生成大量的液相，富Cu相包裹Ti相球化晶粒形成Cu元素富集层，隔离氧并减少钛与氧的接触，从而降低氧向基体的扩散速率，同时Cu相的包裹作用增加氧扩散的距离，氧需要更多的能量扩散与Ti接触并反应，从而抑制了反应的发生。
2019, 48(11):3615-3620.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180821
摘要:
钛具有优良的耐蚀性能,可长期工作在高浓度的沸腾硝酸介质中,是商业后处理较为理想的设备用材。本文采用SEM,EDS,XRD,XPS等表征手段对CP-Ti在含氟离子硝酸中试样表面出现的白色附着物进行分析,并解释其形成机理。结果表明：氟离子浓度在50 ppm以下时,CP-Ti腐蚀速率呈现由大到小并趋于稳定的规律；氟离子浓度在50 ppm及以上时,腐蚀速率呈现由大到小再变大的“v”型规律。试样表面的白色附着物的物相为TiO<sub>2</sub>,其形成机理为：先是试样表面多孔膜的形成；其次是TiO<sub>2</sub>以多孔膜上的孔为基点进行生长、脱落。
钛具有优良的耐蚀性能,可长期工作在高浓度的沸腾硝酸介质中,是商业后处理较为理想的设备用材。本文采用SEM,EDS,XRD,XPS等表征手段对CP-Ti在含氟离子硝酸中试样表面出现的白色附着物进行分析,并解释其形成机理。结果表明：氟离子浓度在50 ppm以下时,CP-Ti腐蚀速率呈现由大到小并趋于稳定的规律；氟离子浓度在50 ppm及以上时,腐蚀速率呈现由大到小再变大的“v”型规律。试样表面的白色附着物的物相为TiO<sub>2</sub>,其形成机理为：先是试样表面多孔膜的形成；其次是TiO<sub>2</sub>以多孔膜上的孔为基点进行生长、脱落。
2019, 48(11):3686-3692.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190243
摘要:
本文基于熔体快淬技术,研究了低熔点元素Cu、Al和Ga添加对Ce17Fe78B6合金磁性能的影响。三类低熔点元素的加入,均降低了合金的磁化强度,而矫顽力有一定程度的提升。其中,Cu和Ga元素添加可优化晶粒尺寸分布,且Ga添加对Ce17Fe78B6合金矫顽力的提升最为有效。研究发现,Ce17Fe78B6合金回复曲线轻微开口；当Ga添加量为0.75 at.%时,合金具有较优异的综合磁性能,回复曲线完全闭合。适量Ga元素添加明显增强了Ce-Fe-B基合金晶间短程交换耦合作用,减小了合金平均回复磁导率,有效降低了Ce-Fe-B基合金在周期性反向磁场中的能量损失。
本文基于熔体快淬技术,研究了低熔点元素Cu、Al和Ga添加对Ce17Fe78B6合金磁性能的影响。三类低熔点元素的加入,均降低了合金的磁化强度,而矫顽力有一定程度的提升。其中,Cu和Ga元素添加可优化晶粒尺寸分布,且Ga添加对Ce17Fe78B6合金矫顽力的提升最为有效。研究发现,Ce17Fe78B6合金回复曲线轻微开口；当Ga添加量为0.75 at.%时,合金具有较优异的综合磁性能,回复曲线完全闭合。适量Ga元素添加明显增强了Ce-Fe-B基合金晶间短程交换耦合作用,减小了合金平均回复磁导率,有效降低了Ce-Fe-B基合金在周期性反向磁场中的能量损失。
2019, 48(11):3693-3700.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180653
摘要:
利用箔-纤维-箔（FFF）法结合真空热压（VHP）技术制备新型的Cf增强Ti/Al基层状复合材料。借助扫描电镜（SEM），能谱分析（EDS），X射线物衍射物相分析测试（XRD），弯曲实验，压缩实验等对不同热压工艺参数下材料的组织及性能进行研究。结果表明，最佳热压工艺为700℃-30MPa-1h，材料弯曲强度可达469MPa，抗压强度可达324MPa。新型Cf增强Ti/Al基层状复合材料结构为韧-脆相交替的叠层，该结构可有效阻碍裂纹扩展并延长其扩展路径，吸收大量的断裂能，以此提高材料的性能。在Ti/Al界面处生成Al3Ti和Ti5Si3强化相；在Al/Cf界面处形成了Al4C3和SiC相。Si元素促进Ti、Al结合及强化相Ti5Si3的析出，并提高Al、C润湿性。
利用箔-纤维-箔（FFF）法结合真空热压（VHP）技术制备新型的Cf增强Ti/Al基层状复合材料。借助扫描电镜（SEM），能谱分析（EDS），X射线物衍射物相分析测试（XRD），弯曲实验，压缩实验等对不同热压工艺参数下材料的组织及性能进行研究。结果表明，最佳热压工艺为700℃-30MPa-1h，材料弯曲强度可达469MPa，抗压强度可达324MPa。新型Cf增强Ti/Al基层状复合材料结构为韧-脆相交替的叠层，该结构可有效阻碍裂纹扩展并延长其扩展路径，吸收大量的断裂能，以此提高材料的性能。在Ti/Al界面处生成Al3Ti和Ti5Si3强化相；在Al/Cf界面处形成了Al4C3和SiC相。Si元素促进Ti、Al结合及强化相Ti5Si3的析出，并提高Al、C润湿性。
2019, 48(11):3701-3707.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180675
摘要:
本文分别研究了不同状态工业纯锆在0.9R_p0.2、0.925R_p0.2、0.95R_p0.2、0.975R_p0.2蠕变应力下的室温蠕变性能，计算了不同状态工业纯锆的稳态蠕变速率及蠕变应力，并分析了退火前后以及蠕变前后工业纯锆的微观组织。试验结果表明：不同状态工业纯锆的室温蠕变均存在阈值应力，当外加蠕变应力大于阈值应力时，随着蠕变应力的增加，工业纯锆位错密度显著增加，晶界处呈现出明显的位错塞积现象；与粗晶工业纯锆相比，经250°C退火处理后的超细晶工业纯锆，既能维持晶粒尺寸及稳定的显微组织状态，同时还能保证原有的高强度并提高其塑性；另外，250°C退火处理显著提高超细晶工业纯锆室温蠕变性能，使室温蠕变应力敏感性降低，室温蠕变抗性增加。
本文分别研究了不同状态工业纯锆在0.9R_p0.2、0.925R_p0.2、0.95R_p0.2、0.975R_p0.2蠕变应力下的室温蠕变性能，计算了不同状态工业纯锆的稳态蠕变速率及蠕变应力，并分析了退火前后以及蠕变前后工业纯锆的微观组织。试验结果表明：不同状态工业纯锆的室温蠕变均存在阈值应力，当外加蠕变应力大于阈值应力时，随着蠕变应力的增加，工业纯锆位错密度显著增加，晶界处呈现出明显的位错塞积现象；与粗晶工业纯锆相比，经250°C退火处理后的超细晶工业纯锆，既能维持晶粒尺寸及稳定的显微组织状态，同时还能保证原有的高强度并提高其塑性；另外，250°C退火处理显著提高超细晶工业纯锆室温蠕变性能，使室温蠕变应力敏感性降低，室温蠕变抗性增加。
2019, 48(11):3708-3713.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180699
摘要:
采用喷雾干燥结合低温微波水热法制备了石墨烯/LiFePO<sub>4</sub>复合正极材料,利用SEM、XRD、DLS等对其微观形貌、结构、粒度分布进行了表征,并利用恒流充放电、CV、EIS等测试研究了复合正极材料的电化学性能和电极动力学过程。结果表明,与未包覆的样品相比,石墨烯包覆的LiFePO<sub>4</sub>具有优异的倍率性能(5C放电比容量为125.4 mAh?g<sub>-1</sub>)和循环稳定性(1C条件下100次充放电后容量保持率在95%左右)。包覆石墨烯后LiFePO<sub>4</sub>正极材料的电荷迁移电阻减小,电化学可逆性增强,从而提高了材料的倍率性能。本文提供了一条提高磷酸铁锂正极材料电化学性能的简便途径,具有良好的应用前景。
采用喷雾干燥结合低温微波水热法制备了石墨烯/LiFePO<sub>4</sub>复合正极材料,利用SEM、XRD、DLS等对其微观形貌、结构、粒度分布进行了表征,并利用恒流充放电、CV、EIS等测试研究了复合正极材料的电化学性能和电极动力学过程。结果表明,与未包覆的样品相比,石墨烯包覆的LiFePO<sub>4</sub>具有优异的倍率性能(5C放电比容量为125.4 mAh?g<sub>-1</sub>)和循环稳定性(1C条件下100次充放电后容量保持率在95%左右)。包覆石墨烯后LiFePO<sub>4</sub>正极材料的电荷迁移电阻减小,电化学可逆性增强,从而提高了材料的倍率性能。本文提供了一条提高磷酸铁锂正极材料电化学性能的简便途径,具有良好的应用前景。
2019, 48(11):3714-3720.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180740
摘要:
采用溶胶凝胶法制备了Ba0.6Sr0.4TiO3粉末，并采用球磨方法将Ba0.6Sr0.4TiO3与FeNi合金微粉进行包覆，成功制备了3种不同Ba0.6Sr0.4TiO3粉末添加量的FeNi/Ba0.6Sr0.4TiO3核壳结构粉体。采用SEM、XRD等技术分析了Ba0.6Sr0.4TiO3加入前后FeNi合金微粉的形态、组成，利用矢量网络分析仪测量了FeNi以及FeNi/Ba0.6Sr0.4TiO3复合材料的电磁参数。结果表明，成功制备了不规则颗粒状Ba0.6Sr0.4TiO3粉末，Ba0.6Sr0.4TiO3粉末大部分包覆于片状FeNi合金微粉表面，且随着Ba0.6Sr0.4TiO3粉末添加量的增加，包覆层厚度逐渐增大，FeNi合金片形态逐渐模糊。Ba0.6Sr0.4TiO3粉末包覆层有效降低了FeNi合金微粉的介电常数虚部，提高了其低频波段的阻抗匹配性能，实现铁电和铁磁双性材料的复合吸波效果，改善了低频吸波性能。利用1/4波长干涉相消理论对反射损耗峰频率与电磁参数关系进行了分析，并结合界面反射模型及材料阻抗匹配对反射损耗峰强度变化进行了分析。
采用溶胶凝胶法制备了Ba0.6Sr0.4TiO3粉末，并采用球磨方法将Ba0.6Sr0.4TiO3与FeNi合金微粉进行包覆，成功制备了3种不同Ba0.6Sr0.4TiO3粉末添加量的FeNi/Ba0.6Sr0.4TiO3核壳结构粉体。采用SEM、XRD等技术分析了Ba0.6Sr0.4TiO3加入前后FeNi合金微粉的形态、组成，利用矢量网络分析仪测量了FeNi以及FeNi/Ba0.6Sr0.4TiO3复合材料的电磁参数。结果表明，成功制备了不规则颗粒状Ba0.6Sr0.4TiO3粉末，Ba0.6Sr0.4TiO3粉末大部分包覆于片状FeNi合金微粉表面，且随着Ba0.6Sr0.4TiO3粉末添加量的增加，包覆层厚度逐渐增大，FeNi合金片形态逐渐模糊。Ba0.6Sr0.4TiO3粉末包覆层有效降低了FeNi合金微粉的介电常数虚部，提高了其低频波段的阻抗匹配性能，实现铁电和铁磁双性材料的复合吸波效果，改善了低频吸波性能。利用1/4波长干涉相消理论对反射损耗峰频率与电磁参数关系进行了分析，并结合界面反射模型及材料阻抗匹配对反射损耗峰强度变化进行了分析。
2019, 48(11):3721-3726.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180803
摘要:
采用喷射沉积技术制备Mg-9Al-3Zn-1Mn-9Ca-1Nd合金沉积坯,对其进行挤压预变形(挤压温度为340 ℃,挤压比为25:1)。利用SEM,TEM和XRD研究镁合金第二相上孪生、Mg-Nd-Zn型LPSO结构相的形成以及LSPO结构相与第二相孪生之间的关系。结果表明：在Al<sub>2</sub>(Ca,Nd)型C15相上形成了6H-LPSO结构相,C15粒子周围应力高度集中使分切应力提高且C15粒子周围形成的位错缠结区是C15粒子发生孪生的主要原因；纳米级C15粒子钉扎位错、抑制再结晶晶粒长大是(0002)基面织构及柱面(100)和锥面(101)织构形成的主要原因；当平均尺寸较小的C15粒子内Nd含量较高时C15粒子易形成LPSO结构相,而平均尺寸较大的C15粒子内Nd含量较低时C15粒子易发生孪生。
采用喷射沉积技术制备Mg-9Al-3Zn-1Mn-9Ca-1Nd合金沉积坯,对其进行挤压预变形(挤压温度为340 ℃,挤压比为25:1)。利用SEM,TEM和XRD研究镁合金第二相上孪生、Mg-Nd-Zn型LPSO结构相的形成以及LSPO结构相与第二相孪生之间的关系。结果表明：在Al<sub>2</sub>(Ca,Nd)型C15相上形成了6H-LPSO结构相,C15粒子周围应力高度集中使分切应力提高且C15粒子周围形成的位错缠结区是C15粒子发生孪生的主要原因；纳米级C15粒子钉扎位错、抑制再结晶晶粒长大是(0002)基面织构及柱面(100)和锥面(101)织构形成的主要原因；当平均尺寸较小的C15粒子内Nd含量较高时C15粒子易形成LPSO结构相,而平均尺寸较大的C15粒子内Nd含量较低时C15粒子易发生孪生。
2019, 48(11):3727-3734.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180814
摘要:
采用SEM、EBSD、OM等方法,研究了激光体能量密度E对SLM成形Inconel 738合金致密度、微观组织和显微硬度影响。研究表明：在SLM成形过程中,激光体能量密度E对试样致密度起决定性作用,随着激光体能量密度的增大,致密度呈现先上升后下降的趋势,并且在65.2 J/mm<sub>3</sub>可以实现最高致密度(99.4％)；凝固过程中冷却速率高达2.44×10<sub>5</sub> K/s,SLM成形Inconel 738合金的组织垂直与打印方向和平行与打印方向有明显的各向异性,平行于打印方向的组织呈“棋盘状”形貌,垂直与打印方向为“鱼鳞状”形貌,层与层之间、不同道次之间的熔池搭接区为晶粒细化的胞晶；显微组织表现出明显的织构,随着激光体能量密度的增大,＜001＞方向的织构逐渐增强；试样的硬度随着激光体能量密度的增大而增大,当硬度值超过65.2 J/mm<sub>3</sub>时,SLM成形Inconel 738合金的硬度值超过精铸试样(410 HV),硬度值在各个面上的分布是定向独立的。
采用SEM、EBSD、OM等方法,研究了激光体能量密度E对SLM成形Inconel 738合金致密度、微观组织和显微硬度影响。研究表明：在SLM成形过程中,激光体能量密度E对试样致密度起决定性作用,随着激光体能量密度的增大,致密度呈现先上升后下降的趋势,并且在65.2 J/mm<sub>3</sub>可以实现最高致密度(99.4％)；凝固过程中冷却速率高达2.44×10<sub>5</sub> K/s,SLM成形Inconel 738合金的组织垂直与打印方向和平行与打印方向有明显的各向异性,平行于打印方向的组织呈“棋盘状”形貌,垂直与打印方向为“鱼鳞状”形貌,层与层之间、不同道次之间的熔池搭接区为晶粒细化的胞晶；显微组织表现出明显的织构,随着激光体能量密度的增大,＜001＞方向的织构逐渐增强；试样的硬度随着激光体能量密度的增大而增大,当硬度值超过65.2 J/mm<sub>3</sub>时,SLM成形Inconel 738合金的硬度值超过精铸试样(410 HV),硬度值在各个面上的分布是定向独立的。
2019, 48(11):3735-3739.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180823
摘要:
用共沉淀法制备FeNiHCF粉体,改变合成温度研究其对材料储钠性能的影响。使用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构和形貌。用FeNiHCF和Na分别作为正负极组装钠离子半电池。使用循环伏安(CV)和恒流充放电测试手段表征样品的储钠性能,结果表明,合成温度的改变会影响材料的微观形貌和储钠性能,60℃合成的FeNiHCF初始钠含量、比容量、循环稳定性均为最佳。
用共沉淀法制备FeNiHCF粉体,改变合成温度研究其对材料储钠性能的影响。使用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构和形貌。用FeNiHCF和Na分别作为正负极组装钠离子半电池。使用循环伏安(CV)和恒流充放电测试手段表征样品的储钠性能,结果表明,合成温度的改变会影响材料的微观形貌和储钠性能,60℃合成的FeNiHCF初始钠含量、比容量、循环稳定性均为最佳。
2019, 48(11):3740-3744.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180832
摘要:
基于热变形技术，研究制备了DyF3掺杂热变形NdFeB磁体的微观结构和磁性能。结果表明，通过热变形，磁体获得了具有明显C轴取向特征的扁平形状晶粒，其剩磁从前驱体烧结磁体的0.77 T提高至 1.34 T，提升了近74%。此外，热变形过程起到了晶界扩散的作用，使得DyF3进一步扩散至NdFeB主相之中，形成了(Nd, Dy)2Fe14B相，从而减小了因热变形带来的矫顽力损失。电化学测试表明，热变形过程可提高磁体腐蚀电位和减小电流密度。变形条件800 ℃/70%时，磁体具有最佳的综合磁性能和电化学性能，其磁性能可达：Br=1.34 T，Hcj=1225 kA/m和(BH)max=286 kJ/m3。
基于热变形技术，研究制备了DyF3掺杂热变形NdFeB磁体的微观结构和磁性能。结果表明，通过热变形，磁体获得了具有明显C轴取向特征的扁平形状晶粒，其剩磁从前驱体烧结磁体的0.77 T提高至 1.34 T，提升了近74%。此外，热变形过程起到了晶界扩散的作用，使得DyF3进一步扩散至NdFeB主相之中，形成了(Nd, Dy)2Fe14B相，从而减小了因热变形带来的矫顽力损失。电化学测试表明，热变形过程可提高磁体腐蚀电位和减小电流密度。变形条件800 ℃/70%时，磁体具有最佳的综合磁性能和电化学性能，其磁性能可达：Br=1.34 T，Hcj=1225 kA/m和(BH)max=286 kJ/m3。
2019, 48(11):3745-3752.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180834
摘要:
本文开展热处理后工业纯钛TA2不同载荷水平下疲劳裂纹扩展实验，考虑裂尖塑性变形程度，研究疲劳裂纹扩展规律以及热处理状态对疲劳裂纹扩展不同阶段的适应性。结果表明，不同疲劳载荷下热处理对疲劳扩展速率产生不同的影响。A类加载热处理后的疲劳裂纹扩展速率下降是由于近门槛区有效载荷的降低，以及近门槛值的提高。B类加载下热处理对有效载荷以及裂尖塑性变形几乎没有什么影响。C类与D类加载下热处理后裂尖塑性变形受到限制，而导致疲劳裂纹扩展速率下降。
本文开展热处理后工业纯钛TA2不同载荷水平下疲劳裂纹扩展实验，考虑裂尖塑性变形程度，研究疲劳裂纹扩展规律以及热处理状态对疲劳裂纹扩展不同阶段的适应性。结果表明，不同疲劳载荷下热处理对疲劳扩展速率产生不同的影响。A类加载热处理后的疲劳裂纹扩展速率下降是由于近门槛区有效载荷的降低，以及近门槛值的提高。B类加载下热处理对有效载荷以及裂尖塑性变形几乎没有什么影响。C类与D类加载下热处理后裂尖塑性变形受到限制，而导致疲劳裂纹扩展速率下降。
2019, 48(11):3764-3769.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180719
摘要:
动态再结晶是金属材料改变组织状态的一种重要方式。本文综述了典型金属材料在高温塑性变形中的三种动态再结晶机制,即不连续动态再结晶、连续动态再结晶和几何动态再结晶。描述了不同再结晶机制的组织特征,包括晶界取向分布、晶内取向积累方式、动态再结晶晶粒尺寸及其与流变应力的关系。作者基于Ti-24Ni-4Zr-8Sn和Ti-25Nb-3Zr- 3Mo-2Sn钛合金的热变形组织演变的研究,提出除了材料本质性能决定了高温塑性变形的再结晶机制外,温度、应变速率、应变量及变形方式等的不同配合可以导致多种再结晶机制发生。
动态再结晶是金属材料改变组织状态的一种重要方式。本文综述了典型金属材料在高温塑性变形中的三种动态再结晶机制,即不连续动态再结晶、连续动态再结晶和几何动态再结晶。描述了不同再结晶机制的组织特征,包括晶界取向分布、晶内取向积累方式、动态再结晶晶粒尺寸及其与流变应力的关系。作者基于Ti-24Ni-4Zr-8Sn和Ti-25Nb-3Zr- 3Mo-2Sn钛合金的热变形组织演变的研究,提出除了材料本质性能决定了高温塑性变形的再结晶机制外,温度、应变速率、应变量及变形方式等的不同配合可以导致多种再结晶机制发生。
2019, 48(11):3770-3780.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181102
摘要:
材料科学与工程领域中,相场法是计算材料学的重要分支。相场法在模拟与预测材料微观组织、形貌演化等方面的作用越来越突出。材料微观组织决定其宏观服役性能。商业合金材料性能的改变与控制,在很大程度上依赖于精细调控固态相变过程以期获得理想的微组织图斑。实验对于合金材料固态相变的分析侧重于结果的观测与讨论,对于相变动力学过程研究较少。基于微观扩散理论的相场模型在原子尺度上研究合金固态相变过程,这显著不同于其它的相场模型。本文系统阐述了微观相场模型在合金固态相变方面的研究思路及研究成果。在此基础上,阐述了当前研究的难点,展望了微观相场在固态相变领域的发展前景,最后特别指出了微观相场在合金相变方面未来的研究方向。
材料科学与工程领域中,相场法是计算材料学的重要分支。相场法在模拟与预测材料微观组织、形貌演化等方面的作用越来越突出。材料微观组织决定其宏观服役性能。商业合金材料性能的改变与控制,在很大程度上依赖于精细调控固态相变过程以期获得理想的微组织图斑。实验对于合金材料固态相变的分析侧重于结果的观测与讨论,对于相变动力学过程研究较少。基于微观扩散理论的相场模型在原子尺度上研究合金固态相变过程,这显著不同于其它的相场模型。本文系统阐述了微观相场模型在合金固态相变方面的研究思路及研究成果。在此基础上,阐述了当前研究的难点,展望了微观相场在固态相变领域的发展前景,最后特别指出了微观相场在合金相变方面未来的研究方向。
