2019年第48卷第2期文章目次
2019, 48(2):357-365.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180526
摘要:
以混合元素粉末为原料,采用激光立体成形(Laser solid forming, LSF)技术制备新型Ti-6Al-6Mo合金。研究了沉积态试样的显微组织以及固溶时效处理对合金显微组织形成及硬度的影响。结果表明,本研究所采用的热处理制度对原始β晶粒形貌没有显著的影响；固溶温度、固溶时间和固溶后的冷却方式对原始β晶粒中α相的形貌和尺寸以及LSF Ti-6Al-6Mo合金的显微硬度均有显著影响。当时效时间超过4小时后,随着时效时间的延长,合金的显微组织和显微硬度均未产生明显变化。基于不同热处理条件下LSF Ti-6Al-6Mo合金中初生α板条和次生α板条的析出机制及其对β基体的强化作用分析,揭示了热处理对LSF Ti-6Al-6Mo合金的显微组织和显微硬度的影响机理。
以混合元素粉末为原料,采用激光立体成形(Laser solid forming, LSF)技术制备新型Ti-6Al-6Mo合金。研究了沉积态试样的显微组织以及固溶时效处理对合金显微组织形成及硬度的影响。结果表明,本研究所采用的热处理制度对原始β晶粒形貌没有显著的影响；固溶温度、固溶时间和固溶后的冷却方式对原始β晶粒中α相的形貌和尺寸以及LSF Ti-6Al-6Mo合金的显微硬度均有显著影响。当时效时间超过4小时后,随着时效时间的延长,合金的显微组织和显微硬度均未产生明显变化。基于不同热处理条件下LSF Ti-6Al-6Mo合金中初生α板条和次生α板条的析出机制及其对β基体的强化作用分析,揭示了热处理对LSF Ti-6Al-6Mo合金的显微组织和显微硬度的影响机理。
2019, 48(2):394-400.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170794
摘要:
在含石墨微粒的硅酸钠电解液中，采用不同的电流密度（1, 5, 10，15和20 A/dm2）在ZL108铝合金上制备了微弧氧化（MAO）膜层。利用SEM、EDS、XRD、涡流测厚仪和显微硬度计对微弧氧化膜层的特性进行了研究。结果表明，随着电流密度的增加，微弧氧化膜层的增厚导致氧化电压增加。微弧氧化膜表面多孔，微孔的直径和烧结盘尺寸逐渐增加。膜层表面C、Si元素的相对含量随电流密度增加而增多，C元素在膜层表面呈均匀分布，膜层截面C元素主要集中在膜层外侧。膜层主要由SiC, SiO2, θ-Al2O3, α-Al2O3组成, SiC相来源于石墨与SiO2反应。随电流密度增大，膜层硬度增加。膜层耐蚀性呈先升高后降低的趋势，并在5A/dm2时膜层腐蚀速率最低。
在含石墨微粒的硅酸钠电解液中，采用不同的电流密度（1, 5, 10，15和20 A/dm2）在ZL108铝合金上制备了微弧氧化（MAO）膜层。利用SEM、EDS、XRD、涡流测厚仪和显微硬度计对微弧氧化膜层的特性进行了研究。结果表明，随着电流密度的增加，微弧氧化膜层的增厚导致氧化电压增加。微弧氧化膜表面多孔，微孔的直径和烧结盘尺寸逐渐增加。膜层表面C、Si元素的相对含量随电流密度增加而增多，C元素在膜层表面呈均匀分布，膜层截面C元素主要集中在膜层外侧。膜层主要由SiC, SiO2, θ-Al2O3, α-Al2O3组成, SiC相来源于石墨与SiO2反应。随电流密度增大，膜层硬度增加。膜层耐蚀性呈先升高后降低的趋势，并在5A/dm2时膜层腐蚀速率最低。
2019, 48(2):419-425.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170663
摘要:
激光沉积制造过程中,熔池宽度是成形精度的关键,主要受到工艺参数的影响。本文建立了基于CCD高速摄像机的熔池在线监测系统,为了提高熔池宽度检测精度,应用卡尔曼滤波技术对熔池宽度测量值进行了去噪处理。采用正交试验设计方法和多元回归分析,建立了熔池宽度与三个主要工艺参数(激光功率、扫描速度和送粉速率)间的关系模型。并设计单一变量实验对模型进行了验证。最后,利用粒子群算法(PSO)对薄壁结构的成形过程参数进行了预测。结果表明,对LDM成形过程进行工艺参数的分析和预测为实现沉积层成形精度的控制提供了依据。
激光沉积制造过程中,熔池宽度是成形精度的关键,主要受到工艺参数的影响。本文建立了基于CCD高速摄像机的熔池在线监测系统,为了提高熔池宽度检测精度,应用卡尔曼滤波技术对熔池宽度测量值进行了去噪处理。采用正交试验设计方法和多元回归分析,建立了熔池宽度与三个主要工艺参数(激光功率、扫描速度和送粉速率)间的关系模型。并设计单一变量实验对模型进行了验证。最后,利用粒子群算法(PSO)对薄壁结构的成形过程参数进行了预测。结果表明,对LDM成形过程进行工艺参数的分析和预测为实现沉积层成形精度的控制提供了依据。
2019, 48(2):440-445.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170660
摘要:
本文利用喷射沉积技术合成含Ni的Al-Zn-Mg-Cu合金,合金中的Ni元素以亚微米球状Al9Fe0.7Ni1.3化合物的形式存在。利用扫描电镜和电子背散射衍射、透射电镜以及拉伸测试研究了Al9Fe0.7Ni1.3颗粒对合金固溶处理后组织和性能的影响。结果发现：Al9Fe0.7Ni1.3颗粒主要在晶界附近分布,说明该颗粒在固溶过程中具有有力的抑制再结晶作用。固溶处理后,合金的拉伸强度为603 MPa,断裂延伸率为11.79%,主要断裂方式为穿晶延性断裂。实验结果表明亚微米球状Al9Fe0.7Ni1.3化合物对合金性能有重要影响,可以产生细晶强化和Orowan强化,是合金发生穿晶延性断裂的主要原因。
本文利用喷射沉积技术合成含Ni的Al-Zn-Mg-Cu合金,合金中的Ni元素以亚微米球状Al9Fe0.7Ni1.3化合物的形式存在。利用扫描电镜和电子背散射衍射、透射电镜以及拉伸测试研究了Al9Fe0.7Ni1.3颗粒对合金固溶处理后组织和性能的影响。结果发现：Al9Fe0.7Ni1.3颗粒主要在晶界附近分布,说明该颗粒在固溶过程中具有有力的抑制再结晶作用。固溶处理后,合金的拉伸强度为603 MPa,断裂延伸率为11.79%,主要断裂方式为穿晶延性断裂。实验结果表明亚微米球状Al9Fe0.7Ni1.3化合物对合金性能有重要影响,可以产生细晶强化和Orowan强化,是合金发生穿晶延性断裂的主要原因。
2019, 48(2):446-451.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170683
摘要:
本文通过射频等离子方法制备了高度球形化的TC4(Ti6Al4V)合金粉末。主要探究仪器送粉喷嘴高度、产生等离子体的功率、反应室的压力、原料粉体的粒径分布、送粉速率以及载气的气流速率等对于粉体球化率的影响，通过调节上述因素形成对比实验并得到不同实验条件下的球化粉体。通过SEM图像可观察粉体的形貌变化并计算比较粉体的球化率，通过XRD图可知球化前后粉体相结构不发生变化，观察球化粉末横截面可知粉末为实心球体且表面光滑，同时可发现球化后粉末流动性明显提高，松装密度大，粒径分布窄，适合3D打印等应用技术对于合金粉体的要求。实验中，调节送粉喷嘴高度为12.5cm，反应室压力为14.7psia，送粉速率为1.742g／min，产生等离子气的功率为27.2kW且控制原料粉体的平均粒径在38～63微米时可使得球化率达到99%，明显高于其他球化粉末制备方法。
本文通过射频等离子方法制备了高度球形化的TC4(Ti6Al4V)合金粉末。主要探究仪器送粉喷嘴高度、产生等离子体的功率、反应室的压力、原料粉体的粒径分布、送粉速率以及载气的气流速率等对于粉体球化率的影响，通过调节上述因素形成对比实验并得到不同实验条件下的球化粉体。通过SEM图像可观察粉体的形貌变化并计算比较粉体的球化率，通过XRD图可知球化前后粉体相结构不发生变化，观察球化粉末横截面可知粉末为实心球体且表面光滑，同时可发现球化后粉末流动性明显提高，松装密度大，粒径分布窄，适合3D打印等应用技术对于合金粉体的要求。实验中，调节送粉喷嘴高度为12.5cm，反应室压力为14.7psia，送粉速率为1.742g／min，产生等离子气的功率为27.2kW且控制原料粉体的平均粒径在38～63微米时可使得球化率达到99%，明显高于其他球化粉末制备方法。
2019, 48(2):491-499.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170612
摘要:
激光冲击强化能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度残余压应力,提高材料抗疲劳、磨损和腐蚀等性能。本文分别采用20J、25J和30J脉冲激光冲击TC17钛合金。采用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征25J激光冲击强化对微观组织演变规律的影响；采用激光共聚焦显微镜分析20J、25J 和30J激光冲击强化对表面形貌及粗糙度的影响；采用钻孔法和电子散斑干涉技术测定20J、25J和30J激光冲击强化后试样的残余应力；并研究20J、25J和30J激光冲击强化对其室温拉伸性能的影响。研究结果表明：25J 激光冲击强化后,冲击影响层α相晶粒平均尺寸由激光冲击前的11.17 μm减小到激光冲击强化后的6.93 μm,晶体内部产生高密度位错、孪晶以及层错缺陷,位错密度由冲击前的8.11×1013 m-2增加到冲击后的3.59×1014 m-2。20J,25J,30J激光冲击强化,试样表面粗糙度减小(0.922 μm、0.537 μm、0.305 μm),表面残余应力增大(-213 MPa、-296 MPa、-774 MPa)。激光冲击强化后TC17钛合金屈服强度提升30~70 MPa,断裂形式为韧性断裂,激光冲击强化诱导晶粒细化对TC17钛合金的拉伸强度影响较小。
激光冲击强化能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度残余压应力,提高材料抗疲劳、磨损和腐蚀等性能。本文分别采用20J、25J和30J脉冲激光冲击TC17钛合金。采用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征25J激光冲击强化对微观组织演变规律的影响；采用激光共聚焦显微镜分析20J、25J 和30J激光冲击强化对表面形貌及粗糙度的影响；采用钻孔法和电子散斑干涉技术测定20J、25J和30J激光冲击强化后试样的残余应力；并研究20J、25J和30J激光冲击强化对其室温拉伸性能的影响。研究结果表明：25J 激光冲击强化后,冲击影响层α相晶粒平均尺寸由激光冲击前的11.17 μm减小到激光冲击强化后的6.93 μm,晶体内部产生高密度位错、孪晶以及层错缺陷,位错密度由冲击前的8.11×1013 m-2增加到冲击后的3.59×1014 m-2。20J,25J,30J激光冲击强化,试样表面粗糙度减小(0.922 μm、0.537 μm、0.305 μm),表面残余应力增大(-213 MPa、-296 MPa、-774 MPa)。激光冲击强化后TC17钛合金屈服强度提升30~70 MPa,断裂形式为韧性断裂,激光冲击强化诱导晶粒细化对TC17钛合金的拉伸强度影响较小。
2019, 48(2):500-508.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170342
摘要:
摘 要: 为改善Ti6Al4V钛合金的表面硬度和耐磨性能，采用液氮强制冷却辅助激光熔覆制备35％WC / Ni60A(质量分数)复合涂层，研究液氮强制冷却对熔覆层微观组织和力学性能的影响。基于X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析液氮强制冷却熔覆层的显微组织和物相组成；在室温条件下施加200N载荷以Si3Ni4陶瓷球为对偶件测试基体、空冷和液氮强制冷却熔覆层的滑动磨损性能，分析其磨损机理。结果表明：空冷和液氮强制冷却熔覆层都由α（Ti），WC，W2C，TiC，TiNi，Ti2Ni，TiNi3，NiB相构成。但与空冷熔覆层相比，液氮强制冷却熔覆层组织均匀致密，晶粒尺寸和析出强化相更加细小，并在结合界面处形成取向一致性更强，更加均匀细密的定向凝固组织，呈现出与基体良好的冶金结合。液氮强制冷却熔覆层的平均显微硬度达到1363 HV0.2，硬度较基体和空冷熔覆层分别提高4倍和1.61倍。此外，液氮强制冷却熔覆层耐磨性分别为基体和空冷熔覆层的5.39倍和1.77倍。液氮强制冷却能有效提高激光熔覆层的显微硬度和耐磨性能。
摘 要: 为改善Ti6Al4V钛合金的表面硬度和耐磨性能，采用液氮强制冷却辅助激光熔覆制备35％WC / Ni60A(质量分数)复合涂层，研究液氮强制冷却对熔覆层微观组织和力学性能的影响。基于X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析液氮强制冷却熔覆层的显微组织和物相组成；在室温条件下施加200N载荷以Si3Ni4陶瓷球为对偶件测试基体、空冷和液氮强制冷却熔覆层的滑动磨损性能，分析其磨损机理。结果表明：空冷和液氮强制冷却熔覆层都由α（Ti），WC，W2C，TiC，TiNi，Ti2Ni，TiNi3，NiB相构成。但与空冷熔覆层相比，液氮强制冷却熔覆层组织均匀致密，晶粒尺寸和析出强化相更加细小，并在结合界面处形成取向一致性更强，更加均匀细密的定向凝固组织，呈现出与基体良好的冶金结合。液氮强制冷却熔覆层的平均显微硬度达到1363 HV0.2，硬度较基体和空冷熔覆层分别提高4倍和1.61倍。此外，液氮强制冷却熔覆层耐磨性分别为基体和空冷熔覆层的5.39倍和1.77倍。液氮强制冷却能有效提高激光熔覆层的显微硬度和耐磨性能。
2019, 48(2):524-530.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180465
摘要:
电弧热丝变极性等离子弧（Arcing wire VPPA）对传热与传质的可靠控制使其在电弧增材制造方面拥有独特的优点，本文针对单道多层铝合金堆砌试样，利用二次通用旋转组合方法针对性的设计了单壁墙试验样本，通过多次回归方程建立了单壁墙成型尺寸与工艺参数的数学模型。经过验证模型能够准确地预测单壁墙的熔敷尺寸，真实值与拟合值基本一致。同时发现，等离子电流、行走速度、送丝速度对层高的影响较为明显，且等离子电流与行走速度对层高的影响存在交互作用；而对熔宽影响较明显的为等离子电流、变极性脉冲MIG电流以及行走速度。同时分析了增材成型熔宽尺寸稳定性控制策略，发现等离子电流以等差数列排序的控制方案在增材宽度的稳定性控制上具有明显优势。
电弧热丝变极性等离子弧（Arcing wire VPPA）对传热与传质的可靠控制使其在电弧增材制造方面拥有独特的优点，本文针对单道多层铝合金堆砌试样，利用二次通用旋转组合方法针对性的设计了单壁墙试验样本，通过多次回归方程建立了单壁墙成型尺寸与工艺参数的数学模型。经过验证模型能够准确地预测单壁墙的熔敷尺寸，真实值与拟合值基本一致。同时发现，等离子电流、行走速度、送丝速度对层高的影响较为明显，且等离子电流与行走速度对层高的影响存在交互作用；而对熔宽影响较明显的为等离子电流、变极性脉冲MIG电流以及行走速度。同时分析了增材成型熔宽尺寸稳定性控制策略，发现等离子电流以等差数列排序的控制方案在增材宽度的稳定性控制上具有明显优势。
2019, 48(2):601-607.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170355
摘要:
采用电火花沉积分别制备了碳化铬基金属陶瓷单涂层和碳化铬基金属陶瓷/Ni复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机对比研究了单涂层和复合涂层的物相、微观组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,两种涂层组织结构致密,与基体呈良好的冶金结合,并在涂层内形成了纳米晶的微观组织。复合涂层中FeCr0.29Ni0.16C0.06韧性相含量增加,在涂层界面处存在过渡层Ni,并以塑性变形的方式释放了更多沉积时产生的热应力,因而涂层裂纹明显减少。复合涂层的峰值硬度(1186HV0.05)虽略低于单涂层,但该涂层具有最小的摩擦系数(0.2462),1h磨损量仅为单涂层的1/3,因此表现出更好的耐磨性能,其主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。
采用电火花沉积分别制备了碳化铬基金属陶瓷单涂层和碳化铬基金属陶瓷/Ni复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机对比研究了单涂层和复合涂层的物相、微观组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,两种涂层组织结构致密,与基体呈良好的冶金结合,并在涂层内形成了纳米晶的微观组织。复合涂层中FeCr0.29Ni0.16C0.06韧性相含量增加,在涂层界面处存在过渡层Ni,并以塑性变形的方式释放了更多沉积时产生的热应力,因而涂层裂纹明显减少。复合涂层的峰值硬度(1186HV0.05)虽略低于单涂层,但该涂层具有最小的摩擦系数(0.2462),1h磨损量仅为单涂层的1/3,因此表现出更好的耐磨性能,其主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。
2019, 48(2):626-631.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170528
摘要:
通过对单颗金属熔滴沉积行为的研究,建立了三维实体零件搭接成形数值计算模型,探索了金属熔滴在小空间、大温度梯度环境下沉积成形中熔体流动、铺展、凝固成形机理,揭示了典型特征截面上搭接成形时,熔滴沉积中的主要特征因素与成形形貌、内部质量之间的影响规律,获得了最优的工艺窗口,为后续复杂金属件的熔滴液流沉积成形提供了技术支持和参考依据。
通过对单颗金属熔滴沉积行为的研究,建立了三维实体零件搭接成形数值计算模型,探索了金属熔滴在小空间、大温度梯度环境下沉积成形中熔体流动、铺展、凝固成形机理,揭示了典型特征截面上搭接成形时,熔滴沉积中的主要特征因素与成形形貌、内部质量之间的影响规律,获得了最优的工艺窗口,为后续复杂金属件的熔滴液流沉积成形提供了技术支持和参考依据。
2019, 48(2):656-661.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170346
摘要:
采用电镀-高温氧化技术在321不锈钢基材表面制备出了Cr2O3涂层，研究了氧化时间及氧化温度对涂层组织结构和表面形貌的影响。利用XRD、SEM、EDS等分析测试手段对涂层的组织结构、元素分析及形貌进行了表征，并对涂层的抗腐蚀性能和阻氢性能进行了测试。结果表明，电流密度为0.3 A/cm2、氧化温度为700 oC、氧化时间为4 h下获得的Cr2O3涂层，晶粒尺寸均匀，约为1 μm，晶粒之间结合紧密，孔隙少；Cr2O3涂层与基材之间存在Cr-O的过渡层，使Cr2O3涂层与基材结合紧密，界面处无空洞、裂纹等缺陷；且该涂层具有良好的抗腐蚀性能（0.98 10-4?μA/cm2）和抗热冲击性能（300次），阻氢渗透性能比基材提高了10.5倍。
采用电镀-高温氧化技术在321不锈钢基材表面制备出了Cr2O3涂层，研究了氧化时间及氧化温度对涂层组织结构和表面形貌的影响。利用XRD、SEM、EDS等分析测试手段对涂层的组织结构、元素分析及形貌进行了表征，并对涂层的抗腐蚀性能和阻氢性能进行了测试。结果表明，电流密度为0.3 A/cm2、氧化温度为700 oC、氧化时间为4 h下获得的Cr2O3涂层，晶粒尺寸均匀，约为1 μm，晶粒之间结合紧密，孔隙少；Cr2O3涂层与基材之间存在Cr-O的过渡层，使Cr2O3涂层与基材结合紧密，界面处无空洞、裂纹等缺陷；且该涂层具有良好的抗腐蚀性能（0.98 10-4?μA/cm2）和抗热冲击性能（300次），阻氢渗透性能比基材提高了10.5倍。
2019, 48(2):693-700.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180712
摘要:
无掩模定域性电化学沉积—增材制造技术是采用电化学沉积原理、摈除掩模与支撑、以增材制造方式实现三维金属微结构制造的一种新技术。本文综述了体现该技术核心内容与工艺特征的代表性技术：无掩模定域性喷射电化学沉积—增材制造技术和无掩模定域性直写电化学沉积—增材制造技术的基本原理和研究现状,分析了两种技术各自的特点、存在的问题和今后的研究发展趋势。
无掩模定域性电化学沉积—增材制造技术是采用电化学沉积原理、摈除掩模与支撑、以增材制造方式实现三维金属微结构制造的一种新技术。本文综述了体现该技术核心内容与工艺特征的代表性技术：无掩模定域性喷射电化学沉积—增材制造技术和无掩模定域性直写电化学沉积—增材制造技术的基本原理和研究现状,分析了两种技术各自的特点、存在的问题和今后的研究发展趋势。
2019, 48(2):366-374.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170793
摘要:
通过对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下的低周疲劳性能测试及表征,研究了在不同应变幅(△ε/2=0.5~1.2%)对循环应力响应行为和断裂模式的影响。建立了显微组织演变和疲劳行为之间的联系。实验结果表明,该合金发生了循环软化行为并且随着应变幅的提高,循环软化程度降低。γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽有利于位错运动的进行,因此造成了循环软化。当应变幅为0.5%时,位错回复也是造成循环软化的原因。随着应变幅增加至0.8%后,γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽程度降低,位错在两相界面上发生了塞积,造成了循环软化程度的降低。疲劳失效模式从扩展区的正断模式转变为了瞬断区的剪切断裂模式。本研究有利于建立单晶高温合金涡轮叶片疲劳失效模式、循环应力响应行为和组织三者的关系,对涡轮叶片的设计使用具有一定的指导意义。
通过对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下的低周疲劳性能测试及表征,研究了在不同应变幅(△ε/2=0.5~1.2%)对循环应力响应行为和断裂模式的影响。建立了显微组织演变和疲劳行为之间的联系。实验结果表明,该合金发生了循环软化行为并且随着应变幅的提高,循环软化程度降低。γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽有利于位错运动的进行,因此造成了循环软化。当应变幅为0.5%时,位错回复也是造成循环软化的原因。随着应变幅增加至0.8%后,γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽程度降低,位错在两相界面上发生了塞积,造成了循环软化程度的降低。疲劳失效模式从扩展区的正断模式转变为了瞬断区的剪切断裂模式。本研究有利于建立单晶高温合金涡轮叶片疲劳失效模式、循环应力响应行为和组织三者的关系,对涡轮叶片的设计使用具有一定的指导意义。
2019, 48(2):375-384.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170757
摘要:
研究了二次颗粒尺寸和添加WC对双结构金属陶瓷组织和力学性能的影响，结果表明二次颗粒均匀地分布在基体中，随着添加WC含量的增加，组织中白芯灰壳结构和无芯结构增加。组织中发现了一种新的四层复合结构的硬质相。随着二次颗粒尺寸的增加，材料的断裂韧性提高，但抗弯曲度和硬度下降，而提高WC加入量，断裂韧性和抗弯曲度提高，但硬度有所下降。更高的断裂韧性主要归功于裂纹的分叉、桥接、偏转、微裂纹以及二次颗粒的拔出效应。
研究了二次颗粒尺寸和添加WC对双结构金属陶瓷组织和力学性能的影响，结果表明二次颗粒均匀地分布在基体中，随着添加WC含量的增加，组织中白芯灰壳结构和无芯结构增加。组织中发现了一种新的四层复合结构的硬质相。随着二次颗粒尺寸的增加，材料的断裂韧性提高，但抗弯曲度和硬度下降，而提高WC加入量，断裂韧性和抗弯曲度提高，但硬度有所下降。更高的断裂韧性主要归功于裂纹的分叉、桥接、偏转、微裂纹以及二次颗粒的拔出效应。
2019, 48(2):385-393.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170814
摘要:
采用等通道转角挤压（ECAP）Bc路径对固溶态Mg-3.52Sn-3.32Al合金分别挤压1、4和8道次。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析合金的组织和相组成，并测试了其室温拉伸力学性能。结果表明，经ECAP挤压后，固溶态合金组织中析出大量细小的Mg2Sn相和极少量的Mg17Al12相。随挤压道次增加，合金的综合力学性能先提高后降低。经4道次挤压后，合金的综合拉伸力学性能相对较佳，抗拉强度、伸长率和硬度分别达到250 MPa、20.5%和61.3 HV9.8，较未ECAP时分别提高43.7%、105%和26.9%。经ECAP挤压的合金室温拉伸断口均呈韧性断裂。等通道转角挤压Mg-3.52Sn-3.32Al合金的力学性能受晶粒尺寸、析出相以及组织织构的共同影响。
采用等通道转角挤压（ECAP）Bc路径对固溶态Mg-3.52Sn-3.32Al合金分别挤压1、4和8道次。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析合金的组织和相组成，并测试了其室温拉伸力学性能。结果表明，经ECAP挤压后，固溶态合金组织中析出大量细小的Mg2Sn相和极少量的Mg17Al12相。随挤压道次增加，合金的综合力学性能先提高后降低。经4道次挤压后，合金的综合拉伸力学性能相对较佳，抗拉强度、伸长率和硬度分别达到250 MPa、20.5%和61.3 HV9.8，较未ECAP时分别提高43.7%、105%和26.9%。经ECAP挤压的合金室温拉伸断口均呈韧性断裂。等通道转角挤压Mg-3.52Sn-3.32Al合金的力学性能受晶粒尺寸、析出相以及组织织构的共同影响。
2019, 48(2):401-405.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170762
摘要:
论文对介质阻挡低温等离子体法辅助制备催化剂的方法进行了研究。利用X射线衍射分析,热重分析,扫描电子显微镜等方式对催化剂进行分析,实验表明等离子体法和传统焙烧处理制备的催化剂性能相近,并且利用介质阻挡低温等离子体方式处理的催化剂在预处理速度,催化剂微观颗粒尺寸小,分散度好等方面均优于传统焙烧的处理方式。预处理后的催化剂表面活性更有利于合成气制备液体烃类燃料。
论文对介质阻挡低温等离子体法辅助制备催化剂的方法进行了研究。利用X射线衍射分析,热重分析,扫描电子显微镜等方式对催化剂进行分析,实验表明等离子体法和传统焙烧处理制备的催化剂性能相近,并且利用介质阻挡低温等离子体方式处理的催化剂在预处理速度,催化剂微观颗粒尺寸小,分散度好等方面均优于传统焙烧的处理方式。预处理后的催化剂表面活性更有利于合成气制备液体烃类燃料。
2019, 48(2):406-410.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170771
摘要:
本文研究了Y2O3坩埚对N3Al基高温合金返回料纯净化熔炼的影响，并对使用Y2O3坩埚和MgO坩埚进行真空感应熔炼的结果进行了对比。结果表明：使用Y2O3坩埚对N3Al基高温合金IC21返回料进行纯净化熔炼有利于降低返回料中的H、N和O含量。和使用MgO坩埚相比分别降低了50%,80%,和80%。最低可以达到0.5 wppm,1 wppm 和2 wppm的数值。当精炼温度高于1550?C或精炼时间超过5分钟时，精炼参数对纯净化熔炼的效果影响很小。
本文研究了Y2O3坩埚对N3Al基高温合金返回料纯净化熔炼的影响，并对使用Y2O3坩埚和MgO坩埚进行真空感应熔炼的结果进行了对比。结果表明：使用Y2O3坩埚对N3Al基高温合金IC21返回料进行纯净化熔炼有利于降低返回料中的H、N和O含量。和使用MgO坩埚相比分别降低了50%,80%,和80%。最低可以达到0.5 wppm,1 wppm 和2 wppm的数值。当精炼温度高于1550?C或精炼时间超过5分钟时，精炼参数对纯净化熔炼的效果影响很小。
2019, 48(2):411-418.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170680
摘要:
采用高能球磨(HEBM)和放电等离子烧结(SPS)工艺成功制备出微纳B4C/Ti颗粒增强铜基复合材料(CTBCs),通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)等测试手段对其微观组织形貌进行表征。结果表明,(B4C+Ti)颗粒在基体中均匀分布,增强体与铜基体界面结合良好,且其结合形式为冶金结合和机械结合并存。采用阿基米德排水法测定出烧结态试样的致密度。复合材料的显微硬度、拉伸屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能相较于纯铜试样得到显著提高,这主要归因于载荷传递、细化晶粒与热错配等强化机制。复合材料的拉伸断口表现出明显的韧性断裂特征。
采用高能球磨(HEBM)和放电等离子烧结(SPS)工艺成功制备出微纳B4C/Ti颗粒增强铜基复合材料(CTBCs),通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)等测试手段对其微观组织形貌进行表征。结果表明,(B4C+Ti)颗粒在基体中均匀分布,增强体与铜基体界面结合良好,且其结合形式为冶金结合和机械结合并存。采用阿基米德排水法测定出烧结态试样的致密度。复合材料的显微硬度、拉伸屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能相较于纯铜试样得到显著提高,这主要归因于载荷传递、细化晶粒与热错配等强化机制。复合材料的拉伸断口表现出明显的韧性断裂特征。
2019, 48(2):426-432.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170671
摘要:
采用ECC, TEM和EBSD表征技术,研究了Zr-Cr-Fe合金经β相淬火后的马氏体组织特征。结果表明：马氏体相变过程中,任一高温β相都能够转变为12个α马氏体变体。而这12个α马氏体变体并不是随机分布的,而是择优形成了四个亚区域。每一个亚区域由一种三变体团簇组成,而该三变体团簇表现为典型的三角形自我协调形貌。进一步晶体学分析表明：组成每一个团簇的这三个马氏体变体与母相之间存在一个共同的 极点,同时该三变体相互之间的取向关系为 。由于在β→α马氏体相变过程中存在形状应变,而三变体团簇的形成能够最大程度的协调该应变。
采用ECC, TEM和EBSD表征技术,研究了Zr-Cr-Fe合金经β相淬火后的马氏体组织特征。结果表明：马氏体相变过程中,任一高温β相都能够转变为12个α马氏体变体。而这12个α马氏体变体并不是随机分布的,而是择优形成了四个亚区域。每一个亚区域由一种三变体团簇组成,而该三变体团簇表现为典型的三角形自我协调形貌。进一步晶体学分析表明：组成每一个团簇的这三个马氏体变体与母相之间存在一个共同的 极点,同时该三变体相互之间的取向关系为 。由于在β→α马氏体相变过程中存在形状应变,而三变体团簇的形成能够最大程度的协调该应变。
2019, 48(2):433-436.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170564
摘要:
大量理论与实验研究表明,应力三轴度对韧性断裂有重要影响。然而,最近的研究表明,与应力偏张量第三不变量相关的罗德参数也是影响韧性断裂一个重要因素。本文采用7075铝合金制成的缺口圆棒和凹槽平板试样来研究应力三轴度和罗德参数对韧性断裂的影响及相应的微观机理。通过准静态拉伸实验和数值模拟得到应力三轴度、罗德参数及失效轨迹。同时利用扫描电镜试验分析了不同应力状态下的空穴演化规律。结果表明,应力三轴度和罗德参数对破坏应变有重要影响。并且罗德参数的影响随着应力三轴度的增加而降低。断口形貌显示,随着应力三轴度的增加,孔洞的尺寸减小,不同罗德参数下的空穴形态有明显不同。二级孔洞的成核速率和生长程度也受到罗德参数的影响。
大量理论与实验研究表明,应力三轴度对韧性断裂有重要影响。然而,最近的研究表明,与应力偏张量第三不变量相关的罗德参数也是影响韧性断裂一个重要因素。本文采用7075铝合金制成的缺口圆棒和凹槽平板试样来研究应力三轴度和罗德参数对韧性断裂的影响及相应的微观机理。通过准静态拉伸实验和数值模拟得到应力三轴度、罗德参数及失效轨迹。同时利用扫描电镜试验分析了不同应力状态下的空穴演化规律。结果表明,应力三轴度和罗德参数对破坏应变有重要影响。并且罗德参数的影响随着应力三轴度的增加而降低。断口形貌显示,随着应力三轴度的增加,孔洞的尺寸减小,不同罗德参数下的空穴形态有明显不同。二级孔洞的成核速率和生长程度也受到罗德参数的影响。
2019, 48(2):452-457.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.e20170134
摘要:
：本文采用片状Fe95Si1B2P0.5Cu1.5合金粉体替代球形Fe-6.5%Si合金粉体,制备了FeSi系金属磁粉芯,研究了合金粉及磁粉芯的制备,退火温度和成型压力对磁粉芯的软磁性能的影响情况。研究结果表明,Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的磁导率在1~200kHz频率范围内具有良好的频率稳定性,经450℃×1h退火处理后,磁粉芯内部残余内应力得到充分的释放,其有效磁导率μe得到大幅的提升,成型压力为1.74GPa时,最大值达到53。随着外加直流磁场强度的逐渐变大,磁粉芯的磁导率逐渐下降,当外加直流磁场强度H=50Oe时,有效磁导率μe维持在70%以上,当H继续增大到130Oe时,μe仍大于20,表明磁粉芯具有良好的直流叠加特性。
：本文采用片状Fe95Si1B2P0.5Cu1.5合金粉体替代球形Fe-6.5%Si合金粉体,制备了FeSi系金属磁粉芯,研究了合金粉及磁粉芯的制备,退火温度和成型压力对磁粉芯的软磁性能的影响情况。研究结果表明,Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的磁导率在1~200kHz频率范围内具有良好的频率稳定性,经450℃×1h退火处理后,磁粉芯内部残余内应力得到充分的释放,其有效磁导率μe得到大幅的提升,成型压力为1.74GPa时,最大值达到53。随着外加直流磁场强度的逐渐变大,磁粉芯的磁导率逐渐下降,当外加直流磁场强度H=50Oe时,有效磁导率μe维持在70%以上,当H继续增大到130Oe时,μe仍大于20,表明磁粉芯具有良好的直流叠加特性。
2019, 48(2):458-462.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170681
摘要:
在本文中，研究了添加剂的粒度和AgSnO2触头材料的性能之间的关系。Bi2O3、TiO2和CeO2被选作添加剂，并且四种粒度被选择，与此同时添加剂的比例通过润湿性试验获得。AgSnO2 触头材料通过粉末冶金法制备。对掺杂不同种类不同粒度的AgSnO2触头材料的物理和电接触性能进行了研究，结果表明三种添加剂（Bi2O3、TiO2和CeO2）的粒度对触头材料性能的影响趋势是一致的，并且细的添加剂颗粒有利于AgSnO2触头材料性能的改进。随着添加剂粒度的减小，AgSnO2触头材料的物理和电接触性能都得到了提高，并且添加剂的最佳粒径200nm。结果表明AgSnO2触头材料的性能可以通过选择添加剂的最佳粒度改进。
在本文中，研究了添加剂的粒度和AgSnO2触头材料的性能之间的关系。Bi2O3、TiO2和CeO2被选作添加剂，并且四种粒度被选择，与此同时添加剂的比例通过润湿性试验获得。AgSnO2 触头材料通过粉末冶金法制备。对掺杂不同种类不同粒度的AgSnO2触头材料的物理和电接触性能进行了研究，结果表明三种添加剂（Bi2O3、TiO2和CeO2）的粒度对触头材料性能的影响趋势是一致的，并且细的添加剂颗粒有利于AgSnO2触头材料性能的改进。随着添加剂粒度的减小，AgSnO2触头材料的物理和电接触性能都得到了提高，并且添加剂的最佳粒径200nm。结果表明AgSnO2触头材料的性能可以通过选择添加剂的最佳粒度改进。
2019, 48(2):463-472.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170472
摘要:
本文主要研究了添加0.1 wt.% CaO和0.3 wt.% CaO对Mg-2Zn-0.5Sr显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)及电子探针显微分析仪(EPMA)分析了材料均匀化热处理后的显微组织和第二相的组成与分布,发现CaO颗粒的加入使Mg-2Zn-0.5Sr的晶粒尺寸明显细化,而且CaO颗粒机械地富集于晶界及晶粒内的第二相与基体之间。室温拉伸试验研究材料机械性能,CaO颗粒的加入可以提高材料强度,但添加0.1 wt.% CaO时材料的塑性降低,而添加0.3 wt.% CaO时材料的塑性也有所提高,延伸率达到10.9 ± 1.1%。Kokubo模拟体液中的动电位极化曲线表明添加CaO颗粒使腐蚀电位正移。浸泡失重实验表明Mg-2Zn-0.5Sr的平均腐蚀速率为7.55 mm/year,添加0.1 wt.% CaO时腐蚀速率降低大约18.3%,添加0.3 wt.% CaO时腐蚀速率增高大约52%。CaO颗粒对显微组织及机械性能的影响决定于晶粒细化和CaO颗粒在第二相与基体之间机械富集的综合影响,而其对生物腐蚀行为的影响主要决定于晶粒细化及CaO颗粒在溶液中反应对致密稳定CaHPO4保护膜生成的促进作用。Mg-2Zn-0.5Sr/0.1CaO表现出较高的强度和较佳的耐腐蚀性能,是生物医用材料中的一种较好选择。
本文主要研究了添加0.1 wt.% CaO和0.3 wt.% CaO对Mg-2Zn-0.5Sr显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)及电子探针显微分析仪(EPMA)分析了材料均匀化热处理后的显微组织和第二相的组成与分布,发现CaO颗粒的加入使Mg-2Zn-0.5Sr的晶粒尺寸明显细化,而且CaO颗粒机械地富集于晶界及晶粒内的第二相与基体之间。室温拉伸试验研究材料机械性能,CaO颗粒的加入可以提高材料强度,但添加0.1 wt.% CaO时材料的塑性降低,而添加0.3 wt.% CaO时材料的塑性也有所提高,延伸率达到10.9 ± 1.1%。Kokubo模拟体液中的动电位极化曲线表明添加CaO颗粒使腐蚀电位正移。浸泡失重实验表明Mg-2Zn-0.5Sr的平均腐蚀速率为7.55 mm/year,添加0.1 wt.% CaO时腐蚀速率降低大约18.3%,添加0.3 wt.% CaO时腐蚀速率增高大约52%。CaO颗粒对显微组织及机械性能的影响决定于晶粒细化和CaO颗粒在第二相与基体之间机械富集的综合影响,而其对生物腐蚀行为的影响主要决定于晶粒细化及CaO颗粒在溶液中反应对致密稳定CaHPO4保护膜生成的促进作用。Mg-2Zn-0.5Sr/0.1CaO表现出较高的强度和较佳的耐腐蚀性能,是生物医用材料中的一种较好选择。
2019, 48(2):473-481.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170467
摘要:
为提高不锈钢表面的抗腐蚀耐磨损性能,利用等离子喷涂的方法制备了两种晶粒尺寸的WC-10Co-4Cr涂层,采用SEM、XRD表征了涂层的物相结构,在不同温度下进行了摩擦磨损试验,研究分析了晶粒对涂层微观结构与摩擦性能的影响。研究表明：相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层微观结构中包含WC、W2C,还存在Co/Cr(W, C)的γ相,未发现微米涂层中析出的W2C将沿WC颗粒表面外延生长的包覆结构,而且纳米团聚粒子更容易沿扁平粒子边界收缩,明显减少了粒子内部的垂直贯穿裂纹。在室温和200℃时,纳米WC-10Co-4Cr涂层摩擦系数与平均磨损率均优于微米涂层。与微米涂层相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层在室温磨损的根源在于硬质颗粒诱发的犁削磨损,在200℃时为以粘着磨损为主的微域犁削相结合的磨损模式。并在3.5%NaCl溶液中将1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位由-617mV提高到-335~-290mV,降低了腐蚀倾向。
为提高不锈钢表面的抗腐蚀耐磨损性能,利用等离子喷涂的方法制备了两种晶粒尺寸的WC-10Co-4Cr涂层,采用SEM、XRD表征了涂层的物相结构,在不同温度下进行了摩擦磨损试验,研究分析了晶粒对涂层微观结构与摩擦性能的影响。研究表明：相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层微观结构中包含WC、W2C,还存在Co/Cr(W, C)的γ相,未发现微米涂层中析出的W2C将沿WC颗粒表面外延生长的包覆结构,而且纳米团聚粒子更容易沿扁平粒子边界收缩,明显减少了粒子内部的垂直贯穿裂纹。在室温和200℃时,纳米WC-10Co-4Cr涂层摩擦系数与平均磨损率均优于微米涂层。与微米涂层相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层在室温磨损的根源在于硬质颗粒诱发的犁削磨损,在200℃时为以粘着磨损为主的微域犁削相结合的磨损模式。并在3.5%NaCl溶液中将1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位由-617mV提高到-335~-290mV,降低了腐蚀倾向。
2019, 48(2):482-490.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170570
摘要:
本文研究了7050合金固溶后在180℃~250℃等温淬火过程中，合金的电导率、硬度与微观组织之间的关系。结果表明，7050合金在180℃和200℃等温淬火初期，等温样品的淬火态电导率低于固溶后直接水淬样品；随着等温时间延长，等温样品自然时效态硬度先升后降。7050合金在180℃等温128 min时，基体内形成GPΙ区和η’相；在200℃等温32 min时，基体内形成GPΙ区和部分GPΙΙ区；在250℃等温32 min时，基体内形成η’相和S相。合金基体内形成强化相是造成等温淬火初期合金自然时效态硬度上升的主要原因。7050合金固溶后在200℃等温淬火16 min，此时合金T6状态的硬度较固溶后直接水淬样品仅下降3.4%，而电导率上升达9.2%，性能接近回归制度为180℃-32min的RRA工艺处理后合金的性能，若将该等温淬火制度作为7050合金板材固溶后水淬前的预处理工艺，可使板材获得较好的综合性能。
本文研究了7050合金固溶后在180℃~250℃等温淬火过程中，合金的电导率、硬度与微观组织之间的关系。结果表明，7050合金在180℃和200℃等温淬火初期，等温样品的淬火态电导率低于固溶后直接水淬样品；随着等温时间延长，等温样品自然时效态硬度先升后降。7050合金在180℃等温128 min时，基体内形成GPΙ区和η’相；在200℃等温32 min时，基体内形成GPΙ区和部分GPΙΙ区；在250℃等温32 min时，基体内形成η’相和S相。合金基体内形成强化相是造成等温淬火初期合金自然时效态硬度上升的主要原因。7050合金固溶后在200℃等温淬火16 min，此时合金T6状态的硬度较固溶后直接水淬样品仅下降3.4%，而电导率上升达9.2%，性能接近回归制度为180℃-32min的RRA工艺处理后合金的性能，若将该等温淬火制度作为7050合金板材固溶后水淬前的预处理工艺，可使板材获得较好的综合性能。
2019, 48(2):509-516.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170581
摘要:
以羟乙基纤维素(HEC)作为水基润滑添加剂,研究点接触条件下Ti-6Al-4V的摩擦学特性。采用超景深显微镜测量钛合金表面粗糙度,激光共聚焦显微镜测试氮化硅球三维形貌,采用能谱分析和拉曼光谱分析磨痕的物质组成,在UMT-2上分析转速和润滑液浓度对Ti-6Al-4V摩擦学特性的影响。结果表明,摩擦过程经不同的跑合阶段,达到稳定的超低摩擦状态(μ≈0.005)；随转速、浓度的增大,氮化硅球和Ti-6Al-4V摩擦副的摩擦系数先减小后增大；低转速以及低浓度时无法形成可靠润滑膜,转速过高时,摩擦产热导致水分子蒸发,润滑液浓度过高时,黏度显著增大,都不能实现超低摩擦；实现超低摩擦需合适的转速以及水合分子浓度,此时钛合金表面形成的微凸体磨平区域,有利于水合分子层产生斥力,形成稳定的润滑膜。通过微观分析,提出了钛合金的水基润滑模型。
以羟乙基纤维素(HEC)作为水基润滑添加剂,研究点接触条件下Ti-6Al-4V的摩擦学特性。采用超景深显微镜测量钛合金表面粗糙度,激光共聚焦显微镜测试氮化硅球三维形貌,采用能谱分析和拉曼光谱分析磨痕的物质组成,在UMT-2上分析转速和润滑液浓度对Ti-6Al-4V摩擦学特性的影响。结果表明,摩擦过程经不同的跑合阶段,达到稳定的超低摩擦状态(μ≈0.005)；随转速、浓度的增大,氮化硅球和Ti-6Al-4V摩擦副的摩擦系数先减小后增大；低转速以及低浓度时无法形成可靠润滑膜,转速过高时,摩擦产热导致水分子蒸发,润滑液浓度过高时,黏度显著增大,都不能实现超低摩擦；实现超低摩擦需合适的转速以及水合分子浓度,此时钛合金表面形成的微凸体磨平区域,有利于水合分子层产生斥力,形成稳定的润滑膜。通过微观分析,提出了钛合金的水基润滑模型。
2019, 48(2):517-523.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180167
摘要:
采用常压氢气烧结制备了W-ZrC材料，研究了添加ZrC对材料室温和高温力学性能与组织的影响，并对高热负荷冲击下的损伤行为进行了研究。结果表明，添加ZrC有利于钨材料的致密化和晶粒细化，提高了烧结态钨材料的强韧性：其中W-3wt%ZrC相对密度和室温拉伸强度分别达到99.7%和472MPa，400℃至1000℃的拉伸强度在420MPa左右，应变由室温的3.4%增加至1000℃时的11%。高热负荷冲击结果表明高强度能提高材料抗高热负荷冲击能力，W-3wt%ZrC材料在200 MW/m2 (5 ms)以下的高热负荷冲击表面基本无裂纹，在300-400MW/m2时出现的主裂纹网格间距明显较W-0.7wt%ZrC小。随高热负荷冲击能量增加，裂纹大致沿纵向向基体内部逐渐扩展。裂纹扩展遇到第二相粒子时，部分穿过第二相粒子，部分终止于第二相粒子。裂纹穿过第二相粒子时，裂纹与第二相粒子发生了交互作用，裂纹扩展方向发生改变。
采用常压氢气烧结制备了W-ZrC材料，研究了添加ZrC对材料室温和高温力学性能与组织的影响，并对高热负荷冲击下的损伤行为进行了研究。结果表明，添加ZrC有利于钨材料的致密化和晶粒细化，提高了烧结态钨材料的强韧性：其中W-3wt%ZrC相对密度和室温拉伸强度分别达到99.7%和472MPa，400℃至1000℃的拉伸强度在420MPa左右，应变由室温的3.4%增加至1000℃时的11%。高热负荷冲击结果表明高强度能提高材料抗高热负荷冲击能力，W-3wt%ZrC材料在200 MW/m2 (5 ms)以下的高热负荷冲击表面基本无裂纹，在300-400MW/m2时出现的主裂纹网格间距明显较W-0.7wt%ZrC小。随高热负荷冲击能量增加，裂纹大致沿纵向向基体内部逐渐扩展。裂纹扩展遇到第二相粒子时，部分穿过第二相粒子，部分终止于第二相粒子。裂纹穿过第二相粒子时，裂纹与第二相粒子发生了交互作用，裂纹扩展方向发生改变。
2019, 48(2):531-537.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180539
摘要:
采用触变挤压工艺成形ZCuSn10P1铜合金轴套零件,通过单向拉伸实验和硬度实验研究了触变挤压铜合金的抗拉强度、延伸率、布氏硬度和显微硬度,利用扫描电镜观测了断口形貌并分析了断裂方式,分析了成形比压对触变挤压铜合金力学性能的影响规律。结果表明,抗拉强度随成形比压增加而先增加后降低。延伸率随成形比压增加而不断减小。成形比压与抗拉强度和延伸率的函数关系分别为抛物线和幂指数。触变挤压铜合金拉伸断裂方式为沿晶断裂和韧性断裂的混合型断裂。布氏硬度随成形比压增加而先增加后降低。相同工艺条件时,液相显微硬度值最高,固液界面次之,固相最低。固相、固液界面和液相的显微硬度均随成形比压增加而先增加后降低。触变挤压铜合金综合力学性能要高于常规铸造,较佳工艺参数为成形比压250 MPa、挤压速率15 mm/s,其抗拉强度、延伸率和布氏硬度分别为387 MPa、2.8%、128 HBW。
采用触变挤压工艺成形ZCuSn10P1铜合金轴套零件,通过单向拉伸实验和硬度实验研究了触变挤压铜合金的抗拉强度、延伸率、布氏硬度和显微硬度,利用扫描电镜观测了断口形貌并分析了断裂方式,分析了成形比压对触变挤压铜合金力学性能的影响规律。结果表明,抗拉强度随成形比压增加而先增加后降低。延伸率随成形比压增加而不断减小。成形比压与抗拉强度和延伸率的函数关系分别为抛物线和幂指数。触变挤压铜合金拉伸断裂方式为沿晶断裂和韧性断裂的混合型断裂。布氏硬度随成形比压增加而先增加后降低。相同工艺条件时,液相显微硬度值最高,固液界面次之,固相最低。固相、固液界面和液相的显微硬度均随成形比压增加而先增加后降低。触变挤压铜合金综合力学性能要高于常规铸造,较佳工艺参数为成形比压250 MPa、挤压速率15 mm/s,其抗拉强度、延伸率和布氏硬度分别为387 MPa、2.8%、128 HBW。
2019, 48(2):538-544.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170477
摘要:
本研究利用原位观察疲劳试验方法研究了变形TiAl合金在650℃下的三维小裂纹扩展行为,利用传统疲劳裂纹扩展试验方法研究了合金在650～800 ℃温度范围内的长裂纹扩展行为。结果显示,650℃下,变形TiAl合金的三维小裂纹在低于长裂纹扩展门槛值的区域依然能够扩展,并且扩展速率高于长裂纹；试样棱边平直横向加工刻痕是合金三维小裂纹萌生的主要位置之一,小裂纹在扩展过程中发生偏折并在偏折处合并,合金的疲劳寿命对试样表面的不规则条状加工缺陷不敏感；在650～800 ℃温度范围内,合金的疲劳长裂纹稳态扩展速率对温度变化不敏感,裂纹扩展过程均显示解理断裂,裂纹扩展门槛值受韧脆转变温度影响,韧脆转变温度以下温度的门槛值较低。
本研究利用原位观察疲劳试验方法研究了变形TiAl合金在650℃下的三维小裂纹扩展行为,利用传统疲劳裂纹扩展试验方法研究了合金在650～800 ℃温度范围内的长裂纹扩展行为。结果显示,650℃下,变形TiAl合金的三维小裂纹在低于长裂纹扩展门槛值的区域依然能够扩展,并且扩展速率高于长裂纹；试样棱边平直横向加工刻痕是合金三维小裂纹萌生的主要位置之一,小裂纹在扩展过程中发生偏折并在偏折处合并,合金的疲劳寿命对试样表面的不规则条状加工缺陷不敏感；在650～800 ℃温度范围内,合金的疲劳长裂纹稳态扩展速率对温度变化不敏感,裂纹扩展过程均显示解理断裂,裂纹扩展门槛值受韧脆转变温度影响,韧脆转变温度以下温度的门槛值较低。
2019, 48(2):545-551.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170557
摘要:
本文研究了挤压态Mg-8Gd-1Er-0.5Zr合金在不同温度(150-200 ℃)和应力(50-70 MPa)条件下100 h的蠕变行为,利用OM、TEM等手段观察了蠕变过程中的组织演变规律,并对蠕变机理进行了分析。研究结果表明,在本文试验条件下,合金表现出优异的蠕变性能,所有的蠕变曲线均呈现出减速蠕变和稳态蠕变两个阶段；在150 ℃/50 MPa时稳态蠕变速率仅为6.48×10-11s-1 ,蠕变量为0.007%；在200 ℃/50 MPa时稳态蠕变速率为4.26×10-9s-1,蠕变量为0.226%；温度较低时(150 ℃)主要为扩散蠕变控制机制,温度较高时(175 ℃、200 ℃)蠕变机制以位错蠕变为主。蠕变过程中晶内析出的β′相与镁基体具有一定的位相关系：(020)β′∥Mg,[001] β′∥[0001]Mg,阻碍位错运动,而晶界析出的β相可以钉扎晶界。二者协同作用,促进合金高温蠕变性能的提高。
本文研究了挤压态Mg-8Gd-1Er-0.5Zr合金在不同温度(150-200 ℃)和应力(50-70 MPa)条件下100 h的蠕变行为,利用OM、TEM等手段观察了蠕变过程中的组织演变规律,并对蠕变机理进行了分析。研究结果表明,在本文试验条件下,合金表现出优异的蠕变性能,所有的蠕变曲线均呈现出减速蠕变和稳态蠕变两个阶段；在150 ℃/50 MPa时稳态蠕变速率仅为6.48×10-11s-1 ,蠕变量为0.007%；在200 ℃/50 MPa时稳态蠕变速率为4.26×10-9s-1,蠕变量为0.226%；温度较低时(150 ℃)主要为扩散蠕变控制机制,温度较高时(175 ℃、200 ℃)蠕变机制以位错蠕变为主。蠕变过程中晶内析出的β′相与镁基体具有一定的位相关系：(020)β′∥Mg,[001] β′∥[0001]Mg,阻碍位错运动,而晶界析出的β相可以钉扎晶界。二者协同作用,促进合金高温蠕变性能的提高。
2019, 48(2):552-558.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170567
摘要:
本文在粗颗粒WC/Co混合粉末中分别添加平均粒径为100nm、250nm、400nm的WC-8Co复合粉，经球磨混合后在不同温度进行Ar气保护烧结。针对烧结块体的形貌、晶粒尺寸及其分布进行了研究，并分析了复合粉添加对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响机理。研究发现，在WC/Co混合粉中加入纳米和超细复合粉末均可制备得到超粗晶硬质合金，且添加纳米复合粉烧结的试样平均晶粒尺寸达到9.3μm。烧结初期，纳米和超细复合粉通过增加混合粉末的表面能而有效促进WC晶粒长大；当达到液相烧结温度时，添加纳米复合粉的烧结块体中，由于小晶粒具有更大的溶解驱动力，促使小晶粒溶解并在周围大晶粒表面析出，进一步增大烧结块体的晶粒尺寸；添加超细复合粉的块体中，小晶粒WC呈集中分布，使其溶解驱动力较小，且析出主要发生在周围细小晶粒之间达到溶解析出动态平衡，从而使烧结块体的平均晶粒尺寸增长缓慢。
本文在粗颗粒WC/Co混合粉末中分别添加平均粒径为100nm、250nm、400nm的WC-8Co复合粉，经球磨混合后在不同温度进行Ar气保护烧结。针对烧结块体的形貌、晶粒尺寸及其分布进行了研究，并分析了复合粉添加对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响机理。研究发现，在WC/Co混合粉中加入纳米和超细复合粉末均可制备得到超粗晶硬质合金，且添加纳米复合粉烧结的试样平均晶粒尺寸达到9.3μm。烧结初期，纳米和超细复合粉通过增加混合粉末的表面能而有效促进WC晶粒长大；当达到液相烧结温度时，添加纳米复合粉的烧结块体中，由于小晶粒具有更大的溶解驱动力，促使小晶粒溶解并在周围大晶粒表面析出，进一步增大烧结块体的晶粒尺寸；添加超细复合粉的块体中，小晶粒WC呈集中分布，使其溶解驱动力较小，且析出主要发生在周围细小晶粒之间达到溶解析出动态平衡，从而使烧结块体的平均晶粒尺寸增长缓慢。
2019, 48(2):559-565.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170574
摘要:
采用低温液相沉淀技术合成出硝酸盐类Y/Gd/Eu三元体系的稀土层状化合物，通过自组装获得了花瓣状超薄纳米片，并研究了该化合物的硫酸根离子交换行为和光学性能。研究表明当硫酸根与硝酸根的摩尔比R=0.25时，硫酸根离子可以完全置换层状化合物层间的硝酸根离子。离子交换后层状化合物的发光强度减弱，Gd3+离子掺杂使Eu3+离子的配位环境发生改变，从而导致磁偶极子跃迁5D0→7F1 的两个发射峰的相对强度发生变化。硫酸根离子交换改变了层状化合物的热分解路径，阻碍了煅烧过程中颗粒间的表面扩散，从而获得了高分散的氧化物荧光粉（平均粒度~120 nm），该粉体呈现出Eu3+离子的5D0→7FJ的特征红光。Gd3+离子掺杂有效敏化了氧化物固溶体中Eu3+离子的发光，煅烧温度的提高也进一步增加了粉体的发光强度与量子效率，同时降低了荧光寿命。
采用低温液相沉淀技术合成出硝酸盐类Y/Gd/Eu三元体系的稀土层状化合物，通过自组装获得了花瓣状超薄纳米片，并研究了该化合物的硫酸根离子交换行为和光学性能。研究表明当硫酸根与硝酸根的摩尔比R=0.25时，硫酸根离子可以完全置换层状化合物层间的硝酸根离子。离子交换后层状化合物的发光强度减弱，Gd3+离子掺杂使Eu3+离子的配位环境发生改变，从而导致磁偶极子跃迁5D0→7F1 的两个发射峰的相对强度发生变化。硫酸根离子交换改变了层状化合物的热分解路径，阻碍了煅烧过程中颗粒间的表面扩散，从而获得了高分散的氧化物荧光粉（平均粒度~120 nm），该粉体呈现出Eu3+离子的5D0→7FJ的特征红光。Gd3+离子掺杂有效敏化了氧化物固溶体中Eu3+离子的发光，煅烧温度的提高也进一步增加了粉体的发光强度与量子效率，同时降低了荧光寿命。
2019, 48(2):566-572.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170587
摘要:
采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1 450 ℃和1 500 ℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达1 649 HV；断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5wt%时可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7 MPa.m1/2和1 126.1 MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。
采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1 450 ℃和1 500 ℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达1 649 HV；断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5wt%时可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7 MPa.m1/2和1 126.1 MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。
2019, 48(2):573-579.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170598
摘要:
针对[001]取向的DD11单晶合金,垂直于[001]方向进行两种强度的铸钢弹丸喷丸强化以引入表面预形变,采用电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜和硬度等方法研究了预形变后表层组织；后续热暴露完成后,采用扫描电镜和硬度计,研究了热暴露温度和预形变程度对表层组织和硬度梯度的共同影响；并且表征了喷丸+热暴露后单晶合金的高温疲劳性能。结果表明,单晶合金喷丸预形变后表面出现[110]和[111]取向的亚晶,同时出现表面应变硬化效果；随着形变程度的增大,亚晶取向角、旋转亚晶层深度和硬化效果也随之增大。随着热暴露温度升高,预形变表面形变组织呈现球化-零星不连续胞状组织-连续胞状组织-再结晶的动态回复过程,硬化效果也随之松弛；形变程度越大,在越低的温度下开始出现动态回复过程,但喷丸+1060℃/2h热暴露并未观察到再结晶。相比磨削状态,喷丸+热暴露后1060℃轴向疲劳寿命有所提高。1060℃/350MPa/r=-1/轴向疲劳源呈现内部萌生为主源,表面为次源的状态。
针对[001]取向的DD11单晶合金,垂直于[001]方向进行两种强度的铸钢弹丸喷丸强化以引入表面预形变,采用电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜和硬度等方法研究了预形变后表层组织；后续热暴露完成后,采用扫描电镜和硬度计,研究了热暴露温度和预形变程度对表层组织和硬度梯度的共同影响；并且表征了喷丸+热暴露后单晶合金的高温疲劳性能。结果表明,单晶合金喷丸预形变后表面出现[110]和[111]取向的亚晶,同时出现表面应变硬化效果；随着形变程度的增大,亚晶取向角、旋转亚晶层深度和硬化效果也随之增大。随着热暴露温度升高,预形变表面形变组织呈现球化-零星不连续胞状组织-连续胞状组织-再结晶的动态回复过程,硬化效果也随之松弛；形变程度越大,在越低的温度下开始出现动态回复过程,但喷丸+1060℃/2h热暴露并未观察到再结晶。相比磨削状态,喷丸+热暴露后1060℃轴向疲劳寿命有所提高。1060℃/350MPa/r=-1/轴向疲劳源呈现内部萌生为主源,表面为次源的状态。
2019, 48(2):580-586.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170600
摘要:
本文采用强力正旋的方式对AZ91镁合金筒形件进行多道次旋压，通过光学显微镜(OM)和配有电子背散射衍射和能谱的扫描电子显微镜(SEM-EBSD-EDS)对不同旋压道次的微观组织衍化进行观察，结合EDS和X-Ray衍射仪（XRD）对筒形件的物相进行分析，通过纳米压痕试验仪对不同旋压道次镁合金的微区力学性能进行测试。研究结果表明：当AZ91镁合金筒形件的壁厚减薄率达到88.3%时，表面成形良好，无裂纹、褶皱产生；在旋压的初期，主要为外壁镁合金发生塑性变形，随着旋压变形量的增加，筒形件内外壁镁合金变形趋于一致，组织均匀，脆性相Mg17Al12发生破碎，呈流线形弥散地分布在镁合金内部，同时镁合金晶粒也得到细化，并发生动态再结晶；随着变形量的增加，筒形件的强度提高，硬度最高可达1.036 GPa，强化方式主要为第二相弥散强化和细晶强化。
本文采用强力正旋的方式对AZ91镁合金筒形件进行多道次旋压，通过光学显微镜(OM)和配有电子背散射衍射和能谱的扫描电子显微镜(SEM-EBSD-EDS)对不同旋压道次的微观组织衍化进行观察，结合EDS和X-Ray衍射仪（XRD）对筒形件的物相进行分析，通过纳米压痕试验仪对不同旋压道次镁合金的微区力学性能进行测试。研究结果表明：当AZ91镁合金筒形件的壁厚减薄率达到88.3%时，表面成形良好，无裂纹、褶皱产生；在旋压的初期，主要为外壁镁合金发生塑性变形，随着旋压变形量的增加，筒形件内外壁镁合金变形趋于一致，组织均匀，脆性相Mg17Al12发生破碎，呈流线形弥散地分布在镁合金内部，同时镁合金晶粒也得到细化，并发生动态再结晶；随着变形量的增加，筒形件的强度提高，硬度最高可达1.036 GPa，强化方式主要为第二相弥散强化和细晶强化。
2019, 48(2):587-593.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170603
摘要:
采用共沉淀法在CSTR(连续搅拌反应器系统)工艺体系中批量合成出镍钴锰三元氢氧化物前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2 (622)，掺入适量的Li2CO3高温焙烧后得到锂离子二次电池正极材料Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2。使用扫描电子显微镜(SEM)观察样品形貌，X射线衍射仪(XRD)及透射电子显微镜(TEM)分析合成样品的具体结构，充放电循环测试系统测试其电化学性能。SEM测试表明产物为二次粒子团聚而成类球形颗粒；XRD及TEM结果表明合成的样品具有典型的层状α-NaFeO2结构。在电压范围为2.8 V-4.3 V，0.2 C倍率条件下，首次充放电容量分别为206 mAh g-1 和176 mAh g-1，100次循环后容量保持率达到85%。
采用共沉淀法在CSTR(连续搅拌反应器系统)工艺体系中批量合成出镍钴锰三元氢氧化物前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2 (622)，掺入适量的Li2CO3高温焙烧后得到锂离子二次电池正极材料Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2。使用扫描电子显微镜(SEM)观察样品形貌，X射线衍射仪(XRD)及透射电子显微镜(TEM)分析合成样品的具体结构，充放电循环测试系统测试其电化学性能。SEM测试表明产物为二次粒子团聚而成类球形颗粒；XRD及TEM结果表明合成的样品具有典型的层状α-NaFeO2结构。在电压范围为2.8 V-4.3 V，0.2 C倍率条件下，首次充放电容量分别为206 mAh g-1 和176 mAh g-1，100次循环后容量保持率达到85%。
2019, 48(2):594-600.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170617
摘要:
本文研究了时效前不同冷轧预变形量（ε=7%，14%，20%，27%）对1460合金沉淀强化过程的影响。当冷轧变形量增加至20%时，合金中出现位错墙（Dense Dislocation Wall）。位错为T1相提供了形核位置，使得合金中T1相的数量增加同时尺寸保持在100 nm 左右，缩短了时效峰值时间。27%冷轧变形+160 ℃/12 h时效能提高合金的强度，同时塑性较好，此时合金的抗拉强度和延伸率分别为590 MPa和8%。
本文研究了时效前不同冷轧预变形量（ε=7%，14%，20%，27%）对1460合金沉淀强化过程的影响。当冷轧变形量增加至20%时，合金中出现位错墙（Dense Dislocation Wall）。位错为T1相提供了形核位置，使得合金中T1相的数量增加同时尺寸保持在100 nm 左右，缩短了时效峰值时间。27%冷轧变形+160 ℃/12 h时效能提高合金的强度，同时塑性较好，此时合金的抗拉强度和延伸率分别为590 MPa和8%。
2019, 48(2):608-613.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170448
摘要:
采用等离子体球化处理和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备了钡钨阴极多孔钨基体。研究了等离子体球化处理工艺参数对钨粉的球化率和性能的影响规律,以及SPS制备的多孔钨基体的微观组织和相应钡钨阴极的发射性能。结果表明：当喂粉速率和载气流量分别为2.4 g/min和4.0 L/min时,可得到球化率大于98%,且表面光滑、球形度高的球形钨粉；经球化处理后,钨粉的松装密度和流动性显著提高。与原料钨粉相比,采用球形钨粉制备得到的多孔钨基体的孔隙结构和分布均得到显著改善,且开孔率由18.3%提高至19.7%；相应的钡钨阴极在1050 oC下的饱和脉冲发射电流密度由8.7 A/cm2提高至11.2 A/cm2。改善钨粉性能,优化多孔钨基体的微观组织,可大幅度提高钡钨阴极的发射性能。
采用等离子体球化处理和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备了钡钨阴极多孔钨基体。研究了等离子体球化处理工艺参数对钨粉的球化率和性能的影响规律,以及SPS制备的多孔钨基体的微观组织和相应钡钨阴极的发射性能。结果表明：当喂粉速率和载气流量分别为2.4 g/min和4.0 L/min时,可得到球化率大于98%,且表面光滑、球形度高的球形钨粉；经球化处理后,钨粉的松装密度和流动性显著提高。与原料钨粉相比,采用球形钨粉制备得到的多孔钨基体的孔隙结构和分布均得到显著改善,且开孔率由18.3%提高至19.7%；相应的钡钨阴极在1050 oC下的饱和脉冲发射电流密度由8.7 A/cm2提高至11.2 A/cm2。改善钨粉性能,优化多孔钨基体的微观组织,可大幅度提高钡钨阴极的发射性能。
2019, 48(2):614-619.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170487
摘要:
高熵合金具有高硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀、高温热稳定等优异性能,源于金属-金属间天然的界面结合特性,高熵合金与铝合金有良好的界面润湿性。本文采用AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒作为增强相增强铝合金,研究高熵合金体积分数与烧结温度对复合材料导热性能的影响。结果表明,(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率随着AlSiTiCrNiCu颗粒体积分数的增大而降低,20 vol.% (AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率为61.59 W/(m?K),相比于基体6061Al合金降低了52 %。当体积分数为10%时,随着烧结温度的升高,复合材料的导热率降低,烧结温度为540℃时,复合材料的导热率为65.80 W/(m?K)。TEM分析,高熵合金与铝合金的界面为扩散性界面,没有发生界面发应,有助于导热率的降低。
高熵合金具有高硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀、高温热稳定等优异性能,源于金属-金属间天然的界面结合特性,高熵合金与铝合金有良好的界面润湿性。本文采用AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒作为增强相增强铝合金,研究高熵合金体积分数与烧结温度对复合材料导热性能的影响。结果表明,(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率随着AlSiTiCrNiCu颗粒体积分数的增大而降低,20 vol.% (AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率为61.59 W/(m?K),相比于基体6061Al合金降低了52 %。当体积分数为10%时,随着烧结温度的升高,复合材料的导热率降低,烧结温度为540℃时,复合材料的导热率为65.80 W/(m?K)。TEM分析,高熵合金与铝合金的界面为扩散性界面,没有发生界面发应,有助于导热率的降低。
2019, 48(2):620-625.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170509
摘要:
利用UMT-2 型摩擦磨损试验机研究了T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg 合金的干滑动摩擦磨损性能,采取SEM、XRD、EDS等方法分析了合金在不同转速和载荷下的摩擦磨损行为。结果表明：合金的磨损率随转速和载荷的增加而增大,但在800 r/min的高转速下仍具有良好的耐磨性,15N高载荷时的磨损率相对于5N低载荷时只增加了291%,属于轻微磨损；摩擦系数的平均值在0.35-0.40范围内变化,且随时间的变化不大,具有较高的稳定性；另外,磨损机制由低速轻载时的磨粒磨损、粘着磨损向高速重载时的剥层磨损、氧化磨损转变。
利用UMT-2 型摩擦磨损试验机研究了T6态Al-10Si-5Cu-0.75Mg 合金的干滑动摩擦磨损性能,采取SEM、XRD、EDS等方法分析了合金在不同转速和载荷下的摩擦磨损行为。结果表明：合金的磨损率随转速和载荷的增加而增大,但在800 r/min的高转速下仍具有良好的耐磨性,15N高载荷时的磨损率相对于5N低载荷时只增加了291%,属于轻微磨损；摩擦系数的平均值在0.35-0.40范围内变化,且随时间的变化不大,具有较高的稳定性；另外,磨损机制由低速轻载时的磨粒磨损、粘着磨损向高速重载时的剥层磨损、氧化磨损转变。
2019, 48(2):632-637.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170545
摘要:
利用放电等离子烧结(SPS)技术在不同温度及保温时间条件下制备了石墨烯/铝基复合材料,并对其微观组织及拉伸力学性能进行分析。结果表明,通过改变SPS工艺可调控石墨烯/铝的界面特征,进而影响复合材料的力学性能。500℃烧结时,石墨烯/铝界面反应虽被抑制,但界面结合力较弱,复合材料强度低；烧结温度提高到560℃时,界面结合力明显增强,且通过短时快速烧结可有效控制界面反应的发生,使复合材料力学性能明显提高。此外,石墨烯纳米片还可抑制铝基体晶粒随烧结温度升高而长大。
利用放电等离子烧结(SPS)技术在不同温度及保温时间条件下制备了石墨烯/铝基复合材料,并对其微观组织及拉伸力学性能进行分析。结果表明,通过改变SPS工艺可调控石墨烯/铝的界面特征,进而影响复合材料的力学性能。500℃烧结时,石墨烯/铝界面反应虽被抑制,但界面结合力较弱,复合材料强度低；烧结温度提高到560℃时,界面结合力明显增强,且通过短时快速烧结可有效控制界面反应的发生,使复合材料力学性能明显提高。此外,石墨烯纳米片还可抑制铝基体晶粒随烧结温度升高而长大。
2019, 48(2):638-643.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170571
摘要:
对TC4钛合金进行了不同冷速的热处理，得到了不同层次（晶粒、丛域、片层）的显微组织，建立了以片层组织尺寸为基础的Hall-Petch关系。结果表明：随着冷却速率的增加，片层细化，对应的屈服强度和抗拉强度逐渐升高，塑性逐渐降低。片层尺寸和力学性能之间较好地吻合Hall-Petch关系，是影响力学性能的主要特征参量。
对TC4钛合金进行了不同冷速的热处理，得到了不同层次（晶粒、丛域、片层）的显微组织，建立了以片层组织尺寸为基础的Hall-Petch关系。结果表明：随着冷却速率的增加，片层细化，对应的屈服强度和抗拉强度逐渐升高，塑性逐渐降低。片层尺寸和力学性能之间较好地吻合Hall-Petch关系，是影响力学性能的主要特征参量。
2019, 48(2):644-649.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170591
摘要:
利用溶胶凝胶法制备出(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)氧化物粉末后,先分别采用氩气气氛的放电等离子烧结和空气气氛的常压烧结制备出CaMnO3(CMO)块体,并对其相组成进行分析,选择出更为优异的CaMnO3块体制备方法。再进一步制备出(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Sr, Rb, Sm)氧化物块体,最后对(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体的物相组成、显微组织和热电性能进行测试分析。实验结果表明：氩气气氛放电等离子烧结制备的CaMnO3块体发生物相分解,原因是放电等离子烧结的烧结环境贫氧；空气气氛的常压烧结可以得到物相较纯净的(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体；在整个测试温度范围内,(Ca0.96D0.04)MnO3(D= Sr, Rb, Sm)的ZT值在873K时达到最大,分别为0.11、0.08和0.07,相比于未掺杂试样提高了约1.3~2.2倍。
利用溶胶凝胶法制备出(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)氧化物粉末后,先分别采用氩气气氛的放电等离子烧结和空气气氛的常压烧结制备出CaMnO3(CMO)块体,并对其相组成进行分析,选择出更为优异的CaMnO3块体制备方法。再进一步制备出(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Sr, Rb, Sm)氧化物块体,最后对(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体的物相组成、显微组织和热电性能进行测试分析。实验结果表明：氩气气氛放电等离子烧结制备的CaMnO3块体发生物相分解,原因是放电等离子烧结的烧结环境贫氧；空气气氛的常压烧结可以得到物相较纯净的(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体；在整个测试温度范围内,(Ca0.96D0.04)MnO3(D= Sr, Rb, Sm)的ZT值在873K时达到最大,分别为0.11、0.08和0.07,相比于未掺杂试样提高了约1.3~2.2倍。
2019, 48(2):650-655.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170592
摘要:
通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时，从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下，焊态试样疲劳强度为31.62MPa，冲击态试样疲劳强度为39.81MPa，冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95，冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67，应力集中系数降低了14.4%，所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。
通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时，从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下，焊态试样疲劳强度为31.62MPa，冲击态试样疲劳强度为39.81MPa，冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95，冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67，应力集中系数降低了14.4%，所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。
2019, 48(2):662-667.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170628
摘要:
在B2O3-CeO2-Mg体系中通过引入发热剂KClO3,KClO3分解产生的KCl作为稀释剂。利用盐助燃烧法制备超细高纯度CeB6粉体,研究成型压力对盐助燃烧合成超细CeB6粉体粒度和纯度的影响。借用SEM、EDS、TEM和XRD探讨了盐助燃烧合成法制备CeB6粉体的形成机理以及成型压力对合成粉体粒度和纯度的影响。结果表明燃烧合成的紫色产物为CeB6,且随着成型压力的增大,浸出后产物的平均颗粒尺寸略微有所增加,平均尺寸约为0.830um-0.930um,整体粒度分布较为均匀；浸出产物的纯度随着成型压力的增加呈现出先增加后减少的趋势,当压力为20MPa时,纯度达到最大值99.0 wt.%,但不同压力下各试样纯度均在98.0wt.%以上。
在B2O3-CeO2-Mg体系中通过引入发热剂KClO3,KClO3分解产生的KCl作为稀释剂。利用盐助燃烧法制备超细高纯度CeB6粉体,研究成型压力对盐助燃烧合成超细CeB6粉体粒度和纯度的影响。借用SEM、EDS、TEM和XRD探讨了盐助燃烧合成法制备CeB6粉体的形成机理以及成型压力对合成粉体粒度和纯度的影响。结果表明燃烧合成的紫色产物为CeB6,且随着成型压力的增大,浸出后产物的平均颗粒尺寸略微有所增加,平均尺寸约为0.830um-0.930um,整体粒度分布较为均匀；浸出产物的纯度随着成型压力的增加呈现出先增加后减少的趋势,当压力为20MPa时,纯度达到最大值99.0 wt.%,但不同压力下各试样纯度均在98.0wt.%以上。
2019, 48(2):668-672.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170456
摘要:
本文采用粉末冶金方法制备了名义成分为(Pr25Nd75)25Dy6Al0.5B1Co1Cu0.2Febal.的烧结Nd-Fe-B磁体,并研究了不同磁粉粒径制备的烧结Nd-Fe-B磁体磁性能和初始磁化阶段最大磁导率的相应演变规律。结果表明,磁粉平均尺寸为3.0 μm时对应的磁体的内禀矫顽力最好,磁粉平均尺寸为3.5 μm 时对应的磁体的剩磁最高。从磁体的微观结构观察和性能测试发现,磁粉粒径为3.0μm时,烧结磁体主相更加规则、均匀,提高了磁体的矫顽力。随着平均磁粉尺寸进一步减小,磁粉粒径2.5μm时,富Nd相以氧化物形式发生了团聚,且分布不均匀,磁体晶界出现孔洞,去磁耦合效率下降,导致磁体矫顽力降低；磁体氧含量随着磁粉平均尺寸的减小而增大,磁体内杂质相增多,剩磁下降；增多的杂质相使得磁化初始阶段的最大磁导率降低。
本文采用粉末冶金方法制备了名义成分为(Pr25Nd75)25Dy6Al0.5B1Co1Cu0.2Febal.的烧结Nd-Fe-B磁体,并研究了不同磁粉粒径制备的烧结Nd-Fe-B磁体磁性能和初始磁化阶段最大磁导率的相应演变规律。结果表明,磁粉平均尺寸为3.0 μm时对应的磁体的内禀矫顽力最好,磁粉平均尺寸为3.5 μm 时对应的磁体的剩磁最高。从磁体的微观结构观察和性能测试发现,磁粉粒径为3.0μm时,烧结磁体主相更加规则、均匀,提高了磁体的矫顽力。随着平均磁粉尺寸进一步减小,磁粉粒径2.5μm时,富Nd相以氧化物形式发生了团聚,且分布不均匀,磁体晶界出现孔洞,去磁耦合效率下降,导致磁体矫顽力降低；磁体氧含量随着磁粉平均尺寸的减小而增大,磁体内杂质相增多,剩磁下降；增多的杂质相使得磁化初始阶段的最大磁导率降低。
2019, 48(2):673-677.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170458
摘要:
通过高压扭转实验,在350℃条件下将难熔金属纯钼粉末制备成相对密度达0.98以上的金属钼坯,利用多种检测手段分析了高压扭转过程中钼粉颗粒孔隙演变及致密强化规律。通过改变预压钼坯压力参数,探讨了压力对压扭钼坯微观结构和力学性能及其热稳定性的影响。结果表明：压力由2.0GPa增大到3.0GPa,压扭钼坯致密度提升显著,其内部亚晶尺寸细化,微观应变增加,试样整体显微硬度值随压力增大而升高,边缘处略有降低。随压力增大,DSC后组织未发生显著长大,热稳定性较好。
通过高压扭转实验,在350℃条件下将难熔金属纯钼粉末制备成相对密度达0.98以上的金属钼坯,利用多种检测手段分析了高压扭转过程中钼粉颗粒孔隙演变及致密强化规律。通过改变预压钼坯压力参数,探讨了压力对压扭钼坯微观结构和力学性能及其热稳定性的影响。结果表明：压力由2.0GPa增大到3.0GPa,压扭钼坯致密度提升显著,其内部亚晶尺寸细化,微观应变增加,试样整体显微硬度值随压力增大而升高,边缘处略有降低。随压力增大,DSC后组织未发生显著长大,热稳定性较好。
2019, 48(2):678-682.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170478
摘要:
本文首先以AlO2-为铝源,采用三元共沉淀法制备前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2。对前驱体进行500℃高温处理,随后与过量的锂盐混合均匀,在氧气气氛下700℃煅烧12h制得LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)材料。采用X射线衍射仪(XRD)测试可知所得的NCA材料呈典型的α-NaFeO2层状结构,属于R-3m空间点群。扫描电子显微镜(SEM)测试显示NCA呈5~6 μm的球状颗粒。材料在电流倍率为0.1C下首次放电容量为167.1 mAh/g,循环200圈以后容量保持率为96.2%。倍率测试表明,0.1C、10C下NCA的容量分别为184.0 mAh/g、112.7 mAh/g,到恢复到0.1C时,容量仍可达179.7 mAh/g,具有比较好的倍率性能。
本文首先以AlO2-为铝源,采用三元共沉淀法制备前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2。对前驱体进行500℃高温处理,随后与过量的锂盐混合均匀,在氧气气氛下700℃煅烧12h制得LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)材料。采用X射线衍射仪(XRD)测试可知所得的NCA材料呈典型的α-NaFeO2层状结构,属于R-3m空间点群。扫描电子显微镜(SEM)测试显示NCA呈5~6 μm的球状颗粒。材料在电流倍率为0.1C下首次放电容量为167.1 mAh/g,循环200圈以后容量保持率为96.2%。倍率测试表明,0.1C、10C下NCA的容量分别为184.0 mAh/g、112.7 mAh/g,到恢复到0.1C时,容量仍可达179.7 mAh/g,具有比较好的倍率性能。
2019, 48(2):683-687.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170493
摘要:
本文选用与核电站一回路冷却剂接触面积最大的结构材料690合金和316LN不锈钢为研究对象。在模拟PWR一回路水化学环境下,采用静态高压釜浸泡方法和高温电化学方法研究加锌对这两种结构材料腐蚀行为的影响,发现加锌能够明显抑制材料的均匀腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,与不加锌相比,长期运行时,加锌最多能使316LN和690合金腐蚀速率分别降低1.4倍和1.5倍,腐蚀产物释放速率最多降低2.3倍。高温水中,以醋酸锌形式加锌,锌浓度为10~50ppb时,能有效抑制腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,加锌50ppb以上,加锌浓度对腐蚀速率和腐蚀产物释放速率的影响不明显。
本文选用与核电站一回路冷却剂接触面积最大的结构材料690合金和316LN不锈钢为研究对象。在模拟PWR一回路水化学环境下,采用静态高压釜浸泡方法和高温电化学方法研究加锌对这两种结构材料腐蚀行为的影响,发现加锌能够明显抑制材料的均匀腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,与不加锌相比,长期运行时,加锌最多能使316LN和690合金腐蚀速率分别降低1.4倍和1.5倍,腐蚀产物释放速率最多降低2.3倍。高温水中,以醋酸锌形式加锌,锌浓度为10~50ppb时,能有效抑制腐蚀速率和腐蚀产物释放速率,加锌50ppb以上,加锌浓度对腐蚀速率和腐蚀产物释放速率的影响不明显。
50 射频超导腔用高纯铌材制备
2019, 48(2):688-692.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20170585
摘要:
本文采用电子束炉高真空、不少于3次熔炼的工艺成功制备了大规格高纯铌铸锭。高纯铌铸锭的纯度达到99.99%,RRR值稳定的大于300,满足了射频超导腔用高纯铌材料的要求。高纯铌铸锭的RRR值主要受H、N、O、C等间隙元素的影响,随着熔炼次数的增加,气体元素可有效去除,RRR值也稳步增长。高纯铌化学元素的检测精度不足以完全与RRR值对应,应结合两参数来评价高纯铌铸锭的品质。
本文采用电子束炉高真空、不少于3次熔炼的工艺成功制备了大规格高纯铌铸锭。高纯铌铸锭的纯度达到99.99%,RRR值稳定的大于300,满足了射频超导腔用高纯铌材料的要求。高纯铌铸锭的RRR值主要受H、N、O、C等间隙元素的影响,随着熔炼次数的增加,气体元素可有效去除,RRR值也稳步增长。高纯铌化学元素的检测精度不足以完全与RRR值对应,应结合两参数来评价高纯铌铸锭的品质。
