2019年第48卷第7期文章目次
2019, 48(7):2049-2055.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180211
摘要:
本文研究了热处理对超声挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金（实验合金）微观组织和拉伸性能的影响。结果表明，经过时效处理（T5）和固溶加时效处理（T6），实验合金的晶粒尺寸变得更加均匀，MgSnY和Mg2Sn第二相分布更加弥散，且数量有所增加。T5和T6处理均提高了实验合金的屈服强度，其中T5处理的提高作用更加明显。经过T5处理之后，实验合金的屈服强度从165MPa增加到了269MPa，增长率达到63.1%。MgSnY和Mg2Sn第二相共同的析出强化作用，是热处理态实验合金屈服强度提高的主要原因。此外，相对于T6处理，T5处理更加有效地提升了实验合金的综合力学性能。
本文研究了热处理对超声挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金（实验合金）微观组织和拉伸性能的影响。结果表明，经过时效处理（T5）和固溶加时效处理（T6），实验合金的晶粒尺寸变得更加均匀，MgSnY和Mg2Sn第二相分布更加弥散，且数量有所增加。T5和T6处理均提高了实验合金的屈服强度，其中T5处理的提高作用更加明显。经过T5处理之后，实验合金的屈服强度从165MPa增加到了269MPa，增长率达到63.1%。MgSnY和Mg2Sn第二相共同的析出强化作用，是热处理态实验合金屈服强度提高的主要原因。此外，相对于T6处理，T5处理更加有效地提升了实验合金的综合力学性能。
2019, 48(7):2056-2061.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181223
摘要:
采用差热分析(DSC)、光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)及拉伸测试等手段研究了Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金经过不同热处理方式后的组织演变及力学性能。提出了500°C固溶处理15h、225°C时效处理40h的最佳热处理制度。500°C固溶15h后,层状长周期堆积有序(LPSO)结构消失,晶界处的(Mg,Zn)3(Y,Sm)从网状相溶解成颗粒状,同时形成大量的长条状相Mg12(Y,Sm)Zn。时效处理后,大量弥散的β′相析出到α-Mg晶粒中,有利于提高合金的屈服强度。试验合金的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和延伸率(EL)分别为170.0 MPa、260.8 MPa和14.1%。热处理后断口由沿晶断裂向穿晶断裂转变。
采用差热分析(DSC)、光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)及拉伸测试等手段研究了Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金经过不同热处理方式后的组织演变及力学性能。提出了500°C固溶处理15h、225°C时效处理40h的最佳热处理制度。500°C固溶15h后,层状长周期堆积有序(LPSO)结构消失,晶界处的(Mg,Zn)3(Y,Sm)从网状相溶解成颗粒状,同时形成大量的长条状相Mg12(Y,Sm)Zn。时效处理后,大量弥散的β′相析出到α-Mg晶粒中,有利于提高合金的屈服强度。试验合金的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和延伸率(EL)分别为170.0 MPa、260.8 MPa和14.1%。热处理后断口由沿晶断裂向穿晶断裂转变。
2019, 48(7):2062-2067.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180166
摘要:
采用热模拟实验方法测试了AZ80镁合金材料的真实应力-应变曲线, 变形温度范围533K - 683K, 应变速率范围0.001 - 10 s-1, 变形程度为50%。动态再结晶的晶粒尺寸随着变形温度的升高和应变速率的降低而增大。确定了AZ80镁合金的热激活能, 确定了AZ80镁合金材料热变形时的本构方程。根据Sellars方程, 确定了AZ80镁合金的动力学模型, 其定义为描述发生动态再结晶体积分数与变形温度和应变速率的函数关系。确定了AZ80镁合金的运动学模型, 其定义为描述动态再结晶晶粒尺寸与Z函数之间数学关系. 动态再结晶晶粒尺寸的模型计算结果与实验结果相吻合，相对误差小于11.8%。确定了临界应变和稳态应变与Z函数之间数学关系。
采用热模拟实验方法测试了AZ80镁合金材料的真实应力-应变曲线, 变形温度范围533K - 683K, 应变速率范围0.001 - 10 s-1, 变形程度为50%。动态再结晶的晶粒尺寸随着变形温度的升高和应变速率的降低而增大。确定了AZ80镁合金的热激活能, 确定了AZ80镁合金材料热变形时的本构方程。根据Sellars方程, 确定了AZ80镁合金的动力学模型, 其定义为描述发生动态再结晶体积分数与变形温度和应变速率的函数关系。确定了AZ80镁合金的运动学模型, 其定义为描述动态再结晶晶粒尺寸与Z函数之间数学关系. 动态再结晶晶粒尺寸的模型计算结果与实验结果相吻合，相对误差小于11.8%。确定了临界应变和稳态应变与Z函数之间数学关系。
2019, 48(7):2068-2073.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180295
摘要:
根据碳纤维增强镁基复合材料层压板的真实微观结构特点建立了其多尺度微观力学模型,包括微观尺度下的横向及纵向单胞模型以及介观尺度的结构单胞模型。杨氏模量由中尺度模型计算。宏观力学性能弹性模量根据介观模型进行计算。介观模型中用到的性能参数通过微观模型计算获得。采用多尺度建模方法预测了不同铺层模式的碳纤维增强镁基复合材料层压板弹性模量,并采用对应的实验方法进行了验证。结果表明,采用多尺度建模方法可以成功用于不同铺层方式层压复合材料弹性模量的预测,与实验结果具有相同的变化趋势,但较实验结果偏大。主要是由于模拟过程中忽略了实验中真实存在的合金及纤维性能退化而造成的。本文所提出的多尺度建模方法对于复合材料层压板设计具有重要意义。
根据碳纤维增强镁基复合材料层压板的真实微观结构特点建立了其多尺度微观力学模型,包括微观尺度下的横向及纵向单胞模型以及介观尺度的结构单胞模型。杨氏模量由中尺度模型计算。宏观力学性能弹性模量根据介观模型进行计算。介观模型中用到的性能参数通过微观模型计算获得。采用多尺度建模方法预测了不同铺层模式的碳纤维增强镁基复合材料层压板弹性模量,并采用对应的实验方法进行了验证。结果表明,采用多尺度建模方法可以成功用于不同铺层方式层压复合材料弹性模量的预测,与实验结果具有相同的变化趋势,但较实验结果偏大。主要是由于模拟过程中忽略了实验中真实存在的合金及纤维性能退化而造成的。本文所提出的多尺度建模方法对于复合材料层压板设计具有重要意义。
2019, 48(7):2074-2083.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180368
摘要:
镁合金板材轧制对工作辊的温度有特殊控制要求,本文采用导热油循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,基于有限差分法建立了轧辊、导热油传热过程的差分模型,利用FLUENT建立了导热油加热轧辊的流固耦合传热模型,并辅以相应的实验验证,给出了其传热过程中轧辊的温升曲线、辊身表面及横截面温度分布。结果表明：在不同的加热条件下,其表面温度分布呈现操作侧温度高、驱动侧温度低的特点,两端的温差范围在5-12℃,且流体温度与速度对其影响较小；轧辊内壁与外壁的最大温差6℃,可近似认为径向温度分布均匀；随着加热时间的增加,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快；轧辊停止加热后,其表面温度不会立即下降且持续增长一段时间,这段时间约为5-8分钟,流体的温度和速度对延长的时间影响较小；轧辊表面平均温度的计算值与实验值吻合较好,最大相对误差为8.3%,表明该模型可正确预测轧辊表面的平均温度,作为镁合金板材轧制模型的一部分,利于轧制过程中轧辊的“等温”控制,实现“镁合金板材的等温轧制”控制。
镁合金板材轧制对工作辊的温度有特殊控制要求,本文采用导热油循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,基于有限差分法建立了轧辊、导热油传热过程的差分模型,利用FLUENT建立了导热油加热轧辊的流固耦合传热模型,并辅以相应的实验验证,给出了其传热过程中轧辊的温升曲线、辊身表面及横截面温度分布。结果表明：在不同的加热条件下,其表面温度分布呈现操作侧温度高、驱动侧温度低的特点,两端的温差范围在5-12℃,且流体温度与速度对其影响较小；轧辊内壁与外壁的最大温差6℃,可近似认为径向温度分布均匀；随着加热时间的增加,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快；轧辊停止加热后,其表面温度不会立即下降且持续增长一段时间,这段时间约为5-8分钟,流体的温度和速度对延长的时间影响较小；轧辊表面平均温度的计算值与实验值吻合较好,最大相对误差为8.3%,表明该模型可正确预测轧辊表面的平均温度,作为镁合金板材轧制模型的一部分,利于轧制过程中轧辊的“等温”控制,实现“镁合金板材的等温轧制”控制。
2019, 48(7):2084-2090.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180136
摘要:
本文主要通过OM、SEM、EDS和XRD等研究了铸态及挤压态Mg-2Zn-1Mn-xY (Y=0,0.8,2.2,wt.%) 镁合金显微组织和力学性能。由实验结果可知,稀土Y的添加,不仅可以细化铸态及挤压态合金晶粒,还可以弱化挤压态合金的基面织构强度,从而同时提高合金的强度以及韧性。本文中最优化合金挤压态Mg-2Zn-1Mn-xY合金具有良好的力学性能,与原始Mg-2Zn-1Mn合金相比,屈服强度从164MPa提高到204MPa、抗拉强度从237MPa提高到298MPa以及延伸率从12%增加到18%。
本文主要通过OM、SEM、EDS和XRD等研究了铸态及挤压态Mg-2Zn-1Mn-xY (Y=0,0.8,2.2,wt.%) 镁合金显微组织和力学性能。由实验结果可知,稀土Y的添加,不仅可以细化铸态及挤压态合金晶粒,还可以弱化挤压态合金的基面织构强度,从而同时提高合金的强度以及韧性。本文中最优化合金挤压态Mg-2Zn-1Mn-xY合金具有良好的力学性能,与原始Mg-2Zn-1Mn合金相比,屈服强度从164MPa提高到204MPa、抗拉强度从237MPa提高到298MPa以及延伸率从12%增加到18%。
2019, 48(7):2091-2198.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180102
摘要:
本文以Mg-8Al-2Sn变形镁合金为研究背景,通过在Mg-8Al-2Sn合金中添加0-2 wt.%含量的Zn元素,研究了Zn添加对Mg-8Al-2Sn挤压镁合金显微组织和性能的影响。研究结果表明,铸态Mg-8Al-2Sn-xZn合金的相组成主要是α-Mg相、Mg17Al12相和Mg2Sn相。在添加Zn元素以后,合金中的共晶化合物的形态发生变化,由共晶组织变为离异共晶组织。挤压过后,晶粒组织尺寸更均匀。Zn元素的加入,会促进合金中第二相在挤压过程中的动态析出以及第二相尺寸的粗化。合金在时效中产生的析出相的数量也随着Zn含量的增多而增加。随着Zn含量的增加,挤压态和时效态合金的屈服强度和抗拉强度都随之增加。当Zn含量达到2 wt.%时,合金力学性能最好,其时效态的抗拉强度,屈服强度和延伸率分别是385 MPa, 291 MPa和6.44%。
本文以Mg-8Al-2Sn变形镁合金为研究背景,通过在Mg-8Al-2Sn合金中添加0-2 wt.%含量的Zn元素,研究了Zn添加对Mg-8Al-2Sn挤压镁合金显微组织和性能的影响。研究结果表明,铸态Mg-8Al-2Sn-xZn合金的相组成主要是α-Mg相、Mg17Al12相和Mg2Sn相。在添加Zn元素以后,合金中的共晶化合物的形态发生变化,由共晶组织变为离异共晶组织。挤压过后,晶粒组织尺寸更均匀。Zn元素的加入,会促进合金中第二相在挤压过程中的动态析出以及第二相尺寸的粗化。合金在时效中产生的析出相的数量也随着Zn含量的增多而增加。随着Zn含量的增加,挤压态和时效态合金的屈服强度和抗拉强度都随之增加。当Zn含量达到2 wt.%时,合金力学性能最好,其时效态的抗拉强度,屈服强度和延伸率分别是385 MPa, 291 MPa和6.44%。
2019, 48(7):2099-2106.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180651
摘要:
通过光学显微组织(OM)，扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射(XRD)，电子背散射衍射(EBSD)和拉伸试验研究了不同热处理条件下Mg-5Y-0.6Zr-xNd (x = 0, 0.5和1wt.％) 合金的组织和力学性能。结果表明，随着Nd含量的增加，第二相Mg24Y5和Mg14Nd2Y (β)在基体中的含量增加。添加少量Nd可以降低α-Mg的堆垛层错能，促进热轧过程中的动态再结晶。随着Nd含量的增加，静态再结晶的体积分数明显增加。退火处理后Mg-5Y-0.6Zr-0Nd合金的平均晶粒尺寸可细化至3.73μm。轧制合金的抗拉强度随着Nd的增加而增加，而伸长率则表现出相反的变化趋势。含有1.01wt.％Nd的轧制合金具有优良的机械性能，其拉伸强度，屈服强度和伸长率分别为336MPa，278MPa和16.3％。在微观结构观察的基础上，讨论了力学性能的变化。
通过光学显微组织(OM)，扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射(XRD)，电子背散射衍射(EBSD)和拉伸试验研究了不同热处理条件下Mg-5Y-0.6Zr-xNd (x = 0, 0.5和1wt.％) 合金的组织和力学性能。结果表明，随着Nd含量的增加，第二相Mg24Y5和Mg14Nd2Y (β)在基体中的含量增加。添加少量Nd可以降低α-Mg的堆垛层错能，促进热轧过程中的动态再结晶。随着Nd含量的增加，静态再结晶的体积分数明显增加。退火处理后Mg-5Y-0.6Zr-0Nd合金的平均晶粒尺寸可细化至3.73μm。轧制合金的抗拉强度随着Nd的增加而增加，而伸长率则表现出相反的变化趋势。含有1.01wt.％Nd的轧制合金具有优良的机械性能，其拉伸强度，屈服强度和伸长率分别为336MPa，278MPa和16.3％。在微观结构观察的基础上，讨论了力学性能的变化。
2019, 48(7):2151-2158.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20171211
摘要:
滚珠旋压由于连续逐点成型特性而产生大量的变形热而需要对变形区进行连续冷却。由于镁合金成型温度较低的特点,可以利用摩擦与变形热替代镁合金薄壁管滚珠旋压工件的加热过程。本文通过有限元模拟对不同工艺参数下的生热规律进行了计算,结果表明：滚珠旋压变形影响区的温度随着摩擦系数,模具转速,减薄量和进给比的提高而增加,其中,减薄量对温度的提高最为敏感,模环转速对温度的提高影响较小,摩擦系数对温升的影响最小；在高转速和大减薄量时变形影响区的温度可以达到220℃以上,可以满足镁合金的温热成形的温度要求。变形区非接触式温度测量结果表明模拟结果与实测结果吻合度较高。
滚珠旋压由于连续逐点成型特性而产生大量的变形热而需要对变形区进行连续冷却。由于镁合金成型温度较低的特点,可以利用摩擦与变形热替代镁合金薄壁管滚珠旋压工件的加热过程。本文通过有限元模拟对不同工艺参数下的生热规律进行了计算,结果表明：滚珠旋压变形影响区的温度随着摩擦系数,模具转速,减薄量和进给比的提高而增加,其中,减薄量对温度的提高最为敏感,模环转速对温度的提高影响较小,摩擦系数对温升的影响最小；在高转速和大减薄量时变形影响区的温度可以达到220℃以上,可以满足镁合金的温热成形的温度要求。变形区非接触式温度测量结果表明模拟结果与实测结果吻合度较高。
2019, 48(7):2159-2164.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180062
摘要:
以铸态AZ31B镁合金为研究对象，时效处理（400℃×12h）后，在Gleeble-3800热模拟机上进行了变形温度为250 450℃、应变速率为0.01 10s-1的热模拟压缩试验，通过高速摄影技术确定了合金热压缩过程中的临界开裂应变，结合有限元模拟确定了热压缩临界开裂损伤值。结果发现，经典Freudenthal准则能够很好地反映高速摄影技术和热模拟压缩试验观察到的试样表面裂纹萌生以及扩展的现象，结果与金相观察一致。因此，基于Freudenthal准则，通过引入Zener-Hollomon因子来表征镁合金热变形过程的临界开裂损伤值随变形温度和应变速率的变化，建立了适用于铸态AZ31B镁合金的热变形开裂准则。该准则很好地揭示了镁合金热变形的临界开裂损伤值与应力状态、应变、变形温度和应变速率等变形参数之间的关系，为铸态AZ31B镁合金热变形开裂预测提供了理论支撑，为该合金热加工参数的优化奠定了技术基础。
以铸态AZ31B镁合金为研究对象，时效处理（400℃×12h）后，在Gleeble-3800热模拟机上进行了变形温度为250 450℃、应变速率为0.01 10s-1的热模拟压缩试验，通过高速摄影技术确定了合金热压缩过程中的临界开裂应变，结合有限元模拟确定了热压缩临界开裂损伤值。结果发现，经典Freudenthal准则能够很好地反映高速摄影技术和热模拟压缩试验观察到的试样表面裂纹萌生以及扩展的现象，结果与金相观察一致。因此，基于Freudenthal准则，通过引入Zener-Hollomon因子来表征镁合金热变形过程的临界开裂损伤值随变形温度和应变速率的变化，建立了适用于铸态AZ31B镁合金的热变形开裂准则。该准则很好地揭示了镁合金热变形的临界开裂损伤值与应力状态、应变、变形温度和应变速率等变形参数之间的关系，为铸态AZ31B镁合金热变形开裂预测提供了理论支撑，为该合金热加工参数的优化奠定了技术基础。
2019, 48(7):2165-2170.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180077
摘要:
本文通过磁悬浮熔炼铜模吸铸工艺制备了Mg-10Y-2.45Zn和Mg-10Y-2.45Zn-1Ca-0.37Al两种合金,考察复合添加高含量Ca及少量Al合金元素对铸态Mg-10Y-2.45Zn合金中LPSO相形成的影响及其在固溶热处理及高温高应力下的组织演变规律及力学行为变化。结果表明,铸态下高含量Ca及少量Al参与了18R LPSO的大量形成且出现大量18R LPSO相分层界面；在高温下,不同于Mg-10Y-2.45Zn合金,Mg-10Y-2.45Zn-1Ca-0.37Al中的18R LPSO大量溶解,并在晶界处合并长大、a-Mg晶粒粗化；在高温大塑性变形条件下,大块状18R LPSO扭折、分层或破碎,18R LPSO相界附近发生动态再结晶和α-Mg基体内析出大量细小棒状14H LPSO相强化了合金。
本文通过磁悬浮熔炼铜模吸铸工艺制备了Mg-10Y-2.45Zn和Mg-10Y-2.45Zn-1Ca-0.37Al两种合金,考察复合添加高含量Ca及少量Al合金元素对铸态Mg-10Y-2.45Zn合金中LPSO相形成的影响及其在固溶热处理及高温高应力下的组织演变规律及力学行为变化。结果表明,铸态下高含量Ca及少量Al参与了18R LPSO的大量形成且出现大量18R LPSO相分层界面；在高温下,不同于Mg-10Y-2.45Zn合金,Mg-10Y-2.45Zn-1Ca-0.37Al中的18R LPSO大量溶解,并在晶界处合并长大、a-Mg晶粒粗化；在高温大塑性变形条件下,大块状18R LPSO扭折、分层或破碎,18R LPSO相界附近发生动态再结晶和α-Mg基体内析出大量细小棒状14H LPSO相强化了合金。
2019, 48(7):2171-2178.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180189
摘要:
采用金相显微镜、X射线衍射结合斯密特因子研究高速冲击载荷下LZ91镁合金的动态变形行为和力学本构。结果表明：流变应力对应变速率不敏感，发生了Portevin-LeChatelier效应；当应变速率为3600s-1时才出现绝热剪切带，这是由于β-Li相间细小均匀分布的α-Mg相增大了位错运动阻力，导致绝热剪切敏感性减弱；α-Mg相形成了偏离基面织构20~30°的特殊织构，不需要孪生来协调均匀塑性变形，这是因为α/β相界面取向接近Burgers取向关系；修正了Johnson-Cook力学本构，拟合结果与实验结果吻合。
采用金相显微镜、X射线衍射结合斯密特因子研究高速冲击载荷下LZ91镁合金的动态变形行为和力学本构。结果表明：流变应力对应变速率不敏感，发生了Portevin-LeChatelier效应；当应变速率为3600s-1时才出现绝热剪切带，这是由于β-Li相间细小均匀分布的α-Mg相增大了位错运动阻力，导致绝热剪切敏感性减弱；α-Mg相形成了偏离基面织构20~30°的特殊织构，不需要孪生来协调均匀塑性变形，这是因为α/β相界面取向接近Burgers取向关系；修正了Johnson-Cook力学本构，拟合结果与实验结果吻合。
2019, 48(7):2179-2184.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180298
摘要:
利用电化学相分离法,成功提取Mg-Zn-Y合金中的第二相,并获得合金元素在Mg-Zn-Y合金中的固溶量,建立了镁合金中直接测定元素固溶量的方法。利用Miedema混合焓模型及Toop模型(对称)和Kohler模型(非对称)计算Mg-Zn-Y三元合金中Zn的活度及活度相互作用系数,通过实验测定及计算表明：Mg-Zn-Y中Zn的自相互作用系数与Y的相互作用系数均为正值,说明这一体系里Zn与Zn,Zn与Y是相互排斥的,Y的存在可以提高Zn的活度,即Y固溶量的增加会导致Zn固溶量的降低,增加了固液界面前沿液相中的成分过冷度,从而使得晶粒细化,晶界处片层状的Mg3Y2Zn3共晶相聚集增多,逐渐连续成网状。
利用电化学相分离法,成功提取Mg-Zn-Y合金中的第二相,并获得合金元素在Mg-Zn-Y合金中的固溶量,建立了镁合金中直接测定元素固溶量的方法。利用Miedema混合焓模型及Toop模型(对称)和Kohler模型(非对称)计算Mg-Zn-Y三元合金中Zn的活度及活度相互作用系数,通过实验测定及计算表明：Mg-Zn-Y中Zn的自相互作用系数与Y的相互作用系数均为正值,说明这一体系里Zn与Zn,Zn与Y是相互排斥的,Y的存在可以提高Zn的活度,即Y固溶量的增加会导致Zn固溶量的降低,增加了固液界面前沿液相中的成分过冷度,从而使得晶粒细化,晶界处片层状的Mg3Y2Zn3共晶相聚集增多,逐渐连续成网状。
2019, 48(7):2185-2192.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180598
摘要:
通过数值模拟分析了AZ31镁合金中厚板在轧制变形区的温度分布，建立了轧后镁板平均温度关于轧辊温度、轧制速度、轧制压下量、板材厚度的经验公式，并辅以相应的实验验证。结果表明：当镁板较薄、轧制速度较小时，镁板中心层的塑性变形热在轧制变形区向表层传递，中心层的温升不能代表镁板塑形变形产生的温升；轧后镁板的平均温度与轧辊温度、轧制速度、轧制压下量正相关，与板材厚度反相关；轧后镁板平均温度的计算值与实验值的最大相对误差为8.34%，平均相对误差为7.4%，经验公式能很好的预测轧后镁板的平均温度。经验公式的提出，利于实现“AZ31镁合金板材的等温轧制”控制；对镁合金轧制工艺制度的合理制定以及后续轧制设备的选择有重要指导意义。
通过数值模拟分析了AZ31镁合金中厚板在轧制变形区的温度分布，建立了轧后镁板平均温度关于轧辊温度、轧制速度、轧制压下量、板材厚度的经验公式，并辅以相应的实验验证。结果表明：当镁板较薄、轧制速度较小时，镁板中心层的塑性变形热在轧制变形区向表层传递，中心层的温升不能代表镁板塑形变形产生的温升；轧后镁板的平均温度与轧辊温度、轧制速度、轧制压下量正相关，与板材厚度反相关；轧后镁板平均温度的计算值与实验值的最大相对误差为8.34%，平均相对误差为7.4%，经验公式能很好的预测轧后镁板的平均温度。经验公式的提出，利于实现“AZ31镁合金板材的等温轧制”控制；对镁合金轧制工艺制度的合理制定以及后续轧制设备的选择有重要指导意义。
2019, 48(7):2239-2243.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181245
摘要:
研究纳米La2O3对Mg颗粒的助磨作用以及吸氢和放氢的催化作用，对克服Mg吸氢和放氢动力学差的问题有重要意义。Mg粉中添加1.0 mol.%的La2O3于球磨后，XRD分析表明Mg晶粒为49.7 nm，而纯Mg球磨后的晶粒为51.6 nm，La2O3使球磨后Mg晶粒的更小，这有利于提高Mg的吸氢和放氢速率。SEM观测表明，球磨后La2O3纳米晶粒与Mg晶粒紧密接触，呈镶嵌结构，这有利于La2O3对Mg吸氢和放氢发挥催化作用。吸氢和放氢动力学测试表明，添加La2O3使Mg吸氢和放氢速率加快，吸氢反应活化能降低49.8 kJ/mol，放氢反应活化能降低23.1 kJ/mol，即显著地了改善Mg吸氢和放氢的动力学性能。p-c-T等温吸附平衡测试表明，添加La2O3球磨后Mg的吸氢活性更高，平衡氢压较低。DSC放氢分析表明，添加La2O3后MgH2放氢温度有所降低。硬度比Mg大的La2O3纳米颗粒在球磨过程中起助磨作用，不与Mg反应；在加氢和放氢过程中La2O3起催化作用，不与H2反应。
研究纳米La2O3对Mg颗粒的助磨作用以及吸氢和放氢的催化作用，对克服Mg吸氢和放氢动力学差的问题有重要意义。Mg粉中添加1.0 mol.%的La2O3于球磨后，XRD分析表明Mg晶粒为49.7 nm，而纯Mg球磨后的晶粒为51.6 nm，La2O3使球磨后Mg晶粒的更小，这有利于提高Mg的吸氢和放氢速率。SEM观测表明，球磨后La2O3纳米晶粒与Mg晶粒紧密接触，呈镶嵌结构，这有利于La2O3对Mg吸氢和放氢发挥催化作用。吸氢和放氢动力学测试表明，添加La2O3使Mg吸氢和放氢速率加快，吸氢反应活化能降低49.8 kJ/mol，放氢反应活化能降低23.1 kJ/mol，即显著地了改善Mg吸氢和放氢的动力学性能。p-c-T等温吸附平衡测试表明，添加La2O3球磨后Mg的吸氢活性更高，平衡氢压较低。DSC放氢分析表明，添加La2O3后MgH2放氢温度有所降低。硬度比Mg大的La2O3纳米颗粒在球磨过程中起助磨作用，不与Mg反应；在加氢和放氢过程中La2O3起催化作用，不与H2反应。
2019, 48(7):2244-2250.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180037
摘要:
采用常规铸造法制备了Mg-3Zn-1Y-0.6Zr-0.5Ca生物镁合金。研究了在不同正挤压速度下(10, 30, 60, 90mm/min)挤出的变形镁合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:随着挤压速度的增大,动态再结晶晶粒尺寸增大,未动态再结晶区域减少。不同挤压速度影响第二相的形态和分布,进而影响动态再结晶的发生。织构随着挤压速度的增大而减弱。随着挤压速度的增大,合金的塑性增强,抗拉强度减小。在挤压速度为60mm/min 时,综合力学性能良好。抗拉强度270Mpa,伸长率19.6%。
采用常规铸造法制备了Mg-3Zn-1Y-0.6Zr-0.5Ca生物镁合金。研究了在不同正挤压速度下(10, 30, 60, 90mm/min)挤出的变形镁合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:随着挤压速度的增大,动态再结晶晶粒尺寸增大,未动态再结晶区域减少。不同挤压速度影响第二相的形态和分布,进而影响动态再结晶的发生。织构随着挤压速度的增大而减弱。随着挤压速度的增大,合金的塑性增强,抗拉强度减小。在挤压速度为60mm/min 时,综合力学性能良好。抗拉强度270Mpa,伸长率19.6%。
2019, 48(7):2251-2257.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180176
摘要:
本文采用半固态搅拌技术制备出了5μm10vol%Grp/AZ91、(5μm5vol%Grp+5μm5vol%SiCp)/AZ91和 (5μm5vol%Grp+10μm5vol%SiCp)/AZ91共3种镁基复合材料,并对其在300℃,0.05mm/s的条件下进行了热挤压,研究了SiCp对挤压态复合材料的显微组织、力学性能和耐磨性能的影响规律。研究结果表明,与Grp/AZ91相比,SiCp的引入导致基体晶粒尺寸增大,引起石墨颗粒碎化；随着SiCp尺寸增加,晶粒尺寸增大,石墨碎化现象更为显著。SiCp的加入提高了Grp/AZ91复合材料的抗拉强度、延伸率和硬度,随着SiCp尺寸增加,力学性能进一步提升。SiCp的引入降低了Grp/AZ91复合材料的磨损率,同时摩擦系数上升,随着SiCp尺寸增加,磨损率进一步下降,摩擦系数进一步上升,磨损机制由剥层磨损转变为磨粒磨损。
本文采用半固态搅拌技术制备出了5μm10vol%Grp/AZ91、(5μm5vol%Grp+5μm5vol%SiCp)/AZ91和 (5μm5vol%Grp+10μm5vol%SiCp)/AZ91共3种镁基复合材料,并对其在300℃,0.05mm/s的条件下进行了热挤压,研究了SiCp对挤压态复合材料的显微组织、力学性能和耐磨性能的影响规律。研究结果表明,与Grp/AZ91相比,SiCp的引入导致基体晶粒尺寸增大,引起石墨颗粒碎化；随着SiCp尺寸增加,晶粒尺寸增大,石墨碎化现象更为显著。SiCp的加入提高了Grp/AZ91复合材料的抗拉强度、延伸率和硬度,随着SiCp尺寸增加,力学性能进一步提升。SiCp的引入降低了Grp/AZ91复合材料的磨损率,同时摩擦系数上升,随着SiCp尺寸增加,磨损率进一步下降,摩擦系数进一步上升,磨损机制由剥层磨损转变为磨粒磨损。
2019, 48(7):2258-2265.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180233
摘要:
摘 要: 研究了半连续铸造Mg-6Al-6Zn-3Sn-1Y-0.5Mn（AZTYM66310）镁合金在铸态以及固溶处理与时效处理后的微观组织结构演变和拉伸性能及失效机理。铸态AZTYM66310合金的微观组织中α-Mg初生相呈现典型的等轴枝晶形态，枝晶间分布大量的凝固过程中形成的第二相，包括Mg + Mg32(Al,Zn)49共晶、Mg2Sn离异共晶相以及Al2Y相和Al8Mn4Y相。铸态合金经过380℃×6h固溶处理后，大部分Mg32(Al,Zn)49相和部分Mg2Sn相溶入基体中，形成过饱和α-Mg固溶体，基体中Al、Zn、Sn元素含量显著提高，而Al2Y相和Al8Mn4Y相未发生明显变化。固溶处理显著提高了合金的抗拉强度，同时提升了合金的断后延伸率。经过380℃×6h+150℃×16h的时效处理后，合金组织中，尤其是晶界附近，析出大量的纳米尺度的颗粒增强相，强度提高，特别是屈服强度提高到187.4 MPa。合金在拉伸失效过程中，组织中的第二相首先破裂或者与基体分离，导致了微裂纹的产生，微裂纹沿着晶界扩展，最终导致样品发生断裂。
摘 要: 研究了半连续铸造Mg-6Al-6Zn-3Sn-1Y-0.5Mn（AZTYM66310）镁合金在铸态以及固溶处理与时效处理后的微观组织结构演变和拉伸性能及失效机理。铸态AZTYM66310合金的微观组织中α-Mg初生相呈现典型的等轴枝晶形态，枝晶间分布大量的凝固过程中形成的第二相，包括Mg + Mg32(Al,Zn)49共晶、Mg2Sn离异共晶相以及Al2Y相和Al8Mn4Y相。铸态合金经过380℃×6h固溶处理后，大部分Mg32(Al,Zn)49相和部分Mg2Sn相溶入基体中，形成过饱和α-Mg固溶体，基体中Al、Zn、Sn元素含量显著提高，而Al2Y相和Al8Mn4Y相未发生明显变化。固溶处理显著提高了合金的抗拉强度，同时提升了合金的断后延伸率。经过380℃×6h+150℃×16h的时效处理后，合金组织中，尤其是晶界附近，析出大量的纳米尺度的颗粒增强相，强度提高，特别是屈服强度提高到187.4 MPa。合金在拉伸失效过程中，组织中的第二相首先破裂或者与基体分离，导致了微裂纹的产生，微裂纹沿着晶界扩展，最终导致样品发生断裂。
2019, 48(7):2266-2274.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180314
摘要:
在纯镁超声微弧氧化表面,采用电泳沉积方法引入壳聚糖作为中间层,并在壳聚糖表面浸提中药提取物。研究中药提取物对复合涂层的微观结构、磨损性能、耐蚀性和生物活性等的影响。结果表明：负载中药提取物能对超声微弧氧化表面实现封孔处理,负载中药提取物涂层具有适宜的表面状态,从而改善耐蚀性；负载中药提取物涂层为化学结合提高了涂层的结合力和抗磨损性能,并具有优异的体外生物活性。
在纯镁超声微弧氧化表面,采用电泳沉积方法引入壳聚糖作为中间层,并在壳聚糖表面浸提中药提取物。研究中药提取物对复合涂层的微观结构、磨损性能、耐蚀性和生物活性等的影响。结果表明：负载中药提取物能对超声微弧氧化表面实现封孔处理,负载中药提取物涂层具有适宜的表面状态,从而改善耐蚀性；负载中药提取物涂层为化学结合提高了涂层的结合力和抗磨损性能,并具有优异的体外生物活性。
2019, 48(7):2275-2283.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180095
摘要:
采用MTS-CMT5105电子万能试验机,在温度为250~400℃、初始应变速率为10-4~10-1s-1,最大变形量为40%的条件下,对铸态Mg-2.5Sn(wt.%)和Mg-2.5Sn-0.2Y(wt.%)合金进行压缩变形。结合真应力-应变曲线、峰值应力、显微组织、本构方程、DMM加工图,研究了微量Y(0.2 wt.%)对铸造Mg-Sn合金热变形行为的影响。结果表明：微量Y的添加,在较低应变速率时,会使Mg-Sn合金热压缩峰值应力增加30%以上；但在较高应变速率时,却对其影响不大。会改变合金塑性变形机制的控制方式,即由扩散控制变为位错的滑移和攀移。会抑制动态再结晶。会降低功率耗散系数,扩大加工失稳区。
采用MTS-CMT5105电子万能试验机,在温度为250~400℃、初始应变速率为10-4~10-1s-1,最大变形量为40%的条件下,对铸态Mg-2.5Sn(wt.%)和Mg-2.5Sn-0.2Y(wt.%)合金进行压缩变形。结合真应力-应变曲线、峰值应力、显微组织、本构方程、DMM加工图,研究了微量Y(0.2 wt.%)对铸造Mg-Sn合金热变形行为的影响。结果表明：微量Y的添加,在较低应变速率时,会使Mg-Sn合金热压缩峰值应力增加30%以上；但在较高应变速率时,却对其影响不大。会改变合金塑性变形机制的控制方式,即由扩散控制变为位错的滑移和攀移。会抑制动态再结晶。会降低功率耗散系数,扩大加工失稳区。
21 镁合金半固态研究进展
2019, 48(7):2379-2385.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180573
摘要:
本文首先介绍了镁合金半固态研究背景,进而从镁合金半固态成形合金设计、镁合金半固态成形工艺研究、镁合金外场处理下半固态成形,以及镁合金半固态成形过程模拟四个主要方面介绍了镁合金半固态成形技术的现状。从近十年的研究结果得出：镁合金耐腐蚀性增加、晶粒明显细化、尺寸更加均匀、制备了细小的等轴的再结晶组织半固态浆料、获得力学性能更佳、对产品缺陷进行预测、实现了工艺优化。进一步完善和创新了镁合金半固态工艺,对推动镁合金发展具有重大的意义,并对镁合金半固态成形未来的发展方向进行了展望。
本文首先介绍了镁合金半固态研究背景,进而从镁合金半固态成形合金设计、镁合金半固态成形工艺研究、镁合金外场处理下半固态成形,以及镁合金半固态成形过程模拟四个主要方面介绍了镁合金半固态成形技术的现状。从近十年的研究结果得出：镁合金耐腐蚀性增加、晶粒明显细化、尺寸更加均匀、制备了细小的等轴的再结晶组织半固态浆料、获得力学性能更佳、对产品缺陷进行预测、实现了工艺优化。进一步完善和创新了镁合金半固态工艺,对推动镁合金发展具有重大的意义,并对镁合金半固态成形未来的发展方向进行了展望。
2019, 48(7):2107-2111.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180074
摘要:
纳米银线和还原氧化石墨烯为导电相,混合纤维素膜为基底,采用真空抽滤法制备了柔性透明导电薄膜。研究了还原氧化石墨烯对柔性透明导电薄膜的光电及机械性能的影响。研究结果表明,随着还原氧化石墨烯含量的增加,导电薄膜的透过率变化不大,但薄膜的方阻逐渐下降。通过胶带测试200次原位监控方阻变化以及弯曲疲劳200次测试原位监控方阻变化研究纳米银线和石墨烯导电相在混合纤维素膜表面的附着力和薄膜的弯曲疲劳特性。研究结果表明,经过200次的胶带测试,薄膜的方阻几乎没有改变。弯曲测试结果表明,薄膜方阻约有3%的改变。说明薄膜具有良好的稳定性。分析认为,纳米银线-石墨烯复合薄膜具有良好的稳定性与纳米银线和石墨烯埋在混合纤维素膜表面有关。
纳米银线和还原氧化石墨烯为导电相,混合纤维素膜为基底,采用真空抽滤法制备了柔性透明导电薄膜。研究了还原氧化石墨烯对柔性透明导电薄膜的光电及机械性能的影响。研究结果表明,随着还原氧化石墨烯含量的增加,导电薄膜的透过率变化不大,但薄膜的方阻逐渐下降。通过胶带测试200次原位监控方阻变化以及弯曲疲劳200次测试原位监控方阻变化研究纳米银线和石墨烯导电相在混合纤维素膜表面的附着力和薄膜的弯曲疲劳特性。研究结果表明,经过200次的胶带测试,薄膜的方阻几乎没有改变。弯曲测试结果表明,薄膜方阻约有3%的改变。说明薄膜具有良好的稳定性。分析认为,纳米银线-石墨烯复合薄膜具有良好的稳定性与纳米银线和石墨烯埋在混合纤维素膜表面有关。
2019, 48(7):2112-2117.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180090
摘要:
原子占位与反位缺陷对金属间化合物合金的物理与机械性能产生巨大的影响。B2-FeAl作为一种具有优异性能的材料,研究其中的原子占位与反位缺陷具有十分重要的意义。本文利用相场方法研究了B2-FeAl有序相中铝浓度与温度对原子占位与反位缺陷变化趋势的影响。研究结果表明,铝浓度的增加或者温度的降低能够加速母相中的溶质原子分离,进而使得铝原子占位、铁原子占位以及反位铁或铝更早达到平衡态。特别地,铝浓度的升高或温度的降低能够增强铝和铁的占位,并减少两种类型的反位缺陷。此外,研究结果还表明铝浓度或者温度的变化不能改变B2-FeAl有序向中主要的反位缺陷类型。
原子占位与反位缺陷对金属间化合物合金的物理与机械性能产生巨大的影响。B2-FeAl作为一种具有优异性能的材料,研究其中的原子占位与反位缺陷具有十分重要的意义。本文利用相场方法研究了B2-FeAl有序相中铝浓度与温度对原子占位与反位缺陷变化趋势的影响。研究结果表明,铝浓度的增加或者温度的降低能够加速母相中的溶质原子分离,进而使得铝原子占位、铁原子占位以及反位铁或铝更早达到平衡态。特别地,铝浓度的升高或温度的降低能够增强铝和铁的占位,并减少两种类型的反位缺陷。此外,研究结果还表明铝浓度或者温度的变化不能改变B2-FeAl有序向中主要的反位缺陷类型。
2019, 48(7):2118-2121.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180114
摘要:
在空气中采用锆丝点爆炸法合成了纳米二氧化锆颗粒,根据实测电流、电压和由此计算得到的能量沉积波形分析了电爆炸和纳米颗粒形成过程。发现锆丝气化后在锆丝蒸汽和空气中形成电击穿现象诱发电爆炸并截断锆丝中的能量沉积。通过扫描电镜和透射电镜对产物进行了分析,发现纳米二氧化锆颗粒形貌呈近球形,粒度分布在30.6-69.4纳米之间。X射线衍射分析表明产物由单斜晶型(m- ZrO2)和四方晶型(t- ZrO2)二氧化锆组成,随着充电电压的提高,四方晶型二氧化锆含量增加而单斜晶型含量变小,二者粒度都呈变大趋势。
在空气中采用锆丝点爆炸法合成了纳米二氧化锆颗粒,根据实测电流、电压和由此计算得到的能量沉积波形分析了电爆炸和纳米颗粒形成过程。发现锆丝气化后在锆丝蒸汽和空气中形成电击穿现象诱发电爆炸并截断锆丝中的能量沉积。通过扫描电镜和透射电镜对产物进行了分析,发现纳米二氧化锆颗粒形貌呈近球形,粒度分布在30.6-69.4纳米之间。X射线衍射分析表明产物由单斜晶型(m- ZrO2)和四方晶型(t- ZrO2)二氧化锆组成,随着充电电压的提高,四方晶型二氧化锆含量增加而单斜晶型含量变小,二者粒度都呈变大趋势。
2019, 48(7):2122-2129.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180126
摘要:
本研究利用相图计算的CALPHAD方法和真空电弧熔炼技术,设计并制备了Cux(Fe0.64Ni0.32Co0.04)100-x(x=30, 45, 60, wt. %)系列合金。实验研究了该系列合金在不同热处理工艺时的显微组织,热导率以及热膨胀系数。研究结果表明：Cu-Fe64Ni32Co4系列合金在600 °C和800 °C时效处理后均为fcc富铜相和fcc富因瓦(铁镍钴)相组成的各向同性的多晶合金。该系列合金在1000 °C淬火并在600 °C时效处理50 h后,其热膨胀系数变化范围为6.88~12.36×10-6 K-1；热导率变化范围为22.91~56.13 W.m-1.K-1；其热导率明显高于因瓦合金,其中Cu30(Fe0.64Ni0.32Co0.04)70与 Cu45(Fe0.64Ni0.32Co0.04)55合金的热膨胀系数可以与电子封装中半导体材料的热膨胀系数相匹配。
本研究利用相图计算的CALPHAD方法和真空电弧熔炼技术,设计并制备了Cux(Fe0.64Ni0.32Co0.04)100-x(x=30, 45, 60, wt. %)系列合金。实验研究了该系列合金在不同热处理工艺时的显微组织,热导率以及热膨胀系数。研究结果表明：Cu-Fe64Ni32Co4系列合金在600 °C和800 °C时效处理后均为fcc富铜相和fcc富因瓦(铁镍钴)相组成的各向同性的多晶合金。该系列合金在1000 °C淬火并在600 °C时效处理50 h后,其热膨胀系数变化范围为6.88~12.36×10-6 K-1；热导率变化范围为22.91~56.13 W.m-1.K-1；其热导率明显高于因瓦合金,其中Cu30(Fe0.64Ni0.32Co0.04)70与 Cu45(Fe0.64Ni0.32Co0.04)55合金的热膨胀系数可以与电子封装中半导体材料的热膨胀系数相匹配。
2019, 48(7):2130-2137.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180130
摘要:
在车用铝合金材料的成形加工过程中,回弹是主要的成形缺陷之一并且较难控制。本文对车用6061铝合金板材进行了室温拉伸试验获得其应力-应变曲线并建立改进的Johnson-Cook本构模型。该模型被应用于V形弯曲试验的有限元仿真中,研究不同各向异性屈服准则对板料回弹预测精度的影响,仿真结果表明应用YLD2000-2d屈服准则时其预测精度较高,同时也验证了该模型用于回弹分析的有效性。进一步探究不同因素如变形程度,冲压速度,摩擦条件,压边力等对铝合金板材回弹行为的影响规律,并应用于铝合金发罩内板的冲压成形过程,能够有效减小工件的回弹。
在车用铝合金材料的成形加工过程中,回弹是主要的成形缺陷之一并且较难控制。本文对车用6061铝合金板材进行了室温拉伸试验获得其应力-应变曲线并建立改进的Johnson-Cook本构模型。该模型被应用于V形弯曲试验的有限元仿真中,研究不同各向异性屈服准则对板料回弹预测精度的影响,仿真结果表明应用YLD2000-2d屈服准则时其预测精度较高,同时也验证了该模型用于回弹分析的有效性。进一步探究不同因素如变形程度,冲压速度,摩擦条件,压边力等对铝合金板材回弹行为的影响规律,并应用于铝合金发罩内板的冲压成形过程,能够有效减小工件的回弹。
2019, 48(7):2138-2145.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180131
摘要:
初晶硅颗粒的细化是过共晶高硅铝合金制备过程中的一个主要问题。本研究提出了一种通过过滤的方式来获得含有细化初晶硅颗粒的高硅铝合金的方法。在过滤铸造的过程中，过共晶硅铝合金熔体保持在Al-Si二元相图共晶线偏上一点的温度。大颗粒初晶硅被筛网阻拦下来，细小的初晶硅颗粒连同共晶熔体穿过筛网进入下部坩埚冷却结晶。在本研究中通过以上方法所制备的高硅铝合金中硅的质量分数约为27%，初晶硅颗粒的平均直径在45 μm以下，圆度为1.43，布氏硬度为70 HB。通过该方法有望制备出初晶硅颗粒球形度更高、硅含量更高的高硅铝合金产品。
初晶硅颗粒的细化是过共晶高硅铝合金制备过程中的一个主要问题。本研究提出了一种通过过滤的方式来获得含有细化初晶硅颗粒的高硅铝合金的方法。在过滤铸造的过程中，过共晶硅铝合金熔体保持在Al-Si二元相图共晶线偏上一点的温度。大颗粒初晶硅被筛网阻拦下来，细小的初晶硅颗粒连同共晶熔体穿过筛网进入下部坩埚冷却结晶。在本研究中通过以上方法所制备的高硅铝合金中硅的质量分数约为27%，初晶硅颗粒的平均直径在45 μm以下，圆度为1.43，布氏硬度为70 HB。通过该方法有望制备出初晶硅颗粒球形度更高、硅含量更高的高硅铝合金产品。
2019, 48(7):2146-2150.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180064
摘要:
采用FFC剑桥工艺在熔融CaCl2中电解二氧化钛时,钙钛矿是阴极上不可避免形成的相。本文研究了在制备钛的过程中,阴极钙钛矿的形成与阳极释放气体的关系。结果表明,阴极上相的形成主要有三个阶段,包括钙钛矿的形成、钙钛矿的脱氧及钛的低价氧化物脱氧为TiO、和TiO到Ti的脱氧。尽管分解电压低于CaCl2,但阴极形成的钙钛矿与从阳极释放的气体密切相关。由于短时间内钙钛矿的形成造成过电压,因而阳极释放出氯气,氯气的量取决于TiO2和电解过程中产生的不同低价钛的量。当钛的低价氧化物介于Ti3O5和TiO2之间时,在第一脱氧阶段TiO2和氯的质量比为9：2到46：2。在氯气释放的过程中阳极没有明显的消耗。钙钛矿的形成和Ti2O的脱氧是在熔融CaCl2中电解制备钛的主要限制性环节。从TiO2到Ti的总电流效率是24.07％。目前第一阶段的电流效率在22.37％~44.74％之间,第二阶段在30.18％~37.72％之间。
采用FFC剑桥工艺在熔融CaCl2中电解二氧化钛时,钙钛矿是阴极上不可避免形成的相。本文研究了在制备钛的过程中,阴极钙钛矿的形成与阳极释放气体的关系。结果表明,阴极上相的形成主要有三个阶段,包括钙钛矿的形成、钙钛矿的脱氧及钛的低价氧化物脱氧为TiO、和TiO到Ti的脱氧。尽管分解电压低于CaCl2,但阴极形成的钙钛矿与从阳极释放的气体密切相关。由于短时间内钙钛矿的形成造成过电压,因而阳极释放出氯气,氯气的量取决于TiO2和电解过程中产生的不同低价钛的量。当钛的低价氧化物介于Ti3O5和TiO2之间时,在第一脱氧阶段TiO2和氯的质量比为9：2到46：2。在氯气释放的过程中阳极没有明显的消耗。钙钛矿的形成和Ti2O的脱氧是在熔融CaCl2中电解制备钛的主要限制性环节。从TiO2到Ti的总电流效率是24.07％。目前第一阶段的电流效率在22.37％~44.74％之间,第二阶段在30.18％~37.72％之间。
2019, 48(7):2193-2202.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181061
摘要:
将冷轧法制备的Cu/Al复合材料在475-525℃温度下退火1-8min,采用有限元软件模拟了Cu/Al复合材料在退火过程中的温度场,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(ESBD)、显微硬度计等研究了Cu/Al复合材料的显微组织与力学性能。结果表明：在Cu/Al复合材料界面依次生成了CuAl<sub>2</sub>、Cu<sub>9</sub>Al<sub>4</sub>和CuAl等3种金属间化合物,在Cu/Al界面层厚度小于4μm的退火工艺范围内,Cu和Al基体发生完全再结晶形成等轴晶,Cu、Al基体的显微硬度能够迅速的降低至低温长时间(350℃、1h)退火的硬度。另外,提出了金属间化合物初生相的形核机理,分析计算了高温短时退火工艺下的形核动力学,并提出了非等温条件下的金属间化合物生长厚度的经验数值方法。
将冷轧法制备的Cu/Al复合材料在475-525℃温度下退火1-8min,采用有限元软件模拟了Cu/Al复合材料在退火过程中的温度场,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(ESBD)、显微硬度计等研究了Cu/Al复合材料的显微组织与力学性能。结果表明：在Cu/Al复合材料界面依次生成了CuAl<sub>2</sub>、Cu<sub>9</sub>Al<sub>4</sub>和CuAl等3种金属间化合物,在Cu/Al界面层厚度小于4μm的退火工艺范围内,Cu和Al基体发生完全再结晶形成等轴晶,Cu、Al基体的显微硬度能够迅速的降低至低温长时间(350℃、1h)退火的硬度。另外,提出了金属间化合物初生相的形核机理,分析计算了高温短时退火工艺下的形核动力学,并提出了非等温条件下的金属间化合物生长厚度的经验数值方法。
2019, 48(7):2203-2207.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180016
摘要:
以原子比Al:Sb:Te=0.7:2:3的混和粉为原料,采用真空合成法与烧结-热等静压制备Al0.7Sb2Te3三元靶材,通过XRD、FESEM、EDS、XPS等手段表征其性能,且重点采用XPS研究Al在Al0.7Sb2Te3三元靶材的存在状态。结果表明：Al掺杂后,靶材主相Sb2Te3的晶格常数减小,且单质Al弥散相与Al0.1Sb2Te3基体相共存,表明掺杂对靶材的组织结构确有影响；刻蚀深度从0增加至405.9nm,Al价态从以Al2O3的化合态为主逐渐过渡至以单质态为主,且Al以Al2O3形态为主的区域深度约90nm；刻蚀深度为405.9nm时,来自非氧化物的Al价态与来自AlSb的Sb价态联合表明：Al0.1Sb2Te3中的Al通过有效化合形成AlSb影响着靶材的组织结构。
以原子比Al:Sb:Te=0.7:2:3的混和粉为原料,采用真空合成法与烧结-热等静压制备Al0.7Sb2Te3三元靶材,通过XRD、FESEM、EDS、XPS等手段表征其性能,且重点采用XPS研究Al在Al0.7Sb2Te3三元靶材的存在状态。结果表明：Al掺杂后,靶材主相Sb2Te3的晶格常数减小,且单质Al弥散相与Al0.1Sb2Te3基体相共存,表明掺杂对靶材的组织结构确有影响；刻蚀深度从0增加至405.9nm,Al价态从以Al2O3的化合态为主逐渐过渡至以单质态为主,且Al以Al2O3形态为主的区域深度约90nm；刻蚀深度为405.9nm时,来自非氧化物的Al价态与来自AlSb的Sb价态联合表明：Al0.1Sb2Te3中的Al通过有效化合形成AlSb影响着靶材的组织结构。
2019, 48(7):2208-2214.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180079
摘要:
本文基于密度泛函理论,研究了二维碳材料石墨烯和石墨炔的电子结构和光学性质。计算结果表明石墨烯比石墨炔更稳定,在费米能级附近它们的电子态主要由C-2p态贡献；石墨烯在可见光区域是透明的并且表现出良好的非线性光学吸收特性和电导率；石墨炔的光吸收和光电导对长波下的可见光响应明显,在费米能级附近的电子跃迁,除了从价带到导带的跃迁外还存在带间跃迁。本文的结论可为二维碳材料石墨烯和石墨炔在光电器件、光催化等领域中的应用提供理论依据。
本文基于密度泛函理论,研究了二维碳材料石墨烯和石墨炔的电子结构和光学性质。计算结果表明石墨烯比石墨炔更稳定,在费米能级附近它们的电子态主要由C-2p态贡献；石墨烯在可见光区域是透明的并且表现出良好的非线性光学吸收特性和电导率；石墨炔的光吸收和光电导对长波下的可见光响应明显,在费米能级附近的电子跃迁,除了从价带到导带的跃迁外还存在带间跃迁。本文的结论可为二维碳材料石墨烯和石墨炔在光电器件、光催化等领域中的应用提供理论依据。
2019, 48(7):2215-2219.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180116
摘要:
在前人对Nd2Fe14B/α-Fe永磁材料中软磁相晶粒尺寸及其含量的实验结果和分析的基础上,通过建立简单模型进一步证明并相对精确的计算了双相纳米复合永磁材料中软磁相晶粒尺寸及软磁相的含量范围。综合分析得出Nd2Fe14B/α-Fe永磁材料获得最优磁性能时的软磁相尺寸~8nm,软磁相含量~40%。该数据为FePt / Fe3O4和Sm2Fe17N3/α-Fe等其它双相纳米复合永磁材料最有磁性能对晶粒尺寸及其含量的要求在理论上奠定了基础。
在前人对Nd2Fe14B/α-Fe永磁材料中软磁相晶粒尺寸及其含量的实验结果和分析的基础上,通过建立简单模型进一步证明并相对精确的计算了双相纳米复合永磁材料中软磁相晶粒尺寸及软磁相的含量范围。综合分析得出Nd2Fe14B/α-Fe永磁材料获得最优磁性能时的软磁相尺寸~8nm,软磁相含量~40%。该数据为FePt / Fe3O4和Sm2Fe17N3/α-Fe等其它双相纳米复合永磁材料最有磁性能对晶粒尺寸及其含量的要求在理论上奠定了基础。
2019, 48(7):2220-2224.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180123
摘要:
采用高压扭转技术在550 ℃、1.5 GPa压力下成功制得具有细晶组织的难熔金属钨,借助EBSD技术研究了高压扭转变形组织晶粒尺寸、晶界角度以及晶粒取向的演化规律,结合纳米压痕实验结果,分析了应变对工业烧结纯钨微观力学性能的影响机理。实验结果表明,高压扭转后材料内部微孔隙有效闭合,组织细化显著,大角度晶界含量快速升高。在应变较低时出现较为明显的沿<101>方向的择优取向；随着应变的增加,择优取向消失,组织趋于均匀。应变较高(扭转5圈)时在三叉晶界处出现了细小的动态再结晶晶粒。高压扭转变形引起的孔隙闭合、晶粒细化、晶格畸变、位错密度增加和大角度晶界形成,导致屈服强度和纳米硬度随变形量的增大而不断提升；而在致密度、残余内应力和高密度位错的共同作用下,变形试样的弹性模量显著高于工业烧结纯钨,但随着应变量的增大略有降低。
采用高压扭转技术在550 ℃、1.5 GPa压力下成功制得具有细晶组织的难熔金属钨,借助EBSD技术研究了高压扭转变形组织晶粒尺寸、晶界角度以及晶粒取向的演化规律,结合纳米压痕实验结果,分析了应变对工业烧结纯钨微观力学性能的影响机理。实验结果表明,高压扭转后材料内部微孔隙有效闭合,组织细化显著,大角度晶界含量快速升高。在应变较低时出现较为明显的沿<101>方向的择优取向；随着应变的增加,择优取向消失,组织趋于均匀。应变较高(扭转5圈)时在三叉晶界处出现了细小的动态再结晶晶粒。高压扭转变形引起的孔隙闭合、晶粒细化、晶格畸变、位错密度增加和大角度晶界形成,导致屈服强度和纳米硬度随变形量的增大而不断提升；而在致密度、残余内应力和高密度位错的共同作用下,变形试样的弹性模量显著高于工业烧结纯钨,但随着应变量的增大略有降低。
2019, 48(7):2225-2231.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180133
摘要:
本文基于第一性原理方法，研究Bi2O22+和CO32-交替层中氧缺陷生成对晶体结构、能带结构以及光学性质的影响，揭示氧缺陷提高Bi2O2CO3可见光催化活性作用机制。计算结果发现，氧缺陷的存在对Bi2O2CO3的晶胞参数和Bi-O键影响较小，但作为电子施主中心可以向周围原子提供电子，造成Bi2O2CO3电荷分布发生变化，有效减小能带间隙，促进Bi2O2CO3对可见光的吸收，且这种现象随着氧缺陷浓度的升高更加明显。值得注意的是，Bi2O22+层和CO32-层氧缺陷的作用不同。CO32-层中氧缺陷的形成导致费米能级附近出现缺陷能级，改变了电子的跃迁方式。相较于CO32-层，氧缺陷更容易存在于Bi2O22+层中，能够更佳有效地减小Bi2O2CO3的能带间隙，进一步促进Bi2O2CO3对可见光的吸收。随着Bi2O22+和CO32-层氧缺陷浓度增加，Bi2O22+层氧缺陷的作用愈明显，当浓度达到6.25%时，Bi2O2CO3在可见光区的响应显著增强，有利于提高Bi2O2CO3可见光催化活性。本文计算结果解释了实验上氧缺陷增强Bi2O2CO3光催化活性现象，并为今后合成其它含氧缺陷Bi基金属氧化物提供理论指导。
本文基于第一性原理方法，研究Bi2O22+和CO32-交替层中氧缺陷生成对晶体结构、能带结构以及光学性质的影响，揭示氧缺陷提高Bi2O2CO3可见光催化活性作用机制。计算结果发现，氧缺陷的存在对Bi2O2CO3的晶胞参数和Bi-O键影响较小，但作为电子施主中心可以向周围原子提供电子，造成Bi2O2CO3电荷分布发生变化，有效减小能带间隙，促进Bi2O2CO3对可见光的吸收，且这种现象随着氧缺陷浓度的升高更加明显。值得注意的是，Bi2O22+层和CO32-层氧缺陷的作用不同。CO32-层中氧缺陷的形成导致费米能级附近出现缺陷能级，改变了电子的跃迁方式。相较于CO32-层，氧缺陷更容易存在于Bi2O22+层中，能够更佳有效地减小Bi2O2CO3的能带间隙，进一步促进Bi2O2CO3对可见光的吸收。随着Bi2O22+和CO32-层氧缺陷浓度增加，Bi2O22+层氧缺陷的作用愈明显，当浓度达到6.25%时，Bi2O2CO3在可见光区的响应显著增强，有利于提高Bi2O2CO3可见光催化活性。本文计算结果解释了实验上氧缺陷增强Bi2O2CO3光催化活性现象，并为今后合成其它含氧缺陷Bi基金属氧化物提供理论指导。
35 金属熔体喷射沉积特性分析
2019, 48(7):2232-2238.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180017
摘要:
针对金属熔滴沉积增材制造中金属液流断续随机性变化、断续形貌等参数难以控制和预测的现存问题,采用理论分析与试验研究相结合的方法,对金属液流断续过程中的断续形貌及其影响因素脉冲压力、脉冲频率等进行了研究,揭示了断续形貌长度分布规律。结果表明：通过调节脉冲气压和脉冲频率,可以提高金属液流断裂的形态精度和尺寸精度,可为后续制造过程提供稳定的均匀微滴流。
针对金属熔滴沉积增材制造中金属液流断续随机性变化、断续形貌等参数难以控制和预测的现存问题,采用理论分析与试验研究相结合的方法,对金属液流断续过程中的断续形貌及其影响因素脉冲压力、脉冲频率等进行了研究,揭示了断续形貌长度分布规律。结果表明：通过调节脉冲气压和脉冲频率,可以提高金属液流断裂的形态精度和尺寸精度,可为后续制造过程提供稳定的均匀微滴流。
2019, 48(7):2284-2291.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180507
摘要:
本文采用活性炭、介孔碳、碳纳米管和石墨烯为催化剂载体，添加CeO2作为助催化剂，用微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了五组催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDAX)、比表面积及孔径分析仪(BET)及X射线光电子能谱(XPS)等对CeO2及催化剂进行微观结构表征；利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明，以石墨烯为载体并加入CeO2助催化剂合成的催化剂对乙醇的催化氧化具有最佳的活性，稳定性及抗中毒能力，其电化学活性表面积为86.83 m2/g，峰电流密度值为751.03 A/g，且对乙醇催化氧化的活化能最低，1100s时的稳态电流密度值为67.33 A/g。
本文采用活性炭、介孔碳、碳纳米管和石墨烯为催化剂载体，添加CeO2作为助催化剂，用微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了五组催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDAX)、比表面积及孔径分析仪(BET)及X射线光电子能谱(XPS)等对CeO2及催化剂进行微观结构表征；利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明，以石墨烯为载体并加入CeO2助催化剂合成的催化剂对乙醇的催化氧化具有最佳的活性，稳定性及抗中毒能力，其电化学活性表面积为86.83 m2/g，峰电流密度值为751.03 A/g，且对乙醇催化氧化的活化能最低，1100s时的稳态电流密度值为67.33 A/g。
2019, 48(7):2292-2296.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180556
摘要:
纳米银线因其纳米级别的尺寸效应,拥有良好的导电性,优异的透光性、柔性且价格低廉、原料来源广等特点,被认为是替代传统氧化铟锡透明电极材料的下一代新型材料,已被大量应用于太阳能电池、柔性触摸屏及柔性液晶显示等领域的研究,其制备研究受到了人们的广泛关注。纳米银线的制备方法主要为多元醇法,本文针对传统多元醇法制备纳米银线长度较短且产率较低这一现状,采用氯化铜为刻蚀剂,抑制氧对银线的刻蚀性,提升了银线产率及长度,并考察了反应温度、PVP和硝酸银摩尔比、硝酸银和刻蚀剂摩尔比等实验因素对于银线形貌的影响,结论表明：反应温度为160℃、PVP和硝酸银摩尔比为1.5、硝酸银和刻蚀剂摩尔比为200时,纳米银线生长平均长度可达60μm,铜离子的加入可有效提升银线的收率,一次反应收率超过80%。
纳米银线因其纳米级别的尺寸效应,拥有良好的导电性,优异的透光性、柔性且价格低廉、原料来源广等特点,被认为是替代传统氧化铟锡透明电极材料的下一代新型材料,已被大量应用于太阳能电池、柔性触摸屏及柔性液晶显示等领域的研究,其制备研究受到了人们的广泛关注。纳米银线的制备方法主要为多元醇法,本文针对传统多元醇法制备纳米银线长度较短且产率较低这一现状,采用氯化铜为刻蚀剂,抑制氧对银线的刻蚀性,提升了银线产率及长度,并考察了反应温度、PVP和硝酸银摩尔比、硝酸银和刻蚀剂摩尔比等实验因素对于银线形貌的影响,结论表明：反应温度为160℃、PVP和硝酸银摩尔比为1.5、硝酸银和刻蚀剂摩尔比为200时,纳米银线生长平均长度可达60μm,铜离子的加入可有效提升银线的收率,一次反应收率超过80%。
2019, 48(7):2297-2304.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181083
摘要:
利用电子探针、场发射扫描电镜等先进检测手段分析了粉末冶金FGH96合金在不同固溶热处理条件下的组织演变和力学性能。结果表明：通过电子探针分析粉末冶金FGH96合金涡轮盘边缘部分,发现可观察到亮白色颗粒状的硼化物相,对照元素面扫描图像,可以判定硼化物相主要为富含元素W和Mo；随着固溶温度从1080℃增加至1160℃,抗拉强度和屈服强度都小幅度增加,而随着冷却速率的增加抗拉强度和屈服强度相应增加；通过不同固溶温度处理后FGH96合金的蠕变性能相当,而随着冷却速率的增加,蠕变抗力大大增加。
利用电子探针、场发射扫描电镜等先进检测手段分析了粉末冶金FGH96合金在不同固溶热处理条件下的组织演变和力学性能。结果表明：通过电子探针分析粉末冶金FGH96合金涡轮盘边缘部分,发现可观察到亮白色颗粒状的硼化物相,对照元素面扫描图像,可以判定硼化物相主要为富含元素W和Mo；随着固溶温度从1080℃增加至1160℃,抗拉强度和屈服强度都小幅度增加,而随着冷却速率的增加抗拉强度和屈服强度相应增加；通过不同固溶温度处理后FGH96合金的蠕变性能相当,而随着冷却速率的增加,蠕变抗力大大增加。
2019, 48(7):2305-2309.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180795
摘要:
铝锂合金具有高比强度和高比模量等优点，广泛应用于航空领域。本文系统研究了2198铝锂合金的制造工艺，成功制备了性能优越的板材，为其工业生产提供了理论依据。采用真空感应熔炼法制备了2198铝锂合金铸锭，均匀化处理后，利用多道次热轧将铸锭轧制为板材，经过固溶、淬火、预变形、自然时效和人工时效处理，板材沿轧制方向的抗拉强度高达486MPa。人工时效过程中析出的T1时效相（Al2CuLi），不仅能明显提高板材强度，而且有利于弱化其各向异性。
铝锂合金具有高比强度和高比模量等优点，广泛应用于航空领域。本文系统研究了2198铝锂合金的制造工艺，成功制备了性能优越的板材，为其工业生产提供了理论依据。采用真空感应熔炼法制备了2198铝锂合金铸锭，均匀化处理后，利用多道次热轧将铸锭轧制为板材，经过固溶、淬火、预变形、自然时效和人工时效处理，板材沿轧制方向的抗拉强度高达486MPa。人工时效过程中析出的T1时效相（Al2CuLi），不仅能明显提高板材强度，而且有利于弱化其各向异性。
2019, 48(7):2310-2316.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180955
摘要:
以乙酸锌为锌源,采用溶胶-凝胶法制备了金属泡沫镍网负载稀土元素镧掺杂氧化锌薄膜光催化剂。采用XRD、SEM、XPS、UV-vis对样品进行表征分析。并以废水中含量较大的抗生素磺胺二甲嘧啶为目标分解物,考察了薄膜催化剂在紫外灯下的光催化性能。结果表明：镧元素以三价正离子存在于薄膜中,镧成功掺入到氧化锌晶格中；镧掺杂降低了催化剂的禁带宽度,晶体颗粒变小,比表面积增大；薄膜催化剂表面分布均匀；镧掺杂氧化锌薄膜对抗生素有更高的催化效率。为光催化降解抗生素研究提供了新的思路。
以乙酸锌为锌源,采用溶胶-凝胶法制备了金属泡沫镍网负载稀土元素镧掺杂氧化锌薄膜光催化剂。采用XRD、SEM、XPS、UV-vis对样品进行表征分析。并以废水中含量较大的抗生素磺胺二甲嘧啶为目标分解物,考察了薄膜催化剂在紫外灯下的光催化性能。结果表明：镧元素以三价正离子存在于薄膜中,镧成功掺入到氧化锌晶格中；镧掺杂降低了催化剂的禁带宽度,晶体颗粒变小,比表面积增大；薄膜催化剂表面分布均匀；镧掺杂氧化锌薄膜对抗生素有更高的催化效率。为光催化降解抗生素研究提供了新的思路。
2019, 48(7):2317-2322.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180992
摘要:
为了提高航空母舰燃气导流板的工作性能，将碳/碳-碳化硅复合材料（C/C-SiC）试件在舰载机尾流中做模拟起飞工况的多次重复烧蚀试验，测定试件的烧蚀率和抗热震性能；采用扫描电镜（SEM）和微CT观察试件烧蚀后的微观形貌，采用能谱分析（EDS）测量燃烧产物的成份，对试件的烧蚀机理和热震损伤机制进行分析。结果表明：试件的线烧蚀率约为0.0405mm/s，质量烧蚀率约为0.0349g/s。在热影响区，复合材料基体在热震的作用下出现裂纹，而氧化反应不明显；在过渡区，热震使试件发生氧化反应生成SiO2在碳纤维的周围沉积，形成包鞘结构，有效地阻滞了氧化反应向内部传递，降低了试件的烧蚀率；在烧蚀中心区，生成的SiO2易被高速气流吹除掉而无法大量沉积，对氧化反应的阻滞作用不大，试件在此处烧蚀成凹坑，碳纤维呈尖笋状分布；试件的损伤机制是裂纹和氧化共同作用的结果，复合材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。
为了提高航空母舰燃气导流板的工作性能，将碳/碳-碳化硅复合材料（C/C-SiC）试件在舰载机尾流中做模拟起飞工况的多次重复烧蚀试验，测定试件的烧蚀率和抗热震性能；采用扫描电镜（SEM）和微CT观察试件烧蚀后的微观形貌，采用能谱分析（EDS）测量燃烧产物的成份，对试件的烧蚀机理和热震损伤机制进行分析。结果表明：试件的线烧蚀率约为0.0405mm/s，质量烧蚀率约为0.0349g/s。在热影响区，复合材料基体在热震的作用下出现裂纹，而氧化反应不明显；在过渡区，热震使试件发生氧化反应生成SiO2在碳纤维的周围沉积，形成包鞘结构，有效地阻滞了氧化反应向内部传递，降低了试件的烧蚀率；在烧蚀中心区，生成的SiO2易被高速气流吹除掉而无法大量沉积，对氧化反应的阻滞作用不大，试件在此处烧蚀成凹坑，碳纤维呈尖笋状分布；试件的损伤机制是裂纹和氧化共同作用的结果，复合材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。
2019, 48(7):2323-2329.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180027
摘要:
以溶胶浸渍热处理技术路线制备的碳纤维布叠层缝合预制件增强Al2O3(C/Al2O3)复合材料为对象,以刚玉粉为介质,研究了复合材料的固体粒子冲蚀行为,按照GB5763-2008规定的条件研究了复合材料的磨擦磨损性能。室温下,复合材料冲蚀率随着冲击角度与送粉量的增大而增加；温度升高,由于机械冲击和热冲击的双重作用,冲蚀率显著变大。在GB5763-2008规定的条件下,C/Al2O3复合材料具有稳定的摩擦系数和很低的磨损率。结合微观形貌分析,探讨了复合材料的冲蚀与磨损机理。得益于连续碳纤维的补强增韧作用,即使基体致密度低于单体Al2O3陶瓷，C/Al2O3复合材料在冲蚀和磨损时不会发生脆性断裂,使用安全性优于单体Al2O3陶瓷。
以溶胶浸渍热处理技术路线制备的碳纤维布叠层缝合预制件增强Al2O3(C/Al2O3)复合材料为对象,以刚玉粉为介质,研究了复合材料的固体粒子冲蚀行为,按照GB5763-2008规定的条件研究了复合材料的磨擦磨损性能。室温下,复合材料冲蚀率随着冲击角度与送粉量的增大而增加；温度升高,由于机械冲击和热冲击的双重作用,冲蚀率显著变大。在GB5763-2008规定的条件下,C/Al2O3复合材料具有稳定的摩擦系数和很低的磨损率。结合微观形貌分析,探讨了复合材料的冲蚀与磨损机理。得益于连续碳纤维的补强增韧作用,即使基体致密度低于单体Al2O3陶瓷，C/Al2O3复合材料在冲蚀和磨损时不会发生脆性断裂,使用安全性优于单体Al2O3陶瓷。
2019, 48(7):2330-2337.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180076
摘要:
摘 要: 为了防止稀土磷光粉在复合涂层中的发光猝灭，利用溶胶-凝胶法对稀土磷光粉SrAl2O4:Eu2+,Dy3+进行表面包覆，制备SiO2- SrAl2O4包覆粉体，再用冷喷涂技术在45#钢基体上制备Cu-14Al-X/SrAl2O4（未包覆/包覆）复合涂层，通过发光现象实现对涂层摩擦磨损状况的监测。采用SEM、激光粒度分析等技术对包覆粉体进行表征，再结合EDS、F97 Pro荧光分光光度计等研究和检测复合涂层微观组织、微区成分及其发光性能，探究冷喷涂过程中磷光粉的发光猝灭机理及SiO2包覆防猝灭工艺效果。结果表明，稀土磷光粉与Fe、Mn、Ni等金属元素接触以及喷涂粒子相互高速撞击是造成冷喷涂层发光性猝灭的主要原因。溶胶-凝胶法能够制备具有核-壳结构SiO2-SrAl2O4包覆粉体，形成的SiO2壳层结构较好地改善了粉体表面形貌，使得包覆粉体表面较为平整圆润，硬度明显增大，涂层组织过渡良好，发光性能更优。
摘 要: 为了防止稀土磷光粉在复合涂层中的发光猝灭，利用溶胶-凝胶法对稀土磷光粉SrAl2O4:Eu2+,Dy3+进行表面包覆，制备SiO2- SrAl2O4包覆粉体，再用冷喷涂技术在45#钢基体上制备Cu-14Al-X/SrAl2O4（未包覆/包覆）复合涂层，通过发光现象实现对涂层摩擦磨损状况的监测。采用SEM、激光粒度分析等技术对包覆粉体进行表征，再结合EDS、F97 Pro荧光分光光度计等研究和检测复合涂层微观组织、微区成分及其发光性能，探究冷喷涂过程中磷光粉的发光猝灭机理及SiO2包覆防猝灭工艺效果。结果表明，稀土磷光粉与Fe、Mn、Ni等金属元素接触以及喷涂粒子相互高速撞击是造成冷喷涂层发光性猝灭的主要原因。溶胶-凝胶法能够制备具有核-壳结构SiO2-SrAl2O4包覆粉体，形成的SiO2壳层结构较好地改善了粉体表面形貌，使得包覆粉体表面较为平整圆润，硬度明显增大，涂层组织过渡良好，发光性能更优。
2019, 48(7):2338-2343.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180083
摘要:
研究了二元碱度和La2O3含量对富镧CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣含铝压块自还原行为的影响。将实验渣粉末和金属铝粉混匀后，压制成Φ15mm的圆柱状块体，在中频感应炉中进行了富镧渣含铝压块自还原实验。在线取铁水试样，并通过王水溶解，另外，通过非水电解法分离铁基体与基体中的非金属第二相，用王水消解非金属第二相，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了还原入纯铁试样中的稀土镧总量和非金属第二相中的稀土镧含量，利用镧总量减去非金属第二相中的镧含量得到稀土镧在铁水中的合金化量。根据熔渣分子-离子共存理论建立熔渣活度模型，计算了1600℃时不同成分熔渣中La2O3的活度。结果表明，随着渣的二元碱度从1.05增加至3，熔渣中La2O3的活度有所下降，压块中的稀土镧往铁水中的还原并合金化的量从1.75ppm下降至0.38ppm，回收率从13.72%下降至2.93%；随着渣中La2O3含量从0.15%增加至1%，熔渣中La2O3的活度随之增加，压块中的稀土镧往铁水中的还原并合金化的量从1.75ppm增加至5.74ppm，回收率从13.72%下降至6.68%。
研究了二元碱度和La2O3含量对富镧CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣含铝压块自还原行为的影响。将实验渣粉末和金属铝粉混匀后，压制成Φ15mm的圆柱状块体，在中频感应炉中进行了富镧渣含铝压块自还原实验。在线取铁水试样，并通过王水溶解，另外，通过非水电解法分离铁基体与基体中的非金属第二相，用王水消解非金属第二相，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了还原入纯铁试样中的稀土镧总量和非金属第二相中的稀土镧含量，利用镧总量减去非金属第二相中的镧含量得到稀土镧在铁水中的合金化量。根据熔渣分子-离子共存理论建立熔渣活度模型，计算了1600℃时不同成分熔渣中La2O3的活度。结果表明，随着渣的二元碱度从1.05增加至3，熔渣中La2O3的活度有所下降，压块中的稀土镧往铁水中的还原并合金化的量从1.75ppm下降至0.38ppm，回收率从13.72%下降至2.93%；随着渣中La2O3含量从0.15%增加至1%，熔渣中La2O3的活度随之增加，压块中的稀土镧往铁水中的还原并合金化的量从1.75ppm增加至5.74ppm，回收率从13.72%下降至6.68%。
2019, 48(7):2344-2351.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180087
摘要:
本文以提拉浸渍法使用聚苯乙烯(PS)球模板制备了有序多孔结构的锶铁氧体(SrFe12O19)薄膜。将微乳液聚合法合成的PS球,通过提拉浸渍法有序地组装在硅片基板上形成PS模板；使用溶胶-凝胶法制备SrFe12O19前驱体溶胶,再采用提拉浸渍法使SrFe12O19前驱体溶胶填充PS模板的空隙,在900 ℃保温2 h去除PS球后即制得多孔SrFe12O19薄膜。重点研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量对PS球微观形貌,浸渍时间对PS模板以及多孔SrFe12O19薄膜微观形貌的影响,并对多孔SrFe12O19薄膜的形成机理进行了讨论,建立了相应的模型。结果表明：添加0.2 g的PVP可得到粒径均匀的PS球,且微球之间空隙明显；将硅片在PS球乳液中浸渍10 s可得到单层有序的PS模板；当PS模板在SrFe12O19前驱体溶胶中浸渍10 s时可制备出孔径约200 nm的蜂窝状多孔结构的纯SrFe12O19相薄膜,其表现出优异的硬磁性能：饱和磁化强度为27.9 emu/g,剩磁为15.5 emu/g,矫顽力为2613.4 Oe。
本文以提拉浸渍法使用聚苯乙烯(PS)球模板制备了有序多孔结构的锶铁氧体(SrFe12O19)薄膜。将微乳液聚合法合成的PS球,通过提拉浸渍法有序地组装在硅片基板上形成PS模板；使用溶胶-凝胶法制备SrFe12O19前驱体溶胶,再采用提拉浸渍法使SrFe12O19前驱体溶胶填充PS模板的空隙,在900 ℃保温2 h去除PS球后即制得多孔SrFe12O19薄膜。重点研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量对PS球微观形貌,浸渍时间对PS模板以及多孔SrFe12O19薄膜微观形貌的影响,并对多孔SrFe12O19薄膜的形成机理进行了讨论,建立了相应的模型。结果表明：添加0.2 g的PVP可得到粒径均匀的PS球,且微球之间空隙明显；将硅片在PS球乳液中浸渍10 s可得到单层有序的PS模板；当PS模板在SrFe12O19前驱体溶胶中浸渍10 s时可制备出孔径约200 nm的蜂窝状多孔结构的纯SrFe12O19相薄膜,其表现出优异的硬磁性能：饱和磁化强度为27.9 emu/g,剩磁为15.5 emu/g,矫顽力为2613.4 Oe。
2019, 48(7):2352-2357.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180100
摘要:
为提高钽的生物活性，对钽进行了NaOH溶液碱处理，利用模拟体液(SBF)浸泡实验探索碱处理的最佳浓度。碱处理后的钽又分别在CaCl2溶液和K2HPO4溶液中进行预钙化处理。钽经过0.7mol/L的碱处理后，在SBF中浸泡2周，表面即可被羟基磷灰石覆盖。经预钙化处理后，钽在SBF中浸泡4天，表面即可覆盖一层羟基磷灰石，说明预钙化大幅提高了钽的生物活性。其机理是预钙化处理可使样品表面迅速完成钙磷化合物的形核，浸入SBF以后羟基磷灰石可以迅速长大。
为提高钽的生物活性，对钽进行了NaOH溶液碱处理，利用模拟体液(SBF)浸泡实验探索碱处理的最佳浓度。碱处理后的钽又分别在CaCl2溶液和K2HPO4溶液中进行预钙化处理。钽经过0.7mol/L的碱处理后，在SBF中浸泡2周，表面即可被羟基磷灰石覆盖。经预钙化处理后，钽在SBF中浸泡4天，表面即可覆盖一层羟基磷灰石，说明预钙化大幅提高了钽的生物活性。其机理是预钙化处理可使样品表面迅速完成钙磷化合物的形核，浸入SBF以后羟基磷灰石可以迅速长大。
2019, 48(7):2358-2363.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180101
摘要:
通过一步溶剂热法制备出导电性良好的立方状ITO纳米粉体。研究了不同溶剂、反应温度和反应时间对ITO粉体微观结构和电性能的影响。结果表明,以乙二醇为溶剂,在250 ℃下反应24 h,ITO纳米粉体的电阻率最低为0.2 Ω×cm,平均粒径为45.95 nm。随反应时间的延长,通过溶解-再结晶机制,棒状前驱体逐步向立方状In2O3转化。在In2O3晶体形成过程中,乙二醇和四甲基铵根离子吸附在晶体表面,使垂直于(200)晶面的生长速率降低,诱导形成立方状颗粒。
通过一步溶剂热法制备出导电性良好的立方状ITO纳米粉体。研究了不同溶剂、反应温度和反应时间对ITO粉体微观结构和电性能的影响。结果表明,以乙二醇为溶剂,在250 ℃下反应24 h,ITO纳米粉体的电阻率最低为0.2 Ω×cm,平均粒径为45.95 nm。随反应时间的延长,通过溶解-再结晶机制,棒状前驱体逐步向立方状In2O3转化。在In2O3晶体形成过程中,乙二醇和四甲基铵根离子吸附在晶体表面,使垂直于(200)晶面的生长速率降低,诱导形成立方状颗粒。
2019, 48(7):2364-2370.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180104
摘要:
以表面改性的铸造碳化钨颗粒(CTCP)为增强体,以NiCrBSi合金为粘结相,以耐热钢为基板采用真空熔烧工艺制备了一种CTCP/NiCrBSi局域化增强耐热钢基复合材料。观察分析了复合材料的界面特征及其形成机理,研究了复合材料在25~800℃下的磨损性能,并讨论了复合材料的磨损机理。结果表明,复合材料增强区域组织致密、CTCP分布均匀,增强区域与耐热钢基板之间的界面由CTCP分解区,γ-Ni等温凝固区和富含(Fe,Cr)-B的扩散影响区三个部分构成；在试验温度范围内,复合材料的磨损率都小于耐热钢的磨损率,复合材料的磨损率和相对耐磨性都随着试验温度的升高呈现先减小后增加的趋势,800℃时复合材料的相对耐磨性最高,达到耐热钢的1.8倍；在25~600℃时,复合材料的磨损机理主要是微观切削、塑变疲劳断裂、CTCP表面由磨料碾压刮擦导致的疲劳剥落和CTCP因NiCrBSi支撑不足导致的折断或脱落,在600~800℃时,复合材料的磨损机理主要是微观切削和氧化与磨损的交互作用。
以表面改性的铸造碳化钨颗粒(CTCP)为增强体,以NiCrBSi合金为粘结相,以耐热钢为基板采用真空熔烧工艺制备了一种CTCP/NiCrBSi局域化增强耐热钢基复合材料。观察分析了复合材料的界面特征及其形成机理,研究了复合材料在25~800℃下的磨损性能,并讨论了复合材料的磨损机理。结果表明,复合材料增强区域组织致密、CTCP分布均匀,增强区域与耐热钢基板之间的界面由CTCP分解区,γ-Ni等温凝固区和富含(Fe,Cr)-B的扩散影响区三个部分构成；在试验温度范围内,复合材料的磨损率都小于耐热钢的磨损率,复合材料的磨损率和相对耐磨性都随着试验温度的升高呈现先减小后增加的趋势,800℃时复合材料的相对耐磨性最高,达到耐热钢的1.8倍；在25~600℃时,复合材料的磨损机理主要是微观切削、塑变疲劳断裂、CTCP表面由磨料碾压刮擦导致的疲劳剥落和CTCP因NiCrBSi支撑不足导致的折断或脱落,在600~800℃时,复合材料的磨损机理主要是微观切削和氧化与磨损的交互作用。
2019, 48(7):2371-2378.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180134
摘要:
利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、3D形貌仪和往复式摩擦磨损试验机考察了W含量对CrWN涂层在干摩擦和PAO润滑条件下的摩擦学性能影响。结果发现：随W含量的增加，利用离子束辅助沉积技术制备的CrWN涂层显微结构从致密柱状晶变成粗大柱状晶，再变成纤维状晶。硬度随W含量的增加先增大后减小，当W含量为9.96 at.%时硬度最大。CrWN涂层在干摩擦条件下的摩擦系数随W含量的增加先减小后趋于不变，但在PAO润滑条件下的摩擦系数随W含量的增加逐渐减小。干摩擦下， 掺少量W元素会加重CrN涂层试样及其对磨球的磨损；但W掺杂显著改善CrN涂层试样及其对磨球在PAO润滑条件下的耐磨性。
利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、3D形貌仪和往复式摩擦磨损试验机考察了W含量对CrWN涂层在干摩擦和PAO润滑条件下的摩擦学性能影响。结果发现：随W含量的增加，利用离子束辅助沉积技术制备的CrWN涂层显微结构从致密柱状晶变成粗大柱状晶，再变成纤维状晶。硬度随W含量的增加先增大后减小，当W含量为9.96 at.%时硬度最大。CrWN涂层在干摩擦条件下的摩擦系数随W含量的增加先减小后趋于不变，但在PAO润滑条件下的摩擦系数随W含量的增加逐渐减小。干摩擦下， 掺少量W元素会加重CrN涂层试样及其对磨球的磨损；但W掺杂显著改善CrN涂层试样及其对磨球在PAO润滑条件下的耐磨性。
2019, 48(7):2386-2392.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180107
摘要:
本文梳理了扩散阴极对钨基体材料孔隙特性的设计要求。以其制备为主线，介绍了钨粉预处理、钨粉成形、钨压坯烧结、多孔钨渗（去）铜、钨骨架的热等静压及深冷加工；最后总结了钨基体材料的性能表征手段。阴极用钨粉等离子球化、挤压或注射成形是未来的发展趋势；钨骨架的热等静压改性有助于高可靠和长寿命；多孔钨的深冷加工是一种可持续的先进加工方法，有望实现钨基体的短流程制造。
本文梳理了扩散阴极对钨基体材料孔隙特性的设计要求。以其制备为主线，介绍了钨粉预处理、钨粉成形、钨压坯烧结、多孔钨渗（去）铜、钨骨架的热等静压及深冷加工；最后总结了钨基体材料的性能表征手段。阴极用钨粉等离子球化、挤压或注射成形是未来的发展趋势；钨骨架的热等静压改性有助于高可靠和长寿命；多孔钨的深冷加工是一种可持续的先进加工方法，有望实现钨基体的短流程制造。
