2020年第49卷第1期文章目次
2020, 49(1):1-9.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180734
摘要:
本文用OM,SEM和XRD等手段研究了挤压态Mg-Al-Ca-xNd(x=0-1.76wt％)合金的显微组织和析出相以及该合金在室温和高温下的力学性能。实验结果表明,Nd的添加会使得基体中形成Al2Nd和Al11Nd3相,并且细化Mg-Al-Ca合金的晶粒。随着Nd添加量的增加,Al2Nd和Al11Nd3相的数量也随之增加。当添加1.76％Nd时,合金的平均晶粒尺寸从不含Nd的4.80μm变为2.39μm。由于第二相的析出和晶粒细化,室温下的力学性能也得到改善。随着Nd元素含量的增加,合金的室温拉伸强度由267 MPa提高到304 MPa,屈服强度从144 MPa提高到203 MPa,延伸率从20.0％下降到16.9％。在150℃时,随着Nd含量的增加,拉伸强度从192 MPa增加到229 MPa,屈服强度从140 MPa增加到159 MPa,伸长率从48.6％下降到29.3％。
本文用OM,SEM和XRD等手段研究了挤压态Mg-Al-Ca-xNd(x=0-1.76wt％)合金的显微组织和析出相以及该合金在室温和高温下的力学性能。实验结果表明,Nd的添加会使得基体中形成Al2Nd和Al11Nd3相,并且细化Mg-Al-Ca合金的晶粒。随着Nd添加量的增加,Al2Nd和Al11Nd3相的数量也随之增加。当添加1.76％Nd时,合金的平均晶粒尺寸从不含Nd的4.80μm变为2.39μm。由于第二相的析出和晶粒细化,室温下的力学性能也得到改善。随着Nd元素含量的增加,合金的室温拉伸强度由267 MPa提高到304 MPa,屈服强度从144 MPa提高到203 MPa,延伸率从20.0％下降到16.9％。在150℃时,随着Nd含量的增加,拉伸强度从192 MPa增加到229 MPa,屈服强度从140 MPa增加到159 MPa,伸长率从48.6％下降到29.3％。
2020, 49(1):10-20.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180842
摘要:
在热冲压过程中,AA7075高强铝合金板料经充分固溶后移入室温模具进行冲压成形并淬火。为表征AA7075铝合金热冲压工艺中的变形行为,在温度200-480℃、应变速率0.01-10 s-1范围内进行了高温拉伸试验。基于Arrhenius类型本构模型、Johnson-Cook模型以及Zerilli-Armstrong模型提出了多种修正本构模型,并应用试验所获流变曲线进行了拟合。提出的修正模型通过将模型参数表示为应变、应变速率及温度相关的多项式函数耦合了应变、应变速率及温度对流变应力的影响,并通过均方误差(MSE)以及相关系数R值对模型流变应力预测准确性进行了评价。结果表明修正的Johnson-Cook模型能够更加准确的预测AA7075高温流变行为。
在热冲压过程中,AA7075高强铝合金板料经充分固溶后移入室温模具进行冲压成形并淬火。为表征AA7075铝合金热冲压工艺中的变形行为,在温度200-480℃、应变速率0.01-10 s-1范围内进行了高温拉伸试验。基于Arrhenius类型本构模型、Johnson-Cook模型以及Zerilli-Armstrong模型提出了多种修正本构模型,并应用试验所获流变曲线进行了拟合。提出的修正模型通过将模型参数表示为应变、应变速率及温度相关的多项式函数耦合了应变、应变速率及温度对流变应力的影响,并通过均方误差(MSE)以及相关系数R值对模型流变应力预测准确性进行了评价。结果表明修正的Johnson-Cook模型能够更加准确的预测AA7075高温流变行为。
2020, 49(1):21-26.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20180019
摘要:
本文对AZ31镁合金板材进行不同累积应变的连续弯曲变形及退火处理，随后对显微组织与力学性能的变化进行了研究。结果表明：经不同累积应变的连续弯曲变形后镁合金板材的显微组织中没有发现孪晶,退火后，板材表层的晶粒异常长大，粗晶层的厚度随着累积应变的增加而增加，并且使镁合金板材的织构朝RD方向偏转，偏转角度随累积应变的增加而增大；与原始板材相比，连续弯曲变形及退火处理使镁合金板材呈现出较好的室温成形性能（杯突值由2.3mm提高到4.9mm，提高了~113%），这主要归因于基面织构的改善使镁合金板材的r值减小与n值增大。
本文对AZ31镁合金板材进行不同累积应变的连续弯曲变形及退火处理，随后对显微组织与力学性能的变化进行了研究。结果表明：经不同累积应变的连续弯曲变形后镁合金板材的显微组织中没有发现孪晶,退火后，板材表层的晶粒异常长大，粗晶层的厚度随着累积应变的增加而增加，并且使镁合金板材的织构朝RD方向偏转，偏转角度随累积应变的增加而增大；与原始板材相比，连续弯曲变形及退火处理使镁合金板材呈现出较好的室温成形性能（杯突值由2.3mm提高到4.9mm，提高了~113%），这主要归因于基面织构的改善使镁合金板材的r值减小与n值增大。
2020, 49(1):27-33.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180727
摘要:
研究了钎焊与时效过程中Sn0.7Ag0.5Cu (SAC0705)钎料在Cu基板和石墨烯Cu基板界面金属间化合物的形成与演变。采用加热平台制备焊接试样并在120 °C时效600小时。实验结果表明界面金属间化合物在时效过程中增厚。SAC0705/Cu和SAC0705/G-Cu两种焊接界面金属间化合物均为Cu6Sn5。当钎料中添加Ni元素后，Cu6Sn5化合物转变为(Cu, Ni)6Sn5。随着钎料中Ni元素含量的增大，两种基板上的界面金属间化合物厚度先增加后减小。此外，随着Ni含量增大，化合物生长速率降低。石墨烯Cu基板表面的石墨烯层起到扩散阻挡层效果，因此，石墨烯Cu板上的化合物厚度小于常规Cu基板。同时其界面化合物生长速率较低。
研究了钎焊与时效过程中Sn0.7Ag0.5Cu (SAC0705)钎料在Cu基板和石墨烯Cu基板界面金属间化合物的形成与演变。采用加热平台制备焊接试样并在120 °C时效600小时。实验结果表明界面金属间化合物在时效过程中增厚。SAC0705/Cu和SAC0705/G-Cu两种焊接界面金属间化合物均为Cu6Sn5。当钎料中添加Ni元素后，Cu6Sn5化合物转变为(Cu, Ni)6Sn5。随着钎料中Ni元素含量的增大，两种基板上的界面金属间化合物厚度先增加后减小。此外，随着Ni含量增大，化合物生长速率降低。石墨烯Cu基板表面的石墨烯层起到扩散阻挡层效果，因此，石墨烯Cu板上的化合物厚度小于常规Cu基板。同时其界面化合物生长速率较低。
2020, 49(1):34-41.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190413
摘要:
经过2, 5, 7, 9 kV放电电压作用后，分析了受电弓材料Ti3AlC2和Cu-Ti3AlC2的电弧烧蚀性。Cu-Ti3AlC2材料的电弧寿命和击穿电流都比Ti3AlC2的短。高速摄影机用来记录两种材料的电弧形态。Ti3AlC2上的电弧要比Cu-Ti3AlC2的电弧更加集中，伴随着更多的液滴飞溅。采用扫描电镜（SEM）观察了被侵蚀的两种材料表面情况。和Cu-Ti3AlC2的表面相比，Ti3AlC2的表面更加不均匀，表面覆盖有“孔洞”，“显微裂纹”和“飞溅物”。计算了不同电压下的电弧能量，结果表明，在相同电压下，Cu-Ti3AlC2材料的电弧能量小于Ti3AlC2材料。采用拉曼光谱法测定了被烧损样品表面的成分。实验结果表明，Cu-Ti3AlC2更适合于做受电弓材料。
经过2, 5, 7, 9 kV放电电压作用后，分析了受电弓材料Ti3AlC2和Cu-Ti3AlC2的电弧烧蚀性。Cu-Ti3AlC2材料的电弧寿命和击穿电流都比Ti3AlC2的短。高速摄影机用来记录两种材料的电弧形态。Ti3AlC2上的电弧要比Cu-Ti3AlC2的电弧更加集中，伴随着更多的液滴飞溅。采用扫描电镜（SEM）观察了被侵蚀的两种材料表面情况。和Cu-Ti3AlC2的表面相比，Ti3AlC2的表面更加不均匀，表面覆盖有“孔洞”，“显微裂纹”和“飞溅物”。计算了不同电压下的电弧能量，结果表明，在相同电压下，Cu-Ti3AlC2材料的电弧能量小于Ti3AlC2材料。采用拉曼光谱法测定了被烧损样品表面的成分。实验结果表明，Cu-Ti3AlC2更适合于做受电弓材料。
2020, 49(1):42-47.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180788
摘要:
本文采用纳米银薄膜作为研究材料，在250 ℃下施加5-10MPa的烧结压力，获得低孔隙率(1.2% to 1.4%)的高质量烧结接头。随着烧结压力由5MPa增大至10MPa，接头剪切强度显著提升。借助深腐蚀技术对烧结接头及块体银的微观组织结构进行对比分析。结果表明烧结接头的深腐蚀形貌与块体银存在明显差异。烧结接头在深腐蚀条件下呈现大量微米尺度的多边形银晶粒。当烧结压力由5MPa增大至10MPa时，多边形晶粒的尺寸与晶粒间的连接面积发生明显变化。这一现象是影响纳米银压力烧结连接接头性能的主控因素。
本文采用纳米银薄膜作为研究材料，在250 ℃下施加5-10MPa的烧结压力，获得低孔隙率(1.2% to 1.4%)的高质量烧结接头。随着烧结压力由5MPa增大至10MPa，接头剪切强度显著提升。借助深腐蚀技术对烧结接头及块体银的微观组织结构进行对比分析。结果表明烧结接头的深腐蚀形貌与块体银存在明显差异。烧结接头在深腐蚀条件下呈现大量微米尺度的多边形银晶粒。当烧结压力由5MPa增大至10MPa时，多边形晶粒的尺寸与晶粒间的连接面积发生明显变化。这一现象是影响纳米银压力烧结连接接头性能的主控因素。
2020, 49(1):48-58.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180787
摘要:
对比研究了微波功率、作用时间及物料重量对辉钼矿预活化焙烧后的脱硫效果，并采用气-固多相反应的未反应收缩核模型研究了辉钼矿氧化焙烧的动力学。结果表明，辉钼矿的吸波性能良好，在微波功率0.64kW、物料重量30g、微波作用6min的条件下，微波可比常规处理方式显著降低硫含量0.256%；辉钼矿氧化焙烧是强放热反应，温度越高，辉钼矿氧化速率越快； 540~630℃时转化率明显增高，界面化学反应是控制性环节。微波对于辉钼矿在常规氧化焙烧之前的活化作用已得到试验验证，若应用于工业生产，可采用短时间活化焙烧预处理来辅助常规的氧化焙烧。
对比研究了微波功率、作用时间及物料重量对辉钼矿预活化焙烧后的脱硫效果，并采用气-固多相反应的未反应收缩核模型研究了辉钼矿氧化焙烧的动力学。结果表明，辉钼矿的吸波性能良好，在微波功率0.64kW、物料重量30g、微波作用6min的条件下，微波可比常规处理方式显著降低硫含量0.256%；辉钼矿氧化焙烧是强放热反应，温度越高，辉钼矿氧化速率越快； 540~630℃时转化率明显增高，界面化学反应是控制性环节。微波对于辉钼矿在常规氧化焙烧之前的活化作用已得到试验验证，若应用于工业生产，可采用短时间活化焙烧预处理来辅助常规的氧化焙烧。
2020, 49(1):59-67.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180849
摘要:
为了获得更好的锆-钛-钢复合板的综合性能，研究了热处理对锆-钛-钢复合板的影响。通过对锆-钛-钢界面的剪切强度试验分析，发现剪切强度随热处理温度的降低而减小。垂直于波纹方向的抗剪强度高于平行于波纹方向的抗剪强度。基于正交试验和方法分析，热处理因素对剪切强度和粘接强度的影响主次关系是：保温温度＞保温时间＞温度变化率。剪切试验的断口形貌为局部脆性断裂的韧性断裂。通过对力学性能、界面组织和显微硬度的分析，500℃+2H＋60℃/h，540℃+1H＋60℃/h的热处理均为合适的热处理工艺。随着保温温度的升高，晶粒变粗，界面富集元素富集区和扩散区，形成脆性金属间化合物FeTi。界面的显微硬度随热处理温度的升高而降低。
为了获得更好的锆-钛-钢复合板的综合性能，研究了热处理对锆-钛-钢复合板的影响。通过对锆-钛-钢界面的剪切强度试验分析，发现剪切强度随热处理温度的降低而减小。垂直于波纹方向的抗剪强度高于平行于波纹方向的抗剪强度。基于正交试验和方法分析，热处理因素对剪切强度和粘接强度的影响主次关系是：保温温度＞保温时间＞温度变化率。剪切试验的断口形貌为局部脆性断裂的韧性断裂。通过对力学性能、界面组织和显微硬度的分析，500℃+2H＋60℃/h，540℃+1H＋60℃/h的热处理均为合适的热处理工艺。随着保温温度的升高，晶粒变粗，界面富集元素富集区和扩散区，形成脆性金属间化合物FeTi。界面的显微硬度随热处理温度的升高而降低。
2020, 49(1):68-74.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180855
摘要:
在近α型Ti60钛合金两相区淬火过程中，对初生α相αP周围形成的块转组织αm进行表征研究，块转组织αm与αP存在明显的界面，合金元素Al、Sn和Zr浓度介于αP和β基体之间，EBSD分析结果表明αm取向与αP保持一致。在冷却过程中，αP周围β基体中合金元素扩散收到限制，进而在局部过渡成分区域通过扩散转变形成αm组织。当固溶温度从1040℃提高至1060℃，同时保温时间从30分钟减少为5min，溶质元素扩散受限，αm体积分数从5.2%提升至30.7%
在近α型Ti60钛合金两相区淬火过程中，对初生α相αP周围形成的块转组织αm进行表征研究，块转组织αm与αP存在明显的界面，合金元素Al、Sn和Zr浓度介于αP和β基体之间，EBSD分析结果表明αm取向与αP保持一致。在冷却过程中，αP周围β基体中合金元素扩散收到限制，进而在局部过渡成分区域通过扩散转变形成αm组织。当固溶温度从1040℃提高至1060℃，同时保温时间从30分钟减少为5min，溶质元素扩散受限，αm体积分数从5.2%提升至30.7%
2020, 49(1):75-84.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180856
摘要:
为了研究复合(Ti,Mo)C粒子的析出行为和强化效应，本文选取了一种含钛的Cr-Mo钢作为研究对象，对此钢分别进行880 ℃和1350 ℃淬火并回火。化学萃取相分析结果表明，当淬火温度为880 ℃时，(Ti,Mo)C粒子的尺寸主要分布在18-36，36-60，60-96 nm，这些粒子是在热轧过程中析出的。当淬火温度为1350 ℃时，回火过程中新析出了1-5 nm的(Ti,Mo)C粒子，这些新析出的(Ti,Mo)C粒子产生了一个明显的二次硬化平台，析出强化量约为165 MPa。新析出的(Ti,Mo)C粒子中的Ti/Mo原子比随回火温度的升高而降低并稳定在1左右。
为了研究复合(Ti,Mo)C粒子的析出行为和强化效应，本文选取了一种含钛的Cr-Mo钢作为研究对象，对此钢分别进行880 ℃和1350 ℃淬火并回火。化学萃取相分析结果表明，当淬火温度为880 ℃时，(Ti,Mo)C粒子的尺寸主要分布在18-36，36-60，60-96 nm，这些粒子是在热轧过程中析出的。当淬火温度为1350 ℃时，回火过程中新析出了1-5 nm的(Ti,Mo)C粒子，这些新析出的(Ti,Mo)C粒子产生了一个明显的二次硬化平台，析出强化量约为165 MPa。新析出的(Ti,Mo)C粒子中的Ti/Mo原子比随回火温度的升高而降低并稳定在1左右。
2020, 49(1):85-92.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180900
摘要:
利用异步轧制复合技术和退火工业制备铜/铝层状复合材料,利用扫描电子显微镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,进行剥离和拉伸实验研究界面的力学性能。实验结果表明,热处理过程促进了界面层的形成,而较高的退火温度破坏了界面结合。层状复合材料的拉伸性能介于两组元金属之间。经340 °C退火后,铜基体的延伸性能与铝基体接近,并且界面开裂程度较低。在拉伸过程中,两金属基体延伸率不同,导致界面发生内部断裂。界面作为铜、铝之间的过渡层,在强化复合材料方面起到重要作用。
利用异步轧制复合技术和退火工业制备铜/铝层状复合材料,利用扫描电子显微镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,进行剥离和拉伸实验研究界面的力学性能。实验结果表明,热处理过程促进了界面层的形成,而较高的退火温度破坏了界面结合。层状复合材料的拉伸性能介于两组元金属之间。经340 °C退火后,铜基体的延伸性能与铝基体接近,并且界面开裂程度较低。在拉伸过程中,两金属基体延伸率不同,导致界面发生内部断裂。界面作为铜、铝之间的过渡层,在强化复合材料方面起到重要作用。
2020, 49(1):93-100.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180879
摘要:
采用氢化-脱氢法制备了微细轻质Nb-Ti基合金粉末，并研究了吸氢/解吸行为。300 ℃时，氢吸收明显，400 ℃时吸氢量达到饱和值1.12 wt.%。氢化后形成二元和三元氢化物(Nb0.803V0.197H, Nb0.696V0.304H, TiHx)。由于氢致脆化效应，吸氢后的粉末破碎后得到细粒径的氢化粉末。在脱氢过程中，氢含量在300 ℃时有效降低至0.001 wt.％，实现了从铌或钛氢化物到单相固溶体合金（β相）的相转变。由于组分元素与氧反应活性高，粉末中氧含量随吸氢或脱氢温度的升高而增加。为了防止杂质氧的污染，氢化和脱氢温度都选择为400℃。实验最终得到了平均粒径16μm，氧含量为2980 ppm的微细Nb基合金粉末，且粉末表面的氧杂质主要以Nb2O5和TiO2的形式存在。
采用氢化-脱氢法制备了微细轻质Nb-Ti基合金粉末，并研究了吸氢/解吸行为。300 ℃时，氢吸收明显，400 ℃时吸氢量达到饱和值1.12 wt.%。氢化后形成二元和三元氢化物(Nb0.803V0.197H, Nb0.696V0.304H, TiHx)。由于氢致脆化效应，吸氢后的粉末破碎后得到细粒径的氢化粉末。在脱氢过程中，氢含量在300 ℃时有效降低至0.001 wt.％，实现了从铌或钛氢化物到单相固溶体合金（β相）的相转变。由于组分元素与氧反应活性高，粉末中氧含量随吸氢或脱氢温度的升高而增加。为了防止杂质氧的污染，氢化和脱氢温度都选择为400℃。实验最终得到了平均粒径16μm，氧含量为2980 ppm的微细Nb基合金粉末，且粉末表面的氧杂质主要以Nb2O5和TiO2的形式存在。
2020, 49(1):101-108.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180888
摘要:
采用电化学方法研究了硝酸根离子（NO3-）对U-0.79Ti合金在0.01 M NaCl溶液中腐蚀的抑制作用。实验证明，NO3-对U-0.79Ti合金在含氯离子（Cl-）溶液中的腐蚀具有抑制作用，且与NO3-浓度密切相关。当NO3-与Cl-浓度比大于0.1时，NO3-能够有效抑制U-0.79Ti合金点蚀的发生；而低于这个比例时，NO3-对U-0.79Ti合金的腐蚀行为几乎无影响。从电化学过程来看，加入NO3-能够降低浓差极化并增大极限扩散电流密度。同时，NO3-能够降低氧化膜的阳极活性溶解速度，提高U-0.79Ti合金的点蚀电位。表面划痕实验则表明，NO3-的抑制作用很可能缘于其优先于Cl-在表面缺陷处吸附，阻碍了Cl-的点蚀成核。
采用电化学方法研究了硝酸根离子（NO3-）对U-0.79Ti合金在0.01 M NaCl溶液中腐蚀的抑制作用。实验证明，NO3-对U-0.79Ti合金在含氯离子（Cl-）溶液中的腐蚀具有抑制作用，且与NO3-浓度密切相关。当NO3-与Cl-浓度比大于0.1时，NO3-能够有效抑制U-0.79Ti合金点蚀的发生；而低于这个比例时，NO3-对U-0.79Ti合金的腐蚀行为几乎无影响。从电化学过程来看，加入NO3-能够降低浓差极化并增大极限扩散电流密度。同时，NO3-能够降低氧化膜的阳极活性溶解速度，提高U-0.79Ti合金的点蚀电位。表面划痕实验则表明，NO3-的抑制作用很可能缘于其优先于Cl-在表面缺陷处吸附，阻碍了Cl-的点蚀成核。
2020, 49(1):109-115.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180875
摘要:
本研究基于相图计算的CALPHAD方法和超音雾化技术,设计并制备了具有典型核/壳结构的(Fe<sub>0.75</sub>Si<sub>0.1</sub>B<sub>0.15</sub>)<sub>100</sub><sub>-</sub><sub>x</sub>Cu<sub>x</sub> (x = 0, 30, 45, 55, 65, at.%)非晶/晶体复合粉末。实验研究了该系列晶体/非晶复合粉体的显微组织,热稳定性,形成机理和磁性能。研究结果表明：本研究制备的复合粉体均由分布在核层的富FeSiB非晶相和壳层的富Cu相组成。磁滞回线结果表明,随着Cu含量的增加,饱和磁化强度呈线性关系逐渐降低,但对矫顽力的影响并不明显。该类非晶/晶体复合粉体的形成过程为：1)高温下富Cu相和富FeSiB相的液相分离现象诱发形成核/壳组织；2)由于富Cu相的玻璃形成能力远低于富FeSiB相,在超音雾化过程中,富FeSiB相从液态被冻结为非晶态,最终形成具有核/壳结构的非晶/晶体复合粉体。
本研究基于相图计算的CALPHAD方法和超音雾化技术,设计并制备了具有典型核/壳结构的(Fe<sub>0.75</sub>Si<sub>0.1</sub>B<sub>0.15</sub>)<sub>100</sub><sub>-</sub><sub>x</sub>Cu<sub>x</sub> (x = 0, 30, 45, 55, 65, at.%)非晶/晶体复合粉末。实验研究了该系列晶体/非晶复合粉体的显微组织,热稳定性,形成机理和磁性能。研究结果表明：本研究制备的复合粉体均由分布在核层的富FeSiB非晶相和壳层的富Cu相组成。磁滞回线结果表明,随着Cu含量的增加,饱和磁化强度呈线性关系逐渐降低,但对矫顽力的影响并不明显。该类非晶/晶体复合粉体的形成过程为：1)高温下富Cu相和富FeSiB相的液相分离现象诱发形成核/壳组织；2)由于富Cu相的玻璃形成能力远低于富FeSiB相,在超音雾化过程中,富FeSiB相从液态被冻结为非晶态,最终形成具有核/壳结构的非晶/晶体复合粉体。
2020, 49(1):116-124.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180911
摘要:
本文采用微弧氧化工艺，并掺杂B4C颗粒来制备耐磨耐蚀性优异的复合陶瓷膜，系统研究掺杂B4C含量对陶瓷膜微观形貌、物相组成、与基体结合力、显微硬度、粗糙度、耐磨性与耐蚀性的影响。结果表明：相比TiO2陶瓷膜，掺杂B4C颗粒的复合陶瓷膜更均匀致密，且由金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和B4C组成。随B4C浓度增大，陶瓷膜的膜层结合力、耐磨性与耐蚀性均先增强后减弱。由于具有最致密的表面形貌，TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的膜层结合力最大，为22.6 N。TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的破损时间最长，磨痕宽度最小，分别为19.24 min和384.53 μm，耐磨性最好，其磨损机理为磨粒磨损与疲劳磨损。其自腐蚀电位与极化电阻最大，腐蚀电流密度最小，分别为-213.38 mV、5.47×104 Ω?cm2和2.37×10-6 A?cm2，耐蚀性最好。由Bode相图可知，陶瓷膜均由致密内层和疏松表层组成。 关键词：纯钛; 微弧氧化; B4C颗粒; 耐磨性; 耐蚀性
本文采用微弧氧化工艺，并掺杂B4C颗粒来制备耐磨耐蚀性优异的复合陶瓷膜，系统研究掺杂B4C含量对陶瓷膜微观形貌、物相组成、与基体结合力、显微硬度、粗糙度、耐磨性与耐蚀性的影响。结果表明：相比TiO2陶瓷膜，掺杂B4C颗粒的复合陶瓷膜更均匀致密，且由金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和B4C组成。随B4C浓度增大，陶瓷膜的膜层结合力、耐磨性与耐蚀性均先增强后减弱。由于具有最致密的表面形貌，TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的膜层结合力最大，为22.6 N。TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的破损时间最长，磨痕宽度最小，分别为19.24 min和384.53 μm，耐磨性最好，其磨损机理为磨粒磨损与疲劳磨损。其自腐蚀电位与极化电阻最大，腐蚀电流密度最小，分别为-213.38 mV、5.47×104 Ω?cm2和2.37×10-6 A?cm2，耐蚀性最好。由Bode相图可知，陶瓷膜均由致密内层和疏松表层组成。 关键词：纯钛; 微弧氧化; B4C颗粒; 耐磨性; 耐蚀性
2020, 49(1):125-130.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181034
摘要:
为了提高W-5Re合金的室温强韧性，采用电弧熔炼法通过添加SiC制备高性能的W-5Re-xSiC复合材料，并研究SiC添加量(0.5wt% ~ 4wt%)对W-5Re-xSiC复合材料的微观结构和力学性能的影响规律。结果显示，W-5Re-xSiC复合材料主要由W(Re)固溶体相、W2C和W5Si3三相组成。随着SiC添加量的增加，基体晶粒细化，脆硬性的金属间化合物含量增加；W-5Re-xSiC复合材料的强韧性先提高后降低。当SiC添加量为1wt%时, 在基体的细晶强化和W5Si3韧化的共同作用下，W-5Re-1SiC复合材料的强韧性最佳，抗压强度为1859 MPa，断裂应变为32.87%。
为了提高W-5Re合金的室温强韧性，采用电弧熔炼法通过添加SiC制备高性能的W-5Re-xSiC复合材料，并研究SiC添加量(0.5wt% ~ 4wt%)对W-5Re-xSiC复合材料的微观结构和力学性能的影响规律。结果显示，W-5Re-xSiC复合材料主要由W(Re)固溶体相、W2C和W5Si3三相组成。随着SiC添加量的增加，基体晶粒细化，脆硬性的金属间化合物含量增加；W-5Re-xSiC复合材料的强韧性先提高后降低。当SiC添加量为1wt%时, 在基体的细晶强化和W5Si3韧化的共同作用下，W-5Re-1SiC复合材料的强韧性最佳，抗压强度为1859 MPa，断裂应变为32.87%。
2020, 49(1):131-137.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181090
摘要:
以铁镍基抗氢合金J75为研究对象，采用单步形变热处理和电子背散射衍射(EBSD)技术，研究了低∑CSL晶界的形成和演化过程。结果表明：采用5%预变形+1000℃退火的单步形变热处理方法，可将J75合金中低∑CSL晶界的比例提升至70%以上，形成具有∑3n取向关系的晶粒团簇；退火过程中，低∑CSL晶界比例的提升主要是由于∑3n界面比例的提升，其中∑3占绝大比例。发现一种∑3再生过程，其机制在于：由于∑3ic迁移能力强，在退火过程中与其他∑3相遇会形成∑9晶界，而∑9与∑3相遇，倾向于发生∑9+∑3→∑3，导致∑3的再生；R晶界与低∑CSL晶界相遇会形成R/∑晶界，当R/∑晶界为低∑CSL晶界时，则构成较多具有低∑CSL晶界的网络，打断了R晶界的连通性。
以铁镍基抗氢合金J75为研究对象，采用单步形变热处理和电子背散射衍射(EBSD)技术，研究了低∑CSL晶界的形成和演化过程。结果表明：采用5%预变形+1000℃退火的单步形变热处理方法，可将J75合金中低∑CSL晶界的比例提升至70%以上，形成具有∑3n取向关系的晶粒团簇；退火过程中，低∑CSL晶界比例的提升主要是由于∑3n界面比例的提升，其中∑3占绝大比例。发现一种∑3再生过程，其机制在于：由于∑3ic迁移能力强，在退火过程中与其他∑3相遇会形成∑9晶界，而∑9与∑3相遇，倾向于发生∑9+∑3→∑3，导致∑3的再生；R晶界与低∑CSL晶界相遇会形成R/∑晶界，当R/∑晶界为低∑CSL晶界时，则构成较多具有低∑CSL晶界的网络，打断了R晶界的连通性。
2020, 49(1):138-146.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181115
摘要:
在Ti-47.5Al-3.7(Cr, V, Zr)合金中添加0.05~0.2%C（at.%，下同），采用冷坩埚悬浮熔炼方法制备出了层片组织TiAl合金铸棒，通过组织观察、室温拉伸和蠕变性能测试研究了C含量对TiAl合金组织和力学性能的影响。结果表明，添加0.05~0.2%C后，合金仍可获得择优取向层片组织。随C含量增加α2层片体积分数略有增加，层片间距呈细化趋势。当C含量超过0.1%时，在α2和γ层片内和层片界面上有细小的Ti2AlC型碳化物析出，碳化物析出相的尺寸和数量随C含量增加有所增加。添加0.05~0.2%C后提高了合金室温的抗拉强度和屈服强度，且随C含量增加提升幅度逐渐增大，当C含量为0.2%时，分别将抗拉强度和屈服强度提升了101MPa和123MPa。添加C元素后显著改善了合金的蠕变性能，当C含量为0.1%时蠕变性能最佳，与不含C的合金相比，其塑性蠕变应变降低了一半、相同应变时的蠕变速率降低了一个数量级以上。添加0.1C提升合金蠕变抗力的机制主要是通过抑制合金在蠕变初期的位错萌生和增殖过程；在γ层片中形成割阶和位错碎片阻碍位错继续运动，使得合金在蠕变第一阶段的应变硬化程度迅速增加；此外，析出的Ti2AlC型碳化物进一步强化层片界面和基体，与层片间距细化共同提高了穿层片滑移位错的运动阻力。
在Ti-47.5Al-3.7(Cr, V, Zr)合金中添加0.05~0.2%C（at.%，下同），采用冷坩埚悬浮熔炼方法制备出了层片组织TiAl合金铸棒，通过组织观察、室温拉伸和蠕变性能测试研究了C含量对TiAl合金组织和力学性能的影响。结果表明，添加0.05~0.2%C后，合金仍可获得择优取向层片组织。随C含量增加α2层片体积分数略有增加，层片间距呈细化趋势。当C含量超过0.1%时，在α2和γ层片内和层片界面上有细小的Ti2AlC型碳化物析出，碳化物析出相的尺寸和数量随C含量增加有所增加。添加0.05~0.2%C后提高了合金室温的抗拉强度和屈服强度，且随C含量增加提升幅度逐渐增大，当C含量为0.2%时，分别将抗拉强度和屈服强度提升了101MPa和123MPa。添加C元素后显著改善了合金的蠕变性能，当C含量为0.1%时蠕变性能最佳，与不含C的合金相比，其塑性蠕变应变降低了一半、相同应变时的蠕变速率降低了一个数量级以上。添加0.1C提升合金蠕变抗力的机制主要是通过抑制合金在蠕变初期的位错萌生和增殖过程；在γ层片中形成割阶和位错碎片阻碍位错继续运动，使得合金在蠕变第一阶段的应变硬化程度迅速增加；此外，析出的Ti2AlC型碳化物进一步强化层片界面和基体，与层片间距细化共同提高了穿层片滑移位错的运动阻力。
2020, 49(1):147-152.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181072
摘要:
研究了不同粒度的WC粉末对WC/10Co注射成形工艺（PIM）的影响，分析了WC粒度对喂料流变性、注射坯质量、脱脂工艺和烧结工艺的影响机理。结果表明：WC粒度越小，WC/10Co喂料流变性越差，注射坯质量越低，溶剂脱脂速率越高，合金形状偏差越大。超细WC/10Co喂料存在粉末团聚颗粒、粘结剂包裹不充分，其热稳定性低、流动性降低56%，注射坯致密度下降5%；超细WC-10Co合金的线收缩率达到20.80%，尺寸偏差为2.85%，脱脂-真空烧结时易出现脱碳现象。
研究了不同粒度的WC粉末对WC/10Co注射成形工艺（PIM）的影响，分析了WC粒度对喂料流变性、注射坯质量、脱脂工艺和烧结工艺的影响机理。结果表明：WC粒度越小，WC/10Co喂料流变性越差，注射坯质量越低，溶剂脱脂速率越高，合金形状偏差越大。超细WC/10Co喂料存在粉末团聚颗粒、粘结剂包裹不充分，其热稳定性低、流动性降低56%，注射坯致密度下降5%；超细WC-10Co合金的线收缩率达到20.80%，尺寸偏差为2.85%，脱脂-真空烧结时易出现脱碳现象。
2020, 49(1):153-160.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181081
摘要:
由于基于钇铝石榴石基（YAG）黄色荧光粉的大功率白光发光二极管（LED）显色指数偏低，采用多基色荧光粉混合制备高显色白光LED已受到业内接受，然而不同荧光粉性能差异造成LED光-色-热性能的稳定性和可靠性等问题已经备受关注。本文选用制备高品质白光LED所常用黄、红、橙三种荧光粉，研究其在高温高湿老化试验和浸水模拟饱和水环境实验中的发光性能、发热性能、晶体结构和微观颗粒形貌变化规律，分析不同荧光粉的性能退化机理。研究表明：1）在湿热环境下荧光粉易与水发生反应产生OH-，提升湿环境pH值，引起主体晶体结构结晶度下降，晶格振动增强，光致发热能量增加，诱发热猝灭效应；同时荧光粉表面粗化效应增加蓝光散射，降低蓝光吸收和转化效率；2）在浸水模拟实验的饱和水环境中，荧光粉的发光性能和发热性能变化规律与高温高湿长期老化试验结果一致，可以有效评估LED荧光粉在湿热环境下可靠性。
由于基于钇铝石榴石基（YAG）黄色荧光粉的大功率白光发光二极管（LED）显色指数偏低，采用多基色荧光粉混合制备高显色白光LED已受到业内接受，然而不同荧光粉性能差异造成LED光-色-热性能的稳定性和可靠性等问题已经备受关注。本文选用制备高品质白光LED所常用黄、红、橙三种荧光粉，研究其在高温高湿老化试验和浸水模拟饱和水环境实验中的发光性能、发热性能、晶体结构和微观颗粒形貌变化规律，分析不同荧光粉的性能退化机理。研究表明：1）在湿热环境下荧光粉易与水发生反应产生OH-，提升湿环境pH值，引起主体晶体结构结晶度下降，晶格振动增强，光致发热能量增加，诱发热猝灭效应；同时荧光粉表面粗化效应增加蓝光散射，降低蓝光吸收和转化效率；2）在浸水模拟实验的饱和水环境中，荧光粉的发光性能和发热性能变化规律与高温高湿长期老化试验结果一致，可以有效评估LED荧光粉在湿热环境下可靠性。
2020, 49(1):161-168.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181234
摘要:
采用基团贡献法首先对56种固体无机化合物的ΔHθf,298和ΔGθf,298进行了估算,估算获得的ΔHθf,298和ΔGθf,298与文献报道值相比,相对误差绝对值都在4%之内。本论文基于基团贡献法构建了估算锂离子动力电池正极材料LiNixCoyMnzO2的ΔHθf,298和ΔGθf,298的数学模型,并对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的ΔHθf,298和ΔGθf,298进行估算,对应正极材料的ΔHθf,298估算值分别为-705.39kJ.mol-1、-703.90kJ.mol-1、-695.67kJ.mol-1和-705.17kJ.mol-1；对应正极材料的ΔGθf,298估算值分别为-647.98kJ.mol-1、-640.04kJ.mol-1、-631.10kJ.mol-1和-642.41kJ.mol-1。
采用基团贡献法首先对56种固体无机化合物的ΔHθf,298和ΔGθf,298进行了估算,估算获得的ΔHθf,298和ΔGθf,298与文献报道值相比,相对误差绝对值都在4%之内。本论文基于基团贡献法构建了估算锂离子动力电池正极材料LiNixCoyMnzO2的ΔHθf,298和ΔGθf,298的数学模型,并对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的ΔHθf,298和ΔGθf,298进行估算,对应正极材料的ΔHθf,298估算值分别为-705.39kJ.mol-1、-703.90kJ.mol-1、-695.67kJ.mol-1和-705.17kJ.mol-1；对应正极材料的ΔGθf,298估算值分别为-647.98kJ.mol-1、-640.04kJ.mol-1、-631.10kJ.mol-1和-642.41kJ.mol-1。
2020, 49(1):169-176.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181177
摘要:
采用微观相场法研究了Ni75Al14Cr11合金第一个近邻到第四个近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响。结果表明,当第三近邻Ni-Al原子间相互作用势增大或第四种近邻Ni-Al原子间相互作用势减少时,L10预析出相和L12平衡相均提前沉淀,且L10预析出相体积分数减少而L12相的最终体积分数几乎不变；当第三近邻Ni-Al原子间相互作用势减少或第四近邻Ni-Al原子间相互作用势的增大时,L10预析出相和L12最终相都会推迟沉淀,且L10预析出相和L12相体积分数均增大；与上述两种情况相比,改变第一近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响较小,而改变第二近邻Ni-Al原子间相互作用势对沉淀过程几乎没有影响。进一步研究表明,Ni-Al原子间相互作用势改变不影响合金的沉淀机制,将影响L10预析出相、L12平衡相的析出时间、速度和两种相的体积分数,沉淀形貌等,从而影响Ni75Al14Cr11高温合金的结构和性能,对合金优化设计有指导意义。
采用微观相场法研究了Ni75Al14Cr11合金第一个近邻到第四个近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响。结果表明,当第三近邻Ni-Al原子间相互作用势增大或第四种近邻Ni-Al原子间相互作用势减少时,L10预析出相和L12平衡相均提前沉淀,且L10预析出相体积分数减少而L12相的最终体积分数几乎不变；当第三近邻Ni-Al原子间相互作用势减少或第四近邻Ni-Al原子间相互作用势的增大时,L10预析出相和L12最终相都会推迟沉淀,且L10预析出相和L12相体积分数均增大；与上述两种情况相比,改变第一近邻Ni-Al原子间相互作用势对L10预析出相沉淀过程的影响较小,而改变第二近邻Ni-Al原子间相互作用势对沉淀过程几乎没有影响。进一步研究表明,Ni-Al原子间相互作用势改变不影响合金的沉淀机制,将影响L10预析出相、L12平衡相的析出时间、速度和两种相的体积分数,沉淀形貌等,从而影响Ni75Al14Cr11高温合金的结构和性能,对合金优化设计有指导意义。
2020, 49(1):177-184.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181182
摘要:
通过使用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温单轴压缩试验,研究了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金在温度800℃ 到 1100℃,应变速率0.01 s-1 到 10 s-1条件下的高温流变行为。结果表明,Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的峰值应力随着变形温度的降低以及变形速率的增大而增大,软化机制在950℃以下为动态回复,在950℃以上为动态再结晶。通过使用线性回归的方法建立了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的Arrhenius本构模型,计算得到该合金的热激活能为720.477 kJ/mol,应变速率敏感指数为4.809。通过引入应变对材料常数α、n、A 和Q 的影响,建立了考虑应变的流变应力预测模型,通过对试验值和预测值的比对,相关系数达到96.9%,说明该模型具有较好的预测精度。
通过使用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温单轴压缩试验,研究了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金在温度800℃ 到 1100℃,应变速率0.01 s-1 到 10 s-1条件下的高温流变行为。结果表明,Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的峰值应力随着变形温度的降低以及变形速率的增大而增大,软化机制在950℃以下为动态回复,在950℃以上为动态再结晶。通过使用线性回归的方法建立了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的Arrhenius本构模型,计算得到该合金的热激活能为720.477 kJ/mol,应变速率敏感指数为4.809。通过引入应变对材料常数α、n、A 和Q 的影响,建立了考虑应变的流变应力预测模型,通过对试验值和预测值的比对,相关系数达到96.9%,说明该模型具有较好的预测精度。
2020, 49(1):185-192.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181204
摘要:
利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、XRD物相分析以及力学性能测试等手段,研究了Mg-2Zn-1.5Cu(at%)合金的显微组织及力学性能。结果表明：铸态合金存在较为明显的元素偏析,主要的第二相为MgCuZn相；合金的力学性能随着温度的提高而不断降低,塑性变化幅度要明显高于强度,合金的断裂方式也由低温时的沿晶断裂转变为高温时的穿晶断裂；在相同温度下,随着应力的提升,合金的稳态蠕变速率提高,蠕变机制由晶界控制转变为晶界及位错共同控制；在相同的应力下,随着温度的提升,合金的稳态蠕变速率存在数量级的提升,蠕变激活能由130 kJ/mol降低到36.4 kJ/mol；在200℃~45 MPa时,出现加速蠕变阶段,发生蠕变断裂,断口存在明显的穿晶断裂特征,基体中有大量的沿基面运动的位错,部分位错发生攀移,MgZnCu相具有减缓蠕变变形的作用。
利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、XRD物相分析以及力学性能测试等手段,研究了Mg-2Zn-1.5Cu(at%)合金的显微组织及力学性能。结果表明：铸态合金存在较为明显的元素偏析,主要的第二相为MgCuZn相；合金的力学性能随着温度的提高而不断降低,塑性变化幅度要明显高于强度,合金的断裂方式也由低温时的沿晶断裂转变为高温时的穿晶断裂；在相同温度下,随着应力的提升,合金的稳态蠕变速率提高,蠕变机制由晶界控制转变为晶界及位错共同控制；在相同的应力下,随着温度的提升,合金的稳态蠕变速率存在数量级的提升,蠕变激活能由130 kJ/mol降低到36.4 kJ/mol；在200℃~45 MPa时,出现加速蠕变阶段,发生蠕变断裂,断口存在明显的穿晶断裂特征,基体中有大量的沿基面运动的位错,部分位错发生攀移,MgZnCu相具有减缓蠕变变形的作用。
2020, 49(1):193-200.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181229
摘要:
纵向磁阻能够反映铁砷化合物中载流子和自旋自由度间相互作用,为利用其对等价掺杂铁砷化合物的输运性质和自旋磁涨落进行研究,采用高温助熔剂法制备了高质量的Ba(Fe1-xRux)2As2单晶样品,测量了其中超导样品的ab面面内纵向磁阻。发现外场H作用下电阻值降低且磁阻大小随H2线性增大,分析表明负的纵向磁阻源于磁场对体系自旋涨落的压制效应；随着Ru掺杂量x增加,纵向磁阻系数曲线逐步下移,说明欠掺杂样品中自旋涨落较为剧烈,曲线下移反映了掺杂对体系内反铁磁自旋涨落的压制过程；应用二维反铁磁金属巡游电子模型对纵向磁阻的定性分析发现：随Ru掺杂量增加,模式耦合系数在最佳掺杂量子临界点处形式发生改变,说明伴随体系长程反铁磁序完全被压制,最佳掺杂和过掺杂样品内载流子与自旋涨落的作用方式产生了变化。
纵向磁阻能够反映铁砷化合物中载流子和自旋自由度间相互作用,为利用其对等价掺杂铁砷化合物的输运性质和自旋磁涨落进行研究,采用高温助熔剂法制备了高质量的Ba(Fe1-xRux)2As2单晶样品,测量了其中超导样品的ab面面内纵向磁阻。发现外场H作用下电阻值降低且磁阻大小随H2线性增大,分析表明负的纵向磁阻源于磁场对体系自旋涨落的压制效应；随着Ru掺杂量x增加,纵向磁阻系数曲线逐步下移,说明欠掺杂样品中自旋涨落较为剧烈,曲线下移反映了掺杂对体系内反铁磁自旋涨落的压制过程；应用二维反铁磁金属巡游电子模型对纵向磁阻的定性分析发现：随Ru掺杂量增加,模式耦合系数在最佳掺杂量子临界点处形式发生改变,说明伴随体系长程反铁磁序完全被压制,最佳掺杂和过掺杂样品内载流子与自旋涨落的作用方式产生了变化。
2020, 49(1):201-208.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181233
摘要:
为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程，采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为，分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明，GH4720Li合金在1100℃/0.1s-1条件下应力水平达到250MPa，且应力对热变形温度和应变速率敏感，动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率，如在变形量为60%，变形条件为1140℃/0.001s-1和1180℃/0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol，较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本文研究，铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃，同时保证较低的应变速率，以确保动态再结晶的充分发生，实现枝晶组织破碎。
为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程，采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为，分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明，GH4720Li合金在1100℃/0.1s-1条件下应力水平达到250MPa，且应力对热变形温度和应变速率敏感，动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率，如在变形量为60%，变形条件为1140℃/0.001s-1和1180℃/0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol，较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本文研究，铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃，同时保证较低的应变速率，以确保动态再结晶的充分发生，实现枝晶组织破碎。
2020, 49(1):209-215.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181086
摘要:
独特的超薄液层电沉积实验系统可为我们研究微纳米尺度金属及金属氧化物电沉积物的形貌形成和形貌选择提供有益的帮助。在不同的生长驱动力条件下,电沉积物将呈现不同的形貌特征。此外,具有微纳米尺度的磁性金属电沉积物(如利用超薄液层电沉积所获得的Co纤维)中的磁畴分布还将受到沉积物的厚度和宽度等几何尺寸的影响。本文利用FeSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;水溶液进行超薄液层电沉积实验研究,重点考察沉积物的形貌选择及其磁性特征。在较大的沉积电流条件下,可获得纳米量级厚度的纤维状电沉积物；而在较小的沉积电流条件下,获得的薄膜状电沉积物的厚度达到了亚微米量级。在此基础上,我们利用磁力显微镜检测具有不同形貌的Fe的电沉积物经自发磁化以及经不同外加恒稳磁场磁化后所形成的表面杂散磁场分布,以此推断磁畴在样品中的分布规律。最后,利用交变梯度磁强计检测所得电沉积物的磁性特征,所得实验结果表明样品的易磁化轴位于电沉积物生长所在平面,不同方向饱和磁化强度的大小取决于样品的生长方向、几何尺寸及其形貌特征。
独特的超薄液层电沉积实验系统可为我们研究微纳米尺度金属及金属氧化物电沉积物的形貌形成和形貌选择提供有益的帮助。在不同的生长驱动力条件下,电沉积物将呈现不同的形貌特征。此外,具有微纳米尺度的磁性金属电沉积物(如利用超薄液层电沉积所获得的Co纤维)中的磁畴分布还将受到沉积物的厚度和宽度等几何尺寸的影响。本文利用FeSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;水溶液进行超薄液层电沉积实验研究,重点考察沉积物的形貌选择及其磁性特征。在较大的沉积电流条件下,可获得纳米量级厚度的纤维状电沉积物；而在较小的沉积电流条件下,获得的薄膜状电沉积物的厚度达到了亚微米量级。在此基础上,我们利用磁力显微镜检测具有不同形貌的Fe的电沉积物经自发磁化以及经不同外加恒稳磁场磁化后所形成的表面杂散磁场分布,以此推断磁畴在样品中的分布规律。最后,利用交变梯度磁强计检测所得电沉积物的磁性特征,所得实验结果表明样品的易磁化轴位于电沉积物生长所在平面,不同方向饱和磁化强度的大小取决于样品的生长方向、几何尺寸及其形貌特征。
2020, 49(1):216-224.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181238
摘要:
利用碳和Sr对Mg-3%Al合金进行复合孕育处理,引入杂质Fe并调整孕育保温时间,研究杂质Fe对孕育细化效果和晶核结构特性的影响。结果表明：碳和Sr复合孕育可有效细化Mg-3%Al合金,杂质Fe添加及其与添加顺序对细化效果没有影响。延长保温时间至80 min,晶粒尺寸最高从560 μm一直稳定在100~130 μm之间。Sr存在可有效抑制Fe对碳质孕育细化效果的粗化和加速孕育衰退的不利影响。晶核结构观测表明孕育合金中主要存在Al4C3颗粒和Al-Fe相表面包覆Al4C3相的双相颗粒,两者均可以作为α-Mg晶粒的有效形核核心。Sr易于朝颗粒表面偏聚和富集,从而降低颗粒表面能和相间的界面能,促进双相结构颗粒的生成,并可抑制晶核组分和结构变化,提高晶核结构稳定性,从而有效抑制晶核毒化和孕育衰退。
利用碳和Sr对Mg-3%Al合金进行复合孕育处理,引入杂质Fe并调整孕育保温时间,研究杂质Fe对孕育细化效果和晶核结构特性的影响。结果表明：碳和Sr复合孕育可有效细化Mg-3%Al合金,杂质Fe添加及其与添加顺序对细化效果没有影响。延长保温时间至80 min,晶粒尺寸最高从560 μm一直稳定在100~130 μm之间。Sr存在可有效抑制Fe对碳质孕育细化效果的粗化和加速孕育衰退的不利影响。晶核结构观测表明孕育合金中主要存在Al4C3颗粒和Al-Fe相表面包覆Al4C3相的双相颗粒,两者均可以作为α-Mg晶粒的有效形核核心。Sr易于朝颗粒表面偏聚和富集,从而降低颗粒表面能和相间的界面能,促进双相结构颗粒的生成,并可抑制晶核组分和结构变化,提高晶核结构稳定性,从而有效抑制晶核毒化和孕育衰退。
2020, 49(1):225-232.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181259
摘要:
铀合金作为一种重要核燃料,其中,体心立方结构的高温稳定的γ-U合金具有较好的综合性能,是合金设计所追求的目标。本文引入描述稳定固溶体结构的“团簇加连接原子”模型,用于建立γ-U固溶体合金的结构模型和相应成分式,指出其结构单元为体心立方第一近邻配位多面体团簇加三个连接原子构成。进而利用该结构单元对现有合金成分进行了解析,能够稳定形成体心立方BCC结构的合金均满足上述模型,如[Mo-U14]Mo3(U-10.7Mo),[Zr-U14]Nb3(U-7.5Nb-2.5Zr,即不锈铀)等,这些合金实际上均在各自体系中具有最优良的结构稳定性,显示出优异的耐蚀性。本文证实,基于团簇加连接原子模型的成分设计方法在预测γ-U合金成分与性能上具有重要指导价值。
铀合金作为一种重要核燃料,其中,体心立方结构的高温稳定的γ-U合金具有较好的综合性能,是合金设计所追求的目标。本文引入描述稳定固溶体结构的“团簇加连接原子”模型,用于建立γ-U固溶体合金的结构模型和相应成分式,指出其结构单元为体心立方第一近邻配位多面体团簇加三个连接原子构成。进而利用该结构单元对现有合金成分进行了解析,能够稳定形成体心立方BCC结构的合金均满足上述模型,如[Mo-U14]Mo3(U-10.7Mo),[Zr-U14]Nb3(U-7.5Nb-2.5Zr,即不锈铀)等,这些合金实际上均在各自体系中具有最优良的结构稳定性,显示出优异的耐蚀性。本文证实,基于团簇加连接原子模型的成分设计方法在预测γ-U合金成分与性能上具有重要指导价值。
2020, 49(1):233-240.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190539
摘要:
通过高温渣-金平衡实验，探讨了电渣重熔用低氟渣CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O-(TiO2)中TiO2含量对Incoloy825合金中Al、Ti含量的影响。并利用FactSage7.3热力学软件分析了渣中TiO2和Al2O3的活度与渣成分的关系。研究了渣中组元对反应4[Al]+3(TiO2)=3[Ti]+2(Al2O3)的吉布斯自由能和合金中平衡Al、Ti含量的影响规律。结果表明：反应的吉布斯自由能与渣中TiO2、CaF2和MgO呈负相关，与CaO和Al2O3呈正相关；渣中TiO2含量为0～7.27%时，合金烧钛增铝现象逐渐减弱，TiO2含量为11.27%时，又出现烧铝增钛现象；同一温度下，随着渣中CaO和Al2O3含量增加，合金中平衡Ti含量降低，平衡Al含量升高。随着渣中TiO2含量增加，合金中平衡Ti含量升高，平衡Al含量降低。渣中CaF2和MgO含量变化对合金中平衡Al、Ti含量影响较小。实验结果与热力学计算结果能够很好的吻合。
通过高温渣-金平衡实验，探讨了电渣重熔用低氟渣CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O-(TiO2)中TiO2含量对Incoloy825合金中Al、Ti含量的影响。并利用FactSage7.3热力学软件分析了渣中TiO2和Al2O3的活度与渣成分的关系。研究了渣中组元对反应4[Al]+3(TiO2)=3[Ti]+2(Al2O3)的吉布斯自由能和合金中平衡Al、Ti含量的影响规律。结果表明：反应的吉布斯自由能与渣中TiO2、CaF2和MgO呈负相关，与CaO和Al2O3呈正相关；渣中TiO2含量为0～7.27%时，合金烧钛增铝现象逐渐减弱，TiO2含量为11.27%时，又出现烧铝增钛现象；同一温度下，随着渣中CaO和Al2O3含量增加，合金中平衡Ti含量降低，平衡Al含量升高。随着渣中TiO2含量增加，合金中平衡Ti含量升高，平衡Al含量降低。渣中CaF2和MgO含量变化对合金中平衡Al、Ti含量影响较小。实验结果与热力学计算结果能够很好的吻合。
2020, 49(1):241-246.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190642
摘要:
采用高温反应熔渗工艺制备了ZrB2-SiC和La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料，对比了两种涂层试样在中温（700-1100℃）、高温（1200-1500℃）和超高温（2000℃以上）三个温域范围内的抗氧化性能。结果表明：700-1100℃范围内，随着温度的升高，La2O3改性涂层试样的抗氧化性能提升幅度在逐渐提高。1200-1500℃范围内，涂层均表现出良好的长时抗氧化性能，La2O3改性ZrB2-SiC在1200℃下恒温氧化250 h后，仍保持微量的增重；1500℃下恒温氧化550h后，失重率仅为0.6 %，这主要是由于氧化过程中涂层表面形成的La-Si-O复合玻璃层和钉扎相ZrSiO4的协同作用提升了氧化膜的高温稳定性。在2000℃以上的氧乙炔火焰烧蚀环境下，La2O3的添加使得ZrB2-SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率均降低了近50%。
采用高温反应熔渗工艺制备了ZrB2-SiC和La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料，对比了两种涂层试样在中温（700-1100℃）、高温（1200-1500℃）和超高温（2000℃以上）三个温域范围内的抗氧化性能。结果表明：700-1100℃范围内，随着温度的升高，La2O3改性涂层试样的抗氧化性能提升幅度在逐渐提高。1200-1500℃范围内，涂层均表现出良好的长时抗氧化性能，La2O3改性ZrB2-SiC在1200℃下恒温氧化250 h后，仍保持微量的增重；1500℃下恒温氧化550h后，失重率仅为0.6 %，这主要是由于氧化过程中涂层表面形成的La-Si-O复合玻璃层和钉扎相ZrSiO4的协同作用提升了氧化膜的高温稳定性。在2000℃以上的氧乙炔火焰烧蚀环境下，La2O3的添加使得ZrB2-SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率均降低了近50%。
2020, 49(1):247-256.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181171
摘要:
研究了第二代镍基单晶高温合金CMSX-4的标准多级预处理+固溶热处理（多级固溶）和一种超初熔点固溶热处理工艺对其组织、元素偏析和持久性能的影响。结果表明：合金经1280℃/1 h+1290℃/2 h+1300℃/6 h , AC+1140℃/4 h, AC+870℃/16 h, AC多级固溶热处理（工艺1）后，元素偏析得到较明显改善，在980℃/250MPa和1070℃/140MPa条件下的持久寿命分别为207.50 h和280.84 h。工艺1的固溶热处理过程中形成较多固溶微孔，铸态微孔尺寸增大，这些显微孔洞在持久实验中成为合金的裂纹源，使合金发生微孔聚集型断裂，是CMSX-4合金发生持久断裂的关键原因。合金经1320℃/3 h, AC+1140℃/4 h, AC+870℃/16 h, AC超初熔点热处理（工艺2）后，改善合金元素偏析情况不如工艺1，但采用的固溶处理制度形成的微孔数量较少，持久寿命更高，在980℃/250MPa和1070℃/140MPa条件下的持久寿命分别为293.08 h和310.10 h。
研究了第二代镍基单晶高温合金CMSX-4的标准多级预处理+固溶热处理（多级固溶）和一种超初熔点固溶热处理工艺对其组织、元素偏析和持久性能的影响。结果表明：合金经1280℃/1 h+1290℃/2 h+1300℃/6 h , AC+1140℃/4 h, AC+870℃/16 h, AC多级固溶热处理（工艺1）后，元素偏析得到较明显改善，在980℃/250MPa和1070℃/140MPa条件下的持久寿命分别为207.50 h和280.84 h。工艺1的固溶热处理过程中形成较多固溶微孔，铸态微孔尺寸增大，这些显微孔洞在持久实验中成为合金的裂纹源，使合金发生微孔聚集型断裂，是CMSX-4合金发生持久断裂的关键原因。合金经1320℃/3 h, AC+1140℃/4 h, AC+870℃/16 h, AC超初熔点热处理（工艺2）后，改善合金元素偏析情况不如工艺1，但采用的固溶处理制度形成的微孔数量较少，持久寿命更高，在980℃/250MPa和1070℃/140MPa条件下的持久寿命分别为293.08 h和310.10 h。
2020, 49(1):257-266.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181108
摘要:
为了提高铌合金的抗氧化性能，采用铝硅共渗的方法在铌合金表面制备Al-Si涂层，结合激光熔覆技术于渗层上熔覆MoSi2涂层。探讨了Al-Si渗层的生长机制，研究了铌合金表面Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层的抗高温氧化性能。结果表明：Al-Si渗层的形成过程是源于Al、Si元素的先后沉积，优先形成了Al3Nb相。渗层厚度x与保温时间t遵循关系式：x=At1/2+7.4(1000℃：x=11.6，1050℃：A=16.2)。激光熔覆制备的MoSi2/Al-Si涂层均匀连续致密，与基体结合紧密，无裂纹孔洞等缺陷。主要相结构为MoSi2、Al3Nb、NbSi2、Nb5Si3和Mo(Si,Al)2。经1200 ℃氧化后，Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层都形成大量的SiO2保护膜，阻止了氧原子的进一步扩散。与Al-Si渗层相比， MoSi2层表面形成的连续致密混合氧化物有效避免了Al-Si渗层的快速消耗，MoSi2/Al-Si涂层的高温氧化优于Al-Si渗层。
为了提高铌合金的抗氧化性能，采用铝硅共渗的方法在铌合金表面制备Al-Si涂层，结合激光熔覆技术于渗层上熔覆MoSi2涂层。探讨了Al-Si渗层的生长机制，研究了铌合金表面Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层的抗高温氧化性能。结果表明：Al-Si渗层的形成过程是源于Al、Si元素的先后沉积，优先形成了Al3Nb相。渗层厚度x与保温时间t遵循关系式：x=At1/2+7.4(1000℃：x=11.6，1050℃：A=16.2)。激光熔覆制备的MoSi2/Al-Si涂层均匀连续致密，与基体结合紧密，无裂纹孔洞等缺陷。主要相结构为MoSi2、Al3Nb、NbSi2、Nb5Si3和Mo(Si,Al)2。经1200 ℃氧化后，Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层都形成大量的SiO2保护膜，阻止了氧原子的进一步扩散。与Al-Si渗层相比， MoSi2层表面形成的连续致密混合氧化物有效避免了Al-Si渗层的快速消耗，MoSi2/Al-Si涂层的高温氧化优于Al-Si渗层。
2020, 49(1):267-273.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181176
摘要:
为增强材料在宽温域下服役的稳定性及减少摩擦与磨损对材料性能的影响，采用Ni60合金粉末作为基体材料，利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出了不同LaF3含量的镍基自润滑复合材料。利用HT-1000型高温摩擦磨损试验机、GBS-SmartWLI白光干涉三维轮廓仪、SEM、EDS、XRD等对复合材料在大气环境下的宽温域摩擦学性能进行了研究。研究结果表明，所制备的镍基自润滑材料在宽温域下具有优良的摩擦学性能。复合材料摩擦系数与磨损率从200℃到800℃的范围内保持在一个较低水平。当LaF3的含量为6%时，平均摩擦系数在200℃到800℃之间为0.189到0.288且变化范围最小，在600℃下表现最低为0.189，平均磨损率在10-5mm3/N·m数量级，综合表现出最优的摩擦学性能。这是因为LaF3含量为6%的材料在高温下形成了SrSiO3、SrMoO4、La6MoO12等盐类，所形成的盐转移膜一方面防止了对偶材料表面直接接触，另一方面减小了接触薄层的剪切强度，从而显著地提高了宽温域环境下的材料的稳定性。随着测试温度增加到800℃，由于高温氧化作用使得复合材料摩擦系数略微上升，但仍然保持在0.2左右的较低水平。
为增强材料在宽温域下服役的稳定性及减少摩擦与磨损对材料性能的影响，采用Ni60合金粉末作为基体材料，利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出了不同LaF3含量的镍基自润滑复合材料。利用HT-1000型高温摩擦磨损试验机、GBS-SmartWLI白光干涉三维轮廓仪、SEM、EDS、XRD等对复合材料在大气环境下的宽温域摩擦学性能进行了研究。研究结果表明，所制备的镍基自润滑材料在宽温域下具有优良的摩擦学性能。复合材料摩擦系数与磨损率从200℃到800℃的范围内保持在一个较低水平。当LaF3的含量为6%时，平均摩擦系数在200℃到800℃之间为0.189到0.288且变化范围最小，在600℃下表现最低为0.189，平均磨损率在10-5mm3/N·m数量级，综合表现出最优的摩擦学性能。这是因为LaF3含量为6%的材料在高温下形成了SrSiO3、SrMoO4、La6MoO12等盐类，所形成的盐转移膜一方面防止了对偶材料表面直接接触，另一方面减小了接触薄层的剪切强度，从而显著地提高了宽温域环境下的材料的稳定性。随着测试温度增加到800℃，由于高温氧化作用使得复合材料摩擦系数略微上升，但仍然保持在0.2左右的较低水平。
2020, 49(1):274-280.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181089
摘要:
针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大，再制造成形层力学性能降低的领域研究热点。基于波形可调制脉冲激光优化工艺，再制造Inconel 718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形貌、 相结构、界面成分分布、基本力学性能进行研究。试验结果表明：涂层与基体间为致密的冶金结合，涂层中部为粗大的树枝晶，与激光扫描方面约成30~45°角，由涂层中部到顶部及底部，分别退化为等轴晶和胞状晶；成形层显微硬度为410~440 HV0.1，略高于基体；晶内及晶间析出少量Laves相，减少了对成形层硬脆性的影响；摩擦磨损系数较基体略有降低，但仍符合再制造要求。
针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大，再制造成形层力学性能降低的领域研究热点。基于波形可调制脉冲激光优化工艺，再制造Inconel 718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形貌、 相结构、界面成分分布、基本力学性能进行研究。试验结果表明：涂层与基体间为致密的冶金结合，涂层中部为粗大的树枝晶，与激光扫描方面约成30~45°角，由涂层中部到顶部及底部，分别退化为等轴晶和胞状晶；成形层显微硬度为410~440 HV0.1，略高于基体；晶内及晶间析出少量Laves相，减少了对成形层硬脆性的影响；摩擦磨损系数较基体略有降低，但仍符合再制造要求。
2020, 49(1):281-287.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181183
摘要:
本文采用真空感应熔炼和快速凝固技术制备了界面复合良好,组织性能优异的新型Cu-FeC复合材料,并通过OM、SEM、TEM、XRD以及力学性能测试分别对熔铸态、奥氏体化后的淬火态及其冷轧态复合材料的组织和变形行为进行了研究。结果表明,熔铸态材料内共存有γ-Fe、α-Fe和马氏体相,而经820℃/4min奥氏体化和淬火处理后,基体内初生Fe-C相可转化为马氏体相,同时析出大量纳米级γ-Fe相粒子；前者在冷轧过程中表现出较好的协调变形性能,而后者会在粗大Fe-C马氏体相内部或附近产生微裂纹；不过两者冷轧变形后的强度均能获得大幅提升,最高抗拉强度达515MPa,而延伸率又明显高于已报道具有类似强度陶瓷粒子强化铜基复合材料的延伸率,且拉伸过程均表现出明显的塑性变形特征；此外,本文根据复合材料组织演化规律提出了相应的组织演化模型图。
本文采用真空感应熔炼和快速凝固技术制备了界面复合良好,组织性能优异的新型Cu-FeC复合材料,并通过OM、SEM、TEM、XRD以及力学性能测试分别对熔铸态、奥氏体化后的淬火态及其冷轧态复合材料的组织和变形行为进行了研究。结果表明,熔铸态材料内共存有γ-Fe、α-Fe和马氏体相,而经820℃/4min奥氏体化和淬火处理后,基体内初生Fe-C相可转化为马氏体相,同时析出大量纳米级γ-Fe相粒子；前者在冷轧过程中表现出较好的协调变形性能,而后者会在粗大Fe-C马氏体相内部或附近产生微裂纹；不过两者冷轧变形后的强度均能获得大幅提升,最高抗拉强度达515MPa,而延伸率又明显高于已报道具有类似强度陶瓷粒子强化铜基复合材料的延伸率,且拉伸过程均表现出明显的塑性变形特征；此外,本文根据复合材料组织演化规律提出了相应的组织演化模型图。
2020, 49(1):288-296.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181190
摘要:
本文对AZ31镁合金挤压棒材在循环扭转变形过程中的力学性能和织构演化进行了研究。循环扭转变形分别在室温、373K、443K、503K和573K下进行。镁合金循环变形的力学性能测试结果表明,循环扭转变形过程的应力应变滞回线呈现严格的对称性,意味着微观变形模式以滑移为主。变形过程的热效应使应力应变曲线中的峰值应力随着周期数的增加而降低。变形过程中柱面滑移系启动使晶粒取向发生改变,由变形前的{11-20}⊥ED织构转变为变形后的{10-10}⊥ED织构,变形过程中拉伸孪晶启动使晶粒取向产生两种变化。
本文对AZ31镁合金挤压棒材在循环扭转变形过程中的力学性能和织构演化进行了研究。循环扭转变形分别在室温、373K、443K、503K和573K下进行。镁合金循环变形的力学性能测试结果表明,循环扭转变形过程的应力应变滞回线呈现严格的对称性,意味着微观变形模式以滑移为主。变形过程的热效应使应力应变曲线中的峰值应力随着周期数的增加而降低。变形过程中柱面滑移系启动使晶粒取向发生改变,由变形前的{11-20}⊥ED织构转变为变形后的{10-10}⊥ED织构,变形过程中拉伸孪晶启动使晶粒取向产生两种变化。
2020, 49(1):297-303.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181118
摘要:
本文研究了具有TWIP/TRIP效应的Ti-12Mo-5Zr钛合金的加工硬化行为（TRIP：相变诱发的塑性变形，TWIP：孪晶诱发的塑性变形），并利用Hollomon理论分析了该合金的加工硬化指数n变化趋势。根据加工硬化率的演变趋势，该合金的加工硬化过程可分为三个不同阶段：Stage I（ε≈0~0.02），弹-塑性变形过渡阶段；Stage II（ε≈0.02~0.15），加工硬化率θ和硬化指数n逐渐增大阶段；Stage III（ε≈0.15~0.34），加工硬化率θ逐渐减小直到颈缩阶段，该阶段硬化指数n达到稳定值0.34。结合光镜（OM）、透射电镜（TEM）等手段详细研究了该合金在这三个不同加工硬化阶段的显微结构演化过程，探讨了每个阶段的变形机理及其硬化行为。
本文研究了具有TWIP/TRIP效应的Ti-12Mo-5Zr钛合金的加工硬化行为（TRIP：相变诱发的塑性变形，TWIP：孪晶诱发的塑性变形），并利用Hollomon理论分析了该合金的加工硬化指数n变化趋势。根据加工硬化率的演变趋势，该合金的加工硬化过程可分为三个不同阶段：Stage I（ε≈0~0.02），弹-塑性变形过渡阶段；Stage II（ε≈0.02~0.15），加工硬化率θ和硬化指数n逐渐增大阶段；Stage III（ε≈0.15~0.34），加工硬化率θ逐渐减小直到颈缩阶段，该阶段硬化指数n达到稳定值0.34。结合光镜（OM）、透射电镜（TEM）等手段详细研究了该合金在这三个不同加工硬化阶段的显微结构演化过程，探讨了每个阶段的变形机理及其硬化行为。
2020, 49(1):304-312.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181146
摘要:
纯镁因较快的腐蚀速率使其用于手术移植材料成为了一个障碍。为了控制其降解速率,本文采用BTSE(1,2-(三乙氧基硅基)乙烷)硅烷化处理和共键嫁接1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)/ N-羟基丁二酰亚胺(NHS)交联改性的透明质酸钠涂层的两步制备工艺在纯镁上制备复合涂层。同时使用红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM),和静态接触角方法(CA)分析涂层的物化性能,通过电化学行为分析涂层在模拟体液中的耐腐蚀性能。结果：FTIR和XPS结果表明在纯镁表面上成功的制备出复合涂层；其他结果显示,交联透明质酸钠涂层表面较裸镁、硅烷表面更平整、光滑,且呈现出亲水性,提高了其生物活性；与未改性的纯镁相比,复合涂层的腐蚀电流密度减小了两个数量级,阻抗值提高三个数量级,表现出很好的耐腐蚀性能。结果表明这种复合涂层作为手术移植材料在医学上具有很大的应用前景。
纯镁因较快的腐蚀速率使其用于手术移植材料成为了一个障碍。为了控制其降解速率,本文采用BTSE(1,2-(三乙氧基硅基)乙烷)硅烷化处理和共键嫁接1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)/ N-羟基丁二酰亚胺(NHS)交联改性的透明质酸钠涂层的两步制备工艺在纯镁上制备复合涂层。同时使用红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM),和静态接触角方法(CA)分析涂层的物化性能,通过电化学行为分析涂层在模拟体液中的耐腐蚀性能。结果：FTIR和XPS结果表明在纯镁表面上成功的制备出复合涂层；其他结果显示,交联透明质酸钠涂层表面较裸镁、硅烷表面更平整、光滑,且呈现出亲水性,提高了其生物活性；与未改性的纯镁相比,复合涂层的腐蚀电流密度减小了两个数量级,阻抗值提高三个数量级,表现出很好的耐腐蚀性能。结果表明这种复合涂层作为手术移植材料在医学上具有很大的应用前景。
2020, 49(1):313-319.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181248
摘要:
本文以WC粉、Co粉、Ni粉及Cr3C2粉为原料,采用粉末冶金方法制备了三组不同粘结相成分的WC-Co-(Ni)-(Cr)硬质合金,通过极化曲线测试和浸泡实验研究了三组合金在中性溶液中的腐蚀行为,并采用扫描电镜、能谱分析、X射线光电子能谱(XPS)和EBSD等手段对其腐蚀机理进行了探讨。结果表明,WC-Co和WC-Co-Cr硬质合金在中性溶液中主要发生粘结相Co的腐蚀,浸泡产生的腐蚀产物主要是Co(OH)2；添加Cr将提高WC-Co硬质合金在中性溶液中的耐腐蚀性能,这可能与Cr的添加明显降低了粘结相中密排六方Co的含量有关；同时添加Ni和Cr可进一步提高WC-Co合金在中性溶液中的耐腐蚀性能,在pH=7的Na2SO4溶液中浸泡480h后,WC-Co-Ni-Cr合金发生很少量的腐蚀。
本文以WC粉、Co粉、Ni粉及Cr3C2粉为原料,采用粉末冶金方法制备了三组不同粘结相成分的WC-Co-(Ni)-(Cr)硬质合金,通过极化曲线测试和浸泡实验研究了三组合金在中性溶液中的腐蚀行为,并采用扫描电镜、能谱分析、X射线光电子能谱(XPS)和EBSD等手段对其腐蚀机理进行了探讨。结果表明,WC-Co和WC-Co-Cr硬质合金在中性溶液中主要发生粘结相Co的腐蚀,浸泡产生的腐蚀产物主要是Co(OH)2；添加Cr将提高WC-Co硬质合金在中性溶液中的耐腐蚀性能,这可能与Cr的添加明显降低了粘结相中密排六方Co的含量有关；同时添加Ni和Cr可进一步提高WC-Co合金在中性溶液中的耐腐蚀性能,在pH=7的Na2SO4溶液中浸泡480h后,WC-Co-Ni-Cr合金发生很少量的腐蚀。
2020, 49(1):320-324.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181253
摘要:
本文对AZ31镁合金进行轧制并对轧制后的板材进行退火。采用OM、SEM及EBSD观察并分析了轧制及退火态镁合金板的微观形貌及取向状态,分析退火对各向异性的影响。结果表明：轧制后镁合金存在着明显的各向异性,经退火后,镁合金不同取向的基面织构强度差异减小,其抗拉强度、屈服强度尤其在延伸率方面的各向异性指数远小于轧制态下的各向异性指数,说明退火可以改善镁合金的各向异性。
本文对AZ31镁合金进行轧制并对轧制后的板材进行退火。采用OM、SEM及EBSD观察并分析了轧制及退火态镁合金板的微观形貌及取向状态,分析退火对各向异性的影响。结果表明：轧制后镁合金存在着明显的各向异性,经退火后,镁合金不同取向的基面织构强度差异减小,其抗拉强度、屈服强度尤其在延伸率方面的各向异性指数远小于轧制态下的各向异性指数,说明退火可以改善镁合金的各向异性。
2020, 49(1):325-330.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181160
摘要:
多孔钛因具有与人体骨组织相近的弹性模量和允许骨长入的孔隙结构而备受关注。其孔隙结构特征不仅影响骨长入效果,而且决定了多孔钛的力学性能。通过三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)隐函数参数的精确调控可以构建出理想的孔隙结构模型。本文针对TPMS模型中常用的G单元模型,研究了G单元模型隐函数参数对孔隙率、孔径、杆径等孔隙结构特征的影响规律,设计出了孔隙率约为77%,孔径分别为300(G300)、500(G500)微米的均质孔隙结构；模仿自然长骨径向梯度结构模型,构建了相应的G单元仿生梯度孔隙结构。采用选区激光熔化(SLM)增材制造技术制备了相应的多孔钛样件,利用数字显微镜和扫描电镜观测多孔钛的孔隙结构特征,发现SLM多孔钛实测孔隙率低于设计孔隙率,实测孔径小于设计值,实测杆径大于设计值。力学性能检测结果显示,G300和G500多孔钛弹性模量分别为2.04GPa和3.12GPa,其最大抗压强度分别为63.5MPa和103.5MPa,梯度孔隙结构多孔钛弹性模量和最大抗压强度分别为6.3GPa和186.9MPa。研究结果表明,G单元梯度孔隙结构多孔钛是一种理想的承重部位骨缺损修复体。
多孔钛因具有与人体骨组织相近的弹性模量和允许骨长入的孔隙结构而备受关注。其孔隙结构特征不仅影响骨长入效果,而且决定了多孔钛的力学性能。通过三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)隐函数参数的精确调控可以构建出理想的孔隙结构模型。本文针对TPMS模型中常用的G单元模型,研究了G单元模型隐函数参数对孔隙率、孔径、杆径等孔隙结构特征的影响规律,设计出了孔隙率约为77%,孔径分别为300(G300)、500(G500)微米的均质孔隙结构；模仿自然长骨径向梯度结构模型,构建了相应的G单元仿生梯度孔隙结构。采用选区激光熔化(SLM)增材制造技术制备了相应的多孔钛样件,利用数字显微镜和扫描电镜观测多孔钛的孔隙结构特征,发现SLM多孔钛实测孔隙率低于设计孔隙率,实测孔径小于设计值,实测杆径大于设计值。力学性能检测结果显示,G300和G500多孔钛弹性模量分别为2.04GPa和3.12GPa,其最大抗压强度分别为63.5MPa和103.5MPa,梯度孔隙结构多孔钛弹性模量和最大抗压强度分别为6.3GPa和186.9MPa。研究结果表明,G单元梯度孔隙结构多孔钛是一种理想的承重部位骨缺损修复体。
2020, 49(1):331-336.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181262
摘要:
采用原位SEM拉伸对比分析了高强韧Ti-55531合金片层和双态组织静载下的变形及断裂行为。结果表明,静载下α相的特征参数对该合金的形变、裂纹萌生及扩展有强烈影响。片层组织中粗大次生αs片较软,αs片最先变形促进位错滑移,位错运动至次生αs和残留βr的界面处堆积,塑性变形导致局部应力集中促进裂纹萌生,并沿αs/βr相界面扩展。双态组织中初生等轴αp是相对最软相且尺寸较大,位错滑移自由程较大,容易启动多系滑移,αp内不同位向的滑移线交割促进应力集中,部分位错在αp/βtrans界面处堆积产生应力集中,两者导致微裂纹萌生于αp内及αp/βtrans界面,并沿αp/βtrans界面和αp聚集处扩展。
采用原位SEM拉伸对比分析了高强韧Ti-55531合金片层和双态组织静载下的变形及断裂行为。结果表明,静载下α相的特征参数对该合金的形变、裂纹萌生及扩展有强烈影响。片层组织中粗大次生αs片较软,αs片最先变形促进位错滑移,位错运动至次生αs和残留βr的界面处堆积,塑性变形导致局部应力集中促进裂纹萌生,并沿αs/βr相界面扩展。双态组织中初生等轴αp是相对最软相且尺寸较大,位错滑移自由程较大,容易启动多系滑移,αp内不同位向的滑移线交割促进应力集中,部分位错在αp/βtrans界面处堆积产生应力集中,两者导致微裂纹萌生于αp内及αp/βtrans界面,并沿αp/βtrans界面和αp聚集处扩展。
2020, 49(1):337-342.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181120
摘要:
为解决TiAl合金成型困难的问题,以Ti、Al元素粉末为原料,采用Micro-FAST制备Ti-47Al合金,研究了不同温度(700~1050℃)对TiAl合金组织和性能的影响,并且探究了烧结过程中颗粒的迁移机制。结果表明,700℃烧结时不能形成典型组织,主要相为TiAl3；800℃及以上烧结时为岛状组织,主要相为大量的TiAl和少量的Ti3Al；在1050℃烧结时具有最佳的综合力学性能。烧结过程由多种扩散机制共同控制,随着烧结的进行,依次为蒸发-凝聚、体积扩散、晶界扩散和表面扩散。
为解决TiAl合金成型困难的问题,以Ti、Al元素粉末为原料,采用Micro-FAST制备Ti-47Al合金,研究了不同温度(700~1050℃)对TiAl合金组织和性能的影响,并且探究了烧结过程中颗粒的迁移机制。结果表明,700℃烧结时不能形成典型组织,主要相为TiAl3；800℃及以上烧结时为岛状组织,主要相为大量的TiAl和少量的Ti3Al；在1050℃烧结时具有最佳的综合力学性能。烧结过程由多种扩散机制共同控制,随着烧结的进行,依次为蒸发-凝聚、体积扩散、晶界扩散和表面扩散。
2020, 49(1):343-348.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181138
摘要:
激光冲击强化(Laser shock processing 简称LSP)作为一种全新的表面强化技术凭借其强化效果好、可控性强、适应性好等优点在提高关键零部件服役寿命上发挥着不可替代的作用。本文采用透射电子显微镜(TEM)观察LSP试样塑性变形层内显微组织结构特征的演变,建立了不同冲击次数下表层和深度方向上的显微结构演变模型。结果表明,Ti834合金经激光冲击强化后塑性变形层内产生大量位错,且随着冲击次数的增加,塑性变形愈加剧烈,位错密度也进一步增加。沿深度方向上可以观察到随应变率递减而形成的典型微观结构特征,其中包括有形变孪晶(MTs),高密度位错墙(DDWs),位错缠结(DTs),位错阵列(DAs)和位错线(DLs)等。
激光冲击强化(Laser shock processing 简称LSP)作为一种全新的表面强化技术凭借其强化效果好、可控性强、适应性好等优点在提高关键零部件服役寿命上发挥着不可替代的作用。本文采用透射电子显微镜(TEM)观察LSP试样塑性变形层内显微组织结构特征的演变,建立了不同冲击次数下表层和深度方向上的显微结构演变模型。结果表明,Ti834合金经激光冲击强化后塑性变形层内产生大量位错,且随着冲击次数的增加,塑性变形愈加剧烈,位错密度也进一步增加。沿深度方向上可以观察到随应变率递减而形成的典型微观结构特征,其中包括有形变孪晶(MTs),高密度位错墙(DDWs),位错缠结(DTs),位错阵列(DAs)和位错线(DLs)等。
2020, 49(1):349-454.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181053
摘要:
ReO3具有相对简单的结构以及优良的导电性，在固态电池、电致变色以及液晶等器件中具有巨大的应用潜力，对表面科学、分析化学、生物物理学等领域都具有重要研究价值。但是由于铼氧化物复杂的相图结构，目前实验上制备高质量的单一立方相ReO3材料还极具挑战性。本文采用直接烧结的方式将ReO3粉末压片制备成块材，并结合X射线衍射（XRD）、电输运、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段优化了最佳烧结条件，获得了纯立方相、结晶均匀、致密的ReO3片状材料。初步的生长实验表明，该方法制备的材料可以用作脉冲激光沉积的靶材，为生长高质量ReO3薄膜的工作打下了基础。
ReO3具有相对简单的结构以及优良的导电性，在固态电池、电致变色以及液晶等器件中具有巨大的应用潜力，对表面科学、分析化学、生物物理学等领域都具有重要研究价值。但是由于铼氧化物复杂的相图结构，目前实验上制备高质量的单一立方相ReO3材料还极具挑战性。本文采用直接烧结的方式将ReO3粉末压片制备成块材，并结合X射线衍射（XRD）、电输运、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段优化了最佳烧结条件，获得了纯立方相、结晶均匀、致密的ReO3片状材料。初步的生长实验表明，该方法制备的材料可以用作脉冲激光沉积的靶材，为生长高质量ReO3薄膜的工作打下了基础。
2020, 49(1):355-360.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181070
摘要:
为了降低镍钛铌(NiTiNb)宽滞后记忆合金紧固环的制备成本,研究了退火对激光焊接接头力学性能和记忆效应的影响。焊接接头在850 ℃进行了退火处理。结果表明：焊接接头的组织粗大且不均匀,抗拉强度与延伸率均显著低于母材。经过退火后,再结晶导致焊接接头组织更加均匀；母材与焊接接头抗拉强度均大幅度下降,但延伸率均得到较大提高,尤其是焊接接头的延伸率可以提升到28.57%。退火态焊接接头在-40 ℃变形13%时表现出接近于母材的的形状恢复率。
为了降低镍钛铌(NiTiNb)宽滞后记忆合金紧固环的制备成本,研究了退火对激光焊接接头力学性能和记忆效应的影响。焊接接头在850 ℃进行了退火处理。结果表明：焊接接头的组织粗大且不均匀,抗拉强度与延伸率均显著低于母材。经过退火后,再结晶导致焊接接头组织更加均匀；母材与焊接接头抗拉强度均大幅度下降,但延伸率均得到较大提高,尤其是焊接接头的延伸率可以提升到28.57%。退火态焊接接头在-40 ℃变形13%时表现出接近于母材的的形状恢复率。
2020, 49(1):361-369.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181272
摘要:
用真空熔炼、惰性气体雾化的方法制备Ni-14Cr-10P金属粉末，再加入Ti粉和高分子聚合物高速搅拌分散制备了Ni-14Cr-10P-xTi膏状活性钎料。用制备的焊膏在真空钎焊炉中钎焊C/C复合材料，然后测试了钎焊接头的剪切强度，采用SEM、EDS、XRD等方法对接头微观组织进行了分析。结果表明，在钎焊温度1000℃，保温时间30min时，接头获得了最高的剪切强度，然后随着钎焊温度的上升、保温时间延长，钎焊接头强度下降；添加Ti元素加快了钎焊强度随温度和保温时间的增加而下降的速度，结合微观组织结构，本文对Ti元素加入后钎焊强度随温度和保温时间增加而下降更为迅速的原因进行了分析。
用真空熔炼、惰性气体雾化的方法制备Ni-14Cr-10P金属粉末，再加入Ti粉和高分子聚合物高速搅拌分散制备了Ni-14Cr-10P-xTi膏状活性钎料。用制备的焊膏在真空钎焊炉中钎焊C/C复合材料，然后测试了钎焊接头的剪切强度，采用SEM、EDS、XRD等方法对接头微观组织进行了分析。结果表明，在钎焊温度1000℃，保温时间30min时，接头获得了最高的剪切强度，然后随着钎焊温度的上升、保温时间延长，钎焊接头强度下降；添加Ti元素加快了钎焊强度随温度和保温时间的增加而下降的速度，结合微观组织结构，本文对Ti元素加入后钎焊强度随温度和保温时间增加而下降更为迅速的原因进行了分析。
2020, 49(1):370-376.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181141
摘要:
本文综述了当前国内外学者关于具有TWIP/TRIP效应的亚稳beta型钛合金的研究进展（TRIP：Transformation induced plasticity，相变诱发塑性；TWIP：Twinning induced plasticity，孪晶诱发塑性）。介绍了该类钛合金的设计方法。统计了近几年开发的TWIP/TRIP钛合金家族成员及其力学性能，归纳了合金在塑性变形过程中的变形产物及其形成机制，指出了该类钛合金在发展过程中遇到的一些问题。
本文综述了当前国内外学者关于具有TWIP/TRIP效应的亚稳beta型钛合金的研究进展（TRIP：Transformation induced plasticity，相变诱发塑性；TWIP：Twinning induced plasticity，孪晶诱发塑性）。介绍了该类钛合金的设计方法。统计了近几年开发的TWIP/TRIP钛合金家族成员及其力学性能，归纳了合金在塑性变形过程中的变形产物及其形成机制，指出了该类钛合金在发展过程中遇到的一些问题。
2020, 49(1):377-384.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181185
摘要:
钙钛矿太阳能电池经过近10年的研究展示出高的光电转换效率（公证PCE达到23.3%）、低成本、容易制备等优势，具有十分广阔的商业化前景。然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性问题始终没有系统性地解决办法，严重阻碍其进一步的发展。本文回顾了钙钛矿太阳能电池的发展历程，总结了影响钙钛矿太阳能电池稳定性的几个重要因素，包括水汽、氧气、光照和高温条件对钙钛矿层的化学稳定性以及电子传输层（ETL）、空穴传输层（HTL）和制备工艺对电池稳定性的影响，对稳定机制进行了分析，提出了改善稳定性的一些方法，并根据目前的研究成果展望了钙钛矿太阳能电池的发展趋势。
钙钛矿太阳能电池经过近10年的研究展示出高的光电转换效率（公证PCE达到23.3%）、低成本、容易制备等优势，具有十分广阔的商业化前景。然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性问题始终没有系统性地解决办法，严重阻碍其进一步的发展。本文回顾了钙钛矿太阳能电池的发展历程，总结了影响钙钛矿太阳能电池稳定性的几个重要因素，包括水汽、氧气、光照和高温条件对钙钛矿层的化学稳定性以及电子传输层（ETL）、空穴传输层（HTL）和制备工艺对电池稳定性的影响，对稳定机制进行了分析，提出了改善稳定性的一些方法，并根据目前的研究成果展望了钙钛矿太阳能电池的发展趋势。
