2020年第49卷第10期文章目次
2020, 49(10):3285-3293.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200101
摘要:
为了准确预测AerMet100超高强钢在热加工过程中的微观组织演变，通过系列等温热压缩试验分析了合金在温度为800~1040℃、应变速率为0.01~10s-1、变形量为15~60%的热变形行为，并建立了动态再结晶(DRX)体积分数和晶粒尺寸的DRX模型。通过计算获得了AerMet100钢本构模型中的Zener-Hollomon参数，用于建立DRX模型。通过建立的DRX模型定量预测了热变形参数对合金微观组织演变的影响，结合微观组织观察发现，高温低应变速率和较大的变形程度有利于DRX充分发生，使组织细化和均匀化。模型预测结果与实验结果吻合较好，验证了所建立的DRX模型的准确性。结果表明，建立的DRX模型可以定量预测AerMet100钢在不同变形参数下进行热加工时的微观组织演变规律。
为了准确预测AerMet100超高强钢在热加工过程中的微观组织演变，通过系列等温热压缩试验分析了合金在温度为800~1040℃、应变速率为0.01~10s-1、变形量为15~60%的热变形行为，并建立了动态再结晶(DRX)体积分数和晶粒尺寸的DRX模型。通过计算获得了AerMet100钢本构模型中的Zener-Hollomon参数，用于建立DRX模型。通过建立的DRX模型定量预测了热变形参数对合金微观组织演变的影响，结合微观组织观察发现，高温低应变速率和较大的变形程度有利于DRX充分发生，使组织细化和均匀化。模型预测结果与实验结果吻合较好，验证了所建立的DRX模型的准确性。结果表明，建立的DRX模型可以定量预测AerMet100钢在不同变形参数下进行热加工时的微观组织演变规律。
2020, 49(10):3294-3300.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200119
摘要:
采用电场辅助微塑性模锻成形技术，用于成型高强度、大硬度、低塑性的Ti6Al4V钛合金微齿轮。实验结果表明，在电场作用下，圆柱形Ti6Al4V坯料在石墨模具中可以成型微齿轮。Ti6Al4V材料在加热速率为5℃/s时具有最佳的可成型性，较高的加热速率30℃/s和40℃/s可以有效地缩短材料预变形的时间。经电场辅助成型的样品均具有魏氏结构，但齿顶比齿心的组织更细小。加热速率为5℃/s和10℃/s的试样β相含量略高于原始坯料，但加热速率为20℃/s、30℃/s和40℃/s的试样没有显示出β相。此外，在电场作用下，所有成形样品的维氏硬度均有所增加。
采用电场辅助微塑性模锻成形技术，用于成型高强度、大硬度、低塑性的Ti6Al4V钛合金微齿轮。实验结果表明，在电场作用下，圆柱形Ti6Al4V坯料在石墨模具中可以成型微齿轮。Ti6Al4V材料在加热速率为5℃/s时具有最佳的可成型性，较高的加热速率30℃/s和40℃/s可以有效地缩短材料预变形的时间。经电场辅助成型的样品均具有魏氏结构，但齿顶比齿心的组织更细小。加热速率为5℃/s和10℃/s的试样β相含量略高于原始坯料，但加热速率为20℃/s、30℃/s和40℃/s的试样没有显示出β相。此外，在电场作用下，所有成形样品的维氏硬度均有所增加。
2020, 49(10):3301-3308.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190673
摘要:
为了分析预应变对含裂纹钛制结构完整性的影响,本文综合研究了预应变对工业纯钛拉伸力学性能、断裂韧性及失效评定图的影响。拉伸试验结果表明：工业纯钛的屈服应力和屈强比均随预应变值增大而增大,而塑性变形能力随预应变值增大而减小,同时断裂韧性随预应变增大而降低。对紧凑拉伸CT试样和含裂纹钛制压力容器进行断裂有限元分析,结果表明：裂纹尖端的塑性区随预应变增大而减小,从而导致J积分值随预应变增大而减小。基于BS7910: 2013的失效评定曲线分析发现：选择1曲线和选择3曲线会随着材料预应变而变化,安全区域逐渐减小。因此,随着预应变的增加,失效评定图中屈服应力的储备系数增加,而断裂韧性的储备系数降低。由本文研究可知：预应变会对失效评定产生显著影响,需要将其考虑到含裂纹钛压力容器的完整性评定中。
为了分析预应变对含裂纹钛制结构完整性的影响,本文综合研究了预应变对工业纯钛拉伸力学性能、断裂韧性及失效评定图的影响。拉伸试验结果表明：工业纯钛的屈服应力和屈强比均随预应变值增大而增大,而塑性变形能力随预应变值增大而减小,同时断裂韧性随预应变增大而降低。对紧凑拉伸CT试样和含裂纹钛制压力容器进行断裂有限元分析,结果表明：裂纹尖端的塑性区随预应变增大而减小,从而导致J积分值随预应变增大而减小。基于BS7910: 2013的失效评定曲线分析发现：选择1曲线和选择3曲线会随着材料预应变而变化,安全区域逐渐减小。因此,随着预应变的增加,失效评定图中屈服应力的储备系数增加,而断裂韧性的储备系数降低。由本文研究可知：预应变会对失效评定产生显著影响,需要将其考虑到含裂纹钛压力容器的完整性评定中。
2020, 49(10):3309-3313.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190691
摘要:
以稻壳热解产物为SiO2源,通过粉末冶金法制备了Si和O固溶强化的低成本钛合金,并从磨损率、磨损表面形貌和磨屑成分等角度系统研究了其摩擦学性能和磨损机理。结果表明,随着SiO2加入量的增加,Ti合金的体积磨损率显著降低,与硬度的变化规律吻合良好,同时磨损表面有三处变化,即犁沟的深度变浅、塑性变形程度降低和磨屑的尺寸变小和数量减少。SiO2的加入使磨损机制从纯Ti的粘着和磨料磨损转变为磨料和氧化磨损,而磨屑尺寸的减小可归因于GCr15球和钛基体反复摩擦,导致磨屑的脆化。本文提供了一种使用农业废稻壳生产具有优良综合性能的钛合金方法,在降低钛合金成本的同时也有益于生态环境的保护。
以稻壳热解产物为SiO2源,通过粉末冶金法制备了Si和O固溶强化的低成本钛合金,并从磨损率、磨损表面形貌和磨屑成分等角度系统研究了其摩擦学性能和磨损机理。结果表明,随着SiO2加入量的增加,Ti合金的体积磨损率显著降低,与硬度的变化规律吻合良好,同时磨损表面有三处变化,即犁沟的深度变浅、塑性变形程度降低和磨屑的尺寸变小和数量减少。SiO2的加入使磨损机制从纯Ti的粘着和磨料磨损转变为磨料和氧化磨损,而磨屑尺寸的减小可归因于GCr15球和钛基体反复摩擦,导致磨屑的脆化。本文提供了一种使用农业废稻壳生产具有优良综合性能的钛合金方法,在降低钛合金成本的同时也有益于生态环境的保护。
2020, 49(10):3314-3324.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200010
摘要:
通过热压缩试验，研究了TiH2基粉末冶金近α钛合金Ti-1100在973-1173K温度范围和0.01-1.0s-1应变速率范围内的热变形行为。建立了Arrhenius本构方程，计算出的热形变活化能为334.76 kJ / mol。通过修改函数计算了温度灵敏度（θ），确定了应变率灵敏度（m）。根据温度灵敏度、应变率灵敏度和应变率为0.5时的显微组织分析结果，对热加工条件进行了分析。结果表明，在应变率为0.01s-1和1s-1，在整个温度范围内，出现了失稳区，而在1135K&0.29s-1至1173K&0.76s-1、1040&0.33s-1至1096K&0.6s-1的范围内获得了最佳的热加工条件。此外，微观结构分析表明，在0.01-0.1s-1的应变速率条件下发生了动态再结晶（DRX），而应变率为1s-1时微孔的形成为流动软化的主要机制。
通过热压缩试验，研究了TiH2基粉末冶金近α钛合金Ti-1100在973-1173K温度范围和0.01-1.0s-1应变速率范围内的热变形行为。建立了Arrhenius本构方程，计算出的热形变活化能为334.76 kJ / mol。通过修改函数计算了温度灵敏度（θ），确定了应变率灵敏度（m）。根据温度灵敏度、应变率灵敏度和应变率为0.5时的显微组织分析结果，对热加工条件进行了分析。结果表明，在应变率为0.01s-1和1s-1，在整个温度范围内，出现了失稳区，而在1135K&0.29s-1至1173K&0.76s-1、1040&0.33s-1至1096K&0.6s-1的范围内获得了最佳的热加工条件。此外，微观结构分析表明，在0.01-0.1s-1的应变速率条件下发生了动态再结晶（DRX），而应变率为1s-1时微孔的形成为流动软化的主要机制。
2020, 49(10):3325-3331.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190671
摘要:
研究等径角挤压(ECAP)对Mg-1Zn-1GD合金组织、织构和动态再结晶行为的影响，结果表明，在350℃等径角挤压后，试样的显微组织由细小的再结晶晶粒组成，基体中有大量均匀分布的等轴晶。8道次获得平均晶粒尺寸为3.6m的均匀超细晶粒结构。不连续动态再结晶(DDRX)和连续动态再结晶(CDRX)导致晶粒细化。利用电子背散射衍射技术对织构进行了分析。结果表明，经过4次ECAP后，形成了较强的基础纹理(多重随机分布~19.76)。随着挤压道次的增加，挤压合金板材基面上的晶粒主要沿挤压方向拉长，取向分布由集中状态向分散状态转变。织构减弱，最大值为15.66。最后表明织构与Mg-1Zn-1GD合金的平面各向异性有关.
研究等径角挤压(ECAP)对Mg-1Zn-1GD合金组织、织构和动态再结晶行为的影响，结果表明，在350℃等径角挤压后，试样的显微组织由细小的再结晶晶粒组成，基体中有大量均匀分布的等轴晶。8道次获得平均晶粒尺寸为3.6m的均匀超细晶粒结构。不连续动态再结晶(DDRX)和连续动态再结晶(CDRX)导致晶粒细化。利用电子背散射衍射技术对织构进行了分析。结果表明，经过4次ECAP后，形成了较强的基础纹理(多重随机分布~19.76)。随着挤压道次的增加，挤压合金板材基面上的晶粒主要沿挤压方向拉长，取向分布由集中状态向分散状态转变。织构减弱，最大值为15.66。最后表明织构与Mg-1Zn-1GD合金的平面各向异性有关.
2020, 49(10):3332-3337.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190464
摘要:
利用CALPHAD方法,选择和建立合理的热力学模型,并结合相平衡及热力学性质的相关实验信息,对Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)各二元系相图进行了热力学优化与计算。其中,液相和端际固溶体相的Gibbs自由能采用亚正规溶体模型描述,气相的Gibbs自由能采用理想气体模型描述。计算结果与实验数据取得了良好的一致性,最终得到了一组自洽的合理描述Mo-RE二元系各相自由能的热力学参数,建立了Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)二元合金相图的热力学数据库。该热力学数据库可以提供相平衡及热力学性质等多种信息,为外推计算三元以及更多组元体系的相平衡提供理论基础,并为相关体系的合金设计及制备提供重要的理论指导。
利用CALPHAD方法,选择和建立合理的热力学模型,并结合相平衡及热力学性质的相关实验信息,对Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)各二元系相图进行了热力学优化与计算。其中,液相和端际固溶体相的Gibbs自由能采用亚正规溶体模型描述,气相的Gibbs自由能采用理想气体模型描述。计算结果与实验数据取得了良好的一致性,最终得到了一组自洽的合理描述Mo-RE二元系各相自由能的热力学参数,建立了Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)二元合金相图的热力学数据库。该热力学数据库可以提供相平衡及热力学性质等多种信息,为外推计算三元以及更多组元体系的相平衡提供理论基础,并为相关体系的合金设计及制备提供重要的理论指导。
2020, 49(10):3337-3352.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190708
摘要:
本文提出了以物理气相传输法自支撑生长氮化铝单晶的新方法，此方法可以在氮化铝烧结体表面一次性获得大量生长的氮化铝单晶。本研究中，在2373–2523 K的温度条件下经过100 h生长的氮化铝单晶，其最大尺寸为7 × 8 × 12 mm3，典型直径为5–7 mm。这些原生晶体的表面形貌及结晶质量分别通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和高分辨X射线衍射进行表征分析。其中，拉曼光谱E2峰位的半高全宽为5.7 cm-1，高分辨X射线衍射得到的对称摇摆曲线的半高全宽为93.6角秒。经过选择性化学腐蚀后的晶体，其表面的平均腐蚀坑密度为7.5 × 104 cm-2。逸出气体分析和辉光放电质谱分析结果表明，碳和氧为晶体内部的主要杂质元素，含量分别为28 ppmw和120 ppmw。此方法为高质量氮化铝单晶的获取提供了一个新的途径，这些单晶可以被切成晶片作为后续氮化铝同质外延生长的优良籽晶。使用这些小的籽晶，我们首次成功制备出了直径高达60 mm的氮化铝单晶体/晶圆，并具有良好的深紫外光透过性。
本文提出了以物理气相传输法自支撑生长氮化铝单晶的新方法，此方法可以在氮化铝烧结体表面一次性获得大量生长的氮化铝单晶。本研究中，在2373–2523 K的温度条件下经过100 h生长的氮化铝单晶，其最大尺寸为7 × 8 × 12 mm3，典型直径为5–7 mm。这些原生晶体的表面形貌及结晶质量分别通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和高分辨X射线衍射进行表征分析。其中，拉曼光谱E2峰位的半高全宽为5.7 cm-1，高分辨X射线衍射得到的对称摇摆曲线的半高全宽为93.6角秒。经过选择性化学腐蚀后的晶体，其表面的平均腐蚀坑密度为7.5 × 104 cm-2。逸出气体分析和辉光放电质谱分析结果表明，碳和氧为晶体内部的主要杂质元素，含量分别为28 ppmw和120 ppmw。此方法为高质量氮化铝单晶的获取提供了一个新的途径，这些单晶可以被切成晶片作为后续氮化铝同质外延生长的优良籽晶。使用这些小的籽晶，我们首次成功制备出了直径高达60 mm的氮化铝单晶体/晶圆，并具有良好的深紫外光透过性。
2020, 49(10):3338-3346.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190676
摘要:
在ASTM范围内，利用板材试样研究了不同杂质元素C、Si含量对Zr-4合金微观结构及耐腐蚀性能的影响。结果显示：降低C含量、提高Si含量，对于Zr-4合金样品400℃均匀腐蚀性能有利。微观检测表明：杂质C易于在基体表面以Zr-C形式富集，其含量高低主要通过影响第二相粒子的析出能力影响腐蚀性能。含量越低，淬火时坯料越易于形成平行板条组织，含量越高越趋向于形成网篮组织，而第二相粒子更易于沿板条组织晶界析出。淬火温度低于1200℃时，Si含量高低对于坯料形成平行板条组织无明显影响。同时，3DAP分析显示，Si易于在第二相粒子周围以SiO2形式偏聚，这对于第二相粒子可起到阻碍或延缓其被氧化的作用，从而改善了锆合金的耐腐蚀性能。
在ASTM范围内，利用板材试样研究了不同杂质元素C、Si含量对Zr-4合金微观结构及耐腐蚀性能的影响。结果显示：降低C含量、提高Si含量，对于Zr-4合金样品400℃均匀腐蚀性能有利。微观检测表明：杂质C易于在基体表面以Zr-C形式富集，其含量高低主要通过影响第二相粒子的析出能力影响腐蚀性能。含量越低，淬火时坯料越易于形成平行板条组织，含量越高越趋向于形成网篮组织，而第二相粒子更易于沿板条组织晶界析出。淬火温度低于1200℃时，Si含量高低对于坯料形成平行板条组织无明显影响。同时，3DAP分析显示，Si易于在第二相粒子周围以SiO2形式偏聚，这对于第二相粒子可起到阻碍或延缓其被氧化的作用，从而改善了锆合金的耐腐蚀性能。
2020, 49(10):3353-3360.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190717
摘要:
在本工作中，通过纳米压痕实验研究了加载速率和保载时间对(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体金属玻璃（BMG）的蠕变变形行为的影响。实验结果表明，合金试样的蠕变位移随着加载速率或保载时间的增加而增大。另一方面，合金样品的硬度（H）也随着加载速率或保载时间的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有尺寸效应，合金试样的硬度随着压痕深度的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有锯齿流动现象，并且该现象具有速率依赖性。具体而言，随着加载速率的减小，锯齿流动现象更加明显。合金试样的蠕变应力指数随着加载速率或保载时间的增加而减小。
在本工作中，通过纳米压痕实验研究了加载速率和保载时间对(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体金属玻璃（BMG）的蠕变变形行为的影响。实验结果表明，合金试样的蠕变位移随着加载速率或保载时间的增加而增大。另一方面，合金样品的硬度（H）也随着加载速率或保载时间的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有尺寸效应，合金试样的硬度随着压痕深度的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有锯齿流动现象，并且该现象具有速率依赖性。具体而言，随着加载速率的减小，锯齿流动现象更加明显。合金试样的蠕变应力指数随着加载速率或保载时间的增加而减小。
2020, 49(10):3361-3368.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190733
摘要:
采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr钛合金在高速弹丸冲击后的组织特征和演变行为。在弹坑周围,绝热剪切带(ASB)和剪切应力一直呈半圆状分布。观察到绝热剪切带中尺寸较大等轴晶粒和细长板条亚晶粒的旋转细化过程。采用聚焦离子束(FIB)技术准确地从ASB中的裂纹尖端取样制备TEM样品,在裂纹尖端区域周围发现非晶区、非晶-纳米晶过渡区域、细小纳米晶区共存。计算结果表明,绝热剪切带内温度升高可导致微观组织熔化,快速淬火后形成非晶区和细小的纳米晶。由于绝热剪切带中的显微组织是细小的等轴晶和非晶,具有较高的强度,使形变带与基体之间成为相对较弱的区域,绝热剪切带中的裂纹也主要在该区域萌生,裂纹通过微孔洞旋转联结的方式扩展。
采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr钛合金在高速弹丸冲击后的组织特征和演变行为。在弹坑周围,绝热剪切带(ASB)和剪切应力一直呈半圆状分布。观察到绝热剪切带中尺寸较大等轴晶粒和细长板条亚晶粒的旋转细化过程。采用聚焦离子束(FIB)技术准确地从ASB中的裂纹尖端取样制备TEM样品,在裂纹尖端区域周围发现非晶区、非晶-纳米晶过渡区域、细小纳米晶区共存。计算结果表明,绝热剪切带内温度升高可导致微观组织熔化,快速淬火后形成非晶区和细小的纳米晶。由于绝热剪切带中的显微组织是细小的等轴晶和非晶,具有较高的强度,使形变带与基体之间成为相对较弱的区域,绝热剪切带中的裂纹也主要在该区域萌生,裂纹通过微孔洞旋转联结的方式扩展。
2020, 49(10):3369-3376.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190734
摘要:
采用有限元方法和弹塑性自洽模型模拟纯钛在单个钢球以不同尺寸和速度撞击时的力学响应，计算了宏观和微观残余应力。结果表明随着钢球尺寸和撞击速度的增加，宏观残余压应力增加。宏观残余应力和残余弹性应变具有较好的一致性。微观残余应力分布在一个随深度变化的范围内。在某一深度处微观残余应力的统计分布符合高斯分布，其离散程度由有效塑性应变决定。有效塑性应变随钢球尺寸和撞击速度变化。增加撞击速度和降低钢球尺寸，在某一深度处微观应力分布的标准差增加。
采用有限元方法和弹塑性自洽模型模拟纯钛在单个钢球以不同尺寸和速度撞击时的力学响应，计算了宏观和微观残余应力。结果表明随着钢球尺寸和撞击速度的增加，宏观残余压应力增加。宏观残余应力和残余弹性应变具有较好的一致性。微观残余应力分布在一个随深度变化的范围内。在某一深度处微观残余应力的统计分布符合高斯分布，其离散程度由有效塑性应变决定。有效塑性应变随钢球尺寸和撞击速度变化。增加撞击速度和降低钢球尺寸，在某一深度处微观应力分布的标准差增加。
2020, 49(10):3377-3381.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190766
摘要:
通过正电子湮没寿命(PAL)和透射电子显微镜(TEM)研究了不同程度冷轧纯锆在等时退火条件下的缺陷和显微组织演化行为。研究结果表明：纯锆经过冷轧变形产生高密度的位错和空位,随着冷轧变形量的增加到10%,正电子的平均湮没寿命逐渐增加,变形量进一步增大,正电子的平均寿命趋于饱和。在温度范围298~898 K的等时退火条件下,冷轧纯锆中的空位型缺陷并没有聚集形成空位簇。随着退火温度增加,冷轧纯锆中的空位和位错密度逐渐减小,在退火温度为873 K时回复基本完成。
通过正电子湮没寿命(PAL)和透射电子显微镜(TEM)研究了不同程度冷轧纯锆在等时退火条件下的缺陷和显微组织演化行为。研究结果表明：纯锆经过冷轧变形产生高密度的位错和空位,随着冷轧变形量的增加到10%,正电子的平均湮没寿命逐渐增加,变形量进一步增大,正电子的平均寿命趋于饱和。在温度范围298~898 K的等时退火条件下,冷轧纯锆中的空位型缺陷并没有聚集形成空位簇。随着退火温度增加,冷轧纯锆中的空位和位错密度逐渐减小,在退火温度为873 K时回复基本完成。
2020, 49(10):3382-3387.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190775
摘要:
采用反应熔渗法将熔融Si渗入C/C多孔体中制备了C/SiC复合材料。研究了包埋式布硅对C/C多孔体不同位置毛细吸附行为的影响以及对制备C/SiC复合材料密度的影响。反应熔渗制备的C/SiC复合材料内部存在残余的游离硅，经过除硅处理后游离硅显著减少，但其致密化程度有所降低，同时其弯曲强度明显下降。
采用反应熔渗法将熔融Si渗入C/C多孔体中制备了C/SiC复合材料。研究了包埋式布硅对C/C多孔体不同位置毛细吸附行为的影响以及对制备C/SiC复合材料密度的影响。反应熔渗制备的C/SiC复合材料内部存在残余的游离硅，经过除硅处理后游离硅显著减少，但其致密化程度有所降低，同时其弯曲强度明显下降。
2020, 49(10):3382-3394.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190101
摘要:
通过制备Al-10Er-5Sr合金，并研究其微观组织及相组成，来研究Er和Sr共同作用对A356铝合金微观组织与力学性能的影响。根据加入Al-10Er-5Sr合金合金后A356铝合金微观组织和力学性能的变化，确定了Al-10Er-5Sr合金在A356铝合金中最佳含量。实验结果显示：Al-10Er-5Sr合金主要由α-Αl相、Al4Sr和Al3Er相组成。另外，A356铝合金中添加0.6%的Al-10Er-5Sr合金展现出最佳的显微组织结构和力学性能，合金二次枝晶臂间距减小到20.2um，针状的共晶硅相转变成纤维状。由于加入了0.6%的Al-10Er-5Sr合金，合金显微组织结构的改善，使得合金抗拉强度达到203.5MPa。与未经处理的A356铝合金相比，力学性能得到明显提升。最后，对合金晶粒细化和变质机理进行了分析讨论。
通过制备Al-10Er-5Sr合金，并研究其微观组织及相组成，来研究Er和Sr共同作用对A356铝合金微观组织与力学性能的影响。根据加入Al-10Er-5Sr合金合金后A356铝合金微观组织和力学性能的变化，确定了Al-10Er-5Sr合金在A356铝合金中最佳含量。实验结果显示：Al-10Er-5Sr合金主要由α-Αl相、Al4Sr和Al3Er相组成。另外，A356铝合金中添加0.6%的Al-10Er-5Sr合金展现出最佳的显微组织结构和力学性能，合金二次枝晶臂间距减小到20.2um，针状的共晶硅相转变成纤维状。由于加入了0.6%的Al-10Er-5Sr合金，合金显微组织结构的改善，使得合金抗拉强度达到203.5MPa。与未经处理的A356铝合金相比，力学性能得到明显提升。最后，对合金晶粒细化和变质机理进行了分析讨论。
2020, 49(10):3395-3401.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190806
摘要:
本文基于连续激光冲击强化7050铝合金中厚板的表面完整性和内部层裂，提出了一种激光冲击强化的过喷效应。7050铝合金中厚板尺寸为50 mm × 50 mm × 5 mm （长×宽×高）。激光工艺参数为激光能量30J，光斑尺寸4 mm × 4 mm，脉宽15ns和单点连续多次激光冲击（LSP-1~LSP-8）。表面形貌，表面残余应力，深度方向显微硬度和截面微观组织分别被超景深三维形貌仪，X射线衍射仪，显微硬度仪和金相显微镜测试分析。研究结果表明：单点连续5次激光冲击诱导7050铝合金中厚板表面微凹坑凸起高度为197.8 μm和山脊高度为130.8 μm。从单点连续4次激光冲击到单点连续5次激光冲击，试样表面残余应力由压应力转换为拉应力。单点连续5次激光冲击后，试样背层产生了低显微硬度的加工软化现象。单点连续5次激光冲击为7050铝合金中厚板的层裂阈值。研究结果有益于激光冲击强化工业应用中避免层裂和改善强化效果。
本文基于连续激光冲击强化7050铝合金中厚板的表面完整性和内部层裂，提出了一种激光冲击强化的过喷效应。7050铝合金中厚板尺寸为50 mm × 50 mm × 5 mm （长×宽×高）。激光工艺参数为激光能量30J，光斑尺寸4 mm × 4 mm，脉宽15ns和单点连续多次激光冲击（LSP-1~LSP-8）。表面形貌，表面残余应力，深度方向显微硬度和截面微观组织分别被超景深三维形貌仪，X射线衍射仪，显微硬度仪和金相显微镜测试分析。研究结果表明：单点连续5次激光冲击诱导7050铝合金中厚板表面微凹坑凸起高度为197.8 μm和山脊高度为130.8 μm。从单点连续4次激光冲击到单点连续5次激光冲击，试样表面残余应力由压应力转换为拉应力。单点连续5次激光冲击后，试样背层产生了低显微硬度的加工软化现象。单点连续5次激光冲击为7050铝合金中厚板的层裂阈值。研究结果有益于激光冲击强化工业应用中避免层裂和改善强化效果。
2020, 49(10):3402-3411.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190818
摘要:
为改善力学性能,采用新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂和Al-10Sr中间合金变质剂对铸态多元铝硅A356铝合金及在铸态A356铝合金中按一定比例添加Cu、Mn、Ti等元素组成的新型铝合金进行复合细化变质处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱、透射电镜(TEM)和电子式万能试验机(CSS-44100)等技术对多元铝硅合金中的第二相粒子的形态分布特征及强化机制进行分析。结果表明：经复合细化变质处理的A356铝合金中的第二相粒子共晶硅相由粗大的片层状转变为典型的纤维状,在软韧相α-Al基体晶界处较均匀的析出,α-Al相晶粒尺寸显著变小,其强化机制主要是第二相粒子共晶硅Hall-Petch晶界细晶强化；在新型铝合金中除第二相粒子共晶硅外,还存在其它较弥散分布在晶界或晶内的第二相强化粒子,多种强化机制共同起作用,当分布在晶界上时,主要是Hall-Petch强化机制；当分布在晶内时,主要是Orowan强化机制,成为阻碍位错运动的有效障碍,起到强化作用。
为改善力学性能,采用新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金细化剂和Al-10Sr中间合金变质剂对铸态多元铝硅A356铝合金及在铸态A356铝合金中按一定比例添加Cu、Mn、Ti等元素组成的新型铝合金进行复合细化变质处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱、透射电镜(TEM)和电子式万能试验机(CSS-44100)等技术对多元铝硅合金中的第二相粒子的形态分布特征及强化机制进行分析。结果表明：经复合细化变质处理的A356铝合金中的第二相粒子共晶硅相由粗大的片层状转变为典型的纤维状,在软韧相α-Al基体晶界处较均匀的析出,α-Al相晶粒尺寸显著变小,其强化机制主要是第二相粒子共晶硅Hall-Petch晶界细晶强化；在新型铝合金中除第二相粒子共晶硅外,还存在其它较弥散分布在晶界或晶内的第二相强化粒子,多种强化机制共同起作用,当分布在晶界上时,主要是Hall-Petch强化机制；当分布在晶内时,主要是Orowan强化机制,成为阻碍位错运动的有效障碍,起到强化作用。
2020, 49(10):3412-3418.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190839
摘要:
本文研究了完全氮化的(Sm1-yCey)2Fe17Nx（y = 0、0.20、0.33、0.40、0.45、0.50、0.67、0.80、1.00）粉末的磁性能和微观结构。当用33atomic％Ce代替Sm时，最大磁能积(BH)max从17.8 MGOe变为17.6 MGOe，几乎没有下降。相应的，性能/稀土价格比率提高了39.2％。 根据能量色散光谱（EDS）分析，Ce倾向于分布在REFe3 / REFe2晶界相中。XPS证实了(Sm1-yCey)2Fe17Nx中Ce离子的价态变化。
本文研究了完全氮化的(Sm1-yCey)2Fe17Nx（y = 0、0.20、0.33、0.40、0.45、0.50、0.67、0.80、1.00）粉末的磁性能和微观结构。当用33atomic％Ce代替Sm时，最大磁能积(BH)max从17.8 MGOe变为17.6 MGOe，几乎没有下降。相应的，性能/稀土价格比率提高了39.2％。 根据能量色散光谱（EDS）分析，Ce倾向于分布在REFe3 / REFe2晶界相中。XPS证实了(Sm1-yCey)2Fe17Nx中Ce离子的价态变化。
2020, 49(10):3419-3424.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200167
摘要:
基于EET理论,研究了W相与基体α之间界面的原子结构,计算了a、Mg-Ag偏聚区、W相空间价电子结构和W/Mg-Ag/a界面、W//a界面的价电子结构,分析了W/Mg-Ag/a界面价电子结构与界面性能的关系。研究表明：Ω/Mg-Ag/α界面外层Mg-Ag/α面电子密度差为16.54%,内层Ω/Mg-Ag面电子密度差为50.73%,外层的连续性好于内层；Mg-Ag层使W相与基体α间的界面电子密度差减小1.13%,使(111)α面上的最强共价键键合力增大14.52%、(111)α面的共价电子密度增大146.87%、(001)Ω面最强共价键键合力增大45.85%、(001)Ω面的共价电子密度增大了45.30%。Mg-Ag层增大了W相对位错滑移的阻力,减小界面两侧相平面的电子密度差,增加了界面连续性,减小了界面应力,增大了界面结合力,增大了界面稳定性,提高了合金的强韧性。
基于EET理论,研究了W相与基体α之间界面的原子结构,计算了a、Mg-Ag偏聚区、W相空间价电子结构和W/Mg-Ag/a界面、W//a界面的价电子结构,分析了W/Mg-Ag/a界面价电子结构与界面性能的关系。研究表明：Ω/Mg-Ag/α界面外层Mg-Ag/α面电子密度差为16.54%,内层Ω/Mg-Ag面电子密度差为50.73%,外层的连续性好于内层；Mg-Ag层使W相与基体α间的界面电子密度差减小1.13%,使(111)α面上的最强共价键键合力增大14.52%、(111)α面的共价电子密度增大146.87%、(001)Ω面最强共价键键合力增大45.85%、(001)Ω面的共价电子密度增大了45.30%。Mg-Ag层增大了W相对位错滑移的阻力,减小界面两侧相平面的电子密度差,增加了界面连续性,减小了界面应力,增大了界面结合力,增大了界面稳定性,提高了合金的强韧性。
2020, 49(10):3425-3432.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190865
摘要:
近年来,施加电流(电场)作为一种辅助技术在材料加工和制备技术中得到了广泛的应用。本文采用浸入法实验,通过施加直流电作用,研究了513-573 K温度范围内铜在液态锡中的溶解动力学。对溶解后铜的溶解厚度以及Sn/Cu界面IMC层的厚度进行测量,对溶解激活能以及有效电荷Z*进行计算,采用Comsol Multiphysics软件对电流引起的液态锡中的温度分布和流场分布进行模拟。实验结果表明：施加直流电对铜在液态锡中的速率有显著的影响,随着电流密度增加,溶解速率增加,溶解激活能减小。电流的方向对铜的溶解和界面IMC层的生长也有影响,由于电迁移的作用,当电子流动的方向和铜的溶解方向一致时,溶解速率加快,界面IMC层的厚度变薄。在电流密度为240 A/cm2时,铜在液态锡中的有效电荷Z*随着温度的增加逐渐减小。
近年来,施加电流(电场)作为一种辅助技术在材料加工和制备技术中得到了广泛的应用。本文采用浸入法实验,通过施加直流电作用,研究了513-573 K温度范围内铜在液态锡中的溶解动力学。对溶解后铜的溶解厚度以及Sn/Cu界面IMC层的厚度进行测量,对溶解激活能以及有效电荷Z*进行计算,采用Comsol Multiphysics软件对电流引起的液态锡中的温度分布和流场分布进行模拟。实验结果表明：施加直流电对铜在液态锡中的速率有显著的影响,随着电流密度增加,溶解速率增加,溶解激活能减小。电流的方向对铜的溶解和界面IMC层的生长也有影响,由于电迁移的作用,当电子流动的方向和铜的溶解方向一致时,溶解速率加快,界面IMC层的厚度变薄。在电流密度为240 A/cm2时,铜在液态锡中的有效电荷Z*随着温度的增加逐渐减小。
21 超细晶纯钛的微动疲劳特性
2020, 49(10):3433-3438.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190886
摘要:
利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹；由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。
利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹；由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。
2020, 49(10):3439-3444.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190927
摘要:
准确定量表征航空重要承载结构材料抗疲劳裂纹扩展能力是实施结构件服役寿命评估的基础。本文针对航空用Ti-2Al-1.5Mn钛合金,沿着板材不同取向制备CT试样开展疲劳裂纹扩展速率试验,分别基于全场法及传统方法定量表征了裂纹扩展各阶段应力强度因子幅DK。结果表明：疲劳裂纹扩展速率da/dN-DK关系及裂纹扩展路径显著受到材料取向的影响。相比较于传统表征应力强度因子幅方法,基于全场法一方面能够直接考虑裂尖塑性变形引起裂纹闭合的影响,另一方面能够有效避免因裂纹扩展路径偏折带来的有效裂纹长度测量偏差,从而不能准确获取有效应力强度因子幅的问题,其具有显著优势。基于全场法的疲劳裂纹扩展应力强度因子幅表征具有广泛应用全景。
准确定量表征航空重要承载结构材料抗疲劳裂纹扩展能力是实施结构件服役寿命评估的基础。本文针对航空用Ti-2Al-1.5Mn钛合金,沿着板材不同取向制备CT试样开展疲劳裂纹扩展速率试验,分别基于全场法及传统方法定量表征了裂纹扩展各阶段应力强度因子幅DK。结果表明：疲劳裂纹扩展速率da/dN-DK关系及裂纹扩展路径显著受到材料取向的影响。相比较于传统表征应力强度因子幅方法,基于全场法一方面能够直接考虑裂尖塑性变形引起裂纹闭合的影响,另一方面能够有效避免因裂纹扩展路径偏折带来的有效裂纹长度测量偏差,从而不能准确获取有效应力强度因子幅的问题,其具有显著优势。基于全场法的疲劳裂纹扩展应力强度因子幅表征具有广泛应用全景。
2020, 49(10):3445-3451.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190750
摘要:
以高纯锆为母材制备Zr-1.0Fe-0.2Cu合金,并在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中进行腐蚀实验。用SEM和TEM对合金基体及其腐蚀后生成氧化膜的显微组织进行研究。结果表明：Zr-1.0Fe-0.2Cu合金中只存在底心正交的Zr3Fe第二相,Cu元素易偏聚在Zr3Fe相内,使其不易以Zr2Cu相的形式析出,Cu元素的添加能够细化合金中Zr3Fe第二相。Zr-1.0Fe-0.2Cu合金在 400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀100 d后,耐腐蚀性能优于Zr-1.0Fe以及Zr-4重熔合金,表明添加少量的Cu元素有利于改善合金的耐腐蚀性能。在腐蚀氧化过程中,含Cu的Zr3Fe相会滞后于合金基体α-Zr相氧化而进入氧化膜。随着氧化进程的加深,第二相中的Zr元素氧化后会以t-ZrO2的形式存在,Fe元素则氧化成m-Fe3O4。伴随着第二相的氧化进程,合金元素Cu和Fe会在氧化膜中扩散流失,不再呈现聚集状态。
以高纯锆为母材制备Zr-1.0Fe-0.2Cu合金,并在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中进行腐蚀实验。用SEM和TEM对合金基体及其腐蚀后生成氧化膜的显微组织进行研究。结果表明：Zr-1.0Fe-0.2Cu合金中只存在底心正交的Zr3Fe第二相,Cu元素易偏聚在Zr3Fe相内,使其不易以Zr2Cu相的形式析出,Cu元素的添加能够细化合金中Zr3Fe第二相。Zr-1.0Fe-0.2Cu合金在 400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀100 d后,耐腐蚀性能优于Zr-1.0Fe以及Zr-4重熔合金,表明添加少量的Cu元素有利于改善合金的耐腐蚀性能。在腐蚀氧化过程中,含Cu的Zr3Fe相会滞后于合金基体α-Zr相氧化而进入氧化膜。随着氧化进程的加深,第二相中的Zr元素氧化后会以t-ZrO2的形式存在,Fe元素则氧化成m-Fe3O4。伴随着第二相的氧化进程,合金元素Cu和Fe会在氧化膜中扩散流失,不再呈现聚集状态。
2020, 49(10):3452-3459.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190797
摘要:
粉末冶金法可实现泡沫铝三明治结构面板/芯层的冶金结合,并在制备近终型泡沫铝异型件上优势突出。基于国内研究现状,本文完善了粉末冶金法制备工艺,并优化了泡孔结构。研究发现,芯层采用AlMg4Si8铝合金成分组成,钢质面板经边缘焊接密封处理后,当芯层粉末松装密度为1.12 g/cm3时,在1500 kN轧制压力、0.06 m/s轧制速度及55％轧制压下率下,对灌满芯层粉末的包覆面板进行450 °C热轧,获得了面板/芯层冶金结合、致密度高的发泡前驱体。另外,当发泡剂TiH2被低熔点Sn包覆预处理后,在发泡初期分解出的H2被液态Sn包裹,避免了在固态基体空隙间的扩散,减少了裂纹的产生,发泡前驱体在720 °C发泡300 s后可获得泡孔结构相对均匀、72.7%孔隙率的泡沫铝三明治结构。
粉末冶金法可实现泡沫铝三明治结构面板/芯层的冶金结合,并在制备近终型泡沫铝异型件上优势突出。基于国内研究现状,本文完善了粉末冶金法制备工艺,并优化了泡孔结构。研究发现,芯层采用AlMg4Si8铝合金成分组成,钢质面板经边缘焊接密封处理后,当芯层粉末松装密度为1.12 g/cm3时,在1500 kN轧制压力、0.06 m/s轧制速度及55％轧制压下率下,对灌满芯层粉末的包覆面板进行450 °C热轧,获得了面板/芯层冶金结合、致密度高的发泡前驱体。另外,当发泡剂TiH2被低熔点Sn包覆预处理后,在发泡初期分解出的H2被液态Sn包裹,避免了在固态基体空隙间的扩散,减少了裂纹的产生,发泡前驱体在720 °C发泡300 s后可获得泡孔结构相对均匀、72.7%孔隙率的泡沫铝三明治结构。
2020, 49(10):3460-3464.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190802
摘要:
采用熔模铸造方法制备了名义成分为Ti-20Al-22Nb(at%)的合金,分别对铸态、热等静压及退火态进行了显微组织及室温拉伸性能分析。结果显示,合金由β基体、针状α2相及少量O相组成的,铸态下为粗大的魏氏组织,由于非平衡凝固,原始晶粒内部组织转变不完全,组织中的疏松缺陷及组织不均匀导致合金低的塑性；经过α2+β/B2两相区热等静压消除了疏松缺陷,原始晶粒内部充分析出细小针状的α2相,组织均匀性提高,合金的拉伸延伸率由2%提高到5%；经过α2+/B2+O三相区退火热处理,过饱和β相向平衡态转变,通过包析转变β/B2+α2→O,在针状α2相周围形成环带状O相,合金的延伸率提高到11%。
采用熔模铸造方法制备了名义成分为Ti-20Al-22Nb(at%)的合金,分别对铸态、热等静压及退火态进行了显微组织及室温拉伸性能分析。结果显示,合金由β基体、针状α2相及少量O相组成的,铸态下为粗大的魏氏组织,由于非平衡凝固,原始晶粒内部组织转变不完全,组织中的疏松缺陷及组织不均匀导致合金低的塑性；经过α2+β/B2两相区热等静压消除了疏松缺陷,原始晶粒内部充分析出细小针状的α2相,组织均匀性提高,合金的拉伸延伸率由2%提高到5%；经过α2+/B2+O三相区退火热处理,过饱和β相向平衡态转变,通过包析转变β/B2+α2→O,在针状α2相周围形成环带状O相,合金的延伸率提高到11%。
2020, 49(10):3465-3471.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190804
摘要:
使用自制的含Sc、Ce、Be的TiB2原位增强与4047焊丝为填充材料对T6态SiCp/AlMMCs 进行TIG焊,对接头的力学性能、显微组织以及断口形貌和第二相粒子进行分析。结果表明：两种焊丝焊接该种材料的焊缝成型优良,4047焊丝成型更加美观；TiB2接头的抗拉强度明显优于ER4047接头,平均强度达到171.88MPa,相对于4047接头强度提高40.03%,TiB2粒子起到了原位增强的作用；两种接头的硬度值在焊缝中心近似呈对称分布,焊缝区硬度最低,平均值分别为：71.65HV、60.02HV,热影响区硬度的“过时效”现象明显；焊缝中SiC颗粒较少,存在严重贫瘠区 ,未发现明显的Al4C3脆性物；显微组织都为枝晶组织,但4047接头焊缝枝晶粗大,TiB2接头焊缝晶粒细小,稀土元素Sc、Ce、Be起到了细化晶粒的作用,且TiB2粒子在焊缝中分布均匀；TiB2接头断口中气孔较少,为韧-脆性混合性断裂,韧窝中第二相粒子较多；4047接头断口中气孔较多,为韧性断裂,韧窝中第二相粒子较少。
使用自制的含Sc、Ce、Be的TiB2原位增强与4047焊丝为填充材料对T6态SiCp/AlMMCs 进行TIG焊,对接头的力学性能、显微组织以及断口形貌和第二相粒子进行分析。结果表明：两种焊丝焊接该种材料的焊缝成型优良,4047焊丝成型更加美观；TiB2接头的抗拉强度明显优于ER4047接头,平均强度达到171.88MPa,相对于4047接头强度提高40.03%,TiB2粒子起到了原位增强的作用；两种接头的硬度值在焊缝中心近似呈对称分布,焊缝区硬度最低,平均值分别为：71.65HV、60.02HV,热影响区硬度的“过时效”现象明显；焊缝中SiC颗粒较少,存在严重贫瘠区 ,未发现明显的Al4C3脆性物；显微组织都为枝晶组织,但4047接头焊缝枝晶粗大,TiB2接头焊缝晶粒细小,稀土元素Sc、Ce、Be起到了细化晶粒的作用,且TiB2粒子在焊缝中分布均匀；TiB2接头断口中气孔较少,为韧-脆性混合性断裂,韧窝中第二相粒子较多；4047接头断口中气孔较多,为韧性断裂,韧窝中第二相粒子较少。
2020, 49(10):3472-3478.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190819
摘要:
本文采用图像法定量表征了钨粉的粒形与粒度，研究了粉末粒形对钨粉末注射成形喂料流变性能的影响。结果表明：窄粒径钨粉（NPW）与球形钨粉（SW）粒度基本一致；SW比NPW具有更好的球形度、表面光滑度以及分散度。采用相同的有机粘结剂，SW的粉末装载量为64%，高于NPW的59%。与NPW相比，SW喂料表现出更优异的流动性能，具有更低的流动行为指数和粘流激活能，更适合注射成形。粉末粒形影响钨MIM喂料的流变性能主要源于粘结剂与粉末颗粒以及颗粒与颗粒之间的相互作用特性。
本文采用图像法定量表征了钨粉的粒形与粒度，研究了粉末粒形对钨粉末注射成形喂料流变性能的影响。结果表明：窄粒径钨粉（NPW）与球形钨粉（SW）粒度基本一致；SW比NPW具有更好的球形度、表面光滑度以及分散度。采用相同的有机粘结剂，SW的粉末装载量为64%，高于NPW的59%。与NPW相比，SW喂料表现出更优异的流动性能，具有更低的流动行为指数和粘流激活能，更适合注射成形。粉末粒形影响钨MIM喂料的流变性能主要源于粘结剂与粉末颗粒以及颗粒与颗粒之间的相互作用特性。
2020, 49(10):3479-3483.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190821
摘要:
通过多道次热旋锻，成功制备了AZ61镁合金丝棒材，经细晶强化及纳米级颗粒强化显著提高了AZ61合金强度，并讨论了动态沉淀析出机理。结果表明：旋锻AZ61镁合金平均晶粒直径约为8μm，YS为302MPa，UTS达376MPa，具有中等延伸率（7%）。纳米级沉淀相在旋锻变形过程中动态析出，这些沉淀相包括：晶内析出直径50-140nm的球形β-Mg17Al12相（~6.5vol.%）、平均直径10nm的球形Al6Mn相。大量细小纳米级第二相动态析出的机理为：旋锻是塑性变形-静态时效-塑性变形-静态时效交替进行的高频（锻打频率通常在1500－6000次/分）脉冲式热力加工过程。塑性变形产生的位错、空位等缺陷，为第二相析出提供了大量优先形核位置。并且每一脉冲周期中静态时效的时间很短（约为0.05s数量级），所以析出的第二相不会长的过大。
通过多道次热旋锻，成功制备了AZ61镁合金丝棒材，经细晶强化及纳米级颗粒强化显著提高了AZ61合金强度，并讨论了动态沉淀析出机理。结果表明：旋锻AZ61镁合金平均晶粒直径约为8μm，YS为302MPa，UTS达376MPa，具有中等延伸率（7%）。纳米级沉淀相在旋锻变形过程中动态析出，这些沉淀相包括：晶内析出直径50-140nm的球形β-Mg17Al12相（~6.5vol.%）、平均直径10nm的球形Al6Mn相。大量细小纳米级第二相动态析出的机理为：旋锻是塑性变形-静态时效-塑性变形-静态时效交替进行的高频（锻打频率通常在1500－6000次/分）脉冲式热力加工过程。塑性变形产生的位错、空位等缺陷，为第二相析出提供了大量优先形核位置。并且每一脉冲周期中静态时效的时间很短（约为0.05s数量级），所以析出的第二相不会长的过大。
2020, 49(10):3484-3489.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190833
摘要:
采用磷酸盐、硅酸盐电解液体系对ZIRLO合金进行微弧氧化处理。利用XRD、SEM、TEM等研究陶瓷层的相组成、表面形貌、截面组织。结果表明：在磷酸盐电解液体系、硅酸盐电解液体系中制备的陶瓷层主要由m-ZrO2组成,磷酸盐电解液体系制备的陶瓷层内表面较硅酸盐电解液体系制备的陶瓷层更致密。在硅酸盐电解液体系中微弧氧化的样品靠近陶瓷层/金属界面基体一侧存在少量β-Zr。采用静态高压釜腐蚀实验研究了ZIRLO合金及D(磷酸盐电解液体系微弧氧化)样品和E(硅酸盐电解液体系微弧氧化)样品在360 ℃/18.6 MPa去离子水中及360 ℃/18.6 MPa 0.01 M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能。在360 ℃/18.6 MPa去离子水中腐蚀至250 d时,D和E样品耐腐蚀性能相接近,均优于未经微弧氧化处理的ZIRLO合金样品；在360 ℃/18.6 MPa 0.01 M LiOH水溶液中腐蚀至246 d时,D和E样品的耐腐蚀性能与未经微弧氧化处理的ZIRLO合金样品耐腐蚀性能接近甚至有有害的影响。随着腐蚀时间的延长,微弧氧化对ZIRLO合金耐腐蚀性能提升有限。
采用磷酸盐、硅酸盐电解液体系对ZIRLO合金进行微弧氧化处理。利用XRD、SEM、TEM等研究陶瓷层的相组成、表面形貌、截面组织。结果表明：在磷酸盐电解液体系、硅酸盐电解液体系中制备的陶瓷层主要由m-ZrO2组成,磷酸盐电解液体系制备的陶瓷层内表面较硅酸盐电解液体系制备的陶瓷层更致密。在硅酸盐电解液体系中微弧氧化的样品靠近陶瓷层/金属界面基体一侧存在少量β-Zr。采用静态高压釜腐蚀实验研究了ZIRLO合金及D(磷酸盐电解液体系微弧氧化)样品和E(硅酸盐电解液体系微弧氧化)样品在360 ℃/18.6 MPa去离子水中及360 ℃/18.6 MPa 0.01 M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能。在360 ℃/18.6 MPa去离子水中腐蚀至250 d时,D和E样品耐腐蚀性能相接近,均优于未经微弧氧化处理的ZIRLO合金样品；在360 ℃/18.6 MPa 0.01 M LiOH水溶液中腐蚀至246 d时,D和E样品的耐腐蚀性能与未经微弧氧化处理的ZIRLO合金样品耐腐蚀性能接近甚至有有害的影响。随着腐蚀时间的延长,微弧氧化对ZIRLO合金耐腐蚀性能提升有限。
2020, 49(10):3490-3497.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190843
摘要:
本文通过选区激光熔化技术激光单道扫描成型了纯钨薄壁件，通过二维影像仪和光学显微镜分别测量了成型薄壁壁厚和熔化道宽度，研究了激光功率和扫描速率对成型纯钨薄壁壁厚和熔化道宽度的影响。通过光学显微镜观察了成型薄壁表面2D和3D形貌。通过扫描电镜观察了成型薄壁侧面粘粉情况，并分析了粘粉的原因。研究结果表明，成型薄壁壁厚要大于熔化道宽度；随着激光功率的增大，薄壁壁厚和熔化道宽度逐渐增大，薄壁表面逐渐变得平坦；随着扫描速率的增大，薄壁壁厚和熔化道宽度逐渐减小，熔化道由扭曲变得平直再变得扭曲，熔化道高度方向上的高度差先减小后增大；纯钨薄壁由完全熔化区、球化区、半熔化区和未熔化区四部分组成。
本文通过选区激光熔化技术激光单道扫描成型了纯钨薄壁件，通过二维影像仪和光学显微镜分别测量了成型薄壁壁厚和熔化道宽度，研究了激光功率和扫描速率对成型纯钨薄壁壁厚和熔化道宽度的影响。通过光学显微镜观察了成型薄壁表面2D和3D形貌。通过扫描电镜观察了成型薄壁侧面粘粉情况，并分析了粘粉的原因。研究结果表明，成型薄壁壁厚要大于熔化道宽度；随着激光功率的增大，薄壁壁厚和熔化道宽度逐渐增大，薄壁表面逐渐变得平坦；随着扫描速率的增大，薄壁壁厚和熔化道宽度逐渐减小，熔化道由扭曲变得平直再变得扭曲，熔化道高度方向上的高度差先减小后增大；纯钨薄壁由完全熔化区、球化区、半熔化区和未熔化区四部分组成。
2020, 49(10):3498-3504.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190844
摘要:
利用高能离子注入机和直线等离子体模拟装置,本文研究了高能氦离子预注入对氘等离子体辐照后钨中氘滞留行为的影响。采用FIB-SEM、TEM、GD-OES和TDS等分析方法,分析了氦离子预注入对钨中氘滞留行为的影响。结果表明：氦离子预注入在辐照损伤区域形成大量氦泡,钨经过氘等离子体辐照后,表面的氘泡数量明显低于未经过氦离子预注入的样品。GD-OES分析中可以看到在氦捕获位处氘滞留浓度明显升高,同时氦离子预注入增加了氘在钨中的扩散深度,结合TDS分析可知氦离子预注入增加了氘在钨中的滞留总量,这是由于氦离子预注入后,形成的缺陷又为钨中氘的俘获提供大量新的位点,从而导致钨中的氘滞留量明显提高。
利用高能离子注入机和直线等离子体模拟装置,本文研究了高能氦离子预注入对氘等离子体辐照后钨中氘滞留行为的影响。采用FIB-SEM、TEM、GD-OES和TDS等分析方法,分析了氦离子预注入对钨中氘滞留行为的影响。结果表明：氦离子预注入在辐照损伤区域形成大量氦泡,钨经过氘等离子体辐照后,表面的氘泡数量明显低于未经过氦离子预注入的样品。GD-OES分析中可以看到在氦捕获位处氘滞留浓度明显升高,同时氦离子预注入增加了氘在钨中的扩散深度,结合TDS分析可知氦离子预注入增加了氘在钨中的滞留总量,这是由于氦离子预注入后,形成的缺陷又为钨中氘的俘获提供大量新的位点,从而导致钨中的氘滞留量明显提高。
2020, 49(10):3505-3509.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190856
摘要:
为推动ZrO2-Al2O3在天然气汽车尾气净化催化剂中的实际应用，并阐明其制备条件对负载催化剂转化活性的影响机制，文章以ZrO2-Al2O3复合氧化物为载体，采用等体积浸渍法制备了Pd/ZrO2-Al2O3催化剂，并在连续流动固定床反应器上研究了ZrO2-Al2O3复合氧化物的制备对催化剂低温CH4氧化活性的影响。结果表明：制备方法中，相比于浸渍法和胶溶法，沉淀法更能提高催化剂活性；锆源、铝源优选中，以Zr(NO3)4为锆源、拟薄水铝石为铝源时能获得较高的催化活性；组分配比中，以w (ZrO2): w (Al2O3)=10:90的催化活性最高。XRD、低温N2吸附、CO脉冲吸附的结构表征表明，ZrO2-Al2O3复合氧化物的大的比表面积、孔容、孔径是促进贵金属Pd分散，提升催化剂低温CH4转化活性的关键因素。
为推动ZrO2-Al2O3在天然气汽车尾气净化催化剂中的实际应用，并阐明其制备条件对负载催化剂转化活性的影响机制，文章以ZrO2-Al2O3复合氧化物为载体，采用等体积浸渍法制备了Pd/ZrO2-Al2O3催化剂，并在连续流动固定床反应器上研究了ZrO2-Al2O3复合氧化物的制备对催化剂低温CH4氧化活性的影响。结果表明：制备方法中，相比于浸渍法和胶溶法，沉淀法更能提高催化剂活性；锆源、铝源优选中，以Zr(NO3)4为锆源、拟薄水铝石为铝源时能获得较高的催化活性；组分配比中，以w (ZrO2): w (Al2O3)=10:90的催化活性最高。XRD、低温N2吸附、CO脉冲吸附的结构表征表明，ZrO2-Al2O3复合氧化物的大的比表面积、孔容、孔径是促进贵金属Pd分散，提升催化剂低温CH4转化活性的关键因素。
2020, 49(10):3510-3518.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190866
摘要:
为了改善焊接接头的性能,延长其使用寿命,实验采用喷丸强度为0.15A的超声喷丸处理(USSP)方式对工业纯钛TA2焊接接头进行强化。通过OM、SEM、TEM分别对TA2焊接接头各区域组织及腐蚀形貌进行观测,对不同工艺处理试样的残余应力值、表面粗糙度进行了测定,并对超声喷丸后试样表面进行热处理和表面打磨,研究了不同表面残余应力及表面粗糙度对焊接接头焊缝区域在80℃ 的10% HCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果表明,USSP强化处理纯钛焊接接头耐腐蚀性能有所提升。经退火处理后,随着退火时间的增加,耐腐蚀性能先增加后降低,退火0.5h时,自然腐蚀电位最高,电流密度最低,耐腐蚀性能最优。经表面打磨处理,腐蚀速率主要由扩散步骤控制,产生浓差极化,随着打磨强化层的增加,扩散速率加快,耐腐蚀性能有提高。打磨至强化层2/5处时,耐腐蚀性能提升明显。
为了改善焊接接头的性能,延长其使用寿命,实验采用喷丸强度为0.15A的超声喷丸处理(USSP)方式对工业纯钛TA2焊接接头进行强化。通过OM、SEM、TEM分别对TA2焊接接头各区域组织及腐蚀形貌进行观测,对不同工艺处理试样的残余应力值、表面粗糙度进行了测定,并对超声喷丸后试样表面进行热处理和表面打磨,研究了不同表面残余应力及表面粗糙度对焊接接头焊缝区域在80℃ 的10% HCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果表明,USSP强化处理纯钛焊接接头耐腐蚀性能有所提升。经退火处理后,随着退火时间的增加,耐腐蚀性能先增加后降低,退火0.5h时,自然腐蚀电位最高,电流密度最低,耐腐蚀性能最优。经表面打磨处理,腐蚀速率主要由扩散步骤控制,产生浓差极化,随着打磨强化层的增加,扩散速率加快,耐腐蚀性能有提高。打磨至强化层2/5处时,耐腐蚀性能提升明显。
2020, 49(10):3519-3527.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190870
摘要:
采用不连续增重法,对喷丸状态与非喷丸状态GH3535合金900℃恒温氧化行为进行了对比研究。结果表明,900℃下,喷丸强度0.45Nmm样品与未喷丸样品相比,氧化增重降低了79.7%。未喷丸GH3535合金表面氧化产物为NiCr2O4，MoO2，NiMoO4，喷丸状态下氧化膜主要由NiO、NiFe2O4、Cr2O3和NiCr2O4组成。喷丸处理后GH3535合金表面产生塑性变形使晶粒细化,位错密度增加,在合金表层塑性变形区域的位错及晶界充当了Cr原子的快速扩散路径,增加了Cr原子扩散通量,促进Cr向表面扩散形成富Cr氧化物,使得Cr2O3层的更快形成,减少了瞬态氧化期。
采用不连续增重法,对喷丸状态与非喷丸状态GH3535合金900℃恒温氧化行为进行了对比研究。结果表明,900℃下,喷丸强度0.45Nmm样品与未喷丸样品相比,氧化增重降低了79.7%。未喷丸GH3535合金表面氧化产物为NiCr2O4，MoO2，NiMoO4，喷丸状态下氧化膜主要由NiO、NiFe2O4、Cr2O3和NiCr2O4组成。喷丸处理后GH3535合金表面产生塑性变形使晶粒细化,位错密度增加,在合金表层塑性变形区域的位错及晶界充当了Cr原子的快速扩散路径,增加了Cr原子扩散通量,促进Cr向表面扩散形成富Cr氧化物,使得Cr2O3层的更快形成,减少了瞬态氧化期。
2020, 49(10):3528-3535.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190874
摘要:
利用OM、SEM/EDS、XRD、拉伸及摩损等实验研究稀有元素Er对Al-Si-Fe-Co合金组织和性能的影响。研究表明，Er元素可有效细化Al-Si-Fe-Co合金的富铁第二相；当添加量为0.5wt.%时，α-Al晶粒细化，共晶硅细化效果最佳，抗拉强度160.8MPa，延伸率1.89%，相比于未添加Er的合金提高了5.3%和19.6%。但是，当过量添加Er元素时会析出针状Al3Er相，对块状富铁相变质效果弱化，并使得合金的强度和塑性降低。同时，随着合金中Er元素含量增加，合金磨损率和摩擦系数均出现了提升，当Er添加量为0.5wt.%时，其相对耐磨性能达到最佳。
利用OM、SEM/EDS、XRD、拉伸及摩损等实验研究稀有元素Er对Al-Si-Fe-Co合金组织和性能的影响。研究表明，Er元素可有效细化Al-Si-Fe-Co合金的富铁第二相；当添加量为0.5wt.%时，α-Al晶粒细化，共晶硅细化效果最佳，抗拉强度160.8MPa，延伸率1.89%，相比于未添加Er的合金提高了5.3%和19.6%。但是，当过量添加Er元素时会析出针状Al3Er相，对块状富铁相变质效果弱化，并使得合金的强度和塑性降低。同时，随着合金中Er元素含量增加，合金磨损率和摩擦系数均出现了提升，当Er添加量为0.5wt.%时，其相对耐磨性能达到最佳。
2020, 49(10):3536-3543.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190882
摘要:
为确保神经植入电极安全和长期有效的刺激/记录,柔性微电极阵列(fMEA)针对特定的植入环境,其设计和制造工艺应满足生物相容性、高分辨率、柔性和低阻抗等要求。 本文使用柔性基体聚酰亚胺提出了一种fMEA加工制造工艺方法,并探究了多种3D铂金属涂层结构在体外测试过程中性能的表现。与未修饰前的裸铂金属涂层表面相比较,3D微结构涂层在1kHz阻抗最大下降了94.77%,达到了0.824 kΩ,突破了1 kΩ的极限。而新颖的垒晶状结构涂层电极相比于其他形貌涂层电极的电荷存储容量(CSCc)提高程度最大可达6.67倍,达到13.47 mC cm-2。安全电荷注入能力相比较Pt-gray形貌的涂层电极高达19.6倍,达到了2.53 mC cm-2。因此,这种fMEA的加工制造方法将极大的提高神经刺激/记录过程中的分辨率和精准度,为生物医学植入器件的应用提供广阔的应用前景。
为确保神经植入电极安全和长期有效的刺激/记录,柔性微电极阵列(fMEA)针对特定的植入环境,其设计和制造工艺应满足生物相容性、高分辨率、柔性和低阻抗等要求。 本文使用柔性基体聚酰亚胺提出了一种fMEA加工制造工艺方法,并探究了多种3D铂金属涂层结构在体外测试过程中性能的表现。与未修饰前的裸铂金属涂层表面相比较,3D微结构涂层在1kHz阻抗最大下降了94.77%,达到了0.824 kΩ,突破了1 kΩ的极限。而新颖的垒晶状结构涂层电极相比于其他形貌涂层电极的电荷存储容量(CSCc)提高程度最大可达6.67倍,达到13.47 mC cm-2。安全电荷注入能力相比较Pt-gray形貌的涂层电极高达19.6倍,达到了2.53 mC cm-2。因此,这种fMEA的加工制造方法将极大的提高神经刺激/记录过程中的分辨率和精准度,为生物医学植入器件的应用提供广阔的应用前景。
2020, 49(10):3544-3551.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190894
摘要:
本文研究了变形温度、应变速率和变形量对挤压态ZA21镁合金的热变形行为及组织演变的影响规律,建立了热加工图,并对失稳区、安全区和最佳加工区试样进行浸泡失重和电化学试验,研究ZA21镁合金不同区域内的腐蚀行为。结果表明：在高温低应变速率时,ZA21镁合金的动态软化机制以动态回复为主,低温高应变速率时,以动态再结晶为主；最佳加工工艺温度为300~350℃、应变速率为0.001~0.01s-1,这主要与完全动态再结晶的产生有关；在同一加工工艺下,随变形量增加,ZA21镁合金自腐蚀电位明显正移,自腐蚀电流密度明显下降,当变形量增加至60%时,自腐蚀电流密度可降低3~4个数量级,这主要是因为晶粒细化导致合金表面形成了更加致密的氧化膜；但加工失稳区的微观组织存在楔形裂纹和明显孔洞,所以腐蚀速率相对较大。
本文研究了变形温度、应变速率和变形量对挤压态ZA21镁合金的热变形行为及组织演变的影响规律,建立了热加工图,并对失稳区、安全区和最佳加工区试样进行浸泡失重和电化学试验,研究ZA21镁合金不同区域内的腐蚀行为。结果表明：在高温低应变速率时,ZA21镁合金的动态软化机制以动态回复为主,低温高应变速率时,以动态再结晶为主；最佳加工工艺温度为300~350℃、应变速率为0.001~0.01s-1,这主要与完全动态再结晶的产生有关；在同一加工工艺下,随变形量增加,ZA21镁合金自腐蚀电位明显正移,自腐蚀电流密度明显下降,当变形量增加至60%时,自腐蚀电流密度可降低3~4个数量级,这主要是因为晶粒细化导致合金表面形成了更加致密的氧化膜；但加工失稳区的微观组织存在楔形裂纹和明显孔洞,所以腐蚀速率相对较大。
2020, 49(10):3552-3561.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190901
摘要:
在变形温度600～950℃,应变速率0.001～10s-1条件下,采用Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机对Ti60合金进行等温恒应变速率压缩实验。通过分析流动应力行为,计算应变速率敏感指数m和应变硬化指数n,并综合考虑加工图和变形微观组织来研究该合金的热变形行为,得到优化的工艺参数范围。研究结果表明,Ti60合金的流动应力-应变曲线在不同热力参数条件下分别呈现流动稳态型和流动软化型。应变速率敏感指数m随着变形温度升高和应变速率降低而增大。应变硬化指数n随着变形温度升高而减小；随着应变速率的增加在低应变速率(0.001～0.1s-1)区间增大,在高应变速率(1～10s-1)区间减小；随着应变的增加在高温段(800～950℃)的低应变速率(0.001～0.1s-1)区间较缓慢地减小,在高温段(800～950℃)的高应变速率(1～10s-1)区间以及低温段(600～750℃)的所有应变速率(0.001～10s-1)区间较明显地减小。Ti60合金存在两个功率耗散效率峰值区域,其对应的热力参数窗口分别为温度725～875℃,应变速率≤0.003s-1和温度875～938℃,应变速率≤0.04s-1。从流动应力行为、应变速率敏感指数m、应变硬化指数n以及加工图综合考虑,Ti60合金的最佳热加工工艺参数为：温度800～875℃,应变速率0.001～0.003s-1,或温度875～938℃,应变速率0.001～0.04s-1。
在变形温度600～950℃,应变速率0.001～10s-1条件下,采用Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机对Ti60合金进行等温恒应变速率压缩实验。通过分析流动应力行为,计算应变速率敏感指数m和应变硬化指数n,并综合考虑加工图和变形微观组织来研究该合金的热变形行为,得到优化的工艺参数范围。研究结果表明,Ti60合金的流动应力-应变曲线在不同热力参数条件下分别呈现流动稳态型和流动软化型。应变速率敏感指数m随着变形温度升高和应变速率降低而增大。应变硬化指数n随着变形温度升高而减小；随着应变速率的增加在低应变速率(0.001～0.1s-1)区间增大,在高应变速率(1～10s-1)区间减小；随着应变的增加在高温段(800～950℃)的低应变速率(0.001～0.1s-1)区间较缓慢地减小,在高温段(800～950℃)的高应变速率(1～10s-1)区间以及低温段(600～750℃)的所有应变速率(0.001～10s-1)区间较明显地减小。Ti60合金存在两个功率耗散效率峰值区域,其对应的热力参数窗口分别为温度725～875℃,应变速率≤0.003s-1和温度875～938℃,应变速率≤0.04s-1。从流动应力行为、应变速率敏感指数m、应变硬化指数n以及加工图综合考虑,Ti60合金的最佳热加工工艺参数为：温度800～875℃,应变速率0.001～0.003s-1,或温度875～938℃,应变速率0.001～0.04s-1。
2020, 49(10):3562-3568.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190909
摘要:
本文研究了(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料烧结致密化过程、烧结过程中金属陶瓷的成分、组织结构和性能的变化,初步探讨烧结工艺控制对成分、组织结构和性能的影响。研究结果表明：(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷致密化过程中,合金因烧结而引起的质量损失在液相出现前的固相烧结阶段基本结束；而1340℃以后,由于液相的出现,合金的体积收缩和密度急剧上升。烧结过程中氮含量的变化趋势与合金磁性能的变化趋势一致,金属陶瓷合金成分中氮含量的变化对合金固溶体的形成有显著的影响。在1490℃烧结温度下,(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)金属陶瓷的综合力学性能最佳,而通过合适的N2分压烧结工艺,可以实现对(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷强韧性的进一步提升。
本文研究了(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料烧结致密化过程、烧结过程中金属陶瓷的成分、组织结构和性能的变化,初步探讨烧结工艺控制对成分、组织结构和性能的影响。研究结果表明：(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷致密化过程中,合金因烧结而引起的质量损失在液相出现前的固相烧结阶段基本结束；而1340℃以后,由于液相的出现,合金的体积收缩和密度急剧上升。烧结过程中氮含量的变化趋势与合金磁性能的变化趋势一致,金属陶瓷合金成分中氮含量的变化对合金固溶体的形成有显著的影响。在1490℃烧结温度下,(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)金属陶瓷的综合力学性能最佳,而通过合适的N2分压烧结工艺,可以实现对(Ti,W,Mo,Ta,Nb,Zr)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷强韧性的进一步提升。
2020, 49(10):3569-3575.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190913
摘要:
分别研究了搅拌电流及搅拌频率对2A50铝合金半固态坯料中心及边缘位置微观组织的影响规律。结果表明：无搅拌电流及搅拌频率时,坯料的微观组织主要由粗大的树枝晶组成,部分枝晶臂长度甚至超过200 μm,不能用于半固态成形。随着搅拌电流或搅拌频率的增加,中心与边缘位置的平均晶粒尺寸均不断减小并在搅拌电流超过30A或搅拌频率超过30Hz时略有增加；中心与边缘位置的形状因子都不断增加并逐渐趋于平缓,但当搅拌电流为40A或搅拌频率为40Hz时略有下降；同时,中心与边缘位置微观组织的均匀性越来越好。在搅拌电流30A、搅拌频率30Hz条件下,能够制备出平均晶粒尺寸和形状因子分别为75.6 μm及0.73的具有理想微观组织的半固态坯料。
分别研究了搅拌电流及搅拌频率对2A50铝合金半固态坯料中心及边缘位置微观组织的影响规律。结果表明：无搅拌电流及搅拌频率时,坯料的微观组织主要由粗大的树枝晶组成,部分枝晶臂长度甚至超过200 μm,不能用于半固态成形。随着搅拌电流或搅拌频率的增加,中心与边缘位置的平均晶粒尺寸均不断减小并在搅拌电流超过30A或搅拌频率超过30Hz时略有增加；中心与边缘位置的形状因子都不断增加并逐渐趋于平缓,但当搅拌电流为40A或搅拌频率为40Hz时略有下降；同时,中心与边缘位置微观组织的均匀性越来越好。在搅拌电流30A、搅拌频率30Hz条件下,能够制备出平均晶粒尺寸和形状因子分别为75.6 μm及0.73的具有理想微观组织的半固态坯料。
2020, 49(10):3576-3581.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190924
摘要:
镁合金作为新型可降解医用金属材料,在血管支架领域具有广阔的应用前景。由于镁合金晶体结构为密排六方结构,塑性变形能力差,导致镁合金微细管制备困难。本文针对作者开发的新型可降解Mg-4Zn-0.2Mn-0.2Ca镁合金,采用热挤压-拉拔复合工艺成功制备出外径3.1～3.6 mm、壁厚0.25～0.4 mm的微细管。针对外径3.6 mm,壁厚0.4 mm微细管组织演变及机械性能开展的研究结果表明：微细管材的塑性变形经过了滑移、孪生及再结晶等过程,并产生了显著的加工硬化现象；管材的抗拉强度为427.3 MPa,屈服强度为383.4 MPa,伸长率为5.2%；经300 ℃,30 min的退火处理,管材组织变得相对均匀,强度有所降低,但伸长率增加到18.0%,有利于后期支架的精密加工。
镁合金作为新型可降解医用金属材料,在血管支架领域具有广阔的应用前景。由于镁合金晶体结构为密排六方结构,塑性变形能力差,导致镁合金微细管制备困难。本文针对作者开发的新型可降解Mg-4Zn-0.2Mn-0.2Ca镁合金,采用热挤压-拉拔复合工艺成功制备出外径3.1～3.6 mm、壁厚0.25～0.4 mm的微细管。针对外径3.6 mm,壁厚0.4 mm微细管组织演变及机械性能开展的研究结果表明：微细管材的塑性变形经过了滑移、孪生及再结晶等过程,并产生了显著的加工硬化现象；管材的抗拉强度为427.3 MPa,屈服强度为383.4 MPa,伸长率为5.2%；经300 ℃,30 min的退火处理,管材组织变得相对均匀,强度有所降低,但伸长率增加到18.0%,有利于后期支架的精密加工。
2020, 49(10):3582-3589.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190930
摘要:
采用铸造法制备6种Al-Mg-Ga-Sn合金。研究该类合金在模拟海水(3.5%NaCl)溶液中,30℃、50℃、70℃和90℃下的产氢行为,定量分析产氢速率、产氢量、能量密度和转化率。从组织结构和电化学角度进行了定性分析。采用XRD结合SEM分析发现：Al-Mg-Ga-Sn合金主要组成相与Al/Ga比值有关,Al/Ga＝17/1合金有Alss、Mg2Sn；Al/Ga≤14/1合金有Alss、Mg2Sn和Ga5Mg2；Al-Mg-Ga-Sn合金/海水反应产物除NaCl外,30℃～70℃时产物为Alss、Mg2Sn和Al(OH)3；90℃时产物为Alss和AlO(OH)。室温下,Al-Mg-Ga-Sn合金在3.5%NaCl溶液中的极化电阻随Al/Ga比值增大逐渐增大；且腐蚀电流与组织结构相关。在90℃,Al/Ga=8/1时,产氢速率19.36mL/(min?g),产氢量1.156×103mL/g,能量密度3.515×1010J/m3,转换率达97.6％。
采用铸造法制备6种Al-Mg-Ga-Sn合金。研究该类合金在模拟海水(3.5%NaCl)溶液中,30℃、50℃、70℃和90℃下的产氢行为,定量分析产氢速率、产氢量、能量密度和转化率。从组织结构和电化学角度进行了定性分析。采用XRD结合SEM分析发现：Al-Mg-Ga-Sn合金主要组成相与Al/Ga比值有关,Al/Ga＝17/1合金有Alss、Mg2Sn；Al/Ga≤14/1合金有Alss、Mg2Sn和Ga5Mg2；Al-Mg-Ga-Sn合金/海水反应产物除NaCl外,30℃～70℃时产物为Alss、Mg2Sn和Al(OH)3；90℃时产物为Alss和AlO(OH)。室温下,Al-Mg-Ga-Sn合金在3.5%NaCl溶液中的极化电阻随Al/Ga比值增大逐渐增大；且腐蚀电流与组织结构相关。在90℃,Al/Ga=8/1时,产氢速率19.36mL/(min?g),产氢量1.156×103mL/g,能量密度3.515×1010J/m3,转换率达97.6％。
2020, 49(10):3590-3596.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190941
摘要:
为诠释柱状晶贵金属兼具优良超细丝加工性能及高电阻率的原因,采用水平连铸、水冷铜模铸造及石墨模铸造,分别获得了具有20 μm×60 μm的柱状晶、10 μm的等轴晶、以及5 μm的表面细晶+长径比约为3的柱状晶+30 μm的芯部等轴晶三晶区的三种Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材,研究了晶粒形态、尺寸对Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材超细丝加工性能及电阻率的影响。结果表明：与等轴晶和三晶区Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材相比,柱状晶棒材由于其较低的位错密度(1.78×1015 m-2)及显微硬度变化率(33.3%)、铸态断口无解理台阶,表现了出最低的加工硬化率,且铸态轴向抗拉强度高达384.6 MPa,可实现100 m以上、直径0.05 mm超细丝高效不断丝加工；加工态及退火态的柱状晶Ag-28Cu-0.75Ni合金超细丝均表现出了较高的电阻率,经两次连续退火后电阻率高达3.68 μΩ.cm,与其较低的位错密度及加工硬化率有关。
为诠释柱状晶贵金属兼具优良超细丝加工性能及高电阻率的原因,采用水平连铸、水冷铜模铸造及石墨模铸造,分别获得了具有20 μm×60 μm的柱状晶、10 μm的等轴晶、以及5 μm的表面细晶+长径比约为3的柱状晶+30 μm的芯部等轴晶三晶区的三种Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材,研究了晶粒形态、尺寸对Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材超细丝加工性能及电阻率的影响。结果表明：与等轴晶和三晶区Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材相比,柱状晶棒材由于其较低的位错密度(1.78×1015 m-2)及显微硬度变化率(33.3%)、铸态断口无解理台阶,表现了出最低的加工硬化率,且铸态轴向抗拉强度高达384.6 MPa,可实现100 m以上、直径0.05 mm超细丝高效不断丝加工；加工态及退火态的柱状晶Ag-28Cu-0.75Ni合金超细丝均表现出了较高的电阻率,经两次连续退火后电阻率高达3.68 μΩ.cm,与其较低的位错密度及加工硬化率有关。
2020, 49(10):3597-3603.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190943
摘要:
采用非自耗电弧熔炼方法经多次重熔制备了Ti45Al-6Nb-xCo合金(x=0, 0.5, 1, 2和4 at.%),研究了不同Co含量合金的组织结构和高温抗氧化性能。结果表明,增加合金中的Co含量能够细化α2+γ片层组织,促进合金中形成γ和B2相,并抑制α2相形成；合金中Co含量超过2 at.%会导致富Co相析出和组织粗化。1000℃空气中的恒温氧化结果表明,适量的Co合金化能够显著改善TiAl-Nb合金的高温抗氧化性能；Ti45Al-6Nb-1Co合金的氧化的抛物线速率常数约为1.36×10-2mg2/cm4h,较Ti45Al-Nb合金低约1个数量级；但Co含量超过2 at.%后,随Co含量增加,合金的氧化速率呈增加趋势。
采用非自耗电弧熔炼方法经多次重熔制备了Ti45Al-6Nb-xCo合金(x=0, 0.5, 1, 2和4 at.%),研究了不同Co含量合金的组织结构和高温抗氧化性能。结果表明,增加合金中的Co含量能够细化α2+γ片层组织,促进合金中形成γ和B2相,并抑制α2相形成；合金中Co含量超过2 at.%会导致富Co相析出和组织粗化。1000℃空气中的恒温氧化结果表明,适量的Co合金化能够显著改善TiAl-Nb合金的高温抗氧化性能；Ti45Al-6Nb-1Co合金的氧化的抛物线速率常数约为1.36×10-2mg2/cm4h,较Ti45Al-Nb合金低约1个数量级；但Co含量超过2 at.%后,随Co含量增加,合金的氧化速率呈增加趋势。
2020, 49(10):3604-3611.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190944
摘要:
为了研究WC含量对Ni60合金涂层耐腐蚀性能的影响规律及相关机制,向Ni60合金粉体中添加不同质量分数的WC,通过高频感应重熔和强制冷却技术,在45#钢表面制备WC添加的Ni60/WC复合定向结构涂层,采用SEM、EDS、XRD、电化学性能测试和浸泡实验等检测手段分析研究了WC颗粒增强Ni60合金的定向结构复合涂层的耐腐蚀性能及其机制。结果表明：随着WC添加量的增加,极化电阻先增大后减小,WC添加量10%时达到最大值9710.8 Ω；腐蚀电流密度先减小后增大,WC添加量10%时最小为1.34×10-6 A/cm2。WC添加量对涂层显微形貌、元素分布、物相均有影响,进而影响涂层耐蚀性能。
为了研究WC含量对Ni60合金涂层耐腐蚀性能的影响规律及相关机制,向Ni60合金粉体中添加不同质量分数的WC,通过高频感应重熔和强制冷却技术,在45#钢表面制备WC添加的Ni60/WC复合定向结构涂层,采用SEM、EDS、XRD、电化学性能测试和浸泡实验等检测手段分析研究了WC颗粒增强Ni60合金的定向结构复合涂层的耐腐蚀性能及其机制。结果表明：随着WC添加量的增加,极化电阻先增大后减小,WC添加量10%时达到最大值9710.8 Ω；腐蚀电流密度先减小后增大,WC添加量10%时最小为1.34×10-6 A/cm2。WC添加量对涂层显微形貌、元素分布、物相均有影响,进而影响涂层耐蚀性能。
2020, 49(10):3612-3619.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190946
摘要:
利用炭原位合成制备了Bi2O3、In2O3两种不同的析氢抑制剂/剑麻纤维基碳复合材料，利用XRD, SEM，EDS、N2吸附-脱附曲线等方法对碳复合材料进行表征。SEM和XRD结果表明复合材料均结晶程度较好，剑麻纤维基碳材料表面可以观测到大量嵌入到纤维内部的析氢抑制剂微粒，且分布均匀。将制备的碳复合材料与电池辅剂进行混合，制备出铅碳电池负极材料，电化学测试结果表明In2O3/剑麻纤维基碳复合材料的负极材料具有更长的循环寿命以及更好的电化学性能，其最终容量可达到102.25 mAh/g，循环150圈后比容量占最初比容量的79.8%。
利用炭原位合成制备了Bi2O3、In2O3两种不同的析氢抑制剂/剑麻纤维基碳复合材料，利用XRD, SEM，EDS、N2吸附-脱附曲线等方法对碳复合材料进行表征。SEM和XRD结果表明复合材料均结晶程度较好，剑麻纤维基碳材料表面可以观测到大量嵌入到纤维内部的析氢抑制剂微粒，且分布均匀。将制备的碳复合材料与电池辅剂进行混合，制备出铅碳电池负极材料，电化学测试结果表明In2O3/剑麻纤维基碳复合材料的负极材料具有更长的循环寿命以及更好的电化学性能，其最终容量可达到102.25 mAh/g，循环150圈后比容量占最初比容量的79.8%。
2020, 49(10):3620-3626.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190947
摘要:
Ir-13W-6Al(at.%)合金是一种由γ＇-Ir3(Al,W)相强化型铱基超高温合金,在航空航天极端环境下展现出良好的应用前景。本文在Ir-13W-6Al三元合金基础上,分别添加2,5和8 at.%的Ta元素,研究其对γ+γ＇双相铱基合金显微组织结构、γ＇强化相数量、析出相形貌、高低温力学性能以及压缩断裂特征的影响。结果表明：γ＇相的体积分数随着Ta含量增加而增大；添加Ta元素后合金的维氏硬度以及纳米硬度均高于三元Ir-13W-6Al合金；1300 ℃下合金抗压强度随Ta含量的增多而提高,强度的提高可归因于γ＇-Ir3(Al,W)强化相的析出和Ta元素的固溶强化作用。Ta元素的添加有效地改善了Ir-13W-6Al三元合金体系的室温、高温力学性能,为发展超耐温高性能γ+γ＇双相铱基合金的成分设计和结构优化提供了实验基础和理论依据。
Ir-13W-6Al(at.%)合金是一种由γ＇-Ir3(Al,W)相强化型铱基超高温合金,在航空航天极端环境下展现出良好的应用前景。本文在Ir-13W-6Al三元合金基础上,分别添加2,5和8 at.%的Ta元素,研究其对γ+γ＇双相铱基合金显微组织结构、γ＇强化相数量、析出相形貌、高低温力学性能以及压缩断裂特征的影响。结果表明：γ＇相的体积分数随着Ta含量增加而增大；添加Ta元素后合金的维氏硬度以及纳米硬度均高于三元Ir-13W-6Al合金；1300 ℃下合金抗压强度随Ta含量的增多而提高,强度的提高可归因于γ＇-Ir3(Al,W)强化相的析出和Ta元素的固溶强化作用。Ta元素的添加有效地改善了Ir-13W-6Al三元合金体系的室温、高温力学性能,为发展超耐温高性能γ+γ＇双相铱基合金的成分设计和结构优化提供了实验基础和理论依据。
2020, 49(10):3627-3632.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190951
摘要:
钼合金的制备过程广泛采用原料粉末混匀、坯料压制、烧结成型的粉末冶金方法，因此原料粉末混合的均匀程度、纯度、粉末粒径和形貌对钼合金制品的性能有重要影响。本文采用溶液喷雾干燥法制备前驱体粉末，再将前驱体粉末在氢气气氛下进行高温还原制备钼钨合金粉和钼钌镍复合粉，研究了喷雾干燥工艺参数（溶液浓度、进料速度、干燥温度等）和还原热处理工艺参数（还原气氛、温度、时间等）对钼合金微粉粒径、成分和形貌的影响，此外还分析了钼钨合金化和钼钌镍复合粉钎焊性能。结果表明，采用溶液喷雾干燥结合还原热处理工艺，可获得粒径0.5~3μm的球形钼钨固溶体合金粉和0.5~2μm的球形钼钌镍复合粉，且钼钌镍复合粉在钼板上钎焊时具有优异的润湿性。
钼合金的制备过程广泛采用原料粉末混匀、坯料压制、烧结成型的粉末冶金方法，因此原料粉末混合的均匀程度、纯度、粉末粒径和形貌对钼合金制品的性能有重要影响。本文采用溶液喷雾干燥法制备前驱体粉末，再将前驱体粉末在氢气气氛下进行高温还原制备钼钨合金粉和钼钌镍复合粉，研究了喷雾干燥工艺参数（溶液浓度、进料速度、干燥温度等）和还原热处理工艺参数（还原气氛、温度、时间等）对钼合金微粉粒径、成分和形貌的影响，此外还分析了钼钨合金化和钼钌镍复合粉钎焊性能。结果表明，采用溶液喷雾干燥结合还原热处理工艺，可获得粒径0.5~3μm的球形钼钨固溶体合金粉和0.5~2μm的球形钼钌镍复合粉，且钼钌镍复合粉在钼板上钎焊时具有优异的润湿性。
2020, 49(10):3633-3645.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190857
摘要:
高熵合金是一种多主元合金, 相比于传统单一主元合金具有不同的变形机制和强韧化机制。现有的研究结果表明,高熵合金的强韧化潜力明显优于传统合金,是一种极具应用前景的新型结构材料。本文综述了近年来高熵合金在强化机制领域的研究进展,对高熵合金的多种强化机制进行了讨论分析,并指出了影响高熵合金强化的因素,最后给出了高熵合金强韧化研究的方向。
高熵合金是一种多主元合金, 相比于传统单一主元合金具有不同的变形机制和强韧化机制。现有的研究结果表明,高熵合金的强韧化潜力明显优于传统合金,是一种极具应用前景的新型结构材料。本文综述了近年来高熵合金在强化机制领域的研究进展,对高熵合金的多种强化机制进行了讨论分析,并指出了影响高熵合金强化的因素,最后给出了高熵合金强韧化研究的方向。
2020, 49(10):3646-3652.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190881
摘要:
热障涂层是先进航空发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术,随着发动机服役温度的不断提高,一种主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)的环境沉积物对叶片的危害日益严重,不仅堵塞叶片表面气膜冷却孔,影响叶片冷效,而且导致热障涂层早期剥落失效,服役寿命大幅度降低。高温熔融CMAS在涂层表面的附着过程及防护方法是目前热障涂层研究领域的热点和难点。本文针对新型的等离子蒸发沉积技术,梳理了近年来国内外学者在热障涂层抗CMAS附着、渗入和腐蚀方面的最新研究成果,指出了涂层抗CMAS侵蚀研究的发展方向。
热障涂层是先进航空发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术,随着发动机服役温度的不断提高,一种主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)的环境沉积物对叶片的危害日益严重,不仅堵塞叶片表面气膜冷却孔,影响叶片冷效,而且导致热障涂层早期剥落失效,服役寿命大幅度降低。高温熔融CMAS在涂层表面的附着过程及防护方法是目前热障涂层研究领域的热点和难点。本文针对新型的等离子蒸发沉积技术,梳理了近年来国内外学者在热障涂层抗CMAS附着、渗入和腐蚀方面的最新研究成果,指出了涂层抗CMAS侵蚀研究的发展方向。
