2020年第49卷第11期文章目次
2020, 49(11):3653-3661.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200136
摘要:
本文借助Gleeble-3800热模拟试验机系统地研究了铸态粗晶Ti-5553合金在温度700 ℃~1100 ℃、应变速率为0.001 s-1~10 s-1条件下的高温变形行为。研究结果表明合金的流变应力对变形温度和速率都有强敏感性,流变软化过程也随变形参数的改变呈现出不同的模式。通过经典的动力学模型,建立了合金高温变形的本构关系和激活能分布图,进一步基于动态材料模型构建了合金的热加工图并实现了对不同加工区间变形机制的识别。合金在低温区(700 ℃)和高速率区( 1 s-1)均展现出失稳变形的特征,包括外部开裂、绝热剪切带、局部流变等机制,在实际加工中应对这些加工区域进行规避。合金在800 ℃及中低速率( 0.1 s-1)变形下的主导机制为α相的动态析出,在中高温(900 ℃-1100 ℃)及中低速率变形下的主导机制为动态回复与动态再结晶的结合。此外,合金在高温较低应变速率(1100 ℃/0.01 s-1)条件的变形中表现出大范围动态再结晶的行为特点并伴随稳定的流变软化,因此此条件附近的参数区间被认定为该合金的最优加工窗口,应在实际加工中给予优先考虑。
本文借助Gleeble-3800热模拟试验机系统地研究了铸态粗晶Ti-5553合金在温度700 ℃~1100 ℃、应变速率为0.001 s-1~10 s-1条件下的高温变形行为。研究结果表明合金的流变应力对变形温度和速率都有强敏感性,流变软化过程也随变形参数的改变呈现出不同的模式。通过经典的动力学模型,建立了合金高温变形的本构关系和激活能分布图,进一步基于动态材料模型构建了合金的热加工图并实现了对不同加工区间变形机制的识别。合金在低温区(700 ℃)和高速率区( 1 s-1)均展现出失稳变形的特征,包括外部开裂、绝热剪切带、局部流变等机制,在实际加工中应对这些加工区域进行规避。合金在800 ℃及中低速率( 0.1 s-1)变形下的主导机制为α相的动态析出,在中高温(900 ℃-1100 ℃)及中低速率变形下的主导机制为动态回复与动态再结晶的结合。此外,合金在高温较低应变速率(1100 ℃/0.01 s-1)条件的变形中表现出大范围动态再结晶的行为特点并伴随稳定的流变软化,因此此条件附近的参数区间被认定为该合金的最优加工窗口,应在实际加工中给予优先考虑。
2020, 49(11):3662-3668.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190848
摘要:
本文基本真实组织图像建立了Ti-6Al-4V合金的微观力学有限元模型,考虑合金双相特征研究了室温单轴拉伸时的微观变形行为。结果表明：外部加载力主要由较硬的β转变组织承担,而塑性变形主要由较软的初生α相承担,即便在相同相内部,不同位置的应力和应变也存在差异。随宏观应变增大,初生α相与β转变组织的应变比、β转变组织与初生α相的应力比首先基本保持不变,而后迅速增大,最后保持稳定。初生α相的体积分数和晶粒尺寸对组成相内部的应变和应力分布有显著影响,随体积分数增大或晶粒尺寸减小,应变比和应力比分别增大和减小。
本文基本真实组织图像建立了Ti-6Al-4V合金的微观力学有限元模型,考虑合金双相特征研究了室温单轴拉伸时的微观变形行为。结果表明：外部加载力主要由较硬的β转变组织承担,而塑性变形主要由较软的初生α相承担,即便在相同相内部,不同位置的应力和应变也存在差异。随宏观应变增大,初生α相与β转变组织的应变比、β转变组织与初生α相的应力比首先基本保持不变,而后迅速增大,最后保持稳定。初生α相的体积分数和晶粒尺寸对组成相内部的应变和应力分布有显著影响,随体积分数增大或晶粒尺寸减小,应变比和应力比分别增大和减小。
2020, 49(11):3669-3675.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190632
摘要:
本研究利用电子探针成分分析和X射线衍射分析等技术建立Mo-Ti-Ru三元系的1100°C和1300°C等温截面相图,实验结果表明：(1)在1100℃等温截面相图中存在三个三相区,而1300℃等温截面相图中存在两个三相区；(2)在1100℃等温截面中,由于Ti的加入,σ-Mo5Ru3相被稳定化并形成一个小单相区；(3)在1100℃和1300℃等温截面相图中,(βTi, Mo)相均从富Mo侧一直延伸至富Ti侧,并且具有较大的固溶度。Mo-Ti-Ru三元系相平衡的测定为Ti基合金热力学数据库的建立提供基础理论信息。
本研究利用电子探针成分分析和X射线衍射分析等技术建立Mo-Ti-Ru三元系的1100°C和1300°C等温截面相图,实验结果表明：(1)在1100℃等温截面相图中存在三个三相区,而1300℃等温截面相图中存在两个三相区；(2)在1100℃等温截面中,由于Ti的加入,σ-Mo5Ru3相被稳定化并形成一个小单相区；(3)在1100℃和1300℃等温截面相图中,(βTi, Mo)相均从富Mo侧一直延伸至富Ti侧,并且具有较大的固溶度。Mo-Ti-Ru三元系相平衡的测定为Ti基合金热力学数据库的建立提供基础理论信息。
2020, 49(11):3676-3682.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200276
摘要:
本文研究了连续冷却条件下电渣重熔中TiO2对低氟CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O渣黏度的影响,并利用傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱分析水淬渣和对应结构的关系。结果表明,渣的黏度随着TiO2的增加而降低,当TiO2含量达到13.1%,随着温度从1743K, 1793K, 1843K 增加至1893K时, 对应黏度从0.067 Pa?s, 0.059 Pa?s, 0.056 Pa?s 降低到0.054 Pa?s；当温度达到1843K或之上时,TiO2的加入对降低黏度有较小的影响。随着TiO2含量从0,4.3%,8.7%增加至13.1%,黏流活化能从58.0 kJ/mol,47.7 kJ/mol,42.8 kJ/mol降低到38.6 kJ/mol。此外,红外光谱结果表明,随着TiO2的加入,渣中[AlOnF4-n]-四面体络合物和[AlO4]-四面体网状结构被解聚,但[AlO6]-八面体结构没有发现；同时,拉曼光谱分析表明,TiO2加入可解聚[AlO4]-四面体网状结构中Al-O-Al键, 并且Q4单元转化为Q2单元,同时形成O-Ti-O和Ti-O-Ti键。这些结果都表明TiO2可降低渣的聚合度,并且有利于渣的结构简单化。最终,黏度变化与渣的对应结构有很好的一致性。
本文研究了连续冷却条件下电渣重熔中TiO2对低氟CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O渣黏度的影响,并利用傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱分析水淬渣和对应结构的关系。结果表明,渣的黏度随着TiO2的增加而降低,当TiO2含量达到13.1%,随着温度从1743K, 1793K, 1843K 增加至1893K时, 对应黏度从0.067 Pa?s, 0.059 Pa?s, 0.056 Pa?s 降低到0.054 Pa?s；当温度达到1843K或之上时,TiO2的加入对降低黏度有较小的影响。随着TiO2含量从0,4.3%,8.7%增加至13.1%,黏流活化能从58.0 kJ/mol,47.7 kJ/mol,42.8 kJ/mol降低到38.6 kJ/mol。此外,红外光谱结果表明,随着TiO2的加入,渣中[AlOnF4-n]-四面体络合物和[AlO4]-四面体网状结构被解聚,但[AlO6]-八面体结构没有发现；同时,拉曼光谱分析表明,TiO2加入可解聚[AlO4]-四面体网状结构中Al-O-Al键, 并且Q4单元转化为Q2单元,同时形成O-Ti-O和Ti-O-Ti键。这些结果都表明TiO2可降低渣的聚合度,并且有利于渣的结构简单化。最终,黏度变化与渣的对应结构有很好的一致性。
2020, 49(11):3683-3691.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200007
摘要:
本文研究了不同形变热处理工艺参数对冷轧态镍基高温合金中晶界特征分布演变的影响。结果表明，在退火处理过程中，生长事故模型是静态再结晶(SRX)晶粒中新Σ3晶界形成的主要机制。随着退火时间和退火温度的增加，晶界迁移时间延长，晶界迁移速度加快，从而增加了生长事故的发生频率，促进了Σ3晶界的形成。此外，随着应变的增加，Σ3晶界的比例先减小后增大。在冷轧变形量为0.1和0.7时，Σ3晶界的比例均可达到60%左右，这与大晶粒团簇的形成密切相关。此外，本文还详细分析了不同工艺参数下，Σ1晶界、共格Σ3晶界、非共格Σ3晶界、Σ9晶界、Σ27晶界和随机晶界的演变规律。
本文研究了不同形变热处理工艺参数对冷轧态镍基高温合金中晶界特征分布演变的影响。结果表明，在退火处理过程中，生长事故模型是静态再结晶(SRX)晶粒中新Σ3晶界形成的主要机制。随着退火时间和退火温度的增加，晶界迁移时间延长，晶界迁移速度加快，从而增加了生长事故的发生频率，促进了Σ3晶界的形成。此外，随着应变的增加，Σ3晶界的比例先减小后增大。在冷轧变形量为0.1和0.7时，Σ3晶界的比例均可达到60%左右，这与大晶粒团簇的形成密切相关。此外，本文还详细分析了不同工艺参数下，Σ1晶界、共格Σ3晶界、非共格Σ3晶界、Σ9晶界、Σ27晶界和随机晶界的演变规律。
2020, 49(11):3692-3701.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191011
摘要:
文主要是研究温轧对双辊铸轧6061铝合金板材进行处理,观察不同温轧温度及累积压下量对铸轧板材的影响。采用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),显微硬度仪和万能拉伸机等设备,观察了铸轧板材及温轧板材的显微组织,获得了材料的硬度、强度和延伸率等力学性能。研究表明,铸轧6061合金中主要含有耐热相Al0.7Fe3Si0.3、Al9Fe0.84Mn2.16Si及少量强化相Mg2Si。合金中第二相随温轧道次的递增逐渐由网格状、片状转变为沿轧制方向的线条状,最终变为细小的颗粒状。经过温轧后,产生新的析出相Al0.5Fe3Si0.5且Mg2Si析出相增多。铸轧板材温轧后,硬度随压下量的增大呈线性递增,且当温轧温度为370℃时,硬度曲线斜率最大为2.42114。此时细小的AlFeSi类析出相及Mg2Si强化相均匀弥散分布于合金中,板材的硬度最大,可达84.28 HV,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为209.34 MPa、79.09 MPa和20.11％。
文主要是研究温轧对双辊铸轧6061铝合金板材进行处理,观察不同温轧温度及累积压下量对铸轧板材的影响。采用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),显微硬度仪和万能拉伸机等设备,观察了铸轧板材及温轧板材的显微组织,获得了材料的硬度、强度和延伸率等力学性能。研究表明,铸轧6061合金中主要含有耐热相Al0.7Fe3Si0.3、Al9Fe0.84Mn2.16Si及少量强化相Mg2Si。合金中第二相随温轧道次的递增逐渐由网格状、片状转变为沿轧制方向的线条状,最终变为细小的颗粒状。经过温轧后,产生新的析出相Al0.5Fe3Si0.5且Mg2Si析出相增多。铸轧板材温轧后,硬度随压下量的增大呈线性递增,且当温轧温度为370℃时,硬度曲线斜率最大为2.42114。此时细小的AlFeSi类析出相及Mg2Si强化相均匀弥散分布于合金中,板材的硬度最大,可达84.28 HV,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为209.34 MPa、79.09 MPa和20.11％。
2020, 49(11):3702-3708.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191065
摘要:
本文采用放电等离子烧结→热轧制方法制备了颗粒含量为1～7%的钨颗粒增强铝基复合材料,研究钨颗粒含量对复合材料的微观组织、机械性能和导电性能的影响。研究结果表明：钨颗粒均匀的分布在基体铝合金当中,W/Al界面之间达到了冶金结合,在界面处存在元素扩散和WAl12金属间化合物的生成。在复合材料中,随着钨颗粒含量的增加,复合材料的致密度和韧性降低而拉伸强度呈现先升高后降低的趋势。其中,1和3 vol.% W/Al复合材料的拉伸强度和断裂韧性分别为192.85 MPa (16.84%) 和315.18 MPa (11.93%)。此外,W/Al复合材料具有良好的电导率,W颗粒的含量对复合材料的影响较小。
本文采用放电等离子烧结→热轧制方法制备了颗粒含量为1～7%的钨颗粒增强铝基复合材料,研究钨颗粒含量对复合材料的微观组织、机械性能和导电性能的影响。研究结果表明：钨颗粒均匀的分布在基体铝合金当中,W/Al界面之间达到了冶金结合,在界面处存在元素扩散和WAl12金属间化合物的生成。在复合材料中,随着钨颗粒含量的增加,复合材料的致密度和韧性降低而拉伸强度呈现先升高后降低的趋势。其中,1和3 vol.% W/Al复合材料的拉伸强度和断裂韧性分别为192.85 MPa (16.84%) 和315.18 MPa (11.93%)。此外,W/Al复合材料具有良好的电导率,W颗粒的含量对复合材料的影响较小。
2020, 49(11):3709-3717.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190858
摘要:
结合Mg-Gd-Y体系热、动力学模型,首次考虑冷却速率,建立了Mg-Gd-Y三元镁合金的相场模型。应用该模型模拟了GW103(Mg-1.69mol%Gd-1.32mol%Y)合金在不同冷却速率下的凝固组织微观形貌和成分分布。采用重力铸造法制备GW103合金并对其进行实验表征以验证相场模型。结果表明,GW103合金呈不发达枝晶形貌且一次枝晶臂具六次对称性,二次枝晶臂呈突起状且无更高次枝晶臂。在多晶粒相场模拟中,随着冷却速率的增加GW103微观组织细化,晶粒尺寸减小、一次枝晶臂变细、二次枝晶臂数目减少。较高的冷却速率加剧了Gd和Y在枝晶间的溶质富集现象,令成分分布更不均匀。
结合Mg-Gd-Y体系热、动力学模型,首次考虑冷却速率,建立了Mg-Gd-Y三元镁合金的相场模型。应用该模型模拟了GW103(Mg-1.69mol%Gd-1.32mol%Y)合金在不同冷却速率下的凝固组织微观形貌和成分分布。采用重力铸造法制备GW103合金并对其进行实验表征以验证相场模型。结果表明,GW103合金呈不发达枝晶形貌且一次枝晶臂具六次对称性,二次枝晶臂呈突起状且无更高次枝晶臂。在多晶粒相场模拟中,随着冷却速率的增加GW103微观组织细化,晶粒尺寸减小、一次枝晶臂变细、二次枝晶臂数目减少。较高的冷却速率加剧了Gd和Y在枝晶间的溶质富集现象,令成分分布更不均匀。
2020, 49(11):3718-3723.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190878
摘要:
本文对连续流变轧制AZ91合金在热处理过程中的组织和力学性能演化进行了研究。热处理后两种析出相在基体中出现：一种是晶界处的非连续析出相,另一种是从过饱和基体中析出的小尺寸连续析出相。随着时效温度升高,原子扩散速度也随之提高,导致更多的析出相生成和长大。合金的维氏硬度和拉伸强度峰值在16小时时效后出现,而合金的延伸率随着时效时间的延长和时效温度的提高呈下降趋势。经过对实验结果的分析,适合提升合金综合力学性能的热处理制度为415°C固溶20小时加220°C时效16小时。经热处理后得到的维氏硬度、拉伸强度和延伸率分别为：99 HV,251 MPa和4.5%,各项性能均显著优于流变轧制态合金。相对于传统成型手段,流变轧制加热处理方法成型的AZ91合金展现了优异且均衡的综合力学性能。
本文对连续流变轧制AZ91合金在热处理过程中的组织和力学性能演化进行了研究。热处理后两种析出相在基体中出现：一种是晶界处的非连续析出相,另一种是从过饱和基体中析出的小尺寸连续析出相。随着时效温度升高,原子扩散速度也随之提高,导致更多的析出相生成和长大。合金的维氏硬度和拉伸强度峰值在16小时时效后出现,而合金的延伸率随着时效时间的延长和时效温度的提高呈下降趋势。经过对实验结果的分析,适合提升合金综合力学性能的热处理制度为415°C固溶20小时加220°C时效16小时。经热处理后得到的维氏硬度、拉伸强度和延伸率分别为：99 HV,251 MPa和4.5%,各项性能均显著优于流变轧制态合金。相对于传统成型手段,流变轧制加热处理方法成型的AZ91合金展现了优异且均衡的综合力学性能。
2020, 49(11):3724-3733.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190873
摘要:
采用数值模拟技术和实验研究,分析了不同工艺参数对镁合金薄板单向异步轧制产品性能的影响规律。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件完成了数值模拟,进行了不同轧制条件下的单向异步轧制实验研究。利用金相显微镜观察了内部组织结构,采用拉伸试验机和显微维氏硬度仪等实验手段,检测了镁合金薄板的屈服、拉伸及硬度等物理性能。
采用数值模拟技术和实验研究,分析了不同工艺参数对镁合金薄板单向异步轧制产品性能的影响规律。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件完成了数值模拟,进行了不同轧制条件下的单向异步轧制实验研究。利用金相显微镜观察了内部组织结构,采用拉伸试验机和显微维氏硬度仪等实验手段,检测了镁合金薄板的屈服、拉伸及硬度等物理性能。
2020, 49(11):3734-3740.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190879
摘要:
采用电化学氢渗透、慢应变速率拉伸（SSRT）实验和体视显微镜、SEM观察断口形貌的方法进行探究80SS低合金油管钢在饱和CO2模拟采出水环境中，氢对氢渗透和应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明，随着溶液H+浓度增大，酸性的增加，氢渗透参数i^∞、D和"C" _"0" ^"H" 均会增大，有助于氢原子的扩散行为；在拉应力和氢原子的协同作用下，与空拉对比，80SS低合金钢的断裂时间减少了近50%，发生了由韧性断裂到脆性断裂的变化，随着溶液氢浓度的增大，对钢材引起的力学损伤增强，应力腐蚀敏感性增大；80SS钢在含饱和CO2采出水介质中拉伸时，预充氢前后的指数Iδ由3.16增大到8.49，预充氢加大了试样的应力腐蚀开裂敏感性；在含1% HAc的饱和CO2采出水中拉伸时，预充氢前的微观形貌呈现出河流花样，出现准解理断裂特征，而预充氢后的80SS钢纤维区分布有不连续裂纹和小孔状结构，与预充氢前的相比，预充氢增加了钢的塑性性能，降低了钢材的应力腐蚀开裂敏感性。
采用电化学氢渗透、慢应变速率拉伸（SSRT）实验和体视显微镜、SEM观察断口形貌的方法进行探究80SS低合金油管钢在饱和CO2模拟采出水环境中，氢对氢渗透和应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明，随着溶液H+浓度增大，酸性的增加，氢渗透参数i^∞、D和"C" _"0" ^"H" 均会增大，有助于氢原子的扩散行为；在拉应力和氢原子的协同作用下，与空拉对比，80SS低合金钢的断裂时间减少了近50%，发生了由韧性断裂到脆性断裂的变化，随着溶液氢浓度的增大，对钢材引起的力学损伤增强，应力腐蚀敏感性增大；80SS钢在含饱和CO2采出水介质中拉伸时，预充氢前后的指数Iδ由3.16增大到8.49，预充氢加大了试样的应力腐蚀开裂敏感性；在含1% HAc的饱和CO2采出水中拉伸时，预充氢前的微观形貌呈现出河流花样，出现准解理断裂特征，而预充氢后的80SS钢纤维区分布有不连续裂纹和小孔状结构，与预充氢前的相比，预充氢增加了钢的塑性性能，降低了钢材的应力腐蚀开裂敏感性。
2020, 49(11):3741-3747.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190896
摘要:
本实验通过挤压浸渗工艺成功制备了SiC泡沫陶瓷增强ZL205A铝合金复合材料,并研究了不同孔隙率的泡沫陶瓷增强相对复合材料性能的影响。通过微观结构分析,制备的复合材料两相间结合紧密,没有裂纹及其他缺陷产生。多孔陶瓷作为增强相可以有效地细化ZL205A合金的晶粒,多孔陶瓷孔隙率的降低,孔结构越小,合金晶粒越细小。对制备的复合材料进行力学性能测试,复合材料的硬度和抗弯强度最高能够达到127.6HV和415MPa。对制备的复合材料进行摩擦磨损测试,结果表明,连续陶瓷相的存在将铝基体严重的粘着磨损和剥落磨损转变为较轻的磨粒磨损,极大提升了复合材料的摩擦磨损性能,为其用于耐磨领域提供了理论依据。
本实验通过挤压浸渗工艺成功制备了SiC泡沫陶瓷增强ZL205A铝合金复合材料,并研究了不同孔隙率的泡沫陶瓷增强相对复合材料性能的影响。通过微观结构分析,制备的复合材料两相间结合紧密,没有裂纹及其他缺陷产生。多孔陶瓷作为增强相可以有效地细化ZL205A合金的晶粒,多孔陶瓷孔隙率的降低,孔结构越小,合金晶粒越细小。对制备的复合材料进行力学性能测试,复合材料的硬度和抗弯强度最高能够达到127.6HV和415MPa。对制备的复合材料进行摩擦磨损测试,结果表明,连续陶瓷相的存在将铝基体严重的粘着磨损和剥落磨损转变为较轻的磨粒磨损,极大提升了复合材料的摩擦磨损性能,为其用于耐磨领域提供了理论依据。
2020, 49(11):3748-3760.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190104
摘要:
通过溶胶-凝胶旋涂方法将ZrO2膜沉积在304不锈钢基底上。采用电化学测试技术和往复磨损试验装置研究了不同NaCl溶液中薄膜的电化学腐蚀和摩擦腐蚀特性。结果表明，涂膜试样的抗腐蚀和摩擦腐蚀性能比裸露的基材要好。在NaCl溶液中，增加溶液温度或浓度降低了ZrO2薄膜的保护作用；研究了溶液温度系数，表明涂层试样表面出现了严重的点蚀和明显的裂纹；溶液浓度系数的研究显示了样品表面的点蚀腐蚀。
通过溶胶-凝胶旋涂方法将ZrO2膜沉积在304不锈钢基底上。采用电化学测试技术和往复磨损试验装置研究了不同NaCl溶液中薄膜的电化学腐蚀和摩擦腐蚀特性。结果表明，涂膜试样的抗腐蚀和摩擦腐蚀性能比裸露的基材要好。在NaCl溶液中，增加溶液温度或浓度降低了ZrO2薄膜的保护作用；研究了溶液温度系数，表明涂层试样表面出现了严重的点蚀和明显的裂纹；溶液浓度系数的研究显示了样品表面的点蚀腐蚀。
2020, 49(11):3761-3768.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190899
摘要:
熔池中的流动是影响电子束冷床炉熔铸铸锭质量的一个非常重要因素。本工作通过建立三维非稳态模型研究电子束冷床炉熔铸钛扁锭过程中的流动及熔池形态变化，采用混合欧拉-拉格朗日算法模拟非稳态凝固过程。通过设置一系列的能量输入策略，分析了不同电子枪功率下的结晶器内的非对称流动特征、温度场及熔池形态变化。研究结果表明流动及传热共同导致了非对称熔池的形成。钛液从溢流口进入结晶器后，一部分向下流动侵蚀凝固坯壳，一部分由于不同温度下的密度差受到的浮力返回了液面。凝固坯壳被侵蚀后变薄影响对称性，返回液面的钛液改变了液面温度影响了能量吸收效率及液面温度分布。通过优化电子枪的能量输入策略，可以有效的改善熔池的对称性，避免因熔池不对称导致的熔铸缺陷的出现。
熔池中的流动是影响电子束冷床炉熔铸铸锭质量的一个非常重要因素。本工作通过建立三维非稳态模型研究电子束冷床炉熔铸钛扁锭过程中的流动及熔池形态变化，采用混合欧拉-拉格朗日算法模拟非稳态凝固过程。通过设置一系列的能量输入策略，分析了不同电子枪功率下的结晶器内的非对称流动特征、温度场及熔池形态变化。研究结果表明流动及传热共同导致了非对称熔池的形成。钛液从溢流口进入结晶器后，一部分向下流动侵蚀凝固坯壳，一部分由于不同温度下的密度差受到的浮力返回了液面。凝固坯壳被侵蚀后变薄影响对称性，返回液面的钛液改变了液面温度影响了能量吸收效率及液面温度分布。通过优化电子枪的能量输入策略，可以有效的改善熔池的对称性，避免因熔池不对称导致的熔铸缺陷的出现。
2020, 49(11):3769-3775.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190105
摘要:
Ti-6Al-4V合金(TC4)广泛应用于海洋和航空领域，其恶劣的使用环境容易引发氢脆(HE)失效而使得TC4的机械性能退化，导致突然的灾难性断裂。为了研究TC4合金的氢脆行为和机理，首先采用小冲孔试验(SPT)测试了TC4合金在不同充氢时间下的力学性能。然后利用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)技术对TC4合金在不同充氢时间下的氢分布和相转变进行了详细的研究。小冲杆试验（SPT）拟合数据显示，随着充氢时间的增加，TC4合金的强度和伸长率均发生明显的劣化，同时其宏观断口形态由韧性向脆性转变。与此同时，研究还证明了电解充氢后氢化物的生成是导致TC4合金氢脆现象产生的主要原因。本文的研究结果为在役TC4设备的氢脆性能检测提供了一种有效、简便的方法。
Ti-6Al-4V合金(TC4)广泛应用于海洋和航空领域，其恶劣的使用环境容易引发氢脆(HE)失效而使得TC4的机械性能退化，导致突然的灾难性断裂。为了研究TC4合金的氢脆行为和机理，首先采用小冲孔试验(SPT)测试了TC4合金在不同充氢时间下的力学性能。然后利用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)技术对TC4合金在不同充氢时间下的氢分布和相转变进行了详细的研究。小冲杆试验（SPT）拟合数据显示，随着充氢时间的增加，TC4合金的强度和伸长率均发生明显的劣化，同时其宏观断口形态由韧性向脆性转变。与此同时，研究还证明了电解充氢后氢化物的生成是导致TC4合金氢脆现象产生的主要原因。本文的研究结果为在役TC4设备的氢脆性能检测提供了一种有效、简便的方法。
2020, 49(11):3776-3781.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190908
摘要:
对铸态TB6钛合金进行了恒应变速率热模拟压缩试验（变形温度为800~1150 ℃、应变速率为0.001~10 s-1），研究了合金微观组织演变和应力诱导马氏体（SIM）相变。结果表明，该合金在热变形过程中出现了具有枝晶形态的正交结构SIM。SIM在β晶内和晶界形核。应变速率和变形温度控制合金成分均匀性和内应力，是SIM析出量的主要影响因素。不同应变速率的SIM析出量与变形温度范围有关。SIM析出量较高变形条件为：在800~900 ℃时应变速率为0.1 s-1，900~1000 ℃时应变速率为0.01和1 s-1，在1000 ℃以上时应变速率为1 s-1。在变形温度925 ℃、应变速率1 s-1时SIM析出量达最大化为50%。
对铸态TB6钛合金进行了恒应变速率热模拟压缩试验（变形温度为800~1150 ℃、应变速率为0.001~10 s-1），研究了合金微观组织演变和应力诱导马氏体（SIM）相变。结果表明，该合金在热变形过程中出现了具有枝晶形态的正交结构SIM。SIM在β晶内和晶界形核。应变速率和变形温度控制合金成分均匀性和内应力，是SIM析出量的主要影响因素。不同应变速率的SIM析出量与变形温度范围有关。SIM析出量较高变形条件为：在800~900 ℃时应变速率为0.1 s-1，900~1000 ℃时应变速率为0.01和1 s-1，在1000 ℃以上时应变速率为1 s-1。在变形温度925 ℃、应变速率1 s-1时SIM析出量达最大化为50%。
2020, 49(11):3782-3789.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190910
摘要:
本文设计和制备了一种在C波段上具有宽频吸波性能的夹层复合材料，并用同轴电缆法和矢量网络分析仪分析了复合材料板的电磁参数和反射率。复合材料板厚度5mm，板表层与底层为玻璃纤维/环氧树脂复合材料，以“Fe50Ni50粉体/丁基橡胶纳米复合材料”为中间夹层。采用液相还原法制备了粒径约为100nm的球形Fe50Ni50粉末，采用二步共混法制备了Fe50Ni50 /IIR复合材料。研究表明， Fe50Ni50粉体/IIR纳米复合材料在2~18GHz频带上以磁损耗为主。表层与夹层的匹配是获得宽频吸波特性的关键，可以通过调整表层与夹层的厚度获得良好的吸波性能。当复合材料板厚度为5mm、夹层厚度为2mm时，板的R≤-10dB的吸波频带为5.6GHz~7.6GHz和16.8GHz~18GHz，吸波带宽达到3.2GHz，该材料在C波段吸波带宽达到2GHz，取得了突破。
本文设计和制备了一种在C波段上具有宽频吸波性能的夹层复合材料，并用同轴电缆法和矢量网络分析仪分析了复合材料板的电磁参数和反射率。复合材料板厚度5mm，板表层与底层为玻璃纤维/环氧树脂复合材料，以“Fe50Ni50粉体/丁基橡胶纳米复合材料”为中间夹层。采用液相还原法制备了粒径约为100nm的球形Fe50Ni50粉末，采用二步共混法制备了Fe50Ni50 /IIR复合材料。研究表明， Fe50Ni50粉体/IIR纳米复合材料在2~18GHz频带上以磁损耗为主。表层与夹层的匹配是获得宽频吸波特性的关键，可以通过调整表层与夹层的厚度获得良好的吸波性能。当复合材料板厚度为5mm、夹层厚度为2mm时，板的R≤-10dB的吸波频带为5.6GHz~7.6GHz和16.8GHz~18GHz，吸波带宽达到3.2GHz，该材料在C波段吸波带宽达到2GHz，取得了突破。
2020, 49(11):3790-3795.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191056
摘要:
由声表面波（Surface Acoustic Wave）器件发展而来的叉指换能器（Interdigital Transducer，IDT）由于其工作频率可以设计、频带宽可调、损耗低等特点逐步应用于结构健康监测（Structural Health Monitoring，SHM）系统中，因此在智能材料与结构中有着广泛的应用前景。本文针对现有矩形IDT带宽窄的不足，研究宽频带梯形叉指换能器（Trapezoidal Interdigital Transducer，TIDT）。采用有限元分析方法对TIDT的尺寸进行结构优化设计，并对设计的TIDT进行性能测试，通过实验研究了TIDT用于结构损伤检测的初步应用。实验结果表明，TIDT在实际应用中进一步提高了损伤识别精度，具有广泛的应用前景。
由声表面波（Surface Acoustic Wave）器件发展而来的叉指换能器（Interdigital Transducer，IDT）由于其工作频率可以设计、频带宽可调、损耗低等特点逐步应用于结构健康监测（Structural Health Monitoring，SHM）系统中，因此在智能材料与结构中有着广泛的应用前景。本文针对现有矩形IDT带宽窄的不足，研究宽频带梯形叉指换能器（Trapezoidal Interdigital Transducer，TIDT）。采用有限元分析方法对TIDT的尺寸进行结构优化设计，并对设计的TIDT进行性能测试，通过实验研究了TIDT用于结构损伤检测的初步应用。实验结果表明，TIDT在实际应用中进一步提高了损伤识别精度，具有广泛的应用前景。
2020, 49(11):3796-3802.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190855
摘要:
通过x射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(HRTEM)等测试手段，研究了淬火速度对Sm-Fe合金带相组成和形貌的影响。结果表明，随着淬火速度的增加，合金带的尺寸先沿宽度方向和厚度方向减小，然后厚度方向尺寸保持稳定。自由面晶粒团聚程度降低，当辊速为36m/s时，团聚尺寸为0.5~3μm。XRD、EDS结果表明,薄带主要由三种相组成，:Sm2Fe17,α-Fe 富Sm相，薄带的主相晶粒尺寸在亚微米尺度(dave≈340nm,36m/s)，限制因素主要是辊速和组成元素自身原因。但本文首次采用了不同的方法对晶粒形貌进行了表征。
通过x射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(HRTEM)等测试手段，研究了淬火速度对Sm-Fe合金带相组成和形貌的影响。结果表明，随着淬火速度的增加，合金带的尺寸先沿宽度方向和厚度方向减小，然后厚度方向尺寸保持稳定。自由面晶粒团聚程度降低，当辊速为36m/s时，团聚尺寸为0.5~3μm。XRD、EDS结果表明,薄带主要由三种相组成，:Sm2Fe17,α-Fe 富Sm相，薄带的主相晶粒尺寸在亚微米尺度(dave≈340nm,36m/s)，限制因素主要是辊速和组成元素自身原因。但本文首次采用了不同的方法对晶粒形貌进行了表征。
2020, 49(11):3803-3808.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190984
摘要:
Cr作为抗热腐蚀性元素铬在高温合金中广泛添加，因其可增大氮元素溶解度，故高铬合金的冶金脱氮难度较大。合金氮含量升高可引发氮化物析出进而影响材料组织质量与力学性能，因此，非常必要澄清高Cr合金的脱氮行为与规律。本文以高Cr镍基合金为实验对象，对其在真空感应熔炼脱氮过程的热力学与动力学进行研究。结果表明，氮在高Cr镍基合金中的热力学平衡溶解度较高且主要受真空压力控制，为实现[N]≤10 ppm的纯净度指标，合金冶炼真空压力不可高于0.1Pa。脱氮反应初期氮含量迅速下降，但反应中后期需较长时间才可接近氮平衡溶解度，提高精炼温度有助于缩短脱氮平衡反应时间。动力学分析表明高Cr镍基合金脱氮符合二级反应规律，受界面化学反应过程控制，1500℃、1550℃和1600℃条件下的脱氮表观速率常数分别为0.0184m?s-1、0.0233 m?s-1和0.0397 m?s-1，表观活化能为211.4 kJ?mol-1。
Cr作为抗热腐蚀性元素铬在高温合金中广泛添加，因其可增大氮元素溶解度，故高铬合金的冶金脱氮难度较大。合金氮含量升高可引发氮化物析出进而影响材料组织质量与力学性能，因此，非常必要澄清高Cr合金的脱氮行为与规律。本文以高Cr镍基合金为实验对象，对其在真空感应熔炼脱氮过程的热力学与动力学进行研究。结果表明，氮在高Cr镍基合金中的热力学平衡溶解度较高且主要受真空压力控制，为实现[N]≤10 ppm的纯净度指标，合金冶炼真空压力不可高于0.1Pa。脱氮反应初期氮含量迅速下降，但反应中后期需较长时间才可接近氮平衡溶解度，提高精炼温度有助于缩短脱氮平衡反应时间。动力学分析表明高Cr镍基合金脱氮符合二级反应规律，受界面化学反应过程控制，1500℃、1550℃和1600℃条件下的脱氮表观速率常数分别为0.0184m?s-1、0.0233 m?s-1和0.0397 m?s-1，表观活化能为211.4 kJ?mol-1。
2020, 49(11):3809-3815.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200149
摘要:
本文采用高温激光共聚焦显微镜（HT-CLSM）和差热分析（DTA）研究了U720Li镍基高温合金的熔化和凝固行为。HT-CLSM熔化过程原位观察表明，升温至1122 ℃时在部分(γ + γ′)共晶颗粒前沿发生了初熔，但温度超过1173 ℃时该熔池才开始迅速扩大；升温至1195 ℃时枝晶干处开始出现离散的斑点状熔池，且该熔池随温度的升高缓慢扩大；升温至1235 ℃时(γ + γ′)共晶开始熔化且随温度的升高该熔池向枝晶干迅速扩展，最终在1333 ℃枝晶完全熔化。HT-CLSM凝固过程原位观察表明，降温至1315 ℃时熔体开始形核凝固，并在1180 ℃左右凝固结束；固相转化速率随温度的降低先缓慢增加，再迅速增加到最大值，然后迅速降低并在凝固后期基本为零。DTA分析表明，铸锭中γ′相开始发生溶解的温度约为1047 ℃，铸锭完全熔化的温度约为1362 ℃。将HT-CLSM原位观察结果与本文及我们前期的DTA分析结果进行对比，发现前者的测试结果较后者低30 ℃左右。
本文采用高温激光共聚焦显微镜（HT-CLSM）和差热分析（DTA）研究了U720Li镍基高温合金的熔化和凝固行为。HT-CLSM熔化过程原位观察表明，升温至1122 ℃时在部分(γ + γ′)共晶颗粒前沿发生了初熔，但温度超过1173 ℃时该熔池才开始迅速扩大；升温至1195 ℃时枝晶干处开始出现离散的斑点状熔池，且该熔池随温度的升高缓慢扩大；升温至1235 ℃时(γ + γ′)共晶开始熔化且随温度的升高该熔池向枝晶干迅速扩展，最终在1333 ℃枝晶完全熔化。HT-CLSM凝固过程原位观察表明，降温至1315 ℃时熔体开始形核凝固，并在1180 ℃左右凝固结束；固相转化速率随温度的降低先缓慢增加，再迅速增加到最大值，然后迅速降低并在凝固后期基本为零。DTA分析表明，铸锭中γ′相开始发生溶解的温度约为1047 ℃，铸锭完全熔化的温度约为1362 ℃。将HT-CLSM原位观察结果与本文及我们前期的DTA分析结果进行对比，发现前者的测试结果较后者低30 ℃左右。
2020, 49(11):3816-3821.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200264
摘要:
基于EET理论,计算了a-Al与S相及S/a相界面的价电子结构,分析了S相价电子结构与析出强化、S/a相界面价电子结构与界面性能的关系。研究表明：S相共价键分布较为均匀,Cu原子将S相原子间键合力最强的4条共价键连接在一起构成主键络。S相析出强化的微观本质在于其最强共价键的键合力比基体a-Al的大135.14%,对位错运动具有较强的阻力作用。S相与基体a-Al形成的(100)S//(100)a和(010)S// a及(001)S//(021)a面的共价电子密度差Dr分别为0.003%、3.564%和5.811%,(100)S//(100)a面上的共价电子密度为10.3915 nm-2和10.3918 nm-2,(010)S// a面上的共价电子密度为0.0486 nm-2和0.0469 nm-2,(001)S//(021)a面上的共价电子密度为0.0486 nm-2和0.0459 nm-2。与(001)S//(021)a和(010)S// a面相比,(100)S//(100)a面的原子键合力与共价电子密度均最大,共价电子密度差最小,界面连续性最好,界面的应力最小。
基于EET理论,计算了a-Al与S相及S/a相界面的价电子结构,分析了S相价电子结构与析出强化、S/a相界面价电子结构与界面性能的关系。研究表明：S相共价键分布较为均匀,Cu原子将S相原子间键合力最强的4条共价键连接在一起构成主键络。S相析出强化的微观本质在于其最强共价键的键合力比基体a-Al的大135.14%,对位错运动具有较强的阻力作用。S相与基体a-Al形成的(100)S//(100)a和(010)S// a及(001)S//(021)a面的共价电子密度差Dr分别为0.003%、3.564%和5.811%,(100)S//(100)a面上的共价电子密度为10.3915 nm-2和10.3918 nm-2,(010)S// a面上的共价电子密度为0.0486 nm-2和0.0469 nm-2,(001)S//(021)a面上的共价电子密度为0.0486 nm-2和0.0459 nm-2。与(001)S//(021)a和(010)S// a面相比,(100)S//(100)a面的原子键合力与共价电子密度均最大,共价电子密度差最小,界面连续性最好,界面的应力最小。
2020, 49(11):3822-3827.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190971
摘要:
通过自制四种不同Pb含量(0，4.67%，22.46%，37%)混装钎料制成Ni/钎料/Cu三明治焊点，置于-196℃超低温环境进行0、10、20和30天时效处理，研究Pb含量及超低温时效对焊点内部组织、IMC层演变规律以及力学性能的影响。结果表明，Pb含量的增加会促使焊点内部Pb相不断聚集，并随着时效时间的增加进一步粗化。超低温时效不会改变IMC层成分，但会促进IMC层缓慢向层状转变，并逐渐产生微裂纹与空洞，促使聚集的Pb相不断朝界面处转移形成隔离区，甚至部分镶嵌于IMC层内。随着时效时间的延长，焊点断裂方式由韧性断裂逐渐转变为韧脆性混合断裂，而适量的Pb含量对于焊点剪切强度具有提高作用，但当含量超过22.46%时再增加Pb含量则会降低焊点抗剪切强度。
通过自制四种不同Pb含量(0，4.67%，22.46%，37%)混装钎料制成Ni/钎料/Cu三明治焊点，置于-196℃超低温环境进行0、10、20和30天时效处理，研究Pb含量及超低温时效对焊点内部组织、IMC层演变规律以及力学性能的影响。结果表明，Pb含量的增加会促使焊点内部Pb相不断聚集，并随着时效时间的增加进一步粗化。超低温时效不会改变IMC层成分，但会促进IMC层缓慢向层状转变，并逐渐产生微裂纹与空洞，促使聚集的Pb相不断朝界面处转移形成隔离区，甚至部分镶嵌于IMC层内。随着时效时间的延长，焊点断裂方式由韧性断裂逐渐转变为韧脆性混合断裂，而适量的Pb含量对于焊点剪切强度具有提高作用，但当含量超过22.46%时再增加Pb含量则会降低焊点抗剪切强度。
2020, 49(11):3828-3834.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190988
摘要:
以大气等离子喷涂制备的铝硅-氮化硼和铝硅-聚苯酯可磨耗封严涂层为材料,利用XRD、OM、SEM、准静态压缩、动态压缩等手段,研究了两种铝基封严涂层的微观组织及其在不同应变率下的压缩性能和损伤特征。结果表明,铝硅-氮化硼和铝硅-聚苯酯涂层主要由α-Al固溶体相、共晶Si相、可磨耗第二相(氮化硼/聚苯酯)以及孔隙组成；准静态及动态加载下两种涂层的真应力-真应变曲线均未出现明显的屈服平台,铝硅-氮化硼涂层的动态抗压强度高于铝硅-聚苯酯涂层；动态加载下涂层内部颗粒发生剧烈变形,主要损伤方式为颗粒间界面的脱粘开裂以及内部缺陷处裂纹的萌生及扩展。
以大气等离子喷涂制备的铝硅-氮化硼和铝硅-聚苯酯可磨耗封严涂层为材料,利用XRD、OM、SEM、准静态压缩、动态压缩等手段,研究了两种铝基封严涂层的微观组织及其在不同应变率下的压缩性能和损伤特征。结果表明,铝硅-氮化硼和铝硅-聚苯酯涂层主要由α-Al固溶体相、共晶Si相、可磨耗第二相(氮化硼/聚苯酯)以及孔隙组成；准静态及动态加载下两种涂层的真应力-真应变曲线均未出现明显的屈服平台,铝硅-氮化硼涂层的动态抗压强度高于铝硅-聚苯酯涂层；动态加载下涂层内部颗粒发生剧烈变形,主要损伤方式为颗粒间界面的脱粘开裂以及内部缺陷处裂纹的萌生及扩展。
2020, 49(11):3835-3840.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191047
摘要:
U-Mo合金是一种在研究试验堆中极具发展潜力的弥散燃料。提高氢化-脱氢制粉效率是通过粉末冶金方法高效制备U-Mo合金弥散燃料的前提。优化均匀化处理温度、等温时效温度、等温时效时间、Mo含量等参量有利于增加U-Mo合金α相含量,进而提高U-Mo合金制粉效率。机器学习辅助设计材料的方法能够大幅减少昂贵耗时的试验次数,提高材料研发效率。本文将机器学习方法应用于U-Mo合金等温分解参数的快速设计,以合金硬度为设计指标,基于少量数据建立了合金硬度与上述参数之间的机器学习支持向量机模型。在对硬度预测的基础上,比较了基于预测值和基于预期提高的两类实验设计算法在优化效率方面的差异。结果表明,基于预期提高的实验设计算法通过少量迭代试验能够明显提高硬度,而基于预测值的设计算法对硬度提高不明显。应用上述机器学习辅助设计方法,通过4次实验成功地确定了该合金等温分解最佳参数组合为时效温度为565 °C,时效时间20小时以上,均匀化处理温度为900~950 °C,Mo含量为6wt.%,在该工艺窗口下处理的合金硬度最高,制粉率最高。本研究对利用机器学习方法快速优化U基合金工艺参数进行了初步尝试,这类基于数据的方法能够有效提高材料研发效率。
U-Mo合金是一种在研究试验堆中极具发展潜力的弥散燃料。提高氢化-脱氢制粉效率是通过粉末冶金方法高效制备U-Mo合金弥散燃料的前提。优化均匀化处理温度、等温时效温度、等温时效时间、Mo含量等参量有利于增加U-Mo合金α相含量,进而提高U-Mo合金制粉效率。机器学习辅助设计材料的方法能够大幅减少昂贵耗时的试验次数,提高材料研发效率。本文将机器学习方法应用于U-Mo合金等温分解参数的快速设计,以合金硬度为设计指标,基于少量数据建立了合金硬度与上述参数之间的机器学习支持向量机模型。在对硬度预测的基础上,比较了基于预测值和基于预期提高的两类实验设计算法在优化效率方面的差异。结果表明,基于预期提高的实验设计算法通过少量迭代试验能够明显提高硬度,而基于预测值的设计算法对硬度提高不明显。应用上述机器学习辅助设计方法,通过4次实验成功地确定了该合金等温分解最佳参数组合为时效温度为565 °C,时效时间20小时以上,均匀化处理温度为900~950 °C,Mo含量为6wt.%,在该工艺窗口下处理的合金硬度最高,制粉率最高。本研究对利用机器学习方法快速优化U基合金工艺参数进行了初步尝试,这类基于数据的方法能够有效提高材料研发效率。
2020, 49(11):3890-3895.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190980
摘要:
本文以氯铂酸、氯化镍和硝酸钴为原料，XC-72炭黑为载体，通过雾化干燥法结合煅烧还原制备碳载铂基（PtCo Ni）分散性好的多元合金纳米粒子催化剂。重点研究表面经过改性的炭黑对合金纳米粒子形成和分散的影响规律，研究碳载PtCoNi（原子比为1:1:1）合金纳米粒子的甲醇催化氧化活性、抗CO中毒能力和耐久性，以及不同原子比对催化氧化甲醇活性和抗CO中毒能力的影响规律。研究结果表明，采用表面改性后的炭黑作为载体，制备的碳载铂基（PtCoNi）催化剂为合金纳米粒子，且纳米粒子在炭黑表面分散均匀，粒径分布在1-4nm，平均粒径为2.3nm；与商用的Pt/C催化剂相比，PtCoNi/C（原子比为1:1:1）催化剂具有更高的甲醇催化氧化活性、耐久性和抗CO中毒性；不同原子比铂基多元催化剂在催化氧化甲醇活性上的顺序为：PtCoNi/C>Pt3CoNi/C>Pt5CoNi/C，抗CO中毒性顺序为：PtCoNi/C>Pt3CoNi/C>Pt5CoNi/C。
本文以氯铂酸、氯化镍和硝酸钴为原料，XC-72炭黑为载体，通过雾化干燥法结合煅烧还原制备碳载铂基（PtCo Ni）分散性好的多元合金纳米粒子催化剂。重点研究表面经过改性的炭黑对合金纳米粒子形成和分散的影响规律，研究碳载PtCoNi（原子比为1:1:1）合金纳米粒子的甲醇催化氧化活性、抗CO中毒能力和耐久性，以及不同原子比对催化氧化甲醇活性和抗CO中毒能力的影响规律。研究结果表明，采用表面改性后的炭黑作为载体，制备的碳载铂基（PtCoNi）催化剂为合金纳米粒子，且纳米粒子在炭黑表面分散均匀，粒径分布在1-4nm，平均粒径为2.3nm；与商用的Pt/C催化剂相比，PtCoNi/C（原子比为1:1:1）催化剂具有更高的甲醇催化氧化活性、耐久性和抗CO中毒性；不同原子比铂基多元催化剂在催化氧化甲醇活性上的顺序为：PtCoNi/C>Pt3CoNi/C>Pt5CoNi/C，抗CO中毒性顺序为：PtCoNi/C>Pt3CoNi/C>Pt5CoNi/C。
2020, 49(11):3841-3846.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190954
摘要:
采用机械合金化和放电等离子烧结的方法制备出超细晶CoCrFeMnNiGd0.15合金,研究了CoCrFeMnNiGd0.15高熵合金的组织与性能。结果表明,其组织为多相结构,基体为FCC固溶体相,析出相为稀土氧化物(Gd2O3)和富Gd、Ni、Mn的四方结构相。随着烧结温度的提高,析出相的含量不断增加且尺寸不断增大,合金的压缩屈服强度不断下降而塑性则不断上升。在900℃烧结时材料具有最优的综合力学性能,其压缩屈服强度(σ0.2)、抗压强度(σmax)、断裂时的塑性应变(εp)和维氏硬度分别达到1662 MPa、2518 MPa、30.6%和458 Hv。
采用机械合金化和放电等离子烧结的方法制备出超细晶CoCrFeMnNiGd0.15合金,研究了CoCrFeMnNiGd0.15高熵合金的组织与性能。结果表明,其组织为多相结构,基体为FCC固溶体相,析出相为稀土氧化物(Gd2O3)和富Gd、Ni、Mn的四方结构相。随着烧结温度的提高,析出相的含量不断增加且尺寸不断增大,合金的压缩屈服强度不断下降而塑性则不断上升。在900℃烧结时材料具有最优的综合力学性能,其压缩屈服强度(σ0.2)、抗压强度(σmax)、断裂时的塑性应变(εp)和维氏硬度分别达到1662 MPa、2518 MPa、30.6%和458 Hv。
2020, 49(11):3847-3853.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190953
摘要:
针对无氢碳化中反应速率缓慢、颗粒长大的问题,在无氢碳化过程中添加少量Pt作为催化剂,制备纳米WC粉。采用热压烧结对WC粉进行烧结得到无粘结相硬质合金。研究了Pt添加对WC粉的形貌和烧结性能的影响,以及Pt和烧结温度对烧结样品的致密化,组织和力学性能的影响。结果表明,少量的Pt可显著降低无氢碳化温度,制备的WC粉粒径细小且均匀。随着烧结温度升高,无粘结相硬质合金的致密度增加,晶粒尺寸增大,硬度与断裂韧性增加,但烧结温度过高,出现异常长大晶粒和W2C,导致无粘结相硬质合金的断裂韧性严重下降。最佳烧结工艺为,烧结温度1700 ℃,保温60 min,压力40 MPa,所得无粘结相硬质合金致密度达到98.8%,平均晶粒尺寸为263.6 nm,维氏硬度和断裂韧性分别为2887 kg.mm-2和7.1 MPa.mm1/2。
针对无氢碳化中反应速率缓慢、颗粒长大的问题,在无氢碳化过程中添加少量Pt作为催化剂,制备纳米WC粉。采用热压烧结对WC粉进行烧结得到无粘结相硬质合金。研究了Pt添加对WC粉的形貌和烧结性能的影响,以及Pt和烧结温度对烧结样品的致密化,组织和力学性能的影响。结果表明,少量的Pt可显著降低无氢碳化温度,制备的WC粉粒径细小且均匀。随着烧结温度升高,无粘结相硬质合金的致密度增加,晶粒尺寸增大,硬度与断裂韧性增加,但烧结温度过高,出现异常长大晶粒和W2C,导致无粘结相硬质合金的断裂韧性严重下降。最佳烧结工艺为,烧结温度1700 ℃,保温60 min,压力40 MPa,所得无粘结相硬质合金致密度达到98.8%,平均晶粒尺寸为263.6 nm,维氏硬度和断裂韧性分别为2887 kg.mm-2和7.1 MPa.mm1/2。
2020, 49(11):3854-3860.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190963
摘要:
通过真空熔炼、球磨制粉、冷压成形和常压烧结制备具有高热电优值的p型SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料。研究了Sn含量对SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能的影响。结果表明：SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构；添加合金元素Sn，Bi0.5Sb1.5Te3基热电材料产生大量的纳米结构缺陷。合金元素Sn含量增加， SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料载流子浓度和DOS有效质量增加，有效地提高电导率和功率因子；同时声子散射增强，显著地降低晶格热导率。在300K时，Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的功率因子达3.10 mW?m-1?K-2，晶格热导率为0.358 W?m-1?K-1，ZT值为1.25。并且在300～400 K温度范围内，Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的ZT值为1.25～1.33。
通过真空熔炼、球磨制粉、冷压成形和常压烧结制备具有高热电优值的p型SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料。研究了Sn含量对SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能的影响。结果表明：SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构；添加合金元素Sn，Bi0.5Sb1.5Te3基热电材料产生大量的纳米结构缺陷。合金元素Sn含量增加， SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料载流子浓度和DOS有效质量增加，有效地提高电导率和功率因子；同时声子散射增强，显著地降低晶格热导率。在300K时，Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的功率因子达3.10 mW?m-1?K-2，晶格热导率为0.358 W?m-1?K-1，ZT值为1.25。并且在300～400 K温度范围内，Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的ZT值为1.25～1.33。
2020, 49(11):3861-3864.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190968
摘要:
本文针对限域空间（≤5mm）噪声防护对超薄吸声结构的重大需求，以不锈钢纤维毡为原料，利用低温烧结技术制备了由不锈钢纤维多孔材料和金属薄膜组成的复合膜材料。利用B&K声学测试平台对复合膜材料进行频率范围在50~1000Hz之间吸声系数的测试，分析了结构参数对复合膜材料吸声性能的影响规律。结果表明，通过分别研究金属纤维多孔材料的孔结构（孔径、丝径、烧结结点）及金属薄膜的层数对复合膜材料吸声性能的影响规律，发现在频率为50~1000Hz的范围内，超薄复合膜材料的最优结构为金属纤维多孔材料按照细丝径、小孔面向声源，粗丝径、大孔在后的顺序排列，材料内部复合铜箔可有效提高材料在低频处的吸声性能。
本文针对限域空间（≤5mm）噪声防护对超薄吸声结构的重大需求，以不锈钢纤维毡为原料，利用低温烧结技术制备了由不锈钢纤维多孔材料和金属薄膜组成的复合膜材料。利用B&K声学测试平台对复合膜材料进行频率范围在50~1000Hz之间吸声系数的测试，分析了结构参数对复合膜材料吸声性能的影响规律。结果表明，通过分别研究金属纤维多孔材料的孔结构（孔径、丝径、烧结结点）及金属薄膜的层数对复合膜材料吸声性能的影响规律，发现在频率为50~1000Hz的范围内，超薄复合膜材料的最优结构为金属纤维多孔材料按照细丝径、小孔面向声源，粗丝径、大孔在后的顺序排列，材料内部复合铜箔可有效提高材料在低频处的吸声性能。
2020, 49(11):3865-3869.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200235
摘要:
采用等离子旋转雾化方法制备了W-Ni-Fe-Co预合金粉末,并进行了粉床型电子束增材制造成形。结果表明：W-Ni-Fe-Co预合金粉末由两种形貌的颗粒组成,一是球形粉末颗粒,二是由许多小颗粒粘结而成的不规则粉末颗粒。预合金粉末内部显微组织为γ- (Ni-Fe)相内部镶嵌着规则的W颗粒,γ- (Ni-Fe)相内部含有过饱和的W元素。在粉床型电子束增材造成形过程中,W-Ni-Fe-Co合金的显微组织显示出一定的遗传性,但是由于成形过程中细小的熔池会同时受到反冲压力、热毛细管力及马兰戈尼对流的作用,熔池的瞬时流动剧烈,促进了钨颗粒的重排过程,显微组织更为均匀。成形致密化过程主要为W颗粒的重排,并没有显著的W的溶解-析出过程。粉床电子束增材造成形的W-Ni-Fe-Co合金室温抗拉强度可达1098MPa,但是合金塑性较差，断裂方式主要为钨的穿晶断裂和周围γ- (Ni-Fe)相的韧性撕裂
采用等离子旋转雾化方法制备了W-Ni-Fe-Co预合金粉末,并进行了粉床型电子束增材制造成形。结果表明：W-Ni-Fe-Co预合金粉末由两种形貌的颗粒组成,一是球形粉末颗粒,二是由许多小颗粒粘结而成的不规则粉末颗粒。预合金粉末内部显微组织为γ- (Ni-Fe)相内部镶嵌着规则的W颗粒,γ- (Ni-Fe)相内部含有过饱和的W元素。在粉床型电子束增材造成形过程中,W-Ni-Fe-Co合金的显微组织显示出一定的遗传性,但是由于成形过程中细小的熔池会同时受到反冲压力、热毛细管力及马兰戈尼对流的作用,熔池的瞬时流动剧烈,促进了钨颗粒的重排过程,显微组织更为均匀。成形致密化过程主要为W颗粒的重排,并没有显著的W的溶解-析出过程。粉床电子束增材造成形的W-Ni-Fe-Co合金室温抗拉强度可达1098MPa,但是合金塑性较差，断裂方式主要为钨的穿晶断裂和周围γ- (Ni-Fe)相的韧性撕裂
2020, 49(11):3870-3874.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190974
摘要:
为研究高温超导电缆常温及液氮温度下的机械拉伸性能,本文分别对10 m短段高温超导电缆和10 m短段铜衬芯在常温及液氮温度(T=77 K)下的受力拉伸性能进行了实验研究。通过测试分别得到了两者在常温和T=77 K的应力应变曲线,并根据应力应变关系得到了两者在相应温度下的杨氏模量。同时,本文还针对10 m短段单芯高温超导电缆及10 m短段铜衬芯在受力情况下的降温收缩情况进行了研究,并得到了在负载为2000 kg的情况下,两者从常温将至液氮温度时的收缩变化量,为后续电缆敷设施工的裕度选择提供一定的参考依据。
为研究高温超导电缆常温及液氮温度下的机械拉伸性能,本文分别对10 m短段高温超导电缆和10 m短段铜衬芯在常温及液氮温度(T=77 K)下的受力拉伸性能进行了实验研究。通过测试分别得到了两者在常温和T=77 K的应力应变曲线,并根据应力应变关系得到了两者在相应温度下的杨氏模量。同时,本文还针对10 m短段单芯高温超导电缆及10 m短段铜衬芯在受力情况下的降温收缩情况进行了研究,并得到了在负载为2000 kg的情况下,两者从常温将至液氮温度时的收缩变化量,为后续电缆敷设施工的裕度选择提供一定的参考依据。
2020, 49(11):3875-3881.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190976
摘要:
采用机械合金化和放电等离子烧结工艺制备了低密度AlTiCrNiCu高熵合金材料,重点研究了球磨时间对各元素粉末的合金化过程及烧结温度(950 ~ 1050 ℃)对高熵合金组织及力学性能的影响。结果表明：高熵合金粉末为单相BCC结构,随着球磨时间的增加,粉末粒径先变大后变小,其最终平均粒径大约为20 μm。高熵合金块体材料的相结构为BCC1(基体相)+BCC2(富Cr相)+FCC(富Cu相),密度为6.22 ~ 6.30 g/cm3。烧结温度的升高,有利于高熵合金粉末的冶金结合,促进了高熵合金块材料的致密化。当烧结温度为1050 ℃时,AlTiCrNiCu高熵合金具有良好的综合力学性能,其屈服强度、压缩强度、塑性和显微硬度分别为1410 MPa,2000 MPa,9.13%和524 HV。分析认为高的烧结温度为各元素原子间的充分扩散提供了足够的能量。然而,TEM分析表明,高的烧结温度也促进了弥散的FCC富Cu相在晶界的聚集长大。
采用机械合金化和放电等离子烧结工艺制备了低密度AlTiCrNiCu高熵合金材料,重点研究了球磨时间对各元素粉末的合金化过程及烧结温度(950 ~ 1050 ℃)对高熵合金组织及力学性能的影响。结果表明：高熵合金粉末为单相BCC结构,随着球磨时间的增加,粉末粒径先变大后变小,其最终平均粒径大约为20 μm。高熵合金块体材料的相结构为BCC1(基体相)+BCC2(富Cr相)+FCC(富Cu相),密度为6.22 ~ 6.30 g/cm3。烧结温度的升高,有利于高熵合金粉末的冶金结合,促进了高熵合金块材料的致密化。当烧结温度为1050 ℃时,AlTiCrNiCu高熵合金具有良好的综合力学性能,其屈服强度、压缩强度、塑性和显微硬度分别为1410 MPa,2000 MPa,9.13%和524 HV。分析认为高的烧结温度为各元素原子间的充分扩散提供了足够的能量。然而,TEM分析表明,高的烧结温度也促进了弥散的FCC富Cu相在晶界的聚集长大。
2020, 49(11):3882-3889.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190975
摘要:
通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金，系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明，在高激光功率和低激光扫描速度下，SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织，熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后，样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。
通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金，系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明，在高激光功率和低激光扫描速度下，SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织，熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后，样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。
2020, 49(11):3896-3901.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190986
摘要:
采用多巴胺对玻璃纤维织物改性处理和原位生成Ti3C2Tx MXene，通过真空抽滤法制备了碳化钛负载玻璃纤维复合材料，研究了碳化钛负载量对电磁屏蔽的影响。结果显示：成功地将Ti3C2Tx纳米片附着在玻璃纤维表面，改善了玻璃纤维的导电网络；刻蚀之后Ti3C2Tx的002衍射峰的位置从9.5 °移动到6.1 °，Ti3AlC2的104衍射峰峰消失不见，表明Ti3C2Tx刻蚀成功；由于碳化钛高导电性和表面的大量电子，电磁波和其发生欧姆损耗，从而降低电磁波能量，达到电磁屏蔽效果。在2~18 GHz频率范围内，碳化钛负载量为2.55 mg/cm2的电磁屏蔽性能达到55.1 dB，其表面电阻为0.95 ?/sq；平均电磁屏蔽表明样品中吸收损耗占主要作用。
采用多巴胺对玻璃纤维织物改性处理和原位生成Ti3C2Tx MXene，通过真空抽滤法制备了碳化钛负载玻璃纤维复合材料，研究了碳化钛负载量对电磁屏蔽的影响。结果显示：成功地将Ti3C2Tx纳米片附着在玻璃纤维表面，改善了玻璃纤维的导电网络；刻蚀之后Ti3C2Tx的002衍射峰的位置从9.5 °移动到6.1 °，Ti3AlC2的104衍射峰峰消失不见，表明Ti3C2Tx刻蚀成功；由于碳化钛高导电性和表面的大量电子，电磁波和其发生欧姆损耗，从而降低电磁波能量，达到电磁屏蔽效果。在2~18 GHz频率范围内，碳化钛负载量为2.55 mg/cm2的电磁屏蔽性能达到55.1 dB，其表面电阻为0.95 ?/sq；平均电磁屏蔽表明样品中吸收损耗占主要作用。
2020, 49(11):3902-3908.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190991
摘要:
Ti2AlNb基合金是目前有望在650-800℃温度范围内取代高温镍基合金的金属间化合物。利用水冷铜坩埚感应悬浮熔炼法，通过调控熔炼工艺，制备了主相分别为B2/?相和O相 Ti-22Al-25Nb合金铸锭，通过XRD、SEM等手段进行了合金结构特征的表征，通过室温拉伸试验、室温压缩试验、纳米压痕试验测试了合金的力学性能并分析了断口形貌。研究表明，铸态Ti-22Al-25Nb合金晶粒尺寸达到数百微米。相组成对铸态Ti-22Al-25Nb合金的力学性能有一定影响，铸态O相合金的极限抗拉强度达到了1125MPa，超过了铸态B2/?相合金的1031MPa，但粗大晶粒导致合金塑性较差（铸态B2/?相与铸态O相合金的延伸率分布为1.82%与1.32%）。铸态Ti-22Al-25Nb合金的拉伸断口与压缩断口均具有明显的解理断裂特征，拉伸断口主要表现为沿晶断裂，压缩断口主要表现为穿晶断裂。
Ti2AlNb基合金是目前有望在650-800℃温度范围内取代高温镍基合金的金属间化合物。利用水冷铜坩埚感应悬浮熔炼法，通过调控熔炼工艺，制备了主相分别为B2/?相和O相 Ti-22Al-25Nb合金铸锭，通过XRD、SEM等手段进行了合金结构特征的表征，通过室温拉伸试验、室温压缩试验、纳米压痕试验测试了合金的力学性能并分析了断口形貌。研究表明，铸态Ti-22Al-25Nb合金晶粒尺寸达到数百微米。相组成对铸态Ti-22Al-25Nb合金的力学性能有一定影响，铸态O相合金的极限抗拉强度达到了1125MPa，超过了铸态B2/?相合金的1031MPa，但粗大晶粒导致合金塑性较差（铸态B2/?相与铸态O相合金的延伸率分布为1.82%与1.32%）。铸态Ti-22Al-25Nb合金的拉伸断口与压缩断口均具有明显的解理断裂特征，拉伸断口主要表现为沿晶断裂，压缩断口主要表现为穿晶断裂。
2020, 49(11):3909-3913.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190994
摘要:
高功率密度固体钽电容器阳极块的设计、加工和制造是当前研究的热点和难点。实验借助多材料浆料直写成型3D打印技术制备具有梯度结构的固体钽电容器阳极块。研究了阳极块打印制备工艺,分析了浆料配比、挤出量、层间距、打印速度等对成型效果的影响。结果表明,用钽粉、粘结剂PVA(聚乙烯醇)和溶剂水(配比为7.5:1:5)配制的浆料在打印速度为3mm/s,气压为765KPa,打印针孔内径0.84mm,层间距0.5mm的条件下,通过模型设计、打印浆料配置、双喷头打印、引线插入(焊接)、矫形、烧结和化成等工艺,制备出的具有梯度结构的阳极块形状规整,均匀,其收缩率在9.7％-14.5％之间,单位质量的CV达到53200μF.V/g,相比同类产品增加了15.6%,基本达到工业化生产需求。该技术是现有加工制备技术的有益补充,是对高功率密度和能量密度电解电容器阳极块制备技术的有益探索。
高功率密度固体钽电容器阳极块的设计、加工和制造是当前研究的热点和难点。实验借助多材料浆料直写成型3D打印技术制备具有梯度结构的固体钽电容器阳极块。研究了阳极块打印制备工艺,分析了浆料配比、挤出量、层间距、打印速度等对成型效果的影响。结果表明,用钽粉、粘结剂PVA(聚乙烯醇)和溶剂水(配比为7.5:1:5)配制的浆料在打印速度为3mm/s,气压为765KPa,打印针孔内径0.84mm,层间距0.5mm的条件下,通过模型设计、打印浆料配置、双喷头打印、引线插入(焊接)、矫形、烧结和化成等工艺,制备出的具有梯度结构的阳极块形状规整,均匀,其收缩率在9.7％-14.5％之间,单位质量的CV达到53200μF.V/g,相比同类产品增加了15.6%,基本达到工业化生产需求。该技术是现有加工制备技术的有益补充,是对高功率密度和能量密度电解电容器阳极块制备技术的有益探索。
2020, 49(11):3914-3918.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190998
摘要:
利用多孔阳极氧化铝模板辅助法,在Co电解液和CdSe电解液的双槽体系中用直流电沉积法交替沉积合成一维多段Co-CdSe金属-半导体异质结纳米线。异质结纳米线的形貌、结构、磁学及光学特性分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)以及光致发光光谱仪(PL)进行表征。结果表明,Co-CdSe异质结纳米线分层明显,且同时以面心立方结构存在。Co-CdSe异质结纳米线拥有与单质金属Co纳米线相同的磁矫顽力,同时,异质结纳米线也表现优异的光学性能。
利用多孔阳极氧化铝模板辅助法,在Co电解液和CdSe电解液的双槽体系中用直流电沉积法交替沉积合成一维多段Co-CdSe金属-半导体异质结纳米线。异质结纳米线的形貌、结构、磁学及光学特性分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)以及光致发光光谱仪(PL)进行表征。结果表明,Co-CdSe异质结纳米线分层明显,且同时以面心立方结构存在。Co-CdSe异质结纳米线拥有与单质金属Co纳米线相同的磁矫顽力,同时,异质结纳米线也表现优异的光学性能。
2020, 49(11):3919-3924.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191001
摘要:
本文采用双丝电弧增材制造的方法制备了Ti-48Al合金，在此基础上通过原位合金化制备了Ti-48Al-2Cr-2Nb金属间化合物，借助XRD，OM，SEM，微小力学拉伸以及高温氧化试验表征了两种合金的组织与性能。研究结果表明，两种堆积试样的成分均匀，并且均由γ-TiAl和α2-Ti3Al片层组织组成，微量合金元素Cr和Nb的添加不改变合金的相组成。微小力学拉伸结果证实了Cr和Nb微量元素的添加可以显著提高合金的抗拉强度，但对塑性没有明显的影响。高温抗氧化性试验结果表明，Ti-48Al-2Cr-2Nb合金试样比Ti-48Al合金具有更优良的抗氧化性能，试样的最终增重由5.26 g/cm2降低至1.95 g/cm2。
本文采用双丝电弧增材制造的方法制备了Ti-48Al合金，在此基础上通过原位合金化制备了Ti-48Al-2Cr-2Nb金属间化合物，借助XRD，OM，SEM，微小力学拉伸以及高温氧化试验表征了两种合金的组织与性能。研究结果表明，两种堆积试样的成分均匀，并且均由γ-TiAl和α2-Ti3Al片层组织组成，微量合金元素Cr和Nb的添加不改变合金的相组成。微小力学拉伸结果证实了Cr和Nb微量元素的添加可以显著提高合金的抗拉强度，但对塑性没有明显的影响。高温抗氧化性试验结果表明，Ti-48Al-2Cr-2Nb合金试样比Ti-48Al合金具有更优良的抗氧化性能，试样的最终增重由5.26 g/cm2降低至1.95 g/cm2。
2020, 49(11):3925-3931.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191004
摘要:
用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征；采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀；另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO2和Ta2O5氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。
用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征；采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀；另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO2和Ta2O5氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。
41 钨粉中驻留氘去除技术研究
2020, 49(11):3932-3937.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191006
摘要:
氢同位素在钨基材料中的滞留及有效去除,对于材料在聚变堆工况下的损伤评估和氢同位素燃料的投放有着重要的意义。为消除块体钨的几何尺寸因素在氢同位素滞留与有效去除研究中的影响,本工作使用钨粉进行了氢同位素滞留与有效去除的研究,采用热解吸法与同位素置换法两种方式对气相热充进入钨粉的氘进行去除,获得了两种方式去除后钨粉中氘的残留量、脱附特征峰、固溶度等结果。结果表明,两种去除方式对于钨粉中驻留的表面吸附、低能陷阱捕获和高能陷阱捕获的氘都有明显的去除效果；两种去除方式达到平衡的时间与条件不同；同位素置换法相较热解吸法去除效果更好,但操作难度更大,综合考虑,热解吸法具有较大优势。
氢同位素在钨基材料中的滞留及有效去除,对于材料在聚变堆工况下的损伤评估和氢同位素燃料的投放有着重要的意义。为消除块体钨的几何尺寸因素在氢同位素滞留与有效去除研究中的影响,本工作使用钨粉进行了氢同位素滞留与有效去除的研究,采用热解吸法与同位素置换法两种方式对气相热充进入钨粉的氘进行去除,获得了两种方式去除后钨粉中氘的残留量、脱附特征峰、固溶度等结果。结果表明,两种去除方式对于钨粉中驻留的表面吸附、低能陷阱捕获和高能陷阱捕获的氘都有明显的去除效果；两种去除方式达到平衡的时间与条件不同；同位素置换法相较热解吸法去除效果更好,但操作难度更大,综合考虑,热解吸法具有较大优势。
2020, 49(11):3938-3942.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191007
摘要:
利用真空非自耗电弧炉制备了TNM(Ti-44Al-4Nb-1Mo-0.1B at.%)合金锭,研究其铸态组织形貌,并利用Bridgeman定向凝固装置对TNM合金进行热稳定处理实验,分析热稳定处理时间对合金定向凝固糊状区的影响。实验结果显示,其铸态组织是以(α2+γ)片层团为主体,网络状B2相、细小的γ相及硼化物分布于片层团间的近片层组织。热稳定处理时,热稳定时间越长、TNM合金固/液界面越平整,界面前沿温度场和溶质场趋向均匀,但从减少坩埚对熔体的污染的角度考虑,热稳定处理时间不宜过长,30~60 min的热稳定时间即可提供平整的定向凝固启动界面。 热稳定处理影响着TNM合金固/液界面附近固液两相中Al元素的分布,进而影响硼化物的分布。
利用真空非自耗电弧炉制备了TNM(Ti-44Al-4Nb-1Mo-0.1B at.%)合金锭,研究其铸态组织形貌,并利用Bridgeman定向凝固装置对TNM合金进行热稳定处理实验,分析热稳定处理时间对合金定向凝固糊状区的影响。实验结果显示,其铸态组织是以(α2+γ)片层团为主体,网络状B2相、细小的γ相及硼化物分布于片层团间的近片层组织。热稳定处理时,热稳定时间越长、TNM合金固/液界面越平整,界面前沿温度场和溶质场趋向均匀,但从减少坩埚对熔体的污染的角度考虑,热稳定处理时间不宜过长,30~60 min的热稳定时间即可提供平整的定向凝固启动界面。 热稳定处理影响着TNM合金固/液界面附近固液两相中Al元素的分布,进而影响硼化物的分布。
2020, 49(11):3943-3949.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191013
摘要:
基于选区激光熔化（SLM）技术熔体快速冷却的特点，通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量，设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明，SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性，当激光功率为160 W，扫描速度为200 mm/s时，样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加，样品中富Si组织的比例逐渐升高，Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大，使得SLM成形样品的硬度逐渐升高，最大值为194±3 HV。样品经150 ℃时效处理后，由于α-Al内部纳米颗粒的析出，导致样品硬度增大，最大值为210±2 HV，远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。
基于选区激光熔化（SLM）技术熔体快速冷却的特点，通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量，设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明，SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性，当激光功率为160 W，扫描速度为200 mm/s时，样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加，样品中富Si组织的比例逐渐升高，Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大，使得SLM成形样品的硬度逐渐升高，最大值为194±3 HV。样品经150 ℃时效处理后，由于α-Al内部纳米颗粒的析出，导致样品硬度增大，最大值为210±2 HV，远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。
2020, 49(11):3950-3956.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191023
摘要:
本文采用低压烧结的方式制备了性能良好的 WC–Ni–Fe–Mo 硬质合金，研究分析了不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe硬质合金组织性能的影响。结果表明：不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe 硬质合金的微观结构与性能有着显著地影响。添加微量的 Mo 可以抑制 WC-Ni-Fe 硬质合金中 WC 晶粒的溶解再析出长大，一定程度上可以细化 WC 晶粒。随着 Mo 在 WC–Ni–Fe 合金中的含量增加，合金孔隙率逐渐下降。密度先下降后升高，而抗弯强度的变化趋势则相反。当 Mo 添加量较少时，合金的硬度较为稳定，抗弯强度明显提升，而断裂韧性逐渐降低；当 Mo 添加量较大时，合金的硬度、抗弯强度降低，而断裂韧性上升。当 Mo 的添加量为0.5 wt %时，合金具有最佳的力学性能，可与同比例 Co 含量的 WC–Co 硬质合金相媲美，其维氏硬度为 HV 1460、抗弯强度为 4245 MPa、断裂韧性为 17.01 MPa·m1/2。
本文采用低压烧结的方式制备了性能良好的 WC–Ni–Fe–Mo 硬质合金，研究分析了不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe硬质合金组织性能的影响。结果表明：不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe 硬质合金的微观结构与性能有着显著地影响。添加微量的 Mo 可以抑制 WC-Ni-Fe 硬质合金中 WC 晶粒的溶解再析出长大，一定程度上可以细化 WC 晶粒。随着 Mo 在 WC–Ni–Fe 合金中的含量增加，合金孔隙率逐渐下降。密度先下降后升高，而抗弯强度的变化趋势则相反。当 Mo 添加量较少时，合金的硬度较为稳定，抗弯强度明显提升，而断裂韧性逐渐降低；当 Mo 添加量较大时，合金的硬度、抗弯强度降低，而断裂韧性上升。当 Mo 的添加量为0.5 wt %时，合金具有最佳的力学性能，可与同比例 Co 含量的 WC–Co 硬质合金相媲美，其维氏硬度为 HV 1460、抗弯强度为 4245 MPa、断裂韧性为 17.01 MPa·m1/2。
2020, 49(11):3957-3961.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191024
摘要:
本文针对大尺寸高性能钨基高比重合金的制备技术开展一系列研究,研究采用常规原料添加微量元素的方法探讨适用于大尺寸高性能钨基高比重合金材料的成分配比,采用多步骤烧结方法烧结制备大尺寸93WNiFe合金制品,通过烧结过程材料尺寸的监控以及烧结制品实体取样力学性能分析,探索大尺寸钨基高比重合金材料液相烧结过程材料内部组织演变规律,获得4吨重,产品最大直径φ700mm最大高度1400mm的93WNiFe的超大钨合金部件,且产品各部位实体取样抗拉强度大于920MPa延伸率大于20%。
本文针对大尺寸高性能钨基高比重合金的制备技术开展一系列研究,研究采用常规原料添加微量元素的方法探讨适用于大尺寸高性能钨基高比重合金材料的成分配比,采用多步骤烧结方法烧结制备大尺寸93WNiFe合金制品,通过烧结过程材料尺寸的监控以及烧结制品实体取样力学性能分析,探索大尺寸钨基高比重合金材料液相烧结过程材料内部组织演变规律,获得4吨重,产品最大直径φ700mm最大高度1400mm的93WNiFe的超大钨合金部件,且产品各部位实体取样抗拉强度大于920MPa延伸率大于20%。
2020, 49(11):3962-3968.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191031
摘要:
本文以仲钼酸铵为原料，采用喷雾干燥法制备了中空的仲钼酸铵前驱体微球，并将其煅烧还原成方形或球形的多孔单质钼。表征了仲钼酸铵前驱体微球的形貌及其在煅烧还原后的形貌和成分，并研究探讨了还原温度、升温步段和气氛对仲钼酸铵微球还原的影响。结果表明，随着溶液浓度的增大，微球的粒径范围增大，表面凹坑增多，并且团聚现象愈发明显；随着进料速率的增大，微球的粒径范围有一定的减小，且表面的凹坑减少；随着喷雾干燥温度的增大，微球的粒径范围先增大后减小，而表面的凹坑显著增多；在800℃下，利用氢氩混合气还原可以得到方形或近球形单质钼，而利用纯氢气还原则可得到球形单质钼。
本文以仲钼酸铵为原料，采用喷雾干燥法制备了中空的仲钼酸铵前驱体微球，并将其煅烧还原成方形或球形的多孔单质钼。表征了仲钼酸铵前驱体微球的形貌及其在煅烧还原后的形貌和成分，并研究探讨了还原温度、升温步段和气氛对仲钼酸铵微球还原的影响。结果表明，随着溶液浓度的增大，微球的粒径范围增大，表面凹坑增多，并且团聚现象愈发明显；随着进料速率的增大，微球的粒径范围有一定的减小，且表面的凹坑减少；随着喷雾干燥温度的增大，微球的粒径范围先增大后减小，而表面的凹坑显著增多；在800℃下，利用氢氩混合气还原可以得到方形或近球形单质钼，而利用纯氢气还原则可得到球形单质钼。
2020, 49(11):3969-3976.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191041
摘要:
2219铝合金电弧增材制造技术在航天领域具有广泛的应用前景。采用基于CMT工艺的电弧增材制造技术成形了2219铝合金单壁墙试样,并研究了沉积态、固溶态、固溶+时效态的显微组织与力学性能。结果表明显微气孔、θ(Al2Cu)及富Fe脆性相在层间密集分布形成薄弱带,是导致水平方向和垂直方向力学性能各向异性的原因。垂直方向拉伸时,微裂纹易于在层间形成,塑性较差、抗拉强度较低。为提高WAAM成形的2219铝合金垂直方向力学性能,需尽可能降低丝材中的Fe、Si杂质含量。
2219铝合金电弧增材制造技术在航天领域具有广泛的应用前景。采用基于CMT工艺的电弧增材制造技术成形了2219铝合金单壁墙试样,并研究了沉积态、固溶态、固溶+时效态的显微组织与力学性能。结果表明显微气孔、θ(Al2Cu)及富Fe脆性相在层间密集分布形成薄弱带,是导致水平方向和垂直方向力学性能各向异性的原因。垂直方向拉伸时,微裂纹易于在层间形成,塑性较差、抗拉强度较低。为提高WAAM成形的2219铝合金垂直方向力学性能,需尽可能降低丝材中的Fe、Si杂质含量。
2020, 49(11):3977-3986.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190990
摘要:
设计制备低成本、高催化活性、高稳定性的ORR电催化剂对燃料电池的实际应用至关重要,良好的催化剂载体对提高催化剂的电化学催化性能具有重要意义。炭气凝胶具有孔结构可控、高比表面积、高导电性、大孔体积等优势,是一种非常具有潜力的燃料电池ORR电催化剂载体。本文对最近炭气凝胶作为燃料电池催化剂载体的研究进展进行了综述,简单介绍了炭气凝胶的种类及其负载催化剂的方法,着重讨论了炭气凝胶负载Pt等贵金属催化剂、炭气凝胶负载非贵金属催化剂以及非金属掺杂炭气凝胶催化剂的研究进展,最后总结了其面临的挑战和未来的主要发展方向。
设计制备低成本、高催化活性、高稳定性的ORR电催化剂对燃料电池的实际应用至关重要,良好的催化剂载体对提高催化剂的电化学催化性能具有重要意义。炭气凝胶具有孔结构可控、高比表面积、高导电性、大孔体积等优势,是一种非常具有潜力的燃料电池ORR电催化剂载体。本文对最近炭气凝胶作为燃料电池催化剂载体的研究进展进行了综述,简单介绍了炭气凝胶的种类及其负载催化剂的方法,着重讨论了炭气凝胶负载Pt等贵金属催化剂、炭气凝胶负载非贵金属催化剂以及非金属掺杂炭气凝胶催化剂的研究进展,最后总结了其面临的挑战和未来的主要发展方向。
2020, 49(11):3987-3997.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200241
摘要:
石墨烯一种SP2碳杂化的二维平面材料，因其卓越的电学、机械、光学性能，在半导体、电子、光学、传感器等多领域具有巨大的应用潜力。虽然石墨烯可以通过直接从母材剥离或过渡金属上生长来制备，但不受控制的生产或额外的复杂转移过程对石墨烯膜层造成一定损伤，而在介电衬底上通过CVD法直接制备石墨烯成为一个有意义的研究方向。文章综述国内外介电材料表面CVD法直接制备石墨烯研究进展，系统的介绍了介电材料表面直接制备石墨烯的主要方法，阐明生长过程中催化条件、生长参数是介电材料表面制备石墨烯的关键。此外，由于介电材料表面的弱催化作用，其表面直接制备石墨烯晶畴尺寸小，电性能较差，因此实现介电材料表面石墨烯高质量、可控制备是今后研究的方向。
石墨烯一种SP2碳杂化的二维平面材料，因其卓越的电学、机械、光学性能，在半导体、电子、光学、传感器等多领域具有巨大的应用潜力。虽然石墨烯可以通过直接从母材剥离或过渡金属上生长来制备，但不受控制的生产或额外的复杂转移过程对石墨烯膜层造成一定损伤，而在介电衬底上通过CVD法直接制备石墨烯成为一个有意义的研究方向。文章综述国内外介电材料表面CVD法直接制备石墨烯研究进展，系统的介绍了介电材料表面直接制备石墨烯的主要方法，阐明生长过程中催化条件、生长参数是介电材料表面制备石墨烯的关键。此外，由于介电材料表面的弱催化作用，其表面直接制备石墨烯晶畴尺寸小，电性能较差，因此实现介电材料表面石墨烯高质量、可控制备是今后研究的方向。
2020, 49(11):3998-4004.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190959
摘要:
随着电动车产业的快速发展,锂离子电池的安全问题和快速充电问题越来越受到关注。石墨作为商业化已久的锂离电池负极材料,因其析锂平台近乎于零,而存在因负极析锂而短路的巨大安全隐患,因而不适用于快速充电的锂离子电池负极材料。具有层状钙钛矿结构LiEuTiO4,其脱/嵌锂平台约为0.8V,实际比容量高于200 mAh/g,既可以避免析锂的发生, 又不会导致电池能量密度过低,且倍率性能良好,利用该材料有望发展出一种电动车用安全的快速充电动力电池。本工作总结了钛酸铕锂(LiEuTiO4)负极材料的研究现状,包括分子结构、储锂机制、制备方法及亟待解决的问题,指出进一步的研究方向。
随着电动车产业的快速发展,锂离子电池的安全问题和快速充电问题越来越受到关注。石墨作为商业化已久的锂离电池负极材料,因其析锂平台近乎于零,而存在因负极析锂而短路的巨大安全隐患,因而不适用于快速充电的锂离子电池负极材料。具有层状钙钛矿结构LiEuTiO4,其脱/嵌锂平台约为0.8V,实际比容量高于200 mAh/g,既可以避免析锂的发生, 又不会导致电池能量密度过低,且倍率性能良好,利用该材料有望发展出一种电动车用安全的快速充电动力电池。本工作总结了钛酸铕锂(LiEuTiO4)负极材料的研究现状,包括分子结构、储锂机制、制备方法及亟待解决的问题,指出进一步的研究方向。
