2020年第49卷第5期文章目次
2020, 49(5):1469-1475.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20180038
摘要:
本文通过基于共沉淀工艺的双粉法制备了Bi1.76Pb0.34Sr1.93Ca2.0Cu3.06O8+d (Bi-2223)前驱体粉末。在这一过程中,首先单独制备了Bi1.76Pb0.34Sr1.93CaCu2.06O8+d (Bi-2212)和CaCuO2(实际相组成为Ca2CuO3和CuO)粉末,并分别进行了烧结。通过调节共沉淀工艺过程中的pH值,获得了颗粒尺寸不同的CaCuO2粉末,然后将Bi-2212与其按照相组成相组成为1:1进行混合,并装入Ag包套中,通过一系列的旋锻、拉拔和轧制工艺,获得设计尺寸的Bi-2223带材。比表面积测试表明随着pH值从3.0增加到5.0和6.5,获得CaCuO2粉末的平均颗粒尺寸从1.1减小到0.75和0.60 mm。通过扫描电镜对不同尺寸CaCuO2颗粒制备的Bi-2223生带、第一次热处理和后处理之后带材的相组成和分布进行了表征。结果表明,适当尺寸的CaCuO2颗粒可以避免团聚现象的出现,因此有利于高载流性能带材的获得。最终通过进一步调节带材的尺寸,1#带材的性能最高,达到了12200 Acm-2。
本文通过基于共沉淀工艺的双粉法制备了Bi1.76Pb0.34Sr1.93Ca2.0Cu3.06O8+d (Bi-2223)前驱体粉末。在这一过程中,首先单独制备了Bi1.76Pb0.34Sr1.93CaCu2.06O8+d (Bi-2212)和CaCuO2(实际相组成为Ca2CuO3和CuO)粉末,并分别进行了烧结。通过调节共沉淀工艺过程中的pH值,获得了颗粒尺寸不同的CaCuO2粉末,然后将Bi-2212与其按照相组成相组成为1:1进行混合,并装入Ag包套中,通过一系列的旋锻、拉拔和轧制工艺,获得设计尺寸的Bi-2223带材。比表面积测试表明随着pH值从3.0增加到5.0和6.5,获得CaCuO2粉末的平均颗粒尺寸从1.1减小到0.75和0.60 mm。通过扫描电镜对不同尺寸CaCuO2颗粒制备的Bi-2223生带、第一次热处理和后处理之后带材的相组成和分布进行了表征。结果表明,适当尺寸的CaCuO2颗粒可以避免团聚现象的出现,因此有利于高载流性能带材的获得。最终通过进一步调节带材的尺寸,1#带材的性能最高,达到了12200 Acm-2。
2020, 49(5):1476-1482.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20180034
摘要:
钛锭固液界面形貌对其凝固组织有着很大的影响。本文研究了超长超薄TC4扁锭EB炉熔炼中结晶器三维尺寸对固液界面形貌的影响。结果表明:当TC4扁锭截面长度超过450mm时，结晶器的冷却能力不再增加。当长度超过有效距离时，随着结晶器长度的增加，熔池深度和糊状区宽度不再发生改变。此外，提高结晶器的长宽比有利于提高TC4扁锭的表面质量。计算结果表明，结晶器内长和内宽比应在4:1和6:1之间。当结晶器高度大于300mm时，熔池深度和糊状区宽度不变。因此，通过本文研究可以为EBCHM熔炼超长超薄TC4扁锭的结晶器三维设计提供一定的设计依据。
钛锭固液界面形貌对其凝固组织有着很大的影响。本文研究了超长超薄TC4扁锭EB炉熔炼中结晶器三维尺寸对固液界面形貌的影响。结果表明:当TC4扁锭截面长度超过450mm时，结晶器的冷却能力不再增加。当长度超过有效距离时，随着结晶器长度的增加，熔池深度和糊状区宽度不再发生改变。此外，提高结晶器的长宽比有利于提高TC4扁锭的表面质量。计算结果表明，结晶器内长和内宽比应在4:1和6:1之间。当结晶器高度大于300mm时，熔池深度和糊状区宽度不变。因此，通过本文研究可以为EBCHM熔炼超长超薄TC4扁锭的结晶器三维设计提供一定的设计依据。
2020, 49(5):1483-1490.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190686
摘要:
在搅拌摩擦焊接（FSW）过程中，连接区金属材料的流动模式与接头组织的形成密切相关，对接头力学性能有着至关重要的影响。本文采用切片法研究了搅拌摩擦焊接接头的材料流动。通过对接头的三维重建，实现了流动材料的可视化，讨论了接头材料的流动模式和缺陷产生的原因。基于计算流体力学(CFD)和多相流理论，本文建立了FSW过程中铝合金/镁合金材料流动的三维数学模型。通过在数值模型中加入分布的示踪粒子，对不同连接参数下的材料流动模式进行分析和预测。结果表明：接头上部材料流动强烈，材料整体向前进侧迁移，接头中部前进侧镁合金向接头前部迁移，暂时形成的空腔由后退侧迁移来的铝合金填充。当不恰当的工艺参数使材料流动不充分时，未被完全填充的空腔会形成孔洞缺陷。接头整体材料主要以层流为主。在满足材料流动热输入需要时，接头材料的流动模式基本不发生改变，在高转速过热条件下，材料的迁移距离和混合模式会发生改变，两材料围绕搅拌头以层流模式多次越过对接线并充分混合，同时在后退侧产生紊流现象。
在搅拌摩擦焊接（FSW）过程中，连接区金属材料的流动模式与接头组织的形成密切相关，对接头力学性能有着至关重要的影响。本文采用切片法研究了搅拌摩擦焊接接头的材料流动。通过对接头的三维重建，实现了流动材料的可视化，讨论了接头材料的流动模式和缺陷产生的原因。基于计算流体力学(CFD)和多相流理论，本文建立了FSW过程中铝合金/镁合金材料流动的三维数学模型。通过在数值模型中加入分布的示踪粒子，对不同连接参数下的材料流动模式进行分析和预测。结果表明：接头上部材料流动强烈，材料整体向前进侧迁移，接头中部前进侧镁合金向接头前部迁移，暂时形成的空腔由后退侧迁移来的铝合金填充。当不恰当的工艺参数使材料流动不充分时，未被完全填充的空腔会形成孔洞缺陷。接头整体材料主要以层流为主。在满足材料流动热输入需要时，接头材料的流动模式基本不发生改变，在高转速过热条件下，材料的迁移距离和混合模式会发生改变，两材料围绕搅拌头以层流模式多次越过对接线并充分混合，同时在后退侧产生紊流现象。
2020, 49(5):1491-1495.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190100
摘要:
室温条件下,采用INSTRON实验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对TC4钛合金进行压缩实验,得到了不同应变率下的真应力-真应变曲线。通过对应力-应变曲线拟合分析,建立了TC4钛合金的Johnson-Cook(JC)本构模型。基于该本构模型,采用ABAQUS对TC4钛合金高应变率下的冲击压缩实验进行了数值模拟,通过实验结果与仿真数据的对比分析,验证了该本构模型参数的正确性。为实现迫击炮轻量化的目标,设计了一种新型轻量化钛合金质迫击炮座钣。通过建立冲击载荷下迫击炮座钣的有限元模型,考虑材料的应变率效应,对座钣的强度和刚度进行了分析,得到了座钣的应力和位移的变化规律。本文的研究结果为迫击炮座钣及其它装备结构的轻量化设计与开发提供了借鉴。
室温条件下,采用INSTRON实验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对TC4钛合金进行压缩实验,得到了不同应变率下的真应力-真应变曲线。通过对应力-应变曲线拟合分析,建立了TC4钛合金的Johnson-Cook(JC)本构模型。基于该本构模型,采用ABAQUS对TC4钛合金高应变率下的冲击压缩实验进行了数值模拟,通过实验结果与仿真数据的对比分析,验证了该本构模型参数的正确性。为实现迫击炮轻量化的目标,设计了一种新型轻量化钛合金质迫击炮座钣。通过建立冲击载荷下迫击炮座钣的有限元模型,考虑材料的应变率效应,对座钣的强度和刚度进行了分析,得到了座钣的应力和位移的变化规律。本文的研究结果为迫击炮座钣及其它装备结构的轻量化设计与开发提供了借鉴。
2020, 49(5):1496-1502.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190863
摘要:
镍基合金作为压水堆一回路安全端焊接接头焊缝的常用材料,由于严苛的服役环境以及焊缝处材料力学性能的不均匀使得镍基合金极易发生应力腐蚀开裂现象,对核电安全运行造成很大影响。为了解材料宏观结构参量变化(包括材料塑性性能以及应力强度因子K)对SCC裂纹扩展速率的变化,本文通过建立镍基合金600不同宏观结构参量下的SCC裂纹扩展有限元模型,分析了镍基合金600不同塑性以及载荷参数变化对裂尖塑性区和拉伸塑性应变的影响,结果表明塑性区尺寸及裂尖拉伸应变受到裂尖应力强度因子、屈服强度及硬化指数的影响,其中裂尖应力强度因子的影响较大,同时与屈服强度成反比,应力强度因子和硬化指数成正比；通过比较不同应力强度因子下计算所得SCC扩展速率结果和高温水环境下SCC扩展速率实验,获得了符合镍基合金600的特征距离r0的取值范围；研究结果能为核电镍基合金600的高温水环境下SCC速率预测提供一定的科学依据。
镍基合金作为压水堆一回路安全端焊接接头焊缝的常用材料,由于严苛的服役环境以及焊缝处材料力学性能的不均匀使得镍基合金极易发生应力腐蚀开裂现象,对核电安全运行造成很大影响。为了解材料宏观结构参量变化(包括材料塑性性能以及应力强度因子K)对SCC裂纹扩展速率的变化,本文通过建立镍基合金600不同宏观结构参量下的SCC裂纹扩展有限元模型,分析了镍基合金600不同塑性以及载荷参数变化对裂尖塑性区和拉伸塑性应变的影响,结果表明塑性区尺寸及裂尖拉伸应变受到裂尖应力强度因子、屈服强度及硬化指数的影响,其中裂尖应力强度因子的影响较大,同时与屈服强度成反比,应力强度因子和硬化指数成正比；通过比较不同应力强度因子下计算所得SCC扩展速率结果和高温水环境下SCC扩展速率实验,获得了符合镍基合金600的特征距离r0的取值范围；研究结果能为核电镍基合金600的高温水环境下SCC速率预测提供一定的科学依据。
2020, 49(5):1503-1511.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190757
摘要:
为了改善铸态GWZK94合金微观组织的不均匀性，使用电阻加热炉在温度505-520 ℃范围内保温8-20 h进行热处理实验。本文采用光学显微镜（OM）,差示扫描量热仪（DSC），X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），能谱仪（EDS）,电子背散射衍射技术（EBSD），万能试验机和维氏硬度计进行微观组织演变及力学性能分析。铸态合金组织主要包括树枝状α-Mg基体，包含亚稳态层错（SFs）的片层结构，共晶相Mg24(Gd, Y, Zn)5，块状长周期有序堆垛结构(LPSO, Mg12(Gd, Y) Zn)和少量的富稀土相。在均匀化处理过程中，片层结构和共晶相Mg24(Gd, Y, Zn)5逐渐溶于基体中，同时块状LPSO相体积分数逐渐减小并伴随有片层状LPSO相像晶粒内部生长，颗粒状相在晶界附近析出。加热温度为520 ℃时出现复熔三角晶界，说明此时发生了合金的过烧现象。经过均匀化处理后，合金的极限抗拉强度（UTS）和合金屈服强度（TYS）表现出了与组织演变规律相同的变化趋势，同属得到了较为均匀的硬度分布情况。最佳的均匀化制度为515 ℃/16 h.
为了改善铸态GWZK94合金微观组织的不均匀性，使用电阻加热炉在温度505-520 ℃范围内保温8-20 h进行热处理实验。本文采用光学显微镜（OM）,差示扫描量热仪（DSC），X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），能谱仪（EDS）,电子背散射衍射技术（EBSD），万能试验机和维氏硬度计进行微观组织演变及力学性能分析。铸态合金组织主要包括树枝状α-Mg基体，包含亚稳态层错（SFs）的片层结构，共晶相Mg24(Gd, Y, Zn)5，块状长周期有序堆垛结构(LPSO, Mg12(Gd, Y) Zn)和少量的富稀土相。在均匀化处理过程中，片层结构和共晶相Mg24(Gd, Y, Zn)5逐渐溶于基体中，同时块状LPSO相体积分数逐渐减小并伴随有片层状LPSO相像晶粒内部生长，颗粒状相在晶界附近析出。加热温度为520 ℃时出现复熔三角晶界，说明此时发生了合金的过烧现象。经过均匀化处理后，合金的极限抗拉强度（UTS）和合金屈服强度（TYS）表现出了与组织演变规律相同的变化趋势，同属得到了较为均匀的硬度分布情况。最佳的均匀化制度为515 ℃/16 h.
2020, 49(5):1512-1520.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181231
摘要:
为了解决硫酸法生产钛白存在严重的大量硫酸废水污染问题,本文提出了NaOH水热法分解钛铁矿,浸出钛的全新工艺,研究了钛铁矿在NaOH水热体系中分解的行为及动力学。确定最佳的反应条件为：反应温度240℃,NaOH浓度400 g.L-1,液固比3.5:1,氧分压 0.5 MPa,反应时间2 h,搅拌速度600 rpm,粒度 <75μm,钛的浸出率可达到95%以上。通过XRD和SEM表征,确定了钛铁矿的分解行为及钛酸钠的物相组成。通过宏观动力学研究表明,钛铁矿中的钛在NaOH水热体系中氧化分解过程符合未反应收缩核模型,过程速度受产物层扩散控制,计算得到浸出过程的表观活化能为47.39 kJ/mol；钛铁矿在NaOH水热体系中浸出动力学方程为：1-2X/3-(1-X)2/3=[735.09exp(-47389.8/RT)]t。
为了解决硫酸法生产钛白存在严重的大量硫酸废水污染问题,本文提出了NaOH水热法分解钛铁矿,浸出钛的全新工艺,研究了钛铁矿在NaOH水热体系中分解的行为及动力学。确定最佳的反应条件为：反应温度240℃,NaOH浓度400 g.L-1,液固比3.5:1,氧分压 0.5 MPa,反应时间2 h,搅拌速度600 rpm,粒度 <75μm,钛的浸出率可达到95%以上。通过XRD和SEM表征,确定了钛铁矿的分解行为及钛酸钠的物相组成。通过宏观动力学研究表明,钛铁矿中的钛在NaOH水热体系中氧化分解过程符合未反应收缩核模型,过程速度受产物层扩散控制,计算得到浸出过程的表观活化能为47.39 kJ/mol；钛铁矿在NaOH水热体系中浸出动力学方程为：1-2X/3-(1-X)2/3=[735.09exp(-47389.8/RT)]t。
2020, 49(5):1521-1525.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181244
摘要:
为了提高化学法制备长带YBCO的效率，传统的前驱膜多次热解过程需要被缩减为一次，热解后不经过降温直接连接YBCO的晶化过程。采用异辛酸铜替代三氟乙酸铜，可以缓解热解过程的集中放热，缓解前驱膜的收缩。适量硼酸被添加进1.0mol/L的前驱液，经过一次连续热处理，YBCO超导膜被制备出来。利用硼酸在200至500℃的流动态这一特性，氧化硼填充进YBCO气孔，所得YBCO膜更加致密、光亮，与同样条件无掺杂前驱液制备的YBCO对比，具有更高的超导电性。
为了提高化学法制备长带YBCO的效率，传统的前驱膜多次热解过程需要被缩减为一次，热解后不经过降温直接连接YBCO的晶化过程。采用异辛酸铜替代三氟乙酸铜，可以缓解热解过程的集中放热，缓解前驱膜的收缩。适量硼酸被添加进1.0mol/L的前驱液，经过一次连续热处理，YBCO超导膜被制备出来。利用硼酸在200至500℃的流动态这一特性，氧化硼填充进YBCO气孔，所得YBCO膜更加致密、光亮，与同样条件无掺杂前驱液制备的YBCO对比，具有更高的超导电性。
2020, 49(5):1526-1532.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181249
摘要:
银的形貌、银表面的润滑剂、树脂基体的成分、固化过程等都会影响导电胶的性能。其中，银的形貌是一个关键的因素。论文研究了在相同条件不同形貌的银对导电胶性能的影响。将银片、银球和银线用戊二酸处理以消除其他因素的影响，然后这些银粒子被用作导电填料与环氧树脂混合制备导电胶。研究了不同形貌银粉制备的导电胶热降解性能、导电性能、机械性能及贮存稳定性。结果表明在相同条件下银线制备的导电胶具有最低电阻率和渗流阈值、最好的机械性能、以及较好的贮存稳定性，银片制备的导电胶导电性能和贮存稳定性比用银球制备的导电胶好，但机械性能比用银球制备的导电胶差。
银的形貌、银表面的润滑剂、树脂基体的成分、固化过程等都会影响导电胶的性能。其中，银的形貌是一个关键的因素。论文研究了在相同条件不同形貌的银对导电胶性能的影响。将银片、银球和银线用戊二酸处理以消除其他因素的影响，然后这些银粒子被用作导电填料与环氧树脂混合制备导电胶。研究了不同形貌银粉制备的导电胶热降解性能、导电性能、机械性能及贮存稳定性。结果表明在相同条件下银线制备的导电胶具有最低电阻率和渗流阈值、最好的机械性能、以及较好的贮存稳定性，银片制备的导电胶导电性能和贮存稳定性比用银球制备的导电胶好，但机械性能比用银球制备的导电胶差。
2020, 49(5):1533-1538.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181261
摘要:
采用热分解法制备了新型IrO2-CeO2-G/Ti复合电极。采用SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段分别对不同IrO2含量的电极进行表征。采用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱法对电极的电化学行为进行研究。结果表明，IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2 的电极具有最大的比电容值459.5 F/g。在5mA/cm2电流密度下，经5000次充放电循环后IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2电极比电容仍能保持97.8%。该种复合电极材料因其独特的元素组成和良好的赝电容性能，是一种理想的超级电容器电极材料。
采用热分解法制备了新型IrO2-CeO2-G/Ti复合电极。采用SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段分别对不同IrO2含量的电极进行表征。采用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱法对电极的电化学行为进行研究。结果表明，IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2 的电极具有最大的比电容值459.5 F/g。在5mA/cm2电流密度下，经5000次充放电循环后IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2电极比电容仍能保持97.8%。该种复合电极材料因其独特的元素组成和良好的赝电容性能，是一种理想的超级电容器电极材料。
2020, 49(5):1539-1545.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181273
摘要:
本实验通过采用电子探针显微分析和X-ray衍射分析方法实验研究了Ni-Co-Sn三元体系在700°C和1000°C时的相平衡。在这两个温度截面中均未发现三元化合物。βCo3Sn2相和Ni3Sn2（h）相形成了一个贯穿连续固溶体相。Ni-Sn侧包含Ni3Sn（l）、Ni3Sn（h）和Ni3Sn4三个化合物相，它们中Sn的固溶度是有很大区别的。700°C时，Co在Ni3Sn（l）和Ni3Sn4中的最大固溶度在分别约为6.9 at.%和25.6 at.%，在1000°C时，Co在Ni3Sn（h）中的最大固溶度约为15.5 at.%。在700℃和1000℃下，Ni-Co侧的（αCo，Ni）相为一个贯穿连续固溶体相，并且Sn在（αCo，Ni）相中的固溶度约为1 at.% ~10.5 at.%。Ni在线性化合物CoSn相中的溶解度约为15.9 at.%。
本实验通过采用电子探针显微分析和X-ray衍射分析方法实验研究了Ni-Co-Sn三元体系在700°C和1000°C时的相平衡。在这两个温度截面中均未发现三元化合物。βCo3Sn2相和Ni3Sn2（h）相形成了一个贯穿连续固溶体相。Ni-Sn侧包含Ni3Sn（l）、Ni3Sn（h）和Ni3Sn4三个化合物相，它们中Sn的固溶度是有很大区别的。700°C时，Co在Ni3Sn（l）和Ni3Sn4中的最大固溶度在分别约为6.9 at.%和25.6 at.%，在1000°C时，Co在Ni3Sn（h）中的最大固溶度约为15.5 at.%。在700℃和1000℃下，Ni-Co侧的（αCo，Ni）相为一个贯穿连续固溶体相，并且Sn在（αCo，Ni）相中的固溶度约为1 at.% ~10.5 at.%。Ni在线性化合物CoSn相中的溶解度约为15.9 at.%。
2020, 49(5):1546-1552.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181278
摘要:
采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-CoCr/铁基非晶复合涂层。比较研究了复合涂层和WC-CoCr的微观形貌、硬度、耐磨性能、高温氧化性能和腐蚀性能。XRD分析和SEM观察表明，复合涂层主要由WC相、W2C相和铁基非晶相组成。与WC-CoCr涂层相比，复合涂层的硬度有所降低，但是两者没有显著性差异。由于硬度下降，导致复合涂层的耐磨性能略低于WC-CoCr涂层。800℃高温氧化测试表明，复合涂层在800℃具有良好的热稳定性，这归因于氧化过程中生成了一层致密的氧化膜。此外，复合涂层在3.5%氯化钠溶液中的耐腐蚀性能也优于WC-CoCr涂层。
采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-CoCr/铁基非晶复合涂层。比较研究了复合涂层和WC-CoCr的微观形貌、硬度、耐磨性能、高温氧化性能和腐蚀性能。XRD分析和SEM观察表明，复合涂层主要由WC相、W2C相和铁基非晶相组成。与WC-CoCr涂层相比，复合涂层的硬度有所降低，但是两者没有显著性差异。由于硬度下降，导致复合涂层的耐磨性能略低于WC-CoCr涂层。800℃高温氧化测试表明，复合涂层在800℃具有良好的热稳定性，这归因于氧化过程中生成了一层致密的氧化膜。此外，复合涂层在3.5%氯化钠溶液中的耐腐蚀性能也优于WC-CoCr涂层。
2020, 49(5):1553-1560.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181285
摘要:
铜-铁复合板既有良好的延展性、导电和导热性,又有铁的铁磁性和铜的抗磁性,因此可广泛应用于电力、电子等行业。但铜和铁较差的相容性又使得两种金属难以用常规方法进行焊接。本文采用爆炸焊接方法进行了大厚度Cu-Fe-Cu复合板的制备。首先,采用爆炸焊接理论获得了可焊性窗口,确定了炸药爆速、装药厚度和间隙高度；随后,在数值模拟中同时使用SPH、Lagrange和Euler方法完整模拟了整个爆炸焊接过程,获得了复板的碰撞速度、结合界面温度和压力,验证了理论设计参数的有效性；最后,开展了爆炸焊接试验,成功制备了大厚度Cu-Fe-Cu复合板,分析了结合界面近区的硬度分布和界面结合强度,借助于试验和数值模拟结果讨论了界面波的形成过程。结果表明：数值模拟和试验得到的Fe-Cu结合界面的波形参数基本一致；铁和铜在结合面附近的硬度较母材分别增加了约34.2%和49.8%；第一和第二结合界面的剪切强度分别为212.7 MPa和225.3 MPa。
铜-铁复合板既有良好的延展性、导电和导热性,又有铁的铁磁性和铜的抗磁性,因此可广泛应用于电力、电子等行业。但铜和铁较差的相容性又使得两种金属难以用常规方法进行焊接。本文采用爆炸焊接方法进行了大厚度Cu-Fe-Cu复合板的制备。首先,采用爆炸焊接理论获得了可焊性窗口,确定了炸药爆速、装药厚度和间隙高度；随后,在数值模拟中同时使用SPH、Lagrange和Euler方法完整模拟了整个爆炸焊接过程,获得了复板的碰撞速度、结合界面温度和压力,验证了理论设计参数的有效性；最后,开展了爆炸焊接试验,成功制备了大厚度Cu-Fe-Cu复合板,分析了结合界面近区的硬度分布和界面结合强度,借助于试验和数值模拟结果讨论了界面波的形成过程。结果表明：数值模拟和试验得到的Fe-Cu结合界面的波形参数基本一致；铁和铜在结合面附近的硬度较母材分别增加了约34.2%和49.8%；第一和第二结合界面的剪切强度分别为212.7 MPa和225.3 MPa。
2020, 49(5):1561-1566.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190003
摘要:
采用单辊快淬法制备一系列不同名义成分的FeZrB合金样品，并在第一个晶化峰值温度进行退火。利用同步热分析仪(STA)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)测试分析合金的热曲线、微观结构和磁性能。初始晶化相随着FeZrB系列合金成分比例的改变而不同。在不同成分比例的合金中观察到四组不同的初始晶化相，例如α-Fe, α-Fe+Fe23B6型, α-Fe+α-Mn型和α-Fe+Fe2B+ZrB。通过TEM观察发现具有不同初始晶化产物的合金具有不同的形貌。具有不同初始晶化产物合金的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)存在以下关系：Ms(α-Fe)>Ms(α-Fe+α-Mn type)>Ms(α-Fe+Fe2B+ZrB)>Ms(α-Fe+Fe23B6-type), Hc (α-Fe+α-Mn type)>Hc(α-Fe+Fe2B+ZrB)>Hc(α-Fe+Fe23B6-type)>Hc(α-Fe).
采用单辊快淬法制备一系列不同名义成分的FeZrB合金样品，并在第一个晶化峰值温度进行退火。利用同步热分析仪(STA)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)测试分析合金的热曲线、微观结构和磁性能。初始晶化相随着FeZrB系列合金成分比例的改变而不同。在不同成分比例的合金中观察到四组不同的初始晶化相，例如α-Fe, α-Fe+Fe23B6型, α-Fe+α-Mn型和α-Fe+Fe2B+ZrB。通过TEM观察发现具有不同初始晶化产物的合金具有不同的形貌。具有不同初始晶化产物合金的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)存在以下关系：Ms(α-Fe)>Ms(α-Fe+α-Mn type)>Ms(α-Fe+Fe2B+ZrB)>Ms(α-Fe+Fe23B6-type), Hc (α-Fe+α-Mn type)>Hc(α-Fe+Fe2B+ZrB)>Hc(α-Fe+Fe23B6-type)>Hc(α-Fe).
2020, 49(5):1567-1575.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190001
摘要:
采用脉冲固体激光器电子枪零件钼和钽进行激光焊接工艺试验，利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X 射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪随机振动及工作状态下电性能和热性能。 结果表明，优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验。 振动试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量，验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性。
采用脉冲固体激光器电子枪零件钼和钽进行激光焊接工艺试验，利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X 射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪随机振动及工作状态下电性能和热性能。 结果表明，优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验。 振动试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量，验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性。
2020, 49(5):1576-1582.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190003
摘要:
采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂 (NaCl) 体积分数固定前提下当Mg含量从5 wt.%增加至15 wt.%,由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3 %提升至54.3 %,表面开孔直径从289 μm增加到384 μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料；三种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。
采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂 (NaCl) 体积分数固定前提下当Mg含量从5 wt.%增加至15 wt.%,由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3 %提升至54.3 %,表面开孔直径从289 μm增加到384 μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料；三种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。
2020, 49(5):1583-1592.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190063
摘要:
Ti-22Al-25Nb是一种高温结构材料，它的抗氧化性对今后的发展和应用具有重要意义。采用元素粉末和反应烧结法制备了Ti-22Al-25Nb烧结合金，研究了其在静态空气中的氧化行为(923~950℃温度范围内)。不同温度(650 °C, 750 °C, 850 °C, 950 °C)下的最大增重分别为0.15 mg﹒cm-2、0.41 mg·cm-2、1.68 mg·cm-2和6.9 mg·cm-2。研究发现Ti-22Al-25Nb烧结合金具有良好的抗氧化性，特别是在750°C以下（950°C时发生氧化分解）。根据氧化动力学分析，在750℃以下，氧化行为大致遵循抛物线规律，而在850℃以上，氧化行为符合线性规律。讨论了铌合金元素对氧化动力学的影响，通过对氧化形态和相的观察和分析，证明O相（有序Ti2AlNb相）的抗氧化性能优于其它相，其原因可以解释为不同相的Nb含量的差异导致抗氧化性的差异。
Ti-22Al-25Nb是一种高温结构材料，它的抗氧化性对今后的发展和应用具有重要意义。采用元素粉末和反应烧结法制备了Ti-22Al-25Nb烧结合金，研究了其在静态空气中的氧化行为(923~950℃温度范围内)。不同温度(650 °C, 750 °C, 850 °C, 950 °C)下的最大增重分别为0.15 mg﹒cm-2、0.41 mg·cm-2、1.68 mg·cm-2和6.9 mg·cm-2。研究发现Ti-22Al-25Nb烧结合金具有良好的抗氧化性，特别是在750°C以下（950°C时发生氧化分解）。根据氧化动力学分析，在750℃以下，氧化行为大致遵循抛物线规律，而在850℃以上，氧化行为符合线性规律。讨论了铌合金元素对氧化动力学的影响，通过对氧化形态和相的观察和分析，证明O相（有序Ti2AlNb相）的抗氧化性能优于其它相，其原因可以解释为不同相的Nb含量的差异导致抗氧化性的差异。
2020, 49(5):1593-1600.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190072
摘要:
采用分子动力学模拟方法研究了含空位缺陷的γ-TiAl合金在不同晶向下的拉伸行为。通过一系列模拟分析了空位和晶格取向对力学性能和微观缺陷演化的影响。结果表明，晶向对Ti和Al空位的临界应力有明显的影响。含Ti空位模型的屈服应力高于含Al空位模型。在单晶γ-TiAl合金的变形过程中，发现位错密度与堆叠错数具有相同的变化趋势。此外，还讨论了温度对屈服强度的影响。随着温度的升高，材料的极限应力呈非线性下降，弹性模量明显降低。温度越高，晶体向和空位缺陷对极限应力的影响越小。
采用分子动力学模拟方法研究了含空位缺陷的γ-TiAl合金在不同晶向下的拉伸行为。通过一系列模拟分析了空位和晶格取向对力学性能和微观缺陷演化的影响。结果表明，晶向对Ti和Al空位的临界应力有明显的影响。含Ti空位模型的屈服应力高于含Al空位模型。在单晶γ-TiAl合金的变形过程中，发现位错密度与堆叠错数具有相同的变化趋势。此外，还讨论了温度对屈服强度的影响。随着温度的升高，材料的极限应力呈非线性下降，弹性模量明显降低。温度越高，晶体向和空位缺陷对极限应力的影响越小。
2020, 49(5):1601-1606.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190772
摘要:
本文通过慢应变速率拉伸实验和动态电解充氢实验分别研究了Al-xMg-3.1Zn铝合金的应力腐蚀开裂行为及其氢脆行为。结合宏观断口和微观断口形貌分析研究了合金发生应力腐蚀开裂的进程。通过对合金应力腐蚀开裂的机制进行分析阐明了合金中Mg元素含量对合金应力腐蚀开裂行为的影响。研究结果表明在该合金体系中存在应力腐蚀开裂，且合金的应力腐蚀敏感性随合金中Mg含量的降低而降低；这与合金的阳极溶解行为与氢脆行为随Mg元素含量降低而减弱有着直接的关系。在这当中，合金中晶界析出相的数量随Mg元素含量降低而减少起到了至关重要的作用。
本文通过慢应变速率拉伸实验和动态电解充氢实验分别研究了Al-xMg-3.1Zn铝合金的应力腐蚀开裂行为及其氢脆行为。结合宏观断口和微观断口形貌分析研究了合金发生应力腐蚀开裂的进程。通过对合金应力腐蚀开裂的机制进行分析阐明了合金中Mg元素含量对合金应力腐蚀开裂行为的影响。研究结果表明在该合金体系中存在应力腐蚀开裂，且合金的应力腐蚀敏感性随合金中Mg含量的降低而降低；这与合金的阳极溶解行为与氢脆行为随Mg元素含量降低而减弱有着直接的关系。在这当中，合金中晶界析出相的数量随Mg元素含量降低而减少起到了至关重要的作用。
2020, 49(5):1607-1613.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190098
摘要:
本文研究了不同含量Al元素(1~3wt.%)的添加及热处理工艺对合金Ti-xAl-3.5Fe-0.1B组织和力学性能的影响。研究结果表明：Ti-xAl-3.5Fe-0.1B为α+β 两相钛合金，随着Al元素含量由1%增加到3%，合金屈服强度由590 MPa提高到900 MPa，抗拉强度由808 MPa提高到1074 MPa，固溶强化明显，同时，延伸率达到15.4%。组织观察发现：随着Al元素含量的增加，片层状初生α相片层厚度减小，合金组织细化明显。另一方面，对Ti-3Al-3.5Fe-0.1B合金进行不同的热处理发现：双重退火后，合金的屈服强度进一步提高到1000 MPa，抗拉强度提高到1144 MPa，同时，塑性也提高到17.5%，合金具有优异的强韧匹配性。这主要是因为合金双重退火过程中，组织中生成的亚稳β相分解生成次生α相，次生α相尺寸小，位错在次生α相边界受阻。同时，次生α相在β基体上弥散分布，形成弥散强化，导致合金强度进一步提高。另一方面，组织中等轴α相的存在，对于塑性的提高起到了积极的作用。
本文研究了不同含量Al元素(1~3wt.%)的添加及热处理工艺对合金Ti-xAl-3.5Fe-0.1B组织和力学性能的影响。研究结果表明：Ti-xAl-3.5Fe-0.1B为α+β 两相钛合金，随着Al元素含量由1%增加到3%，合金屈服强度由590 MPa提高到900 MPa，抗拉强度由808 MPa提高到1074 MPa，固溶强化明显，同时，延伸率达到15.4%。组织观察发现：随着Al元素含量的增加，片层状初生α相片层厚度减小，合金组织细化明显。另一方面，对Ti-3Al-3.5Fe-0.1B合金进行不同的热处理发现：双重退火后，合金的屈服强度进一步提高到1000 MPa，抗拉强度提高到1144 MPa，同时，塑性也提高到17.5%，合金具有优异的强韧匹配性。这主要是因为合金双重退火过程中，组织中生成的亚稳β相分解生成次生α相，次生α相尺寸小，位错在次生α相边界受阻。同时，次生α相在β基体上弥散分布，形成弥散强化，导致合金强度进一步提高。另一方面，组织中等轴α相的存在，对于塑性的提高起到了积极的作用。
2020, 49(5):1614-1622.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190133
摘要:
利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明：FGH97 热等静压材料低周疲劳断口主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值（约80μm）时，夹杂物尺寸和位置对650℃/ 最大应力980MPa低周疲劳寿命无明显影响，疲劳寿命均值达到190992周次。当夹杂物尺寸超过临界值（约80μm）时，则夹杂物尺寸越大，越靠近表面，低周疲劳寿命越低。因此，控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。
利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明：FGH97 热等静压材料低周疲劳断口主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值（约80μm）时，夹杂物尺寸和位置对650℃/ 最大应力980MPa低周疲劳寿命无明显影响，疲劳寿命均值达到190992周次。当夹杂物尺寸超过临界值（约80μm）时，则夹杂物尺寸越大，越靠近表面，低周疲劳寿命越低。因此，控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。
2020, 49(5):1623-1628.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190114
摘要:
本文通过分析TC4 ELI合金在不同应力幅下的应变-循环次数曲线，研究了双态和片层两种典型组织的低周疲劳性能。组织观察发现：双态组织中等轴α相体积分数约26.6%，等轴α相平均晶粒尺寸~7.8 μm。片层组织试样中，α相的片层厚度为0.5 ~ 2.0 μm。低周疲劳性能结果表明：在最大应力水平下，不同组织的TC4 ELI合金均表现出显著的循环软化现象，双态组织具有更加优异的疲劳性能，这主要是因为双态组织中有效的滑移程远小于片层组织，此外高位错密度等轴α相的存在也阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展。扫描断口形貌分析发现：双态组织试样的疲劳断口平整光滑，而片层组织断口则出现了与原始粗大的β晶粒有关的几何形刻面。
本文通过分析TC4 ELI合金在不同应力幅下的应变-循环次数曲线，研究了双态和片层两种典型组织的低周疲劳性能。组织观察发现：双态组织中等轴α相体积分数约26.6%，等轴α相平均晶粒尺寸~7.8 μm。片层组织试样中，α相的片层厚度为0.5 ~ 2.0 μm。低周疲劳性能结果表明：在最大应力水平下，不同组织的TC4 ELI合金均表现出显著的循环软化现象，双态组织具有更加优异的疲劳性能，这主要是因为双态组织中有效的滑移程远小于片层组织，此外高位错密度等轴α相的存在也阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展。扫描断口形貌分析发现：双态组织试样的疲劳断口平整光滑，而片层组织断口则出现了与原始粗大的β晶粒有关的几何形刻面。
2020, 49(5):1629-1636.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190154
摘要:
采用同步辐射实时成像技术对比研究了不同电流密度对Cu/Sn-9Zn/Ni焊点液-固电迁移行为和界面反应的影响。结果表明，当电流密度为5.0×103 A/cm2时，无论电子方向如何，钎料中的Zn原子均定向扩散至Cu侧界面参与界面反应，导致Cu侧界面处金属间化合物（intermetallic compounds，IMC）的厚度大于Ni侧界面处IMC的厚度；而当电流密度升高至1.0×104 A/cm2和2.0×104 A/cm2时，钎料中的Zn原子均定向扩散至阴极界面，界面IMC的生长表现为“反极性效应”，电流密度越高界面IMC的“反极性效应”越显著。液-固电迁移过程中Cu基体消耗明显，特别是在高电流密度条件下，电子从Ni侧流向Cu侧时，Cu基体的溶解厚度与时间呈现线性关系，电流密度越高Cu基体的溶解速率越快。此外，基于焊点中原子电迁移通量Jem和化学势通量Jchem对Zn原子和Cu在不同电流密度下的迁移行为进行了研究。
采用同步辐射实时成像技术对比研究了不同电流密度对Cu/Sn-9Zn/Ni焊点液-固电迁移行为和界面反应的影响。结果表明，当电流密度为5.0×103 A/cm2时，无论电子方向如何，钎料中的Zn原子均定向扩散至Cu侧界面参与界面反应，导致Cu侧界面处金属间化合物（intermetallic compounds，IMC）的厚度大于Ni侧界面处IMC的厚度；而当电流密度升高至1.0×104 A/cm2和2.0×104 A/cm2时，钎料中的Zn原子均定向扩散至阴极界面，界面IMC的生长表现为“反极性效应”，电流密度越高界面IMC的“反极性效应”越显著。液-固电迁移过程中Cu基体消耗明显，特别是在高电流密度条件下，电子从Ni侧流向Cu侧时，Cu基体的溶解厚度与时间呈现线性关系，电流密度越高Cu基体的溶解速率越快。此外，基于焊点中原子电迁移通量Jem和化学势通量Jchem对Zn原子和Cu在不同电流密度下的迁移行为进行了研究。
2020, 49(5):1637-1642.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190170
摘要:
有效热导率是表征闭孔泡沫铝热性能的重要参数,准确预测闭孔泡沫铝的有效热导率具有重要意义。本文基于已有的闭孔泡沫铝有效热导率模型,提出了一个改进模型,并采用数值模拟方法针对闭孔泡沫铝的非稳态传热过程进行了分析,基于温度场分布获得了有效热导率。结果表明与Lu模型相比,改进模型的预测精度更高；与文献中三个理论模型相比,改进模型具有更好的适用性及预测精度；当采用数值模拟方法计算有效热导率时,沿传热方向的胞孔数对有效热导率的预测精度影响较大；在保证泡沫铝胞孔数足够的条件下,数值模拟结果的精度最高；从成本及精度两方面考虑,改进模型有更好的适用性。
有效热导率是表征闭孔泡沫铝热性能的重要参数,准确预测闭孔泡沫铝的有效热导率具有重要意义。本文基于已有的闭孔泡沫铝有效热导率模型,提出了一个改进模型,并采用数值模拟方法针对闭孔泡沫铝的非稳态传热过程进行了分析,基于温度场分布获得了有效热导率。结果表明与Lu模型相比,改进模型的预测精度更高；与文献中三个理论模型相比,改进模型具有更好的适用性及预测精度；当采用数值模拟方法计算有效热导率时,沿传热方向的胞孔数对有效热导率的预测精度影响较大；在保证泡沫铝胞孔数足够的条件下,数值模拟结果的精度最高；从成本及精度两方面考虑,改进模型有更好的适用性。
2020, 49(5):1643-1649.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190181
摘要:
氢化TiO2纳米管阵列具有良好的电化学性能，通过构筑TiO2<001>取向结构可进一步提高氢化TiO2纳米管阵列的电化学性能。本文以Ti为基底，通过调节阳极氧化法醇-水配比及高温退火工艺的方法制备了具有不同取向程度的锐钛矿型TiO2纳米管阵列，并对具有不同取向度的TiO2纳米管阵列进行相同工艺参数电化学氢化处理，利用SEM、XPS、XRD、TEM及电化学测试等表征手段研究了制备工艺对取向结构的影响以及取向结构对氢化TiO2纳米管阵列电化学性能的影响规律和作用机理。具有高度<001>择优取向结构的氢化TiO2纳米管阵列放电比容量达到了17.31 mF·cm-2，其优异的电化学性能主要归功于氢化与取向结构的协同效应。
氢化TiO2纳米管阵列具有良好的电化学性能，通过构筑TiO2<001>取向结构可进一步提高氢化TiO2纳米管阵列的电化学性能。本文以Ti为基底，通过调节阳极氧化法醇-水配比及高温退火工艺的方法制备了具有不同取向程度的锐钛矿型TiO2纳米管阵列，并对具有不同取向度的TiO2纳米管阵列进行相同工艺参数电化学氢化处理，利用SEM、XPS、XRD、TEM及电化学测试等表征手段研究了制备工艺对取向结构的影响以及取向结构对氢化TiO2纳米管阵列电化学性能的影响规律和作用机理。具有高度<001>择优取向结构的氢化TiO2纳米管阵列放电比容量达到了17.31 mF·cm-2，其优异的电化学性能主要归功于氢化与取向结构的协同效应。
2020, 49(5):1650-1656.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190200
摘要:
本文利用Gleeble3500热模拟试验机研究了Ca对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在变形温度573~723K，应变速率0.001~1s-1的热变形行为及热加工性能的影响。结果表明：Ca增大了合金的流变应力及变形激活能，扩宽了加工安全区及最佳加工区范围，但降低了最大功率耗散因子及动态再结晶程度。结合激光共聚焦显微镜分析了合金热压缩后组织，验证了热加工图的准确性，并制定了合理的热加工工艺，Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的最佳加工区域为：应变速率0.001~0.01s-1，温度623~723K。根据最佳加工工艺参数获得了表面质量良好，无变形缺陷的等温锻造合金。
本文利用Gleeble3500热模拟试验机研究了Ca对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在变形温度573~723K，应变速率0.001~1s-1的热变形行为及热加工性能的影响。结果表明：Ca增大了合金的流变应力及变形激活能，扩宽了加工安全区及最佳加工区范围，但降低了最大功率耗散因子及动态再结晶程度。结合激光共聚焦显微镜分析了合金热压缩后组织，验证了热加工图的准确性，并制定了合理的热加工工艺，Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的最佳加工区域为：应变速率0.001~0.01s-1，温度623~723K。根据最佳加工工艺参数获得了表面质量良好，无变形缺陷的等温锻造合金。
2020, 49(5):1657-1664.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190248
摘要:
利用CALPHAD方法预测了Co基粘结层合金元素对相组成的影响,计算结果表明：Al对β`和γ相的析出量影响显著,Cr对σ相的析出量影响显著,从而确定了Al和Cr元素合适的成分范围分别于13%和22%附近。在此基础上计算了设计成分合金的相组成随温度的变化规律,结果表明：合金于1 208 ℃开始从基体β`相中析出γ相,974 ℃时,γ含量达到最高,随后将析出脆性的σ相。依据此相转变规律建议给出了合金的热处理工艺,1 300 ℃固溶,结合1 000 ℃时效处理。采用真空感应熔炼制备合金样品,铸态合金经上述热处理后得到β`+γ的两相组织,合金元素的偏析明显改善,非晶组织基本消除,得到较为理想的热障涂层粘结层用Co基合金靶材。
利用CALPHAD方法预测了Co基粘结层合金元素对相组成的影响,计算结果表明：Al对β`和γ相的析出量影响显著,Cr对σ相的析出量影响显著,从而确定了Al和Cr元素合适的成分范围分别于13%和22%附近。在此基础上计算了设计成分合金的相组成随温度的变化规律,结果表明：合金于1 208 ℃开始从基体β`相中析出γ相,974 ℃时,γ含量达到最高,随后将析出脆性的σ相。依据此相转变规律建议给出了合金的热处理工艺,1 300 ℃固溶,结合1 000 ℃时效处理。采用真空感应熔炼制备合金样品,铸态合金经上述热处理后得到β`+γ的两相组织,合金元素的偏析明显改善,非晶组织基本消除,得到较为理想的热障涂层粘结层用Co基合金靶材。
2020, 49(5):1665-1673.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190284
摘要:
大规格镁合金型材在轨道交通等领域的需求及要求都日益增加，大规格高强韧镁合金型材在常规技术下制备时，试模成本高，研发周期长，难度极大。本文利用HyperXtrude软件对大规格高强韧Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金轨道交通用支撑梁型材进行了型材结构优化前后的数值模拟，在保证大规格高强韧镁合金支撑梁型材能成功挤压成形的前提下，确定出了优选工艺，即挤压温度470 ℃，挤压速度0.3 mm/s，该工艺下所需最大挤压力为34606 KN。成功制备出了表面质量良好、成分均匀、组织均质的轨道交通用大规格高强韧镁合金支撑梁型材。型材各区域的抗拉强度都在370 MPa以上，延伸率在10%以上，最高强度达到391 MPa；时效态的强度提高明显，达到460 MPa以上，延伸率略微下降，超过8%，最高强度达到475MPa。
大规格镁合金型材在轨道交通等领域的需求及要求都日益增加，大规格高强韧镁合金型材在常规技术下制备时，试模成本高，研发周期长，难度极大。本文利用HyperXtrude软件对大规格高强韧Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金轨道交通用支撑梁型材进行了型材结构优化前后的数值模拟，在保证大规格高强韧镁合金支撑梁型材能成功挤压成形的前提下，确定出了优选工艺，即挤压温度470 ℃，挤压速度0.3 mm/s，该工艺下所需最大挤压力为34606 KN。成功制备出了表面质量良好、成分均匀、组织均质的轨道交通用大规格高强韧镁合金支撑梁型材。型材各区域的抗拉强度都在370 MPa以上，延伸率在10%以上，最高强度达到391 MPa；时效态的强度提高明显，达到460 MPa以上，延伸率略微下降，超过8%，最高强度达到475MPa。
2020, 49(5):1674-1680.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190310
摘要:
研究了Fe含量(0.026%、0.18%,质量分数)对激光立体成形TC4合金组织及拉伸性能的影响。对沉积态及固溶时效处理后的组织进行了分析：两种Fe含量下,沿沉积方向组织均为由贯穿多个熔覆层的β柱状晶组成,内部为魏氏组织且晶界处有较小的α集束；固溶时效处理后,随着Fe含量增加,沿沉积方向组织由粗大的柱状晶转变为细小柱状晶,发生了明显再结晶。热处理后试样室温拉伸性能均高于锻件标准要求,沿沉积方向拉伸性能随Fe含量升高而升高,而Fe含量对垂直方向上拉伸强度影响不大。
研究了Fe含量(0.026%、0.18%,质量分数)对激光立体成形TC4合金组织及拉伸性能的影响。对沉积态及固溶时效处理后的组织进行了分析：两种Fe含量下,沿沉积方向组织均为由贯穿多个熔覆层的β柱状晶组成,内部为魏氏组织且晶界处有较小的α集束；固溶时效处理后,随着Fe含量增加,沿沉积方向组织由粗大的柱状晶转变为细小柱状晶,发生了明显再结晶。热处理后试样室温拉伸性能均高于锻件标准要求,沿沉积方向拉伸性能随Fe含量升高而升高,而Fe含量对垂直方向上拉伸强度影响不大。
2020, 49(5):1681-1688.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190596
摘要:
为了研究陶瓷和石墨铸型对ZTC4钛合金微观组织机理的影响，本文采用数值模拟与实验分析相结合的方法，研究了两种铸型的试样在凝固传热过程中的冷却速度、凝固速度、凝固时间对微观组织和力学性能影响。结果表明：与陶瓷型试样相比，石墨型的散热效果好、冷却速度快、凝固速度高，且石墨型的冷却速度提高了52.04%，使得微观组织为急冷生成的细小板条马氏体α，晶粒较小、取向较多、凝固厚度大，导致力学性能中的屈服强度、抗拉强度、硬度分别提高了6.7%、2.6%和4.2%，但伸长率和断面收缩率分别降低了37%和34.5%。同时同种铸型的不同位置对冷却速度快慢的影响依次为：中间>底部>顶部。
为了研究陶瓷和石墨铸型对ZTC4钛合金微观组织机理的影响，本文采用数值模拟与实验分析相结合的方法，研究了两种铸型的试样在凝固传热过程中的冷却速度、凝固速度、凝固时间对微观组织和力学性能影响。结果表明：与陶瓷型试样相比，石墨型的散热效果好、冷却速度快、凝固速度高，且石墨型的冷却速度提高了52.04%，使得微观组织为急冷生成的细小板条马氏体α，晶粒较小、取向较多、凝固厚度大，导致力学性能中的屈服强度、抗拉强度、硬度分别提高了6.7%、2.6%和4.2%，但伸长率和断面收缩率分别降低了37%和34.5%。同时同种铸型的不同位置对冷却速度快慢的影响依次为：中间>底部>顶部。
2020, 49(5):1689-1693.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190096
摘要:
采用硬度、导电率测试和OM、SEM观察等方法,研究了组合时效对时效强化型Cu-3Ti-0.2Fe-0.2Cr合金箔组织与性能的影响。结果表明,经过900 ℃固溶4 h后水冷+50%初冷轧+450 ℃初时效4 h+95.6%终冷轧+450 ℃再时效1.5 h后,Cu-3Ti-0.2Fe-0.2Cr合金箔的综合性能最优,硬度、抗拉强度、延伸率和导电率分别为354.6 HV、1062 MPa、1.9%和17.1 %IACS，与未经初时效样品的峰时效性能相比,其力学性能相近,但具有更高的导电率，该状态下合金箔的断口形貌为由扁平面、河流状花样和韧窝组成的混合断裂形貌。
采用硬度、导电率测试和OM、SEM观察等方法,研究了组合时效对时效强化型Cu-3Ti-0.2Fe-0.2Cr合金箔组织与性能的影响。结果表明,经过900 ℃固溶4 h后水冷+50%初冷轧+450 ℃初时效4 h+95.6%终冷轧+450 ℃再时效1.5 h后,Cu-3Ti-0.2Fe-0.2Cr合金箔的综合性能最优,硬度、抗拉强度、延伸率和导电率分别为354.6 HV、1062 MPa、1.9%和17.1 %IACS，与未经初时效样品的峰时效性能相比,其力学性能相近,但具有更高的导电率，该状态下合金箔的断口形貌为由扁平面、河流状花样和韧窝组成的混合断裂形貌。
2020, 49(5):1694-1700.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190108
摘要:
以GH3536高温合金粉末为原料，通过添加稳定剂制得稳定的浆料，采用定向冷冻成型制备了定向多孔高温合金。结果表明：添加0.4~1wt.%的瓜尔豆胶或者1~3wt.%的羧甲基纤维素钠作为稳定剂可制备稳定的浆料；随着浆料固相含量从10vol.%增加到30vol.%，定向孔径从308μm减少到198μm，壁厚从 81μm增加到223μm，其轴向压缩强度从10.72MPa增加到75.02MPa，径向压缩强度从9.2MPa增加到78.49MPa；采用固相含量10~30vol.%的浆料制备的定向多孔高温合金是一种塑性材料，固相含量越高其吸能能力越好。
以GH3536高温合金粉末为原料，通过添加稳定剂制得稳定的浆料，采用定向冷冻成型制备了定向多孔高温合金。结果表明：添加0.4~1wt.%的瓜尔豆胶或者1~3wt.%的羧甲基纤维素钠作为稳定剂可制备稳定的浆料；随着浆料固相含量从10vol.%增加到30vol.%，定向孔径从308μm减少到198μm，壁厚从 81μm增加到223μm，其轴向压缩强度从10.72MPa增加到75.02MPa，径向压缩强度从9.2MPa增加到78.49MPa；采用固相含量10~30vol.%的浆料制备的定向多孔高温合金是一种塑性材料，固相含量越高其吸能能力越好。
2020, 49(5):1701-1706.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190156
摘要:
通过激光沉积DZ125单道多层实验,分析了不同热输入量和多层热循环对沉积试样裂纹形态、分布、扩展方式以及沉积区组织、硬度的影响规律。结果表明：随着热输入量的增大,低熔点共晶数量增多,形成的液化裂纹沿晶扩展且尺寸增大,优化工艺参数降低热输入可防止裂纹产生；随着沉积层数的增加,热累积增大,冷却速率降低,产生的热应力增大,凝固裂纹横纵向均有扩展；通过层间冷却,减小热累积,获得单道多层无裂纹组织；在单道多层沉积试样中,沉积区第一层碳化物由条状逐渐变圆形,数量减少,第一层的硬度呈缓慢降低趋势。
通过激光沉积DZ125单道多层实验,分析了不同热输入量和多层热循环对沉积试样裂纹形态、分布、扩展方式以及沉积区组织、硬度的影响规律。结果表明：随着热输入量的增大,低熔点共晶数量增多,形成的液化裂纹沿晶扩展且尺寸增大,优化工艺参数降低热输入可防止裂纹产生；随着沉积层数的增加,热累积增大,冷却速率降低,产生的热应力增大,凝固裂纹横纵向均有扩展；通过层间冷却,减小热累积,获得单道多层无裂纹组织；在单道多层沉积试样中,沉积区第一层碳化物由条状逐渐变圆形,数量减少,第一层的硬度呈缓慢降低趋势。
2020, 49(5):1707-1714.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190157
摘要:
本文研究了Ti1023和Ti5553钛合金经过固溶与低温时效处理(ST-SQA)获得的微观组织和析出硬化行为。采用扫描电镜和透射电镜观察了不同温度时效处理后α相的析出形貌以及分布特点，统计了时效析出次生α相的析出密度和宽度随时效温度的变化情况，并测试了合金的维氏硬度。结果表明： Ti1023合金时效处理时次生α的析出温度低于Ti 5553合金。Ti1023合金在300℃时效时α相已经析出，400℃时α相析出密度到达峰值；Ti5553合金在450-500℃时效α相开始析出，在550℃时效α相的析出密度达到峰值。Ti1023合金硬度随着时效温度的增加先升后降，400℃时效硬度最高；在相同的时效温度范围，Ti5553合金硬度变化出现双峰规律，硬度峰值分别对应于350℃和550℃时效温度。两种合金的硬度变化规律源于合金时效中第二相的析出行为：时效温度低于400℃，Ti1023合金的硬度取决于α相和?相，而Ti5553合金的硬度取决于?相；温度高于400℃，两种合金的硬度主要取决于次生α相的数量与尺寸。
本文研究了Ti1023和Ti5553钛合金经过固溶与低温时效处理(ST-SQA)获得的微观组织和析出硬化行为。采用扫描电镜和透射电镜观察了不同温度时效处理后α相的析出形貌以及分布特点，统计了时效析出次生α相的析出密度和宽度随时效温度的变化情况，并测试了合金的维氏硬度。结果表明： Ti1023合金时效处理时次生α的析出温度低于Ti 5553合金。Ti1023合金在300℃时效时α相已经析出，400℃时α相析出密度到达峰值；Ti5553合金在450-500℃时效α相开始析出，在550℃时效α相的析出密度达到峰值。Ti1023合金硬度随着时效温度的增加先升后降，400℃时效硬度最高；在相同的时效温度范围，Ti5553合金硬度变化出现双峰规律，硬度峰值分别对应于350℃和550℃时效温度。两种合金的硬度变化规律源于合金时效中第二相的析出行为：时效温度低于400℃，Ti1023合金的硬度取决于α相和?相，而Ti5553合金的硬度取决于?相；温度高于400℃，两种合金的硬度主要取决于次生α相的数量与尺寸。
2020, 49(5):1715-1721.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190174
摘要:
在变形温度为623~773K,应变速率为0.001~0.1s-1的条件下,通过INSPEKT Table 100kN电子万能高温实验机对轧制态ME20M镁合金进行了热拉伸实验,分析了变形温度和应变速率对材料流动应力的影响,建立了热变形条件下的本构模型及加工图。研究结果表明：随着变形温度的降低和应变速率的升高,轧制态ME20M镁合金的流动应力增加；建立的本构模型预测峰值应力与实验结果吻合较好,平均相对误差为5.19%；考虑应变对本构模型中材料常数影响后的预测应力值与实验值的相关度较高,平均相对误差为6.00%；最佳热加工范围为673~773K、应变速率0.001~0.01 s-1。
在变形温度为623~773K,应变速率为0.001~0.1s-1的条件下,通过INSPEKT Table 100kN电子万能高温实验机对轧制态ME20M镁合金进行了热拉伸实验,分析了变形温度和应变速率对材料流动应力的影响,建立了热变形条件下的本构模型及加工图。研究结果表明：随着变形温度的降低和应变速率的升高,轧制态ME20M镁合金的流动应力增加；建立的本构模型预测峰值应力与实验结果吻合较好,平均相对误差为5.19%；考虑应变对本构模型中材料常数影响后的预测应力值与实验值的相关度较高,平均相对误差为6.00%；最佳热加工范围为673~773K、应变速率0.001~0.01 s-1。
2020, 49(5):1722-1728.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190180
摘要:
采用热分解法制备Ti/IrO2-SiO2及Ti/IrO2-SiO2-CeO2复合氧化物阳极。采用SEM分析对比掺入CeO2前后电极表面形貌的变化，采用循环伏安曲线及析氧极化曲线将自制Ir-Si-Ce电极与自制Ir-Si电极及商品电极（Ir-Ta-Sn、Ir-Ru、Ir-Ta、Ir-Sn）进行分析对比。采用双膜三室电沉积法从氯化钴溶液中回收钴，探讨自制电极与商品电极槽电压、能耗及抑氯性能优劣。结果表明：掺杂稀土Ce有利于提高电极表面粗糙度、增大其活性表面积、提高其电催化活性；相比于Ir-Si、Ir-Ru、Ir-Sn、Ir-Ta、Ir-Ta-Sn电极，Ir-Si-Ce电极析氧电位最低、电催化活性最高；电沉积回收钴实验中，相比于其它电极，Ir-Si-Ce电极槽电压及能耗最低、抑氯性能最好，氯气削减率高达97.5%。
采用热分解法制备Ti/IrO2-SiO2及Ti/IrO2-SiO2-CeO2复合氧化物阳极。采用SEM分析对比掺入CeO2前后电极表面形貌的变化，采用循环伏安曲线及析氧极化曲线将自制Ir-Si-Ce电极与自制Ir-Si电极及商品电极（Ir-Ta-Sn、Ir-Ru、Ir-Ta、Ir-Sn）进行分析对比。采用双膜三室电沉积法从氯化钴溶液中回收钴，探讨自制电极与商品电极槽电压、能耗及抑氯性能优劣。结果表明：掺杂稀土Ce有利于提高电极表面粗糙度、增大其活性表面积、提高其电催化活性；相比于Ir-Si、Ir-Ru、Ir-Sn、Ir-Ta、Ir-Ta-Sn电极，Ir-Si-Ce电极析氧电位最低、电催化活性最高；电沉积回收钴实验中，相比于其它电极，Ir-Si-Ce电极槽电压及能耗最低、抑氯性能最好，氯气削减率高达97.5%。
2020, 49(5):1729-1735.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190188
摘要:
采用低压冷喷涂增材制造技术制备铜基块体材料,测试块体材料导热性能及力学性能,利用场发射扫描电镜对块体材料截面、拉伸断面进行观察与分析。结果表明,Al2O3体积比为10%的铜基粉末制备的铜基块体材料的导热性能较好,随着Al2O3含量的增加,铜基块体材料导热性能下降。冷喷涂铜基块体材料经退火处理后,导热性能及力学性能有所提升。随着退火温度的上升,热扩散率及抗拉强度呈现先上升后下降的趋势,在退火温度为500℃时,热处理态铜基块体材料热扩散率为加工态铜块体材料的80.43%,抗拉强度为125.3MPa。
采用低压冷喷涂增材制造技术制备铜基块体材料,测试块体材料导热性能及力学性能,利用场发射扫描电镜对块体材料截面、拉伸断面进行观察与分析。结果表明,Al2O3体积比为10%的铜基粉末制备的铜基块体材料的导热性能较好,随着Al2O3含量的增加,铜基块体材料导热性能下降。冷喷涂铜基块体材料经退火处理后,导热性能及力学性能有所提升。随着退火温度的上升,热扩散率及抗拉强度呈现先上升后下降的趋势,在退火温度为500℃时,热处理态铜基块体材料热扩散率为加工态铜块体材料的80.43%,抗拉强度为125.3MPa。
2020, 49(5):1736-1742.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190197
摘要:
采用激光选区熔化技术制造了不同单元结构尺寸（1~6 mm）、孔隙率（40~80%）的拓扑优化多孔阵列结构，研究了单元结构尺寸对其压缩形变规律和弹性性能的影响。结果表明，多孔阵列结构的抗压强度、弹性模量均与单元结构尺寸成反比，抗压强度在126~199 MPa，弹性模量在3.5~55.47 GPa；压缩应力-应变曲线与单元结构尺寸有关，分别遵循弹性、弹脆性和脆性多孔材料三种应力应变规律；通过数值模拟多孔阵列结构的压缩形变过程，解释了两种45°断裂带的成因，力学性能与实验结果基本吻合；利用Gibson-Ashby模型评价多孔结构的稳定性，稳定性参数C与单元结构尺寸成反比；给出Gibson-Ashby拟合方程，特征参数n随单元结构尺寸增加而增大；建立了单元结构尺寸、相对密度和相对弹性模量的三维曲面数学模型，提出骨植入体的设计区域。
采用激光选区熔化技术制造了不同单元结构尺寸（1~6 mm）、孔隙率（40~80%）的拓扑优化多孔阵列结构，研究了单元结构尺寸对其压缩形变规律和弹性性能的影响。结果表明，多孔阵列结构的抗压强度、弹性模量均与单元结构尺寸成反比，抗压强度在126~199 MPa，弹性模量在3.5~55.47 GPa；压缩应力-应变曲线与单元结构尺寸有关，分别遵循弹性、弹脆性和脆性多孔材料三种应力应变规律；通过数值模拟多孔阵列结构的压缩形变过程，解释了两种45°断裂带的成因，力学性能与实验结果基本吻合；利用Gibson-Ashby模型评价多孔结构的稳定性，稳定性参数C与单元结构尺寸成反比；给出Gibson-Ashby拟合方程，特征参数n随单元结构尺寸增加而增大；建立了单元结构尺寸、相对密度和相对弹性模量的三维曲面数学模型，提出骨植入体的设计区域。
2020, 49(5):1743-1749.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190211
摘要:
通过对比热挤压成形管材和爆裂管材的组织以及对爆裂管材裂纹和断口的分析,研究了热挤压成形GH3625合金管材的组织及裂纹形成机理。结果表明：爆裂管材与成形管材的组织均为等轴晶,但爆裂管材的开裂使晶界处的应力集中得以释放,其组织中并没有形成变形孪晶,在管材径向方向上也不存在晶粒尺寸不均匀的现象。挤压比过高导致管材在热挤压过程中绝热升温严重,使低熔点的laves相熔化并扩散到周围基体中是裂纹形成的根本原因。在模具出口处高拉应力的作用下,这些裂纹不断扩展最终连接在一起,导致管材的爆裂现象。由于断口表面冷却速率较高,组织通过奥氏体区的时间较短,再结晶形核核心多且晶粒长大过程受阻,使断口表面形成了一层十分细小的再结晶晶粒。
通过对比热挤压成形管材和爆裂管材的组织以及对爆裂管材裂纹和断口的分析,研究了热挤压成形GH3625合金管材的组织及裂纹形成机理。结果表明：爆裂管材与成形管材的组织均为等轴晶,但爆裂管材的开裂使晶界处的应力集中得以释放,其组织中并没有形成变形孪晶,在管材径向方向上也不存在晶粒尺寸不均匀的现象。挤压比过高导致管材在热挤压过程中绝热升温严重,使低熔点的laves相熔化并扩散到周围基体中是裂纹形成的根本原因。在模具出口处高拉应力的作用下,这些裂纹不断扩展最终连接在一起,导致管材的爆裂现象。由于断口表面冷却速率较高,组织通过奥氏体区的时间较短,再结晶形核核心多且晶粒长大过程受阻,使断口表面形成了一层十分细小的再结晶晶粒。
2020, 49(5):1750-1756.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190221
摘要:
采用机械混合的方法将Ni，Co，Cr，Al，Y的单质粉末按照4：2：1.5：1：0.03的比例机械混合4 h后，利用低压冷喷涂设备（GDU-3-15）在310S不锈钢基体表面沉积厚度为160 μm的混合粉体涂层，将制备好的样品置于真空管式炉（TL1700）中进行热扩散原位合成合金涂层处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等方法对喷涂态及扩散合成的NiCoCrAlY合金涂层的显微组织、物相组成、显微硬度等进行对比研究。结果表明：冷喷涂制备的NiCoCrAlY混合粉体涂层主要以单质元素混合存在，经过1100 ℃/4 h真空扩散后，涂层中发生了元素的扩散和冶金反应，涂层与基体间有扩散现象发生，形成明显的冶金结合，氧化实验表明，原位扩散合成的NiCoCrAlY涂层的试样氧化增重明显低于纯基体试样，能对基体起到很好的保护作用，有效地保护了基体不被快速氧化。
采用机械混合的方法将Ni，Co，Cr，Al，Y的单质粉末按照4：2：1.5：1：0.03的比例机械混合4 h后，利用低压冷喷涂设备（GDU-3-15）在310S不锈钢基体表面沉积厚度为160 μm的混合粉体涂层，将制备好的样品置于真空管式炉（TL1700）中进行热扩散原位合成合金涂层处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等方法对喷涂态及扩散合成的NiCoCrAlY合金涂层的显微组织、物相组成、显微硬度等进行对比研究。结果表明：冷喷涂制备的NiCoCrAlY混合粉体涂层主要以单质元素混合存在，经过1100 ℃/4 h真空扩散后，涂层中发生了元素的扩散和冶金反应，涂层与基体间有扩散现象发生，形成明显的冶金结合，氧化实验表明，原位扩散合成的NiCoCrAlY涂层的试样氧化增重明显低于纯基体试样，能对基体起到很好的保护作用，有效地保护了基体不被快速氧化。
2020, 49(5):1757-1765.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190226
摘要:
为消除TA19闪光焊接接头的组织不均匀性，改善闪光焊接TA19的综合性能。利用Gleeble3500热模拟试验机对TA19闪光焊接头在变形温度900~980℃，变形量30%、60%，变形速率0.01~1s-1条件下进行等温恒定速率热压缩试验，以研究其组织在不同变形参数下的转变特征。实验结果表明，焊接接头试样在压缩过程中流变应力-应变曲线呈现动态软化趋势，在低变形速率条件下片状α相动态回复、动态再结晶过程充分发生，促进其宽度尺寸的增加，β相楔入导致片状α相断开。随变形量与变形温度的增加，在动态再结晶以及元素扩散作用下，片层α相等轴化比例逐渐提高。变形过程中有残留β相被破碎，部分转变为富Mo的颗粒分布在α相基体上。在随后的热处理过程，α基体上富Mo颗粒回溶到β相，β相长大完成对片层α相的分割，α相进一步通过静态再结晶完成等轴化。闪光焊接试样在980℃、变形速率0.01s-1、60%变形量下变形后，经930℃1h+590℃4h空冷的退火处理，可充分实现焊缝组织的等轴化转变，热处理后焊接接头组织以等轴组织为主，组织均匀性明显改善。
为消除TA19闪光焊接接头的组织不均匀性，改善闪光焊接TA19的综合性能。利用Gleeble3500热模拟试验机对TA19闪光焊接头在变形温度900~980℃，变形量30%、60%，变形速率0.01~1s-1条件下进行等温恒定速率热压缩试验，以研究其组织在不同变形参数下的转变特征。实验结果表明，焊接接头试样在压缩过程中流变应力-应变曲线呈现动态软化趋势，在低变形速率条件下片状α相动态回复、动态再结晶过程充分发生，促进其宽度尺寸的增加，β相楔入导致片状α相断开。随变形量与变形温度的增加，在动态再结晶以及元素扩散作用下，片层α相等轴化比例逐渐提高。变形过程中有残留β相被破碎，部分转变为富Mo的颗粒分布在α相基体上。在随后的热处理过程，α基体上富Mo颗粒回溶到β相，β相长大完成对片层α相的分割，α相进一步通过静态再结晶完成等轴化。闪光焊接试样在980℃、变形速率0.01s-1、60%变形量下变形后，经930℃1h+590℃4h空冷的退火处理，可充分实现焊缝组织的等轴化转变，热处理后焊接接头组织以等轴组织为主，组织均匀性明显改善。
2020, 49(5):1766-1772.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190246
摘要:
本文采用溶胶凝胶结合氢还原法制备出Sc均匀掺杂的钨粉,随后采用微波烧结法成功制备出浸渍型含钪扩散阴极。对Sc掺杂钨粉特性、钪掺杂钨海绵基体微观结构、阴极发射性能和阴极表面活性物质分布进行了分析,结果显示：钪以Sc2O3的形态均匀分布于平均粒径1 μm的钨粉中,海绵体骨架主要由大小均匀的亚微米级准球形颗粒构成,表面孔结构良好,孔分布均匀,平均孔径在0.46 μm左右,Sc2O3均匀分布于基体之中。电子发射测试结果表明,该阴极950 ℃b脉冲偏离点电流密度Jdiv为137.59 A/cm2,发射斜率1.431。激活后的阴极表面Ba：Sc：O的原子比例为1.8:1:2.2,同时阴极表面存在大量的纳米粒子,对阴极发射有促进作用。
本文采用溶胶凝胶结合氢还原法制备出Sc均匀掺杂的钨粉,随后采用微波烧结法成功制备出浸渍型含钪扩散阴极。对Sc掺杂钨粉特性、钪掺杂钨海绵基体微观结构、阴极发射性能和阴极表面活性物质分布进行了分析,结果显示：钪以Sc2O3的形态均匀分布于平均粒径1 μm的钨粉中,海绵体骨架主要由大小均匀的亚微米级准球形颗粒构成,表面孔结构良好,孔分布均匀,平均孔径在0.46 μm左右,Sc2O3均匀分布于基体之中。电子发射测试结果表明,该阴极950 ℃b脉冲偏离点电流密度Jdiv为137.59 A/cm2,发射斜率1.431。激活后的阴极表面Ba：Sc：O的原子比例为1.8:1:2.2,同时阴极表面存在大量的纳米粒子,对阴极发射有促进作用。
2020, 49(5):1773-1780.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190251
摘要:
通过Gleeble3500热模拟试验机进行热压缩试验并结合微观组织观察和统计分析，研究了热变形对GH4169合金中NbC颗粒尺寸形貌、分布特征的影响规律。研究表明压缩过程中的绝热效应会导致试样心部温度的进一步升高，从而为变形过程中的NbC回溶提供条件。NbC颗粒与基体在变形过程中形成的高位错密度区促进了元素的扩散，并加速了小曲率半径的尖角区域回溶和钝化。随变形量的增加NbC回溶趋势增加，其平均尺寸与体积分数均呈降低趋势。变形过程金属流动会促进NbC颗粒的位移，在70%的变形量下，NbC颗粒平均间距增加趋势显著高于30%和50%变形量试样。因此随变形量的增加，NbC颗粒有从链状→链条弯曲→链条方向改变→弥散分布的分布特征，促进基体中原链状NbC呈细小、弥散分布。研究结果为GH4169闪光焊接性能的提高提供了直接的参考。
通过Gleeble3500热模拟试验机进行热压缩试验并结合微观组织观察和统计分析，研究了热变形对GH4169合金中NbC颗粒尺寸形貌、分布特征的影响规律。研究表明压缩过程中的绝热效应会导致试样心部温度的进一步升高，从而为变形过程中的NbC回溶提供条件。NbC颗粒与基体在变形过程中形成的高位错密度区促进了元素的扩散，并加速了小曲率半径的尖角区域回溶和钝化。随变形量的增加NbC回溶趋势增加，其平均尺寸与体积分数均呈降低趋势。变形过程金属流动会促进NbC颗粒的位移，在70%的变形量下，NbC颗粒平均间距增加趋势显著高于30%和50%变形量试样。因此随变形量的增加，NbC颗粒有从链状→链条弯曲→链条方向改变→弥散分布的分布特征，促进基体中原链状NbC呈细小、弥散分布。研究结果为GH4169闪光焊接性能的提高提供了直接的参考。
2020, 49(5):1781-1784.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190274
摘要:
本文采用化学溶液沉积成功制备出了YBCO+PVDF薄膜。研究发现通过添加PVDF能够改变YBCO胶体的热解行为,适用于快速热解。PVDF在分解中可以向YBCO中间相中引入氟,减少碳酸钡,促进外延生长。结果表明通过添加PVDF可以改善YBCO薄膜的织构取向,有利于更进一步提高样品的超导性能。
本文采用化学溶液沉积成功制备出了YBCO+PVDF薄膜。研究发现通过添加PVDF能够改变YBCO胶体的热解行为,适用于快速热解。PVDF在分解中可以向YBCO中间相中引入氟,减少碳酸钡,促进外延生长。结果表明通过添加PVDF可以改善YBCO薄膜的织构取向,有利于更进一步提高样品的超导性能。
2020, 49(5):1785-1792.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190861
摘要:
研究了不同时效处理对激光增材再制造IN718合金组织及性能的影响。研究表明,时效处理不能改变激光增材再制造IN718合金的外延生长组织特征,但在微观上能够影响Laves在枝晶间的含量和形态。在不同时效温度条件下,随着时效时间的增加,γ 相逐渐长大并在保温一定时间后发生γ 相到δ相的转变,且时效温度越高,所需时间越短。此外,不同时效温度下处理后的修复区显微硬度和抗拉强度随时间均表现出先增后减的趋势。720 ℃条件下,显微硬度在时效16 h时出现峰值410 HV0.2,而760 ℃和800℃条件下时效4 h时出现峰值,分别为385 HV0.2和361 HV0.2。720 ℃、760℃及800 ℃时效条件下不同时效时间对应的抗拉强度最大值分别1153 MPa,1090 MPa和1026 MPa。
研究了不同时效处理对激光增材再制造IN718合金组织及性能的影响。研究表明,时效处理不能改变激光增材再制造IN718合金的外延生长组织特征,但在微观上能够影响Laves在枝晶间的含量和形态。在不同时效温度条件下,随着时效时间的增加,γ 相逐渐长大并在保温一定时间后发生γ 相到δ相的转变,且时效温度越高,所需时间越短。此外,不同时效温度下处理后的修复区显微硬度和抗拉强度随时间均表现出先增后减的趋势。720 ℃条件下,显微硬度在时效16 h时出现峰值410 HV0.2,而760 ℃和800℃条件下时效4 h时出现峰值,分别为385 HV0.2和361 HV0.2。720 ℃、760℃及800 ℃时效条件下不同时效时间对应的抗拉强度最大值分别1153 MPa,1090 MPa和1026 MPa。
2020, 49(5):1793-1798.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190302
摘要:
镁合金在热加工过程中的变形机制复杂,且容易受到材料初始工艺状态和变形条件影响,因此呈现出不同的应力应变关系。采用铸态和变形态的AZ31B作为研究对象,通过Gleeble-1500获取坯料的应力应变曲线随温度和应变率的变化关系,基于Arrhenius双曲正弦型函数构建两种不同工艺状态下镁合金的本构模型,分析初始加工状态对镁合金应力应变关系及变形机制的影响。实验结果表明：当应变速率大于0.1s-1,变形态镁合金在低温下由于变形织构及大量孪生产生而出现45°剪切断裂；在高温和低应变速率下两种工艺状态的镁合金变形机制相同,应力应变曲线基本相似；变形态镁合金的硬化指数n及变形激活能Q相比铸态镁合金更低。
镁合金在热加工过程中的变形机制复杂,且容易受到材料初始工艺状态和变形条件影响,因此呈现出不同的应力应变关系。采用铸态和变形态的AZ31B作为研究对象,通过Gleeble-1500获取坯料的应力应变曲线随温度和应变率的变化关系,基于Arrhenius双曲正弦型函数构建两种不同工艺状态下镁合金的本构模型,分析初始加工状态对镁合金应力应变关系及变形机制的影响。实验结果表明：当应变速率大于0.1s-1,变形态镁合金在低温下由于变形织构及大量孪生产生而出现45°剪切断裂；在高温和低应变速率下两种工艺状态的镁合金变形机制相同,应力应变曲线基本相似；变形态镁合金的硬化指数n及变形激活能Q相比铸态镁合金更低。
2020, 49(5):1799-1802.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190107
摘要:
本文采用Instron力学实验机及分离式 Hopkinson 压杆系统,分别对Ti-811钛合金针状组织进行静、动态压缩实验,以研究其不同应变率下的变形及断裂机制。结果表明：随应变率升高,针状组织屈服强度依次呈现正-负-正的应变速率敏感性,其内在原因是位错滑移机制和孪生变形机制的相互竞争。针状组织在静态和动态加载下的断裂机制明显不同,分别呈现为双剪切及单剪切断裂模式。动态加载试样端面部位可形成连续锯齿型金属屑,这是由于高速变形过程中主剪切带两侧金属的剧烈错动被入射杆与透射杆遏制所导致。
本文采用Instron力学实验机及分离式 Hopkinson 压杆系统,分别对Ti-811钛合金针状组织进行静、动态压缩实验,以研究其不同应变率下的变形及断裂机制。结果表明：随应变率升高,针状组织屈服强度依次呈现正-负-正的应变速率敏感性,其内在原因是位错滑移机制和孪生变形机制的相互竞争。针状组织在静态和动态加载下的断裂机制明显不同,分别呈现为双剪切及单剪切断裂模式。动态加载试样端面部位可形成连续锯齿型金属屑,这是由于高速变形过程中主剪切带两侧金属的剧烈错动被入射杆与透射杆遏制所导致。
2020, 49(5):1803-1809.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190283
摘要:
本文采用显微硬度法，光学显微镜，扫描电镜和透射电镜探究了均匀化退火对Al-6Mg-0.4Mn-0.15Zr-0.04Sc合金Al3(Sc,Zr)相时效行为和Mg均匀性的影响。显微硬度结果显示，合金直接在Al-Mg合金的均匀化温度475℃单级退火时，峰值硬度为83HV，远低于等时退火时的峰值硬度92HV，表明单级均匀化退火时Al3(Sc,Zr)时效强化效果没有充分发挥。因此设计双级均匀化退火，第一级退火在275-350℃进行，使得Al3Sc相弥散析出，300℃具有最高的硬度峰值87HV，之后进行475℃第二级退火，使得Zr包裹在Al3Sc相长大，硬度进一步上升至92HV。微观结构分析显示双级退火相比于单级退火球形Al3(Sc,Zr)相更为细小弥散，因此具有更高的强化效果。合金经过300℃/7h+475℃/15h双级退火后，不仅枝晶处Mg的偏析完全消除，而且Al3(Sc,Zr)相可以细小弥散析出，从获得了更高强度和再结晶温度。
本文采用显微硬度法，光学显微镜，扫描电镜和透射电镜探究了均匀化退火对Al-6Mg-0.4Mn-0.15Zr-0.04Sc合金Al3(Sc,Zr)相时效行为和Mg均匀性的影响。显微硬度结果显示，合金直接在Al-Mg合金的均匀化温度475℃单级退火时，峰值硬度为83HV，远低于等时退火时的峰值硬度92HV，表明单级均匀化退火时Al3(Sc,Zr)时效强化效果没有充分发挥。因此设计双级均匀化退火，第一级退火在275-350℃进行，使得Al3Sc相弥散析出，300℃具有最高的硬度峰值87HV，之后进行475℃第二级退火，使得Zr包裹在Al3Sc相长大，硬度进一步上升至92HV。微观结构分析显示双级退火相比于单级退火球形Al3(Sc,Zr)相更为细小弥散，因此具有更高的强化效果。合金经过300℃/7h+475℃/15h双级退火后，不仅枝晶处Mg的偏析完全消除，而且Al3(Sc,Zr)相可以细小弥散析出，从获得了更高强度和再结晶温度。
2020, 49(5):1810-1818.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190626
摘要:
随着便携式电子产品及电动汽车的快速发展,提高锂离子电池能量密度和功率密度的研究日益增多,其中负极材料作为锂离子电池必备部件之一已成为重要的研究方向。商用的石墨负极因理论容量较低限制了其应用,锗具有较高的理论比容量和优异的物理化学性质,成为锂离子电池负极材料的研究热点。本文介绍了不同形貌和组成的锗基纳米负极材料的制备方法以及国内外的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。
随着便携式电子产品及电动汽车的快速发展,提高锂离子电池能量密度和功率密度的研究日益增多,其中负极材料作为锂离子电池必备部件之一已成为重要的研究方向。商用的石墨负极因理论容量较低限制了其应用,锗具有较高的理论比容量和优异的物理化学性质,成为锂离子电池负极材料的研究热点。本文介绍了不同形貌和组成的锗基纳米负极材料的制备方法以及国内外的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。
2020, 49(5):1819-1824.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190252
摘要:
Zr合金具有高硬度、高熔点、低热膨胀系数、耐腐蚀性好和热中子截面吸收低等优良的特性,因此被逐渐开发应用于核工业、航空航天、生物医学等领域。本文介绍了Zr合金成分设计方法及研究现状,主要涉及的合金设计方法包括：经验法/半经验法、第一性原理计算法、d电子轨道法以及CALPHAD法。其中,重点介绍了第一性原理计算涉及的Zr合金的研究方法及现状。借助有效的合金设计方法和高效的计算机运算可以更加有效、系统地了解材料力学行为特性与微观结构之间的关系,为合金成分设计提供理论依据。结合国内外Zr合金设计方法的研究进展与成果,探讨了Zr合金设计领域的研究发展趋势。
Zr合金具有高硬度、高熔点、低热膨胀系数、耐腐蚀性好和热中子截面吸收低等优良的特性,因此被逐渐开发应用于核工业、航空航天、生物医学等领域。本文介绍了Zr合金成分设计方法及研究现状,主要涉及的合金设计方法包括：经验法/半经验法、第一性原理计算法、d电子轨道法以及CALPHAD法。其中,重点介绍了第一性原理计算涉及的Zr合金的研究方法及现状。借助有效的合金设计方法和高效的计算机运算可以更加有效、系统地了解材料力学行为特性与微观结构之间的关系,为合金成分设计提供理论依据。结合国内外Zr合金设计方法的研究进展与成果,探讨了Zr合金设计领域的研究发展趋势。
