2020年第49卷第6期文章目次
2020, 49(6):1825-1833.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190088
摘要:
本文通过高温拉伸试验研究了Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo合金在温度范围为910~1040℃、应变速率为0.0001~0.1-1条件下的高温变形行为。建立了B2/β+O、α2+B2/β+O和α2+B2/β三个不同相区的Arrhenius方程，并通过多种微观组织观察技术研究了微观组织演化机理。结果表明：在B2/β+O、α2+B2/β+O和α2+B2/β三个相区的激活能分别为759.43kJ/mol，516.71kJ/mol和438.59kJ/mol。微观组织演化主要是O相晶粒的动态再结晶和B2/β相晶粒的动态回复，在B2/β+O相区的软化机制是片层O相晶粒的球化，而在α2+B2/β+O相区的软化机制是B2/β相晶粒的动态再结晶及局部剪切带的形成。
本文通过高温拉伸试验研究了Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo合金在温度范围为910~1040℃、应变速率为0.0001~0.1-1条件下的高温变形行为。建立了B2/β+O、α2+B2/β+O和α2+B2/β三个不同相区的Arrhenius方程，并通过多种微观组织观察技术研究了微观组织演化机理。结果表明：在B2/β+O、α2+B2/β+O和α2+B2/β三个相区的激活能分别为759.43kJ/mol，516.71kJ/mol和438.59kJ/mol。微观组织演化主要是O相晶粒的动态再结晶和B2/β相晶粒的动态回复，在B2/β+O相区的软化机制是片层O相晶粒的球化，而在α2+B2/β+O相区的软化机制是B2/β相晶粒的动态再结晶及局部剪切带的形成。
2020, 49(6):1834-1839.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190264
摘要:
铝被认为是下一代电池最有前途的负极材料之一, 本文中采用导电的Ti3O5作为外壳包覆纳米铝粉来制备Al@Ti3O5核壳结构材料, 并将其作为负极材料应用到双离子电池(DIB)中。使用中间相炭微球(MCMB)作为正极材料,Al@Ti3O5作为负极材料制作Al@Ti3O5-MCMB双离子电池。电池的放电平台可达4.5V, 在电流倍率0.5C下(电流基于正极石墨的理论比容量计算,1C=372mAhg-1)放电比容量达到130.6mAhg-1,比能量密度为278.8Whkg-1。并且在高倍率5C下循环1000次过程中容量基本保持110mAhg-1不变,循环后容量保持率达到92.9%。
铝被认为是下一代电池最有前途的负极材料之一, 本文中采用导电的Ti3O5作为外壳包覆纳米铝粉来制备Al@Ti3O5核壳结构材料, 并将其作为负极材料应用到双离子电池(DIB)中。使用中间相炭微球(MCMB)作为正极材料,Al@Ti3O5作为负极材料制作Al@Ti3O5-MCMB双离子电池。电池的放电平台可达4.5V, 在电流倍率0.5C下(电流基于正极石墨的理论比容量计算,1C=372mAhg-1)放电比容量达到130.6mAhg-1,比能量密度为278.8Whkg-1。并且在高倍率5C下循环1000次过程中容量基本保持110mAhg-1不变,循环后容量保持率达到92.9%。
2020, 49(6):1840-1853.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190884
摘要:
6061铝合金作为一种热可强化铝合金，具有良好的成形性能，但是其塑性流变应力受最终热处理工艺的加热温度、保温时间和冷却方式等参数的影响很大。因此，为了获得最终热处理工艺参数对6061铝合金板材的塑性性能及流变行为的影响，试验中以6061-T6铝合金板材为研究对象，通过单向拉伸试验、金相实验和硬度测试等方法研究不同热处理工艺参数(加热温度为500、530、560和590℃、保温时间2小时、冷却方式为空冷)对6061铝合金塑性性能和硬度的影响。通过单向拉伸试验获取不同热处理工艺参数条件下6061铝合金的真实应力应变曲线；借助BP、GA-BP和PSO-BP神经网络构建不同热处理温度条件下6061铝合金的本构关系模型。研究结果表明BP、GA-BP和PSO-BP神经网络模型均能较好的拟合不同热处理温度条件下6061铝合金的流变行为，但是PSO-BP神经网络模型对6061铝合金流变应力的预测精度更高，网络预测性能更优越，其平均绝对误差(MAE),平均相对误差(AARE)和相关系数(R2)分别为1.89，1.56%和0.9965。
6061铝合金作为一种热可强化铝合金，具有良好的成形性能，但是其塑性流变应力受最终热处理工艺的加热温度、保温时间和冷却方式等参数的影响很大。因此，为了获得最终热处理工艺参数对6061铝合金板材的塑性性能及流变行为的影响，试验中以6061-T6铝合金板材为研究对象，通过单向拉伸试验、金相实验和硬度测试等方法研究不同热处理工艺参数(加热温度为500、530、560和590℃、保温时间2小时、冷却方式为空冷)对6061铝合金塑性性能和硬度的影响。通过单向拉伸试验获取不同热处理工艺参数条件下6061铝合金的真实应力应变曲线；借助BP、GA-BP和PSO-BP神经网络构建不同热处理温度条件下6061铝合金的本构关系模型。研究结果表明BP、GA-BP和PSO-BP神经网络模型均能较好的拟合不同热处理温度条件下6061铝合金的流变行为，但是PSO-BP神经网络模型对6061铝合金流变应力的预测精度更高，网络预测性能更优越，其平均绝对误差(MAE),平均相对误差(AARE)和相关系数(R2)分别为1.89，1.56%和0.9965。
2020, 49(6):1854-1859.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190739
摘要:
为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响，采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001], [011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ^"强化相形状和体积分数，进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对三种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟，模拟结果与试验结果符合得较好。
为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响，采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001], [011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ^"强化相形状和体积分数，进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对三种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟，模拟结果与试验结果符合得较好。
2020, 49(6):1860-1866.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190106
摘要:
本文研究了Fe含量对WAAM Al-7Si-0.6Mg合金组织与性能的影响,并观察了合金中富Fe相形貌和分布。结果表明,WAAM成形试样中富Fe相为细小针状,为亚稳态镁硅相和π-Fe相的混合相。经T6热处理后,富Fe相中Mg2Si脱溶而形成π-Fe相。随着Fe含量的增加,合金中的富Fe相的尺寸增大、数量增多。Fe含量在较小的范围内变化即可对WAAM成形合金的延伸率产生较大影响,而对强度作用不明显,当Fe含量由0.11%增加到0.18%,合金的断裂延伸率降低了47.1%。
本文研究了Fe含量对WAAM Al-7Si-0.6Mg合金组织与性能的影响,并观察了合金中富Fe相形貌和分布。结果表明,WAAM成形试样中富Fe相为细小针状,为亚稳态镁硅相和π-Fe相的混合相。经T6热处理后,富Fe相中Mg2Si脱溶而形成π-Fe相。随着Fe含量的增加,合金中的富Fe相的尺寸增大、数量增多。Fe含量在较小的范围内变化即可对WAAM成形合金的延伸率产生较大影响,而对强度作用不明显,当Fe含量由0.11%增加到0.18%,合金的断裂延伸率降低了47.1%。
2020, 49(6):1867-1872.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190104
摘要:
在温度为250~450 ℃、应变速率为1×10-4-1 s-1的条件下，对超细晶工业纯钛进行变速率压缩实验，计算超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积，并研究超细晶工业纯钛的变形行为。研究结果表明：超细晶工业纯钛在稳态变形阶段存在流变软化效应，这是受变形过程中大角度晶界和位错活动所控制的。超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积在数值上都相对较低，应变速率敏感性随着变形温度的升高而增加，但激活体积独立于变形温度。应变速率敏感性和激活体积的数值表明晶粒内部位错之间的交互作用几乎不发生，而位错与晶界之间的交互作用显著影响超细晶工业纯钛的塑性变形。
在温度为250~450 ℃、应变速率为1×10-4-1 s-1的条件下，对超细晶工业纯钛进行变速率压缩实验，计算超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积，并研究超细晶工业纯钛的变形行为。研究结果表明：超细晶工业纯钛在稳态变形阶段存在流变软化效应，这是受变形过程中大角度晶界和位错活动所控制的。超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积在数值上都相对较低，应变速率敏感性随着变形温度的升高而增加，但激活体积独立于变形温度。应变速率敏感性和激活体积的数值表明晶粒内部位错之间的交互作用几乎不发生，而位错与晶界之间的交互作用显著影响超细晶工业纯钛的塑性变形。
2020, 49(6):1873-1878.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190822
摘要:
摘要： 本文以5wt%Al3Zr/铝基复合材料为研究对象，以Ar气体为离子气体，Al-Ti-B为丝材进行等离子焊接。用电化学综合测试仪测定了焊接区在3.5%NaCl溶液中的腐蚀极化曲线。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对复合材料及其焊缝的组织和相组成进行了分析和表征，研究了Al3Zr/Al基复合材料等离子焊接后在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为和腐蚀机理。SEM分析结果表明，等离子弧焊接可获得较好的焊缝组织，焊缝组织主要由Al3Ti相和Al基体组成，Al3Ti相呈条状和球形。电化学极化曲线表明，材料在熔核处的耐蚀性略低于母材，焊缝处浸泡腐蚀机理为Al3Ti相和基体相的电极电位不同形成原电池反应造成。
摘要： 本文以5wt%Al3Zr/铝基复合材料为研究对象，以Ar气体为离子气体，Al-Ti-B为丝材进行等离子焊接。用电化学综合测试仪测定了焊接区在3.5%NaCl溶液中的腐蚀极化曲线。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对复合材料及其焊缝的组织和相组成进行了分析和表征，研究了Al3Zr/Al基复合材料等离子焊接后在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为和腐蚀机理。SEM分析结果表明，等离子弧焊接可获得较好的焊缝组织，焊缝组织主要由Al3Ti相和Al基体组成，Al3Ti相呈条状和球形。电化学极化曲线表明，材料在熔核处的耐蚀性略低于母材，焊缝处浸泡腐蚀机理为Al3Ti相和基体相的电极电位不同形成原电池反应造成。
2020, 49(6):1879-1884.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190142
摘要:
为了提高Ti-6Al-4V合金零部件的表面强度及耐热性能，在利用激光熔化后的Ti-6Al-4V材料表面上植入ZrO2陶瓷颗粒。本文基于CFD计算方法建立了三维瞬态激光植入工艺过程数值分析模型并对部分实验结果进行了验证。该模型根据等效热效应对移动激光热源进行计算，利用VOF方法追踪流体的自由表面。考虑浮力、惯性力、粘性阻力对颗粒运动的影响分析了颗粒在熔池内的运动过程，对比分析了是否添加颗粒两种工况下熔池内的温度场与流场分布。结果表明颗粒的进入使得熔池内温度场与流场重新分布，流体的流动和熔池的凝固使颗粒分布于不同位置。通过对100μm深度上熔池不同位置处的颗粒数进行统计发现，随着激光扫描速率的增加，颗粒在基板上表面的分布更加密集。
为了提高Ti-6Al-4V合金零部件的表面强度及耐热性能，在利用激光熔化后的Ti-6Al-4V材料表面上植入ZrO2陶瓷颗粒。本文基于CFD计算方法建立了三维瞬态激光植入工艺过程数值分析模型并对部分实验结果进行了验证。该模型根据等效热效应对移动激光热源进行计算，利用VOF方法追踪流体的自由表面。考虑浮力、惯性力、粘性阻力对颗粒运动的影响分析了颗粒在熔池内的运动过程，对比分析了是否添加颗粒两种工况下熔池内的温度场与流场分布。结果表明颗粒的进入使得熔池内温度场与流场重新分布，流体的流动和熔池的凝固使颗粒分布于不同位置。通过对100μm深度上熔池不同位置处的颗粒数进行统计发现，随着激光扫描速率的增加，颗粒在基板上表面的分布更加密集。
2020, 49(6):1885-1893.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190149
摘要:
通过对BSTMUF601高温合金在1253 K和1368 K不同载荷下蠕变试验及基于恒应力条件的θ映射法蠕变本构模型,研究马弗炉真实服役环境下的蠕变行为。为了解决蠕变过程试件截面积减小的问题,提出一种直径修正法近似获得试件的真实应力和应变。考虑在恒载条件下,非线性多元拟合方法不能准确标定蠕变本构模型的参数,本文基于上述修正的应力和应变通过误差反向传播(BP)神经网络的学习算法逆向标定θ映射法模型参数。结果表明,预测结果与实验结果吻合良好,最大相对误差小于12 %。此外,模型计算的表观蠕变应力指数和TEM图像表明位错攀爬是蠕变变形主导机制,说明BP神经网络方法对BSTMUF601高温合金蠕变本构模型参数识别和预测方面的优势。
通过对BSTMUF601高温合金在1253 K和1368 K不同载荷下蠕变试验及基于恒应力条件的θ映射法蠕变本构模型,研究马弗炉真实服役环境下的蠕变行为。为了解决蠕变过程试件截面积减小的问题,提出一种直径修正法近似获得试件的真实应力和应变。考虑在恒载条件下,非线性多元拟合方法不能准确标定蠕变本构模型的参数,本文基于上述修正的应力和应变通过误差反向传播(BP)神经网络的学习算法逆向标定θ映射法模型参数。结果表明,预测结果与实验结果吻合良好,最大相对误差小于12 %。此外,模型计算的表观蠕变应力指数和TEM图像表明位错攀爬是蠕变变形主导机制,说明BP神经网络方法对BSTMUF601高温合金蠕变本构模型参数识别和预测方面的优势。
2020, 49(6):1894-1900.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190152
摘要:
激光-电弧复合焊接镁合金过程中气孔是一种重要缺陷。本文针对复合热源焊接过程中熔池行为和激光匙孔引起的气孔之间的关系进行了实验研究。研究中重点考查了激光脉冲对熔池的冲击作用，匙孔的动态行为以及气孔的形成规律。研究结果表明激光脉冲的参数决定其对液态熔池的冲击作用，较强的激光脉冲作用可以有效抑制气孔的形成；液态金属的行为主要有匙孔行为主导；匙孔的尺寸和开-闭状态直接影响焊后气孔的形成；过高的激光脉冲功率会导致焊后气孔的形成；匙孔开口维持时间越长，焊后气孔数量越少。
激光-电弧复合焊接镁合金过程中气孔是一种重要缺陷。本文针对复合热源焊接过程中熔池行为和激光匙孔引起的气孔之间的关系进行了实验研究。研究中重点考查了激光脉冲对熔池的冲击作用，匙孔的动态行为以及气孔的形成规律。研究结果表明激光脉冲的参数决定其对液态熔池的冲击作用，较强的激光脉冲作用可以有效抑制气孔的形成；液态金属的行为主要有匙孔行为主导；匙孔的尺寸和开-闭状态直接影响焊后气孔的形成；过高的激光脉冲功率会导致焊后气孔的形成；匙孔开口维持时间越长，焊后气孔数量越少。
2020, 49(6):1901-1906.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190155
摘要:
采用热脱氢分析装置 (TDS) 研究了含复合 (Ti,Mo)C析出相的马氏体钢的氢的捕获与解吸附行为。结果表明,36-60 nm的未溶球形(Ti,Mo)复合析出相在室温电化学充氢过程中不能捕获氢,而回火析出的1-5 nm的复合 (Ti,Mo)C析出相是有效的氢陷阱,尽管其氢陷阱激活能相对较低,为16.4-22.1 kJ/mol,与晶界、位错处的氢陷阱激活能相近,同时远低于纯的共格TiC析出相的氢陷阱激活能,但在大气中放置时,被回火析出的1-5 nm的复合 (Ti,Mo)C析出相捕获的氢无法解吸。
采用热脱氢分析装置 (TDS) 研究了含复合 (Ti,Mo)C析出相的马氏体钢的氢的捕获与解吸附行为。结果表明,36-60 nm的未溶球形(Ti,Mo)复合析出相在室温电化学充氢过程中不能捕获氢,而回火析出的1-5 nm的复合 (Ti,Mo)C析出相是有效的氢陷阱,尽管其氢陷阱激活能相对较低,为16.4-22.1 kJ/mol,与晶界、位错处的氢陷阱激活能相近,同时远低于纯的共格TiC析出相的氢陷阱激活能,但在大气中放置时,被回火析出的1-5 nm的复合 (Ti,Mo)C析出相捕获的氢无法解吸。
2020, 49(6):1907-1914.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190009
摘要:
本文使用静滴法研究了不同Mg含量(3.2, 4.5, 6.5, 8.5, 10, 13, 17 wt.% Mg)的Al-Mg合金在M40石墨纤维网上的润湿行为，重点讨论了Mg元素含量对润湿性及铺展速率的影响。 随着Al-Mg合金中的Mg含量从3.2 wt.%增加至17 wt.%，初始润湿角从115o降低到88.5o，而最终润湿角则由 96.7o降低到71o。由于M40石墨纤维的表面组织性质与普通石墨有较大的区别，因此与高密度碳平板相比，Al-Mg合金在石墨纤维网上的初始润湿角更小。而润湿角随Mg含量的增加而减小主要是源于Mg含量的增加可以显著降低Al-Mg合金的表面张力。基于Dezellus方程，进一步计算了Al-Mg合金在石墨纤维网上的铺展速率，计算结果与实验结果基本吻合。基于Miedema模型计算得到的铺展速率系数k也与实验结果基本吻合，此结果证明了Miedema模型在铺展速率计算方面应用的合理性。计算与实验结果均表明Mg元素含量的增加虽然可以显著降低润湿角，但对铺展速率影响不大。
本文使用静滴法研究了不同Mg含量(3.2, 4.5, 6.5, 8.5, 10, 13, 17 wt.% Mg)的Al-Mg合金在M40石墨纤维网上的润湿行为，重点讨论了Mg元素含量对润湿性及铺展速率的影响。 随着Al-Mg合金中的Mg含量从3.2 wt.%增加至17 wt.%，初始润湿角从115o降低到88.5o，而最终润湿角则由 96.7o降低到71o。由于M40石墨纤维的表面组织性质与普通石墨有较大的区别，因此与高密度碳平板相比，Al-Mg合金在石墨纤维网上的初始润湿角更小。而润湿角随Mg含量的增加而减小主要是源于Mg含量的增加可以显著降低Al-Mg合金的表面张力。基于Dezellus方程，进一步计算了Al-Mg合金在石墨纤维网上的铺展速率，计算结果与实验结果基本吻合。基于Miedema模型计算得到的铺展速率系数k也与实验结果基本吻合，此结果证明了Miedema模型在铺展速率计算方面应用的合理性。计算与实验结果均表明Mg元素含量的增加虽然可以显著降低润湿角，但对铺展速率影响不大。
2020, 49(6):1915-1924.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190162
摘要:
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针,研究了不同比例的稀土Yb和Al-5Ti-B复合变质剂对过共晶Al-20Si合金显微组织与性能的影响。结果表明,Al-20Si合金中添加0.5% Yb和0.3% Al-5Ti-1B复合变质剂使得粗大的多边形状、块状和五瓣星状初生Si变质为细小块状,共晶Si由粗大的片状或针状结构变质为细小颗粒或者纤维结构,而且粗大的α-Al枝晶被细化为等轴枝晶。然而,当Al-5Ti-B变质剂含量达到0.4%时,初生Si和共晶Si出现粗化现象。力学性能测试结果表明,合金的抗拉强度和延伸率分别增加了83.7%和92.1%。
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针,研究了不同比例的稀土Yb和Al-5Ti-B复合变质剂对过共晶Al-20Si合金显微组织与性能的影响。结果表明,Al-20Si合金中添加0.5% Yb和0.3% Al-5Ti-1B复合变质剂使得粗大的多边形状、块状和五瓣星状初生Si变质为细小块状,共晶Si由粗大的片状或针状结构变质为细小颗粒或者纤维结构,而且粗大的α-Al枝晶被细化为等轴枝晶。然而,当Al-5Ti-B变质剂含量达到0.4%时,初生Si和共晶Si出现粗化现象。力学性能测试结果表明,合金的抗拉强度和延伸率分别增加了83.7%和92.1%。
2020, 49(6):1925-1930.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190165
摘要:
通过激光熔化沉积制造技术成功制备了X×Y×Z（40 mm×5 mm×60 mm）的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金沉积样品。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和背散射衍射（EBSD）分析了沉积样品的显微组织、相组成、晶粒取向及断口形貌；利用维氏硬度计测量了沉积样品不同位置上的硬度分布；利用拉伸机测量了沉积样品在Z向的拉伸性能。 结果表明，在最佳工艺参数条件下获得了成形良好的沉积样品，经过渗透检测后发现表面无裂纹。沉积样品的显微组织由γ+α2组成的层片状晶团及少量块状γ-TiAl相组成。在沉积状态下，沿试样Z方向的室温拉伸强度为425MPa，延伸率为3.3%。拉伸试样的断口形貌为准解理断口。
通过激光熔化沉积制造技术成功制备了X×Y×Z（40 mm×5 mm×60 mm）的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金沉积样品。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和背散射衍射（EBSD）分析了沉积样品的显微组织、相组成、晶粒取向及断口形貌；利用维氏硬度计测量了沉积样品不同位置上的硬度分布；利用拉伸机测量了沉积样品在Z向的拉伸性能。 结果表明，在最佳工艺参数条件下获得了成形良好的沉积样品，经过渗透检测后发现表面无裂纹。沉积样品的显微组织由γ+α2组成的层片状晶团及少量块状γ-TiAl相组成。在沉积状态下，沿试样Z方向的室温拉伸强度为425MPa，延伸率为3.3%。拉伸试样的断口形貌为准解理断口。
2020, 49(6):1931-1937.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190185
摘要:
在本文，通过分子动力学模拟方法建立了单晶γ-TiAl合金的纳米切削模型和拉伸模型，其主要分析不同的切削深度对工件拉伸性能的影响。一方面，详细的研究了晶格转变和微观缺陷演化之间的关系；另一方面，系统的探讨了不同的切削深度对应力-应变曲线、位错形核位置和工件断口位置的影响。研究结果表明：在纳米切削阶段，晶格转变的数量会随着切削深度的增加而增多并且与微观缺陷演化具有一致性。在一定的切削深度范围内工件的屈服应力和弹性模量会相应的提高。另外，切削深度对工件的位错形核位置和断口位置有较大影响，经过加工的工件位错形核于工件的亚表面，而未经过加工的位错形核于工件的边界处，工件的断口位置随着切削深度的增加越靠近拉伸端。
在本文，通过分子动力学模拟方法建立了单晶γ-TiAl合金的纳米切削模型和拉伸模型，其主要分析不同的切削深度对工件拉伸性能的影响。一方面，详细的研究了晶格转变和微观缺陷演化之间的关系；另一方面，系统的探讨了不同的切削深度对应力-应变曲线、位错形核位置和工件断口位置的影响。研究结果表明：在纳米切削阶段，晶格转变的数量会随着切削深度的增加而增多并且与微观缺陷演化具有一致性。在一定的切削深度范围内工件的屈服应力和弹性模量会相应的提高。另外，切削深度对工件的位错形核位置和断口位置有较大影响，经过加工的工件位错形核于工件的亚表面，而未经过加工的位错形核于工件的边界处，工件的断口位置随着切削深度的增加越靠近拉伸端。
2020, 49(6):1938-1945.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190203
摘要:
利用纳米压痕试验研究了不同厚度钛薄膜的力学行为和疲劳性能。在纳米级动态力学分析的基础上，根据储存刚度的变化定量计算了薄膜的疲劳寿命。结果表明，薄膜的疲劳寿命与残余应力有显著的关系。压痕原位扫描图像显示，薄膜出现明显堆积分层，长裂纹从压头中心向压头边缘垂直延伸。而且，压痕周围积累了大量的应力，纳米级动态加载过程产生了高度局域化的塑性变形和应力释放。薄膜内部的残余压应力将抵消部分载荷应力，提高薄膜的疲劳寿命。
利用纳米压痕试验研究了不同厚度钛薄膜的力学行为和疲劳性能。在纳米级动态力学分析的基础上，根据储存刚度的变化定量计算了薄膜的疲劳寿命。结果表明，薄膜的疲劳寿命与残余应力有显著的关系。压痕原位扫描图像显示，薄膜出现明显堆积分层，长裂纹从压头中心向压头边缘垂直延伸。而且，压痕周围积累了大量的应力，纳米级动态加载过程产生了高度局域化的塑性变形和应力释放。薄膜内部的残余压应力将抵消部分载荷应力，提高薄膜的疲劳寿命。
2020, 49(6):1946-1956.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190213
摘要:
本文采用等温压缩试验研究了在变形温度为573K-723K，应变速率范围为0.01s-1-10s-1，压下量30%-50%的条件下TA1/AZ31B多层复合材料的塑性变形行为并利用光学显微镜观察显微组织的变化。研究表明：TA1和AZ31B在压缩复合过程中均发生塑性变形，但是钛镁多层复合材料各层的变形不同时且不均匀，AZ31B层的变形程度大于TA1层，且在变形过程中AZ31B层发生了动态再结晶。当应变速率为10s-1时，中间TA1层出现颈缩和断裂。计算结果证明Arrhenius本构方程可以准确预测TA1/AZ31B多层复合材料的流动应力行为，得到平均绝对相对误差为3.976%，相关系数为0.991。此外，基于动态材料模型(DMM)理论建立了TA1/AZ31B多层复合材料在真应变0.5下的加工图，确定最佳工艺条件在723K温度下，应变速率为0.01s-1，此时最大功率耗散值为28%。同时，TA1/AZ31B多层复合材料的加工图中存在一个不稳定区域，即变形温度范围为573K ~ 692K时应变速率范围为0.6-10s-1。
本文采用等温压缩试验研究了在变形温度为573K-723K，应变速率范围为0.01s-1-10s-1，压下量30%-50%的条件下TA1/AZ31B多层复合材料的塑性变形行为并利用光学显微镜观察显微组织的变化。研究表明：TA1和AZ31B在压缩复合过程中均发生塑性变形，但是钛镁多层复合材料各层的变形不同时且不均匀，AZ31B层的变形程度大于TA1层，且在变形过程中AZ31B层发生了动态再结晶。当应变速率为10s-1时，中间TA1层出现颈缩和断裂。计算结果证明Arrhenius本构方程可以准确预测TA1/AZ31B多层复合材料的流动应力行为，得到平均绝对相对误差为3.976%，相关系数为0.991。此外，基于动态材料模型(DMM)理论建立了TA1/AZ31B多层复合材料在真应变0.5下的加工图，确定最佳工艺条件在723K温度下，应变速率为0.01s-1，此时最大功率耗散值为28%。同时，TA1/AZ31B多层复合材料的加工图中存在一个不稳定区域，即变形温度范围为573K ~ 692K时应变速率范围为0.6-10s-1。
2020, 49(6):1957-1962.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190037
摘要:
本文采用拉伸试验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段,研究了7B04铝合金在施加和不施加直流电条件下,经470℃固溶和100-140℃时效处理后的组织和力学性能。与传统的T6处理(470 oC/30 min+120 oC/24h)相比,固溶和/或时效处理时施加500A的电流,可显著提高GPII区的析出密度,进而提高峰时效状态下的拉伸强度和延伸率。固溶过程中施加直流电可将随后时效合金达到峰值强度的时间明显缩短12h。
本文采用拉伸试验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段,研究了7B04铝合金在施加和不施加直流电条件下,经470℃固溶和100-140℃时效处理后的组织和力学性能。与传统的T6处理(470 oC/30 min+120 oC/24h)相比,固溶和/或时效处理时施加500A的电流,可显著提高GPII区的析出密度,进而提高峰时效状态下的拉伸强度和延伸率。固溶过程中施加直流电可将随后时效合金达到峰值强度的时间明显缩短12h。
2020, 49(6):1963-1969.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190776
摘要:
突破传统ECAP变形全过程通道等截面思路，提出一种耦合剪切应变和正应变于一体的新型等通道球形转角挤压（Equal channel angular extrusion with spherical cavity，ECAE-SC）工艺。在自行研制的模具上对工业纯铝进行室温单道次ECAE-SC挤压实验，采用OM、EBSD和TEM等技术手段，研究了ECAE-SC变形过程中工业纯铝微观组织的演变规律，并测试了变形后试样的显微硬度。结果表明，在ECAE-SC工艺剧烈简单剪切变形诱导下，工业纯铝仅需1道次挤压变形即可获得等轴、细小、均匀的超细晶组织，平均晶粒尺寸约为400 nm；工业纯铝室温ECAE-SC变形以位错滑移为主并伴有不完全连续动态再结晶，其微观组织经历了剪切带→位错胞→小角度亚晶→大角度等轴晶粒这一动态演化过程。1道次ECAE-SC变形后，工业纯铝组织以{110}<001>高斯织构为主，同时存在部分{111}<112>铜型织构；材料显微硬度值大幅提升，由初始28.94 HV提高到56.53 HV，增幅高达95.33%，且分布均匀性良好。
突破传统ECAP变形全过程通道等截面思路，提出一种耦合剪切应变和正应变于一体的新型等通道球形转角挤压（Equal channel angular extrusion with spherical cavity，ECAE-SC）工艺。在自行研制的模具上对工业纯铝进行室温单道次ECAE-SC挤压实验，采用OM、EBSD和TEM等技术手段，研究了ECAE-SC变形过程中工业纯铝微观组织的演变规律，并测试了变形后试样的显微硬度。结果表明，在ECAE-SC工艺剧烈简单剪切变形诱导下，工业纯铝仅需1道次挤压变形即可获得等轴、细小、均匀的超细晶组织，平均晶粒尺寸约为400 nm；工业纯铝室温ECAE-SC变形以位错滑移为主并伴有不完全连续动态再结晶，其微观组织经历了剪切带→位错胞→小角度亚晶→大角度等轴晶粒这一动态演化过程。1道次ECAE-SC变形后，工业纯铝组织以{110}<001>高斯织构为主，同时存在部分{111}<112>铜型织构；材料显微硬度值大幅提升，由初始28.94 HV提高到56.53 HV，增幅高达95.33%，且分布均匀性良好。
2020, 49(6):1970-1976.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190992
摘要:
为了避免微弧氧化过程中的持续电弧放电对膜层的破坏,本文使用高速摄像机拍摄放电现象,结合负载的电流、电压波形探究持续电弧放电的实质,并研究了被破坏区域的表面、截面形貌及相组成相对于正常膜层的变化,最后搭配不同的占空比和频率,探索出电参数对持续电弧放电现象的影响规律。研究结果表明：在微弧氧化过程中,试样表面呈现出燃弧—熄弧—冷却的往复过程,而局部破坏区域则表现为连续的电弧放电现象。局部持续电弧放电区域的组分结构、表面形貌、截面形貌及元素分布均与正常微弧氧化膜层有很大差异,该膜层的均匀性、致密性和完整性均被破坏,导致膜层整体的均一性被破坏,甚至造成试样的外形尺寸发生严重的破坏。负载的电容特性导致电弧持续时间过长而熔融金属氧化物的冷却时间不足,局部热交换不充分和热量集中,这是造成持续电弧破坏根本原因。该破坏发生后无法修复,因此可以通过对频率和占空比的合理搭配,在不同的处理电压下避免持续电弧破坏现象的发生。
为了避免微弧氧化过程中的持续电弧放电对膜层的破坏,本文使用高速摄像机拍摄放电现象,结合负载的电流、电压波形探究持续电弧放电的实质,并研究了被破坏区域的表面、截面形貌及相组成相对于正常膜层的变化,最后搭配不同的占空比和频率,探索出电参数对持续电弧放电现象的影响规律。研究结果表明：在微弧氧化过程中,试样表面呈现出燃弧—熄弧—冷却的往复过程,而局部破坏区域则表现为连续的电弧放电现象。局部持续电弧放电区域的组分结构、表面形貌、截面形貌及元素分布均与正常微弧氧化膜层有很大差异,该膜层的均匀性、致密性和完整性均被破坏,导致膜层整体的均一性被破坏,甚至造成试样的外形尺寸发生严重的破坏。负载的电容特性导致电弧持续时间过长而熔融金属氧化物的冷却时间不足,局部热交换不充分和热量集中,这是造成持续电弧破坏根本原因。该破坏发生后无法修复,因此可以通过对频率和占空比的合理搭配,在不同的处理电压下避免持续电弧破坏现象的发生。
2020, 49(6):1977-1983.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190333
摘要:
为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理，本文采用对不同强度基板爆炸焊接实验与SPH数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现当焊接参数在可焊窗口以内时，强度较低的材料界面比较容易形成周期性波纹，而且数值模拟结果显示在碰撞点后两个周期的范围内，界面粒子仍然具有较高的运动速度并沿界面持续运动形成界面波；而强度较高且表面光滑的材料则难以形成波状界面。结果表明：爆炸焊接波状界面的形成需要扰动的积累进而触发Bahrani刻入机理，而当界面缺少扰动时则难以形成波状界面；在碰撞点离开后的两个周期范围内，波状界面的熔融金属将沿界面持续运动最终形成稳定的界面波。
为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理，本文采用对不同强度基板爆炸焊接实验与SPH数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现当焊接参数在可焊窗口以内时，强度较低的材料界面比较容易形成周期性波纹，而且数值模拟结果显示在碰撞点后两个周期的范围内，界面粒子仍然具有较高的运动速度并沿界面持续运动形成界面波；而强度较高且表面光滑的材料则难以形成波状界面。结果表明：爆炸焊接波状界面的形成需要扰动的积累进而触发Bahrani刻入机理，而当界面缺少扰动时则难以形成波状界面；在碰撞点离开后的两个周期范围内，波状界面的熔融金属将沿界面持续运动最终形成稳定的界面波。
2020, 49(6):1984-1988.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190353
摘要:
铀铌合金具有优异的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能，是核工程中重要的结构与功能材料。通过直接真空感应熔炼的方式实现铀铌合金的合金化，可大幅度提高铀铌合金的生产效率。然而，铀铌合金的真空感应熔炼合金化过程易出现合金化不充分的现象，该问题主要与固态铌在铀熔体中的溶解扩散过程有关。为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识，精确优化铀铌合金的真空感应熔炼工艺，提升铀铌合金材料质量，本文对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(-21150[K]/T)[m/s]关系；对U/Nb溶解扩散界面进行了表征，结果显示铌溶解于铀熔体的过程中，U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb存在位向关系的片状结构；对比有无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构，结果表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。
铀铌合金具有优异的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能，是核工程中重要的结构与功能材料。通过直接真空感应熔炼的方式实现铀铌合金的合金化，可大幅度提高铀铌合金的生产效率。然而，铀铌合金的真空感应熔炼合金化过程易出现合金化不充分的现象，该问题主要与固态铌在铀熔体中的溶解扩散过程有关。为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识，精确优化铀铌合金的真空感应熔炼工艺，提升铀铌合金材料质量，本文对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(-21150[K]/T)[m/s]关系；对U/Nb溶解扩散界面进行了表征，结果显示铌溶解于铀熔体的过程中，U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb存在位向关系的片状结构；对比有无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构，结果表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。
2020, 49(6):1989-1994.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190368
摘要:
六方马氏体α′具有特殊金相腐蚀行为，即：部分晶粒内部组织经腐蚀后无明显对比度，而部分晶粒腐蚀特征较明显，其内部细长的α′相呈十字正交排列。本文基于OM、AFM、EBSD等手段，分析了α′金相腐蚀行为的内在机理。研究发现：原始β相淬火析出α′时具有三组正交析出方向，若金相观察面同某一晶粒中三组正交析出方向的任意一组平行或近似平行，则该组α′片必为十字正交排列或平行排列。此时，α′片同金相观察面垂直，界面纵深大，腐蚀深度大，故呈现深腐蚀特征。对于给定晶粒，两种排列方式可同时存在，故整体呈现正交排列方式。
六方马氏体α′具有特殊金相腐蚀行为，即：部分晶粒内部组织经腐蚀后无明显对比度，而部分晶粒腐蚀特征较明显，其内部细长的α′相呈十字正交排列。本文基于OM、AFM、EBSD等手段，分析了α′金相腐蚀行为的内在机理。研究发现：原始β相淬火析出α′时具有三组正交析出方向，若金相观察面同某一晶粒中三组正交析出方向的任意一组平行或近似平行，则该组α′片必为十字正交排列或平行排列。此时，α′片同金相观察面垂直，界面纵深大，腐蚀深度大，故呈现深腐蚀特征。对于给定晶粒，两种排列方式可同时存在，故整体呈现正交排列方式。
2020, 49(6):1995-2003.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190386
摘要:
采用EBSD和OIM技术研究了GH3625合金管材短流程制备过程中(热挤压、固溶处理、冷轧及退火处理)的晶界特征分布和织构演变规律,进一步通过分析Schmid因子和Taylor因子研究合金管材的冷热塑性变形能力。结果表明,GH3625合金管材的晶界特征分布主要是以退火孪晶相关的Σ3n晶界优化的,而不是形变孪晶；GH3625合金管材在热挤压/冷轧变形过程中主要形成Brass织构{110}<112>和Fiber织构<111>//RD,而在固溶/退火处理过程中主要形成{110}<110>织构和Brass-R织构{111}<112>；GH3625合金管材在热挤压变形时优先在挤压方向(RD)发生塑性变形,而在冷轧变形时优先在垂直于轧向的方向发生塑性变形；同时,对比热挤压和冷轧变形过程中GH3625合金管材平均的Schmid因子值ms和Taylor因子值MT发现冷轧变形比热挤压变形的塑性变形能力差,需要更高的形变功。
采用EBSD和OIM技术研究了GH3625合金管材短流程制备过程中(热挤压、固溶处理、冷轧及退火处理)的晶界特征分布和织构演变规律,进一步通过分析Schmid因子和Taylor因子研究合金管材的冷热塑性变形能力。结果表明,GH3625合金管材的晶界特征分布主要是以退火孪晶相关的Σ3n晶界优化的,而不是形变孪晶；GH3625合金管材在热挤压/冷轧变形过程中主要形成Brass织构{110}<112>和Fiber织构<111>//RD,而在固溶/退火处理过程中主要形成{110}<110>织构和Brass-R织构{111}<112>；GH3625合金管材在热挤压变形时优先在挤压方向(RD)发生塑性变形,而在冷轧变形时优先在垂直于轧向的方向发生塑性变形；同时,对比热挤压和冷轧变形过程中GH3625合金管材平均的Schmid因子值ms和Taylor因子值MT发现冷轧变形比热挤压变形的塑性变形能力差,需要更高的形变功。
2020, 49(6):2004-2010.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190391
摘要:
利用SQS超晶胞模型及第一性原理计算研究了Zr1-xTix合金中Ti含量及相结构（hcp与bcc结构，α相与β相）对合金相稳定性及弹性性质的影响。研究表明：从弹性性质上看， Ti含量增加会使Zr-Ti合金的结构更加稳定， Zr-Ti合金α相的结构稳定性普遍高于β相；Zr-Ti合金普遍具有延展性， Zr-Ti合金的α相具有更高的硬度并且其硬度和韧性都与Ti元素浓度成正比，Zr-Ti合金的β相具有更高的韧性；从电子结构上看， Ti不会显着改变hcp结构和bcc结构Zr-Ti合金系统的DOS，Zr-Ti合金系统的DOS分布中的费米能级与纯Zr系统的相似， Ti含量对Zr-Ti合金的相稳定性影响不大。
利用SQS超晶胞模型及第一性原理计算研究了Zr1-xTix合金中Ti含量及相结构（hcp与bcc结构，α相与β相）对合金相稳定性及弹性性质的影响。研究表明：从弹性性质上看， Ti含量增加会使Zr-Ti合金的结构更加稳定， Zr-Ti合金α相的结构稳定性普遍高于β相；Zr-Ti合金普遍具有延展性， Zr-Ti合金的α相具有更高的硬度并且其硬度和韧性都与Ti元素浓度成正比，Zr-Ti合金的β相具有更高的韧性；从电子结构上看， Ti不会显着改变hcp结构和bcc结构Zr-Ti合金系统的DOS，Zr-Ti合金系统的DOS分布中的费米能级与纯Zr系统的相似， Ti含量对Zr-Ti合金的相稳定性影响不大。
2020, 49(6):2011-2016.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190395
摘要:
利用织构增强原理，开发出了TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金860 MPa级高强度管材，保证了管材的工艺性能，同时又具有优异的力学服役性能。标准一般规定反映径向织构的管材收缩应变比(CSR)大于1.3，但对上限值未作规定。本文设计出小管径的环向拉伸夹具，测试了不同CSR管材的环向拉伸力学性能，分析织构对环向拉伸强度的影响，发现存在一个最有利的CSR值为1.75，强于或弱于该CSR值时都会导致管材环向屈服强度下降。进一步测定了对应管材的极图和ODF，从微观结构上可以解释这一规律和本质。环向拉伸强度下降会引起液压系统工作时疲劳强度降低，CSR值的上限在工艺设计时应当加以控制。本研究将对发展安全可靠的航空液压系统具有十分重要的理论意义和工程应用价值。
利用织构增强原理，开发出了TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金860 MPa级高强度管材，保证了管材的工艺性能，同时又具有优异的力学服役性能。标准一般规定反映径向织构的管材收缩应变比(CSR)大于1.3，但对上限值未作规定。本文设计出小管径的环向拉伸夹具，测试了不同CSR管材的环向拉伸力学性能，分析织构对环向拉伸强度的影响，发现存在一个最有利的CSR值为1.75，强于或弱于该CSR值时都会导致管材环向屈服强度下降。进一步测定了对应管材的极图和ODF，从微观结构上可以解释这一规律和本质。环向拉伸强度下降会引起液压系统工作时疲劳强度降低，CSR值的上限在工艺设计时应当加以控制。本研究将对发展安全可靠的航空液压系统具有十分重要的理论意义和工程应用价值。
2020, 49(6):2017-2023.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190401
摘要:
本文对电极感应熔化气雾化(Electrode induction melting gas atomization,缩写EIGA)工艺制备的镍基高温合金粉末的物理特性,凝固组织以及内部元素分布进行研究分析；理论分析了EIGA制粉一次雾化过程中液滴尺寸的影响因数；根据对流换热原理计算了该工艺中不同尺寸粉末的冷却速率。结果表明：EIGA粉末以近球形为主,霍尔流速为(13.4s/50g),D90=121.5μm。粉末表面和内部凝固组织显示,随着粉末尺寸的增大组织均由微晶向胞状晶和树枝晶转变。同时颗粒表面组织之间的间隙不断加深,粉末光滑度下降。在雾化气压为4MPa条件下时,粉末尺寸与冷却速率的关系为：。粉末内部没有明显的成分偏析现象,但晶轴和晶间的元素分布略有差别。晶轴上Ni、Al、Co、C元素含量较晶间高,晶间的Ti、Mo、Cr、Nb元素含量更高。
本文对电极感应熔化气雾化(Electrode induction melting gas atomization,缩写EIGA)工艺制备的镍基高温合金粉末的物理特性,凝固组织以及内部元素分布进行研究分析；理论分析了EIGA制粉一次雾化过程中液滴尺寸的影响因数；根据对流换热原理计算了该工艺中不同尺寸粉末的冷却速率。结果表明：EIGA粉末以近球形为主,霍尔流速为(13.4s/50g),D90=121.5μm。粉末表面和内部凝固组织显示,随着粉末尺寸的增大组织均由微晶向胞状晶和树枝晶转变。同时颗粒表面组织之间的间隙不断加深,粉末光滑度下降。在雾化气压为4MPa条件下时,粉末尺寸与冷却速率的关系为：。粉末内部没有明显的成分偏析现象,但晶轴和晶间的元素分布略有差别。晶轴上Ni、Al、Co、C元素含量较晶间高,晶间的Ti、Mo、Cr、Nb元素含量更高。
2020, 49(6):2024-2028.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190412
摘要:
以增材制造GH3625金属粉末为研究对象,采用扫描电镜观察了粉末样品的二维微观结构,通过显微CT表征了粉末样品的三维结构,定量分析了粉末的粒度、体积、球度等几何特征参数。通过三维分割成功提取了空心粉内部所有孔隙,分别以体积孔隙率、空心粉概率、球度等多种参数表征了3D打印的粉末质量。最后研究了空心粉内部孔隙的直径对粉末颗粒球度的影响。实验结果表明,显微CT是一种表征增材制造金属粉末质量的理想工具,CT实验共探测到20576个GH3625粉末颗粒,粉末的平均粒度为28.16μm,其中空心粉颗粒数量为1440个,内部孔隙数量1515个,少数粉末颗粒存在多个孔隙,发现空心粉颗粒的球度随着空心粉内部孔隙直径增大而降低。
以增材制造GH3625金属粉末为研究对象,采用扫描电镜观察了粉末样品的二维微观结构,通过显微CT表征了粉末样品的三维结构,定量分析了粉末的粒度、体积、球度等几何特征参数。通过三维分割成功提取了空心粉内部所有孔隙,分别以体积孔隙率、空心粉概率、球度等多种参数表征了3D打印的粉末质量。最后研究了空心粉内部孔隙的直径对粉末颗粒球度的影响。实验结果表明,显微CT是一种表征增材制造金属粉末质量的理想工具,CT实验共探测到20576个GH3625粉末颗粒,粉末的平均粒度为28.16μm,其中空心粉颗粒数量为1440个,内部孔隙数量1515个,少数粉末颗粒存在多个孔隙,发现空心粉颗粒的球度随着空心粉内部孔隙直径增大而降低。
2020, 49(6):2029-2038.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190247
摘要:
本文使用低压冷喷涂技术，分别在45#钢基体与45#钢加镀铬层基体上制备铜锌涂层试样。通过静态浸泡与铜加速醋酸盐雾腐蚀试验（CASS）对涂层和涂层加镀铬层试样的腐蚀性能进行研究；采用SEM、XPS对腐蚀前后涂层与镀铬层的微观形貌与元素进行表征。结果表明：静态腐蚀过程中，铜锌涂层的耐腐蚀性优于铜锌涂层加镀铬层；CASS实验中，随着原始粉体中锌含量的增加，涂层试样与涂层加镀铬层试样的耐腐蚀性能提高，当铜锌比为6:4时，对应涂层试样、涂层加镀铬层试样与纯镀铬层的耐腐性能达到六级。铜锌涂层在腐蚀液中由于电化学腐蚀及氯化作用，导致铜锌均发生了腐蚀，其腐蚀产物主要为Zn(OH)2、Cu2O与CuCl2。铜锌涂层加镀铬层试样在腐蚀过程中，锌的腐蚀在一定成上可以起到减缓镀铬层腐蚀的作用，这种减缓的作用与镀铬层上析出的铜膜共同保护镀铬层，增强其耐腐蚀性能。
本文使用低压冷喷涂技术，分别在45#钢基体与45#钢加镀铬层基体上制备铜锌涂层试样。通过静态浸泡与铜加速醋酸盐雾腐蚀试验（CASS）对涂层和涂层加镀铬层试样的腐蚀性能进行研究；采用SEM、XPS对腐蚀前后涂层与镀铬层的微观形貌与元素进行表征。结果表明：静态腐蚀过程中，铜锌涂层的耐腐蚀性优于铜锌涂层加镀铬层；CASS实验中，随着原始粉体中锌含量的增加，涂层试样与涂层加镀铬层试样的耐腐蚀性能提高，当铜锌比为6:4时，对应涂层试样、涂层加镀铬层试样与纯镀铬层的耐腐性能达到六级。铜锌涂层在腐蚀液中由于电化学腐蚀及氯化作用，导致铜锌均发生了腐蚀，其腐蚀产物主要为Zn(OH)2、Cu2O与CuCl2。铜锌涂层加镀铬层试样在腐蚀过程中，锌的腐蚀在一定成上可以起到减缓镀铬层腐蚀的作用，这种减缓的作用与镀铬层上析出的铜膜共同保护镀铬层，增强其耐腐蚀性能。
2020, 49(6):2039-2045.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190297
摘要:
在DZ125铸造基体上进行激光沉积修复实验，研究了激光沉积修复显微组织、硬度及摩擦磨损性能。结果表明：沉积区底部为宽度约8μm的平面晶、沿沉积高度方向外延生长排列紧密的柱状晶、中部为树枝晶、顶部为杂乱无章的等轴晶；沉积区层与层交界处γ"相尺寸大于层内，晶界处γ"相尺寸大于晶内；γ+γ"共晶相和MC碳化物沿晶界分布现象明显，沉积区中下部多为短棒状MC碳化物，沉积区顶部多现小块状以及八面体状MC碳化物。基体显微硬度为410～420HV0.3，沉积区显微硬度高于基体，为455～475 HV0.3。沉积区磨损机理主要是轻微的磨粒磨损，耐磨性能优于基体。
在DZ125铸造基体上进行激光沉积修复实验，研究了激光沉积修复显微组织、硬度及摩擦磨损性能。结果表明：沉积区底部为宽度约8μm的平面晶、沿沉积高度方向外延生长排列紧密的柱状晶、中部为树枝晶、顶部为杂乱无章的等轴晶；沉积区层与层交界处γ"相尺寸大于层内，晶界处γ"相尺寸大于晶内；γ+γ"共晶相和MC碳化物沿晶界分布现象明显，沉积区中下部多为短棒状MC碳化物，沉积区顶部多现小块状以及八面体状MC碳化物。基体显微硬度为410～420HV0.3，沉积区显微硬度高于基体，为455～475 HV0.3。沉积区磨损机理主要是轻微的磨粒磨损，耐磨性能优于基体。
2020, 49(6):2046-2053.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190330
摘要:
本文对比研究了Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金双时效和单时效对α相析出行为及力学性能的影响。组织观察显示,合金固溶淬火后得到等轴β晶粒。经过低温预时效后,在β晶内获得均匀弥散的α相团簇组织,但在β晶界出现无析出区(PFZ)。这种β晶内/晶界分区析出特征直接影响后续高温时效形貌。双时效后,在β晶内析出细小均匀的α相,但在β晶界,α相呈粗大片状。与之相比,单时效后,α相分布较为均匀,都为粗大层片。拉伸结果表明,与单时效试样相比,双时效试样抗拉强度高达~1630MPa,但延性较差(~2%)。这种高强度归结为组织中亚微米、纳米量级α粒子强烈的析出强化效应,而急剧的延性损失主要源于β晶界处粗大α片诱发的形变局域化进而导致早期沿晶脆性断裂。
本文对比研究了Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金双时效和单时效对α相析出行为及力学性能的影响。组织观察显示,合金固溶淬火后得到等轴β晶粒。经过低温预时效后,在β晶内获得均匀弥散的α相团簇组织,但在β晶界出现无析出区(PFZ)。这种β晶内/晶界分区析出特征直接影响后续高温时效形貌。双时效后,在β晶内析出细小均匀的α相,但在β晶界,α相呈粗大片状。与之相比,单时效后,α相分布较为均匀,都为粗大层片。拉伸结果表明,与单时效试样相比,双时效试样抗拉强度高达~1630MPa,但延性较差(~2%)。这种高强度归结为组织中亚微米、纳米量级α粒子强烈的析出强化效应,而急剧的延性损失主要源于β晶界处粗大α片诱发的形变局域化进而导致早期沿晶脆性断裂。
2020, 49(6):2054-2058.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190338
摘要:
采用研制的CuMn基钎料对TZM与Kovar合金进行了高频真空钎焊研究。采用DTA、氦质谱捡漏仪、激光共聚焦显微镜、SEM、EDS等分析测试手段,测试了钎料的熔点、对TZM与Kovar合金润湿性,测试了钎缝的气密性、微观组织形貌、界面组织成份等。结果表明：在965℃时,CuMn基钎料在TZM与Kovar合金样品上的润湿角θ分别为30.77°和12.30°,在最大钎焊感应电流为430A时,焊料对钎缝铺展均匀,钎缝区域无裂纹、无气泡等缺陷,焊件气密性测试漏率优于6×10-11 Pa.m3/s,钎缝中间层区域为CuMn基钎料凝固组织,钎料与TZM反应界面区域较窄,与Kovar合金的界面反应区域较宽,钎料中的Mn、Cu元素与Kovar合金中的Fe元素更容易相互扩散迁移发生冶金熔合反应。
采用研制的CuMn基钎料对TZM与Kovar合金进行了高频真空钎焊研究。采用DTA、氦质谱捡漏仪、激光共聚焦显微镜、SEM、EDS等分析测试手段,测试了钎料的熔点、对TZM与Kovar合金润湿性,测试了钎缝的气密性、微观组织形貌、界面组织成份等。结果表明：在965℃时,CuMn基钎料在TZM与Kovar合金样品上的润湿角θ分别为30.77°和12.30°,在最大钎焊感应电流为430A时,焊料对钎缝铺展均匀,钎缝区域无裂纹、无气泡等缺陷,焊件气密性测试漏率优于6×10-11 Pa.m3/s,钎缝中间层区域为CuMn基钎料凝固组织,钎料与TZM反应界面区域较窄,与Kovar合金的界面反应区域较宽,钎料中的Mn、Cu元素与Kovar合金中的Fe元素更容易相互扩散迁移发生冶金熔合反应。
2020, 49(6):2059-2066.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190351
摘要:
本文采用XRD、SEM和TEM等方法表征了Mg-Al-Zn-Nd合金微观组织演变，研究了合金中稀土相的强化行为。结果表明：添加Nd元素后的试验合金主要由α-Mg、Mg17Al12、Al2Nd和 Al11Nd3组成。随着Nd含量的增加，Mg17Al12相尺寸变小，数量减少，弥散分布的Al2Nd和 Al11Nd3相增多，Al11Nd3相由针状趋于棒状转变，且Al11Nd3相与基体存在结合能力较强的半共格界面。稀土相强化行为表现为：（1）在拉伸过程中稀土相周围应力集中的增大，可能诱发其周围基体形成孪晶结构，可以协调部分外界应变能的增加；（2）相比Mg17Al12而言，具有较好结合能力的硬质稀土相不易萌生裂纹，且呈弥散分布的稀土相钉扎位错运动较强；（3）稀土相的增加导致基体与α+β共晶组织（M/E）界面、岛状Mg17Al12相微裂纹源的数量减少。最后，计算并简要讨论了Mg17Al12、Al2Nd和 Al11Nd3相的力学特性。
本文采用XRD、SEM和TEM等方法表征了Mg-Al-Zn-Nd合金微观组织演变，研究了合金中稀土相的强化行为。结果表明：添加Nd元素后的试验合金主要由α-Mg、Mg17Al12、Al2Nd和 Al11Nd3组成。随着Nd含量的增加，Mg17Al12相尺寸变小，数量减少，弥散分布的Al2Nd和 Al11Nd3相增多，Al11Nd3相由针状趋于棒状转变，且Al11Nd3相与基体存在结合能力较强的半共格界面。稀土相强化行为表现为：（1）在拉伸过程中稀土相周围应力集中的增大，可能诱发其周围基体形成孪晶结构，可以协调部分外界应变能的增加；（2）相比Mg17Al12而言，具有较好结合能力的硬质稀土相不易萌生裂纹，且呈弥散分布的稀土相钉扎位错运动较强；（3）稀土相的增加导致基体与α+β共晶组织（M/E）界面、岛状Mg17Al12相微裂纹源的数量减少。最后，计算并简要讨论了Mg17Al12、Al2Nd和 Al11Nd3相的力学特性。
2020, 49(6):2067-2075.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190356
摘要:
通过增材制造成型复杂晶格结构,实现航空航天结构件的轻量化设计得到越来越多的应用,然而点阵结构设计及其性能评价仍欠缺。本研究采用金刚石结构为基体,以点阵密度、结构形式为目标,设计不同几何参数试样,并以TC4钛合金为对象进行成型。对成型试样进行压缩试验,研究这种结构不同尺寸试样压缩性能的差异,结果表明：金刚石点阵结构试样受到载荷后应力在连接节点位置集中,产生断裂。提高晶胞密度可以缓解应力集中现象,提高比强度,减少晶胞尺寸和添加外壳都可以使应力均匀化,提高性能稳定性。小晶胞尺寸试样对球化现象、孔隙等冶金缺陷较为敏感,造成强度的下降。
通过增材制造成型复杂晶格结构,实现航空航天结构件的轻量化设计得到越来越多的应用,然而点阵结构设计及其性能评价仍欠缺。本研究采用金刚石结构为基体,以点阵密度、结构形式为目标,设计不同几何参数试样,并以TC4钛合金为对象进行成型。对成型试样进行压缩试验,研究这种结构不同尺寸试样压缩性能的差异,结果表明：金刚石点阵结构试样受到载荷后应力在连接节点位置集中,产生断裂。提高晶胞密度可以缓解应力集中现象,提高比强度,减少晶胞尺寸和添加外壳都可以使应力均匀化,提高性能稳定性。小晶胞尺寸试样对球化现象、孔隙等冶金缺陷较为敏感,造成强度的下降。
2020, 49(6):2076-2082.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190367
摘要:
以不规则状钠还原钽粉为原料,采用射频等离子体球化技术制备高纯致密球形钽粉,实现了还原钽粉的球化、致密化和纯化。研究了送粉速率、载气流量、反应室压力等工艺参数对钽粉球化率及粉体特性的影响,并探索了球化钽粉的选区激光熔化成形适用性。结果表明：不规则状钠还原钽粉,经射频等离子体球化处理后可得到表面光滑、内部致密、高纯低氧、球化率可达100%的球形钽粉。球化处理后,钽粉粒度分布变窄。钽粉的球化率随送粉速率的增大而降低,随载气流量的增加先升高后减小。弱负压更有利于获得较高球化率的钽粉。随着球化率的提高,钽粉的流动性能显著改善,松装密度与振实密度明显提高。当送粉速率为30g/min,载气流量为5.0slpm,反应室压力为12.0Psi时,球形钽粉霍尔流速提高到5.98s/50g,松装密度由3.503g/cm3提高到9.463g/cm3,振实密度由5.344g/cm3提高到10.433g/cm3,且氧含量由0.076%降低至0.0481%。另外,射频等离子体球化钽粉具有良好的选区激光熔化成形适用性,其试样致密度ρ≥99.5%,抗拉强度σb=693MPa,屈服强度σ0.2=616MPa,延伸率δ=28.5%。
以不规则状钠还原钽粉为原料,采用射频等离子体球化技术制备高纯致密球形钽粉,实现了还原钽粉的球化、致密化和纯化。研究了送粉速率、载气流量、反应室压力等工艺参数对钽粉球化率及粉体特性的影响,并探索了球化钽粉的选区激光熔化成形适用性。结果表明：不规则状钠还原钽粉,经射频等离子体球化处理后可得到表面光滑、内部致密、高纯低氧、球化率可达100%的球形钽粉。球化处理后,钽粉粒度分布变窄。钽粉的球化率随送粉速率的增大而降低,随载气流量的增加先升高后减小。弱负压更有利于获得较高球化率的钽粉。随着球化率的提高,钽粉的流动性能显著改善,松装密度与振实密度明显提高。当送粉速率为30g/min,载气流量为5.0slpm,反应室压力为12.0Psi时,球形钽粉霍尔流速提高到5.98s/50g,松装密度由3.503g/cm3提高到9.463g/cm3,振实密度由5.344g/cm3提高到10.433g/cm3,且氧含量由0.076%降低至0.0481%。另外,射频等离子体球化钽粉具有良好的选区激光熔化成形适用性,其试样致密度ρ≥99.5%,抗拉强度σb=693MPa,屈服强度σ0.2=616MPa,延伸率δ=28.5%。
2020, 49(6):2083-2088.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190371
摘要:
受生物材料的韧脆复合结构的启发，本文将Al箔、Ti箔和Ti2AlNb箔材堆叠排列，采真空热压烧结技术制备了层级结构的Al-Ti-Ti2AlNb层状复合材料。利用SEM、XRD等技术表征了材料的微观结构，并测试了抗弯与抗压性能。研究发现，本文设计的层状结构复合了Ti、TiAl系列间化合物、Ti2AlNb等多种材料，层级结构明显，界面清晰。抗弯强度与抗压强度分别为1231±71MPa和1341±63MPa，相比同类材料具有显著的优势。分析认为，多层级结构的存在对裂纹的扩展有显著地阻碍作用；相比常规的二元TiAl层状材料，Ti2AlNb层的存在显著提高了力学性能。
受生物材料的韧脆复合结构的启发，本文将Al箔、Ti箔和Ti2AlNb箔材堆叠排列，采真空热压烧结技术制备了层级结构的Al-Ti-Ti2AlNb层状复合材料。利用SEM、XRD等技术表征了材料的微观结构，并测试了抗弯与抗压性能。研究发现，本文设计的层状结构复合了Ti、TiAl系列间化合物、Ti2AlNb等多种材料，层级结构明显，界面清晰。抗弯强度与抗压强度分别为1231±71MPa和1341±63MPa，相比同类材料具有显著的优势。分析认为，多层级结构的存在对裂纹的扩展有显著地阻碍作用；相比常规的二元TiAl层状材料，Ti2AlNb层的存在显著提高了力学性能。
2020, 49(6):2089-2094.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190385
摘要:
本研究采用原位反应法对不同钨含量的钼钨合金表面进行渗氮-渗硅处理，制备得到高温抗氧化涂层。采用扫描电子显微镜及X射线衍射分析了钼钨合金中钨含量对涂层形貌和结构的影响，并评价了涂层在1600℃的抗氧化性能，简要分析了涂层的抗氧化机理。研究表明，随着钼钨合金中钨含量的增加，涂层表面硅渗出量减少，说明钨含量的增加可以有效地减缓Si元素的向外扩散；1600℃的高温氧化实验证实了Mo-30%W表面涂层的抗氧化性能最为优异，抗氧化时间长达327 h。实验表明，钨含量的增加在一定程度上提升了涂层的抗氧化性能。
本研究采用原位反应法对不同钨含量的钼钨合金表面进行渗氮-渗硅处理，制备得到高温抗氧化涂层。采用扫描电子显微镜及X射线衍射分析了钼钨合金中钨含量对涂层形貌和结构的影响，并评价了涂层在1600℃的抗氧化性能，简要分析了涂层的抗氧化机理。研究表明，随着钼钨合金中钨含量的增加，涂层表面硅渗出量减少，说明钨含量的增加可以有效地减缓Si元素的向外扩散；1600℃的高温氧化实验证实了Mo-30%W表面涂层的抗氧化性能最为优异，抗氧化时间长达327 h。实验表明，钨含量的增加在一定程度上提升了涂层的抗氧化性能。
2020, 49(6):2095-2103.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190388
摘要:
利用喷射电沉积技术制备了Ni-Fe-Co-P-CeO2复合镀层。通过SEM、XRD、EDS等测试了复合镀层的表面形貌、截面形貌、组织结构和组成成分,同时,表征了复合镀层的硬度、耐磨和耐蚀性能,探究和分析了纳米稀土CeO2颗粒浓度对镀层性能的影响。结果表明：该多元复合镀层为非晶态结构；随着镀液中CeO2颗粒浓度的增加,复合镀层的显微硬度、耐磨性和耐蚀性均呈先增强后减弱的趋势；镀液中CeO2颗粒浓度为1g/L时,复合镀层的表面均匀致密,其显微硬度达到最大值(598.21HV),且具有最优的耐磨和耐蚀性能。
利用喷射电沉积技术制备了Ni-Fe-Co-P-CeO2复合镀层。通过SEM、XRD、EDS等测试了复合镀层的表面形貌、截面形貌、组织结构和组成成分,同时,表征了复合镀层的硬度、耐磨和耐蚀性能,探究和分析了纳米稀土CeO2颗粒浓度对镀层性能的影响。结果表明：该多元复合镀层为非晶态结构；随着镀液中CeO2颗粒浓度的增加,复合镀层的显微硬度、耐磨性和耐蚀性均呈先增强后减弱的趋势；镀液中CeO2颗粒浓度为1g/L时,复合镀层的表面均匀致密,其显微硬度达到最大值(598.21HV),且具有最优的耐磨和耐蚀性能。
2020, 49(6):2104-2108.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190392
摘要:
本文采用溶剂热法制备出掺铝的铜铟镓硒Cu(InGaAl)Se2(简称CIGAS)纳米粉末,并直接将此纳米粉末作为蒸镀材料制备铜铟镓铝硒CIGAS薄膜,再将其放置在装有高纯硒粉的自制密封法兰内在真空下进行硒化和退火处理,从而得到符合化学计量比的铜铟镓铝硒CIGAS薄膜。采用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)以及扫描电镜(STM)观测和能谱(ED)对样品结构和成分进行测量,确认CIGAS薄膜样品是黄铜矿结构和铜铟镓硒成分。采用椭圆偏振光谱测量术对铜铟镓铝硒CIGAS薄膜进行椭偏光谱测量,进而得出薄膜光学参数如折射率n(λ)、消光系数k(λ)、吸收系数以及薄膜光能隙Eg, 并发现Al元素的掺杂明显增加了薄膜光能隙,并进行了相关物理分析。
本文采用溶剂热法制备出掺铝的铜铟镓硒Cu(InGaAl)Se2(简称CIGAS)纳米粉末,并直接将此纳米粉末作为蒸镀材料制备铜铟镓铝硒CIGAS薄膜,再将其放置在装有高纯硒粉的自制密封法兰内在真空下进行硒化和退火处理,从而得到符合化学计量比的铜铟镓铝硒CIGAS薄膜。采用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)以及扫描电镜(STM)观测和能谱(ED)对样品结构和成分进行测量,确认CIGAS薄膜样品是黄铜矿结构和铜铟镓硒成分。采用椭圆偏振光谱测量术对铜铟镓铝硒CIGAS薄膜进行椭偏光谱测量,进而得出薄膜光学参数如折射率n(λ)、消光系数k(λ)、吸收系数以及薄膜光能隙Eg, 并发现Al元素的掺杂明显增加了薄膜光能隙,并进行了相关物理分析。
2020, 49(6):2109-2117.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190394
摘要:
采用真空感应炉制备了不同B含量的U720Li合金铸锭并对其进行了均匀化处理，研究了B对均匀化态U720Li合金1100 ℃恒温氧化行为的影响。结果表明，经高温均匀化处理后不同B含量合金基体中的B均发生了严重损耗，表明在1100 ℃以上空气中热暴露时B会向氧化皮中迅速扩散；增加B含量降低了合金的氧化速率，减小了氧化膜附近基体中孔洞的体积分数及γ′分解区的厚度；高B和低B合金的氧化膜均分为3层：最外层主要由疏松的(Ni/Co)O、TiO2和复杂尖晶石化合物构成，中间层主要为Cr2O3，最内层是不连续的Al2O3+TiO2层。B提高均匀化态U720Li合金抗氧化性的主要原因是，增加B含量显著增加了Cr2O3层的厚度并改善其连续性，使其具有更强的保护性。
采用真空感应炉制备了不同B含量的U720Li合金铸锭并对其进行了均匀化处理，研究了B对均匀化态U720Li合金1100 ℃恒温氧化行为的影响。结果表明，经高温均匀化处理后不同B含量合金基体中的B均发生了严重损耗，表明在1100 ℃以上空气中热暴露时B会向氧化皮中迅速扩散；增加B含量降低了合金的氧化速率，减小了氧化膜附近基体中孔洞的体积分数及γ′分解区的厚度；高B和低B合金的氧化膜均分为3层：最外层主要由疏松的(Ni/Co)O、TiO2和复杂尖晶石化合物构成，中间层主要为Cr2O3，最内层是不连续的Al2O3+TiO2层。B提高均匀化态U720Li合金抗氧化性的主要原因是，增加B含量显著增加了Cr2O3层的厚度并改善其连续性，使其具有更强的保护性。
2020, 49(6):2118-2124.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190398
摘要:
锆合金是核反应堆中用作核燃料包壳的重要结构材料，研究其在低真空环境下的初期氧化行为有助于认识锆合金的氧化机制。本文将Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr（质量分数，%）、Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.15Nb和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr 三种合金制成大晶粒样品，再用电解双喷制成透射电子显微镜（TEM）薄样品，并通过TEM大晶粒薄样品在真空度为3 Pa的真空管式炉中进行280 ℃和290 ℃的氧化试验来研究Sn和Nb对锆合金初期氧化行为的影响。结果表明：添加Nb或提高Sn含量均促进Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金在低真空条件下280 ℃和290 ℃氧化初期ZrO2晶粒的形核和长大。低真空条件下280 ℃/30 min氧化试验时，添加Nb会促进ZrO2晶粒尺寸增大，而提高Sn含量使ZrO2晶粒由球状变为短棒状。随着氧化温度升高（290 ℃/30 min），Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr合金表面ZrO2晶粒出现长大现象，而Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.15Nb合金表面ZrO2晶粒形核速率较快。
锆合金是核反应堆中用作核燃料包壳的重要结构材料，研究其在低真空环境下的初期氧化行为有助于认识锆合金的氧化机制。本文将Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr（质量分数，%）、Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.15Nb和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr 三种合金制成大晶粒样品，再用电解双喷制成透射电子显微镜（TEM）薄样品，并通过TEM大晶粒薄样品在真空度为3 Pa的真空管式炉中进行280 ℃和290 ℃的氧化试验来研究Sn和Nb对锆合金初期氧化行为的影响。结果表明：添加Nb或提高Sn含量均促进Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金在低真空条件下280 ℃和290 ℃氧化初期ZrO2晶粒的形核和长大。低真空条件下280 ℃/30 min氧化试验时，添加Nb会促进ZrO2晶粒尺寸增大，而提高Sn含量使ZrO2晶粒由球状变为短棒状。随着氧化温度升高（290 ℃/30 min），Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr和Zr-1.5Sn-0.35Fe-0.15Cr合金表面ZrO2晶粒出现长大现象，而Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.15Nb合金表面ZrO2晶粒形核速率较快。
2020, 49(6):2125-2131.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190402
摘要:
采用电泳沉积（EPD）方法在烧结NdFeB磁体表面沉积Al膜，研究了不同电泳电压和沉积时间对沉积Al膜的影响，在此研究基础之上，探究了不同晶界扩散工艺对磁体微观组织和磁性能的影响。研究结果表明：最佳的电泳工艺为90 V/30 s，此时膜层与磁体结合情况良好，且厚度均匀适中。晶界扩散工艺为500 ℃/1 h时，磁体获得了最佳的综合磁性能，其矫顽力、剩磁和最大磁能积为953 kA/m、1.41 T和342 kJ/m3，分别提升了30.2%、0.7%和11.4%。微观结构和成分分析发现，晶界扩散后，晶间形成了更为平直光滑的富稀土相薄层，有助于降低退磁场和增强磁隔离效应，最终导致矫顽力的提高。
采用电泳沉积（EPD）方法在烧结NdFeB磁体表面沉积Al膜，研究了不同电泳电压和沉积时间对沉积Al膜的影响，在此研究基础之上，探究了不同晶界扩散工艺对磁体微观组织和磁性能的影响。研究结果表明：最佳的电泳工艺为90 V/30 s，此时膜层与磁体结合情况良好，且厚度均匀适中。晶界扩散工艺为500 ℃/1 h时，磁体获得了最佳的综合磁性能，其矫顽力、剩磁和最大磁能积为953 kA/m、1.41 T和342 kJ/m3，分别提升了30.2%、0.7%和11.4%。微观结构和成分分析发现，晶界扩散后，晶间形成了更为平直光滑的富稀土相薄层，有助于降低退磁场和增强磁隔离效应，最终导致矫顽力的提高。
2020, 49(6):2132-2138.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190407
摘要:
利用大气等离子喷涂(Air Plasma Spraying,APS)技术在镍基高温合金表面制备CoCrAlY涂层，在此基础上采用电子束真空蒸镀(Electric Beam Vacuum Deposition,EBVD)技术在涂层表面进一步沉积铝膜，以提高涂层表面Al元素含量。采用激光喷丸(Laser Peening,LP)技术分别对以上两种涂层进行强化处理。采用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(Scanning Election Microscope,SEM)对比分析LP冲击前后CoCrAlY涂层表面相结构、微观形貌及成分变化。微观结构分析表明，LP处理后APS-CoCrAlY涂层表面粗糙度降低，组织致密性增加；镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后，表面Al含量明显增加，β-CoAl相含量提高，且涂层表面晶粒得到细化。1050 ℃抗高温氧化实验结果表明，LP处理涂层表面形成的氧化膜较原始涂层更加平整、致密，且氧化膜厚度明显变薄；此外，镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后的抗高温氧化性能最优。
利用大气等离子喷涂(Air Plasma Spraying,APS)技术在镍基高温合金表面制备CoCrAlY涂层，在此基础上采用电子束真空蒸镀(Electric Beam Vacuum Deposition,EBVD)技术在涂层表面进一步沉积铝膜，以提高涂层表面Al元素含量。采用激光喷丸(Laser Peening,LP)技术分别对以上两种涂层进行强化处理。采用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(Scanning Election Microscope,SEM)对比分析LP冲击前后CoCrAlY涂层表面相结构、微观形貌及成分变化。微观结构分析表明，LP处理后APS-CoCrAlY涂层表面粗糙度降低，组织致密性增加；镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后，表面Al含量明显增加，β-CoAl相含量提高，且涂层表面晶粒得到细化。1050 ℃抗高温氧化实验结果表明，LP处理涂层表面形成的氧化膜较原始涂层更加平整、致密，且氧化膜厚度明显变薄；此外，镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后的抗高温氧化性能最优。
2020, 49(6):2139-2146.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190408
摘要:
采用超声波焊接技术对Mg/Ti异种金属进行了焊接,研究了不同焊接能量对接头界面峰值温度、界面形貌、界面原子扩散程度以及力学性能的影响规律。研究发现：Mg/Ti超声波焊接接头整体界面较平直,局部界面有较小起伏,没有发现裂纹、未熔合等缺陷,也没有看到明显的反应层；随着焊接能量的增大,界面峰值温度升高,原子扩散层厚度增大,连接区面积逐渐增大,接头力学性能得到提高,而能量达到2000J时镁侧母材出现裂纹；接头断裂模式分为界面断裂和纽扣断裂,界面断裂时断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明,Mg/Ti连接界面区域没有明显的金属间化合物生成。
采用超声波焊接技术对Mg/Ti异种金属进行了焊接,研究了不同焊接能量对接头界面峰值温度、界面形貌、界面原子扩散程度以及力学性能的影响规律。研究发现：Mg/Ti超声波焊接接头整体界面较平直,局部界面有较小起伏,没有发现裂纹、未熔合等缺陷,也没有看到明显的反应层；随着焊接能量的增大,界面峰值温度升高,原子扩散层厚度增大,连接区面积逐渐增大,接头力学性能得到提高,而能量达到2000J时镁侧母材出现裂纹；接头断裂模式分为界面断裂和纽扣断裂,界面断裂时断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明,Mg/Ti连接界面区域没有明显的金属间化合物生成。
2020, 49(6):2147-2153.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190418
摘要:
为了研究固溶冷却速度对粉末高温合金FGH97的γ′相析出行为,利用Gleeble-3800热模拟试验机以及模拟热处理炉获得了15~240°C/min的冷却速度,主要分析了不同冷却速度对二次γ′相尺寸、形貌以及力学性能的影响。研究发现,二次γ′相在冷却过程中发生析出、长大,甚至是粗化,并且其形貌、尺寸以及析出温度、析出范围主要取决于冷却速度,而时效处理几乎没有影响。在15°C/min的较低冷速下,二次γ′相发生粗化并分裂,形成0.38μm左右的方形颗粒,这些二次相周围还会析出三次γ′相；而当冷却速度达到60°C/min时,二次γ′相尺寸降至0.22μm左右,三次γ′相析出则被完全抑制。在析出相含量、尺寸以及γ/γ′错配度的共同作用下,合金强度随着冷却速度的增加呈现出先降低后升高的趋势。
为了研究固溶冷却速度对粉末高温合金FGH97的γ′相析出行为,利用Gleeble-3800热模拟试验机以及模拟热处理炉获得了15~240°C/min的冷却速度,主要分析了不同冷却速度对二次γ′相尺寸、形貌以及力学性能的影响。研究发现,二次γ′相在冷却过程中发生析出、长大,甚至是粗化,并且其形貌、尺寸以及析出温度、析出范围主要取决于冷却速度,而时效处理几乎没有影响。在15°C/min的较低冷速下,二次γ′相发生粗化并分裂,形成0.38μm左右的方形颗粒,这些二次相周围还会析出三次γ′相；而当冷却速度达到60°C/min时,二次γ′相尺寸降至0.22μm左右,三次γ′相析出则被完全抑制。在析出相含量、尺寸以及γ/γ′错配度的共同作用下,合金强度随着冷却速度的增加呈现出先降低后升高的趋势。
46 金属熔体沉积实验装置研究
2020, 49(6):2154-2160.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190419
摘要:
金属熔体沉积成形涉及金属熔体的产生,形态演变,流动,凝固等热物理过程。根据金属液流断续特性要求,设计开发了金属熔体沉积装置。通过研究金属熔体沉积实验平台及软件控制系统的研制过程,实现了金属熔体液流沉积过程关键参数(脉冲压力、熔体温度、基板温度等)的控制与监测。结果表明：通过此实验装置研究实现了金属熔体沉积过程关键参数(扫描速度、熔体温度、基板温度等)的监测与控制,为后续深入研究熔体沉积成形技术提供了必要的试验软硬件基础。关键词: 金属熔体；实验装置；脉冲压力；脉冲频率。
金属熔体沉积成形涉及金属熔体的产生,形态演变,流动,凝固等热物理过程。根据金属液流断续特性要求,设计开发了金属熔体沉积装置。通过研究金属熔体沉积实验平台及软件控制系统的研制过程,实现了金属熔体液流沉积过程关键参数(脉冲压力、熔体温度、基板温度等)的控制与监测。结果表明：通过此实验装置研究实现了金属熔体沉积过程关键参数(扫描速度、熔体温度、基板温度等)的监测与控制,为后续深入研究熔体沉积成形技术提供了必要的试验软硬件基础。关键词: 金属熔体；实验装置；脉冲压力；脉冲频率。
2020, 49(6):2161-2167.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190325
摘要:
镁合金表面镀镍被广泛运用于镁合金工件防腐,而镀层的起泡和脱落严重影响工件的使用寿命。本文以ZK60镁合金为对象,研究了不同工件基底表面质量对镀镍层的影响机制。研究表明：基底表面存在的划痕和点蚀坑会显著降低镀镍层质量,引起镀层的起泡和脱落。基底表面的划痕会被保留到镀镍层中,引发镀层变薄,应力集中等问题,增加镀层开裂的几率。点蚀坑中的杂质与镁基底有不同的电化学特性,会导致镀层减薄和结合不牢。因此,提高镁合金工件基底表面光洁度、清除基底表面点蚀坑是提高镁合金镀镍层性能的必要措施。
镁合金表面镀镍被广泛运用于镁合金工件防腐,而镀层的起泡和脱落严重影响工件的使用寿命。本文以ZK60镁合金为对象,研究了不同工件基底表面质量对镀镍层的影响机制。研究表明：基底表面存在的划痕和点蚀坑会显著降低镀镍层质量,引起镀层的起泡和脱落。基底表面的划痕会被保留到镀镍层中,引发镀层变薄,应力集中等问题,增加镀层开裂的几率。点蚀坑中的杂质与镁基底有不同的电化学特性,会导致镀层减薄和结合不牢。因此,提高镁合金工件基底表面光洁度、清除基底表面点蚀坑是提高镁合金镀镍层性能的必要措施。
2020, 49(6):2168-2174.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191102
摘要:
目的：通过阳极氧化及退火处理对镁表面氧化膜层进行优化并探索其对镁表面氧化层结构、耐腐蚀性能以及生物相容性的影响。方法：对纯镁进行不同电压参数的阳极氧化（5V、10V、20V、40V），后进行450℃高温退火处理。通过扫描电子显微镜分析膜层表面及截面形貌，原子力显微镜分析三维结构与粗糙度，电化学极化实验与体外浸泡实验评估耐腐蚀性能，CCK-8实验评估对小鼠成骨细胞MC3T3-E1的增殖活性影响。结果:电压的升高可以使表面膜层从层板状变得多孔，继续升高又变得光滑均匀。退火处理维持了基本形貌特征，膜层厚度有所增加，粗糙度有所下降。未退火膜层由于微孔的存在以及氢氧化镁的不稳定导致耐腐蚀性能并未增高，退火所形成的致密氧化镁结晶膜层有一定的保护作用，其中40V氧化后退火组拥有相对较好的耐腐蚀性能，且对细胞增殖无明显抑制作用。结论：阳极氧化电压对纯镁阳极氧化膜层结构有影响，退火可以进一步稳定膜层，提高其耐腐蚀性能，40V氧化退火组耐腐蚀性能较好，且生物相容性良好。
目的：通过阳极氧化及退火处理对镁表面氧化膜层进行优化并探索其对镁表面氧化层结构、耐腐蚀性能以及生物相容性的影响。方法：对纯镁进行不同电压参数的阳极氧化（5V、10V、20V、40V），后进行450℃高温退火处理。通过扫描电子显微镜分析膜层表面及截面形貌，原子力显微镜分析三维结构与粗糙度，电化学极化实验与体外浸泡实验评估耐腐蚀性能，CCK-8实验评估对小鼠成骨细胞MC3T3-E1的增殖活性影响。结果:电压的升高可以使表面膜层从层板状变得多孔，继续升高又变得光滑均匀。退火处理维持了基本形貌特征，膜层厚度有所增加，粗糙度有所下降。未退火膜层由于微孔的存在以及氢氧化镁的不稳定导致耐腐蚀性能并未增高，退火所形成的致密氧化镁结晶膜层有一定的保护作用，其中40V氧化后退火组拥有相对较好的耐腐蚀性能，且对细胞增殖无明显抑制作用。结论：阳极氧化电压对纯镁阳极氧化膜层结构有影响，退火可以进一步稳定膜层，提高其耐腐蚀性能，40V氧化退火组耐腐蚀性能较好，且生物相容性良好。
2020, 49(6):2175-2181.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190665
摘要:
以金属铝为基体，以钛纤维为反应源获得铸态的钛铝预制复合体，通过对其施加不同频率的交变电流，在外场作用下促进铝、钛原子间的反应，以期获得Al3Ti颗粒增强铝基复合材料。通过差热分析(DTA)预判断钛铝间反应温度为800℃左右，通过XRD、SEM和磨损测试对所得复合材料进行分析表征。结果表明：原位反应最佳参数为：频率7KHz、电流8A、反应时间5min。此参数下，钛纤维完全反应，主要相Al3Ti分散性较好，颗粒尺寸细化至3μm左右；在10N载荷条件下，随着频率的增大，摩擦系数先降后升，频率7KHz时的摩擦系数为最低值0.2，磨损量较最少，耐磨性能较优。
以金属铝为基体，以钛纤维为反应源获得铸态的钛铝预制复合体，通过对其施加不同频率的交变电流，在外场作用下促进铝、钛原子间的反应，以期获得Al3Ti颗粒增强铝基复合材料。通过差热分析(DTA)预判断钛铝间反应温度为800℃左右，通过XRD、SEM和磨损测试对所得复合材料进行分析表征。结果表明：原位反应最佳参数为：频率7KHz、电流8A、反应时间5min。此参数下，钛纤维完全反应，主要相Al3Ti分散性较好，颗粒尺寸细化至3μm左右；在10N载荷条件下，随着频率的增大，摩擦系数先降后升，频率7KHz时的摩擦系数为最低值0.2，磨损量较最少，耐磨性能较优。
2020, 49(6):2182-2188.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190389
摘要:
Pd-Ag合金膜作为分离高纯H2的金属膜目前已经商业化应用,但由于Pd-Ag合金膜的材料成本高,限制其大规模应用。 单相V基合金膜拥有比钯银合金膜更高的H渗透率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯V得到很大提高,塑性和H渗透率也比多相V基合金膜高,因此成为替代Pd-Ag合金膜的潜在材料之一。 本文综述了氢分离单相V基合金膜的研究进展,包括V基合金膜种类及H渗透性能、微观结构对H渗透性能的影响、合金膜失效机制等,并对氢分离单相V基合金膜未来的发展趋势进行了简单的展望。
Pd-Ag合金膜作为分离高纯H2的金属膜目前已经商业化应用,但由于Pd-Ag合金膜的材料成本高,限制其大规模应用。 单相V基合金膜拥有比钯银合金膜更高的H渗透率、机械强度和较低的成本,且氢脆抗力较纯V得到很大提高,塑性和H渗透率也比多相V基合金膜高,因此成为替代Pd-Ag合金膜的潜在材料之一。 本文综述了氢分离单相V基合金膜的研究进展,包括V基合金膜种类及H渗透性能、微观结构对H渗透性能的影响、合金膜失效机制等,并对氢分离单相V基合金膜未来的发展趋势进行了简单的展望。
