2020年第49卷第7期文章目次
2020, 49(7):2189-2197.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191048
摘要:
随着工业技术的发展和能源问题的突出，铝合金以其质量轻、耐腐蚀性能好、成形性能和加工性能良好等优势成为轻型化首选的材料类型之一。以5A02铝合金冷轧板材为研究对象，通过单向拉伸试验和金相试验对不同变形温度、应变速率条件下5A02铝合金的塑性性能进行分析，并且借助试验数据和Zener-Hollomo参数模型，对高温条件下5A02铝合金的本构模型进行研究。研究结果表明：5A02铝合金在高温条件下变形时，应变速率和变形温度对延伸率的影响很大。在应变速率为0.01s-1、0.001 s-1、0.0005 s-1和0.0001 s-1条件下，当变形温度大于250℃时，5A02铝合金的延伸率大于100%。当变形温度为150℃~250℃时，5A02铝合金的真实应力-应变曲线属于动态回复型，而当变形温度大于250℃时，流变应力曲线存在明显的软化现象。
随着工业技术的发展和能源问题的突出，铝合金以其质量轻、耐腐蚀性能好、成形性能和加工性能良好等优势成为轻型化首选的材料类型之一。以5A02铝合金冷轧板材为研究对象，通过单向拉伸试验和金相试验对不同变形温度、应变速率条件下5A02铝合金的塑性性能进行分析，并且借助试验数据和Zener-Hollomo参数模型，对高温条件下5A02铝合金的本构模型进行研究。研究结果表明：5A02铝合金在高温条件下变形时，应变速率和变形温度对延伸率的影响很大。在应变速率为0.01s-1、0.001 s-1、0.0005 s-1和0.0001 s-1条件下，当变形温度大于250℃时，5A02铝合金的延伸率大于100%。当变形温度为150℃~250℃时，5A02铝合金的真实应力-应变曲线属于动态回复型，而当变形温度大于250℃时，流变应力曲线存在明显的软化现象。
2020, 49(7):2198-2206.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190045
摘要:
本文研究了固溶处理后预变形对Ti-6Al-4V合金时效行为和机械性能的影响。结果显示在940 °C 和 955 °C固溶处理后进行预变形，可以提高时效过程中第二相α的析出。在940 °C固溶处理后，随着预变形量的增加，时效处理后第二相α含量增加，α相尺寸减小，合金的强度和硬度增加。在时效处理之前进行预变形可以明显提高合金的拉伸强度和硬度，也能同时保持比较好的韧性。相对固溶温度为940 °C来说， Ti-6Al-4V合金在955 °C固溶处理后进行预变形，对于提高合金的强度和硬度的效果不显著。本文采用扫描电镜对不同预变形和时效处理后的合金断口形貌进行了分析。
本文研究了固溶处理后预变形对Ti-6Al-4V合金时效行为和机械性能的影响。结果显示在940 °C 和 955 °C固溶处理后进行预变形，可以提高时效过程中第二相α的析出。在940 °C固溶处理后，随着预变形量的增加，时效处理后第二相α含量增加，α相尺寸减小，合金的强度和硬度增加。在时效处理之前进行预变形可以明显提高合金的拉伸强度和硬度，也能同时保持比较好的韧性。相对固溶温度为940 °C来说， Ti-6Al-4V合金在955 °C固溶处理后进行预变形，对于提高合金的强度和硬度的效果不显著。本文采用扫描电镜对不同预变形和时效处理后的合金断口形貌进行了分析。
2020, 49(7):2207-2212.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190364
摘要:
对一个服役近26000小时的René N5单晶高温合金燃机高压一级涡轮叶片进行解剖分析，研究了叶片不同部位的组织演化和损伤程度。分析了γ′相的形貌和体积分数，拓扑反转程度，碳化物的形貌和成分。研究结果表明，γ′相的体积分数和拓扑反转程度可以作为服役叶片显微组织损伤的定量表征参数，γ′相的形貌和TCP相的析出可以作为半定量的表征参数。根据以上参数，服役后的燃机涡轮叶片的组织损伤程度可以分为3个等级：轻度损伤，中度损伤和重度损伤。本研究结果为燃机用单晶涡轮叶片的组织损伤评价奠定了基础，并对叶片服役安全具有重要意义。
对一个服役近26000小时的René N5单晶高温合金燃机高压一级涡轮叶片进行解剖分析，研究了叶片不同部位的组织演化和损伤程度。分析了γ′相的形貌和体积分数，拓扑反转程度，碳化物的形貌和成分。研究结果表明，γ′相的体积分数和拓扑反转程度可以作为服役叶片显微组织损伤的定量表征参数，γ′相的形貌和TCP相的析出可以作为半定量的表征参数。根据以上参数，服役后的燃机涡轮叶片的组织损伤程度可以分为3个等级：轻度损伤，中度损伤和重度损伤。本研究结果为燃机用单晶涡轮叶片的组织损伤评价奠定了基础，并对叶片服役安全具有重要意义。
2020, 49(7):2213-2219.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190995
摘要:
本文采用纳米ZrB2粉体系统研究了ZrB2基超高温陶瓷的放电等离子烧结行为。由于采用纳米粉体，单相ZrB2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB2-SiC陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化，并且材料的弯曲强度高达1078±162 MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB2-SiC-Cf复合材料，材料断口表现出明显的纤维拔出现象，导致其具有高的断裂韧性值(6.04 MPa·m1/2)和非脆性断裂的模式。同时，ZrB2-SiC-Cf复合材料具有很高的临界热冲击温差（627℃），表明该材料具有优异的抗热冲击性能。
本文采用纳米ZrB2粉体系统研究了ZrB2基超高温陶瓷的放电等离子烧结行为。由于采用纳米粉体，单相ZrB2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB2-SiC陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化，并且材料的弯曲强度高达1078±162 MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB2-SiC-Cf复合材料，材料断口表现出明显的纤维拔出现象，导致其具有高的断裂韧性值(6.04 MPa·m1/2)和非脆性断裂的模式。同时，ZrB2-SiC-Cf复合材料具有很高的临界热冲击温差（627℃），表明该材料具有优异的抗热冲击性能。
2020, 49(7):2220-2228.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181295
摘要:
针对纯钛中厚板热轧过程中可能出现的轧件断面楔形问题,结合四辊轧机设备和工艺的非对称特点,基于影响函数法建立双悬臂梁辊系弹性变形模型,研究对中误差、机架刚度差、坯料楔形、横向温差等非对称因素对轧件断面楔形的影响。结果表明对中误差、机架刚度差、横向温差对出口楔形的影响随着板宽和压下量的增大而增大,入口楔形对出口楔形的影响随着板宽增大和压下量的减小而增大。
针对纯钛中厚板热轧过程中可能出现的轧件断面楔形问题,结合四辊轧机设备和工艺的非对称特点,基于影响函数法建立双悬臂梁辊系弹性变形模型,研究对中误差、机架刚度差、坯料楔形、横向温差等非对称因素对轧件断面楔形的影响。结果表明对中误差、机架刚度差、横向温差对出口楔形的影响随着板宽和压下量的增大而增大,入口楔形对出口楔形的影响随着板宽增大和压下量的减小而增大。
2020, 49(7):2229-2233.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190250
摘要:
采用高功率脉冲磁控溅射技术在PMMA基体上制备了ITO涂层。利用XRD、SEM对涂层进行了相结构的分析，并进行了划痕实验、光电性能测试，结果表明：偏压、氢氩流量比等工艺参数对涂层的相结构、膜基结合力、光电性能均有影响。增大偏压，膜基结合力将增强，偏压达到240 V时，膜基结合力最好（56.5N）。偏压由0 V增加到160 V的过程中，涂层晶粒增大，透射率变高（ 由82.24% 增至 89.82%），电阻率变低（由0.006571 减至 0.000543 Ω.cm）。氢氩流量比由0增至0.05，透射率变低（由89.82%减至56.12% )。氢氩流量比由0增至0.03，电阻率变低(由0.000543减至0.000212 Ω.cm ) ；氢氩流量比由0.03增至0.05，电阻率变高由0.000212 增至0.000373 Ω.cm)。
采用高功率脉冲磁控溅射技术在PMMA基体上制备了ITO涂层。利用XRD、SEM对涂层进行了相结构的分析，并进行了划痕实验、光电性能测试，结果表明：偏压、氢氩流量比等工艺参数对涂层的相结构、膜基结合力、光电性能均有影响。增大偏压，膜基结合力将增强，偏压达到240 V时，膜基结合力最好（56.5N）。偏压由0 V增加到160 V的过程中，涂层晶粒增大，透射率变高（ 由82.24% 增至 89.82%），电阻率变低（由0.006571 减至 0.000543 Ω.cm）。氢氩流量比由0增至0.05，透射率变低（由89.82%减至56.12% )。氢氩流量比由0增至0.03，电阻率变低(由0.000543减至0.000212 Ω.cm ) ；氢氩流量比由0.03增至0.05，电阻率变高由0.000212 增至0.000373 Ω.cm)。
2020, 49(7):2234-2239.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190417
摘要:
硒化锡材料因为其优良的ZT性能，有巨大的热发电应用潜力。此文我们详细地对比了单晶和多晶硒化锡在热力学和电性能输运方面的差异。其中，单晶样品是通过布里奇曼法合成的，多晶样品是通过熔融、粉碎和SPS烧结合成的。热电性能的测量则是通过四探针法和激光闪射法完成的。我们发现单晶样品的功率因子是多晶的2倍，而热导率也是多晶样品的3倍左右，这就直接导致了单晶和多晶的最高ZT值差异不大。单晶硒化锡在823 K处取得最高ZT 为0.65，而多晶则是在923K 取得最高ZT为0.5. 这些发现可以为系统地探索硒化锡材料的热电应用提供坚实的基础。
硒化锡材料因为其优良的ZT性能，有巨大的热发电应用潜力。此文我们详细地对比了单晶和多晶硒化锡在热力学和电性能输运方面的差异。其中，单晶样品是通过布里奇曼法合成的，多晶样品是通过熔融、粉碎和SPS烧结合成的。热电性能的测量则是通过四探针法和激光闪射法完成的。我们发现单晶样品的功率因子是多晶的2倍，而热导率也是多晶样品的3倍左右，这就直接导致了单晶和多晶的最高ZT值差异不大。单晶硒化锡在823 K处取得最高ZT 为0.65，而多晶则是在923K 取得最高ZT为0.5. 这些发现可以为系统地探索硒化锡材料的热电应用提供坚实的基础。
2020, 49(7):2240-2249.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190271
摘要:
MCrAlY涂层在保护基体高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用，可在基体表面形成致密连续的氧化层，阻止阳离子和氧的扩散。随着氧化铝层的生长，导致涂层/氧化层界面处铝浓度降低，抑制了连续的Al2O3层的生长，导致混合氧化物和裂缝以及空隙的形成，使得涂层过早失效。在涂层和基体界面，真空热处理提高了界面的结合强度，改善了涂层与基体的粘附性。然而在高温下的界面扩散过程将对基体产生有害的影响。基体的难熔强化元素，如Ti，W，Mo，可以扩散到涂层中。而且相互扩散过程可在基体形成二级反应区（SRZ），析出拓扑密堆相（TCP）相，如σ，μ和Laves相等，降低高温合金的高温疲劳寿命。在本文中，详细介绍了涂层/基体的界面扩散过程，以及总结了当前对界面扩散效应的理解以及对减少界面扩散所做的努力。
MCrAlY涂层在保护基体高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用，可在基体表面形成致密连续的氧化层，阻止阳离子和氧的扩散。随着氧化铝层的生长，导致涂层/氧化层界面处铝浓度降低，抑制了连续的Al2O3层的生长，导致混合氧化物和裂缝以及空隙的形成，使得涂层过早失效。在涂层和基体界面，真空热处理提高了界面的结合强度，改善了涂层与基体的粘附性。然而在高温下的界面扩散过程将对基体产生有害的影响。基体的难熔强化元素，如Ti，W，Mo，可以扩散到涂层中。而且相互扩散过程可在基体形成二级反应区（SRZ），析出拓扑密堆相（TCP）相，如σ，μ和Laves相等，降低高温合金的高温疲劳寿命。在本文中，详细介绍了涂层/基体的界面扩散过程，以及总结了当前对界面扩散效应的理解以及对减少界面扩散所做的努力。
2020, 49(7):2250-2255.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190361
摘要:
本文通过球磨法将MWCNTs和TiO2进行混合得出复合粉体，并用XRD、SEM、网络矢量分析仪对复合粉体进行表征，利用数值模型进行理论计算分析其空间吸波特性。研究结果表明加入无水乙醇湿混合的MWCNTs/TiO2复合粉体中的MWCNTs分散性较好；湿混合的MWCNTs/TiO2复合粉体在2～18GHz频段的波阻抗匹配特性和空间吸波能力更佳，为复合吸波材料的实际应用提供了理论参考。
本文通过球磨法将MWCNTs和TiO2进行混合得出复合粉体，并用XRD、SEM、网络矢量分析仪对复合粉体进行表征，利用数值模型进行理论计算分析其空间吸波特性。研究结果表明加入无水乙醇湿混合的MWCNTs/TiO2复合粉体中的MWCNTs分散性较好；湿混合的MWCNTs/TiO2复合粉体在2～18GHz频段的波阻抗匹配特性和空间吸波能力更佳，为复合吸波材料的实际应用提供了理论参考。
2020, 49(7):2256-2261.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190538
摘要:
本文采用一种简单新颖的原位化学改性方法制备了锂电池用CFx-Cu复合正极材料。采用XRD、SEM、EDS、TGA、EIS、CV和恒电流放电对正极材料的结构、形貌、反应机理和电化学性能进行了表征。CuO与分布在CFx边缘或表面的非活性基团反应原位生成纳米铜,有效地提高了材料的电子导电性和锂离子扩散率,从而使改性材料显示出优异的比容量、倍率性能及功率密度。CFx-Cu复合材料在5 C的高倍率下,其放电比容量高达546 mAh/g,最大功率密度为8393 w/kg,放电电压平台为2.0 V。
本文采用一种简单新颖的原位化学改性方法制备了锂电池用CFx-Cu复合正极材料。采用XRD、SEM、EDS、TGA、EIS、CV和恒电流放电对正极材料的结构、形貌、反应机理和电化学性能进行了表征。CuO与分布在CFx边缘或表面的非活性基团反应原位生成纳米铜,有效地提高了材料的电子导电性和锂离子扩散率,从而使改性材料显示出优异的比容量、倍率性能及功率密度。CFx-Cu复合材料在5 C的高倍率下,其放电比容量高达546 mAh/g,最大功率密度为8393 w/kg,放电电压平台为2.0 V。
2020, 49(7):2262-2268.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190278
摘要:
本文研究了基体材料对激光熔化沉积Ti-48Al-2Cr-2Nb合金显微组织、织构、相组成和硬度的影响。随着沉积层数的增加，沉积层的显微组织由网篮状结构向等轴状结构转变，最终演变为层状结构。α2(Ti3Al)相逐渐减少，γ(TiAl)相逐渐增多。不同的TiAl合金层具有不同的显微硬度。随着沉积层数的增加，显微硬度降低。研究结果对于激光沉积制造TiAl合金制备具有可接受的组织、织构、相组成和显微硬度具有参考价值。
本文研究了基体材料对激光熔化沉积Ti-48Al-2Cr-2Nb合金显微组织、织构、相组成和硬度的影响。随着沉积层数的增加，沉积层的显微组织由网篮状结构向等轴状结构转变，最终演变为层状结构。α2(Ti3Al)相逐渐减少，γ(TiAl)相逐渐增多。不同的TiAl合金层具有不同的显微硬度。随着沉积层数的增加，显微硬度降低。研究结果对于激光沉积制造TiAl合金制备具有可接受的组织、织构、相组成和显微硬度具有参考价值。
2020, 49(7):2269-2274.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190296
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Co-Cu-Zn三元体系在800°C和1000°C时的相平衡。在这两个等温截面中均未发现三元化合物。在800°C等温截面，Co在β-CuZn相中的固溶度为32.36%，Cu在β1-CoZn相中的固溶度为5.28%。除此之外，γ-Co5Zn21和γ-Cu5Zn8具有相同的晶体结构，因此，它们之间形成了一个贯穿连续固溶体相。1000°C的等温截面中，β-CuZn相、β1-CoZn相、γ-Co5Zn21相、γ-Cu5Zn8相都消失了。随着温度从800°C上升到1000°C，液相区域增大。
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Co-Cu-Zn三元体系在800°C和1000°C时的相平衡。在这两个等温截面中均未发现三元化合物。在800°C等温截面，Co在β-CuZn相中的固溶度为32.36%，Cu在β1-CoZn相中的固溶度为5.28%。除此之外，γ-Co5Zn21和γ-Cu5Zn8具有相同的晶体结构，因此，它们之间形成了一个贯穿连续固溶体相。1000°C的等温截面中，β-CuZn相、β1-CoZn相、γ-Co5Zn21相、γ-Cu5Zn8相都消失了。随着温度从800°C上升到1000°C，液相区域增大。
2020, 49(7):2275-2280.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190046
摘要:
由于焊接性能好，成本低，碳钢材料常被用于制作热等静压致密化TiAl基合金粉末的包套。在高温高压下，碳钢包套和TiAl基合金粉末通过原子扩散在扩散区形成脆性相，导致包套失效，并降低TiAl基合金压坯的致密度。为了确保碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金粉末过程中的可靠性，本文利用热喷涂的方法在20#钢包套内壁添加了Al2O3/ZrO2（A-Z）涂层，然后在 。在热等静压试验中，带有A-Z涂层的20#钢包套用于热等静压致密化Ti-46Al-2Cr-2Nb-(W, B)预合金粉末，其工艺为：1523K,2.5小时，130MPa+1603K,0.5小时，130MPa。为了对比，利用没有A-Z涂层的20#钢包套在1523K,3小时，130MPa的工艺参数开展了热等静压致密化试验。利用扫描电镜、电子探针等设施对获得的压坯进行了观测和分析。结果表明：A-Z涂层的加入可以防止脆性金属间化合物的形成。在热等静压过程中，20#钢包套中的Fe原子无法通过扩散的方式与TiAl基合金中的钛原子和铝原子相遇。因此，20#钢包套在热等静压过程中的可靠性得到了保证。此外，通过利用添加A-Z涂层的钢包套获得了完全致密的TiAl基合金压坯。压坯呈现出了近全片层类型的微观组织，其室温下的抗拉强度和延伸率也分别突破了590MPa和2.0%。
由于焊接性能好，成本低，碳钢材料常被用于制作热等静压致密化TiAl基合金粉末的包套。在高温高压下，碳钢包套和TiAl基合金粉末通过原子扩散在扩散区形成脆性相，导致包套失效，并降低TiAl基合金压坯的致密度。为了确保碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金粉末过程中的可靠性，本文利用热喷涂的方法在20#钢包套内壁添加了Al2O3/ZrO2（A-Z）涂层，然后在 。在热等静压试验中，带有A-Z涂层的20#钢包套用于热等静压致密化Ti-46Al-2Cr-2Nb-(W, B)预合金粉末，其工艺为：1523K,2.5小时，130MPa+1603K,0.5小时，130MPa。为了对比，利用没有A-Z涂层的20#钢包套在1523K,3小时，130MPa的工艺参数开展了热等静压致密化试验。利用扫描电镜、电子探针等设施对获得的压坯进行了观测和分析。结果表明：A-Z涂层的加入可以防止脆性金属间化合物的形成。在热等静压过程中，20#钢包套中的Fe原子无法通过扩散的方式与TiAl基合金中的钛原子和铝原子相遇。因此，20#钢包套在热等静压过程中的可靠性得到了保证。此外，通过利用添加A-Z涂层的钢包套获得了完全致密的TiAl基合金压坯。压坯呈现出了近全片层类型的微观组织，其室温下的抗拉强度和延伸率也分别突破了590MPa和2.0%。
2020, 49(7):2281-2288.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190320
摘要:
采用铝热还原-盐酸酸洗工艺成功制备了Magnéli相亚氧化钛,通过X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM),UV-visible diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis DRS) 和X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)等手段进行表征表明：在焙烧温度950℃,焙烧时间20min,Al/TiO2=0.2时,成功制备以Ti4O7为主要物相的Magnéli相亚氧化钛材料,其粒径为400~600nm,样品表面形成了大量的氧空位,表现出很强的紫外和可见光吸收性能。在可见光条件下光照130min时,950℃焙烧20min,25min和35min条件下制备并酸洗后的Magnéli相亚氧化钛降解亚甲基蓝的效率分别达到37%,43%和62%。
采用铝热还原-盐酸酸洗工艺成功制备了Magnéli相亚氧化钛,通过X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM),UV-visible diffuse reflectance spectroscopy (UV-Vis DRS) 和X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)等手段进行表征表明：在焙烧温度950℃,焙烧时间20min,Al/TiO2=0.2时,成功制备以Ti4O7为主要物相的Magnéli相亚氧化钛材料,其粒径为400~600nm,样品表面形成了大量的氧空位,表现出很强的紫外和可见光吸收性能。在可见光条件下光照130min时,950℃焙烧20min,25min和35min条件下制备并酸洗后的Magnéli相亚氧化钛降解亚甲基蓝的效率分别达到37%,43%和62%。
2020, 49(7):2289-2298.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190332
摘要:
在温度为25至300 ℃ 应变速率为0.001至0.1 s-1的范围内研究了 Mg-1Y (wt.%) 挤压板材的拉伸变形行为。在0.1 s-1的应变速率下，当温度从室温增加至300 ℃时抗拉强度从247.9 ± 5.8 MPa降低了49.3 %。本文研究的板材即使在室温下也表现出了明显的应变速率敏感性。室温下当应变速率从0.1 s-1降低至0.001 s-1，抗拉强度降低11.8 %。在室温和250 ℃温度范围内可以通过Garofalo双曲正弦本构方程来描述合金的流变行为。测得的应力指数n为27.8 ± 8.9，激活能Q为124.6 ± 6.1 kJ/mol，Q值意味着变形是位错攀移控制。在中间温度（ ~ 150 – 250 ℃）时板材表现出锯齿流变行为，这种现象在较低应变速率更明显。同时断裂延伸率随着温度升高而反常地降低。认为上述两种变形特征和Y原子和位错的强烈的相互作用有关系，这种作用即为动态应变时效（DSA）。应变速率敏感因子（m）随温度增加而增加。在300 ℃下m从0.068增加至0.11，说明Y元素的添加可以激活更多滑移系。变性后显微组织的观察表明孪晶被温度抑制，同时与增加的m相一致。300 ℃下观察到有动态再结晶（DRX）的出现，应变速率越低DRX越明显。
在温度为25至300 ℃ 应变速率为0.001至0.1 s-1的范围内研究了 Mg-1Y (wt.%) 挤压板材的拉伸变形行为。在0.1 s-1的应变速率下，当温度从室温增加至300 ℃时抗拉强度从247.9 ± 5.8 MPa降低了49.3 %。本文研究的板材即使在室温下也表现出了明显的应变速率敏感性。室温下当应变速率从0.1 s-1降低至0.001 s-1，抗拉强度降低11.8 %。在室温和250 ℃温度范围内可以通过Garofalo双曲正弦本构方程来描述合金的流变行为。测得的应力指数n为27.8 ± 8.9，激活能Q为124.6 ± 6.1 kJ/mol，Q值意味着变形是位错攀移控制。在中间温度（ ~ 150 – 250 ℃）时板材表现出锯齿流变行为，这种现象在较低应变速率更明显。同时断裂延伸率随着温度升高而反常地降低。认为上述两种变形特征和Y原子和位错的强烈的相互作用有关系，这种作用即为动态应变时效（DSA）。应变速率敏感因子（m）随温度增加而增加。在300 ℃下m从0.068增加至0.11，说明Y元素的添加可以激活更多滑移系。变性后显微组织的观察表明孪晶被温度抑制，同时与增加的m相一致。300 ℃下观察到有动态再结晶（DRX）的出现，应变速率越低DRX越明显。
2020, 49(7):2299-2304.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190354
摘要:
烧绿石基陶瓷材料是理想的核废物固化基材,本研究采用燃烧反应结合快速加压工艺,以CuO 为氧化剂、Ti为还原剂,在5分钟内快速制备出烧绿石基 Y2-xGdxTi2O7/Cu复合材料固化体。以Gd作为三价锕系核素的模拟物,设计Gd取代Y2-xGdxTi2O7烧绿石中的Y位。研究结果表明,Gd能完全取代Y位形成Gd2Ti2O7 烧绿石,所得产物没有杂质相的出现,且在烧绿石基体中没有出现相分离现象。选择Gd1.0样品进行浸出实验,结果表明该样品具有优异的水热稳定性,Cu, Y 和 Gd 元素的42天归一化浸出率分别低至 2.4×10-2, 1.1×10-5和5.3×10-6 g?m-2?d-1。
烧绿石基陶瓷材料是理想的核废物固化基材,本研究采用燃烧反应结合快速加压工艺,以CuO 为氧化剂、Ti为还原剂,在5分钟内快速制备出烧绿石基 Y2-xGdxTi2O7/Cu复合材料固化体。以Gd作为三价锕系核素的模拟物,设计Gd取代Y2-xGdxTi2O7烧绿石中的Y位。研究结果表明,Gd能完全取代Y位形成Gd2Ti2O7 烧绿石,所得产物没有杂质相的出现,且在烧绿石基体中没有出现相分离现象。选择Gd1.0样品进行浸出实验,结果表明该样品具有优异的水热稳定性,Cu, Y 和 Gd 元素的42天归一化浸出率分别低至 2.4×10-2, 1.1×10-5和5.3×10-6 g?m-2?d-1。
2020, 49(7):2305-2313.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190359
摘要:
通过对Al-0.04Er-0.08Zr合金进行200°C 到450°C 范围内的热压缩测试对该合金的热变形行为进行了研究，在这个过程中利用Arrhenius-type方程进行线性拟合从而分析应力-应变曲线，之后通过透射电镜来观察研究变形组织。结果表明对于固溶态以及时效态合金来讲，在热压缩过程中动态回复是使合金软化的一个主要机制。高温以及低应变速率的热变形会诱导固溶态合金快速析出。动态析出会明显增加固溶态合金在热压缩过程中其表面的流变应力，但是却不能有效提高变形合金的硬度。动态析出还会导致应力-应变曲线拟合出现Arrhenius型偏差。
通过对Al-0.04Er-0.08Zr合金进行200°C 到450°C 范围内的热压缩测试对该合金的热变形行为进行了研究，在这个过程中利用Arrhenius-type方程进行线性拟合从而分析应力-应变曲线，之后通过透射电镜来观察研究变形组织。结果表明对于固溶态以及时效态合金来讲，在热压缩过程中动态回复是使合金软化的一个主要机制。高温以及低应变速率的热变形会诱导固溶态合金快速析出。动态析出会明显增加固溶态合金在热压缩过程中其表面的流变应力，但是却不能有效提高变形合金的硬度。动态析出还会导致应力-应变曲线拟合出现Arrhenius型偏差。
2020, 49(7):2314-2318.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190304
摘要:
为了研究冷却速度对新型高强韧钛合金Ti5321显微组织和力学性能的影响,本文研究了Ti5321合金在不同BASCA处理后的组织和力学性能。结果表明,Ti5321合金β区固溶后缓慢冷却过程中冷却速率对α片层尺寸有决定性影响。片层尺寸随着冷却速率的减小而增大,片层在长度方向的生长速率远快于厚度方向的生长速率。同时,随着冷却速度的降低,合金的强度降低。但损伤容限特性显示出强度的反向趋势。本试验中当冷却速度为0.5℃/min时,合金抗拉强度超过1200MPa、同时具有良好的断裂韧性(KIC≥65MPa.m1/2)。
为了研究冷却速度对新型高强韧钛合金Ti5321显微组织和力学性能的影响,本文研究了Ti5321合金在不同BASCA处理后的组织和力学性能。结果表明,Ti5321合金β区固溶后缓慢冷却过程中冷却速率对α片层尺寸有决定性影响。片层尺寸随着冷却速率的减小而增大,片层在长度方向的生长速率远快于厚度方向的生长速率。同时,随着冷却速度的降低,合金的强度降低。但损伤容限特性显示出强度的反向趋势。本试验中当冷却速度为0.5℃/min时,合金抗拉强度超过1200MPa、同时具有良好的断裂韧性(KIC≥65MPa.m1/2)。
2020, 49(7):2319-2325.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190810
摘要:
在Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金中加入3%~5%的Ni元素，通过共晶反应形成了大量的Al3Ni相，除MgZn2相时效强化以外还增加了Al3Ni相的弥散强化作用。Ni含量的增加既改善了Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金的铸造性能和可焊性，又提高了抗拉强度和屈服强度。Al-Zn-Ni-Mg-Cu铝合金较佳的成分为Al-5.6Zn-3.5Ni-2Mg-1Cu，其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为650MPa、572MPa和7.5%，焊接接头的抗拉强度和断后伸长率分别为323MPa、2%。随着强度的增加，Al3Ni相由界面撕裂转变为自身断裂，Ni含量的增加提高了Al3Ni的强化效果，但不宜超过共晶点。降低Al3Ni相的长径比能抑制Al3Ni相的自身断裂，Al3Ni相的均匀分布能阻碍再结晶晶粒的异常长大。
在Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金中加入3%~5%的Ni元素，通过共晶反应形成了大量的Al3Ni相，除MgZn2相时效强化以外还增加了Al3Ni相的弥散强化作用。Ni含量的增加既改善了Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金的铸造性能和可焊性，又提高了抗拉强度和屈服强度。Al-Zn-Ni-Mg-Cu铝合金较佳的成分为Al-5.6Zn-3.5Ni-2Mg-1Cu，其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为650MPa、572MPa和7.5%，焊接接头的抗拉强度和断后伸长率分别为323MPa、2%。随着强度的增加，Al3Ni相由界面撕裂转变为自身断裂，Ni含量的增加提高了Al3Ni的强化效果，但不宜超过共晶点。降低Al3Ni相的长径比能抑制Al3Ni相的自身断裂，Al3Ni相的均匀分布能阻碍再结晶晶粒的异常长大。
2020, 49(7):2326-2332.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190460
摘要:
在钛合金管材高温高压腐蚀实验的基础上,通过原位电化学测试以及钛合金钝化膜稳定性的分子动力学模拟和反应焓变的第一性原理计算,探讨钛合金管材在高pH值完井液的腐蚀机理。结果表明：TC4钛合金在180℃的高pH值磷酸盐完井液中的腐蚀极为严重,其均匀腐蚀速率高达0.4429mm/a；TC4钛合金在高pH值磷酸盐完井液中的腐蚀反应为阳极反应过程控制,随着温度升高,其腐蚀电位、腐蚀产物膜的膜阻和极化电阻显著降低,腐蚀反应的热力学驱动力增大、动力学阻力降低,TC4钛合金的腐蚀电流密度显著升高；在碱性溶液中,TiO2钝化膜的钛氧键发生不同程度断裂,并且随着温度升高、碱性增强,TiO2与溶液的界面结合能逐渐增大,钝化膜的热力学稳定性明显降低；在碱性焦磷酸钾溶液中,TiO2钝化膜均可与K2HPO4、K3PO4反应生成疏松多孔的KTiOPO4腐蚀产物膜,但TiO2与K3PO4反应的热力学倾向更大。
在钛合金管材高温高压腐蚀实验的基础上,通过原位电化学测试以及钛合金钝化膜稳定性的分子动力学模拟和反应焓变的第一性原理计算,探讨钛合金管材在高pH值完井液的腐蚀机理。结果表明：TC4钛合金在180℃的高pH值磷酸盐完井液中的腐蚀极为严重,其均匀腐蚀速率高达0.4429mm/a；TC4钛合金在高pH值磷酸盐完井液中的腐蚀反应为阳极反应过程控制,随着温度升高,其腐蚀电位、腐蚀产物膜的膜阻和极化电阻显著降低,腐蚀反应的热力学驱动力增大、动力学阻力降低,TC4钛合金的腐蚀电流密度显著升高；在碱性溶液中,TiO2钝化膜的钛氧键发生不同程度断裂,并且随着温度升高、碱性增强,TiO2与溶液的界面结合能逐渐增大,钝化膜的热力学稳定性明显降低；在碱性焦磷酸钾溶液中,TiO2钝化膜均可与K2HPO4、K3PO4反应生成疏松多孔的KTiOPO4腐蚀产物膜,但TiO2与K3PO4反应的热力学倾向更大。
2020, 49(7):2333-2339.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190491
摘要:
国内某厂森吉米尔20辊轧机在轧制宽幅工业纯钛带时二肋浪形问题频繁发生且不易调控,为了掌握现有板形调控手段的调控规律,以期达到提供合理调控策略来解决二肋浪形问题的目的,基于ABAQUS有限元软件,考虑了钛金属的各向异性力学特点,建立了可实现工作辊与轧件动态轧制过程的20辊轧机辊系-轧件一体化模型,并利用实际轧制数据对模型计算精度进行了验证。同时,利用该模型对20辊轧机轧制宽幅工业纯钛带的单一以及组合板形调控特性进行了仿真研究,结果表明：支承辊1#与7#、2#与6#对称位置分段压下与一中间锥辊窜辊组合调节时,随着窜辊量的增加,距边部75-300 mm区域厚度减薄最为显著,将导致或加剧该区域的二肋浪形；3#与5#、4#对称位置分段压下与一中间锥辊窜辊组合调节后,对缓解二肋浪形问题具有一定作用；此外,还发现一中间锥辊窜辊调节无法解决二肋浪形问题。最后,结合20辊轧机板形调控特性,提出了一种能够减小二肋浪形区的压应力的分段压下组合方案,工业实验证明分段压下组合方案实施后二肋浪形区压应力下降60%,有效缓解了20辊轧机轧制宽幅钛带时的二肋浪形缺陷及程度。
国内某厂森吉米尔20辊轧机在轧制宽幅工业纯钛带时二肋浪形问题频繁发生且不易调控,为了掌握现有板形调控手段的调控规律,以期达到提供合理调控策略来解决二肋浪形问题的目的,基于ABAQUS有限元软件,考虑了钛金属的各向异性力学特点,建立了可实现工作辊与轧件动态轧制过程的20辊轧机辊系-轧件一体化模型,并利用实际轧制数据对模型计算精度进行了验证。同时,利用该模型对20辊轧机轧制宽幅工业纯钛带的单一以及组合板形调控特性进行了仿真研究,结果表明：支承辊1#与7#、2#与6#对称位置分段压下与一中间锥辊窜辊组合调节时,随着窜辊量的增加,距边部75-300 mm区域厚度减薄最为显著,将导致或加剧该区域的二肋浪形；3#与5#、4#对称位置分段压下与一中间锥辊窜辊组合调节后,对缓解二肋浪形问题具有一定作用；此外,还发现一中间锥辊窜辊调节无法解决二肋浪形问题。最后,结合20辊轧机板形调控特性,提出了一种能够减小二肋浪形区的压应力的分段压下组合方案,工业实验证明分段压下组合方案实施后二肋浪形区压应力下降60%,有效缓解了20辊轧机轧制宽幅钛带时的二肋浪形缺陷及程度。
2020, 49(7):2340-2345.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190893
摘要:
本文通过热模拟压缩试验研究了燃料包壳用FeCrAl合金在形变温度为800~1000 ℃、应变速率为0.001~1 s-1工艺条件下的热变形行为，采用Arrhenius双曲线正弦函数模型建立了FeCrAl高温变形本构方程，结合动态材料模型绘制了FeCrAl在应变量为0.05~0.8的热加工图。结果显示，FeCrAl流变应力随着变形温度的升高而降低、随着应变速率的升高而增大，变形温度与应变速率均会影响其组织演化。根据热加工图，FeCrAl流变失稳区随着应变量的增加先扩展后趋于稳定，其最佳热加工工艺参数确定为:1）应变量为0.1时，应变速率< 0.008 s-1、变形温度为880~1000 ℃；2）应变量≥ 0.3时，应变速率< 0.027 s-1、变形温度> 950 ℃。
本文通过热模拟压缩试验研究了燃料包壳用FeCrAl合金在形变温度为800~1000 ℃、应变速率为0.001~1 s-1工艺条件下的热变形行为，采用Arrhenius双曲线正弦函数模型建立了FeCrAl高温变形本构方程，结合动态材料模型绘制了FeCrAl在应变量为0.05~0.8的热加工图。结果显示，FeCrAl流变应力随着变形温度的升高而降低、随着应变速率的升高而增大，变形温度与应变速率均会影响其组织演化。根据热加工图，FeCrAl流变失稳区随着应变量的增加先扩展后趋于稳定，其最佳热加工工艺参数确定为:1）应变量为0.1时，应变速率< 0.008 s-1、变形温度为880~1000 ℃；2）应变量≥ 0.3时，应变速率< 0.027 s-1、变形温度> 950 ℃。
2020, 49(7):2346-2351.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190421
摘要:
等轴γ晶粒和α2/γ片层是beta-gamma TiAl合金的两种主要变形组织形态。本文研究了锻态Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴组织及片层组织的高温拉伸性能及组织演变。结果表明：拉伸温度对Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金的力学性能和显微组织有显著的影响。在相同温度下，Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴组织的抗拉强度和屈服强度略高于片层组织，而延伸率相差不大。随拉伸温度的增加，合金的抗拉强度和屈服强度逐渐减小，而延伸率迅速增大。对于等轴组织，提高温度，等轴γ晶粒被拉长，发生完全的动态再结晶，从而细化合金的显微组织。对于片层组织，α2/γ片层的分解和γ板条的再结晶程度随拉伸温度的增加而增大。Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金的韧脆转变温度在750～800℃之间。
等轴γ晶粒和α2/γ片层是beta-gamma TiAl合金的两种主要变形组织形态。本文研究了锻态Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴组织及片层组织的高温拉伸性能及组织演变。结果表明：拉伸温度对Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金的力学性能和显微组织有显著的影响。在相同温度下，Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴组织的抗拉强度和屈服强度略高于片层组织，而延伸率相差不大。随拉伸温度的增加，合金的抗拉强度和屈服强度逐渐减小，而延伸率迅速增大。对于等轴组织，提高温度，等轴γ晶粒被拉长，发生完全的动态再结晶，从而细化合金的显微组织。对于片层组织，α2/γ片层的分解和γ板条的再结晶程度随拉伸温度的增加而增大。Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金的韧脆转变温度在750～800℃之间。
2020, 49(7):2352-2357.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190425
摘要:
采用Fe3O4/Al/铁基硬质合金的铝热体系,超重力熔铸铁基金属陶瓷梯度材料,分析了超重力场中硬质合金颗粒在高热高温铁熔体内的运动特征及其致密化机制,研究结果表明,根据Stocks定律,弥散相在高温熔体内的运动速度影响因素主要有颗粒与基体熔体密度差、超重力系数、颗粒半径及温度等,在一定的超重力系数下,材料的致密度与气泡尺寸、铁熔体存在时间有关。V-Fe和Cr-Fe两种颗粒主要集中于金属陶瓷材料的顶端,沿超重力方向粒子尺寸逐渐减小,而Mo-Fe颗粒主要集中在金属陶瓷材料与45钢分界面处,不同颗粒在材料内的分布状况有较大差异,这是金属陶瓷材料硬度呈梯度变化的主要原因。
采用Fe3O4/Al/铁基硬质合金的铝热体系,超重力熔铸铁基金属陶瓷梯度材料,分析了超重力场中硬质合金颗粒在高热高温铁熔体内的运动特征及其致密化机制,研究结果表明,根据Stocks定律,弥散相在高温熔体内的运动速度影响因素主要有颗粒与基体熔体密度差、超重力系数、颗粒半径及温度等,在一定的超重力系数下,材料的致密度与气泡尺寸、铁熔体存在时间有关。V-Fe和Cr-Fe两种颗粒主要集中于金属陶瓷材料的顶端,沿超重力方向粒子尺寸逐渐减小,而Mo-Fe颗粒主要集中在金属陶瓷材料与45钢分界面处,不同颗粒在材料内的分布状况有较大差异,这是金属陶瓷材料硬度呈梯度变化的主要原因。
2020, 49(7):2358-2364.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190459
摘要:
本文采用阴极充氢和真空拉伸方法研究了硼含量对氢原子在有序态Ni3Fe合金中扩散的影响。研究结果表明，当合金中硼含量CB≤0.06 wt.%时，氢原子在有序态Ni3Fe合金中的扩散系数随CB的增加而逐渐降低，而扩散激活能逐渐增大。当CB > 0.06 wt.%后，氢原子的扩散系数随CB的增加而变化很小，而扩散激活能略有减小。原子探针层析方法证实了硼原子在有序态Ni3Fe合金中晶界处发生偏聚。对比研究硼含量对有序态Ni3Fe合金中氢扩散系数及对合金在氢气环境中氢脆因子的作用，确认硼原子降低有序态Ni3Fe合金在氢气环境中的氢脆敏感性的机理是硼原子降低了氢原子在合金中的沿晶扩散系数。
本文采用阴极充氢和真空拉伸方法研究了硼含量对氢原子在有序态Ni3Fe合金中扩散的影响。研究结果表明，当合金中硼含量CB≤0.06 wt.%时，氢原子在有序态Ni3Fe合金中的扩散系数随CB的增加而逐渐降低，而扩散激活能逐渐增大。当CB > 0.06 wt.%后，氢原子的扩散系数随CB的增加而变化很小，而扩散激活能略有减小。原子探针层析方法证实了硼原子在有序态Ni3Fe合金中晶界处发生偏聚。对比研究硼含量对有序态Ni3Fe合金中氢扩散系数及对合金在氢气环境中氢脆因子的作用，确认硼原子降低有序态Ni3Fe合金在氢气环境中的氢脆敏感性的机理是硼原子降低了氢原子在合金中的沿晶扩散系数。
2020, 49(7):2365-2371.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190526
摘要:
钎焊接头的可靠性主要由界面金属间化合物的形貌及接头微观组织决定,超声辅助钎焊过程中母材溶解行为直接影响接头可靠性。为进一步探明超声对Ni-Sn溶解行为的影响,本文采用浸入实验法对比研究了加载超声和无超声辅助下Ni在Sn中的溶解动力学,通过模拟探明了熔池中声压分布规律,观察了Ni-Sn界面微观组织。上述研究表明,超声作用10 s Ni丝的溶解量与不加超声保温5 min的溶解量相当,表明超声能促进Ni在熔融Sn钎料中的溶解。无超声辅助时,随着保温时间的增加,Ni-Sn界面金属间化合物逐渐增厚,阻碍了Ni与Sn 之间的相互扩散；而在超声空化作用下,Ni-Sn界面处于动态非平衡状态,能促进Ni在液态Sn中不断溶解；同时,在声流作用下界面Ni原子快速迁移至Sn中,在随后的冷却过程中析出大量细长棒状的Ni3Sn4金属间化合物。
钎焊接头的可靠性主要由界面金属间化合物的形貌及接头微观组织决定,超声辅助钎焊过程中母材溶解行为直接影响接头可靠性。为进一步探明超声对Ni-Sn溶解行为的影响,本文采用浸入实验法对比研究了加载超声和无超声辅助下Ni在Sn中的溶解动力学,通过模拟探明了熔池中声压分布规律,观察了Ni-Sn界面微观组织。上述研究表明,超声作用10 s Ni丝的溶解量与不加超声保温5 min的溶解量相当,表明超声能促进Ni在熔融Sn钎料中的溶解。无超声辅助时,随着保温时间的增加,Ni-Sn界面金属间化合物逐渐增厚,阻碍了Ni与Sn 之间的相互扩散；而在超声空化作用下,Ni-Sn界面处于动态非平衡状态,能促进Ni在液态Sn中不断溶解；同时,在声流作用下界面Ni原子快速迁移至Sn中,在随后的冷却过程中析出大量细长棒状的Ni3Sn4金属间化合物。
2020, 49(7):2372-2379.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190537
摘要:
为提高航空发动机推重比采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题。本文采用分子动力学对连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的力学性能进行模拟,首先通过对比了不同晶态镍拉伸原子图。发现,由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于孔洞萌生,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了单晶/多晶镍的应变率效应与温度效应。当应变率大于1í108s-1小于2í1010s-1时,SPSNi对加载应变率几乎不敏感,屈服强度小幅上升。超过2í1010s-1之后,其屈服强度随着应变率的增加而迅速下降。这是因为在高应变率下,SPSNi的FCC原子大规模迅速转变为无序的非晶结构,导致了晶体镍承载能力迅速下降。可以将应变率2í1010s-1作为SPSNi拉伸变形的阈值。不同温度下,SPSNi屈服强度随温度的增大而线性下降。这是由于在温度的影响下,位错网络的初始镶嵌结构逐渐变得不规则,初始失配应力随着温度的升高而下降。
为提高航空发动机推重比采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题。本文采用分子动力学对连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的力学性能进行模拟,首先通过对比了不同晶态镍拉伸原子图。发现,由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于孔洞萌生,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了单晶/多晶镍的应变率效应与温度效应。当应变率大于1í108s-1小于2í1010s-1时,SPSNi对加载应变率几乎不敏感,屈服强度小幅上升。超过2í1010s-1之后,其屈服强度随着应变率的增加而迅速下降。这是因为在高应变率下,SPSNi的FCC原子大规模迅速转变为无序的非晶结构,导致了晶体镍承载能力迅速下降。可以将应变率2í1010s-1作为SPSNi拉伸变形的阈值。不同温度下,SPSNi屈服强度随温度的增大而线性下降。这是由于在温度的影响下,位错网络的初始镶嵌结构逐渐变得不规则,初始失配应力随着温度的升高而下降。
2020, 49(7):2380-2387.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190420
摘要:
采用机械球磨与热压烧结相结合的粉末冶金法对不同球磨时间Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C合金的粉末变形行为,微观组织结构和力学行为进行研究。研究结果表明：随着球磨时间的增加Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C复合粉末中的块状金属颗粒首先变形为片状后在碰撞挤压作用下破碎成絮状,TiC粉末均匀的分布于片状金属粉末表面；Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C合金由Nbss和(Nb, Ti)C两相构成,各合金碳化物体积分数均为11%左右,Ti元素主要分布于Nbss晶界和碳化物内,Al、Cr、V元素主要分布于Nbss晶粒内,Nbss和(Nb, Ti)C相尺寸均随球磨时间增加而尺寸减小；Nbss晶粒细化及强化相碳化物弥散化导致合金的室温压缩力学性能和塑性变形能力显著提高,压缩变形后合金Nbss与碳化物具有良好的界面结合能力,但是碳化物内部存在明显的近似平行分布的裂纹；数据对比表明粉末冶金法制备Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C合金的力学性能优于电弧熔炼法。
采用机械球磨与热压烧结相结合的粉末冶金法对不同球磨时间Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C合金的粉末变形行为,微观组织结构和力学行为进行研究。研究结果表明：随着球磨时间的增加Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C复合粉末中的块状金属颗粒首先变形为片状后在碰撞挤压作用下破碎成絮状,TiC粉末均匀的分布于片状金属粉末表面；Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C合金由Nbss和(Nb, Ti)C两相构成,各合金碳化物体积分数均为11%左右,Ti元素主要分布于Nbss晶界和碳化物内,Al、Cr、V元素主要分布于Nbss晶粒内,Nbss和(Nb, Ti)C相尺寸均随球磨时间增加而尺寸减小；Nbss晶粒细化及强化相碳化物弥散化导致合金的室温压缩力学性能和塑性变形能力显著提高,压缩变形后合金Nbss与碳化物具有良好的界面结合能力,但是碳化物内部存在明显的近似平行分布的裂纹；数据对比表明粉末冶金法制备Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V-5C合金的力学性能优于电弧熔炼法。
2020, 49(7):2417-2424.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190474
摘要:
本文通过循环氧化考核法以及XRD、SEM等技术对电弧熔炼制备的NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为进行了细致研究。结果表明：NbZrTiTa高熵合金在1000~1400 ℃温度范围内的氧化速率常数和氧化激活能分别达到1.1×10-7~9.8×10-7 g2.cm-4.s和97 kJ/mol。NbZrTiTa高熵合金的氧化反应类型为内氧化。高温氧化过程中,氧元素沿具有强晶格畸变和大量位错的富TiZr区扩散,并与金属组元发生反应依次生成不饱和氧化物和饱和氧化物。在组元的高活性以及严重的晶格畸变的共同作用下,NbZrTiTa高熵合金具有极高氧化活性,展现出了较强的作为结构释能材料应用的潜力。
本文通过循环氧化考核法以及XRD、SEM等技术对电弧熔炼制备的NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为进行了细致研究。结果表明：NbZrTiTa高熵合金在1000~1400 ℃温度范围内的氧化速率常数和氧化激活能分别达到1.1×10-7~9.8×10-7 g2.cm-4.s和97 kJ/mol。NbZrTiTa高熵合金的氧化反应类型为内氧化。高温氧化过程中,氧元素沿具有强晶格畸变和大量位错的富TiZr区扩散,并与金属组元发生反应依次生成不饱和氧化物和饱和氧化物。在组元的高活性以及严重的晶格畸变的共同作用下,NbZrTiTa高熵合金具有极高氧化活性,展现出了较强的作为结构释能材料应用的潜力。
2020, 49(7):2388-2392.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190949
摘要:
采用惯性摩擦焊与等温变形相结合的复合技术制备出IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘,分析了等温变形对惯性摩擦焊双钛合金缩比盘组织与性能的影响。结果表明：IMI834/Ti6246双钛合金经惯性摩擦焊后焊缝组织细小,但两侧热影响区内组织粗大,超声波无损检测发现焊后双合金缩比盘内局部存在有缺陷。而IMI834/Ti6246双钛合金经等温变形后,焊后缺陷得到有效消除,焊缝两侧热影响区组织发生了明显改变,中心焊缝和两侧热影响区过渡更加均匀。惯性摩擦焊IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘等温变形后焊缝得到有效强化,惯性摩擦焊+等温变形工艺可用于制备高性能双钛合金盘件。
采用惯性摩擦焊与等温变形相结合的复合技术制备出IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘,分析了等温变形对惯性摩擦焊双钛合金缩比盘组织与性能的影响。结果表明：IMI834/Ti6246双钛合金经惯性摩擦焊后焊缝组织细小,但两侧热影响区内组织粗大,超声波无损检测发现焊后双合金缩比盘内局部存在有缺陷。而IMI834/Ti6246双钛合金经等温变形后,焊后缺陷得到有效消除,焊缝两侧热影响区组织发生了明显改变,中心焊缝和两侧热影响区过渡更加均匀。惯性摩擦焊IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘等温变形后焊缝得到有效强化,惯性摩擦焊+等温变形工艺可用于制备高性能双钛合金盘件。
2020, 49(7):2393-2399.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190957
摘要:
采用SRV-IV微动磨损试验台,研究TC4钛合金在空气和纯水介质中不同位移幅值下的微动磨损行为及其在模拟海水中的微动腐蚀特性,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对磨痕表面形貌、磨损体积及磨痕轮廓进行表征,分析了钛合金在不同环境介质中的微动磨损机制。结果表明：摩擦系数随位移幅值的增大呈现出先增大后减小的趋势,磨损体积随位移幅值的增大而增大；干摩擦条件下,摩擦系数较高且波动剧烈,磨损体积较小,磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损并伴有氧化磨损；与干摩擦相比,水介质中的摩擦系数较低,磨损体积显著增大,且模拟海水中的摩擦系数更低更稳定,磨损轮廓更深,说明腐蚀与磨损之间存在“正”交互作用；TC4合金在纯水介质中的微动磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损,而在模拟海水中的微动磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。
采用SRV-IV微动磨损试验台,研究TC4钛合金在空气和纯水介质中不同位移幅值下的微动磨损行为及其在模拟海水中的微动腐蚀特性,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对磨痕表面形貌、磨损体积及磨痕轮廓进行表征,分析了钛合金在不同环境介质中的微动磨损机制。结果表明：摩擦系数随位移幅值的增大呈现出先增大后减小的趋势,磨损体积随位移幅值的增大而增大；干摩擦条件下,摩擦系数较高且波动剧烈,磨损体积较小,磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损并伴有氧化磨损；与干摩擦相比,水介质中的摩擦系数较低,磨损体积显著增大,且模拟海水中的摩擦系数更低更稳定,磨损轮廓更深,说明腐蚀与磨损之间存在“正”交互作用；TC4合金在纯水介质中的微动磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损,而在模拟海水中的微动磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。
2020, 49(7):2400-2406.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190431
摘要:
针对强气流与烟气腐蚀易造成Ti-6Al-4V叶片减薄、再制造覆层与界面性能下降的难题，优选与Ti-6Al-4V叶片匹配度高、成形性良好的同种合金，通过元素匹配对比、能量传散规律分析、金相组织评价、再制造成形试验以及基本力学性能验证等方法，开展该类边部减薄叶片再制造覆层与界面性能控制研究。试验结果表明：覆层Ti元素含量约为80%，Al元素含量为3.9~5.5%，V元素含量为3.0~3.5%，上述主要元素含量与基体基本一致；界面处以初始等轴α相、部分片状β相以及β相晶界上析出的少量针状α′马氏体构成的网篮结构为主，部分细化和分化的β相颗粒呈弥散分布，对网篮组织晶界具有钉扎作用；覆层硬度为315.08~351.76HV0.1，为基体硬度的93%~104%，与基体匹配度良好；覆层摩擦系数在1Hz与3Hz加载频率下分别为0.22~0.35与0.32~0.62，低于TC4叶片基体。该研究在实现边部减薄Ti-6Al-4V叶片再制造良好成形的同时，验证了相关工艺及方法对覆层及界面性能调控的有效性。
针对强气流与烟气腐蚀易造成Ti-6Al-4V叶片减薄、再制造覆层与界面性能下降的难题，优选与Ti-6Al-4V叶片匹配度高、成形性良好的同种合金，通过元素匹配对比、能量传散规律分析、金相组织评价、再制造成形试验以及基本力学性能验证等方法，开展该类边部减薄叶片再制造覆层与界面性能控制研究。试验结果表明：覆层Ti元素含量约为80%，Al元素含量为3.9~5.5%，V元素含量为3.0~3.5%，上述主要元素含量与基体基本一致；界面处以初始等轴α相、部分片状β相以及β相晶界上析出的少量针状α′马氏体构成的网篮结构为主，部分细化和分化的β相颗粒呈弥散分布，对网篮组织晶界具有钉扎作用；覆层硬度为315.08~351.76HV0.1，为基体硬度的93%~104%，与基体匹配度良好；覆层摩擦系数在1Hz与3Hz加载频率下分别为0.22~0.35与0.32~0.62，低于TC4叶片基体。该研究在实现边部减薄Ti-6Al-4V叶片再制造良好成形的同时，验证了相关工艺及方法对覆层及界面性能调控的有效性。
2020, 49(7):2407-2416.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190451
摘要:
高锰钢是传统的耐磨材料。为进一步提升高锰钢的耐磨性能,使其能满足复杂工况的使用要求,本文采用凝固析出方法制备了不同体积分数TiC增强的高锰钢基复合材料,系统研究了复合材料的显微组织和磨料磨损性能。热处理后,复合材料由奥氏体和TiC两相组成,TiC颗粒均匀分布在高锰钢基体中,颗粒与基体界面清洁。磨料磨损实验表明,TiC颗粒的引入提高了复合材料耐磨性能。然而,复合材料的磨损性能随着TiC体积分数的增加而降低。研究表明这是因为随着TiC体积分数的提高,陶瓷粒径尺寸增大且部分形成团簇,陶瓷颗粒在磨损过程中发生破碎从而提高磨损率。
高锰钢是传统的耐磨材料。为进一步提升高锰钢的耐磨性能,使其能满足复杂工况的使用要求,本文采用凝固析出方法制备了不同体积分数TiC增强的高锰钢基复合材料,系统研究了复合材料的显微组织和磨料磨损性能。热处理后,复合材料由奥氏体和TiC两相组成,TiC颗粒均匀分布在高锰钢基体中,颗粒与基体界面清洁。磨料磨损实验表明,TiC颗粒的引入提高了复合材料耐磨性能。然而,复合材料的磨损性能随着TiC体积分数的增加而降低。研究表明这是因为随着TiC体积分数的提高,陶瓷粒径尺寸增大且部分形成团簇,陶瓷颗粒在磨损过程中发生破碎从而提高磨损率。
2020, 49(7):2425-2430.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190548
摘要:
本文针对氧含量较高的Ti-15Mo合金,研究了该合金的铸态组织以及通过不同温度固溶处理得到的组织和对应的性能。成分分析表明,该合金溶入了0.8wt%的O,以下称为Ti-15Mo-0.8O合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)观察分析了Ti-15Mo-0.8O合金的组织转变。结果表明：合金的铸态组织由α和β两相组成；经过900℃、1000℃、1100℃/2h固溶处理后,合金的相组成转变过程为α+β+TO→β+ TO→β；随着固溶温度的上升,合金β相的晶格常数逐渐增加。利用维氏硬度计和万能试验机进行硬度和室温压缩测试。结果表明：1100℃/2h固溶处理后的试样获得最高硬度,其值为455HV20；1100℃/2h固溶处理后的试样具有最好的压缩性能,压缩屈服强度为和抗压强度分别为1617Mpa和2308Mpa,压缩率为22%。
本文针对氧含量较高的Ti-15Mo合金,研究了该合金的铸态组织以及通过不同温度固溶处理得到的组织和对应的性能。成分分析表明,该合金溶入了0.8wt%的O,以下称为Ti-15Mo-0.8O合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)观察分析了Ti-15Mo-0.8O合金的组织转变。结果表明：合金的铸态组织由α和β两相组成；经过900℃、1000℃、1100℃/2h固溶处理后,合金的相组成转变过程为α+β+TO→β+ TO→β；随着固溶温度的上升,合金β相的晶格常数逐渐增加。利用维氏硬度计和万能试验机进行硬度和室温压缩测试。结果表明：1100℃/2h固溶处理后的试样获得最高硬度,其值为455HV20；1100℃/2h固溶处理后的试样具有最好的压缩性能,压缩屈服强度为和抗压强度分别为1617Mpa和2308Mpa,压缩率为22%。
2020, 49(7):2431-2435.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190551
摘要:
目的 通过对钛片表面电荷的调控改变纯钛表面的蛋白吸附能力,改善其生物学性能。方法 在钛片表面制作大颗粒喷砂酸蚀的形貌,并分别浸泡在不同的溶液中。分别观察检测不同样本表面形貌及表面元素构成；各组样本的表面粗糙度；以及各组样本表面的电荷状况；最后检测各组样本的纤维连接蛋白吸附能力。结果 各组样本表面具有相似的表面形貌,不同组表面因为浸泡的液体不同其表面元素各不相同；各组样本的表面粗糙度无显著差异；而蛋白吸附能力方面浸泡在氯化钙溶液中的钛片具有最高蛋白吸附能力(P＜0.01),而对照组大颗粒喷砂酸蚀组吸附能力最弱。结论 将钛片浸泡在含有二价钙离子的氯化钙溶液中可以改变钛片表面的电荷状态,提升蛋白吸附能力,从而改善其生物学性能。
目的 通过对钛片表面电荷的调控改变纯钛表面的蛋白吸附能力,改善其生物学性能。方法 在钛片表面制作大颗粒喷砂酸蚀的形貌,并分别浸泡在不同的溶液中。分别观察检测不同样本表面形貌及表面元素构成；各组样本的表面粗糙度；以及各组样本表面的电荷状况；最后检测各组样本的纤维连接蛋白吸附能力。结果 各组样本表面具有相似的表面形貌,不同组表面因为浸泡的液体不同其表面元素各不相同；各组样本的表面粗糙度无显著差异；而蛋白吸附能力方面浸泡在氯化钙溶液中的钛片具有最高蛋白吸附能力(P＜0.01),而对照组大颗粒喷砂酸蚀组吸附能力最弱。结论 将钛片浸泡在含有二价钙离子的氯化钙溶液中可以改变钛片表面的电荷状态,提升蛋白吸附能力,从而改善其生物学性能。
2020, 49(7):2436-2443.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191040
摘要:
高温度梯度(180K/cm)定向凝固方法可制备单相Mg2Sn晶体,通过凝固理论对平-胞转换临界速率进行了计算,并预测了单相Mg2Sn晶体的生长距离,与试验结果相吻合。此方法获得的Mg2Sn晶体由于去除了第二相Sn的影响,可以获得更好的热电性能,在测试温度区间(300-700K)内,未掺杂条件下最大Seebeck系数和电导率值分别可达-261μVK-1和525?-1m-1,通过Bi掺杂来对电导率进行优化后,功率因子最高可达2.29mWm-1K-2。单相Mg2Sn晶体的热导率也得到大幅降低,500K时,最小值为4.3Wm-1K-1,Bi掺杂量为1.5at.%时,热电优值最高可达到0.21。这一方法可以为制备高性能的Mg2BIV体系三元固溶体合金提供参考。
高温度梯度(180K/cm)定向凝固方法可制备单相Mg2Sn晶体,通过凝固理论对平-胞转换临界速率进行了计算,并预测了单相Mg2Sn晶体的生长距离,与试验结果相吻合。此方法获得的Mg2Sn晶体由于去除了第二相Sn的影响,可以获得更好的热电性能,在测试温度区间(300-700K)内,未掺杂条件下最大Seebeck系数和电导率值分别可达-261μVK-1和525?-1m-1,通过Bi掺杂来对电导率进行优化后,功率因子最高可达2.29mWm-1K-2。单相Mg2Sn晶体的热导率也得到大幅降低,500K时,最小值为4.3Wm-1K-1,Bi掺杂量为1.5at.%时,热电优值最高可达到0.21。这一方法可以为制备高性能的Mg2BIV体系三元固溶体合金提供参考。
2020, 49(7):2444-2450.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190405
摘要:
以 Cu-Zn混合粉末作为喷涂粉体,采用低压冷喷涂技术在1Cr13基体上制备Cu-Zn复合涂层,在不同退火温度下对复合涂层进行退火热处理,然后测试涂层的力学性能。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、显微硬度仪等设备对退火热处理前后复合涂层进行微观形貌观察和硬度测试。结果表明：铜锌复合涂层结构致密,涂层与基体结合紧密；铜锌复合涂层在200℃~300℃间退火时,涂层中金属颗粒间界面明显,涂层内部形成β(CuZn)、γ(Cu5Zn8)等金属间化合物。退火温度为200℃时,铜锌复合涂层的硬度达到最高(157.8HV0.2),结合强度达到最低(7.5MPa)；铜锌复合涂层在350℃~450℃间退火时,涂层中金属颗粒间部分界面不明显；当退火温度为450℃时,铜锌复合涂层硬度达到最低(102.4HV0.2),结合强度达到最高(13.9MPa)。
以 Cu-Zn混合粉末作为喷涂粉体,采用低压冷喷涂技术在1Cr13基体上制备Cu-Zn复合涂层,在不同退火温度下对复合涂层进行退火热处理,然后测试涂层的力学性能。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、显微硬度仪等设备对退火热处理前后复合涂层进行微观形貌观察和硬度测试。结果表明：铜锌复合涂层结构致密,涂层与基体结合紧密；铜锌复合涂层在200℃~300℃间退火时,涂层中金属颗粒间界面明显,涂层内部形成β(CuZn)、γ(Cu5Zn8)等金属间化合物。退火温度为200℃时,铜锌复合涂层的硬度达到最高(157.8HV0.2),结合强度达到最低(7.5MPa)；铜锌复合涂层在350℃~450℃间退火时,涂层中金属颗粒间部分界面不明显；当退火温度为450℃时,铜锌复合涂层硬度达到最低(102.4HV0.2),结合强度达到最高(13.9MPa)。
2020, 49(7):2451-2461.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190456
摘要:
研究了微量Y和Ca元素对Mg-6Zn-1Al合金的组织和性能影响，结果表明，铸态ZAM610合金由α-Mg、Mg51Zn20相和少量Al8Mn5相组成，单独添加Ca使Mg51Zn20相被Mg32(AlZn)49相替代，添加Y或Y+Ca，合金由α-Mg、Mg51Zn20、Al2Y相和少量的Al10Mn2Y相组成。添加Y或/和Ca，细化了镁合金再结晶晶粒，其中添加Y+Ca组合的细化效果最好。加Ca合金在挤压变形中动态析出MgZn2相，具有强烈的Zener阻滞作用，形成由细小再结晶晶粒和粗大变形带组成的双模组织。ZAMX6100合金具有最高的强度，其抗拉强度、屈服强度和伸长率，分别为354 MPa、313 MPa和17.3%。加Y合金中Al2Y相在挤压变形中促进再结晶形核，导致变形带数量减少。微合金化后镁合金力学性能的提高，可归因于动态再结晶晶粒细化、Al2Y相颗粒形成和动态析出MgZn2相。合金耐蚀性提高的原因是大量动态析出的MgZn2相阻碍了腐蚀的连续进行，而稀土Y元素提高了合金基体的耐蚀性能。
研究了微量Y和Ca元素对Mg-6Zn-1Al合金的组织和性能影响，结果表明，铸态ZAM610合金由α-Mg、Mg51Zn20相和少量Al8Mn5相组成，单独添加Ca使Mg51Zn20相被Mg32(AlZn)49相替代，添加Y或Y+Ca，合金由α-Mg、Mg51Zn20、Al2Y相和少量的Al10Mn2Y相组成。添加Y或/和Ca，细化了镁合金再结晶晶粒，其中添加Y+Ca组合的细化效果最好。加Ca合金在挤压变形中动态析出MgZn2相，具有强烈的Zener阻滞作用，形成由细小再结晶晶粒和粗大变形带组成的双模组织。ZAMX6100合金具有最高的强度，其抗拉强度、屈服强度和伸长率，分别为354 MPa、313 MPa和17.3%。加Y合金中Al2Y相在挤压变形中促进再结晶形核，导致变形带数量减少。微合金化后镁合金力学性能的提高，可归因于动态再结晶晶粒细化、Al2Y相颗粒形成和动态析出MgZn2相。合金耐蚀性提高的原因是大量动态析出的MgZn2相阻碍了腐蚀的连续进行，而稀土Y元素提高了合金基体的耐蚀性能。
2020, 49(7):2462-2469.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190522
摘要:
在700℃的NaCl-KCl体系中,采用循环伏安法、方波伏安法和开路计时电位法等电化学测试方法研究了钨电极上Nd(III)的电化学行为以及与Al(III)共沉积的电化学过程。结果表明：在低扫描速率(0.1~0.5V.s-1)下,NaCl-KCl-NdCl3熔盐中Nd(III)的还原是一步交换三个电子的准可逆过程,该还原过程由扩散步骤控制,扩散系数约为7.6×10-5cm2.s-1。将AlCl3引入NaCl-KCl-NdCl3熔体后,循环伏安、方波伏安以及开路计时电位测试结果表明电解过程中形成了三种Nd-Al金属间化合物(Nd3Al11、NdAl3和NdAl2),其形成机理为Nd在预先沉积的Al上发生欠电位沉积。通过电动势法,计算了700℃时Nd-Al金属间化合物的热力学参数,如两相共存下Nd的活度和相对偏摩尔吉布斯自由能以及Nd-Al金属间化合物的标准吉布斯自由能。在-2.3V下进行恒电位电解5h得到Nd-Al合金,物合金由金属间化合物Nd3Al11、NdAl3、NdAl2和纯Al组成。
在700℃的NaCl-KCl体系中,采用循环伏安法、方波伏安法和开路计时电位法等电化学测试方法研究了钨电极上Nd(III)的电化学行为以及与Al(III)共沉积的电化学过程。结果表明：在低扫描速率(0.1~0.5V.s-1)下,NaCl-KCl-NdCl3熔盐中Nd(III)的还原是一步交换三个电子的准可逆过程,该还原过程由扩散步骤控制,扩散系数约为7.6×10-5cm2.s-1。将AlCl3引入NaCl-KCl-NdCl3熔体后,循环伏安、方波伏安以及开路计时电位测试结果表明电解过程中形成了三种Nd-Al金属间化合物(Nd3Al11、NdAl3和NdAl2),其形成机理为Nd在预先沉积的Al上发生欠电位沉积。通过电动势法,计算了700℃时Nd-Al金属间化合物的热力学参数,如两相共存下Nd的活度和相对偏摩尔吉布斯自由能以及Nd-Al金属间化合物的标准吉布斯自由能。在-2.3V下进行恒电位电解5h得到Nd-Al合金,物合金由金属间化合物Nd3Al11、NdAl3、NdAl2和纯Al组成。
2020, 49(7):2470-2475.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190523
摘要:
优质GH4169镍基高温合金的Nb含量较高，热变形工艺参数需严格控制，特别是经δ 相时效处理(Delta Processed，DP)后，因此有必要对其热变形行为进行研究。本文对经DP处理后的优质GH4169高温合金在不同变形温度 (980，1010，1040和1070°C)及应变速率 (0.001，0.01，0.1和1 s-1)进行热模拟压缩实验。结果表明： GH4169镍基高温合金在该变形条件下的平均激活能Q = 528.24 kJ/mol，Nb元素含量上调会显著增加合金的变形激活能(约40 kJ/mol)，该材料的热变形过程可通过双曲正弦本构模型进行描述。通过表征相应热变形后的显微组织，结合GH4169高温合金的热加工图，表明GH4169高温合金适宜在低温低应变速率和高温高应变速率下加工。
优质GH4169镍基高温合金的Nb含量较高，热变形工艺参数需严格控制，特别是经δ 相时效处理(Delta Processed，DP)后，因此有必要对其热变形行为进行研究。本文对经DP处理后的优质GH4169高温合金在不同变形温度 (980，1010，1040和1070°C)及应变速率 (0.001，0.01，0.1和1 s-1)进行热模拟压缩实验。结果表明： GH4169镍基高温合金在该变形条件下的平均激活能Q = 528.24 kJ/mol，Nb元素含量上调会显著增加合金的变形激活能(约40 kJ/mol)，该材料的热变形过程可通过双曲正弦本构模型进行描述。通过表征相应热变形后的显微组织，结合GH4169高温合金的热加工图，表明GH4169高温合金适宜在低温低应变速率和高温高应变速率下加工。
2020, 49(7):2476-2479.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190525
摘要:
本文研究了IN 718高温合金、WC-6%Co硬质合金和Si(100) 基体上深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格涂层的摩擦学性能。研究表明,涂层的生长对基体的类型没有选择性。随着基体的硬度升高,划痕结合力失效临界载荷增大,涂层结合力失效机制由翘曲失效转变为基体/涂层协同变形,未发现涂层的剥落失效。载荷为2 N时,磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为轻微磨粒磨损。载荷为4 N时,IN718基体上涂层的磨损机制为严重的氧化磨损,WC-6%Co基体上的涂层的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,氧化物的产生、堆积和转移导致摩擦系数的波动。
本文研究了IN 718高温合金、WC-6%Co硬质合金和Si(100) 基体上深振荡磁控溅射复合沉积CrN/TiN超晶格涂层的摩擦学性能。研究表明,涂层的生长对基体的类型没有选择性。随着基体的硬度升高,划痕结合力失效临界载荷增大,涂层结合力失效机制由翘曲失效转变为基体/涂层协同变形,未发现涂层的剥落失效。载荷为2 N时,磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为轻微磨粒磨损。载荷为4 N时,IN718基体上涂层的磨损机制为严重的氧化磨损,WC-6%Co基体上的涂层的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,氧化物的产生、堆积和转移导致摩擦系数的波动。
2020, 49(7):2480-2487.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190529
摘要:
对激光增材制造GH3625高温合金进行激光对接焊实验,分析了焊接接头的显微组织演变规律和力学性能。结果表明,在热影响区,仅在上层晶界处析出大量Laves相,导致晶界发生明显粗化。沿焊缝上层至下层,熔合区和中间区由上层的胞状晶、柱状晶和等轴细晶逐渐转变为下层的柱状晶,且紧贴熔合线生长的等轴细晶的数量逐渐增多,中心区均为树枝晶。细小颗粒状γ′相弥散分布于焊缝；大量Laves相在中间区枝晶间析出,且形态由上层的条状逐渐转变为下层的颗粒状。接头抗拉强度为872MPa,达到母材抗拉强度的98.2%,伸长率达到母材的90.7%。接头断面近似呈45°斜面,断裂形式为脆性和韧性混合断裂方式。
对激光增材制造GH3625高温合金进行激光对接焊实验,分析了焊接接头的显微组织演变规律和力学性能。结果表明,在热影响区,仅在上层晶界处析出大量Laves相,导致晶界发生明显粗化。沿焊缝上层至下层,熔合区和中间区由上层的胞状晶、柱状晶和等轴细晶逐渐转变为下层的柱状晶,且紧贴熔合线生长的等轴细晶的数量逐渐增多,中心区均为树枝晶。细小颗粒状γ′相弥散分布于焊缝；大量Laves相在中间区枝晶间析出,且形态由上层的条状逐渐转变为下层的颗粒状。接头抗拉强度为872MPa,达到母材抗拉强度的98.2%,伸长率达到母材的90.7%。接头断面近似呈45°斜面,断裂形式为脆性和韧性混合断裂方式。
2020, 49(7):2488-2493.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190547
摘要:
对FGH97粉末高温合金盘件进行热处理处理,采用光学显微镜,扫描电子显微镜,能谱仪和蠕变试验机研究了不同固溶冷速下合金的显微组织、蠕变性能、蠕变变形方式和蠕变断裂机制。研究表明：随固溶冷速的增加,γ′相尺寸减小,碳化物由连续析出变为颗粒状弥散析出,晶界碳化物为富Ti、Nb、Hf的MC相。在750℃/450MPa蠕变试验条件下,冷速为94℃/min的样品性能明显优于冷速为43℃/min的样品。FGH97 粉末高温合金在750℃/450MPa条件下的蠕变机制为通过切割γ′相产生塑性变形,在晶界处产生应力集中导致裂纹的萌生,裂纹沿着晶界碳化物扩展,最终导致材料的断裂,弥散颗粒状分布的碳化物能有效抑制微裂纹的贯通。
对FGH97粉末高温合金盘件进行热处理处理,采用光学显微镜,扫描电子显微镜,能谱仪和蠕变试验机研究了不同固溶冷速下合金的显微组织、蠕变性能、蠕变变形方式和蠕变断裂机制。研究表明：随固溶冷速的增加,γ′相尺寸减小,碳化物由连续析出变为颗粒状弥散析出,晶界碳化物为富Ti、Nb、Hf的MC相。在750℃/450MPa蠕变试验条件下,冷速为94℃/min的样品性能明显优于冷速为43℃/min的样品。FGH97 粉末高温合金在750℃/450MPa条件下的蠕变机制为通过切割γ′相产生塑性变形,在晶界处产生应力集中导致裂纹的萌生,裂纹沿着晶界碳化物扩展,最终导致材料的断裂,弥散颗粒状分布的碳化物能有效抑制微裂纹的贯通。
2020, 49(7):2494-2500.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190527
摘要:
以CuO、Fe2O3为掺杂剂，采用机械合金化方法结合冷压-烧结-热压工艺制备(CuO, Fe2O3)掺杂Ag/SnO2电接触材料。利用 X 射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、金属电阻率仪、热导率仪和霍尔效应测量仪等分析了不同掺杂比例Ag/SnO2电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明：热压可显著改善电接触材料中SnO2颗粒与Ag基体的界面结合；CuO和Fe2O3单一掺杂可分别提高Ag/SnO2电接触材料的导电性能和导热性能，而复合掺杂的Ag-11.5SnO2-0.3CuO-0.2Fe2O3电接触材料的导电导热性能最佳，其电阻率为2.25 μΩ·cm，硬度为74.8HV0.5，在室温下的热扩散系数和热导率分别为111.4 mm2/s和338.6 W/(m·K)。复合掺杂的SnO2增强相对Ag基体的平均润湿角为62.7°，界面润湿效果好；SnO2与Ag晶粒之间界面结合良好，SnO2(200)晶面与Ag(111)晶面的界面晶格错配度为14.25%。
以CuO、Fe2O3为掺杂剂，采用机械合金化方法结合冷压-烧结-热压工艺制备(CuO, Fe2O3)掺杂Ag/SnO2电接触材料。利用 X 射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、金属电阻率仪、热导率仪和霍尔效应测量仪等分析了不同掺杂比例Ag/SnO2电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明：热压可显著改善电接触材料中SnO2颗粒与Ag基体的界面结合；CuO和Fe2O3单一掺杂可分别提高Ag/SnO2电接触材料的导电性能和导热性能，而复合掺杂的Ag-11.5SnO2-0.3CuO-0.2Fe2O3电接触材料的导电导热性能最佳，其电阻率为2.25 μΩ·cm，硬度为74.8HV0.5，在室温下的热扩散系数和热导率分别为111.4 mm2/s和338.6 W/(m·K)。复合掺杂的SnO2增强相对Ag基体的平均润湿角为62.7°，界面润湿效果好；SnO2与Ag晶粒之间界面结合良好，SnO2(200)晶面与Ag(111)晶面的界面晶格错配度为14.25%。
2020, 49(7):2501-2510.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190561
摘要:
将原位合成WC-6Co复合粉末采用干袋式冷等静压压制成型（压制压力1000bar、保压时间15s），将压制好的坯料采用低压烧结炉烧结（烧结温度1360℃，烧结时间40min，加压5MPa，保温保压时间20min），烧结制备超细YG6硬质合金，对合金的形貌、金相组织及物理力学性能分析，结果表明：原位合成WC-6Co复合粉末制备的超细YG6硬质合金，晶粒异常长大，WC平均晶粒度为0.8μm，硬度HV30为2150±10较传统超细YG6X硬度高。再将WC-6Co复合粉末采用滚动湿磨，压力式喷雾干燥，掺成型剂，挤压成型，低压烧结等工序制备超细YG6硬质合金，通过研究不同晶粒长大抑制剂配比，球磨时间，挤压压力，烧结温度对合金性能的影响，结果表明：添加0.3wt%VC、0.8wt%Cr3C2，湿磨48h，挤压压力24MPa，烧结温度1340℃，制备的超细YG6硬质合金WC晶粒均匀，无异常长大的WC晶粒，WC平均晶粒度为0.4μm，呈多边形，外形较圆。强度、硬度最高，TRS为2250±20MPa、HV30为2260±10。断口形貌为沿晶断裂，沿WC与WC晶界断裂或WC与Co晶界断裂。
将原位合成WC-6Co复合粉末采用干袋式冷等静压压制成型（压制压力1000bar、保压时间15s），将压制好的坯料采用低压烧结炉烧结（烧结温度1360℃，烧结时间40min，加压5MPa，保温保压时间20min），烧结制备超细YG6硬质合金，对合金的形貌、金相组织及物理力学性能分析，结果表明：原位合成WC-6Co复合粉末制备的超细YG6硬质合金，晶粒异常长大，WC平均晶粒度为0.8μm，硬度HV30为2150±10较传统超细YG6X硬度高。再将WC-6Co复合粉末采用滚动湿磨，压力式喷雾干燥，掺成型剂，挤压成型，低压烧结等工序制备超细YG6硬质合金，通过研究不同晶粒长大抑制剂配比，球磨时间，挤压压力，烧结温度对合金性能的影响，结果表明：添加0.3wt%VC、0.8wt%Cr3C2，湿磨48h，挤压压力24MPa，烧结温度1340℃，制备的超细YG6硬质合金WC晶粒均匀，无异常长大的WC晶粒，WC平均晶粒度为0.4μm，呈多边形，外形较圆。强度、硬度最高，TRS为2250±20MPa、HV30为2260±10。断口形貌为沿晶断裂，沿WC与WC晶界断裂或WC与Co晶界断裂。
2020, 49(7):2511-2516.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190534
摘要:
本文采用微波加热合成结合放电等离子体烧结制备了铁-镍双掺杂方钴矿Co3.8-xFexNi0.2Sb12 (x=0.05, 0.1, 0.15, 0.2)块体材料，并对其物相组成、晶粒尺寸、元素分布、热电性能等进行了系统研究。X衍射分析表明，样品X衍射峰与单相CoSb3相符；场发射扫描电镜分析表明，样品晶粒尺寸约为1~3 μm、平均尺寸约为1~2 μm，各元素均匀分布；电性能分析表明，Ni/Fe双掺杂对电输运性能有进一步改善，最高功率因子为2.667×103 μWm?1K?2；热性能分析表明，Fe掺杂对晶格热导率影响较小，晶格热导率与晶粒尺寸有关，主要热输运机制为晶界散射，Co3.65Fe0.15Ni0.2Sb12的最小晶格热导率为2.8 Wm-1K-1。Co3.7Fe0.1Ni0.2Sb12在773K获得最大热电优值0.50，显著高于传统方法制备的Ni/Fe单掺杂或者双掺杂样品。
本文采用微波加热合成结合放电等离子体烧结制备了铁-镍双掺杂方钴矿Co3.8-xFexNi0.2Sb12 (x=0.05, 0.1, 0.15, 0.2)块体材料，并对其物相组成、晶粒尺寸、元素分布、热电性能等进行了系统研究。X衍射分析表明，样品X衍射峰与单相CoSb3相符；场发射扫描电镜分析表明，样品晶粒尺寸约为1~3 μm、平均尺寸约为1~2 μm，各元素均匀分布；电性能分析表明，Ni/Fe双掺杂对电输运性能有进一步改善，最高功率因子为2.667×103 μWm?1K?2；热性能分析表明，Fe掺杂对晶格热导率影响较小，晶格热导率与晶粒尺寸有关，主要热输运机制为晶界散射，Co3.65Fe0.15Ni0.2Sb12的最小晶格热导率为2.8 Wm-1K-1。Co3.7Fe0.1Ni0.2Sb12在773K获得最大热电优值0.50，显著高于传统方法制备的Ni/Fe单掺杂或者双掺杂样品。
2020, 49(7):2517-2523.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190877
摘要:
研究了传统液态挤压铸造与半固态挤压铸造成形ZL104铝合金连杆的充填状态、微观组织及力学性能。结果表明：传统液态挤压铸造成形连杆充填饱满,但其抗拉强度及伸长率低于半固态挤压铸造成形连杆。对于半固态挤压铸造成形,浇注温度高于565℃时,铸件充填性能良好；平均晶粒尺寸及形状因子随浇注温度的升高而逐渐升高；连杆抗拉强度及伸长率先增加后减小。挤压压力高于25MPa时,铸件均充填饱满; 挤压压力升高,平均晶粒尺寸不断减小且形状因子不断增大,连杆机械性能不断提高。模具预热温度升高,平均晶粒尺寸和形状因子不断增大,连杆机械性能逐渐提高。但当模具预热温度超过300℃时,平均晶粒尺寸进一步增大而其形状因子减小,导致连杆的机械性能下降。
研究了传统液态挤压铸造与半固态挤压铸造成形ZL104铝合金连杆的充填状态、微观组织及力学性能。结果表明：传统液态挤压铸造成形连杆充填饱满,但其抗拉强度及伸长率低于半固态挤压铸造成形连杆。对于半固态挤压铸造成形,浇注温度高于565℃时,铸件充填性能良好；平均晶粒尺寸及形状因子随浇注温度的升高而逐渐升高；连杆抗拉强度及伸长率先增加后减小。挤压压力高于25MPa时,铸件均充填饱满; 挤压压力升高,平均晶粒尺寸不断减小且形状因子不断增大,连杆机械性能不断提高。模具预热温度升高,平均晶粒尺寸和形状因子不断增大,连杆机械性能逐渐提高。但当模具预热温度超过300℃时,平均晶粒尺寸进一步增大而其形状因子减小,导致连杆的机械性能下降。
2020, 49(7):2524-2529.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190558
摘要:
本研究以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂，C4H6CoO4·6H2O和FeCl3·6H2O为原料，晶化温度180 ℃，晶化时间8 h，在pH=11的条件下采用水热法制备钴铁氧体纳米颗粒。通过添加Gd3+研究了稀土元素及掺杂量对纳米钴铁氧体微观结构与吸波性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、红外光谱（FT-IR）、透射电镜（TEM）和矢量网络分析仪（VNA）对制备的复合钴铁氧体结构性能进行表征。研究结果表明稀土元素Gd3+会对钴铁氧体的晶粒尺寸、形貌和吸波性能产生较大影响。当稀土元素掺杂量x ≤ 0.1时，复合钴铁氧体晶粒尺寸随着掺杂量增加在逐渐减小，晶格常数逐渐增加，颗粒的形状形状变为不规则四边形。当稀土元素Gd3+的掺杂量为0.025时，所制备的钴铁氧体吸波反射率达到最小，达到-14.9 dB。
本研究以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂，C4H6CoO4·6H2O和FeCl3·6H2O为原料，晶化温度180 ℃，晶化时间8 h，在pH=11的条件下采用水热法制备钴铁氧体纳米颗粒。通过添加Gd3+研究了稀土元素及掺杂量对纳米钴铁氧体微观结构与吸波性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、红外光谱（FT-IR）、透射电镜（TEM）和矢量网络分析仪（VNA）对制备的复合钴铁氧体结构性能进行表征。研究结果表明稀土元素Gd3+会对钴铁氧体的晶粒尺寸、形貌和吸波性能产生较大影响。当稀土元素掺杂量x ≤ 0.1时，复合钴铁氧体晶粒尺寸随着掺杂量增加在逐渐减小，晶格常数逐渐增加，颗粒的形状形状变为不规则四边形。当稀土元素Gd3+的掺杂量为0.025时，所制备的钴铁氧体吸波反射率达到最小，达到-14.9 dB。
2020, 49(7):2530-2538.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190638
摘要:
采用固相合成法和等静压成型法制备了U型SrCe1-xYbxO3-α(0.05≤x≤0.15)质子导体管,获得了较合理的合成和成型工艺参数；将其作为敏感元件组装成电化学氢传感器对750℃铝液进行了电动势测量和氢含量计算,探讨了管的掺Yb量、封接方式、管壁厚度、管内气室长度和参比气体的流量对传感器响应时间、灵敏性、准确性、重现性和电池阻抗特性的影响。结果表明：混合原料经1400℃煅烧4h能形成较纯的质子导体粉体；采用较高的成型压力(275MPa)或较长的保压时间(3-6min)能提高质子导体管的相对密度；采用倒U型式为合理的管封接方式；采用较高的掺Yb量、较薄的管壁厚度或较短气室长度的探头,传感器的响应时间可缩短至2-4min；参比气体流量的改变对电动势具有迅速、显著且可逆的影响,必须进行精确测量和控制。
采用固相合成法和等静压成型法制备了U型SrCe1-xYbxO3-α(0.05≤x≤0.15)质子导体管,获得了较合理的合成和成型工艺参数；将其作为敏感元件组装成电化学氢传感器对750℃铝液进行了电动势测量和氢含量计算,探讨了管的掺Yb量、封接方式、管壁厚度、管内气室长度和参比气体的流量对传感器响应时间、灵敏性、准确性、重现性和电池阻抗特性的影响。结果表明：混合原料经1400℃煅烧4h能形成较纯的质子导体粉体；采用较高的成型压力(275MPa)或较长的保压时间(3-6min)能提高质子导体管的相对密度；采用倒U型式为合理的管封接方式；采用较高的掺Yb量、较薄的管壁厚度或较短气室长度的探头,传感器的响应时间可缩短至2-4min；参比气体流量的改变对电动势具有迅速、显著且可逆的影响,必须进行精确测量和控制。
2020, 49(7):2539-2548.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190478
摘要:
选择相溶解技术是一种简单、经济、有效的微/纳结构制备方法,尤其是在超长径比、超深宽比和单晶微/纳结构制备方面具有独特的优势。其原理是提取两相或多相合金中的微/纳结构,尺寸调控主要在预制合金形成的过程中进行。本文在明确区分选择相溶解技术和去合金化的基础上,首次详细综述了选择相溶解技术在纳米颗粒、微/纳丝、微/纳米孔和微/纳通道制备方面的研究进展,并结合本课题组研究工作完善了其工艺流程,拓宽了其应用范围,丰富了微/纳结构种类,为该技术在微/纳结构制备领域的广泛应用奠定了基础。
选择相溶解技术是一种简单、经济、有效的微/纳结构制备方法,尤其是在超长径比、超深宽比和单晶微/纳结构制备方面具有独特的优势。其原理是提取两相或多相合金中的微/纳结构,尺寸调控主要在预制合金形成的过程中进行。本文在明确区分选择相溶解技术和去合金化的基础上,首次详细综述了选择相溶解技术在纳米颗粒、微/纳丝、微/纳米孔和微/纳通道制备方面的研究进展,并结合本课题组研究工作完善了其工艺流程,拓宽了其应用范围,丰富了微/纳结构种类,为该技术在微/纳结构制备领域的广泛应用奠定了基础。
