2021年第50卷第1期文章目次
2021, 50(1):1-6.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200280
摘要:
为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6wt.%Ru和4.5wt.%Ru的两种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980℃和1160℃下进行200h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定相TCP成分及晶体结构。结果表明：980℃时效200h后,含Ru较多的D1合金中TCP析出量显著多于D2合金；1160℃时效200h后,D1合金中未观察到TCP相,而D2合金中观察到少量TCP相；两种合金析出的TCP相为同一种TCP相,Ru为其主要形成元素之一。结合d电子能级计算和热力学计算分析试验结果表明：Ru对单晶高温合金TCP析出的影响具有两面性,一方面Ru含量提高会使合金d电子能级增大,增加合金TCP析出倾向；另一方面Ru含量增加可降低高熔点元素在γ相中的偏析程度,进而减小因高熔点元素在γ相中过饱和而导致的TCP相析出量；在不同温度下,起主要作用的因素会有所不同。
为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6wt.%Ru和4.5wt.%Ru的两种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980℃和1160℃下进行200h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定相TCP成分及晶体结构。结果表明：980℃时效200h后,含Ru较多的D1合金中TCP析出量显著多于D2合金；1160℃时效200h后,D1合金中未观察到TCP相,而D2合金中观察到少量TCP相；两种合金析出的TCP相为同一种TCP相,Ru为其主要形成元素之一。结合d电子能级计算和热力学计算分析试验结果表明：Ru对单晶高温合金TCP析出的影响具有两面性,一方面Ru含量提高会使合金d电子能级增大,增加合金TCP析出倾向；另一方面Ru含量增加可降低高熔点元素在γ相中的偏析程度,进而减小因高熔点元素在γ相中过饱和而导致的TCP相析出量；在不同温度下,起主要作用的因素会有所不同。
2021, 50(1):7-13.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200363
摘要:
本文对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2~5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。
本文对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2~5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。
2021, 50(1):14-22.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190982
摘要:
使用室温压缩变形与再结晶退火处理研究了Inconel 625高温合金冷变形及再结晶行为,采用EBSD技术分析冷变形过程中的应变分布、晶粒尺寸变化、组织与织构演变,分析冷变形Inconel 625合金再结晶过程中再结晶分数、晶粒尺寸、组织及织构演变。研究表明,Inconel 625合金在变形量为35%~65%时具有良好的塑性,随着变形量的增加,晶粒尺寸减小,应变分布越均匀,{111}<112>织构和{110}<001>织构逐渐减弱,而{001}<110>织构和{112}<111>织构略为增强。冷变形Inconel 625合金再结晶退火处理后,随着退火温度与保温时间的升高,再结晶分数增大；随着变形量的增大,Inconel 625合金发生完全再结晶时温度减小,且发生完全再结晶时的晶粒尺寸变小,变形量为35%时,再结晶过程主要是{112}<111>织构{123}<634>变形织构转变为{110}<112>织构、{001}<100>织构与{124}<211>织构。随着变形量增加到50%及65%时,冷变形产生的{123}<634>织构在再结晶过程中转变成了{124}<211>织构。
使用室温压缩变形与再结晶退火处理研究了Inconel 625高温合金冷变形及再结晶行为,采用EBSD技术分析冷变形过程中的应变分布、晶粒尺寸变化、组织与织构演变,分析冷变形Inconel 625合金再结晶过程中再结晶分数、晶粒尺寸、组织及织构演变。研究表明,Inconel 625合金在变形量为35%~65%时具有良好的塑性,随着变形量的增加,晶粒尺寸减小,应变分布越均匀,{111}<112>织构和{110}<001>织构逐渐减弱,而{001}<110>织构和{112}<111>织构略为增强。冷变形Inconel 625合金再结晶退火处理后,随着退火温度与保温时间的升高,再结晶分数增大；随着变形量的增大,Inconel 625合金发生完全再结晶时温度减小,且发生完全再结晶时的晶粒尺寸变小,变形量为35%时,再结晶过程主要是{112}<111>织构{123}<634>变形织构转变为{110}<112>织构、{001}<100>织构与{124}<211>织构。随着变形量增加到50%及65%时,冷变形产生的{123}<634>织构在再结晶过程中转变成了{124}<211>织构。
2021, 50(1):23-28.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200350
摘要:
基于DICTRA动力学软件的MOB2和Al基数据库对 Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金在470℃不同时间均匀化退火过程中Mg和Mn元素的显微偏析情况进行了模拟计算。采用了模拟结果与显微组织观察相结合的方法,并使用偏析因子来评价470℃不同时间均匀化退火过程中Mg和Mn元素的偏析程度。在470℃不同退火时间Mg和Mn元素的偏析因子有如下变化：退火8.3小时后,Mg的偏析因子约为0.94,接近1.0,而Mn的偏析因子在0.78~1.3之间；在退火11.1小时后,Mg的偏析因子约为1.0,表示Mg的浓度基本扩散均匀,而Mn的偏析因子依然在0.78~1.3之间；退火27.8小时以后,Mn的偏析因子为0.8~1.3,与11.1小时相比只有微小的变化。根据计算结果,Mg引起的微观偏析可通过均匀化退火消除,470oC下最少退火时间为11.1小时；而Mn引起的微观偏析即使是470oC下退火保温时间为27.8 ~30小时依然不能消除。这为Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金退火工艺的选择提供了参考。
基于DICTRA动力学软件的MOB2和Al基数据库对 Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金在470℃不同时间均匀化退火过程中Mg和Mn元素的显微偏析情况进行了模拟计算。采用了模拟结果与显微组织观察相结合的方法,并使用偏析因子来评价470℃不同时间均匀化退火过程中Mg和Mn元素的偏析程度。在470℃不同退火时间Mg和Mn元素的偏析因子有如下变化：退火8.3小时后,Mg的偏析因子约为0.94,接近1.0,而Mn的偏析因子在0.78~1.3之间；在退火11.1小时后,Mg的偏析因子约为1.0,表示Mg的浓度基本扩散均匀,而Mn的偏析因子依然在0.78~1.3之间；退火27.8小时以后,Mn的偏析因子为0.8~1.3,与11.1小时相比只有微小的变化。根据计算结果,Mg引起的微观偏析可通过均匀化退火消除,470oC下最少退火时间为11.1小时；而Mn引起的微观偏析即使是470oC下退火保温时间为27.8 ~30小时依然不能消除。这为Al-Mg5.0-Mn0.5铝合金退火工艺的选择提供了参考。
2021, 50(1):29-34.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190996
摘要:
通过热压缩实验研究了原始晶粒尺寸为厘米级的EB炉流程纯钛在不同变形温度和变形速率下的热变形行为,并基于电子背散射衍射(EBSD)技术对EB炉流程纯钛的再结晶机制进行了探讨。结果表明：厘米级的EB炉流程纯钛在热变形过程中的加工硬化行为具有典型的“三阶段”特征：第一阶段线性快速下降；第二阶段迅速回升至一个峰值；第三阶段从峰值又开始下降,这与变形过程中的孪生现象有关；EBSD结果表明超粗晶粒纯钛在热变形过程中的再结晶机制主要是非连续动态再结晶。
通过热压缩实验研究了原始晶粒尺寸为厘米级的EB炉流程纯钛在不同变形温度和变形速率下的热变形行为,并基于电子背散射衍射(EBSD)技术对EB炉流程纯钛的再结晶机制进行了探讨。结果表明：厘米级的EB炉流程纯钛在热变形过程中的加工硬化行为具有典型的“三阶段”特征：第一阶段线性快速下降；第二阶段迅速回升至一个峰值；第三阶段从峰值又开始下降,这与变形过程中的孪生现象有关；EBSD结果表明超粗晶粒纯钛在热变形过程中的再结晶机制主要是非连续动态再结晶。
2021, 50(1):35-42.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200410
摘要:
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Mo含量对Ti-xMo-Sn(x = 1-5)合金相稳定性、弹性性质及其电子结构的影响,采用Voigt-Reuss-Hill近似方法估算了体系的多晶弹性模量,提出了低模量Ti-Mo-Sn合金的价电子准则,为医用钛合金的设计提供了理论基础。研究结果表明：Mo元素合金化能明显提高Ti-Mo-Sn合金的β相稳定性,所有合金都满足力学稳定性要求,随Mo元素含量增加,合金的体积模量B逐渐变大,而剪切模量G和杨氏模量E先减小后增大,其中 Ti-3Mo-Sn具有最低的杨氏模量(48.47 GPa)和最佳的延展性,在生物医用领域展现出巨大潜力。Ti-xMo-Sn合金的弹性各向异性A与Mo元素含量有关,低弹性模量始终沿<100>晶体学方向。最后,结合Ti合金的总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)分析讨论了Mo元素对β相结构稳定性的影响机制。
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Mo含量对Ti-xMo-Sn(x = 1-5)合金相稳定性、弹性性质及其电子结构的影响,采用Voigt-Reuss-Hill近似方法估算了体系的多晶弹性模量,提出了低模量Ti-Mo-Sn合金的价电子准则,为医用钛合金的设计提供了理论基础。研究结果表明：Mo元素合金化能明显提高Ti-Mo-Sn合金的β相稳定性,所有合金都满足力学稳定性要求,随Mo元素含量增加,合金的体积模量B逐渐变大,而剪切模量G和杨氏模量E先减小后增大,其中 Ti-3Mo-Sn具有最低的杨氏模量(48.47 GPa)和最佳的延展性,在生物医用领域展现出巨大潜力。Ti-xMo-Sn合金的弹性各向异性A与Mo元素含量有关,低弹性模量始终沿<100>晶体学方向。最后,结合Ti合金的总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)分析讨论了Mo元素对β相结构稳定性的影响机制。
2021, 50(1):43-48.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200231
摘要:
采用室温ECAP+冷轧+冷旋锻复合变形方法制备了Ti-53Nb 合金棒材,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、单向拉伸实验等研究了合金室温及热处理后组织演变以及β晶粒的长大行为,并分析了加工硬化和细晶强化效应。研究结果表明：室温抗拉强度由变形前的 380MPa,提升到了变形后的 553MPa,提高了45.53%,延伸率也在 16%以上。随固溶温度升高,β晶粒长大速率加快；晶粒尺寸对合金的强化作用满足Hall-Petch 关系式。在700℃,保温60min的条件下,组织均匀呈细小等轴状,可以获得良好的强塑性匹配。
采用室温ECAP+冷轧+冷旋锻复合变形方法制备了Ti-53Nb 合金棒材,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、单向拉伸实验等研究了合金室温及热处理后组织演变以及β晶粒的长大行为,并分析了加工硬化和细晶强化效应。研究结果表明：室温抗拉强度由变形前的 380MPa,提升到了变形后的 553MPa,提高了45.53%,延伸率也在 16%以上。随固溶温度升高,β晶粒长大速率加快；晶粒尺寸对合金的强化作用满足Hall-Petch 关系式。在700℃,保温60min的条件下,组织均匀呈细小等轴状,可以获得良好的强塑性匹配。
2021, 50(1):49-55.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191005
摘要:
通过光学显微镜，配备能量色散光谱仪的扫描电子显微镜，X射线衍射仪，浸泡法和电化学测试的方法研究了Mn的添加对挤压Mg-Zn-Y-Nd合金在3.5wt.％NaCl溶液中的微观组织和腐蚀行为的影响。结果表明，在研究的Mg-Zn-Y-Nd合金中添加Mn可以诱导Mg3Y2Zn3（I相）沉淀，可以抑制热挤压过程中动态再结晶（DRX）晶粒的粗化。同时，添加了Mn也可以提高合金的耐腐蚀性。不含Mn的Mg-5.6Zn-1Y-0.4Nd合金与含锰1.0 wt.％的Mg-5.6Zn-1Y-0.4Nd合金腐蚀速率分别为18.78 mm·y-1和9.89mm·y-1。而耐腐蚀性的提高主要归因于腐蚀产物层保护性的增强。
通过光学显微镜，配备能量色散光谱仪的扫描电子显微镜，X射线衍射仪，浸泡法和电化学测试的方法研究了Mn的添加对挤压Mg-Zn-Y-Nd合金在3.5wt.％NaCl溶液中的微观组织和腐蚀行为的影响。结果表明，在研究的Mg-Zn-Y-Nd合金中添加Mn可以诱导Mg3Y2Zn3（I相）沉淀，可以抑制热挤压过程中动态再结晶（DRX）晶粒的粗化。同时，添加了Mn也可以提高合金的耐腐蚀性。不含Mn的Mg-5.6Zn-1Y-0.4Nd合金与含锰1.0 wt.％的Mg-5.6Zn-1Y-0.4Nd合金腐蚀速率分别为18.78 mm·y-1和9.89mm·y-1。而耐腐蚀性的提高主要归因于腐蚀产物层保护性的增强。
2021, 50(1):56-62.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191008
摘要:
在含有 In2S3的硅酸盐电解液中对ZL108 铝合金进行了微弧氧化处理。采用扫描电镜(SEM)、光学轮廓仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱（XPS）和电化学工作站等检测手段，研究了添加In2S3对 MAO 膜层微观结构、相组成和耐蚀性等的影响。结果表明，In2S3的加入提高了微弧氧化电压，使膜层成膜速率增加，从而导致膜层厚度增加。在含有In2S3的电解液中形成的膜层致密性更好，膜层显微硬度提高，膜层的耐蚀性增强。膜层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和 SiO2 相组成。XPS检测结果表明In2S3在氧化过程中转变为In2O3。因此，添加In2S3优化了MAO膜层结构，提高了MAO膜层的综合性能。
在含有 In2S3的硅酸盐电解液中对ZL108 铝合金进行了微弧氧化处理。采用扫描电镜(SEM)、光学轮廓仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱（XPS）和电化学工作站等检测手段，研究了添加In2S3对 MAO 膜层微观结构、相组成和耐蚀性等的影响。结果表明，In2S3的加入提高了微弧氧化电压，使膜层成膜速率增加，从而导致膜层厚度增加。在含有In2S3的电解液中形成的膜层致密性更好，膜层显微硬度提高，膜层的耐蚀性增强。膜层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和 SiO2 相组成。XPS检测结果表明In2S3在氧化过程中转变为In2O3。因此，添加In2S3优化了MAO膜层结构，提高了MAO膜层的综合性能。
2021, 50(1):63-70.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191017
摘要:
采用反应合成法制备了不同SnO2含量的AgCuOSnO2电接触材料。本文采用FQR-7501型涡流电导率仪测量抛光AgCuOSnO2的电导率。用扫描电镜(SEM)观察和研究了AgCuOSnO2电接触表面侵蚀形貌。JF04C直流数字电阻测试仪用于进行10000点测试。结果表明，AgCuO(10)SnO2(5)和AgCuO(10)SnO2(8)电触头材料在U=12V和I=15A时的接触电阻小于1.3mΩ，波动最小；当I=10A时，AgCuO(10)SnO2（x，x=2,5,8）的焊接力小于8cN，AgCuO(10)SnO2(5)电触头的焊接力较小当电流增大时稳定；当AgCuOSnO2电触头材料发生电弧烧蚀时，材料从阳极向阴极转移。随着SnO2含量的增加，材料传输过程中的损耗得到抑制和降低。所转移的电触头表面存在较少的气孔和微裂纹，表面形貌较为平坦。
采用反应合成法制备了不同SnO2含量的AgCuOSnO2电接触材料。本文采用FQR-7501型涡流电导率仪测量抛光AgCuOSnO2的电导率。用扫描电镜(SEM)观察和研究了AgCuOSnO2电接触表面侵蚀形貌。JF04C直流数字电阻测试仪用于进行10000点测试。结果表明，AgCuO(10)SnO2(5)和AgCuO(10)SnO2(8)电触头材料在U=12V和I=15A时的接触电阻小于1.3mΩ，波动最小；当I=10A时，AgCuO(10)SnO2（x，x=2,5,8）的焊接力小于8cN，AgCuO(10)SnO2(5)电触头的焊接力较小当电流增大时稳定；当AgCuOSnO2电触头材料发生电弧烧蚀时，材料从阳极向阴极转移。随着SnO2含量的增加，材料传输过程中的损耗得到抑制和降低。所转移的电触头表面存在较少的气孔和微裂纹，表面形貌较为平坦。
2021, 50(1):71-77.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191018
摘要:
采用脉冲电沉积法制备了纳米WC强化镍基复合镀层。探究了不同表面活性剂（十二烷基硫酸钠）添加量以及WC粉的湿磨预处理对Ni/nano-WC复合镀层表面形貌、颗粒分布、微观结构以及显微硬度的影响。表面活性剂的添加和对WC湿磨处理有助于细化镀层晶粒，得到WC颗粒分布均匀的致密镀层。镀层中WC含量以及镀层的显微硬度随着表面活性剂的添加量的增加而增加，但过量会使效果变差，理想的SDS添加量为0.15g/l,湿磨10h。
采用脉冲电沉积法制备了纳米WC强化镍基复合镀层。探究了不同表面活性剂（十二烷基硫酸钠）添加量以及WC粉的湿磨预处理对Ni/nano-WC复合镀层表面形貌、颗粒分布、微观结构以及显微硬度的影响。表面活性剂的添加和对WC湿磨处理有助于细化镀层晶粒，得到WC颗粒分布均匀的致密镀层。镀层中WC含量以及镀层的显微硬度随着表面活性剂的添加量的增加而增加，但过量会使效果变差，理想的SDS添加量为0.15g/l,湿磨10h。
2021, 50(1):78-84.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190111
摘要:
Ti6Al4V和Inconel 718合金被广泛用于航空航天。但TC4或Inconel 718难以同时满足轻量化和耐高温的需求。本文采用直接激光沉积制备了不同比例Ti6Al4V / Inconel 718复合材料。分别通过X射线衍射，扫描电子显微镜和能谱仪分析相组成，微观结构和元素分布。同时，研究了显微硬度和摩擦磨损性能。研究表明：随着Inconel 718的比例增加，有Ti2Ni和Ni3Ti金属间化合物形成。Ti2Ni的形成机理为：β→α+ Ti2Ni和L→β-Ti+ Ti2Ni，且Ti2Ni金属间化合物的偏析机理为晶间偏析。随着Inconel 718含量增加，复合材料的显微硬度逐渐增加。当Inconel 718的体积分数为50％时，其平均显微硬度值为770 HV，比100％ Ti6Al4V的平均显微硬度高85.5％。显微硬度增加与Ti2Ni金属间化合物的析出强化直接相关。复合材料以磨料磨损为主，并伴随着黏着磨损。随着Inconel 718的增加，黏着磨损减弱。当Inconel 718的体积分数达到达到50％时，磨损量仅为100％ Ti6Al4V的36.9％。
Ti6Al4V和Inconel 718合金被广泛用于航空航天。但TC4或Inconel 718难以同时满足轻量化和耐高温的需求。本文采用直接激光沉积制备了不同比例Ti6Al4V / Inconel 718复合材料。分别通过X射线衍射，扫描电子显微镜和能谱仪分析相组成，微观结构和元素分布。同时，研究了显微硬度和摩擦磨损性能。研究表明：随着Inconel 718的比例增加，有Ti2Ni和Ni3Ti金属间化合物形成。Ti2Ni的形成机理为：β→α+ Ti2Ni和L→β-Ti+ Ti2Ni，且Ti2Ni金属间化合物的偏析机理为晶间偏析。随着Inconel 718含量增加，复合材料的显微硬度逐渐增加。当Inconel 718的体积分数为50％时，其平均显微硬度值为770 HV，比100％ Ti6Al4V的平均显微硬度高85.5％。显微硬度增加与Ti2Ni金属间化合物的析出强化直接相关。复合材料以磨料磨损为主，并伴随着黏着磨损。随着Inconel 718的增加，黏着磨损减弱。当Inconel 718的体积分数达到达到50％时，磨损量仅为100％ Ti6Al4V的36.9％。
2021, 50(1):85-94.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191035
摘要:
为制备耐高温、寿命长的金属镀层光纤,利用化学镀技术在石英光纤表面制备Cu基镀层。同时将石墨烯片层材料引入镀液,制备了Cu-石墨烯复合镀层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、Raman光谱仪等,对石墨烯片层和Cu基镀层的微观形貌进行表征。利用电化学工作站、纳米压痕仪等对金属镀层的性能进行测试。利用热震法对Cu基镀层与光纤基体的结合性能进行分析,同时对金属镀层光纤进行导光测试。结果发现：Cu-石墨烯镀层相对Cu镀层,镀层组织致密,晶粒细小,质量更优。Cu-石墨烯镀层硬度、弹性模量分别提升了111.5%、34.0 %。Cu-石墨烯镀层的腐蚀电位Ecorr提升了32.3%,腐蚀电流icorr减小了22.5%,其耐蚀性能明显提升。石英光纤表面化学镀覆Cu金属镀层,能够克服光纤包层光滤除器在实际应用中因局部温度过高而烧损等问题,同时对光纤的信号光传递并无影响。石墨烯片层对光纤对表面镀层质量、提高防腐等性能影响较大,在提升光纤使用寿命方面具有重要意义。
为制备耐高温、寿命长的金属镀层光纤,利用化学镀技术在石英光纤表面制备Cu基镀层。同时将石墨烯片层材料引入镀液,制备了Cu-石墨烯复合镀层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、Raman光谱仪等,对石墨烯片层和Cu基镀层的微观形貌进行表征。利用电化学工作站、纳米压痕仪等对金属镀层的性能进行测试。利用热震法对Cu基镀层与光纤基体的结合性能进行分析,同时对金属镀层光纤进行导光测试。结果发现：Cu-石墨烯镀层相对Cu镀层,镀层组织致密,晶粒细小,质量更优。Cu-石墨烯镀层硬度、弹性模量分别提升了111.5%、34.0 %。Cu-石墨烯镀层的腐蚀电位Ecorr提升了32.3%,腐蚀电流icorr减小了22.5%,其耐蚀性能明显提升。石英光纤表面化学镀覆Cu金属镀层,能够克服光纤包层光滤除器在实际应用中因局部温度过高而烧损等问题,同时对光纤的信号光传递并无影响。石墨烯片层对光纤对表面镀层质量、提高防腐等性能影响较大,在提升光纤使用寿命方面具有重要意义。
2021, 50(1):95-101.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190113
摘要:
Al-Cu合金ZL205A电弧熔丝增材制造堆积体具有良好的综合力学性能，但在增材过程中产生有毒的氧化镉。本论文以Sn替换Cd，通过金相、SEM、EDS、TEM及拉伸试验，考察堆积体的微观组织和力学性能，并与ZL205A合金堆积体进行对比。结果发现，Al-Cu-Sn合金堆积体表面平整，呈现出银白色光泽，Sn元素的烧损率为5.9%。WAAM Al-Cu-Sn合金堆积体直接堆积态晶粒细小、均匀，晶粒尺寸约为30μm，小于ZL205A合金堆积体的晶粒尺寸，主要析出相在晶内和晶界上均匀分布。T6热处理后，θ相完全固溶到Al基体中，在晶界上均匀分布着复熔T相和Sn与Al2Cu的细小共生相，TEM显示晶内弥散分布大量的θ，相。T6热处理后，Al-Cu-Sn合金的力学性能为：抗拉强度：493Mpa；屈服强度：434Mpa；延伸率：9.5%。该合金在WAAM过程中表现出了优异的性能,具有广泛的应用前景。
Al-Cu合金ZL205A电弧熔丝增材制造堆积体具有良好的综合力学性能，但在增材过程中产生有毒的氧化镉。本论文以Sn替换Cd，通过金相、SEM、EDS、TEM及拉伸试验，考察堆积体的微观组织和力学性能，并与ZL205A合金堆积体进行对比。结果发现，Al-Cu-Sn合金堆积体表面平整，呈现出银白色光泽，Sn元素的烧损率为5.9%。WAAM Al-Cu-Sn合金堆积体直接堆积态晶粒细小、均匀，晶粒尺寸约为30μm，小于ZL205A合金堆积体的晶粒尺寸，主要析出相在晶内和晶界上均匀分布。T6热处理后，θ相完全固溶到Al基体中，在晶界上均匀分布着复熔T相和Sn与Al2Cu的细小共生相，TEM显示晶内弥散分布大量的θ，相。T6热处理后，Al-Cu-Sn合金的力学性能为：抗拉强度：493Mpa；屈服强度：434Mpa；延伸率：9.5%。该合金在WAAM过程中表现出了优异的性能,具有广泛的应用前景。
2021, 50(1):102-110.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191045
摘要:
本文研究了真空热处理对W-80Cu板材组织演变和性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了W-80Cu板材的微观结构和断口形貌，并对其电导率和力学性能进行了研究。结果表明，热处理后试样的电导率和延伸率均高于未热处理试样，而硬度和抗拉强度均低于未热处理的试样。在600℃下热处理1h，W-80Cu板材的电导率和延伸率最大，韧窝深而密，且分布均匀。W-80Cu板材的室温拉伸断裂方式主要是沿晶断裂和韧窝断裂的混合断裂。当热处理温度在800℃左右及以上，断裂韧窝变得深浅不一，大小也不均匀，局部出现断裂台阶和准解理断裂。当时间超过1h时，出现局部韧窝变大和铜的撕裂脊变长，这与铜晶粒的再结晶长大有关。在热处理过程中W-80Cu板材中的钨相没有明显变化，但试样中钨颗粒周围大量位错及材料中的晶界大大减少。纳米钨颗粒与铜基体之间存在良好的界面关系，这有利于材料强度的提高。
本文研究了真空热处理对W-80Cu板材组织演变和性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了W-80Cu板材的微观结构和断口形貌，并对其电导率和力学性能进行了研究。结果表明，热处理后试样的电导率和延伸率均高于未热处理试样，而硬度和抗拉强度均低于未热处理的试样。在600℃下热处理1h，W-80Cu板材的电导率和延伸率最大，韧窝深而密，且分布均匀。W-80Cu板材的室温拉伸断裂方式主要是沿晶断裂和韧窝断裂的混合断裂。当热处理温度在800℃左右及以上，断裂韧窝变得深浅不一，大小也不均匀，局部出现断裂台阶和准解理断裂。当时间超过1h时，出现局部韧窝变大和铜的撕裂脊变长，这与铜晶粒的再结晶长大有关。在热处理过程中W-80Cu板材中的钨相没有明显变化，但试样中钨颗粒周围大量位错及材料中的晶界大大减少。纳米钨颗粒与铜基体之间存在良好的界面关系，这有利于材料强度的提高。
2021, 50(1):111-115.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191052
摘要:
软磁敏感膜的磁性能是决定磁传感器性能的关键因素。为了保证加工工艺的兼容性，敏感膜通常采用磁控溅射法制备，其性能普遍较差，这严重制约了磁传感器的发展。因此，如何在硅基底上制备出符合磁传感器性能要求的敏感膜，同时加工过程与MEMS工艺兼容，是一个亟待解决的问题。相关研究表明，微观结构的变化有利于提高敏感膜的磁性能。本文采用标准的MEMS技术制备了纳米多孔软磁敏感膜。对不同孔径的敏感膜进行了相关的表征和测试，分析了孔径大小对薄膜软磁性能的影响。实验表明，孔径大于50nm的多孔结构可以降低敏感膜的Hs和Hc，100nm多孔结构提高敏感膜的软磁性能效果最为明显。实验分析的结论为制备方案的确定和敏感膜性能的改善提供了依据。
软磁敏感膜的磁性能是决定磁传感器性能的关键因素。为了保证加工工艺的兼容性，敏感膜通常采用磁控溅射法制备，其性能普遍较差，这严重制约了磁传感器的发展。因此，如何在硅基底上制备出符合磁传感器性能要求的敏感膜，同时加工过程与MEMS工艺兼容，是一个亟待解决的问题。相关研究表明，微观结构的变化有利于提高敏感膜的磁性能。本文采用标准的MEMS技术制备了纳米多孔软磁敏感膜。对不同孔径的敏感膜进行了相关的表征和测试，分析了孔径大小对薄膜软磁性能的影响。实验表明，孔径大于50nm的多孔结构可以降低敏感膜的Hs和Hc，100nm多孔结构提高敏感膜的软磁性能效果最为明显。实验分析的结论为制备方案的确定和敏感膜性能的改善提供了依据。
2021, 50(1):116-122.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20190118
摘要:
本文利用分子动力学方法，对含有预置微裂纹α-Ti模型施加不同方向拉伸载荷，通过观察模型内孔洞及位错的变化情况，揭示了孔洞生长的机制与初始缺陷对材料吸收能量在不同划分区域的规律。研究发现：当拉伸载荷沿着垂直于密排面的[0001]方向时，预置裂纹愈合，α-Ti会从HCP晶格转换为FCC晶格，从而使晶体中的位错种类更多、密度更大、能量吸收率更高；当拉伸载荷沿着[12-30]方向拉伸时，位错种类主要为1/3[1-210]类型，裂纹则生长为一定尺寸的孔洞，孔洞与滑移带对模型体系吸收能量区域有划分作用，转换的晶格主要为非晶结构，滑移带方向取决于材料晶格，位置取决于初始裂纹；α-Ti沿[0001]晶向拉伸后模型明显颈缩，裂纹缺陷空位被两侧团簇占据，α-Ti沿[0001]晶向拉伸比沿[12-30]方向拉伸时拥有更好的塑性和延展性。
本文利用分子动力学方法，对含有预置微裂纹α-Ti模型施加不同方向拉伸载荷，通过观察模型内孔洞及位错的变化情况，揭示了孔洞生长的机制与初始缺陷对材料吸收能量在不同划分区域的规律。研究发现：当拉伸载荷沿着垂直于密排面的[0001]方向时，预置裂纹愈合，α-Ti会从HCP晶格转换为FCC晶格，从而使晶体中的位错种类更多、密度更大、能量吸收率更高；当拉伸载荷沿着[12-30]方向拉伸时，位错种类主要为1/3[1-210]类型，裂纹则生长为一定尺寸的孔洞，孔洞与滑移带对模型体系吸收能量区域有划分作用，转换的晶格主要为非晶结构，滑移带方向取决于材料晶格，位置取决于初始裂纹；α-Ti沿[0001]晶向拉伸后模型明显颈缩，裂纹缺陷空位被两侧团簇占据，α-Ti沿[0001]晶向拉伸比沿[12-30]方向拉伸时拥有更好的塑性和延展性。
2021, 50(1):123-128.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191054
摘要:
区别于传统的尺寸模型,本文基于唯象声子受限理论,综合考虑声子波失q-标准偏差σ-介质受限系数β三者的统 一,建立相应的函数关系,着重探讨了非晶包覆硅纳米晶因尺寸效应引起的拉曼频移和非对称性宽化。结果表明,对于非晶介质中的硅纳米晶,受限系数β考虑了非晶介质的受限势垒高度对峰位频移的影响；随着硅纳米晶尺寸减小到玻尔半径以下,布里渊区内波失由准连续转变为离散形式参与散射,此离散波失能更准确地拟合小尺寸硅纳米晶的拉曼谱线；进一步改变标准偏差σ,精细化调整拉曼谱峰的非对称性。最后,本文建立的理论模型与课题组实验结果、文献数据进行比较,发现综合考虑三者的协同效应,有助于更准确地评估非晶包覆型硅纳米晶的尺寸效应、纳米晶的存在形态及其相对比例。
区别于传统的尺寸模型,本文基于唯象声子受限理论,综合考虑声子波失q-标准偏差σ-介质受限系数β三者的统 一,建立相应的函数关系,着重探讨了非晶包覆硅纳米晶因尺寸效应引起的拉曼频移和非对称性宽化。结果表明,对于非晶介质中的硅纳米晶,受限系数β考虑了非晶介质的受限势垒高度对峰位频移的影响；随着硅纳米晶尺寸减小到玻尔半径以下,布里渊区内波失由准连续转变为离散形式参与散射,此离散波失能更准确地拟合小尺寸硅纳米晶的拉曼谱线；进一步改变标准偏差σ,精细化调整拉曼谱峰的非对称性。最后,本文建立的理论模型与课题组实验结果、文献数据进行比较,发现综合考虑三者的协同效应,有助于更准确地评估非晶包覆型硅纳米晶的尺寸效应、纳米晶的存在形态及其相对比例。
2021, 50(1):129-137.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200396
摘要:
本文研究了添加Mn对双辊铸轧6061铝合金铸轧板中富铁相转变及力学性能的影响。结合热力学模拟、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）等手段分析6061铸轧板中富铁相转变及力学性能变化规律；利用室温拉伸实验机测试铸轧板力学性能。结果表明：当ω（Mn）=0.36 wt.%时6061铸轧板中富铁相完全由针状β-Al5FeSi相转变为颗粒状α-Al12（FeMn）3Si相，当ω（Mn）=0.54 wt.%时板材内部出现大量无规则块状与花瓣状α-Al15（FeMn）3Si2相聚集，从而显著改善了铸轧板中富铁相形貌；当ω（Mn）=0.36 wt.%时，6061铸轧板力学性能最佳，此时抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为195.93 MPa、170.36 MPa和17.96%。
本文研究了添加Mn对双辊铸轧6061铝合金铸轧板中富铁相转变及力学性能的影响。结合热力学模拟、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）等手段分析6061铸轧板中富铁相转变及力学性能变化规律；利用室温拉伸实验机测试铸轧板力学性能。结果表明：当ω（Mn）=0.36 wt.%时6061铸轧板中富铁相完全由针状β-Al5FeSi相转变为颗粒状α-Al12（FeMn）3Si相，当ω（Mn）=0.54 wt.%时板材内部出现大量无规则块状与花瓣状α-Al15（FeMn）3Si2相聚集，从而显著改善了铸轧板中富铁相形貌；当ω（Mn）=0.36 wt.%时，6061铸轧板力学性能最佳，此时抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为195.93 MPa、170.36 MPa和17.96%。
2021, 50(1):138-144.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200003
摘要:
氧还原反应(ORR)之于燃料电池,金属空气电池等清洁能源转化装置十分重要,因此设计并合成高效且稳定的阴极氧还原催化剂已是目前热门的发展课题。为了达到精准合成材料,且最大程度地使用铂的目的,我们在此使用多孔氧化铝模板(AAO)进行恒电位沉积,在一定浓度的溶液中合成Pt3Co一维合金纳米线。随后,合金纳米线在真空环境下进行高温退火,分别在400 ℃和650 ℃转变为无序相和有序相Pt3Co纳米线并通过结构表征证明其已实现有序化转变。合金催化剂在AAO模板内退火,有效地防止了其在高温环境中产生团聚。通过磷酸和铬酸的溶解,合金纳米线从AAO中释放,并用于电催化氧还原反应测试。正如预期一样,与无序Pt3Co纳米线和商业Pt/C颗粒相比,有序Pt3Co纳米线表现出更好的半波电位和质量活性,证实了有序Pt3Co纳米线在元素分布和晶格结构上的优势。此外,有序和无序Pt3Co纳米线在经过5000次耐久性循环测试后,仍然比Pt/C颗粒具有更强的稳定性。由此可以看出,有序Pt3Co纳米线作为一种可接受的,具有潜在商业价值的催化材料,成为未来燃料电池催化剂的备选材料。
氧还原反应(ORR)之于燃料电池,金属空气电池等清洁能源转化装置十分重要,因此设计并合成高效且稳定的阴极氧还原催化剂已是目前热门的发展课题。为了达到精准合成材料,且最大程度地使用铂的目的,我们在此使用多孔氧化铝模板(AAO)进行恒电位沉积,在一定浓度的溶液中合成Pt3Co一维合金纳米线。随后,合金纳米线在真空环境下进行高温退火,分别在400 ℃和650 ℃转变为无序相和有序相Pt3Co纳米线并通过结构表征证明其已实现有序化转变。合金催化剂在AAO模板内退火,有效地防止了其在高温环境中产生团聚。通过磷酸和铬酸的溶解,合金纳米线从AAO中释放,并用于电催化氧还原反应测试。正如预期一样,与无序Pt3Co纳米线和商业Pt/C颗粒相比,有序Pt3Co纳米线表现出更好的半波电位和质量活性,证实了有序Pt3Co纳米线在元素分布和晶格结构上的优势。此外,有序和无序Pt3Co纳米线在经过5000次耐久性循环测试后,仍然比Pt/C颗粒具有更强的稳定性。由此可以看出,有序Pt3Co纳米线作为一种可接受的,具有潜在商业价值的催化材料,成为未来燃料电池催化剂的备选材料。
2021, 50(1):145-152.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191108
摘要:
本文通过研究微量合金元素W添加（< 2.0 at.%）对电沉积Ni-W镀层表面形貌、微观组织和力学性能的影响，探索了材料制备工艺与微合金化对改善Ni-W镀层组织、进一步提高力学性能的内在机制。结果表明，Ni-W镀层为单相FCC结构，随着W含量的增加，镀层表面形貌从粗大的棱锥界面沟槽转变为均匀分布的微孔，同时表面粗糙度和晶粒尺寸逐渐减小，且镀层中Ni(220)衍射峰的强度也逐渐减弱；而镀层的屈服强度在1.0 at.%W含量左右发生突增，从~1.0 GPa增长到~2.0 GPa，拉伸延伸率却没有明显变化。此外，Ni-W镀层具有比较稳定的应变硬化能力，基本不随合金元素含量而变化。本文通过微合金化对表面形貌和微观组织的调控，实现了低W含量Ni-W合金镀层的力学性能优化。
本文通过研究微量合金元素W添加（< 2.0 at.%）对电沉积Ni-W镀层表面形貌、微观组织和力学性能的影响，探索了材料制备工艺与微合金化对改善Ni-W镀层组织、进一步提高力学性能的内在机制。结果表明，Ni-W镀层为单相FCC结构，随着W含量的增加，镀层表面形貌从粗大的棱锥界面沟槽转变为均匀分布的微孔，同时表面粗糙度和晶粒尺寸逐渐减小，且镀层中Ni(220)衍射峰的强度也逐渐减弱；而镀层的屈服强度在1.0 at.%W含量左右发生突增，从~1.0 GPa增长到~2.0 GPa，拉伸延伸率却没有明显变化。此外，Ni-W镀层具有比较稳定的应变硬化能力，基本不随合金元素含量而变化。本文通过微合金化对表面形貌和微观组织的调控，实现了低W含量Ni-W合金镀层的力学性能优化。
2021, 50(1):153-159.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200013
摘要:
采用高温固相法制备(Sr1-xMex)1.95SiO4:0.05Eu系列荧光粉，研究不同大(Ba2+)、小(Mg2+)半径离子基体固溶对其物相、发光中心配位结构、Eu离子价态的影响，探究其光谱精细调控机制。Sr2SiO4粉末中随着温度升高α-Sr2SiO4相增加、β-Sr2SiO4相减少；Mg2+ (小半径离子)掺杂可以提高α-Sr2SiO4相稳定性，但容易出现Mg2SiO4，粉末中始终为混合物；Ba2+ (大半径离子) 掺杂可以提高α-Sr2SiO4相稳定性，粉体发生β-Sr2SiO4+α-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4+Ba2SiO4→Ba2SiO4转变，且β-Sr2SiO4、α-Sr2SiO4、Ba2SiO4的顺序其Si–O–Me(I)–O–Me(II)链逐渐由锯齿状变为平直状、Me-O键长拉长。Eu离子激活的β-Sr2SiO4、α-Sr2SiO4、Ba2SiO4粉体在254nm(365nm) 激发下有明亮的绿色荧光发射（且依序强度增强、光谱整体略微蓝移）和微弱的红光发射；当光学基体发生β-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4转变时，发射光谱中Eu2+(I)蓝移Eu2+(II)红移（Si–O–Sr(I)–O–Sr(II)由锯齿形链成为平链，且Sr-O键拉长），发生α-Sr2SiO4→Ba2SiO4转变则Eu2+(I)、Eu2+(II)均发生蓝移（仅发生Me-O键拉长）；三种粉体热释光谱中均存在Eu2+和Eu3+缺陷能级，且Eu2+缺陷浓度更高。Eu3d的精细x射线光电子谱表明随着β-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4→Ba2SiO4转变其Eu离子以Eu2+存在的可能性增大，对应的电子顺磁共振也证实这一结果。由此可见，采用Ba2+离子固溶掺杂Sr2SiO4，可在一定浓度范围得到单相粉末，实现光学基体的β-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4→Ba2SiO4相变，调控Si–O–Me(I)–O–Me(II)链型及Me-O键长，调节Eu离子价态和配位场，进而实现其绿色荧光粉荧光强度、发射波段精确调控。
采用高温固相法制备(Sr1-xMex)1.95SiO4:0.05Eu系列荧光粉，研究不同大(Ba2+)、小(Mg2+)半径离子基体固溶对其物相、发光中心配位结构、Eu离子价态的影响，探究其光谱精细调控机制。Sr2SiO4粉末中随着温度升高α-Sr2SiO4相增加、β-Sr2SiO4相减少；Mg2+ (小半径离子)掺杂可以提高α-Sr2SiO4相稳定性，但容易出现Mg2SiO4，粉末中始终为混合物；Ba2+ (大半径离子) 掺杂可以提高α-Sr2SiO4相稳定性，粉体发生β-Sr2SiO4+α-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4+Ba2SiO4→Ba2SiO4转变，且β-Sr2SiO4、α-Sr2SiO4、Ba2SiO4的顺序其Si–O–Me(I)–O–Me(II)链逐渐由锯齿状变为平直状、Me-O键长拉长。Eu离子激活的β-Sr2SiO4、α-Sr2SiO4、Ba2SiO4粉体在254nm(365nm) 激发下有明亮的绿色荧光发射（且依序强度增强、光谱整体略微蓝移）和微弱的红光发射；当光学基体发生β-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4转变时，发射光谱中Eu2+(I)蓝移Eu2+(II)红移（Si–O–Sr(I)–O–Sr(II)由锯齿形链成为平链，且Sr-O键拉长），发生α-Sr2SiO4→Ba2SiO4转变则Eu2+(I)、Eu2+(II)均发生蓝移（仅发生Me-O键拉长）；三种粉体热释光谱中均存在Eu2+和Eu3+缺陷能级，且Eu2+缺陷浓度更高。Eu3d的精细x射线光电子谱表明随着β-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4→Ba2SiO4转变其Eu离子以Eu2+存在的可能性增大，对应的电子顺磁共振也证实这一结果。由此可见，采用Ba2+离子固溶掺杂Sr2SiO4，可在一定浓度范围得到单相粉末，实现光学基体的β-Sr2SiO4→α-Sr2SiO4→Ba2SiO4相变，调控Si–O–Me(I)–O–Me(II)链型及Me-O键长，调节Eu离子价态和配位场，进而实现其绿色荧光粉荧光强度、发射波段精确调控。
2021, 50(1):160-166.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200014
摘要:
基于计算流体动力学的粉末-粘结剂双流体模型，采用CFX商业软件对大长径比超细WC/10Co粉末注射成形（PIM）充模过程进行数值模拟。结果表明：数值模拟结果与实际充模过程相一致，其假设条件和参数设置具有合理性，双流体模型具有可行性；粉末与粘结剂的温度分布一致，喂料熔体最低温度（≥330 K）高于粘结剂的玻璃化温度，不发生凝固现象；粉末的粘度为50.0~379.4 Pa·s，粘结剂的粘度为2.9~9.2 Pa·s，粘度差是造成偏析现象的主要原因；从浇口处到模壁处，粉末与粘结剂的相对速度差从0.2%增加到1.8%，从浇口处到远端，相对速度差从0.1%增大到1.6%，相对速度差是引起偏析现象的主要原因。
基于计算流体动力学的粉末-粘结剂双流体模型，采用CFX商业软件对大长径比超细WC/10Co粉末注射成形（PIM）充模过程进行数值模拟。结果表明：数值模拟结果与实际充模过程相一致，其假设条件和参数设置具有合理性，双流体模型具有可行性；粉末与粘结剂的温度分布一致，喂料熔体最低温度（≥330 K）高于粘结剂的玻璃化温度，不发生凝固现象；粉末的粘度为50.0~379.4 Pa·s，粘结剂的粘度为2.9~9.2 Pa·s，粘度差是造成偏析现象的主要原因；从浇口处到模壁处，粉末与粘结剂的相对速度差从0.2%增加到1.8%，从浇口处到远端，相对速度差从0.1%增大到1.6%，相对速度差是引起偏析现象的主要原因。
2021, 50(1):167-171.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200019
摘要:
本文通过机械合金化和真空退火热处理的方法制备了单相渗碳体粉末,并结合第一性原理计算,分析了Mn、Cr和Si对合金渗碳体的成相能力及渗碳体磁学性能的影响。结果表明,机械合金化+600℃真空热处理可获得单相渗碳体。Si的加入完全抑制了渗碳体的生成,而加入Mn、Cr对渗碳体生成有促进作用。Cr、Mn合金化的渗碳体的粉末饱和磁化强度及矫顽力较未合金化时均较纯Fe3C均有所降低,且Cr元素产生的降低幅度的影响更大。合金渗碳体中Cr-C,Mn-C,Fe-C化学键合强度依次增强,Cr、Mn合金化渗碳体的结构稳定性优于纯Fe3C。
本文通过机械合金化和真空退火热处理的方法制备了单相渗碳体粉末,并结合第一性原理计算,分析了Mn、Cr和Si对合金渗碳体的成相能力及渗碳体磁学性能的影响。结果表明,机械合金化+600℃真空热处理可获得单相渗碳体。Si的加入完全抑制了渗碳体的生成,而加入Mn、Cr对渗碳体生成有促进作用。Cr、Mn合金化的渗碳体的粉末饱和磁化强度及矫顽力较未合金化时均较纯Fe3C均有所降低,且Cr元素产生的降低幅度的影响更大。合金渗碳体中Cr-C,Mn-C,Fe-C化学键合强度依次增强,Cr、Mn合金化渗碳体的结构稳定性优于纯Fe3C。
2021, 50(1):172-178.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200048
摘要:
采用真空电弧熔炼法制备了Zr1-xCoNbx (x = 0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金,研究了Nb掺杂对合金晶体结构、吸放氢及抗歧化性能的影响。XRD结果表明：Zr1-xCoNbx (x = 0-0.2)合金主相为ZrCo相,含有少量ZrCo2杂相；其氢化物为ZrCoH3和ZrCo2相。Nb掺杂极大地提高了合金吸氢动力学性能,ZrCo吸氢反应活化时间为7690 s,Zr0.8CoNb0.2缩短至380 s。ZrCo吸氢反应活化能为44.88 kJ mol-1 H2,Zr0.8CoNb0.2降低至32.73 kJ mol-1 H2,有利于吸氢反应动力学性能。DSC测量结果表明：ZrCo放氢温度为597.15 K,Zr0.8CoNb0.2降低至541.36 K,放氢温度降低,有利于抗歧化性能。ZrCo合金放氢反应活化能为100.55 kJ mol-1 H2,Zr0.8CoNb0.2降低至84.58 kJ mol-1 H2。合金歧化程度随着Nb掺杂量增加而降低,798 K保温10 h,ZrCo歧化83.68%,Zr0.8CoNb0.2仅歧化8.71%,Nb掺杂降低8f2和8e位置氢原子数量,减小岐化反应驱动力。
采用真空电弧熔炼法制备了Zr1-xCoNbx (x = 0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金,研究了Nb掺杂对合金晶体结构、吸放氢及抗歧化性能的影响。XRD结果表明：Zr1-xCoNbx (x = 0-0.2)合金主相为ZrCo相,含有少量ZrCo2杂相；其氢化物为ZrCoH3和ZrCo2相。Nb掺杂极大地提高了合金吸氢动力学性能,ZrCo吸氢反应活化时间为7690 s,Zr0.8CoNb0.2缩短至380 s。ZrCo吸氢反应活化能为44.88 kJ mol-1 H2,Zr0.8CoNb0.2降低至32.73 kJ mol-1 H2,有利于吸氢反应动力学性能。DSC测量结果表明：ZrCo放氢温度为597.15 K,Zr0.8CoNb0.2降低至541.36 K,放氢温度降低,有利于抗歧化性能。ZrCo合金放氢反应活化能为100.55 kJ mol-1 H2,Zr0.8CoNb0.2降低至84.58 kJ mol-1 H2。合金歧化程度随着Nb掺杂量增加而降低,798 K保温10 h,ZrCo歧化83.68%,Zr0.8CoNb0.2仅歧化8.71%,Nb掺杂降低8f2和8e位置氢原子数量,减小岐化反应驱动力。
2021, 50(1):179-186.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200041
摘要:
腐蚀各向异性是锆合金腐蚀过程中需要重点关注的一个问题且对于研究锆合金腐蚀机理有着重要的意义。本文基于有限元方法模拟了500 ℃/10.3 MPa 过热蒸汽中锆合金(11-20)取向晶粒及(0001)取向晶粒表面氧化膜的应力状态。模拟结果表明：锆合金两种取向晶粒表面氧化膜的应力分布规律一致，氧化膜应力呈梯度分布，在氧化膜厚度方向上，应力自氧化膜内表面向氧化膜外表面递减；氧化膜内应力随氧化膜厚度的增加均呈先减小再增加再减小的趋势，在氧化膜达到10 μm后，应力不再有明显的变化趋势；(11-20)取向晶粒及(0001)取向晶粒表面氧化膜应力大小及应力梯度存在明显的差异，这也是其耐腐蚀性能不同的原因之一。
腐蚀各向异性是锆合金腐蚀过程中需要重点关注的一个问题且对于研究锆合金腐蚀机理有着重要的意义。本文基于有限元方法模拟了500 ℃/10.3 MPa 过热蒸汽中锆合金(11-20)取向晶粒及(0001)取向晶粒表面氧化膜的应力状态。模拟结果表明：锆合金两种取向晶粒表面氧化膜的应力分布规律一致，氧化膜应力呈梯度分布，在氧化膜厚度方向上，应力自氧化膜内表面向氧化膜外表面递减；氧化膜内应力随氧化膜厚度的增加均呈先减小再增加再减小的趋势，在氧化膜达到10 μm后，应力不再有明显的变化趋势；(11-20)取向晶粒及(0001)取向晶粒表面氧化膜应力大小及应力梯度存在明显的差异，这也是其耐腐蚀性能不同的原因之一。
2021, 50(1):187-194.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200044
摘要:
为提高奥氏体不锈钢耐蚀性，合金中可同时加入Si、Mn元素，提高合金氧化膜形成能力同时增加奥氏体基体稳定性，但Si、Mn的添加还能够对合金的冷变形组织和力学性能产生影响。本研究设计了不同硅、锰含量的奥氏体不锈钢，采用SEM、EPMA以及TEM等方法表征合金显微组织形貌，采用室温拉伸分析合金的力学性能。结果表明，Si含量由1.0 wt.%提高至2.0 wt.%，20% 冷变形合金组织中变形孪晶体积分数由4.98 %增加至8.33 %，合金屈服强度由620 MPa提高至682 MPa，延伸率基本保持不变；Mn元素由1.5 wt.%提高至2.0 wt.%，变形孪晶体积分数由8.33 %减少至7.22 %，屈服强度由682 MPa降低至627 MPa，延伸率由16.0%增加至21.3 %；添加 Si元素，合金中孪晶数量增加，合金强度提高并保持塑性；添加Mn元素，合金中孪晶数量减少，强度降低塑性增强。
为提高奥氏体不锈钢耐蚀性，合金中可同时加入Si、Mn元素，提高合金氧化膜形成能力同时增加奥氏体基体稳定性，但Si、Mn的添加还能够对合金的冷变形组织和力学性能产生影响。本研究设计了不同硅、锰含量的奥氏体不锈钢，采用SEM、EPMA以及TEM等方法表征合金显微组织形貌，采用室温拉伸分析合金的力学性能。结果表明，Si含量由1.0 wt.%提高至2.0 wt.%，20% 冷变形合金组织中变形孪晶体积分数由4.98 %增加至8.33 %，合金屈服强度由620 MPa提高至682 MPa，延伸率基本保持不变；Mn元素由1.5 wt.%提高至2.0 wt.%，变形孪晶体积分数由8.33 %减少至7.22 %，屈服强度由682 MPa降低至627 MPa，延伸率由16.0%增加至21.3 %；添加 Si元素，合金中孪晶数量增加，合金强度提高并保持塑性；添加Mn元素，合金中孪晶数量减少，强度降低塑性增强。
2021, 50(1):195-200.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200049
摘要:
研究了一种Ta-Ti-Al-W合金在1000℃下的氧化行为。利用真空悬浮熔炼法制备Ta-25Ti-18Al-6.5W合金，用XRD、SEM和EDS等方法对合金氧化前和氧化后物相组成和微观形貌进行分析。结果表明，合金在氧化初期符合抛物线规律，随着氧化时间的延长，氧化动力学趋于直线规律。在氧化过程中，Ta优先氧化，但Ti和Al的扩散速率较大，在表面形成了富集。在氧化初期，合金的氧化由合金元素的外扩散所控制，氧化产物为含有Ta2O5、TiO2、Al2O3、WO3的固溶体（Ta2O5ss）和TiO2，在氧化后期，合金中出现氧的内扩散，氧化层出现TiO2，Al2O3富集的最外层， Ta2O5ss的氧化内层，还有氧含量较少的过渡层，从而控制合金的氧化。
研究了一种Ta-Ti-Al-W合金在1000℃下的氧化行为。利用真空悬浮熔炼法制备Ta-25Ti-18Al-6.5W合金，用XRD、SEM和EDS等方法对合金氧化前和氧化后物相组成和微观形貌进行分析。结果表明，合金在氧化初期符合抛物线规律，随着氧化时间的延长，氧化动力学趋于直线规律。在氧化过程中，Ta优先氧化，但Ti和Al的扩散速率较大，在表面形成了富集。在氧化初期，合金的氧化由合金元素的外扩散所控制，氧化产物为含有Ta2O5、TiO2、Al2O3、WO3的固溶体（Ta2O5ss）和TiO2，在氧化后期，合金中出现氧的内扩散，氧化层出现TiO2，Al2O3富集的最外层， Ta2O5ss的氧化内层，还有氧含量较少的过渡层，从而控制合金的氧化。
2021, 50(1):201-211.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200053
摘要:
通过向镁熔体中单独和复合添加一定量的Cu及Zn元素，探究了Cu、Zn对镁晶粒尺寸和微观组织的影响并阐释了其细化机理；同时深入表征了Cu、Zn单独及复合添加后合金的物相组成。结果表明：向纯Mg中加入Cu、Zn和Cu、Zn复合添加后，晶粒依次由柱状晶转变为等轴晶。单独加Cu、单独加Zn和Cu、Zn复合添加后，平均晶粒尺寸由纯Mg的1270μm分别减小至470、120和85μm。单独加Zn对Mg的晶粒细化机理主要为Zn元素的溶质效应；单独加Cu对Mg的晶粒细化机理主要为Cu元素的溶质效应和CuMg2相对晶界的钉扎作用；Cu、Zn复合添加后细化效果更好主要是因为Cu、Zn元素的复合溶质效应及第二相对晶界的钉扎作用更为强烈。此外，单独加Zn后，第二相呈颗粒状分布于基体中，合金中的物相组成为α-Mg+MgZn；单独加Cu后，第二相形貌呈网状，合金中的物相组成为α-Mg+CuMg2；Cu、Zn复合添加后，Mg-5Cu-3Zn晶界上的第二相呈现出两种不同的形貌，经鉴定，连续的块状第二相为CuMg2相，不连续的鱼骨状第二相为CuMgZn相。
通过向镁熔体中单独和复合添加一定量的Cu及Zn元素，探究了Cu、Zn对镁晶粒尺寸和微观组织的影响并阐释了其细化机理；同时深入表征了Cu、Zn单独及复合添加后合金的物相组成。结果表明：向纯Mg中加入Cu、Zn和Cu、Zn复合添加后，晶粒依次由柱状晶转变为等轴晶。单独加Cu、单独加Zn和Cu、Zn复合添加后，平均晶粒尺寸由纯Mg的1270μm分别减小至470、120和85μm。单独加Zn对Mg的晶粒细化机理主要为Zn元素的溶质效应；单独加Cu对Mg的晶粒细化机理主要为Cu元素的溶质效应和CuMg2相对晶界的钉扎作用；Cu、Zn复合添加后细化效果更好主要是因为Cu、Zn元素的复合溶质效应及第二相对晶界的钉扎作用更为强烈。此外，单独加Zn后，第二相呈颗粒状分布于基体中，合金中的物相组成为α-Mg+MgZn；单独加Cu后，第二相形貌呈网状，合金中的物相组成为α-Mg+CuMg2；Cu、Zn复合添加后，Mg-5Cu-3Zn晶界上的第二相呈现出两种不同的形貌，经鉴定，连续的块状第二相为CuMg2相，不连续的鱼骨状第二相为CuMgZn相。
2021, 50(1):212-222.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200086
摘要:
本文在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为：温度(1193~1373 K)、应变速率(0.01~10s-1)、变形量50 %。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为；对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius三种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明：铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,平均相对误差(AARE)依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。
本文在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为：温度(1193~1373 K)、应变速率(0.01~10s-1)、变形量50 %。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为；对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius三种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明：铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,平均相对误差(AARE)依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。
2021, 50(1):223-228.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200054
摘要:
本工作对钨铜复合材料中的氢同位素渗透和滞留行为进行了研究,通过采用气体驱动渗透和热脱附谱测量获得了氘在钨及钨铜复合材料中的渗透率、扩散系数、溶解度及相关活化能数据,并对氘在钨铜复合材料中的渗透和滞留性能进行了分析。研究结果表明：1)氘在钨铜复合材料中的渗透率比在纯钨中大2-3个数量级；2)在钨铜复合材料中的扩散系数比在纯钨中大5-6个数量级；3)随着复合材料中铜的含量增加增加,氘的渗透率与扩散系数均呈现增大趋势；4)钨铜复合材料之间的相界面具有氘快扩散通道作用。氘在钨铜复合材料中的溶解度比起纯钨小很多,溶解激活能也更大,说明铜对氘在钨中的固溶可能具有减弱的作用,这与氘在钨铜复合材料中快速扩散的结论一致。在气相热充实验中,因为快速降温使钨铜复合材料中捕获的氘来不及释放,所以钨铜复合材料中氘的表观滞留量比纯钨高约1个数量级。
本工作对钨铜复合材料中的氢同位素渗透和滞留行为进行了研究,通过采用气体驱动渗透和热脱附谱测量获得了氘在钨及钨铜复合材料中的渗透率、扩散系数、溶解度及相关活化能数据,并对氘在钨铜复合材料中的渗透和滞留性能进行了分析。研究结果表明：1)氘在钨铜复合材料中的渗透率比在纯钨中大2-3个数量级；2)在钨铜复合材料中的扩散系数比在纯钨中大5-6个数量级；3)随着复合材料中铜的含量增加增加,氘的渗透率与扩散系数均呈现增大趋势；4)钨铜复合材料之间的相界面具有氘快扩散通道作用。氘在钨铜复合材料中的溶解度比起纯钨小很多,溶解激活能也更大,说明铜对氘在钨中的固溶可能具有减弱的作用,这与氘在钨铜复合材料中快速扩散的结论一致。在气相热充实验中,因为快速降温使钨铜复合材料中捕获的氘来不及释放,所以钨铜复合材料中氘的表观滞留量比纯钨高约1个数量级。
2021, 50(1):229-234.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200081
摘要:
对于材料研发和过程参数优化来说,包括CALPHAD(相图计算)方法在内的集成计算材料工程(ICME)是强有力的工具。CALPHAD计算结果的准确性在很大程度上取决于热力学和动力学数据库的质量。基于前期建立的热力学数据库(CSUTDCC1)和动力学数据库(CSUDDCC1),本文对硬质合金研发过程中所关心的烧结“碳窗口”、立方相组分等信息进行了计算模拟。本文研究了几种在真空和N2不同分压下烧结的梯度硬质合金,采用SEM和EPMA研究了梯度层的微观结构和元素浓度分布,并通过热、动力学数据库进行了计算模拟,计算模拟结果与实验数据吻合。本工作探讨了ICME在硬质合金的设计和研发中的应用示范,说明ICME可为新型高性能硬质合金的开发提供理论支撑。
对于材料研发和过程参数优化来说,包括CALPHAD(相图计算)方法在内的集成计算材料工程(ICME)是强有力的工具。CALPHAD计算结果的准确性在很大程度上取决于热力学和动力学数据库的质量。基于前期建立的热力学数据库(CSUTDCC1)和动力学数据库(CSUDDCC1),本文对硬质合金研发过程中所关心的烧结“碳窗口”、立方相组分等信息进行了计算模拟。本文研究了几种在真空和N2不同分压下烧结的梯度硬质合金,采用SEM和EPMA研究了梯度层的微观结构和元素浓度分布,并通过热、动力学数据库进行了计算模拟,计算模拟结果与实验数据吻合。本工作探讨了ICME在硬质合金的设计和研发中的应用示范,说明ICME可为新型高性能硬质合金的开发提供理论支撑。
2021, 50(1):235-241.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200087
摘要:
为了确定Co-Al-W-Ni-Ta-Ti体系新型γ′强化的Co-Al-W基变形高温合金的成分及相应的热处理工艺,利用Pandat计算软件及钴基高温合金热力学数据库,计算了合金元素对平衡相析出行为的影响,计算表明：W、Ni、Ta及Ti均能提高γˊ的稳定性,W、Ta会增加有害相χ-D019的析出倾向,Ti和Ni能分别抑制有害相χ-D019和B2相的析出,将合金成分定为Co-9Al-3W-30Ni-2Ta-3.5Ti(at%)。计算了此合金的相转变规律,结果表明：合金的平衡析出相为γ、γˊ、χ-D019和Co7Ta2,开始析出温度分别为1355℃,1169℃,700℃和288℃。制定了合金的热处理制度：1250℃/12h均匀化,1150℃/6h固溶处理,900℃/4h+750℃/16h两步时效处理。采用真空感应熔炼制备了合金样品,经上述热处理后,DSC分析结果与计算的相转变规律一致,SEM及XRD结果表明,合金中的平衡相为典型的γ+γˊ两相组织。
为了确定Co-Al-W-Ni-Ta-Ti体系新型γ′强化的Co-Al-W基变形高温合金的成分及相应的热处理工艺,利用Pandat计算软件及钴基高温合金热力学数据库,计算了合金元素对平衡相析出行为的影响,计算表明：W、Ni、Ta及Ti均能提高γˊ的稳定性,W、Ta会增加有害相χ-D019的析出倾向,Ti和Ni能分别抑制有害相χ-D019和B2相的析出,将合金成分定为Co-9Al-3W-30Ni-2Ta-3.5Ti(at%)。计算了此合金的相转变规律,结果表明：合金的平衡析出相为γ、γˊ、χ-D019和Co7Ta2,开始析出温度分别为1355℃,1169℃,700℃和288℃。制定了合金的热处理制度：1250℃/12h均匀化,1150℃/6h固溶处理,900℃/4h+750℃/16h两步时效处理。采用真空感应熔炼制备了合金样品,经上述热处理后,DSC分析结果与计算的相转变规律一致,SEM及XRD结果表明,合金中的平衡相为典型的γ+γˊ两相组织。
2021, 50(1):242-248.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200029
摘要:
研究航空航天材料的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的抗冲击性能，对拓展其在工程中的极端应用意义重大。选择7A04-T6铝合金为具体研究对象，利用分离式霍普金森压杆装置，开展不同温度及平均应变速率下材料动态力学响应的研究，明确了材料在极端条件下的服役表现。研究结果表明：当环境温度为25℃-150℃的高速冲击下，材料的内部热软化效应在其与加工硬化的竞争中占优，造成材料流变应力下降；且随平均应变速率增大，材料流变应力上升，屈服强度随平均应变速率增加而增加，表现为明确的应变率硬化效应；高速冲击下材料内部可出现绝热剪切现象，并伴生有宏观裂纹；高速形变引发的材料内部绝热温升叠加环境温度后，可使局部剪切带位置处的增强相达到固相溶解条件，材料在远低于相变温度时发生断裂失效。
研究航空航天材料的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的抗冲击性能，对拓展其在工程中的极端应用意义重大。选择7A04-T6铝合金为具体研究对象，利用分离式霍普金森压杆装置，开展不同温度及平均应变速率下材料动态力学响应的研究，明确了材料在极端条件下的服役表现。研究结果表明：当环境温度为25℃-150℃的高速冲击下，材料的内部热软化效应在其与加工硬化的竞争中占优，造成材料流变应力下降；且随平均应变速率增大，材料流变应力上升，屈服强度随平均应变速率增加而增加，表现为明确的应变率硬化效应；高速冲击下材料内部可出现绝热剪切现象，并伴生有宏观裂纹；高速形变引发的材料内部绝热温升叠加环境温度后，可使局部剪切带位置处的增强相达到固相溶解条件，材料在远低于相变温度时发生断裂失效。
2021, 50(1):249-254.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191112
摘要:
利用增材制造技术制作仿天然骨的径向梯度多孔钛/钽骨科植入物具有广阔的前景。基于三周期极小曲面（triply minimal surfaces,TPMS）建模法建立了平均孔隙率为70%的圆柱型径向梯度孔隙结构，孔隙率由中轴线（90%）向圆周面（30%）逐渐降低。利用激光选区熔化(Selected Laser Melting, SLM)工艺制作径向梯度多孔钛/钽。光学显微镜，扫描电镜，Micro-CT检测结果共同显示，SLM径向梯度多孔钛/钽的孔隙结构与设计特征一致。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽的孔隙率分别为73.18%与68.18%。力学测试结果表明，梯度多孔钛/钽的弹性模量分别为3.96±0.19GPa与3.47±0.25GPa，抗压强度分别为90.83±3.35MPa与93.27±1.24MPa。梯度多孔钛/钽的弹性模量与抗压强度分别显著高于均匀多孔钛/钽（孔隙率为70.11%的均匀多孔钛弹性模量为2.34±0.48GPa，抗压强度为67.63±1.33MPa，孔隙率为65.39%的均匀多孔钽弹性模量为1.69±0.49GPa，抗压强度为68.56±0.41MPa）。体外细胞相容性实验证明，径向梯度多孔钛/钽均具有良好的生物相容性，适合间充质干细胞与肌肉细胞的粘附生长。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽比均匀多孔钛/钽具有与天然骨组织更相近的结构与性能，是理想的骨缺损修复替代物。
利用增材制造技术制作仿天然骨的径向梯度多孔钛/钽骨科植入物具有广阔的前景。基于三周期极小曲面（triply minimal surfaces,TPMS）建模法建立了平均孔隙率为70%的圆柱型径向梯度孔隙结构，孔隙率由中轴线（90%）向圆周面（30%）逐渐降低。利用激光选区熔化(Selected Laser Melting, SLM)工艺制作径向梯度多孔钛/钽。光学显微镜，扫描电镜，Micro-CT检测结果共同显示，SLM径向梯度多孔钛/钽的孔隙结构与设计特征一致。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽的孔隙率分别为73.18%与68.18%。力学测试结果表明，梯度多孔钛/钽的弹性模量分别为3.96±0.19GPa与3.47±0.25GPa，抗压强度分别为90.83±3.35MPa与93.27±1.24MPa。梯度多孔钛/钽的弹性模量与抗压强度分别显著高于均匀多孔钛/钽（孔隙率为70.11%的均匀多孔钛弹性模量为2.34±0.48GPa，抗压强度为67.63±1.33MPa，孔隙率为65.39%的均匀多孔钽弹性模量为1.69±0.49GPa，抗压强度为68.56±0.41MPa）。体外细胞相容性实验证明，径向梯度多孔钛/钽均具有良好的生物相容性，适合间充质干细胞与肌肉细胞的粘附生长。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽比均匀多孔钛/钽具有与天然骨组织更相近的结构与性能，是理想的骨缺损修复替代物。
2021, 50(1):255-262.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200009
摘要:
本文主要研究了激光选区熔化成形Inconel 718合金经固溶时效(SA)、均匀化+固溶时效(H+SA)、热等静压+固溶时效(HIP+SA)三种热处理后显微组织结构的转变与力学性能之间的关系。实验结果表明,沉积态试样的晶粒内部存在大量树枝晶结构,枝晶间析出了大量硬脆Laves相。恰当的均匀化处理虽能促进δ相析出,但无γ "、γ "相,材料强度较低。热等静压(1080 ℃×1480 bar/2 h)能有效消除沉积态中的Laves相和微孔,经随后SA处理,材料的晶粒明显细化,晶界趋于平直,且强化相析出,材料的屈服强度、抗拉强度和硬度显著提高,分别达到1191 MPa、1361 MPa、490(HV0.2),断后伸长率达13.30 %,在提高材料强度的同时较大程度保留了材料的延展性,获得良好的综合力学性能。
本文主要研究了激光选区熔化成形Inconel 718合金经固溶时效(SA)、均匀化+固溶时效(H+SA)、热等静压+固溶时效(HIP+SA)三种热处理后显微组织结构的转变与力学性能之间的关系。实验结果表明,沉积态试样的晶粒内部存在大量树枝晶结构,枝晶间析出了大量硬脆Laves相。恰当的均匀化处理虽能促进δ相析出,但无γ "、γ "相,材料强度较低。热等静压(1080 ℃×1480 bar/2 h)能有效消除沉积态中的Laves相和微孔,经随后SA处理,材料的晶粒明显细化,晶界趋于平直,且强化相析出,材料的屈服强度、抗拉强度和硬度显著提高,分别达到1191 MPa、1361 MPa、490(HV0.2),断后伸长率达13.30 %,在提高材料强度的同时较大程度保留了材料的延展性,获得良好的综合力学性能。
2021, 50(1):263-270.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200012
摘要:
采用电弧熔炼方法设计制备了AlCoCrFeNiTi0.2合金,发现铸态时的合金形成了B2相和BCC相,且室温压缩性能良好,压缩塑性为32.6%,屈服强度为1530.4 MPa,抗压强度为4035.0 MPa,硬度接近600 HV。在550℃、800℃和1050℃对其进行热处理,采用水冷的方式以保存高温相,三个温度对应的相组成分别为BCC+B2、BCC+B2+FCC+σ和BCC+B2+FCC,热处理后合金脆性和硬度升高。采用磁悬浮熔炼制备了大块AlCoCrFeNiTi0.2合金,该合金成分分布比较均匀,形成了BCC+B2+σ三相,在600℃时压缩塑性为35.0%,且仍能保持1486.7 MPa的屈服强度,耐高温性能较好。
采用电弧熔炼方法设计制备了AlCoCrFeNiTi0.2合金,发现铸态时的合金形成了B2相和BCC相,且室温压缩性能良好,压缩塑性为32.6%,屈服强度为1530.4 MPa,抗压强度为4035.0 MPa,硬度接近600 HV。在550℃、800℃和1050℃对其进行热处理,采用水冷的方式以保存高温相,三个温度对应的相组成分别为BCC+B2、BCC+B2+FCC+σ和BCC+B2+FCC,热处理后合金脆性和硬度升高。采用磁悬浮熔炼制备了大块AlCoCrFeNiTi0.2合金,该合金成分分布比较均匀,形成了BCC+B2+σ三相,在600℃时压缩塑性为35.0%,且仍能保持1486.7 MPa的屈服强度,耐高温性能较好。
2021, 50(1):271-278.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200015
摘要:
采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸、压缩实验等分析测试方法,系统地研究了U-2Nb合金450℃~635℃的等温相变过程及其对应的力学性能变化,对结构与性能的关联做了分析总结。结果表明U-2Nb合金在550℃-635℃的等温热处理过程中存在两类特征鲜明的显微组织样貌,影响它们力学性能的主要因素是针状组织或者胞状组织的片层间距,受温度与时间的共同影响。片层间距主要取决于其形成温度,温度越高,片层间距越大,强度随之降低,塑性随之提升,等温时间与片层间距呈正相关。这一温区内获得的最好综合性能为延伸率22%,断面收缩率27.4%,抗拉强度875Mpa,屈服强度410Mpa。在450℃~500℃进行淬火并回火的样品主要形貌特征为针状马氏体与回火形成的团状组织共存状态,影响其力学性能的主要因素可能是针状马氏体的织构与回火生成的颗粒状组织的分布与大小,其整体强度高,均在1000Mpa以上,塑性差,延伸率与断面收缩率均在5%以内。等温温度对其强度的影响相对塑性更大,延长等温时间对其塑性有微弱改善。
采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸、压缩实验等分析测试方法,系统地研究了U-2Nb合金450℃~635℃的等温相变过程及其对应的力学性能变化,对结构与性能的关联做了分析总结。结果表明U-2Nb合金在550℃-635℃的等温热处理过程中存在两类特征鲜明的显微组织样貌,影响它们力学性能的主要因素是针状组织或者胞状组织的片层间距,受温度与时间的共同影响。片层间距主要取决于其形成温度,温度越高,片层间距越大,强度随之降低,塑性随之提升,等温时间与片层间距呈正相关。这一温区内获得的最好综合性能为延伸率22%,断面收缩率27.4%,抗拉强度875Mpa,屈服强度410Mpa。在450℃~500℃进行淬火并回火的样品主要形貌特征为针状马氏体与回火形成的团状组织共存状态,影响其力学性能的主要因素可能是针状马氏体的织构与回火生成的颗粒状组织的分布与大小,其整体强度高,均在1000Mpa以上,塑性差,延伸率与断面收缩率均在5%以内。等温温度对其强度的影响相对塑性更大,延长等温时间对其塑性有微弱改善。
2021, 50(1):279-285.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200032
摘要:
针对钨铼合金废料,采用电化学溶解法使钨、钼、铼在氢氧化钠碱性溶液中完全溶出,再采用氯化钙沉钨钼和氯化钾沉铼进行了电解溶液的选择性沉淀分离。结果表明：(1)钨铼合金废料电化学溶解的适宜工艺参数为：槽电压2.5V,NaOH浓度100g/L,电解温度30-40℃,极距20-30mm,钨铼离子总浓度控制在30-35g/L,在此条件下,钨、钼、铼溶出率均大于99%,电流效率高达99%以上,且丝状废料较块状废料更好电溶；(2)钨铼电解溶液选择性化学沉淀分离的适宜工艺参数为：反应温度80℃,CaCl2用量为3倍理论用量,溶液OH-浓度9.5g/L,溶液W离子浓度为23.18g/L,反应时间2h,在此条件下,钨、钼沉淀率分别为99.86%和99.55%；(3)经过上述2道工序后,钨、钼回收率分别达到98.86%和98.55%,所得CaWO4/CaMoO4混合物形貌为球形颗粒,且制得KReO4白色晶体。
针对钨铼合金废料,采用电化学溶解法使钨、钼、铼在氢氧化钠碱性溶液中完全溶出,再采用氯化钙沉钨钼和氯化钾沉铼进行了电解溶液的选择性沉淀分离。结果表明：(1)钨铼合金废料电化学溶解的适宜工艺参数为：槽电压2.5V,NaOH浓度100g/L,电解温度30-40℃,极距20-30mm,钨铼离子总浓度控制在30-35g/L,在此条件下,钨、钼、铼溶出率均大于99%,电流效率高达99%以上,且丝状废料较块状废料更好电溶；(2)钨铼电解溶液选择性化学沉淀分离的适宜工艺参数为：反应温度80℃,CaCl2用量为3倍理论用量,溶液OH-浓度9.5g/L,溶液W离子浓度为23.18g/L,反应时间2h,在此条件下,钨、钼沉淀率分别为99.86%和99.55%；(3)经过上述2道工序后,钨、钼回收率分别达到98.86%和98.55%,所得CaWO4/CaMoO4混合物形貌为球形颗粒,且制得KReO4白色晶体。
2021, 50(1):286-290.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200039
摘要:
采用化学镀法制备Cu@Ag包覆粉体,并利用放电等离子烧结技术(SPS)对其进行烧结,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究包覆粉体、烧结样品的微观结构,对烧结样品的物相,致密度及其致密化机理进行表征与分析。结果表明,化学镀法制备的Cu@Ag粉体表面存在高纯的包覆层。在较低的烧结温度下得到致密度高的Cu-Ag烧结块体,温度升高,Cu-Ag烧结块体的致密度逐渐升高,550℃时,致密度达到极大值96.76%。分析认为,得益于Cu@Ag粉体的包覆结构,在低温下,铜颗粒表面的纳米银的颈缩促进了烧结；在高温下,Cu、Ag间的固溶进一步促进了烧结。
采用化学镀法制备Cu@Ag包覆粉体,并利用放电等离子烧结技术(SPS)对其进行烧结,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究包覆粉体、烧结样品的微观结构,对烧结样品的物相,致密度及其致密化机理进行表征与分析。结果表明,化学镀法制备的Cu@Ag粉体表面存在高纯的包覆层。在较低的烧结温度下得到致密度高的Cu-Ag烧结块体,温度升高,Cu-Ag烧结块体的致密度逐渐升高,550℃时,致密度达到极大值96.76%。分析认为,得益于Cu@Ag粉体的包覆结构,在低温下,铜颗粒表面的纳米银的颈缩促进了烧结；在高温下,Cu、Ag间的固溶进一步促进了烧结。
2021, 50(1):291-298.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200040
摘要:
热浸镀Al-Si合金涂层是一种高效的耐蚀技术。然而，其生产过程中与Al-Si熔液直接接触的部件存在严重的Al-Si熔蚀问题。本文采用大气等离子喷涂（APS）制备了YSZ/NiCrAlY涂层，研究了主气流量对YSZ涂层微观组织结构、力学性能的影响规律、涂层的高温稳定性和耐Al-Si熔液腐蚀行为。结果表明，随着主气流量的提升，粒子熔滴的铺展均匀性、涂层致密度、力学性能均先升高后降低。在主气流量为40 L/min时，涂层显示出最佳的表面平整度、最大的致密度以及最优的力学性能。在1000℃热处理100 h后YSZ涂层的界面结构稳定，孔隙率下降，致密度显著提高。此外，将试样在700℃熔融Al-Si液腐蚀50 h后，在YSZ涂层与熔融Al-Si合金的界面没有发现互反应区和元素互扩散现象，并且Al-Si熔液没有渗透进涂层内部而是被阻挡在涂层表面，表明APS YSZ/NiCrAlY涂层能够有效地抵抗Al-Si熔液腐蚀，可作为与高温Al-Si熔液接触部件的最有潜力的防护涂层之一。
热浸镀Al-Si合金涂层是一种高效的耐蚀技术。然而，其生产过程中与Al-Si熔液直接接触的部件存在严重的Al-Si熔蚀问题。本文采用大气等离子喷涂（APS）制备了YSZ/NiCrAlY涂层，研究了主气流量对YSZ涂层微观组织结构、力学性能的影响规律、涂层的高温稳定性和耐Al-Si熔液腐蚀行为。结果表明，随着主气流量的提升，粒子熔滴的铺展均匀性、涂层致密度、力学性能均先升高后降低。在主气流量为40 L/min时，涂层显示出最佳的表面平整度、最大的致密度以及最优的力学性能。在1000℃热处理100 h后YSZ涂层的界面结构稳定，孔隙率下降，致密度显著提高。此外，将试样在700℃熔融Al-Si液腐蚀50 h后，在YSZ涂层与熔融Al-Si合金的界面没有发现互反应区和元素互扩散现象，并且Al-Si熔液没有渗透进涂层内部而是被阻挡在涂层表面，表明APS YSZ/NiCrAlY涂层能够有效地抵抗Al-Si熔液腐蚀，可作为与高温Al-Si熔液接触部件的最有潜力的防护涂层之一。
2021, 50(1):299-303.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200045
摘要:
对Ti650合金电子束焊接样品进行了不同制度的热处理，研究了焊后热处理工艺对合金焊接样品的组织和力学性能影响。结果表明，Ti650合金真空电子束焊缝焊后主要以亚稳马氏体α′相为主。经700℃/2hAC退火后，焊缝中马氏体α′相发生近平衡相变α′→α，同时焊缝中析出大量次生短针状α相。经1010℃/1.5hWC+650℃/2hAC处理后，α相发生了明显粗化和等轴化。次生析出的短针状α与原始粗化的α片层相结合有效的提高焊缝强度，阻碍了裂纹的扩展，使焊接接头在该条件下具有较好的强度和塑性。经固溶时效后再经700℃/2hAC处理，晶界处逐渐析出等轴α，弱化了晶界强度，引起其塑性的降低。综合分析焊缝区的组织和性能，Ti650合金焊接样品推荐采用1010℃/1.5hWC+650℃/2hAC进行焊后热处理，焊缝和基体的性能能够获得较好匹配。
对Ti650合金电子束焊接样品进行了不同制度的热处理，研究了焊后热处理工艺对合金焊接样品的组织和力学性能影响。结果表明，Ti650合金真空电子束焊缝焊后主要以亚稳马氏体α′相为主。经700℃/2hAC退火后，焊缝中马氏体α′相发生近平衡相变α′→α，同时焊缝中析出大量次生短针状α相。经1010℃/1.5hWC+650℃/2hAC处理后，α相发生了明显粗化和等轴化。次生析出的短针状α与原始粗化的α片层相结合有效的提高焊缝强度，阻碍了裂纹的扩展，使焊接接头在该条件下具有较好的强度和塑性。经固溶时效后再经700℃/2hAC处理，晶界处逐渐析出等轴α，弱化了晶界强度，引起其塑性的降低。综合分析焊缝区的组织和性能，Ti650合金焊接样品推荐采用1010℃/1.5hWC+650℃/2hAC进行焊后热处理，焊缝和基体的性能能够获得较好匹配。
2021, 50(1):304-310.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200051
摘要:
传统磁控溅射的镀料粒子碰撞溅射脱靶后具有较低的离化率和沉积动能,致使制备的纯金属镀层极易形成带有微空隙的柱状结构,降低了镀层的致密性和膜基结合力。针对此问题,在磁控溅射环境下将阴阳极间的电流提升至气体放电伏安特性曲线中的弧光放电过渡区时,受靶面晶界和缺陷处电子逸出功低于晶粒内的影响,靶面微区会形成电子逸出的自增强效应,并产生弧光放电现象。弧光放电使靶面微区熔融,该区域的镀料粒子将以熔融喷溅的方式脱靶,凭借熔融喷溅的高产额特性提高镀料粒子的碰撞离化率,为实现镀层组织的调控打下基础。实验结果发现：本研究采用高频振荡脉冲电场,在逐步提升靶电流的过程中,靶面的微观形貌会由不规则的凹坑状形貌逐渐转变为圆形熔坑和沟壑状形貌,说明镀料粒子的脱靶方式由碰撞溅射逐渐转变为熔融喷溅。靶电流为2A时,镀料粒子主要以碰撞溅射脱靶,制备的纯Al镀层呈现出典型的柱状组织,而在柱状组织间存在着微小间隙。靶电流增大至14A时,镀料粒子以熔融喷溅脱靶为主,大量离化的镀料粒子可在基体偏压电场下加速沉积,提高了镀料粒子的扩散能力,弱化了镀层柱状生长的倾向,易使镀层形成致密的组织。同时,镀层的沉积速率和膜基结合力也会有明显提升。
传统磁控溅射的镀料粒子碰撞溅射脱靶后具有较低的离化率和沉积动能,致使制备的纯金属镀层极易形成带有微空隙的柱状结构,降低了镀层的致密性和膜基结合力。针对此问题,在磁控溅射环境下将阴阳极间的电流提升至气体放电伏安特性曲线中的弧光放电过渡区时,受靶面晶界和缺陷处电子逸出功低于晶粒内的影响,靶面微区会形成电子逸出的自增强效应,并产生弧光放电现象。弧光放电使靶面微区熔融,该区域的镀料粒子将以熔融喷溅的方式脱靶,凭借熔融喷溅的高产额特性提高镀料粒子的碰撞离化率,为实现镀层组织的调控打下基础。实验结果发现：本研究采用高频振荡脉冲电场,在逐步提升靶电流的过程中,靶面的微观形貌会由不规则的凹坑状形貌逐渐转变为圆形熔坑和沟壑状形貌,说明镀料粒子的脱靶方式由碰撞溅射逐渐转变为熔融喷溅。靶电流为2A时,镀料粒子主要以碰撞溅射脱靶,制备的纯Al镀层呈现出典型的柱状组织,而在柱状组织间存在着微小间隙。靶电流增大至14A时,镀料粒子以熔融喷溅脱靶为主,大量离化的镀料粒子可在基体偏压电场下加速沉积,提高了镀料粒子的扩散能力,弱化了镀层柱状生长的倾向,易使镀层形成致密的组织。同时,镀层的沉积速率和膜基结合力也会有明显提升。
2021, 50(1):311-319.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200067
摘要:
为了同时提高AZ61的MgF2+MgO微弧氧化膜层的电化学腐蚀与磨损性能,本文运用复合电介质顺序放电学术思想,通过减弱击穿熔体的喷发,使膜层进一步致密,进而使其性能得到提高。膜层的MgF2-MgO质量比率α、微观组织、电化学腐蚀与磨损性能的研究结果表明：α=1.2时,减弱击穿熔体喷发的效果显著好于α=0.1和11.8,膜层的内部致密层厚度可提高到3.6 μm,是现有微弧氧化膜层的3倍,外部疏松层的阻抗可提高到13555 Ω cm2,比α=0.1和11.8的大30%。该膜层可将AZ61的自腐蚀电压Ecorr由-1.912提高到-0.455 VSCE、自腐蚀电流Icorr由378.6减小到0.453(10-6 A/cm2)、磨损率由921降低到0.5(10-5 mm3/N.m)。本研究为制备高性能微弧氧化膜层提供了一种新模式。
为了同时提高AZ61的MgF2+MgO微弧氧化膜层的电化学腐蚀与磨损性能,本文运用复合电介质顺序放电学术思想,通过减弱击穿熔体的喷发,使膜层进一步致密,进而使其性能得到提高。膜层的MgF2-MgO质量比率α、微观组织、电化学腐蚀与磨损性能的研究结果表明：α=1.2时,减弱击穿熔体喷发的效果显著好于α=0.1和11.8,膜层的内部致密层厚度可提高到3.6 μm,是现有微弧氧化膜层的3倍,外部疏松层的阻抗可提高到13555 Ω cm2,比α=0.1和11.8的大30%。该膜层可将AZ61的自腐蚀电压Ecorr由-1.912提高到-0.455 VSCE、自腐蚀电流Icorr由378.6减小到0.453(10-6 A/cm2)、磨损率由921降低到0.5(10-5 mm3/N.m)。本研究为制备高性能微弧氧化膜层提供了一种新模式。
2021, 50(1):320-332.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200079
摘要:
本文主要研究了51.1Zr-40.2Ti-4.5Al-4.2V合金室温拉伸变形过程中的组织演变和力学性能变化。研究表明，室温拉伸变形过程中合金发生从β相到α"相的转变，α"相的体积分数随拉伸速率的增加而减小。应力诱发α"马氏体相变对合金的力学行为有明显的影响。在拉伸速率为0.3 mm/min时，触发应力（TS），极限拉伸强度（UTS），延伸率（EL）和弹性模量（EM）分别为770.06 MPa，1168.60 MPa，14.96%和64 GPa。TS和EM随拉伸速率的增加而增加，而UTS和EL则降低。加工硬化率与真应变的关系曲线呈现出3个不同的阶段，应力诱发α"马氏体相变主要影响加工硬化率曲线的第2阶段。在给定应变条件下，第2阶段的加工硬化率随拉伸速率的增加逐渐降低。拉伸速率为0.3 mm/min时，合金的断口形貌是由大量韧窝以及少量准解理面组成的，合金发生塑性断裂，随着拉伸速率的增加，合金断裂方式由塑性断裂变为脆性断裂。这主要与应力诱发α"马氏体相含量随拉伸速率的增加而降低有关。
本文主要研究了51.1Zr-40.2Ti-4.5Al-4.2V合金室温拉伸变形过程中的组织演变和力学性能变化。研究表明，室温拉伸变形过程中合金发生从β相到α"相的转变，α"相的体积分数随拉伸速率的增加而减小。应力诱发α"马氏体相变对合金的力学行为有明显的影响。在拉伸速率为0.3 mm/min时，触发应力（TS），极限拉伸强度（UTS），延伸率（EL）和弹性模量（EM）分别为770.06 MPa，1168.60 MPa，14.96%和64 GPa。TS和EM随拉伸速率的增加而增加，而UTS和EL则降低。加工硬化率与真应变的关系曲线呈现出3个不同的阶段，应力诱发α"马氏体相变主要影响加工硬化率曲线的第2阶段。在给定应变条件下，第2阶段的加工硬化率随拉伸速率的增加逐渐降低。拉伸速率为0.3 mm/min时，合金的断口形貌是由大量韧窝以及少量准解理面组成的，合金发生塑性断裂，随着拉伸速率的增加，合金断裂方式由塑性断裂变为脆性断裂。这主要与应力诱发α"马氏体相含量随拉伸速率的增加而降低有关。
2021, 50(1):327-332.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200075
摘要:
为了改善Sn-58Bi低温钎料的性能,通过在Sn-58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn-58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。在本文中,研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125 oC热循环过程中Sn-58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。研究结果表明：回流焊后,在Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5 IMC层。在热循环300次后,在Cu6Sn5/Cu界面处形成了一层Cu3Sn IMC。Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn-58B/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这两种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu6Sn5和Cu3Sn IMC)明显比Sn-58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层的抑制作用。
为了改善Sn-58Bi低温钎料的性能,通过在Sn-58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn-58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。在本文中,研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125 oC热循环过程中Sn-58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。研究结果表明：回流焊后,在Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5 IMC层。在热循环300次后,在Cu6Sn5/Cu界面处形成了一层Cu3Sn IMC。Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn-58B/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这两种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu6Sn5和Cu3Sn IMC)明显比Sn-58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层的抑制作用。
2021, 50(1):333-341.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200484
摘要:
高熵合金是近十几年来出现的一类新型金属材料,通常由4种或4种以上的元素以等原子比或近等原子比构成,形成以固溶体相为主的组织结构。高熵合金概念的提出,突破了传统合金的设计理念,极大拓展了合金设计的空间。由于具有大晶格畸变、高混合熵、原子缓慢扩散和“鸡尾酒”效应等多重效应,高熵合金显示出高强度、高韧性、高硬度、异常优异的低温韧性、优异的耐腐蚀和抗辐照等独特性能。通过对高熵合金近十几年来研究现状的系统总结,探讨了高熵合金作为一种新型结构材料在核能和石油工业等多个领域极端服役条件下的应用前景,着重分析了高熵合金在钻杆接头耐磨带、抗腐蚀套管和高性能隔水管等油气开发关键构件应用的可行性。
高熵合金是近十几年来出现的一类新型金属材料,通常由4种或4种以上的元素以等原子比或近等原子比构成,形成以固溶体相为主的组织结构。高熵合金概念的提出,突破了传统合金的设计理念,极大拓展了合金设计的空间。由于具有大晶格畸变、高混合熵、原子缓慢扩散和“鸡尾酒”效应等多重效应,高熵合金显示出高强度、高韧性、高硬度、异常优异的低温韧性、优异的耐腐蚀和抗辐照等独特性能。通过对高熵合金近十几年来研究现状的系统总结,探讨了高熵合金作为一种新型结构材料在核能和石油工业等多个领域极端服役条件下的应用前景,着重分析了高熵合金在钻杆接头耐磨带、抗腐蚀套管和高性能隔水管等油气开发关键构件应用的可行性。
2021, 50(1):342-348.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191097
摘要:
在现有的各类锂离子电容器（LICs）负极材料中，铌基氧化物被认为是很有前景的电极材料。本文以Nb2O5、M-Nb-O（M = Ti, Cr, Ga, Fe, Zr, Mg, Li, Na和K等）和(H, Li, K)-Ti-Nb-O等负极材料为例，介绍了铌基氧化物作为锂离子电容器负极材料的优势、储锂机制和常见的合成方法，并提出了该材料目前存在的问题和相应的解决方案，以促进其在新兴储能器件领域的进一步推广和发展。
在现有的各类锂离子电容器（LICs）负极材料中，铌基氧化物被认为是很有前景的电极材料。本文以Nb2O5、M-Nb-O（M = Ti, Cr, Ga, Fe, Zr, Mg, Li, Na和K等）和(H, Li, K)-Ti-Nb-O等负极材料为例，介绍了铌基氧化物作为锂离子电容器负极材料的优势、储锂机制和常见的合成方法，并提出了该材料目前存在的问题和相应的解决方案，以促进其在新兴储能器件领域的进一步推广和发展。
2021, 50(1):349-360.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191101
摘要:
SiC纤维增强金属基复合材料因耐高温、低密度等特点,在航空航天领域逐渐推广。为进一步提高SiC纤维增强金属基复合材料的使用温度,国内外开始尝试将SiC纤维与高温合金进行复合,以期发挥两者的优点,获得性能更加优良的高温结构材料。但SiC纤维增强高温合金复合材料发展缓慢,诸多尝试均未取得突破性的成功,界面问题是制约该类材料发展的“瓶颈”。虽然在克服界面反应方面也采取了诸多尝试,但该问题并未获得实质性的解决,因此有必要从根源入手对SiC纤维增强高温合金复合材料这一研究方向的可行性进行探讨。本文采用资料研究和实验研究相结合的方式,从SiC纤维增强高温合金复合材料的发展历史、界面反应问题的解决方案、SiC与高温合金界面反应的本质等几个方面逐层展开、一一论述,对SiC纤维增强高温合金复合材料的可行性进行阐述和分析。
SiC纤维增强金属基复合材料因耐高温、低密度等特点,在航空航天领域逐渐推广。为进一步提高SiC纤维增强金属基复合材料的使用温度,国内外开始尝试将SiC纤维与高温合金进行复合,以期发挥两者的优点,获得性能更加优良的高温结构材料。但SiC纤维增强高温合金复合材料发展缓慢,诸多尝试均未取得突破性的成功,界面问题是制约该类材料发展的“瓶颈”。虽然在克服界面反应方面也采取了诸多尝试,但该问题并未获得实质性的解决,因此有必要从根源入手对SiC纤维增强高温合金复合材料这一研究方向的可行性进行探讨。本文采用资料研究和实验研究相结合的方式,从SiC纤维增强高温合金复合材料的发展历史、界面反应问题的解决方案、SiC与高温合金界面反应的本质等几个方面逐层展开、一一论述,对SiC纤维增强高温合金复合材料的可行性进行阐述和分析。
2021, 50(1):361-372.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200344
摘要:
基于金属镁电化学腐蚀的一般特征,从电化学角度综述了合金化导致的微观结构变化对镁合金腐蚀速率影响的研究进展,包括合金元素、第二相、晶粒尺寸以及晶体缺陷在镁合金的电化学腐蚀中发挥的作用以及对腐蚀速率产生的影响；对利用多组元合金化、微合金化以及微观组织的调控等方法实现镁合金腐蚀性能改善的前景进行了分析；展望了今后基于合金化影响的镁合金电化学腐蚀的研究方向和重点。
基于金属镁电化学腐蚀的一般特征,从电化学角度综述了合金化导致的微观结构变化对镁合金腐蚀速率影响的研究进展,包括合金元素、第二相、晶粒尺寸以及晶体缺陷在镁合金的电化学腐蚀中发挥的作用以及对腐蚀速率产生的影响；对利用多组元合金化、微合金化以及微观组织的调控等方法实现镁合金腐蚀性能改善的前景进行了分析；展望了今后基于合金化影响的镁合金电化学腐蚀的研究方向和重点。
