2021年第50卷第11期文章目次
2021, 50(11):3819-3823.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200976
摘要:
采用电子背散射衍射（EBSD）技术对冷轧后铜镍合金管材的组织进行分析。通过对第二道次冷轧不同变形量（3.19%、9.57%、19.37%、23.97%、31.78%）的C71500铜镍合金在管材轧制后的显微硬度、抗拉伸性能、微观组织、织构及其含量变化的研究，揭示该合金织构的变化规律。通过对铜镍合金管材晶界、织构的变化及晶粒尺寸进行分析，揭示了变形量与变形储存能的量化关系，这种关系可以通过小角度晶界的比例更直观地体现出来。随着加工率的增加，铜镍合金的屈服强度、抗拉伸强度和维氏显微硬度均呈现上升的趋势，而合金的塑性则呈现下降的趋势。研究结果为合理选择变形量以及形成特殊晶界的热力学提供依据，同时为后续铜镍合金管材的变形加工提供理论依据。
采用电子背散射衍射（EBSD）技术对冷轧后铜镍合金管材的组织进行分析。通过对第二道次冷轧不同变形量（3.19%、9.57%、19.37%、23.97%、31.78%）的C71500铜镍合金在管材轧制后的显微硬度、抗拉伸性能、微观组织、织构及其含量变化的研究，揭示该合金织构的变化规律。通过对铜镍合金管材晶界、织构的变化及晶粒尺寸进行分析，揭示了变形量与变形储存能的量化关系，这种关系可以通过小角度晶界的比例更直观地体现出来。随着加工率的增加，铜镍合金的屈服强度、抗拉伸强度和维氏显微硬度均呈现上升的趋势，而合金的塑性则呈现下降的趋势。研究结果为合理选择变形量以及形成特殊晶界的热力学提供依据，同时为后续铜镍合金管材的变形加工提供理论依据。
2021, 50(11):3824-3827.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20201007
摘要:
介绍了一种在空气气氛中通过碳热还原筛分法制备Magnéli相（TinO2n-1，4＜n＜10）低价钛氧化物的方法，研究了还原温度和还原时间对还原产物的物相、电阻率的影响。结果表明，提高还原温度和延长还原时间有利于将TiO2还原为Magnéli相TinO2n-1。将Magnéli相TinO2n-1 (n=4，5) 粉末在1350 ℃下干燥20 min，通过扫描电子显微镜观察，其粒径为0.5~8 μm。在还原温度为1350 ℃时，还原产物的电阻率随还原时间的延长而显著降低。在1350 ℃下还原50 min的产物的电阻率最小，为79.3 Ω?cm，其物相组成几乎全部为Ti3O5。
介绍了一种在空气气氛中通过碳热还原筛分法制备Magnéli相（TinO2n-1，4＜n＜10）低价钛氧化物的方法，研究了还原温度和还原时间对还原产物的物相、电阻率的影响。结果表明，提高还原温度和延长还原时间有利于将TiO2还原为Magnéli相TinO2n-1。将Magnéli相TinO2n-1 (n=4，5) 粉末在1350 ℃下干燥20 min，通过扫描电子显微镜观察，其粒径为0.5~8 μm。在还原温度为1350 ℃时，还原产物的电阻率随还原时间的延长而显著降低。在1350 ℃下还原50 min的产物的电阻率最小，为79.3 Ω?cm，其物相组成几乎全部为Ti3O5。
2021, 50(11):3828-3836.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200678
摘要:
利用连续沉积的包埋渗法，在钼表面制备了(Ti，Mo)Si2/MoSi2复合涂层。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪和热力学计算对涂层进行了表征与反应机理分析。结果表明，共沉积法无法实现Ti的有效沉积。先渗Ti、再渗Si的两步沉积工艺能有效制备Ti改性硅化物涂层。涂层分为3层，最外层为(Ti，Mo)Si2三元化合物层，次外层为MoSi2层，次外层与基体间为Mo5Si3过渡层。渗硅温度对涂层结构无明显影响。Ti改性硅化物涂层的生长速率略低于单一渗硅涂层的生长速率。(Ti，Mo)Si2/MoSi2复合涂层的形成由Ti、Si内扩散控制。Ti元素集中在涂层表层，Si元素通过(Ti，Mo)Si2化合物层与基体作用形成MoSi2层和Mo5Si3过渡层。渗Ti过程中，埋渗料间反应会引入游离态铝氟化物AlF3。在随后的渗硅过程中，游离态Al以Al3Mo的形式在(Ti，Mo)Si2层中靠近MoSi2层的上界面处析出。在1200 ℃周期性氧化过程中，(Ti，Mo)Si2/MoSi2复合涂层持续循环氧化180 h后未出现明显失重。(Ti，Mo)Si2层氧化形成的SiO2与TiO2致密复合氧化层能填充涂层表面裂纹，持续阻碍氧扩散，因此其在周期性氧化环境下的抗氧化性能显著优于单一渗硅涂层。
利用连续沉积的包埋渗法，在钼表面制备了(Ti，Mo)Si2/MoSi2复合涂层。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪和热力学计算对涂层进行了表征与反应机理分析。结果表明，共沉积法无法实现Ti的有效沉积。先渗Ti、再渗Si的两步沉积工艺能有效制备Ti改性硅化物涂层。涂层分为3层，最外层为(Ti，Mo)Si2三元化合物层，次外层为MoSi2层，次外层与基体间为Mo5Si3过渡层。渗硅温度对涂层结构无明显影响。Ti改性硅化物涂层的生长速率略低于单一渗硅涂层的生长速率。(Ti，Mo)Si2/MoSi2复合涂层的形成由Ti、Si内扩散控制。Ti元素集中在涂层表层，Si元素通过(Ti，Mo)Si2化合物层与基体作用形成MoSi2层和Mo5Si3过渡层。渗Ti过程中，埋渗料间反应会引入游离态铝氟化物AlF3。在随后的渗硅过程中，游离态Al以Al3Mo的形式在(Ti，Mo)Si2层中靠近MoSi2层的上界面处析出。在1200 ℃周期性氧化过程中，(Ti，Mo)Si2/MoSi2复合涂层持续循环氧化180 h后未出现明显失重。(Ti，Mo)Si2层氧化形成的SiO2与TiO2致密复合氧化层能填充涂层表面裂纹，持续阻碍氧扩散，因此其在周期性氧化环境下的抗氧化性能显著优于单一渗硅涂层。
2021, 50(11):3837-3844.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200679
摘要:
含稀土元素La、Ce的Fe25Cr5Al-RE合金和不含稀土的Fe25Cr5Al合金在1100 ℃的空气中进行了恒温氧化实验。采用扫描电子显微镜（SEM）观察氧化膜形貌，使用X射线衍射仪（XRD）结合能谱仪（EDS）分析氧化膜成分。结果表明，氧化1、20和300 h后，Fe25Cr5Al合金增重分别为0.08、0.84和4.41 mg·cm-2，Fe25Cr5Al-RE合金增重分别为0.03、0.35和0.92 mg·cm-2。氧化后所有合金的氧化膜成分均为α-Al2O3。La、Ce能够促进合金形成致密、连续的氧化膜，显著提高了Fe25Cr5Al合金的抗高温氧化性能。此外，Fe25Cr5Al-RE合金氧化膜/基体界面存在稀土氧化物钉，使得氧化膜与基体的结合更加紧密，增强了氧化膜/基体粘附性。Fe25Cr5Al-RE合金氧化后，氧化膜内存在稀土氧化物，有效地防止了合金发生进一步氧化。
含稀土元素La、Ce的Fe25Cr5Al-RE合金和不含稀土的Fe25Cr5Al合金在1100 ℃的空气中进行了恒温氧化实验。采用扫描电子显微镜（SEM）观察氧化膜形貌，使用X射线衍射仪（XRD）结合能谱仪（EDS）分析氧化膜成分。结果表明，氧化1、20和300 h后，Fe25Cr5Al合金增重分别为0.08、0.84和4.41 mg·cm-2，Fe25Cr5Al-RE合金增重分别为0.03、0.35和0.92 mg·cm-2。氧化后所有合金的氧化膜成分均为α-Al2O3。La、Ce能够促进合金形成致密、连续的氧化膜，显著提高了Fe25Cr5Al合金的抗高温氧化性能。此外，Fe25Cr5Al-RE合金氧化膜/基体界面存在稀土氧化物钉，使得氧化膜与基体的结合更加紧密，增强了氧化膜/基体粘附性。Fe25Cr5Al-RE合金氧化后，氧化膜内存在稀土氧化物，有效地防止了合金发生进一步氧化。
2021, 50(11):3845-3856.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210217
摘要:
采用静轴肩搅拌摩擦焊接法（SSFSW）在不同的焊接速度下制备了2A14-T4铝合金T形接头。在优化的焊接工艺参数下，可以得到光滑的T形接头焊缝表面。结果表明：焊接熔核区（WNZ）的显微组织为完全动态再结晶产生的细小等轴晶，第2次焊核区（WNZ2）的平均晶粒尺寸最大，焊接重合区（WNOZ）次之，第1次焊核区（WNZ1）的平均晶粒尺寸最小。WNZ的再结晶机制主要是几何动态再结晶，并伴有部分连续动态再结晶。WNZ1和WNZ2织构类型为弱{111}<110>，而WNOZ经过2次搅拌后织构类型为弱{100}<001>。热机械影响区（TMAZ）发生塑性变形，而热影响区（HAZ）只受到焊接热循环作用，不发生塑性变形和晶粒的动态再结晶。WNZ的硬度较高，硬度最低的区域位于靠近TMAZ的HAZ。随着焊接速度的增加，接头抗拉伸强度先增大后减小。底板和加强板的主要断裂形式是脆性/韧性混合断裂。
采用静轴肩搅拌摩擦焊接法（SSFSW）在不同的焊接速度下制备了2A14-T4铝合金T形接头。在优化的焊接工艺参数下，可以得到光滑的T形接头焊缝表面。结果表明：焊接熔核区（WNZ）的显微组织为完全动态再结晶产生的细小等轴晶，第2次焊核区（WNZ2）的平均晶粒尺寸最大，焊接重合区（WNOZ）次之，第1次焊核区（WNZ1）的平均晶粒尺寸最小。WNZ的再结晶机制主要是几何动态再结晶，并伴有部分连续动态再结晶。WNZ1和WNZ2织构类型为弱{111}<110>，而WNOZ经过2次搅拌后织构类型为弱{100}<001>。热机械影响区（TMAZ）发生塑性变形，而热影响区（HAZ）只受到焊接热循环作用，不发生塑性变形和晶粒的动态再结晶。WNZ的硬度较高，硬度最低的区域位于靠近TMAZ的HAZ。随着焊接速度的增加，接头抗拉伸强度先增大后减小。底板和加强板的主要断裂形式是脆性/韧性混合断裂。
2021, 50(11):3857-3861.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210231
摘要:
研究了由H3BO3、K2B4O7和KF（质量比为7:10:3）3种组分配制而成的银钎剂的去膜机理。结果表明：在700 ℃时，K2B4O7或KF都不能单独去除Q235钢板表面的氧化膜，且KF会加快高温下钢表面的氧化速率；H3BO3能够去除Q235钢表面的氧化膜，然而其反应产物具有明显的非晶结构特征，并且流动性差。此外在700 ℃时，H3BO3与KF能够发生反应，其反应产物可以去除钢表面氧化膜。KF和K2B4O7之间也能在700 ℃发生类似的反应，然而其反应产物非常坚硬。因此，在700 ℃时，H3BO3、K2B4O7和KF混合钎剂能够与Q235钢板表面氧化膜反应，且反应产物具有明显的非晶特征。KF的加入将非反应性H3BO3-K2B4O7二元体系转化为反应性KF-H3BO3-K2B4O7三元体系。在这个三元体系中，KF不但对钢板没有腐蚀性，反而促进了氧化膜的去除。
研究了由H3BO3、K2B4O7和KF（质量比为7:10:3）3种组分配制而成的银钎剂的去膜机理。结果表明：在700 ℃时，K2B4O7或KF都不能单独去除Q235钢板表面的氧化膜，且KF会加快高温下钢表面的氧化速率；H3BO3能够去除Q235钢表面的氧化膜，然而其反应产物具有明显的非晶结构特征，并且流动性差。此外在700 ℃时，H3BO3与KF能够发生反应，其反应产物可以去除钢表面氧化膜。KF和K2B4O7之间也能在700 ℃发生类似的反应，然而其反应产物非常坚硬。因此，在700 ℃时，H3BO3、K2B4O7和KF混合钎剂能够与Q235钢板表面氧化膜反应，且反应产物具有明显的非晶特征。KF的加入将非反应性H3BO3-K2B4O7二元体系转化为反应性KF-H3BO3-K2B4O7三元体系。在这个三元体系中，KF不但对钢板没有腐蚀性，反而促进了氧化膜的去除。
2021, 50(11):3862-3870.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200680
摘要:
采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和硬度测试分析了新型超高强韧钛合金TB17在等温时效过程中析出相的演变及时效响应。结果表明：该合金在350 ℃时主要发生β→β+ω相变，ω相为细小的颗粒。在450 ℃下进行时效处理时，α相通过ω相辅助形核的方式形核长大。在550和650 ℃时主要发生β→β+α相变，α相为片层状。在该温度范围内长时间进行时效处理的TB17合金存在2种类型α相，满足Burgers关系的1α相和不满足Burgers关系的2α相。其中2α相为孪晶α相，在1α相内部｛10
采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和硬度测试分析了新型超高强韧钛合金TB17在等温时效过程中析出相的演变及时效响应。结果表明：该合金在350 ℃时主要发生β→β+ω相变，ω相为细小的颗粒。在450 ℃下进行时效处理时，α相通过ω相辅助形核的方式形核长大。在550和650 ℃时主要发生β→β+α相变，α相为片层状。在该温度范围内长时间进行时效处理的TB17合金存在2种类型α相，满足Burgers关系的1α相和不满足Burgers关系的2α相。其中2α相为孪晶α相，在1α相内部｛10
2021, 50(11):3871-3878.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200663
摘要:
通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、浸泡实验、电化学测试和拉伸试验研究了微合金化处理对生物材料镁合金的耐蚀性能和力学性能的影响。结果表明，随着Zn、Zr、Dy元素的添加，镁合金的晶粒得以细化，合金内部第二相生成并长大。将元素Zn、Zr、Dy同时添加到镁合金中时，合金的晶粒尺寸从1087 μm减小到70 μm，显微组织也变得更均匀。此外，添加Zn、Zr、Dy元素可显著改善镁合金的耐腐蚀性和力学性能。根据浸泡实验可知，添加不同元素后，合金的腐蚀速率从2.01 mm/a降低至0.92 mm/a；自腐蚀电流密度从4.22 μA/cm2降低至2.05 μA/cm2；屈服强度、极限抗拉伸强度和伸长率从30.5 MPa、69.5 MPa和6%增加到84 MPa、154 MPa和8.6%。
通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、浸泡实验、电化学测试和拉伸试验研究了微合金化处理对生物材料镁合金的耐蚀性能和力学性能的影响。结果表明，随着Zn、Zr、Dy元素的添加，镁合金的晶粒得以细化，合金内部第二相生成并长大。将元素Zn、Zr、Dy同时添加到镁合金中时，合金的晶粒尺寸从1087 μm减小到70 μm，显微组织也变得更均匀。此外，添加Zn、Zr、Dy元素可显著改善镁合金的耐腐蚀性和力学性能。根据浸泡实验可知，添加不同元素后，合金的腐蚀速率从2.01 mm/a降低至0.92 mm/a；自腐蚀电流密度从4.22 μA/cm2降低至2.05 μA/cm2；屈服强度、极限抗拉伸强度和伸长率从30.5 MPa、69.5 MPa和6%增加到84 MPa、154 MPa和8.6%。
2021, 50(11):3879-3884.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200667
摘要:
研究了不同Sn含量流变铸造AZ91合金的组织演化、拉伸行为及磨损性能。结果表明：Sn的合金化改变了Al在镁基体中的固溶度，并且显著细化了微观组织。加入0.8%（质量分数，下同）的Sn后，合金平均晶粒尺寸从105.0 μm降至42.1 μm。高熔点的金属间化合物为析出相提供了异质形核点，这些弥散析出的第二相在流变凝固过程中有效地细化了镁基体。弥散分布的第二相抑制了枝晶组织生长，从而进一步提升了合金的力学性能。随着Sn含量的增加，合金磨损率显著降低，磨粒磨损逐渐消失。3.0%Sn合金化的流变铸造AZ91合金具有最高的抗拉伸强度以及最好的耐磨损性能。
研究了不同Sn含量流变铸造AZ91合金的组织演化、拉伸行为及磨损性能。结果表明：Sn的合金化改变了Al在镁基体中的固溶度，并且显著细化了微观组织。加入0.8%（质量分数，下同）的Sn后，合金平均晶粒尺寸从105.0 μm降至42.1 μm。高熔点的金属间化合物为析出相提供了异质形核点，这些弥散析出的第二相在流变凝固过程中有效地细化了镁基体。弥散分布的第二相抑制了枝晶组织生长，从而进一步提升了合金的力学性能。随着Sn含量的增加，合金磨损率显著降低，磨粒磨损逐渐消失。3.0%Sn合金化的流变铸造AZ91合金具有最高的抗拉伸强度以及最好的耐磨损性能。
2021, 50(11):3885-3889.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200050
摘要:
为制备一种高催化性的对称型固体氧化物电池电极，采用一步法合成了La0.4Sr0.6Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ-Gd0.2Ce0.8O2-δ（LSCFN-GDC）。以LSCFN-GDC为电池阳极和阴极，La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3-δ（LSGM）为电解质，采用流延和丝网印刷工艺制备了结构为LSCFN-GDC||LSGM||LSCFN-GDC的电解质支撑型固体氧化物电池。分别采用固体氧化物燃料电池（SOFC）及固体氧化物电解池（SOEC）2种模式对对称电池性能进行了测试。在850 ℃测试温度下，分别采用湿H2（3% H2O）、H2（0.01% H2S）、CH4和C3H8为燃料气，电池最大功率密度分别为1.036、0.996、0.479和0.952 W/cm2，电解H2（50% H2O）时，1.3 V电解电压下电池电流密度为0.943 A/cm2。LSCFN-GDC具有良好的耐积碳、抗硫和氧化还原稳定性能，能够在湿H2（0.01% H2S）、CH4、H2（3% H2O）及H2（50% H2O）环境中稳定运行700 h。实验结果表明，一步合成法是一种简便而优化的电极制备方法，LSCFN-GDC||LSGM||LSCFN-GDC固体氧化物电池（SOC）具有广阔的应用前景。
为制备一种高催化性的对称型固体氧化物电池电极，采用一步法合成了La0.4Sr0.6Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ-Gd0.2Ce0.8O2-δ（LSCFN-GDC）。以LSCFN-GDC为电池阳极和阴极，La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3-δ（LSGM）为电解质，采用流延和丝网印刷工艺制备了结构为LSCFN-GDC||LSGM||LSCFN-GDC的电解质支撑型固体氧化物电池。分别采用固体氧化物燃料电池（SOFC）及固体氧化物电解池（SOEC）2种模式对对称电池性能进行了测试。在850 ℃测试温度下，分别采用湿H2（3% H2O）、H2（0.01% H2S）、CH4和C3H8为燃料气，电池最大功率密度分别为1.036、0.996、0.479和0.952 W/cm2，电解H2（50% H2O）时，1.3 V电解电压下电池电流密度为0.943 A/cm2。LSCFN-GDC具有良好的耐积碳、抗硫和氧化还原稳定性能，能够在湿H2（0.01% H2S）、CH4、H2（3% H2O）及H2（50% H2O）环境中稳定运行700 h。实验结果表明，一步合成法是一种简便而优化的电极制备方法，LSCFN-GDC||LSGM||LSCFN-GDC固体氧化物电池（SOC）具有广阔的应用前景。
2021, 50(11):3890-3895.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200669
摘要:
以硅粉为硅源，采用原位反应法在炭纤维表面制备了SiC涂层，并研究了反应压力对SiC涂层的制备、组织结构及抗氧化性能的影响。结果表明：常压下制备的涂层疏松多孔，表面有较多的SiC纳米线，而负压下制备的涂层致密均匀。静态氧化测试表明：与常压下制备的SiC涂层相比，负压下制备的SiC涂层抗氧化性能更好，主要是由于涂层致密均匀，能够更好地阻隔氧气的扩散。根据实验结果，探讨了反应压力对SiC涂层生长机理的影响。常压下，沉积粒子能量低，难以克服遮蔽效应，因此易形成疏松多孔的涂层；而负压下，沉积粒子能量高，表面扩散率高，易形成致密均匀的涂层。
以硅粉为硅源，采用原位反应法在炭纤维表面制备了SiC涂层，并研究了反应压力对SiC涂层的制备、组织结构及抗氧化性能的影响。结果表明：常压下制备的涂层疏松多孔，表面有较多的SiC纳米线，而负压下制备的涂层致密均匀。静态氧化测试表明：与常压下制备的SiC涂层相比，负压下制备的SiC涂层抗氧化性能更好，主要是由于涂层致密均匀，能够更好地阻隔氧气的扩散。根据实验结果，探讨了反应压力对SiC涂层生长机理的影响。常压下，沉积粒子能量低，难以克服遮蔽效应，因此易形成疏松多孔的涂层；而负压下，沉积粒子能量高，表面扩散率高，易形成致密均匀的涂层。
2021, 50(11):3896-3900.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200639
摘要:
采用离子注入技术在316L不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层。对离子注入法的不同工艺参数对α-Al2O3涂层摩擦磨损、耐腐蚀、抗热震、阻氚性能的影响进行了研究。结果表明：温度、加速电压及离子注入剂量对α-Al2O3的含量均有影响。温度升高时， α-Al2O3的含量增加。增大加速电压及离子注入剂量时，α-Al2O3含量均出现先升高后降低的规律。离子注入剂量对涂层的摩擦磨损、耐腐蚀性能影响比较大：离子注入剂量越大，涂层的耐磨、耐腐蚀性能越好。涂层经过200次热震测试后未发生变化，抗热震性能较好。Al2O3膜层具有优异的阻氚性能，在600 ℃下能使316L不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。
采用离子注入技术在316L不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层。对离子注入法的不同工艺参数对α-Al2O3涂层摩擦磨损、耐腐蚀、抗热震、阻氚性能的影响进行了研究。结果表明：温度、加速电压及离子注入剂量对α-Al2O3的含量均有影响。温度升高时， α-Al2O3的含量增加。增大加速电压及离子注入剂量时，α-Al2O3含量均出现先升高后降低的规律。离子注入剂量对涂层的摩擦磨损、耐腐蚀性能影响比较大：离子注入剂量越大，涂层的耐磨、耐腐蚀性能越好。涂层经过200次热震测试后未发生变化，抗热震性能较好。Al2O3膜层具有优异的阻氚性能，在600 ℃下能使316L不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。
2021, 50(11):3901-3909.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200042
摘要:
研究了激光熔化沉积CoCrMoW涂层的微观组织与发射光谱的关系，及不同激光功率的光谱信号与CoCrMoW涂层一次枝晶间距、显微硬度的关系。提出了一种新的光谱信号指数积分面积，由4条离散Cr I谱线计算出电子温度。结果表明，当激光功率从400 W增加到1000 W，平均一次枝晶间距由3.426 μm增加到7.420 μm，显微硬度HV0.2由3461 MPa降低到3095 MPa。光谱的积分面积和电子温度随激光功率的增大而增大。涂层的一次枝晶间距与光谱信号呈正相关，而涂层的显微硬度与光谱信号呈负线性相关。与电子温度相比，积分面积在预测一次枝晶间距和显微硬度方面显示出更好的潜力。
研究了激光熔化沉积CoCrMoW涂层的微观组织与发射光谱的关系，及不同激光功率的光谱信号与CoCrMoW涂层一次枝晶间距、显微硬度的关系。提出了一种新的光谱信号指数积分面积，由4条离散Cr I谱线计算出电子温度。结果表明，当激光功率从400 W增加到1000 W，平均一次枝晶间距由3.426 μm增加到7.420 μm，显微硬度HV0.2由3461 MPa降低到3095 MPa。光谱的积分面积和电子温度随激光功率的增大而增大。涂层的一次枝晶间距与光谱信号呈正相关，而涂层的显微硬度与光谱信号呈负线性相关。与电子温度相比，积分面积在预测一次枝晶间距和显微硬度方面显示出更好的潜力。
2021, 50(11):3910-3916.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200686
摘要:
采用定向凝固方法制备不同温度梯度下的高锌Al-Zn-Mg-Cu合金，表征了该合金的一次枝晶臂间距λ1、二次枝晶臂间距λ2以及其维氏硬度。在此基础上，采用线性回归和曲线拟合分析方法建立了温度梯度、枝晶间距和显微硬度之间的关系，结果与枝晶生长理论模型吻合，并获得了高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固特征参数，同时分析了温度梯度对显微硬度的影响机制。研究结果对高锌Al-Zn-Mg-Cu合金制备工艺优化有指导作用。
采用定向凝固方法制备不同温度梯度下的高锌Al-Zn-Mg-Cu合金，表征了该合金的一次枝晶臂间距λ1、二次枝晶臂间距λ2以及其维氏硬度。在此基础上，采用线性回归和曲线拟合分析方法建立了温度梯度、枝晶间距和显微硬度之间的关系，结果与枝晶生长理论模型吻合，并获得了高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固特征参数，同时分析了温度梯度对显微硬度的影响机制。研究结果对高锌Al-Zn-Mg-Cu合金制备工艺优化有指导作用。
2021, 50(11):3917-3923.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200647
摘要:
为优化单层声表面波换能器的驱动性能，改善现有δ函数分析方法在计算过程中的不足之处，采用有限元仿真优化方法对叉指式换能器的静力学性能进行了分析，研究了支路电极宽度w、电极间距s和基片厚度t对驱动性能的影响。仿真结果表明，当w/t=0.7时，可以得到最佳应变响应；当s/t＞3.2时，可以得到最大应变。同时还得出了电极间距越小，驱动电压越低的结论。根据仿真优化结果制备了声表面波叉指换能器（SAW-IDT），并进行了频率响应测试。研究结果为声表面波叉指换能器的制备、性能测试和应用提供了指导。
为优化单层声表面波换能器的驱动性能，改善现有δ函数分析方法在计算过程中的不足之处，采用有限元仿真优化方法对叉指式换能器的静力学性能进行了分析，研究了支路电极宽度w、电极间距s和基片厚度t对驱动性能的影响。仿真结果表明，当w/t=0.7时，可以得到最佳应变响应；当s/t＞3.2时，可以得到最大应变。同时还得出了电极间距越小，驱动电压越低的结论。根据仿真优化结果制备了声表面波叉指换能器（SAW-IDT），并进行了频率响应测试。研究结果为声表面波叉指换能器的制备、性能测试和应用提供了指导。
2021, 50(11):3924-3933.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200044
摘要:
基于变形温度250~400 ℃和应变速率0.001~1 s-1条件下的铸态AZ80镁合金的热压缩试验数据，建立了基于应力位错关系和动态再结晶动力学的物理基本构模型以及前馈反向传播算法的人工神经网络（ANN）模型来预测AZ80镁合金的热变形行为。采用相关系数（R）、平均绝对相对误差（AARE）、相对误差（RE）3种统计学指标来验证2种模型的预测精度。结果表明，2种模型均可以准确预测AZ80镁合金的热变形行为。其中，ANN模型预测的应力值与实验数据更为吻合，其R和AARE分别为0.9991和2.02%，而物理基本构模型预测的R和AARE分别为0.9936和4.52%。ANN模型较好的预测能力归功于它擅长处理复杂的非线性关系，而物理基本构模型的预测能力是基于模型具有一定的物理意义，模型参数的确定充分考虑了热变形过程中的加工硬化（WH）、动态回复（DRV）和动态再结晶（DRX）的热动力学机制。最后，对这2种本构模型的优缺点及适用范围进行了比较讨论。
基于变形温度250~400 ℃和应变速率0.001~1 s-1条件下的铸态AZ80镁合金的热压缩试验数据，建立了基于应力位错关系和动态再结晶动力学的物理基本构模型以及前馈反向传播算法的人工神经网络（ANN）模型来预测AZ80镁合金的热变形行为。采用相关系数（R）、平均绝对相对误差（AARE）、相对误差（RE）3种统计学指标来验证2种模型的预测精度。结果表明，2种模型均可以准确预测AZ80镁合金的热变形行为。其中，ANN模型预测的应力值与实验数据更为吻合，其R和AARE分别为0.9991和2.02%，而物理基本构模型预测的R和AARE分别为0.9936和4.52%。ANN模型较好的预测能力归功于它擅长处理复杂的非线性关系，而物理基本构模型的预测能力是基于模型具有一定的物理意义，模型参数的确定充分考虑了热变形过程中的加工硬化（WH）、动态回复（DRV）和动态再结晶（DRX）的热动力学机制。最后，对这2种本构模型的优缺点及适用范围进行了比较讨论。
2021, 50(11):3934-3941.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200045
摘要:
在氢气保护下将MoSi2/Mo涂层加热至1000 ℃，再迅速冷却至室温进行热震循环，表征了材料在热震循环过程中裂纹的演变过程并评估了MoSi2/Mo涂层的热冲击行为。采用Abaqus软件计算了MoSi2/Mo涂层在热冲击过程中的应力分布，讨论了热震循环中裂纹的发展过程。结果表明：Mo基体与MoSi2涂层之间存在较高的热冲击应力，这将导致裂纹的萌生和扩展。计算结果显示：在最初的10次热震循环中，涂层产生了垂直于界面的裂纹，在界面上没有出现裂纹，涂层与基体仍结合良好；在随后的热震循环中开始出现界面裂纹，界面裂纹开始于垂直裂纹的末端区域，当垂直裂纹与界面裂纹汇聚，会导致涂层剥离和涂层失效。
在氢气保护下将MoSi2/Mo涂层加热至1000 ℃，再迅速冷却至室温进行热震循环，表征了材料在热震循环过程中裂纹的演变过程并评估了MoSi2/Mo涂层的热冲击行为。采用Abaqus软件计算了MoSi2/Mo涂层在热冲击过程中的应力分布，讨论了热震循环中裂纹的发展过程。结果表明：Mo基体与MoSi2涂层之间存在较高的热冲击应力，这将导致裂纹的萌生和扩展。计算结果显示：在最初的10次热震循环中，涂层产生了垂直于界面的裂纹，在界面上没有出现裂纹，涂层与基体仍结合良好；在随后的热震循环中开始出现界面裂纹，界面裂纹开始于垂直裂纹的末端区域，当垂直裂纹与界面裂纹汇聚，会导致涂层剥离和涂层失效。
2021, 50(11):3942-3948.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210313
摘要:
基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加平面波(PAW)赝势第一性原理，探究了横截面为3×5、3×7、3×9、3×11、3×13和3×15原子层的铁纳米带的弛豫结构和电磁学性质。结果表明：所有6种尺寸的Fe纳米带的弛豫结构仍具有双重对称性，但3×5和3×7原子层的Fe纳米带的横截面形状从初始的矩形变为近椭圆形，而其他较宽尺寸的Fe纳米带的横截面形状都变为双椭圆形。并且，通过计算发现，3×7原子层的Fe纳米带是一种半金属材料，只有自旋向上或自旋向下的电子通过费米能级，因此可被应用于产生近100%自旋极化载流子的自旋电子学领域。
基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加平面波(PAW)赝势第一性原理，探究了横截面为3×5、3×7、3×9、3×11、3×13和3×15原子层的铁纳米带的弛豫结构和电磁学性质。结果表明：所有6种尺寸的Fe纳米带的弛豫结构仍具有双重对称性，但3×5和3×7原子层的Fe纳米带的横截面形状从初始的矩形变为近椭圆形，而其他较宽尺寸的Fe纳米带的横截面形状都变为双椭圆形。并且，通过计算发现，3×7原子层的Fe纳米带是一种半金属材料，只有自旋向上或自旋向下的电子通过费米能级，因此可被应用于产生近100%自旋极化载流子的自旋电子学领域。
2021, 50(11):3949-3956.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200923
摘要:
基于第一性原理密度泛函理论,结合广义梯度近似(GGA),对采用虚拟晶格近似(VCA)法建立的NbTaTiZr系体心立方结构模型,进行结构性质、弹性性质、各向异性以及硬度和耐磨性的计算,并结合骨科植入物材料的力学性能指标对计算结果进行了讨论。结果表明,Nb、Ta元素可以提高材料的延展性和金属键特性。Ti元素含量的增加有利于多组元合金杨氏模量和剪切模量的降低,显著提高合金的塑性,但考虑到泊松比与天然骨的匹配,应该严格控制Ti的含量。Ta、Nb、Zr、Ti对合金各向异性的影响依次增强。NbTa1.4TiZr合金的泊松比与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)人工髋关节相当,最接近人体皮质骨的显微硬度。
基于第一性原理密度泛函理论,结合广义梯度近似(GGA),对采用虚拟晶格近似(VCA)法建立的NbTaTiZr系体心立方结构模型,进行结构性质、弹性性质、各向异性以及硬度和耐磨性的计算,并结合骨科植入物材料的力学性能指标对计算结果进行了讨论。结果表明,Nb、Ta元素可以提高材料的延展性和金属键特性。Ti元素含量的增加有利于多组元合金杨氏模量和剪切模量的降低,显著提高合金的塑性,但考虑到泊松比与天然骨的匹配,应该严格控制Ti的含量。Ta、Nb、Zr、Ti对合金各向异性的影响依次增强。NbTa1.4TiZr合金的泊松比与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)人工髋关节相当,最接近人体皮质骨的显微硬度。
2021, 50(11):3957-3965.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200871
摘要:
发展一种耦合宏-细观的数值模拟方法，多尺度研究表面机械研磨处理（SMAT）纯铜的动态晶粒细化行为及残余应力状态。首先建立SMAT宏观有限元模型，计算SMAT细化的晶粒尺寸；然后根据平均晶粒尺寸建立细观多晶体模型，并将SMAT宏观有限元模型计算的滑移阻力导入到晶体塑性本构模型，同时将宏观模型输出的应变场转换成多晶体模型的位移边界条件；最后进行当前材料硬化状态下的晶体塑性有限元计算，进而分析宏观模型中一个材料点处细观组织结构的应力状态和晶粒取向分布。结果表明，在SMAT过程中，随着多弹丸不定向冲击次数的增加，纯铜表层细化的晶粒尺寸逐渐减小，表面宏、细观残余压应力逐渐增大，但晶粒取向分布的不均匀度呈现出先增大后减小的趋势。
发展一种耦合宏-细观的数值模拟方法，多尺度研究表面机械研磨处理（SMAT）纯铜的动态晶粒细化行为及残余应力状态。首先建立SMAT宏观有限元模型，计算SMAT细化的晶粒尺寸；然后根据平均晶粒尺寸建立细观多晶体模型，并将SMAT宏观有限元模型计算的滑移阻力导入到晶体塑性本构模型，同时将宏观模型输出的应变场转换成多晶体模型的位移边界条件；最后进行当前材料硬化状态下的晶体塑性有限元计算，进而分析宏观模型中一个材料点处细观组织结构的应力状态和晶粒取向分布。结果表明，在SMAT过程中，随着多弹丸不定向冲击次数的增加，纯铜表层细化的晶粒尺寸逐渐减小，表面宏、细观残余压应力逐渐增大，但晶粒取向分布的不均匀度呈现出先增大后减小的趋势。
2021, 50(11):3966-3970.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200857
摘要:
采用bottom-up制备纳米材料技术,在ITO导电玻璃上电化学恒电位沉积制备了一种由纳米线变异为纳米带,进而构成的“纳米花”形貌的热电材料。采用FE-SEM技术手段对纳米花形貌进行研究,探讨了热电纳米花材料的形成机理,模拟了纳米花形成过程。结果分析表明,纳米花是经过两个阶段形成的：首先是纳米线在热处理过程逐渐形成纳米带,然后,由纳米带收缩形成纳米花；热处理条件对纳米花的形成起到决定性的作用。
采用bottom-up制备纳米材料技术,在ITO导电玻璃上电化学恒电位沉积制备了一种由纳米线变异为纳米带,进而构成的“纳米花”形貌的热电材料。采用FE-SEM技术手段对纳米花形貌进行研究,探讨了热电纳米花材料的形成机理,模拟了纳米花形成过程。结果分析表明,纳米花是经过两个阶段形成的：首先是纳米线在热处理过程逐渐形成纳米带,然后,由纳米带收缩形成纳米花；热处理条件对纳米花的形成起到决定性的作用。
2021, 50(11):3971-3978.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210178
摘要:
采用熔融-退火-放电等离子烧结工艺制备了YbxCo4Sb12（x=0.27，0.28，0.29）合金块体样品。XRD、SEM、EDS分析表明，成功合成了Yb掺杂的单相CoSb3热电材料。当Yb含量从0.27上升至0.29，材料的功率因子随温度的升高呈现先上升后下降趋势，热导率则先下降后上升。由于相对较高的功率因子1815 μWm-1K-2以及较低的热导率2.23Wm-1K-1，合金Yb0.29Co4Sb12在773K时获得较高的ZT值0.62。以磁控溅射法对N型热电元件Yb0.29Co4Sb12进行Al-Ni防护涂层溅射，SEM、EDS表明涂层与基底结合良好，经涂层防护后的Yb0.29Co4Sb12元件热电性能稳定性较好。以钎料Ag40Cu60对热电元件Yb0.29Co4Sb12与电极片Mo50Cu50的接头进行焊接行为研究，发现界面处结合良好，界面处Co、Sb、Yb、Mo等元素未发生严重扩散。
采用熔融-退火-放电等离子烧结工艺制备了YbxCo4Sb12（x=0.27，0.28，0.29）合金块体样品。XRD、SEM、EDS分析表明，成功合成了Yb掺杂的单相CoSb3热电材料。当Yb含量从0.27上升至0.29，材料的功率因子随温度的升高呈现先上升后下降趋势，热导率则先下降后上升。由于相对较高的功率因子1815 μWm-1K-2以及较低的热导率2.23Wm-1K-1，合金Yb0.29Co4Sb12在773K时获得较高的ZT值0.62。以磁控溅射法对N型热电元件Yb0.29Co4Sb12进行Al-Ni防护涂层溅射，SEM、EDS表明涂层与基底结合良好，经涂层防护后的Yb0.29Co4Sb12元件热电性能稳定性较好。以钎料Ag40Cu60对热电元件Yb0.29Co4Sb12与电极片Mo50Cu50的接头进行焊接行为研究，发现界面处结合良好，界面处Co、Sb、Yb、Mo等元素未发生严重扩散。
2021, 50(11):3979-3986.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210346
摘要:
本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘高温合金叶片用合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果，选用DZ4125作为叶片材料，K418作为叶盘轮缘部位材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备DZ4125高温合金粉末，筛分至53-105μm粒度范围，采用采用差示扫描量热分析（DSC）、场发射扫描电镜（FESEM）和能谱（EDS）、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对DZ4125高温合金粉末的相变温度、显微组织、析出相成分、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行系统表征。结果表明：DZ4125比K418合金的固液凝固温度范围宽，过渡区DZ4125+K418混合成分合金其液相线温度和MC碳化物开始析出温度介于两种合金之间，γ′开始析出温度与两种合金相当。DZ4125合金粉末形貌主要为球形和近球形，表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构。所含元素中偏析倾向较强的元素有Hf、Ta、Ti、Mo和W，而偏析倾向弱的元素包括Ni、Co、Cr和Al。粉末内部枝晶间区分布有细小的MC碳化物，尺寸约为200nm。激光衍射和动态图像分析法测得的DZ4125粉末粒度值接近，中位径D50分别为70.2μm和72.8μm。动态图像法测得DZ4125合金粉末具有较好的球形度，SPHT和b/l均值分别为0.91和0.86。所选DZ4125高温合金粉末具有较好的松装密度、振实密度和流动性，其松装和振实密度分别达到合金理论密度的52%和63%，压缩度为17.7%，且粉末具有较好的流动性（20.79 s?(50 g)-1）。
本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘高温合金叶片用合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果，选用DZ4125作为叶片材料，K418作为叶盘轮缘部位材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备DZ4125高温合金粉末，筛分至53-105μm粒度范围，采用采用差示扫描量热分析（DSC）、场发射扫描电镜（FESEM）和能谱（EDS）、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对DZ4125高温合金粉末的相变温度、显微组织、析出相成分、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行系统表征。结果表明：DZ4125比K418合金的固液凝固温度范围宽，过渡区DZ4125+K418混合成分合金其液相线温度和MC碳化物开始析出温度介于两种合金之间，γ′开始析出温度与两种合金相当。DZ4125合金粉末形貌主要为球形和近球形，表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构。所含元素中偏析倾向较强的元素有Hf、Ta、Ti、Mo和W，而偏析倾向弱的元素包括Ni、Co、Cr和Al。粉末内部枝晶间区分布有细小的MC碳化物，尺寸约为200nm。激光衍射和动态图像分析法测得的DZ4125粉末粒度值接近，中位径D50分别为70.2μm和72.8μm。动态图像法测得DZ4125合金粉末具有较好的球形度，SPHT和b/l均值分别为0.91和0.86。所选DZ4125高温合金粉末具有较好的松装密度、振实密度和流动性，其松装和振实密度分别达到合金理论密度的52%和63%，压缩度为17.7%，且粉末具有较好的流动性（20.79 s?(50 g)-1）。
2021, 50(11):3987-3994.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200860
摘要:
利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCoxCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大；随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中；随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV；合金涂层中最小的摩擦系数为0.361；在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45#钢基体具有较正的自腐蚀电位(Ecorr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。
利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCoxCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大；随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中；随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV；合金涂层中最小的摩擦系数为0.361；在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45#钢基体具有较正的自腐蚀电位(Ecorr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。
2021, 50(11):3995-4003.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200866
摘要:
本文通过热力学计算和实验验证优化了W、Mo、Co、Cr、Al、Ta等元素在单晶高温合金中的含量,设计了Re含量为5 wt%的新型单晶高温合金WZ30,并与典型二代、三代单晶高温合金进行了比较。结果表明,WZ30经热处理后获得均匀的γ′相显微组织,在760℃、980℃和1100℃下WZ30的屈服强度分别为938MPa、639MPa和436MPa,温度高于1000℃时拉伸性能优于二代单晶高温合金。在980℃/250MPa和1100℃/137MPa实验条件下,WZ30的持久寿命分别为642h和254h,持久寿命明显优于二代单晶高温合金。WZ30的低周疲劳寿命在980℃下明显优于二代单晶高温合金DD6。在高温长时间循环氧化实验中,WZ30显示出较好的抗氧化性和组织稳定性。
本文通过热力学计算和实验验证优化了W、Mo、Co、Cr、Al、Ta等元素在单晶高温合金中的含量,设计了Re含量为5 wt%的新型单晶高温合金WZ30,并与典型二代、三代单晶高温合金进行了比较。结果表明,WZ30经热处理后获得均匀的γ′相显微组织,在760℃、980℃和1100℃下WZ30的屈服强度分别为938MPa、639MPa和436MPa,温度高于1000℃时拉伸性能优于二代单晶高温合金。在980℃/250MPa和1100℃/137MPa实验条件下,WZ30的持久寿命分别为642h和254h,持久寿命明显优于二代单晶高温合金。WZ30的低周疲劳寿命在980℃下明显优于二代单晶高温合金DD6。在高温长时间循环氧化实验中,WZ30显示出较好的抗氧化性和组织稳定性。
2021, 50(11):4003-4009.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200859
摘要:
本文采用ALTSAB技术,选用SnAg3.5Ti2钎料,实现了可伐合金4J29与浮法玻璃的有效连接。研究了电压、温度对界面微观结构和剪切强度的影响,并探究了连接形成的机制。研究结果表明：随着电压和温度的升高,玻璃与钎料界面平直无显著变化,界面形成新的化学键≡Si-O-Ti和≡Si-O-Sn,发生氧化反应生成TiO、SnO; 钎料与合金侧有反应溶解现象,可伐合金侧生成了FeSn2相,钎料中分布着一些细长棒状和针状的Ni3Sn4相,分析认为：钠离子耗尽层的产生以及Ti2+、Sn2+向玻璃基体中的扩散是形成有效连接的关键。接头剪切强度随电压和温度的升高而增大,当电压为1000V、温度400℃时,最大剪切强度为12.5Mpa。
本文采用ALTSAB技术,选用SnAg3.5Ti2钎料,实现了可伐合金4J29与浮法玻璃的有效连接。研究了电压、温度对界面微观结构和剪切强度的影响,并探究了连接形成的机制。研究结果表明：随着电压和温度的升高,玻璃与钎料界面平直无显著变化,界面形成新的化学键≡Si-O-Ti和≡Si-O-Sn,发生氧化反应生成TiO、SnO; 钎料与合金侧有反应溶解现象,可伐合金侧生成了FeSn2相,钎料中分布着一些细长棒状和针状的Ni3Sn4相,分析认为：钠离子耗尽层的产生以及Ti2+、Sn2+向玻璃基体中的扩散是形成有效连接的关键。接头剪切强度随电压和温度的升高而增大,当电压为1000V、温度400℃时,最大剪切强度为12.5Mpa。
2021, 50(11):4010-4014.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200867
摘要:
摘 要: 采用水热法制备纯ZnO、Cu-ZnO、S-ZnO及(Cu,S)-ZnO纳米粒。通过X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶型结构和表面形貌进行表征分析。利用电化学工作站测定其电化学性能。此外，以亚甲基兰溶液模拟废水，研究其光电催化性能。结果表明，掺杂剂的加入并没有改变其晶体结构，但晶粒尺寸明显变小，表面积增大，表面分布较为均匀。掺杂后，电极的电催化活性明显提高。其中，(Cu,S)-ZnO纳米粒的电化学性能最好，对亚甲基兰溶液的降解率最高，可达87.69%。
摘 要: 采用水热法制备纯ZnO、Cu-ZnO、S-ZnO及(Cu,S)-ZnO纳米粒。通过X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶型结构和表面形貌进行表征分析。利用电化学工作站测定其电化学性能。此外，以亚甲基兰溶液模拟废水，研究其光电催化性能。结果表明，掺杂剂的加入并没有改变其晶体结构，但晶粒尺寸明显变小，表面积增大，表面分布较为均匀。掺杂后，电极的电催化活性明显提高。其中，(Cu,S)-ZnO纳米粒的电化学性能最好，对亚甲基兰溶液的降解率最高，可达87.69%。
2021, 50(11):4015-4022.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200872
摘要:
利用放电等离子烧结（SPS）技术制备了中间致密、表面多孔的Ti-13Nb-13Zr梯度合金，研究了烧结温度（950~1200 ℃）对梯度合金组织演变、界面结合、表面孔隙特征、力学及体外矿化性能的影响。结果表明：随烧结温度的逐步上升，梯度合金中α-Ti相减少，β-Ti相增多，组织逐渐连续均匀分布，晶粒得到细化，中间基体与多孔层界面呈连续过渡且形成良好的冶金结合，表面多孔层孔隙率下降而平均孔径减小；梯度合金抗压强度值随烧结温度升高呈先增大后降低趋势，而弹性模量值变化不大；综合分析，烧结温度为1150 ℃时，制备的表面多孔梯度合金不仅具有良好的力学性能（抗压强度893MPa，弹性模量16GPa），而且具有适宜的孔隙参数（孔隙率34.7%，平均孔径340.9μm）及优异的类骨磷灰石形成能力与体外矿化性能。
利用放电等离子烧结（SPS）技术制备了中间致密、表面多孔的Ti-13Nb-13Zr梯度合金，研究了烧结温度（950~1200 ℃）对梯度合金组织演变、界面结合、表面孔隙特征、力学及体外矿化性能的影响。结果表明：随烧结温度的逐步上升，梯度合金中α-Ti相减少，β-Ti相增多，组织逐渐连续均匀分布，晶粒得到细化，中间基体与多孔层界面呈连续过渡且形成良好的冶金结合，表面多孔层孔隙率下降而平均孔径减小；梯度合金抗压强度值随烧结温度升高呈先增大后降低趋势，而弹性模量值变化不大；综合分析，烧结温度为1150 ℃时，制备的表面多孔梯度合金不仅具有良好的力学性能（抗压强度893MPa，弹性模量16GPa），而且具有适宜的孔隙参数（孔隙率34.7%，平均孔径340.9μm）及优异的类骨磷灰石形成能力与体外矿化性能。
2021, 50(11):4023-4030.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200877
摘要:
以无纬布/网胎0°/90°叠层穿刺预制体为增强体,采用化学气相渗(Chemical vapor infiltration,CVI)、树脂浸渍碳化(Polymer infiltration carbonization,PIC)与反应熔渗(Reactive melt infiltration,RMI)复合工艺制备穿刺C/C-SiC复合材料,研究其微观组织及在C2H2-O2焰中的烧蚀行为。结果表明：无纬布、穿刺纤维束由CVI+PIC制备的碳基体填充而形成致密C/C区域,RMI生成的SiC主要位于网胎层中,其含量37.3wt%。复合材料表面因过量硅化而形成了SiC富集层。烧蚀距离20mm、O2:C2H2=2:1时,烧蚀600s后材料X-Y、Z向线烧蚀率分别为：0.8×10-4 mm/s、3.6×10-4 mm/s,比PIP工艺制备C/C-SiC材料烧蚀率小一个数量级。烧蚀面SiC富集层保护及被动氧化作用是材料具有优异抗氧化烧蚀性能的主要原因。随烧蚀距离由20mm向10mm减小,复合材料烧蚀率先缓慢变化后快速增大,烧蚀率快速增长阶段复合材料发生主动氧化烧蚀。
以无纬布/网胎0°/90°叠层穿刺预制体为增强体,采用化学气相渗(Chemical vapor infiltration,CVI)、树脂浸渍碳化(Polymer infiltration carbonization,PIC)与反应熔渗(Reactive melt infiltration,RMI)复合工艺制备穿刺C/C-SiC复合材料,研究其微观组织及在C2H2-O2焰中的烧蚀行为。结果表明：无纬布、穿刺纤维束由CVI+PIC制备的碳基体填充而形成致密C/C区域,RMI生成的SiC主要位于网胎层中,其含量37.3wt%。复合材料表面因过量硅化而形成了SiC富集层。烧蚀距离20mm、O2:C2H2=2:1时,烧蚀600s后材料X-Y、Z向线烧蚀率分别为：0.8×10-4 mm/s、3.6×10-4 mm/s,比PIP工艺制备C/C-SiC材料烧蚀率小一个数量级。烧蚀面SiC富集层保护及被动氧化作用是材料具有优异抗氧化烧蚀性能的主要原因。随烧蚀距离由20mm向10mm减小,复合材料烧蚀率先缓慢变化后快速增大,烧蚀率快速增长阶段复合材料发生主动氧化烧蚀。
2021, 50(11):4031-4036.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200883
摘要:
采用电弧熔炼制备了AlCrCuFeNbxNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金,研究不同Nb含量对AlCrCuFeNbxNiTi高熵合金显微组织和力学性能的影响。研究表明：AlCrCuFeNbxNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金物相主要包含有序FCC的L21相和Laves相,还有少量的BCC(A2)和FCC相；Nb元素的添加能促进Laves相的生成且对Cu元素的偏析具有一定的抑制效果；通过相判据参数计算找到了适合AlCrCuFeNbxNiTi高熵合金的相形成判据；添加适量的Nb元素能够改善AlCrCuFeNiTi六元高熵合金的力学性能；AlCrCuFeNb0.5NiTi 高熵合金具有较好的综合力学性能,抗压强度达到1587.4 MPa,硬度达到568.8 HV；Nb元素含量过高时会形成过多的Laves相使合金表现出过早脆化现象。
采用电弧熔炼制备了AlCrCuFeNbxNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金,研究不同Nb含量对AlCrCuFeNbxNiTi高熵合金显微组织和力学性能的影响。研究表明：AlCrCuFeNbxNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金物相主要包含有序FCC的L21相和Laves相,还有少量的BCC(A2)和FCC相；Nb元素的添加能促进Laves相的生成且对Cu元素的偏析具有一定的抑制效果；通过相判据参数计算找到了适合AlCrCuFeNbxNiTi高熵合金的相形成判据；添加适量的Nb元素能够改善AlCrCuFeNiTi六元高熵合金的力学性能；AlCrCuFeNb0.5NiTi 高熵合金具有较好的综合力学性能,抗压强度达到1587.4 MPa,硬度达到568.8 HV；Nb元素含量过高时会形成过多的Laves相使合金表现出过早脆化现象。
2021, 50(11):4037-4044.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200884
摘要:
玉米秸穰 (CSC) 是一种低成本、可持续的生物质资源,由于天然的多孔结构,可用作过滤材料。利用简易的化学沉淀法在秸穰上负载ZnO纳米粒子 (ZnO NPs),用于水体的净化杀菌。不同锌源对ZnO NPs的生长形态和化学特性有显著影响,从而产生多种抗菌活性。以乙酸锌为锌源制备的复合滤柱显示出较优异的抗菌效果,在过滤5 min后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到了94.5%和90.5%。分析其抗菌机理推测为CSC的分级多孔结构对细菌有一定的截留作用,继而使细菌与纳米粒子发生物理摩擦以及与活性氧 (ROS) 和水合锌离子产生化学反应,使其细胞膜受损、细胞内成分渗漏最终导致细菌死亡。
玉米秸穰 (CSC) 是一种低成本、可持续的生物质资源,由于天然的多孔结构,可用作过滤材料。利用简易的化学沉淀法在秸穰上负载ZnO纳米粒子 (ZnO NPs),用于水体的净化杀菌。不同锌源对ZnO NPs的生长形态和化学特性有显著影响,从而产生多种抗菌活性。以乙酸锌为锌源制备的复合滤柱显示出较优异的抗菌效果,在过滤5 min后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到了94.5%和90.5%。分析其抗菌机理推测为CSC的分级多孔结构对细菌有一定的截留作用,继而使细菌与纳米粒子发生物理摩擦以及与活性氧 (ROS) 和水合锌离子产生化学反应,使其细胞膜受损、细胞内成分渗漏最终导致细菌死亡。
2021, 50(11):4045-4050.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200887
摘要:
超级电容器具有比电容高、循环寿命长和绿色无污染的特点,其优异的电化学性能备受关注。本文水热合成了NiMoO4/g-C3N4复合粉体,并将粉体涂覆在泡沫镍上制备了NiMoO4/g-C3N4电极材料。结果表明,NiMoO4/g-C3N4粉体形貌主要为NiMoO4纳米棒和团状g-C3N4,且NiMoO4纳米棒生长在g-C3N4纳米片上。在NiMoO4中加入30at%的g-C3N4能降低电容体系的等效串联电阻和扩散阻抗,有利于氧化还原反应的进行。相比于其他g-C3N4含量的电极材料,g-C3N4含量为30at%的NiMoO4/g-C3N4电极材料具有更高的比电容(584.3F/g)和更好的倍率特性。
超级电容器具有比电容高、循环寿命长和绿色无污染的特点,其优异的电化学性能备受关注。本文水热合成了NiMoO4/g-C3N4复合粉体,并将粉体涂覆在泡沫镍上制备了NiMoO4/g-C3N4电极材料。结果表明,NiMoO4/g-C3N4粉体形貌主要为NiMoO4纳米棒和团状g-C3N4,且NiMoO4纳米棒生长在g-C3N4纳米片上。在NiMoO4中加入30at%的g-C3N4能降低电容体系的等效串联电阻和扩散阻抗,有利于氧化还原反应的进行。相比于其他g-C3N4含量的电极材料,g-C3N4含量为30at%的NiMoO4/g-C3N4电极材料具有更高的比电容(584.3F/g)和更好的倍率特性。
2021, 50(11):4051-4058.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200889
摘要:
本文主要是研究时效处理温度和时效保温时间对7075铝合金激光焊接头组织和性能的变化规律，使用扫描电镜观察焊接过程中形成的链条状的T相随着保温时间的延长，逐渐熔断进入基体，时效处理温度120 ℃保温24hT相呈均匀分布的球状，减少了其对基体的割裂作用。通过TEM和SADE图可以看出[011]Al、[12]Al、[001]Al晶带轴均析出纳米级强化相η"相，阻碍位错运动提高焊缝的力学性能，随着时间的延长η"相尺寸、分布密度发生变化，逐渐变成η相。通过对比显微硬度和抗拉强度，时效处理温度120 ℃保温24h时7075铝合金激光焊接头的力学性能最好。
本文主要是研究时效处理温度和时效保温时间对7075铝合金激光焊接头组织和性能的变化规律，使用扫描电镜观察焊接过程中形成的链条状的T相随着保温时间的延长，逐渐熔断进入基体，时效处理温度120 ℃保温24hT相呈均匀分布的球状，减少了其对基体的割裂作用。通过TEM和SADE图可以看出[011]Al、[12]Al、[001]Al晶带轴均析出纳米级强化相η"相，阻碍位错运动提高焊缝的力学性能，随着时间的延长η"相尺寸、分布密度发生变化，逐渐变成η相。通过对比显微硬度和抗拉强度，时效处理温度120 ℃保温24h时7075铝合金激光焊接头的力学性能最好。
2021, 50(11):4059.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200882
摘要:
当前主流的镀层沉积技术中,电弧离子镀因镀料熔融喷溅脱靶致镀料中夹杂微米尺度高温颗粒,易使镀层表面粗糙和基体高温损伤；直流磁控溅射因镀料碰撞溅射脱靶致离化率低,易使镀层厚度不均和组织疏松。为解决以上技术缺点,依据气体放电等离子体物理学知识,采用新型阶梯式双级脉冲电场诱发阴极靶材与阳极腔体间气体微弧放电,依靠微弧放电后产生的高密度等离子体,增强Ar+对靶面的轰击动能和靶面产生的焦耳热,实现镀料由碰撞溅射脱靶向热发射脱靶的转变,并以此提高镀料的离化率,达到改善镀层结构的目的。实验结果表明：双级脉冲电场诱发的气体微弧放电呈现出耀眼白光,而靶面形貌则表现出高低起伏的凹坑和水流波纹,其靶面形貌不同于镀料碰撞溅射脱靶后的多边形凹坑,说明靶面局部区域的镀料以热发射方式脱靶。同时,在双级脉冲电场下制备的TiN镀层具有较为致密的组织结构,沉积速率可达51nm/min。
当前主流的镀层沉积技术中,电弧离子镀因镀料熔融喷溅脱靶致镀料中夹杂微米尺度高温颗粒,易使镀层表面粗糙和基体高温损伤；直流磁控溅射因镀料碰撞溅射脱靶致离化率低,易使镀层厚度不均和组织疏松。为解决以上技术缺点,依据气体放电等离子体物理学知识,采用新型阶梯式双级脉冲电场诱发阴极靶材与阳极腔体间气体微弧放电,依靠微弧放电后产生的高密度等离子体,增强Ar+对靶面的轰击动能和靶面产生的焦耳热,实现镀料由碰撞溅射脱靶向热发射脱靶的转变,并以此提高镀料的离化率,达到改善镀层结构的目的。实验结果表明：双级脉冲电场诱发的气体微弧放电呈现出耀眼白光,而靶面形貌则表现出高低起伏的凹坑和水流波纹,其靶面形貌不同于镀料碰撞溅射脱靶后的多边形凹坑,说明靶面局部区域的镀料以热发射方式脱靶。同时,在双级脉冲电场下制备的TiN镀层具有较为致密的组织结构,沉积速率可达51nm/min。
2021, 50(11):4066-4072.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200910
摘要:
采用真空热压制备了三维连续网络Ti2AlC/TiAl复合材料,在明晰其高温氧化行为的基础上,利用摩擦磨损试验机对复合材料的高温氧化磨损行为及其机理进行了研究。结果表明,高温氧化条件下,复合材料表面在600℃以下生成Al2O3藓状氧化物,在800℃时生成TiO2聚集团以及TiO2和Al2O3的氧化物混合层；随着温度的升高,氧化膜的润滑作用使得摩擦系数降至0.3237,基材的软化与TiO2聚集团的突出生长使得磨损速率逐渐升至4.5×10-4mm3/(N.m),磨损机理由磨粒磨损转变为磨粒磨损与氧化磨损的混合磨损。
采用真空热压制备了三维连续网络Ti2AlC/TiAl复合材料,在明晰其高温氧化行为的基础上,利用摩擦磨损试验机对复合材料的高温氧化磨损行为及其机理进行了研究。结果表明,高温氧化条件下,复合材料表面在600℃以下生成Al2O3藓状氧化物,在800℃时生成TiO2聚集团以及TiO2和Al2O3的氧化物混合层；随着温度的升高,氧化膜的润滑作用使得摩擦系数降至0.3237,基材的软化与TiO2聚集团的突出生长使得磨损速率逐渐升至4.5×10-4mm3/(N.m),磨损机理由磨粒磨损转变为磨粒磨损与氧化磨损的混合磨损。
2021, 50(11):4073-4078.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200893
摘要:
化学气相沉积法（CVD）制备的金属纯钨在不同表面存在较大的晶粒尺寸差异。从氧化膜层的成长规律、相组成及微观结构方面，研究了在干燥空气、800℃下晶粒尺寸对CVD钨高温氧化行为的影响。结果表明：不同表面氧化膜层厚度的差异是由于细晶粒纯钨在氧化时能更快地形成氧化膜，促进生成连续致密的氧化膜，提高了钨的抗氧化性能，晶粒尺寸对钨的氧化行为影响是正效应。随着细晶区的钨全部被氧化，此时表面和顶面的晶粒尺寸相同，底面和顶面的氧化速率趋于一致，此外，沉积层的氧化速率由于边缘效应的影响而明显增加。
化学气相沉积法（CVD）制备的金属纯钨在不同表面存在较大的晶粒尺寸差异。从氧化膜层的成长规律、相组成及微观结构方面，研究了在干燥空气、800℃下晶粒尺寸对CVD钨高温氧化行为的影响。结果表明：不同表面氧化膜层厚度的差异是由于细晶粒纯钨在氧化时能更快地形成氧化膜，促进生成连续致密的氧化膜，提高了钨的抗氧化性能，晶粒尺寸对钨的氧化行为影响是正效应。随着细晶区的钨全部被氧化，此时表面和顶面的晶粒尺寸相同，底面和顶面的氧化速率趋于一致，此外，沉积层的氧化速率由于边缘效应的影响而明显增加。
2021, 50(11):4079-4088.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200900
摘要:
使用OM、SEM和TEM等方法研究了0~0.46wt.%Nb对固溶态和时效态15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢(15-15Ti)中析出相类型、形貌及其分布的影响。结果表明,Nb取代了(Ti,Mo)C相中部分Ti、Mo原子,在0.21wt.%Nb和0.46wt.%Nb合金中形成富Nb的(Nb,Ti)C相,而且Nb含量的增加使固溶态的奥氏体基体组织细化。在850 ℃时效1000h后,组织中有sigma相、MC碳化物析出,Nb的增加促进了 Nb、Mo元素在sigma相中的富集,促使sigma相更为细小、弥散析出。固溶态和时效态试样的室温、650 ℃拉伸结果表明,在0~0.46 wt.% Nb范围内,Nb含量的增加对固溶态合金室温和高温拉伸性能影响较小,而Nb促进析出的sigma相对时效态合金的拉伸性能影响较小。
使用OM、SEM和TEM等方法研究了0~0.46wt.%Nb对固溶态和时效态15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢(15-15Ti)中析出相类型、形貌及其分布的影响。结果表明,Nb取代了(Ti,Mo)C相中部分Ti、Mo原子,在0.21wt.%Nb和0.46wt.%Nb合金中形成富Nb的(Nb,Ti)C相,而且Nb含量的增加使固溶态的奥氏体基体组织细化。在850 ℃时效1000h后,组织中有sigma相、MC碳化物析出,Nb的增加促进了 Nb、Mo元素在sigma相中的富集,促使sigma相更为细小、弥散析出。固溶态和时效态试样的室温、650 ℃拉伸结果表明,在0~0.46 wt.% Nb范围内,Nb含量的增加对固溶态合金室温和高温拉伸性能影响较小,而Nb促进析出的sigma相对时效态合金的拉伸性能影响较小。
2021, 50(11):4089-4094.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200902
摘要:
针对聚变装置中钨材料的性能评价问题,采用四点弯曲试验(4PBT)方法对钨材料的韧脆转变温度(DBTT)进行了测试和分析。首先,基于对四点弯曲过程的应变率和强度随温度变化的分析获得了商用轧制纯钨的DBTT。结果表明,用标准四点弯曲法测得的工业轧制纯钨的DBTT值在150℃以下,低于相同材料的拉伸试验和冲击试验的测量值。然后对比不同加载速率的4PBT和拉伸试验的结果,证实了不同的DBTT测试方法的加载速率依赖性。最后,对测试方法影响DBTT测量的原因进行了分析和讨论。
针对聚变装置中钨材料的性能评价问题,采用四点弯曲试验(4PBT)方法对钨材料的韧脆转变温度(DBTT)进行了测试和分析。首先,基于对四点弯曲过程的应变率和强度随温度变化的分析获得了商用轧制纯钨的DBTT。结果表明,用标准四点弯曲法测得的工业轧制纯钨的DBTT值在150℃以下,低于相同材料的拉伸试验和冲击试验的测量值。然后对比不同加载速率的4PBT和拉伸试验的结果,证实了不同的DBTT测试方法的加载速率依赖性。最后,对测试方法影响DBTT测量的原因进行了分析和讨论。
2021, 50(11):4095-4102.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200905
摘要:
铝合金时效成形方法结合了合金的蠕变松弛和析出强化作用,作为一种先进的整体壁板制造技术倍受航空制造业青睐。7xxx系铝合金在时效成形过程中的应力松弛行为受到合金内析出相与位错蠕变交互作用的影响从而制约着成形后零件质量与性能。本文采用设计的应力松弛试验研究了不同时效态(固溶态,欠时效态和峰时效态)7050铝合金内析出相对时效成形过程中应力松弛行为的影响,并通过位错热激活动力学参数计算和显微组织表征分析析出相与位错运动的交互作用。结果表明时效成形过程中析出相对位错热激活运动有明显地阻碍作用,因此含有不同尺度析出相铝合金的应力松弛行为表现不同,随着析出相尺度的增加合金应力松弛速率减缓,应力松弛极限增大。不同时效态7050铝合金位错激活体积计算和显微组织表征结果都证明了应力松弛过程中析出相增大对位错运动的阻碍作用也越显著。峰时效态7050铝合金的位错激活体积最大,时效成形后塑性应变的转化率最低。此外,时效成形过程中,7050铝合金内析出相对位错热激活的阻碍作用引起了槛应力现象,且随着析出相的增大槛应力也逐渐增大。
铝合金时效成形方法结合了合金的蠕变松弛和析出强化作用,作为一种先进的整体壁板制造技术倍受航空制造业青睐。7xxx系铝合金在时效成形过程中的应力松弛行为受到合金内析出相与位错蠕变交互作用的影响从而制约着成形后零件质量与性能。本文采用设计的应力松弛试验研究了不同时效态(固溶态,欠时效态和峰时效态)7050铝合金内析出相对时效成形过程中应力松弛行为的影响,并通过位错热激活动力学参数计算和显微组织表征分析析出相与位错运动的交互作用。结果表明时效成形过程中析出相对位错热激活运动有明显地阻碍作用,因此含有不同尺度析出相铝合金的应力松弛行为表现不同,随着析出相尺度的增加合金应力松弛速率减缓,应力松弛极限增大。不同时效态7050铝合金位错激活体积计算和显微组织表征结果都证明了应力松弛过程中析出相增大对位错运动的阻碍作用也越显著。峰时效态7050铝合金的位错激活体积最大,时效成形后塑性应变的转化率最低。此外,时效成形过程中,7050铝合金内析出相对位错热激活的阻碍作用引起了槛应力现象,且随着析出相的增大槛应力也逐渐增大。
2021, 50(11):4103-4112.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200908
摘要:
蛋盒型结构是一种新型的周期性单胞轻质结构，该结构具有低密度、高比强度和吸能能力强等特性。本文通过有限元法建立了平面蛋盒型夹芯板与曲面蛋盒型夹心板的落锤冲击模型，对比分析了其抗冲击特性，并且对不同条件下的蛋盒型结构的动态压缩力学性能进行对比分析。结果表明：受到冲击时的夹芯板会经历三个阶段，其中压缩阶段为主要的吸能阶段，通过将冲击动能转变为夹芯板的塑性耗散能来达到缓冲吸能的目的，同时这些特性依赖于成型高度以及上下面板厚度等结构参数，单胞结构成型高度为6mm、单胞周期为20mm、上下面板板厚为0.5mm、曲率半径为400mm时，复合蛋盒型夹芯板具有更好地力学性能。
蛋盒型结构是一种新型的周期性单胞轻质结构，该结构具有低密度、高比强度和吸能能力强等特性。本文通过有限元法建立了平面蛋盒型夹芯板与曲面蛋盒型夹心板的落锤冲击模型，对比分析了其抗冲击特性，并且对不同条件下的蛋盒型结构的动态压缩力学性能进行对比分析。结果表明：受到冲击时的夹芯板会经历三个阶段，其中压缩阶段为主要的吸能阶段，通过将冲击动能转变为夹芯板的塑性耗散能来达到缓冲吸能的目的，同时这些特性依赖于成型高度以及上下面板厚度等结构参数，单胞结构成型高度为6mm、单胞周期为20mm、上下面板板厚为0.5mm、曲率半径为400mm时，复合蛋盒型夹芯板具有更好地力学性能。
2021, 50(11):4113-4118.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200918
摘要:
本文利用磁控溅射成功制备了Ti/ZrCo/Ti、ZrCo/Ti/ZrCo/Ti多层复合薄膜,研究了复合薄膜的微观结构与贮氢性能,深入探讨了所制备复合膜作为氘氚中子发生器氚靶部件的应用可能性。结果表明,所制备的多层复合薄膜是由ZrCo相和Ti相组成,各膜层间的界面清晰可辨。相比ZrCo 等单层薄膜,夹层Ti的引入不仅显著提升了复合薄膜的吸氢量,还使薄膜氢化物的具有较高的稳定性。更可喜的是所制备ZrCo/Ti储氚复合膜未发生明显歧化反应。本工作所构建的ZrCo、Ti相互交替的多层复合膜结构,拓展了ZrCo合金的应用领域,可为高容量、高热稳定性新型复合膜氚靶材料的设计开发提供了重要参考。
本文利用磁控溅射成功制备了Ti/ZrCo/Ti、ZrCo/Ti/ZrCo/Ti多层复合薄膜,研究了复合薄膜的微观结构与贮氢性能,深入探讨了所制备复合膜作为氘氚中子发生器氚靶部件的应用可能性。结果表明,所制备的多层复合薄膜是由ZrCo相和Ti相组成,各膜层间的界面清晰可辨。相比ZrCo 等单层薄膜,夹层Ti的引入不仅显著提升了复合薄膜的吸氢量,还使薄膜氢化物的具有较高的稳定性。更可喜的是所制备ZrCo/Ti储氚复合膜未发生明显歧化反应。本工作所构建的ZrCo、Ti相互交替的多层复合膜结构,拓展了ZrCo合金的应用领域,可为高容量、高热稳定性新型复合膜氚靶材料的设计开发提供了重要参考。
2021, 50(11):4119-4127.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200914
摘要:
以触变挤压锡青铜轴套零件为材料进行退火处理,研究退火温度对触变挤压锡青铜轴套零件微观组织、元素分布、磨损性能和力学性能的影响规律。结果表明经过退火处理后,Sn、P元素可以从液相中扩散到固相Cu基体中形成α-Cu固溶体,随着退火温度的增加,平均晶粒尺寸逐渐增加,形状因子先减小后增加,布氏硬度先增加后减小,磨损率和摩擦系数先增加后降低,抗拉强度和延伸率先升高后降低。500 ℃退火120 min时锡青铜轴套微观组织和综合性能最好,形状因子为1.26,平均晶粒尺寸为75.2 μm,抗拉强度为423 MPa,延伸率为6.6%。布氏硬度为141 HBW,磨损率为6%,摩擦系数为0.48。
以触变挤压锡青铜轴套零件为材料进行退火处理,研究退火温度对触变挤压锡青铜轴套零件微观组织、元素分布、磨损性能和力学性能的影响规律。结果表明经过退火处理后,Sn、P元素可以从液相中扩散到固相Cu基体中形成α-Cu固溶体,随着退火温度的增加,平均晶粒尺寸逐渐增加,形状因子先减小后增加,布氏硬度先增加后减小,磨损率和摩擦系数先增加后降低,抗拉强度和延伸率先升高后降低。500 ℃退火120 min时锡青铜轴套微观组织和综合性能最好,形状因子为1.26,平均晶粒尺寸为75.2 μm,抗拉强度为423 MPa,延伸率为6.6%。布氏硬度为141 HBW,磨损率为6%,摩擦系数为0.48。
2021, 50(11):4128-4134.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200934
摘要:
通过铜模喷铸法制备了含有少量纳米晶的Ti45Zr35Cu5Ni15大块非晶合金。利用分离式霍普金森杆(SHPB)分别对试样进行室温(25℃)、-80℃和液氮温度(-196℃)三种不同温度环境下的高应变率加载动态压缩实验,结合带有能谱的场发射扫描电镜(SEM)观察材料压缩断口的形貌特征。对比分析发现：材料在-80℃下的动态最大抗压强度以及塑性变形最高,最大抗压强度达到2378MPa,塑性应变达到12%,强韧性配合优异,在材料断口形貌中发现了独特的褶皱特征；材料在室温以及液氮温度下的力学性能相近,最大抗压强度在1600MPa左右,塑性应变达到8%左右,断口中出现了大量的河流花样。材料在室温下表现为应变软化,在低温下表现出一定程度的应变率强化效应。
通过铜模喷铸法制备了含有少量纳米晶的Ti45Zr35Cu5Ni15大块非晶合金。利用分离式霍普金森杆(SHPB)分别对试样进行室温(25℃)、-80℃和液氮温度(-196℃)三种不同温度环境下的高应变率加载动态压缩实验,结合带有能谱的场发射扫描电镜(SEM)观察材料压缩断口的形貌特征。对比分析发现：材料在-80℃下的动态最大抗压强度以及塑性变形最高,最大抗压强度达到2378MPa,塑性应变达到12%,强韧性配合优异,在材料断口形貌中发现了独特的褶皱特征；材料在室温以及液氮温度下的力学性能相近,最大抗压强度在1600MPa左右,塑性应变达到8%左右,断口中出现了大量的河流花样。材料在室温下表现为应变软化,在低温下表现出一定程度的应变率强化效应。
2021, 50(11):4135-4140.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200927
摘要:
以(Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mn0.125)100-xBx (x=8-16, at.%)合金为研究对象,采用真空电弧熔炼、真空水冷铜模吸铸和真空熔融甩带的方法制备出该系列合金的铸锭、细棒和带材。研究不同B含量对Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mn0.125高熵合金在不同铸造工艺条件下的相组成、显微组织演变和力学性能变化。结果表明通过控制B含量和冷却速率,能够实现该体系高熵合金从fcc结构向非晶结构转变,制备出伪高熵合金。并且在相同的铸造工艺下,B含量的增加能细化晶粒,从而使得合金的强度和硬度随B含量增加而增大。
以(Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mn0.125)100-xBx (x=8-16, at.%)合金为研究对象,采用真空电弧熔炼、真空水冷铜模吸铸和真空熔融甩带的方法制备出该系列合金的铸锭、细棒和带材。研究不同B含量对Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mn0.125高熵合金在不同铸造工艺条件下的相组成、显微组织演变和力学性能变化。结果表明通过控制B含量和冷却速率,能够实现该体系高熵合金从fcc结构向非晶结构转变,制备出伪高熵合金。并且在相同的铸造工艺下,B含量的增加能细化晶粒,从而使得合金的强度和硬度随B含量增加而增大。
2021, 50(11):4141-4148.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200929
摘要:
本文采用粉末冶金技术制备了CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金合金，并系统研究了合金的微观组织、力学性能及抗辐照性能，结果表明，采用粉末冶金制备的CrMn0.3FeVCu0.06合金由BCC结构的固溶体基体和FCC结构的第二相颗粒组成，且由于合金的晶粒尺寸和第二相颗粒的尺寸较小，晶界强化和弥散强化效应有效地提高了合金的强度和硬度，此外，由于第二相颗粒为FCC软相，颗粒起到弥散强化的同时又不会严重降低合金的塑性，因此，CrMn0.3FeVCu0.06合金同时具备高强度和优异的塑韧性。CrMn0.3FeVCu0.06合金的D等离子体辐照试验表明，在500 K、40 eV、1×1022 m-2s-1的辐照条件下，合金内部产生辐照气泡需要的临界辐照剂量Φcr大于2.0×1025 m-2，远大于同等辐照条件下在多晶钨中产生气泡的临界剂量，合金的抗辐照鼓泡性能优于传统的多晶钨，且随着辐照剂量的增大，合金表面的辐照气泡尺寸逐渐增大。此外，合金的纳米压痕测试结果表明，辐照温度和剂量对合金辐照硬化效应的作用是相反的，合金的硬度随着剂量的增大而升高，随温度的升高而降低，且由于CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金中存在严重的晶格畸变和迟滞扩散效应，合金的辐照硬化效应对温度变化更敏感。
本文采用粉末冶金技术制备了CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金合金，并系统研究了合金的微观组织、力学性能及抗辐照性能，结果表明，采用粉末冶金制备的CrMn0.3FeVCu0.06合金由BCC结构的固溶体基体和FCC结构的第二相颗粒组成，且由于合金的晶粒尺寸和第二相颗粒的尺寸较小，晶界强化和弥散强化效应有效地提高了合金的强度和硬度，此外，由于第二相颗粒为FCC软相，颗粒起到弥散强化的同时又不会严重降低合金的塑性，因此，CrMn0.3FeVCu0.06合金同时具备高强度和优异的塑韧性。CrMn0.3FeVCu0.06合金的D等离子体辐照试验表明，在500 K、40 eV、1×1022 m-2s-1的辐照条件下，合金内部产生辐照气泡需要的临界辐照剂量Φcr大于2.0×1025 m-2，远大于同等辐照条件下在多晶钨中产生气泡的临界剂量，合金的抗辐照鼓泡性能优于传统的多晶钨，且随着辐照剂量的增大，合金表面的辐照气泡尺寸逐渐增大。此外，合金的纳米压痕测试结果表明，辐照温度和剂量对合金辐照硬化效应的作用是相反的，合金的硬度随着剂量的增大而升高，随温度的升高而降低，且由于CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金中存在严重的晶格畸变和迟滞扩散效应，合金的辐照硬化效应对温度变化更敏感。
2021, 50(11):4149-4156.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200933
摘要:
通过Gleeble-3500 热模拟实验机在950~1150℃，应变速率为0.01~3s-1 条件下的近等温热模拟压缩实验，建立了NiPt 15合金的流变应力-应变曲线及其热加工图。分析了NiPt15合金不同变形阶段的功率耗散情况；阐明了NiPt15合金的损伤失稳机制；基于Prasad 动态材料模型获得了不同应变速率、温度条件下的能量耗散率和失稳系数；研究了应变量、温度和应变速率对于能量耗散率和失稳系数的影响。结果表明：（1）变形温度是影响曲线变化趋势及动态再结晶的主要因素，且变形温度越高，应变速率越低，动态再结晶越充分；（2）加工失稳机制主要包括局部塑性变形、剪切变形带以及开裂，随真应变的增大先发生局部塑性变形，而后由剪切变形带取代，并最终向开裂演变；（3）NiPt15合金较为优异的加工实验条件主要集中在非失稳区，即变形参数1000~1100℃，0.03~0.1s-1以及1100~1130℃，0.01~0.03s-1范围内，并通过显微组织分析对热加工图进行了验证。
通过Gleeble-3500 热模拟实验机在950~1150℃，应变速率为0.01~3s-1 条件下的近等温热模拟压缩实验，建立了NiPt 15合金的流变应力-应变曲线及其热加工图。分析了NiPt15合金不同变形阶段的功率耗散情况；阐明了NiPt15合金的损伤失稳机制；基于Prasad 动态材料模型获得了不同应变速率、温度条件下的能量耗散率和失稳系数；研究了应变量、温度和应变速率对于能量耗散率和失稳系数的影响。结果表明：（1）变形温度是影响曲线变化趋势及动态再结晶的主要因素，且变形温度越高，应变速率越低，动态再结晶越充分；（2）加工失稳机制主要包括局部塑性变形、剪切变形带以及开裂，随真应变的增大先发生局部塑性变形，而后由剪切变形带取代，并最终向开裂演变；（3）NiPt15合金较为优异的加工实验条件主要集中在非失稳区，即变形参数1000~1100℃，0.03~0.1s-1以及1100~1130℃，0.01~0.03s-1范围内，并通过显微组织分析对热加工图进行了验证。
2021, 50(11):4157-4164.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210268
摘要:
为了获得大挤压比Al-Cu-Mg合金高精度等温挤压件，有必要精确控制其均匀的挤压出口温度和变形组织。为此，基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法，采用ABAQUS有限元软件对其等温挤压过程进行模拟。通过热压缩试验获得了Al-Cu-Mg合金在不同温度和应变速率下的真应力-真应变本构关系，建立了一个新的等温挤压过程多场耦合计算模型。通过该模型，研究了挤压速度、坯料温度、模具温度对出口温度的影响规律以及挤压产品温度场、应变速率场的分布特点；并通过开展Al-Cu-Mg合金铸棒等温挤压工艺实验验证了所模拟等温挤压工艺参数的准确性，并对变形材料进行了EBSD分析和力学性能测试。结果表明：0.5mm/s挤压速度可保持模孔温度基本恒定，其中坯料温度450℃，挤压筒430℃，以及模具温度为400℃，挤压后试样的晶粒明显细化，择优排列形成平行于挤压方向的＜111＞丝织构，表现出优异的拉伸性能。
为了获得大挤压比Al-Cu-Mg合金高精度等温挤压件，有必要精确控制其均匀的挤压出口温度和变形组织。为此，基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法，采用ABAQUS有限元软件对其等温挤压过程进行模拟。通过热压缩试验获得了Al-Cu-Mg合金在不同温度和应变速率下的真应力-真应变本构关系，建立了一个新的等温挤压过程多场耦合计算模型。通过该模型，研究了挤压速度、坯料温度、模具温度对出口温度的影响规律以及挤压产品温度场、应变速率场的分布特点；并通过开展Al-Cu-Mg合金铸棒等温挤压工艺实验验证了所模拟等温挤压工艺参数的准确性，并对变形材料进行了EBSD分析和力学性能测试。结果表明：0.5mm/s挤压速度可保持模孔温度基本恒定，其中坯料温度450℃，挤压筒430℃，以及模具温度为400℃，挤压后试样的晶粒明显细化，择优排列形成平行于挤压方向的＜111＞丝织构，表现出优异的拉伸性能。
2021, 50(11):4165-4173.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200890
摘要:
镍钛形状记忆合金(NiTi-SMA)具有较好的耐腐蚀和机械性能,在口腔和临床医学中有着大量而广泛的应用。NiTi-SMA腐蚀后释放Ni2+会引发细胞毒性和过敏反应,进一步提高NiTi-SMA的耐蚀性是目前生物医学材料领域发展的核心之一。本文对近年来国内外有关口腔医学和临床医学中常用NiTi-SMA的腐蚀研究现状进行了总结,同时也对NiTi-SMA增材制造及表面改性技术进行了评述,以期为开发高性能抗腐蚀生物医用NiTi-SMA提供一定的指导意义。
镍钛形状记忆合金(NiTi-SMA)具有较好的耐腐蚀和机械性能,在口腔和临床医学中有着大量而广泛的应用。NiTi-SMA腐蚀后释放Ni2+会引发细胞毒性和过敏反应,进一步提高NiTi-SMA的耐蚀性是目前生物医学材料领域发展的核心之一。本文对近年来国内外有关口腔医学和临床医学中常用NiTi-SMA的腐蚀研究现状进行了总结,同时也对NiTi-SMA增材制造及表面改性技术进行了评述,以期为开发高性能抗腐蚀生物医用NiTi-SMA提供一定的指导意义。
2021, 50(11):4174-4184.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200924
摘要:
镍基铸造高温合金具有优异的高温性能，广泛应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件之中。航空发动机涡轮叶片是发动机中工作环境最为恶劣、结构最为复杂的零件之一，在发动机运行过程中所产生的高温交变应力的作用下，合金承受着严重的应力、应变循环损伤，裂纹往往在合金中的薄弱区域形成并扩展，使合金以低周疲劳的模式失效，严重影响了合金的服役寿命，因此对合金低周疲劳性能的研究尤为重要。本文详细阐述了影响镍基铸造高温合金低周疲劳性能的表面缺陷、内部组织及缺陷、晶体取向和低周疲劳试验条件等四方面因素，从位错运动方式和形态变化特点出发，研究了不同温度下镍基铸造合金的变形机制，最后总结了合金低周疲劳寿命预测的应力应变准则、能量准则、损伤累积准则及临界面和临界距离准则。
镍基铸造高温合金具有优异的高温性能，广泛应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件之中。航空发动机涡轮叶片是发动机中工作环境最为恶劣、结构最为复杂的零件之一，在发动机运行过程中所产生的高温交变应力的作用下，合金承受着严重的应力、应变循环损伤，裂纹往往在合金中的薄弱区域形成并扩展，使合金以低周疲劳的模式失效，严重影响了合金的服役寿命，因此对合金低周疲劳性能的研究尤为重要。本文详细阐述了影响镍基铸造高温合金低周疲劳性能的表面缺陷、内部组织及缺陷、晶体取向和低周疲劳试验条件等四方面因素，从位错运动方式和形态变化特点出发，研究了不同温度下镍基铸造合金的变形机制，最后总结了合金低周疲劳寿命预测的应力应变准则、能量准则、损伤累积准则及临界面和临界距离准则。
2021, 50(11):4185-4192.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200921
摘要:
铁磁性记忆合金Ni-Mn-Ga具有可恢复应变大、响应速度快等优点，有望成为一种智能驱动与传感材料。该合金的热学特性、力-磁性能都对化学成分十分敏感。本文综述了Ni-Mn-Ga基马氏体结构转变温度和力-磁性能对化学成分依赖性：明确了马氏体类型、相变温度和居里温度的变化规律；总结了磁晶各向异性能和饱和磁化强度的变化趋势；探究了掺杂元素降低马氏体孪生应力内在机理。最后对Ni-Mn-Ga合金成分设计中存在的问题进行了探讨。
铁磁性记忆合金Ni-Mn-Ga具有可恢复应变大、响应速度快等优点，有望成为一种智能驱动与传感材料。该合金的热学特性、力-磁性能都对化学成分十分敏感。本文综述了Ni-Mn-Ga基马氏体结构转变温度和力-磁性能对化学成分依赖性：明确了马氏体类型、相变温度和居里温度的变化规律；总结了磁晶各向异性能和饱和磁化强度的变化趋势；探究了掺杂元素降低马氏体孪生应力内在机理。最后对Ni-Mn-Ga合金成分设计中存在的问题进行了探讨。
