2021年第50卷第4期文章目次
2021, 50(4):1113-1117.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200598
摘要:
采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对镍基单晶高温合金CMSX-4的凝固行为进行实时观察。并利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对凝固样品的微观形貌和元素偏析特性进行研究。在合金凝固过程中观察到缩松和碳化物的形成。缩松具有有三种形态：方形缩松,五角星形缩松和角形缩松。并讨论了三种缩松的形成机理,缩松的形成机制主要与次级枝晶臂沿不同方向生长所包围的封闭区域的形状有关。另外,发现碳化物由两种形式组成,即絮状碳化物和板条状碳化物。絮状碳化物中富含Hf元素,而Cr元素被富集在板条状碳化物。
采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对镍基单晶高温合金CMSX-4的凝固行为进行实时观察。并利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对凝固样品的微观形貌和元素偏析特性进行研究。在合金凝固过程中观察到缩松和碳化物的形成。缩松具有有三种形态：方形缩松,五角星形缩松和角形缩松。并讨论了三种缩松的形成机理,缩松的形成机制主要与次级枝晶臂沿不同方向生长所包围的封闭区域的形状有关。另外,发现碳化物由两种形式组成,即絮状碳化物和板条状碳化物。絮状碳化物中富含Hf元素,而Cr元素被富集在板条状碳化物。
2021, 50(4):1118-1124.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191068
摘要:
这项工作研究了GH3625合金在900 ℃的SO2酸性环境下的腐蚀行为。通过扫描电子显微镜（SEM），能量色散谱（EDS）和X射线衍射（XRD）研究了腐蚀后试样的表面形态和腐蚀产物。通过SEM，EDS和电子探针微量分析仪（EPMA）检查横截面形态，以观察样品内部的腐蚀。研究结果表明：GH3625合金在酸性气氛下的腐蚀速率随SO2含量的增加而轻微增加。合金表面形成了一层主要是Cr2O3的致密氧化膜，这层氧化层可以有效阻止SO2扩散到合金基体内部。另外，基体内部的铬能够以CrS的形式与硫元素结合，减缓腐蚀。GH3625合金在高温SO2环境中具有优异的耐腐蚀性。
这项工作研究了GH3625合金在900 ℃的SO2酸性环境下的腐蚀行为。通过扫描电子显微镜（SEM），能量色散谱（EDS）和X射线衍射（XRD）研究了腐蚀后试样的表面形态和腐蚀产物。通过SEM，EDS和电子探针微量分析仪（EPMA）检查横截面形态，以观察样品内部的腐蚀。研究结果表明：GH3625合金在酸性气氛下的腐蚀速率随SO2含量的增加而轻微增加。合金表面形成了一层主要是Cr2O3的致密氧化膜，这层氧化层可以有效阻止SO2扩散到合金基体内部。另外，基体内部的铬能够以CrS的形式与硫元素结合，减缓腐蚀。GH3625合金在高温SO2环境中具有优异的耐腐蚀性。
2021, 50(4):1125-1131.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200062
摘要:
为了进一步了解真空电弧重熔(VAR)过程，本文利用开源CFD计算软件OpenFOAM，基于有限体积法(FVM)建立了包括电磁场、温度场和流场的二维多场耦合模型来研究宏观非稳态下的GH4698镍基合金铸锭的凝固过程。结果表明，从坩埚流向自耗电极的电流所引发的磁场主要集中在铸锭的上部，并沿铸锭轴线旋转。磁感应强度由铸锭中心向边缘呈现先增大后减小的趋势，并在电极边缘处达到最大值。热浮力和洛伦兹力是熔池内的主要驱动力，并且它们对熔池流动的影响正好相反。
为了进一步了解真空电弧重熔(VAR)过程，本文利用开源CFD计算软件OpenFOAM，基于有限体积法(FVM)建立了包括电磁场、温度场和流场的二维多场耦合模型来研究宏观非稳态下的GH4698镍基合金铸锭的凝固过程。结果表明，从坩埚流向自耗电极的电流所引发的磁场主要集中在铸锭的上部，并沿铸锭轴线旋转。磁感应强度由铸锭中心向边缘呈现先增大后减小的趋势，并在电极边缘处达到最大值。热浮力和洛伦兹力是熔池内的主要驱动力，并且它们对熔池流动的影响正好相反。
2021, 50(4):1132-1138.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20191063
摘要:
小角度偏离[001]取向的镍基单晶高温合金的蠕变性能受温度、γ?尺寸的大小和应力条件的影响。本文综述了镍基单晶高温合金的[001]取向小角度偏离对蠕变性能的影响。不同程度的偏离引起的不同蠕变性能变化,源于不同的蠕变变形机制。不同的蠕变变形机制对应着引起蠕变率发生的不同临界应力。在中温(760℃-850℃),合金的蠕变性能对[001]取向的角度偏离很敏感,即使角度有一点变化也会引起蠕变性能的很大的差异,但是在温度高于850℃以上小角度的取向偏离对蠕变性能影响不大。γ?尺寸的大小对小角度偏离的合金的蠕变性能的影响受温度的制约。在中温,γ?尺寸的大小变化影响着不同的小角度偏离是否引起蠕变性能的变化,但是在高温γ? 相快速伐化,变形机制和γ?尺寸变化无关。
小角度偏离[001]取向的镍基单晶高温合金的蠕变性能受温度、γ?尺寸的大小和应力条件的影响。本文综述了镍基单晶高温合金的[001]取向小角度偏离对蠕变性能的影响。不同程度的偏离引起的不同蠕变性能变化,源于不同的蠕变变形机制。不同的蠕变变形机制对应着引起蠕变率发生的不同临界应力。在中温(760℃-850℃),合金的蠕变性能对[001]取向的角度偏离很敏感,即使角度有一点变化也会引起蠕变性能的很大的差异,但是在温度高于850℃以上小角度的取向偏离对蠕变性能影响不大。γ?尺寸的大小对小角度偏离的合金的蠕变性能的影响受温度的制约。在中温,γ?尺寸的大小变化影响着不同的小角度偏离是否引起蠕变性能的变化,但是在高温γ? 相快速伐化,变形机制和γ?尺寸变化无关。
2021, 50(4):1247-1253.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200810
摘要:
深入理解高温合金定向凝固杂晶演化具有重要的科学和工程意义,其中枝晶竞争生长是揭示晶界演化与淘汰的关键环节。定向凝固双晶竞争生长的实验研究证实了传统尖端过冷度理论的局限性,定量相场模拟的研究获得了大量统计规律,促进了人们对定向凝固双晶竞争生长的理解。本文在薄板状试样的定向凝固过程中,同时获得了大量的不同取向的枝晶竞争生长,通过拼接金相显微组织同时获得多个晶界的取向演化规律。在多次实验的基础上最终获得实验统计结果,与相场模拟结果基本一致。后续采用商业软件ProCAST的CAFE计算晶粒定向竞争生长晶界演化,统计结果发现与实验结果存在偏差。本次实验研究检验了薄板状试样枝晶竞争生长的统计规律,对认识高温合金定向凝固过程中晶界取向的演化具有重要的意义。
深入理解高温合金定向凝固杂晶演化具有重要的科学和工程意义,其中枝晶竞争生长是揭示晶界演化与淘汰的关键环节。定向凝固双晶竞争生长的实验研究证实了传统尖端过冷度理论的局限性,定量相场模拟的研究获得了大量统计规律,促进了人们对定向凝固双晶竞争生长的理解。本文在薄板状试样的定向凝固过程中,同时获得了大量的不同取向的枝晶竞争生长,通过拼接金相显微组织同时获得多个晶界的取向演化规律。在多次实验的基础上最终获得实验统计结果,与相场模拟结果基本一致。后续采用商业软件ProCAST的CAFE计算晶粒定向竞争生长晶界演化,统计结果发现与实验结果存在偏差。本次实验研究检验了薄板状试样枝晶竞争生长的统计规律,对认识高温合金定向凝固过程中晶界取向的演化具有重要的意义。
2021, 50(4):1254-1262.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200146
摘要:
采用分子动力学方法研究了Ni/Ni3Al的拉伸力学性能。首先模拟了在室温、恒定应变速率环境下γ′强化相的含量对Ni/Ni3Al拉伸力学性能的影响,重点研究了具有三种典型特征的γ′强化相含量下的Ni/Ni3Al微观组织演化。研究结果表明:相比于单晶Ni,γ′强化相可以提高Ni/Ni3Al的抗拉强度,这是因为在塑性变形过程中,随着位错的不断增殖,位错密度逐渐增大,导致位错塞积,增大了位错运动的阻力,提高了抗拉强度。接着研究了温度对Ni/Ni3Al拉伸力学性能的影响,发现Ni/Ni3Al-10 vol%Ni3Al的抗拉强度随着温度的升高呈下降趋势。这是因为随着温度的升高,原子内部动能增大,导致原子热运动越剧烈,原子间的结合力越弱,脱离平衡位置的原子来不及回到平衡位置,FCC结构转变为大量的HCP结构和其他无序原子排列结构,导致晶格畸变,降低了抗拉强度。最后研究了应变速率对Ni/Ni3Al的拉伸力学性能的影响,结果表明,抗拉强度对低应变速率不敏感,对高应变速率敏感。
采用分子动力学方法研究了Ni/Ni3Al的拉伸力学性能。首先模拟了在室温、恒定应变速率环境下γ′强化相的含量对Ni/Ni3Al拉伸力学性能的影响,重点研究了具有三种典型特征的γ′强化相含量下的Ni/Ni3Al微观组织演化。研究结果表明:相比于单晶Ni,γ′强化相可以提高Ni/Ni3Al的抗拉强度,这是因为在塑性变形过程中,随着位错的不断增殖,位错密度逐渐增大,导致位错塞积,增大了位错运动的阻力,提高了抗拉强度。接着研究了温度对Ni/Ni3Al拉伸力学性能的影响,发现Ni/Ni3Al-10 vol%Ni3Al的抗拉强度随着温度的升高呈下降趋势。这是因为随着温度的升高,原子内部动能增大,导致原子热运动越剧烈,原子间的结合力越弱,脱离平衡位置的原子来不及回到平衡位置,FCC结构转变为大量的HCP结构和其他无序原子排列结构,导致晶格畸变,降低了抗拉强度。最后研究了应变速率对Ni/Ni3Al的拉伸力学性能的影响,结果表明,抗拉强度对低应变速率不敏感,对高应变速率敏感。
2021, 50(4):1263-1269.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200099
摘要:
在650°C以及拉压对称三角波、慢拉快压锯齿波和快拉慢压锯齿波三种应变波形下对Inconel 625合金进行了低周疲劳实验,研究了合金在不同应变波形下的低周疲劳变形与断裂行为。结果表明：三种应变波形加载条件下,合金在0.3%~0.7%的外加总应变幅下均呈现循环硬化,其中在慢拉快压锯齿波形下的循环应力幅最高；采用锯齿波形时,由于拉伸蠕变分量和压缩蠕变分量的引入造成合金的疲劳寿命缩短；此外,合金的循环应力和应变之间呈现单斜率线性关系,且其塑性应变幅与弹性应变幅和疲劳寿命之间亦呈线性关系。利用扫描电子显微镜对Inconel 625合金在三种加载波形下的低周疲劳断口形貌进行的观察结果表明,Inconel 625合金的疲劳裂纹萌生和扩展均是以穿晶方式进行的。
在650°C以及拉压对称三角波、慢拉快压锯齿波和快拉慢压锯齿波三种应变波形下对Inconel 625合金进行了低周疲劳实验,研究了合金在不同应变波形下的低周疲劳变形与断裂行为。结果表明：三种应变波形加载条件下,合金在0.3%~0.7%的外加总应变幅下均呈现循环硬化,其中在慢拉快压锯齿波形下的循环应力幅最高；采用锯齿波形时,由于拉伸蠕变分量和压缩蠕变分量的引入造成合金的疲劳寿命缩短；此外,合金的循环应力和应变之间呈现单斜率线性关系,且其塑性应变幅与弹性应变幅和疲劳寿命之间亦呈线性关系。利用扫描电子显微镜对Inconel 625合金在三种加载波形下的低周疲劳断口形貌进行的观察结果表明,Inconel 625合金的疲劳裂纹萌生和扩展均是以穿晶方式进行的。
2021, 50(4):1270-1282.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200105
摘要:
用冷坩埚悬浮熔炼制备了Ni-xPt-25Al（x = 0、10、20、30 at.%）系列合金，利用X射线衍射、同步热分析仪、扫描电镜和光电子能谱仪，分析了Pt的添加对晶体结构的影响，研究了Ni-xPt-25Al合金的氧化动力学曲线，氧化物形貌，以及抗氧化性能。结果表明：随着Pt含量的升高，Pt改性Ni3Al基合金仍保持γ′相。升温过程和短时等温阶段分别符合线性和抛物线氧化物生长动力学规律。Pt有利于氧化物的快速形成，且随Pt含量的增加，氧化膜的完整性和致密性均有所改善。
用冷坩埚悬浮熔炼制备了Ni-xPt-25Al（x = 0、10、20、30 at.%）系列合金，利用X射线衍射、同步热分析仪、扫描电镜和光电子能谱仪，分析了Pt的添加对晶体结构的影响，研究了Ni-xPt-25Al合金的氧化动力学曲线，氧化物形貌，以及抗氧化性能。结果表明：随着Pt含量的升高，Pt改性Ni3Al基合金仍保持γ′相。升温过程和短时等温阶段分别符合线性和抛物线氧化物生长动力学规律。Pt有利于氧化物的快速形成，且随Pt含量的增加，氧化膜的完整性和致密性均有所改善。
2021, 50(4):1283-1295.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200174
摘要:
本文对具有不同晶体取向（0°、45°和90°）的激光增材制造GH4169合金对接接头进行真空电子束焊接试验，分析了两侧母材不同晶体取向差情况下的焊缝金属组织和力学性能。结果表明：GH4169合金电子束焊缝组织的枝晶有明显择优取向，焊缝组织依托母材晶体连续生长，焊缝枝晶择优取向随母材晶体取向的变化而变化，0°和90°取向差焊缝组织呈从母材外延连续生长特性，而45°取向差焊缝枝晶组织出现取向转变。随两侧母材晶体取向差的增大，在焊缝中心区域和熔合线附近大角度晶界含量都呈现出先升高后减小的趋势。拉伸测试结果表明，焊接接头的抗拉强度随两侧母材晶体取向差增大而降低，分别为721.8Mpa、720.7Mpa和702Mpa，均低于母材737.2MPa的抗拉强度。两侧母材不同取向差的焊缝区硬度值均在265HV上下小幅波动。焊缝金属的塑性变形受焊缝各区域晶体取向影响，组织中软取向含量越多， 金属组织变形量越大。焊缝中心线和熔合线在变形过程中的弯曲程度越大，焊接接头塑性越强。
本文对具有不同晶体取向（0°、45°和90°）的激光增材制造GH4169合金对接接头进行真空电子束焊接试验，分析了两侧母材不同晶体取向差情况下的焊缝金属组织和力学性能。结果表明：GH4169合金电子束焊缝组织的枝晶有明显择优取向，焊缝组织依托母材晶体连续生长，焊缝枝晶择优取向随母材晶体取向的变化而变化，0°和90°取向差焊缝组织呈从母材外延连续生长特性，而45°取向差焊缝枝晶组织出现取向转变。随两侧母材晶体取向差的增大，在焊缝中心区域和熔合线附近大角度晶界含量都呈现出先升高后减小的趋势。拉伸测试结果表明，焊接接头的抗拉强度随两侧母材晶体取向差增大而降低，分别为721.8Mpa、720.7Mpa和702Mpa，均低于母材737.2MPa的抗拉强度。两侧母材不同取向差的焊缝区硬度值均在265HV上下小幅波动。焊缝金属的塑性变形受焊缝各区域晶体取向影响，组织中软取向含量越多， 金属组织变形量越大。焊缝中心线和熔合线在变形过程中的弯曲程度越大，焊接接头塑性越强。
2021, 50(4):1296-1303.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200226
摘要:
采用选区激光熔化制备了GH3536合金,并分别进行固溶处理和热等静压处理,研究不同热处理手段对GH3536合金的组织形貌、晶界形态及室温拉伸行为的影响。结果表明：沉积态试样的组织由超细柱状亚晶粒与熔池界组成,存在气孔与微裂纹等缺陷；分别经固溶处理和热等静压处理后,二者致密度上升,组织转变为由大小不等的等轴晶粒交替分布组成,但后者沿晶界析出M23C6相,形成锯齿状的弯曲晶界；沉积态试样的拉伸性能表现出各向异性的特点,固溶处理可消除拉伸性能的各向异性,但抗拉强度和屈服强度均有下降,延伸率明显上升。热等静压态试样与固溶态试样相类似,但其抗拉强度、屈服强度和延伸率均有进一步的提高；三种合金的断裂机制均为微孔聚集型的韧性断裂。
采用选区激光熔化制备了GH3536合金,并分别进行固溶处理和热等静压处理,研究不同热处理手段对GH3536合金的组织形貌、晶界形态及室温拉伸行为的影响。结果表明：沉积态试样的组织由超细柱状亚晶粒与熔池界组成,存在气孔与微裂纹等缺陷；分别经固溶处理和热等静压处理后,二者致密度上升,组织转变为由大小不等的等轴晶粒交替分布组成,但后者沿晶界析出M23C6相,形成锯齿状的弯曲晶界；沉积态试样的拉伸性能表现出各向异性的特点,固溶处理可消除拉伸性能的各向异性,但抗拉强度和屈服强度均有下降,延伸率明显上升。热等静压态试样与固溶态试样相类似,但其抗拉强度、屈服强度和延伸率均有进一步的提高；三种合金的断裂机制均为微孔聚集型的韧性断裂。
2021, 50(4):1304-1310.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200314
摘要:
基于选区激光熔化（SLM）制备Hastelloy X合金的成形原理，通过Fortran语言编写DLUX子程序加载高斯光源，采用有限元分析软件ABAQUS对有限元模型的瞬态温度场和冷却速度进行数值模拟，并用试验对分析结果进行验证。研究了粉末颗粒与高斯光源在成形时的热传递、熔化、金属液流动及凝固过程，结果表明：Hastelloy X合金的微观组织中纵截面呈现鱼鳞状等轴晶，横截面呈现羽毛状柱状晶。SLM成形产生了很大的温度梯度，是一个高冷却速度非平衡动态过程，平均冷速为3.02×106℃/s，在高冷速、细晶强化作用下纵横截面的抗拉强度分别达到了锻造的97%和89%，屈服强度远优于锻造工艺，纵截面呈现高强塑匹配性能，满足了工业行业标准需求。
基于选区激光熔化（SLM）制备Hastelloy X合金的成形原理，通过Fortran语言编写DLUX子程序加载高斯光源，采用有限元分析软件ABAQUS对有限元模型的瞬态温度场和冷却速度进行数值模拟，并用试验对分析结果进行验证。研究了粉末颗粒与高斯光源在成形时的热传递、熔化、金属液流动及凝固过程，结果表明：Hastelloy X合金的微观组织中纵截面呈现鱼鳞状等轴晶，横截面呈现羽毛状柱状晶。SLM成形产生了很大的温度梯度，是一个高冷却速度非平衡动态过程，平均冷速为3.02×106℃/s，在高冷速、细晶强化作用下纵横截面的抗拉强度分别达到了锻造的97%和89%，屈服强度远优于锻造工艺，纵截面呈现高强塑匹配性能，满足了工业行业标准需求。
2021, 50(4):1311-1317.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200324
摘要:
孪晶界面作为低能稳定界面且易在低层错能金属中被调控成为近年来研究的热点,固溶态GH3625合金组织中含有大量退火孪晶组织,本文采用室温原位拉伸结合扫描电子显微镜(SEM)观察和能谱(EDS)分析的方法研究了固溶态GH3625合金组织中孪晶组织演变及断裂行为。结果表明,GH3625合金在拉伸变形过程中,孪晶组织内部主要以单滑移为主；在拉伸直至断裂的过程中,随变形量的增加,孪晶界逐渐发生弯曲,但孪晶界始终存在于合金组织中,起阻碍位错的作用,具有良好的室温机械稳定性。GH3625合金断裂时既有韧性断裂又有脆性断裂,碳化物偏析是造成晶界裂纹以及晶内孔洞形成的主要原因。
孪晶界面作为低能稳定界面且易在低层错能金属中被调控成为近年来研究的热点,固溶态GH3625合金组织中含有大量退火孪晶组织,本文采用室温原位拉伸结合扫描电子显微镜(SEM)观察和能谱(EDS)分析的方法研究了固溶态GH3625合金组织中孪晶组织演变及断裂行为。结果表明,GH3625合金在拉伸变形过程中,孪晶组织内部主要以单滑移为主；在拉伸直至断裂的过程中,随变形量的增加,孪晶界逐渐发生弯曲,但孪晶界始终存在于合金组织中,起阻碍位错的作用,具有良好的室温机械稳定性。GH3625合金断裂时既有韧性断裂又有脆性断裂,碳化物偏析是造成晶界裂纹以及晶内孔洞形成的主要原因。
2021, 50(4):1318-1324.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200336
摘要:
采用单道次等温压缩实验获得了GH4742合金在变形温度为980～1100℃,应变速率为5×10-3 s-1~5 s-1条件下的应力-应变曲线。以实验数据为基础,运用KM模型、Poliak-Jonas准则、Avrami模型较为系统的描述了该合金动态再结晶过程的流变应力、临界应变量、组织演化动力学等特征。并在Prasad功率耗散率模型的基础上,将动态再结晶组织转变体积分数引入其中,获得了动态再结晶过程的能量变化规律,借助微观组织表征技术,揭示了该合金动态再结晶机理。研究结果表明：GH4742合金随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶临界应变量减小,组织转变体积分数增加。发生完全动态再结晶时的功率耗散率大于0.44,形成机制为位错诱导的连续动态再结晶。
采用单道次等温压缩实验获得了GH4742合金在变形温度为980～1100℃,应变速率为5×10-3 s-1~5 s-1条件下的应力-应变曲线。以实验数据为基础,运用KM模型、Poliak-Jonas准则、Avrami模型较为系统的描述了该合金动态再结晶过程的流变应力、临界应变量、组织演化动力学等特征。并在Prasad功率耗散率模型的基础上,将动态再结晶组织转变体积分数引入其中,获得了动态再结晶过程的能量变化规律,借助微观组织表征技术,揭示了该合金动态再结晶机理。研究结果表明：GH4742合金随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶临界应变量减小,组织转变体积分数增加。发生完全动态再结晶时的功率耗散率大于0.44,形成机制为位错诱导的连续动态再结晶。
2021, 50(4):1325-1333.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200352
摘要:
采用电渣重熔连续定向凝固+3D整体锻造+等温模锻的新型铸 锻工艺制备了大尺寸GH4096合金篦齿盘锻件,研究了固溶后油冷和风冷两种冷却方式对锻件组织、性能及残余应力的影响。采用金相显微镜和扫描电镜分析了锻件的显微组织,测试了锻件的力学性能,对锻件进行了水浸分区聚焦超声波检测,开展了零件加工和试验考核。结果表明,两种固溶冷却方式的锻件经时效处理后的晶粒尺寸均为5~20μm,一次γ"相均为1~2μm。相比于固溶油冷+时效处理,固溶风冷+时效处理锻件中的二次和三次γ"相更粗、三次γ"相的含量更少、屈服强度和蠕变性能较低、内部残余应力和机加工变形量更小。GH4096合金篦齿盘锻件经超声波检测未发现超过Φ0.4mm-15dB的单显信号,杂波水平在Φ0.4mm-21dB以下。固溶风冷+时效处理的全尺寸篦齿盘零件完成了超转试验考核和破裂转速试验考核,试验结果满足设计的需求。
采用电渣重熔连续定向凝固+3D整体锻造+等温模锻的新型铸 锻工艺制备了大尺寸GH4096合金篦齿盘锻件,研究了固溶后油冷和风冷两种冷却方式对锻件组织、性能及残余应力的影响。采用金相显微镜和扫描电镜分析了锻件的显微组织,测试了锻件的力学性能,对锻件进行了水浸分区聚焦超声波检测,开展了零件加工和试验考核。结果表明,两种固溶冷却方式的锻件经时效处理后的晶粒尺寸均为5~20μm,一次γ"相均为1~2μm。相比于固溶油冷+时效处理,固溶风冷+时效处理锻件中的二次和三次γ"相更粗、三次γ"相的含量更少、屈服强度和蠕变性能较低、内部残余应力和机加工变形量更小。GH4096合金篦齿盘锻件经超声波检测未发现超过Φ0.4mm-15dB的单显信号,杂波水平在Φ0.4mm-21dB以下。固溶风冷+时效处理的全尺寸篦齿盘零件完成了超转试验考核和破裂转速试验考核,试验结果满足设计的需求。
2021, 50(4):1334-1341.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200383
摘要:
为揭示GH4169合金在均匀化处理过程中成分和组织的演变规律，利用高温金相显微镜实时原位观察热处理过程中合金的显微组织，定量分析了冷却后合金中Laves相的粒度分布，探讨了合金中Nb元素在热处理前后的分布规律。GH4169合金升温到1151℃左右时，邻近Laves相周围区域开始初熔。热处理后GH4169合金中Laves相颗粒数增加，但Laves相最大颗粒尺寸显著减小，小颗粒Laves相比例略有增加。在1180℃保温时，GH4169合金中已有液相存在，但NbC未溶解。热处理后合金中原枝晶间黑色区域的Nb元素偏析仍存在，但Nb元素的在枝晶轴γ相中分布更加均匀。
为揭示GH4169合金在均匀化处理过程中成分和组织的演变规律，利用高温金相显微镜实时原位观察热处理过程中合金的显微组织，定量分析了冷却后合金中Laves相的粒度分布，探讨了合金中Nb元素在热处理前后的分布规律。GH4169合金升温到1151℃左右时，邻近Laves相周围区域开始初熔。热处理后GH4169合金中Laves相颗粒数增加，但Laves相最大颗粒尺寸显著减小，小颗粒Laves相比例略有增加。在1180℃保温时，GH4169合金中已有液相存在，但NbC未溶解。热处理后合金中原枝晶间黑色区域的Nb元素偏析仍存在，但Nb元素的在枝晶轴γ相中分布更加均匀。
2021, 50(4):1342-1349.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200401
摘要:
以不同Al含量的高W铸造高温合金K416为研究对象,对不同Al含量合金在975℃/240MPa条件下的持久性能和室温基体显微硬度进行了测试。结果表明：随着Al含量的提高,合金的持久寿命和显微硬度均呈下降趋势,Al含量中限和高限合金在975℃/240MPa条件下的持久寿命低于技术条件规定值。进一步的组织表征结果表明：当Al含量为5.60%(质量分数,下同)时,合金中仅有极少量α-W相和初生M6C型碳化物析出。随着Al含量提高至6.20%,合金中α-W相和初生M6C型碳化物的面积分数由0.08%提高至2.1%,同时γ/γ′共晶的面积分数由12.6%提高至21.8%。Al含量的提高对合金晶粒、枝晶、MC型碳化物以及γ′相的尺寸和形貌影响不大。硬脆的初生M6C型碳化物的大量析出以及固溶强化元素W的消耗是其持久性能降低的主要原因。同时,对不同Al含量K416合金的持久断裂机制也进行了讨论。
以不同Al含量的高W铸造高温合金K416为研究对象,对不同Al含量合金在975℃/240MPa条件下的持久性能和室温基体显微硬度进行了测试。结果表明：随着Al含量的提高,合金的持久寿命和显微硬度均呈下降趋势,Al含量中限和高限合金在975℃/240MPa条件下的持久寿命低于技术条件规定值。进一步的组织表征结果表明：当Al含量为5.60%(质量分数,下同)时,合金中仅有极少量α-W相和初生M6C型碳化物析出。随着Al含量提高至6.20%,合金中α-W相和初生M6C型碳化物的面积分数由0.08%提高至2.1%,同时γ/γ′共晶的面积分数由12.6%提高至21.8%。Al含量的提高对合金晶粒、枝晶、MC型碳化物以及γ′相的尺寸和形貌影响不大。硬脆的初生M6C型碳化物的大量析出以及固溶强化元素W的消耗是其持久性能降低的主要原因。同时,对不同Al含量K416合金的持久断裂机制也进行了讨论。
2021, 50(4):1350-1358.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200407
摘要:
采用Bridgman定向凝固方法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着生长高度的增加,固液界面处温度梯度逐渐降低,一次枝晶间距增加。同时,γ′相尺寸随着生长高度的增加逐渐减小,且γ′相形貌由不规则的蝴蝶状向立方体状、近圆状转变。γ+γ′共晶组织和碳化物大多分布在枝晶间区域,且含量随着生长高度的增加逐渐增加。此外,由于定向凝固过程中晶粒的竞争生长,随着生长高度的增加柱状晶数量明显减少；在具有凸固液界面生长条件下晶粒表现为向近炉壁侧倾斜发散生长。
采用Bridgman定向凝固方法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着生长高度的增加,固液界面处温度梯度逐渐降低,一次枝晶间距增加。同时,γ′相尺寸随着生长高度的增加逐渐减小,且γ′相形貌由不规则的蝴蝶状向立方体状、近圆状转变。γ+γ′共晶组织和碳化物大多分布在枝晶间区域,且含量随着生长高度的增加逐渐增加。此外,由于定向凝固过程中晶粒的竞争生长,随着生长高度的增加柱状晶数量明显减少；在具有凸固液界面生长条件下晶粒表现为向近炉壁侧倾斜发散生长。
2021, 50(4):1462-1470.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200354
摘要:
铸造镍基高温合金广泛用于燃气轮机与航空发动机叶片等高温部件,长时间运行过程中经常发生叶片局部损伤,但制造成本极高,若局部损伤可通过增材修复来恢复性能,将极大的降低成本和制造周期,节约资源,具有极大的社会效益和市场价值。本文针对燃气轮机与航空发动机用铸造镍基高温合金叶片的服役工况与失效形式,结合铸造镍基高温合金的成分、组织与性能特点,系统分析了增材修复时出现裂纹的类型、特点及形成机理,阐述了各类裂纹的主要影响因素,从增材工艺和材料两方面分类综述了减少或避免裂纹的增材修复工艺与技术现状,分析了不同增材修复方法的优缺点与未来可能的研究热点。
铸造镍基高温合金广泛用于燃气轮机与航空发动机叶片等高温部件,长时间运行过程中经常发生叶片局部损伤,但制造成本极高,若局部损伤可通过增材修复来恢复性能,将极大的降低成本和制造周期,节约资源,具有极大的社会效益和市场价值。本文针对燃气轮机与航空发动机用铸造镍基高温合金叶片的服役工况与失效形式,结合铸造镍基高温合金的成分、组织与性能特点,系统分析了增材修复时出现裂纹的类型、特点及形成机理,阐述了各类裂纹的主要影响因素,从增材工艺和材料两方面分类综述了减少或避免裂纹的增材修复工艺与技术现状,分析了不同增材修复方法的优缺点与未来可能的研究热点。
2021, 50(4):1139-1145.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200259
摘要:
为研究辐照条件下空洞的演化,分别在200 °C, 350 °C和550 °C对低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)进行He离子辐照。实验结果显示辐照损伤沿深度呈钟型分布,空洞的尺寸和密度均与空位产生率正相关。随着辐照温度升高,空洞的尺寸增大,密度降低,高温下可以观察到空洞在晶界的聚集和无空洞区(VDZs),在550 °C可以观察到方形空洞。使用相场模型模拟空洞的演化机制,模拟结果显示辐照条件下空洞演化可以分为孕育、形核和生长三个阶段,空洞界面能的各项异性是空洞形状的可能原因。
为研究辐照条件下空洞的演化,分别在200 °C, 350 °C和550 °C对低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)进行He离子辐照。实验结果显示辐照损伤沿深度呈钟型分布,空洞的尺寸和密度均与空位产生率正相关。随着辐照温度升高,空洞的尺寸增大,密度降低,高温下可以观察到空洞在晶界的聚集和无空洞区(VDZs),在550 °C可以观察到方形空洞。使用相场模型模拟空洞的演化机制,模拟结果显示辐照条件下空洞演化可以分为孕育、形核和生长三个阶段,空洞界面能的各项异性是空洞形状的可能原因。
2021, 50(4):1146-1155.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200299
摘要:
根据车辆的防护要求，以陶瓷复合装甲防弹机理为依据，进行碳化硅木质陶瓷/UHMWPE纤维复合装甲结构设计和数值模拟优化，并制备碳化硅木质陶瓷复合装甲，进行实弹打靶验证防弹性能。在确保陶瓷复合装甲面密度为38 kg/m2的前提下，以子弹侵彻深度为评价标准，以碳化硅木质陶瓷防弹片的厚度、形状、尺寸和布置位置为研究因素，设计了四因素三水平的正交模拟优化方案，利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所设计的复合装甲的防弹性能进行数值模拟，并比对数值模拟结果与实弹打靶试验结果。结果表明，针对北约AEP-55 STANAG 4569 Ⅱ级防护标准，本文所设计的陶瓷复合装甲最优化的结构形式为8mm厚的碳化硅木质陶瓷防弹面板、13.7mm厚的UHMWPE纤维防弹背板，防弹面板采用面积为4900mm2的正六边形碳化硅木质陶瓷防弹片拼接而成；碳化硅木质陶瓷防弹片对防弹性能的主次影响因素为：布置位置＞厚度＞尺寸＞形状。
根据车辆的防护要求，以陶瓷复合装甲防弹机理为依据，进行碳化硅木质陶瓷/UHMWPE纤维复合装甲结构设计和数值模拟优化，并制备碳化硅木质陶瓷复合装甲，进行实弹打靶验证防弹性能。在确保陶瓷复合装甲面密度为38 kg/m2的前提下，以子弹侵彻深度为评价标准，以碳化硅木质陶瓷防弹片的厚度、形状、尺寸和布置位置为研究因素，设计了四因素三水平的正交模拟优化方案，利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所设计的复合装甲的防弹性能进行数值模拟，并比对数值模拟结果与实弹打靶试验结果。结果表明，针对北约AEP-55 STANAG 4569 Ⅱ级防护标准，本文所设计的陶瓷复合装甲最优化的结构形式为8mm厚的碳化硅木质陶瓷防弹面板、13.7mm厚的UHMWPE纤维防弹背板，防弹面板采用面积为4900mm2的正六边形碳化硅木质陶瓷防弹片拼接而成；碳化硅木质陶瓷防弹片对防弹性能的主次影响因素为：布置位置＞厚度＞尺寸＞形状。
2021, 50(4):1156-1165.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200171
摘要:
纯钼薄板在航天领域中有很好的应用前景，而准确表征纯钼板在温热条件下的力学性能是明确钼构件成形性的必要条件。因此，本文基于在不同温度(20-500℃)和应变速率（5×10-4-1×10-2s-1）条件下进行的拉伸试验，对纯钼薄板的流动应力行为、厚向异性和断裂行为进行了研究。结果表明，纯钼薄板的变形抗力对温度敏感，同时，厚向异性指数r随温度变化较小。应变硬化指数从室温到300℃呈显著增大趋势，之后随着温度升高而趋于稳定。随着温度升高，纯钼薄板的断裂延伸率先升高后略减小。裂纹产生于晶界，随后晶粒沿着晶间裂纹的分离导致断口分层现象的产生。建立了修正的Johnson-Cook纯钼薄板本构模型，模型平均误差低于5%。
纯钼薄板在航天领域中有很好的应用前景，而准确表征纯钼板在温热条件下的力学性能是明确钼构件成形性的必要条件。因此，本文基于在不同温度(20-500℃)和应变速率（5×10-4-1×10-2s-1）条件下进行的拉伸试验，对纯钼薄板的流动应力行为、厚向异性和断裂行为进行了研究。结果表明，纯钼薄板的变形抗力对温度敏感，同时，厚向异性指数r随温度变化较小。应变硬化指数从室温到300℃呈显著增大趋势，之后随着温度升高而趋于稳定。随着温度升高，纯钼薄板的断裂延伸率先升高后略减小。裂纹产生于晶界，随后晶粒沿着晶间裂纹的分离导致断口分层现象的产生。建立了修正的Johnson-Cook纯钼薄板本构模型，模型平均误差低于5%。
2021, 50(4):1166-1172.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200220
摘要:
铌和不锈钢的连接可以降低超导射频(SRF)腔体的成本,因此引起超导加速器领域的极大兴趣。在本文中,我们报道了采用TU1无氧铜作为填充材料进行反应堆级铌与316L不锈钢连接的真空钎焊技术,研究了样品和过渡接头在不同温度下显微组织和力学性能。显微组织表明形成了脆的金属间化合物层并观察到结合面有扩散现象发生。虽然在结合面有脆性金属间化合物形成,但并不影响其在SRF腔中的使用。在室温(300 K)和液氮温度(77 K)下进行了拉伸测试和剪切测试。在液氮温度下,抗张强度高于其在室温下的抗张强度,而由于脆性金属间化合物的存在导致其液氦环境下剪切强度低于室温环境。由于我们严格控制焊缝厚度,使过渡接头的剪切强度高于样品的强度。最后我们对过渡接头进行真空漏率测试结果显示其真空漏率均好于1.1×10-11 mbar.L/s,这表明真空钎焊技术适用于低温下使用的高真空容器,例如用于SRF腔的不锈钢氦容器。
铌和不锈钢的连接可以降低超导射频(SRF)腔体的成本,因此引起超导加速器领域的极大兴趣。在本文中,我们报道了采用TU1无氧铜作为填充材料进行反应堆级铌与316L不锈钢连接的真空钎焊技术,研究了样品和过渡接头在不同温度下显微组织和力学性能。显微组织表明形成了脆的金属间化合物层并观察到结合面有扩散现象发生。虽然在结合面有脆性金属间化合物形成,但并不影响其在SRF腔中的使用。在室温(300 K)和液氮温度(77 K)下进行了拉伸测试和剪切测试。在液氮温度下,抗张强度高于其在室温下的抗张强度,而由于脆性金属间化合物的存在导致其液氦环境下剪切强度低于室温环境。由于我们严格控制焊缝厚度,使过渡接头的剪切强度高于样品的强度。最后我们对过渡接头进行真空漏率测试结果显示其真空漏率均好于1.1×10-11 mbar.L/s,这表明真空钎焊技术适用于低温下使用的高真空容器,例如用于SRF腔的不锈钢氦容器。
2021, 50(4):1173-1178.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200267
摘要:
本文研究了高Nb钛铝基排气阀铸件的熔模离心铸造工艺,排气阀铸件的化学成分确定为Ti-47Al-6Nb (at.%),所用型壳材料为锆砂。为了与模拟充型结果进行比较和验证浇注工艺,本文进行了排气阀的离心铸造模壳充型实验。模拟结果表明：模壳充型时间约为3.8s,铸件缺陷沿排气阀中心线分布,特别是在颈部位置处；经过实验验证,模拟结果和实验结果吻合度较好。实验过程中,模壳挂涂所需内层浆料的适宜工艺确定为粉液比是1.5:1,搅拌时间30min。通过对排气阀铸件表面进行XRD测试,结果表明铸型与壳型之间没有明显的界面反应；排气阀铸件的金相组织为典型的层状结构,晶粒尺寸大小在185 - 305μm之间。
本文研究了高Nb钛铝基排气阀铸件的熔模离心铸造工艺,排气阀铸件的化学成分确定为Ti-47Al-6Nb (at.%),所用型壳材料为锆砂。为了与模拟充型结果进行比较和验证浇注工艺,本文进行了排气阀的离心铸造模壳充型实验。模拟结果表明：模壳充型时间约为3.8s,铸件缺陷沿排气阀中心线分布,特别是在颈部位置处；经过实验验证,模拟结果和实验结果吻合度较好。实验过程中,模壳挂涂所需内层浆料的适宜工艺确定为粉液比是1.5:1,搅拌时间30min。通过对排气阀铸件表面进行XRD测试,结果表明铸型与壳型之间没有明显的界面反应；排气阀铸件的金相组织为典型的层状结构,晶粒尺寸大小在185 - 305μm之间。
2021, 50(4):1179-1186.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200228
摘要:
本文以(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料为研究对象,研究烧结温度对金属陶瓷的成分、微观组织和力学性能的影响,初步探讨成分、微观组织与材料强度的关系。研究结果表明：烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷组织特征有显著的影响；合金的总碳(Ct%)随着烧结温度的提高而降低,当烧结温度达到1490℃时,合金总碳的急剧降低,导致合金组织中出现脱碳相(η相),从而使得合金的硬度(HV30) 、断裂韧性(KIC)和抗弯强度(TRS)降低；1470℃烧结温度下,(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷合金的硬度(HV30) 、断裂韧性(KIC)和抗弯强度(TRS)的匹配最佳,表现为在实际应用工况下的综合切削性能最优。
本文以(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料为研究对象,研究烧结温度对金属陶瓷的成分、微观组织和力学性能的影响,初步探讨成分、微观组织与材料强度的关系。研究结果表明：烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷组织特征有显著的影响；合金的总碳(Ct%)随着烧结温度的提高而降低,当烧结温度达到1490℃时,合金总碳的急剧降低,导致合金组织中出现脱碳相(η相),从而使得合金的硬度(HV30) 、断裂韧性(KIC)和抗弯强度(TRS)降低；1470℃烧结温度下,(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷合金的硬度(HV30) 、断裂韧性(KIC)和抗弯强度(TRS)的匹配最佳,表现为在实际应用工况下的综合切削性能最优。
2021, 50(4):1187-1195.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200254
摘要:
对挤压前后SiC颗粒增强Mg-3.6Zn-0.6Y-0.2Ca基复合材料组织和力学性能的研究表明：随挤压速率或挤压温度的增加，再结晶晶粒的尺寸增加，体积分数则略有增加。随挤压速率的增加，动态析出相的尺寸增加，体积分数减小。当挤压温度设定为230℃时随挤压速率由0.01 mm/s增加到0.1 mm/s，或当挤压速率设定为0.1 mm/s时挤压温度由190 ℃增加到230 ℃，复合材料的屈服强度和抗拉强度降低，而伸长率则逐渐增加。在优化的挤压参数（190 ℃，0.1 mm/s）下挤压态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为312.0 MPa，347.3 MPa和6.6％；其中晶粒细化对强度提升的贡献高于热错配强化与析出强化。
对挤压前后SiC颗粒增强Mg-3.6Zn-0.6Y-0.2Ca基复合材料组织和力学性能的研究表明：随挤压速率或挤压温度的增加，再结晶晶粒的尺寸增加，体积分数则略有增加。随挤压速率的增加，动态析出相的尺寸增加，体积分数减小。当挤压温度设定为230℃时随挤压速率由0.01 mm/s增加到0.1 mm/s，或当挤压速率设定为0.1 mm/s时挤压温度由190 ℃增加到230 ℃，复合材料的屈服强度和抗拉强度降低，而伸长率则逐渐增加。在优化的挤压参数（190 ℃，0.1 mm/s）下挤压态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为312.0 MPa，347.3 MPa和6.6％；其中晶粒细化对强度提升的贡献高于热错配强化与析出强化。
2021, 50(4):1196-1203.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200301
摘要:
通过静电纺丝法制备中空多孔的NiO/SnO2复合纳米纤维,在复合纤维表面装饰碳纳米管,在此基础上制备气敏传感器器件。利用TGA确定了复合材料热分解温度,得到热处理工艺；利用SEM、XRD、TEM、XPS分别对复合材料的形貌、结构、尺寸、表面成分进行了表征。使用WS-30A气敏元件测试仪对气敏元件响应进行测试,结果表明CNTs装饰的NiO/SnO2复合纳米材料制备的气敏传感器降低了丙酮检测最佳工作温度,为160℃,提高了检测灵敏度,对50 ppm丙酮的响应达到25.25,对检测丙酮有快速的响应(~8.2 s)以及恢复性能(~10.5 s),同时在30天的长期稳定性测试中也体现了良好的稳定性。证明了装饰CNTs 的 NiO/SnO2复合材料在检测丙酮方面的潜在价值,同时本文也进一步讨论了CNTs, 中空多孔结构的NiO/SnO2提高检测性能的作用机理。
通过静电纺丝法制备中空多孔的NiO/SnO2复合纳米纤维,在复合纤维表面装饰碳纳米管,在此基础上制备气敏传感器器件。利用TGA确定了复合材料热分解温度,得到热处理工艺；利用SEM、XRD、TEM、XPS分别对复合材料的形貌、结构、尺寸、表面成分进行了表征。使用WS-30A气敏元件测试仪对气敏元件响应进行测试,结果表明CNTs装饰的NiO/SnO2复合纳米材料制备的气敏传感器降低了丙酮检测最佳工作温度,为160℃,提高了检测灵敏度,对50 ppm丙酮的响应达到25.25,对检测丙酮有快速的响应(~8.2 s)以及恢复性能(~10.5 s),同时在30天的长期稳定性测试中也体现了良好的稳定性。证明了装饰CNTs 的 NiO/SnO2复合材料在检测丙酮方面的潜在价值,同时本文也进一步讨论了CNTs, 中空多孔结构的NiO/SnO2提高检测性能的作用机理。
2021, 50(4):1204-1209.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200284
摘要:
以Na2SO4和K2SO4为熔盐，采用熔盐法合成了一维Y2O2SO4:Eu3+亚微米棒。应用X射线衍射、扫描电子显微镜和光谱仪等方法对合成产物的晶体结构、形貌和发光性能进行表征。考察了烧结温度、Eu3+掺杂浓度对合成产物的晶体结构、形貌和发光性能的影响，结果表明，原料混合物在1100℃空气中煅烧2 h可合成纯相、表面光滑的Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒，Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒的长边大于10 μm，短边为500~800 nm。在270nm紫外光的激发下，Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒呈红光发射，最强发射峰位于616 nm处，归属于Eu3+的5D0→7F2跃迁，Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒Eu3+的最佳掺杂浓度为10mol%。
以Na2SO4和K2SO4为熔盐，采用熔盐法合成了一维Y2O2SO4:Eu3+亚微米棒。应用X射线衍射、扫描电子显微镜和光谱仪等方法对合成产物的晶体结构、形貌和发光性能进行表征。考察了烧结温度、Eu3+掺杂浓度对合成产物的晶体结构、形貌和发光性能的影响，结果表明，原料混合物在1100℃空气中煅烧2 h可合成纯相、表面光滑的Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒，Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒的长边大于10 μm，短边为500~800 nm。在270nm紫外光的激发下，Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒呈红光发射，最强发射峰位于616 nm处，归属于Eu3+的5D0→7F2跃迁，Y2O2SO4: Eu3+亚微米棒Eu3+的最佳掺杂浓度为10mol%。
2021, 50(4):1210-1217.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200204
摘要:
通过控制球磨时间及Al和Ti的质量比,用机械球磨法制备了一种无定型的球形Al/Ti合金粉,其平均粒径为3.76um。研究了这种合金粉对HNS、LLM-105、RDX、HMX和CL-20五种高能炸药热分解的催化作用。结果表明,与原料HNS比较,添加了5wt.%Al/Ti非晶态合金粉的HNS在不同的升温速率下其热分解峰温分别降低了6.9°C、7.2°C、4.8°C和5.2°C。同样,对于其它四种炸药,添加Al/Ti后炸药的热分解温度较原料都明显降低。同时,计算了所有炸药样品热分解过程的热动力学参数。结果表明,相对于原料炸药,添加了Al/Ti非晶态合金粉的炸药其热分解活化能分别降低了52.4kJ.mol-1(HNS)、41.6kJ.mol-1(LLM-105)、8.6kJ.mol-1(RDX)、48.4kJ.mol-1(HMX)和46.7 kJ.mol-1(CL-20)。这说明Al/Ti非晶态合金粉对高能炸药的热分解过程有明显的催化作用。
通过控制球磨时间及Al和Ti的质量比,用机械球磨法制备了一种无定型的球形Al/Ti合金粉,其平均粒径为3.76um。研究了这种合金粉对HNS、LLM-105、RDX、HMX和CL-20五种高能炸药热分解的催化作用。结果表明,与原料HNS比较,添加了5wt.%Al/Ti非晶态合金粉的HNS在不同的升温速率下其热分解峰温分别降低了6.9°C、7.2°C、4.8°C和5.2°C。同样,对于其它四种炸药,添加Al/Ti后炸药的热分解温度较原料都明显降低。同时,计算了所有炸药样品热分解过程的热动力学参数。结果表明,相对于原料炸药,添加了Al/Ti非晶态合金粉的炸药其热分解活化能分别降低了52.4kJ.mol-1(HNS)、41.6kJ.mol-1(LLM-105)、8.6kJ.mol-1(RDX)、48.4kJ.mol-1(HMX)和46.7 kJ.mol-1(CL-20)。这说明Al/Ti非晶态合金粉对高能炸药的热分解过程有明显的催化作用。
2021, 50(4):1218-1222.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200203
摘要:
磁性材料的应用对低温制冷机的发展有着重要的意义。目前磁性材料在液氮以下温区热物性参数的缺乏严重限制了制冷机回热器的设计与优化。研制了颗粒状磁性材料低温表观热导率测量装置，对Er3Ni在4-40 K及不同氦气压力下的表观热导率进行了测量并计算了Er3Ni热导率系数。在不同温区的测试结果表明，真空状态下，Er3Ni颗粒表观热导率为0.11-0.22 W/m·K，对应的热导率系数为0.31-0.53；当氦气压力增大至1.4-2.2 MPa后，表观热导率趋于稳定，稳定后的平均值为3 W/m·K，对应的热导率系数为7。进一步研究了Er3Ni型回热器不同工况下的漏热特性，提出了丝网与颗粒混合填充的方案以降低冷热两端的轴向漏热。结果表明，在Er3Ni回热器中混合填充尼龙网和316 L不锈钢丝网后制冷性能显著提高，在1.6 MPa压力下漏热降低幅度分别高达12%和8%。
磁性材料的应用对低温制冷机的发展有着重要的意义。目前磁性材料在液氮以下温区热物性参数的缺乏严重限制了制冷机回热器的设计与优化。研制了颗粒状磁性材料低温表观热导率测量装置，对Er3Ni在4-40 K及不同氦气压力下的表观热导率进行了测量并计算了Er3Ni热导率系数。在不同温区的测试结果表明，真空状态下，Er3Ni颗粒表观热导率为0.11-0.22 W/m·K，对应的热导率系数为0.31-0.53；当氦气压力增大至1.4-2.2 MPa后，表观热导率趋于稳定，稳定后的平均值为3 W/m·K，对应的热导率系数为7。进一步研究了Er3Ni型回热器不同工况下的漏热特性，提出了丝网与颗粒混合填充的方案以降低冷热两端的轴向漏热。结果表明，在Er3Ni回热器中混合填充尼龙网和316 L不锈钢丝网后制冷性能显著提高，在1.6 MPa压力下漏热降低幅度分别高达12%和8%。
2021, 50(4):1223-1232.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200753
摘要:
本文在理论分析与模拟计算的基础上，通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板，并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率，再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率，对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯，并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验，最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明，在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒，且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物；随着轧制压下率的增大，6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大；随着轧制温度的升高，复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大；而随着退火时间的增加，复合板的拉伸强度降低，但界面扩散厚度增加。
本文在理论分析与模拟计算的基础上，通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板，并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率，再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率，对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯，并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验，最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明，在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒，且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物；随着轧制压下率的增大，6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大；随着轧制温度的升高，复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大；而随着退火时间的增加，复合板的拉伸强度降低，但界面扩散厚度增加。
2021, 50(4):1233-1240.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200303
摘要:
通过热压缩实验研究了Ti2041合金的流动行为。利用BP神经网络建立的合金本构模型，具有较高的精度，其相关系数达到0.99613，平均相对误差为4.498%，预测值偏差在10%以内的数据点达92.98%。在实验数据的基础上，研究了应变速率敏感因子、功率耗散和失稳参数。建立了加工图，通过加工图的预测和显微组织观察，失稳区主要为局部流动（650~775℃/0.056~1s-1）和机械失稳（825~900℃/0.056~1s-1），稳定区的变形机制主要为动态再结晶。结果表明：合适的变形参数为：变形温度760~825℃/825~900℃，应变速率0.001~0.01s-1/0.0032~0.056s-1。
通过热压缩实验研究了Ti2041合金的流动行为。利用BP神经网络建立的合金本构模型，具有较高的精度，其相关系数达到0.99613，平均相对误差为4.498%，预测值偏差在10%以内的数据点达92.98%。在实验数据的基础上，研究了应变速率敏感因子、功率耗散和失稳参数。建立了加工图，通过加工图的预测和显微组织观察，失稳区主要为局部流动（650~775℃/0.056~1s-1）和机械失稳（825~900℃/0.056~1s-1），稳定区的变形机制主要为动态再结晶。结果表明：合适的变形参数为：变形温度760~825℃/825~900℃，应变速率0.001~0.01s-1/0.0032~0.056s-1。
2021, 50(4):1241-1246.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200232
摘要:
钨因其独特的物理化学性能而被广泛的应用于半导体和高温材料。本文依次采用离子交换、溶剂萃取、重结晶、喷雾干燥和煅烧还原的方法对钨酸铵进行处理,成功制备出高纯、分散性好的微米级球形钨粉。其中,利用湿法冶金去除原料中的杂质金属,喷雾干燥和煅烧还原过程控制最终钨粉形貌结构和粒径分布。本文研究了喷雾干燥过程中溶液浓度对雾化粉末形貌的影响规律,并揭示了雾化粉末分解还原过程中的机理。该方法制备出的钨粉纯度高于99.995wt%,平均尺寸约为1.5um。本研究中的湿法冶金和粉末技术可用于合成其他具有高性能要求的金属粉末。
钨因其独特的物理化学性能而被广泛的应用于半导体和高温材料。本文依次采用离子交换、溶剂萃取、重结晶、喷雾干燥和煅烧还原的方法对钨酸铵进行处理,成功制备出高纯、分散性好的微米级球形钨粉。其中,利用湿法冶金去除原料中的杂质金属,喷雾干燥和煅烧还原过程控制最终钨粉形貌结构和粒径分布。本文研究了喷雾干燥过程中溶液浓度对雾化粉末形貌的影响规律,并揭示了雾化粉末分解还原过程中的机理。该方法制备出的钨粉纯度高于99.995wt%,平均尺寸约为1.5um。本研究中的湿法冶金和粉末技术可用于合成其他具有高性能要求的金属粉末。
2021, 50(4):1359-1364.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200356
摘要:
以Mg-9.5Li-2.56Al-2.58Zn合金为研究对象，研究其组织形貌及相组成。并利用UTM5305电子万能试验机对其进行了不同应变速率以及不同变形量的压缩实验，获得真实应力-应变曲线，构建合金的室温变形本构方程。研究压缩前后的合金微观组织和压缩性能演变规律。结果表明，Mg-9.5Li-2.56Al-2.58Zn合金包含α-Mg、β-Li、Al12Mg17、AlLi和MgLiAl2五相，β-Li为基体相，α-Mg相呈条状或块状，纤维状Al12Mg17相位于α-Mg相内部，颗粒状MgLiAl2相分布在晶界上，晶内相AlLi呈颗粒状。固溶处理后合金组织中析出相的数量明显减少，合金强度得到提升。根据Mg-9.5Li-2.56Al-2.58Zn合金真实应力-应变曲线分析了应变速率对流变应力的影响，挤压态和固溶态合金室温压缩都存在峰值应力和峰值后的软化现象，有利于室温成形；并通过线性回归的方式获得不同状态下的材料本构方程常数n以及lnA-（Q/RT）的值，构建了基于Arrhenius模型的本构方程。合金组织随变形量增加被逐渐压扁、拉长，AlLi相有所增多。
以Mg-9.5Li-2.56Al-2.58Zn合金为研究对象，研究其组织形貌及相组成。并利用UTM5305电子万能试验机对其进行了不同应变速率以及不同变形量的压缩实验，获得真实应力-应变曲线，构建合金的室温变形本构方程。研究压缩前后的合金微观组织和压缩性能演变规律。结果表明，Mg-9.5Li-2.56Al-2.58Zn合金包含α-Mg、β-Li、Al12Mg17、AlLi和MgLiAl2五相，β-Li为基体相，α-Mg相呈条状或块状，纤维状Al12Mg17相位于α-Mg相内部，颗粒状MgLiAl2相分布在晶界上，晶内相AlLi呈颗粒状。固溶处理后合金组织中析出相的数量明显减少，合金强度得到提升。根据Mg-9.5Li-2.56Al-2.58Zn合金真实应力-应变曲线分析了应变速率对流变应力的影响，挤压态和固溶态合金室温压缩都存在峰值应力和峰值后的软化现象，有利于室温成形；并通过线性回归的方式获得不同状态下的材料本构方程常数n以及lnA-（Q/RT）的值，构建了基于Arrhenius模型的本构方程。合金组织随变形量增加被逐渐压扁、拉长，AlLi相有所增多。
2021, 50(4):1365-1370.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200359
摘要:
要:针对增材制造钛合金的组织特点，本文采用EBSD以及XRD的方法对增材制造TC11合金进行了织构分析，探讨TC11合金从微米级微观织构到厘米级宏观织构的变化规律，分析了EBSD扫描面积大小对织构分析结果的影响。结果表明，采用大面积EBSD拼接扫描的织构分析结果与XRD宏观分析结果一致。TC11合金β相具有(001)∥沉积方向的丝织构及弱 (001)[0-10]板织构，α相的主织构为<16 0 -16 19>∥[001]、<2-1-10>∥[001] 丝织构。
要:针对增材制造钛合金的组织特点，本文采用EBSD以及XRD的方法对增材制造TC11合金进行了织构分析，探讨TC11合金从微米级微观织构到厘米级宏观织构的变化规律，分析了EBSD扫描面积大小对织构分析结果的影响。结果表明，采用大面积EBSD拼接扫描的织构分析结果与XRD宏观分析结果一致。TC11合金β相具有(001)∥沉积方向的丝织构及弱 (001)[0-10]板织构，α相的主织构为<16 0 -16 19>∥[001]、<2-1-10>∥[001] 丝织构。
2021, 50(4):1371-1377.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200364
摘要:
采用原子层沉积方法在K9玻璃上制备出TiO2薄膜,利用XRD、SEM、AFM、分光光度计和紫外-可见光谱仪表征了不同沉积温度下薄膜的物相结构、光学性能和光催化性能。结果表明：25℃和120℃下制备的TiO2薄膜为无定形态结构,210℃和300℃下可获得锐钛矿结构；随着沉积温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,表面粗糙度增加,透射率降低,光催化性能增强；300℃下制备的TiO2薄膜(2mm*2mm)经过12h的紫外可见光照射,甲基橙溶液的降解率可达47.16%,通过增加样品表面积可明显提高对甲基橙溶液的降解率。
采用原子层沉积方法在K9玻璃上制备出TiO2薄膜,利用XRD、SEM、AFM、分光光度计和紫外-可见光谱仪表征了不同沉积温度下薄膜的物相结构、光学性能和光催化性能。结果表明：25℃和120℃下制备的TiO2薄膜为无定形态结构,210℃和300℃下可获得锐钛矿结构；随着沉积温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,表面粗糙度增加,透射率降低,光催化性能增强；300℃下制备的TiO2薄膜(2mm*2mm)经过12h的紫外可见光照射,甲基橙溶液的降解率可达47.16%,通过增加样品表面积可明显提高对甲基橙溶液的降解率。
2021, 50(4):1378-1383.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200368
摘要:
采用双合金法将两种粉末混合制备烧结永磁体可提高磁体磁性能;但在烧结过程中两种粉末之间存在元素扩散,元素扩散对磁性能的影响程度需要进一步研究。本文将Nd13Fe81B6和TbHx粉末混合制备烧结磁体,Nd13Fe81B6磁体矫顽力为4.5 kOe。当TbHx混合量为3 wt.%,烧结磁体的矫顽力增加至20.0 kOe。通过热激活研究认为,磁畴壁的形核是反磁化需要经过的过程。由于热力学的原因Tb元素更容易扩散进入Nd2Fe14B主相而不是富集在晶间富稀土相。Tb元素进入主相替代Nd可形成具有更高各向异性场的(Nd,Tb)-Fe-B表层,在反磁化过程中晶粒表层磁畴壁的形核场会增加,因此矫顽力增加程度显著。但是,TbHx混合量超过5 wt.%,矫顽力增加幅度降低。对于TbHx混合量7 wt.%的磁体,元素分布显示在主相晶粒内部贫Tb区域明显增少,证实在烧结过程中更多Tb原子从晶粒表层扩散入晶粒内部,这样晶粒表层反磁化形核场的提高程度会减弱,因而磁体矫顽力增加幅度降低。本研究说明要提高双合金Nd-Fe-B磁体磁性能需进一步控制元素扩散并优化磁体的元素分布。
采用双合金法将两种粉末混合制备烧结永磁体可提高磁体磁性能;但在烧结过程中两种粉末之间存在元素扩散,元素扩散对磁性能的影响程度需要进一步研究。本文将Nd13Fe81B6和TbHx粉末混合制备烧结磁体,Nd13Fe81B6磁体矫顽力为4.5 kOe。当TbHx混合量为3 wt.%,烧结磁体的矫顽力增加至20.0 kOe。通过热激活研究认为,磁畴壁的形核是反磁化需要经过的过程。由于热力学的原因Tb元素更容易扩散进入Nd2Fe14B主相而不是富集在晶间富稀土相。Tb元素进入主相替代Nd可形成具有更高各向异性场的(Nd,Tb)-Fe-B表层,在反磁化过程中晶粒表层磁畴壁的形核场会增加,因此矫顽力增加程度显著。但是,TbHx混合量超过5 wt.%,矫顽力增加幅度降低。对于TbHx混合量7 wt.%的磁体,元素分布显示在主相晶粒内部贫Tb区域明显增少,证实在烧结过程中更多Tb原子从晶粒表层扩散入晶粒内部,这样晶粒表层反磁化形核场的提高程度会减弱,因而磁体矫顽力增加幅度降低。本研究说明要提高双合金Nd-Fe-B磁体磁性能需进一步控制元素扩散并优化磁体的元素分布。
2021, 50(4):1384-1390.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200644
摘要:
W-Cu复合材料因具有低膨胀系数、高强度及导电导热性能而广泛用作电子封装、电极、电触头和炮弹的罩壳等材料。W-Cu复合材料传统制备方法在致密化、微观组织的均匀性等方面难以兼顾,导致材料的导电导热性能不足,难以满足现代电子工业的要求。以W粉及W粉表面碳化得到的WC@W粉为原料,采用复合电镀技术成功制备了W-Cu和WC@W-Cu复合材料。结果表明,W-Cu复合材料表面粗糙,微观组织存在孔洞,而WC@W-Cu复合材料晶粒细化,微观结构组织均匀、致密。WC@W-Cu复合材料的W含量为43.6wt.%,硬度达205HV,相对密度为99.3%,电导率可达54.6MS/m。采用WC@W纳米粉,电镀制备出的WC@W-Cu复合材料不仅增加了W含量,明显提高了硬度,而且在相对密度和导电性方面也优于W-Cu复合材料。
W-Cu复合材料因具有低膨胀系数、高强度及导电导热性能而广泛用作电子封装、电极、电触头和炮弹的罩壳等材料。W-Cu复合材料传统制备方法在致密化、微观组织的均匀性等方面难以兼顾,导致材料的导电导热性能不足,难以满足现代电子工业的要求。以W粉及W粉表面碳化得到的WC@W粉为原料,采用复合电镀技术成功制备了W-Cu和WC@W-Cu复合材料。结果表明,W-Cu复合材料表面粗糙,微观组织存在孔洞,而WC@W-Cu复合材料晶粒细化,微观结构组织均匀、致密。WC@W-Cu复合材料的W含量为43.6wt.%,硬度达205HV,相对密度为99.3%,电导率可达54.6MS/m。采用WC@W纳米粉,电镀制备出的WC@W-Cu复合材料不仅增加了W含量,明显提高了硬度,而且在相对密度和导电性方面也优于W-Cu复合材料。
2021, 50(4):1391-1397.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200371
摘要:
为探究双孔洞位置排布对于镁及镁合金塑性变形的影响,应用分子动力学方法模拟在300k下含不同排布位置的双孔洞镁单晶c轴压缩模型,结合三种模型的应力-应变曲线、势能曲线、径向分布函数和位错密度曲线,分析不同排布位置双孔洞镁单晶的压缩力学性能和结构演化过程。结果表明：双孔洞镁单晶在与加载方向平行时可承受的压应力峰值和势能峰值以及对应的应变程度最大；与加载方向垂直时次之,当与加载方向呈45°排布时最小,且与c轴呈90°排布的双孔洞镁单晶模型孔洞闭合速率最快。
为探究双孔洞位置排布对于镁及镁合金塑性变形的影响,应用分子动力学方法模拟在300k下含不同排布位置的双孔洞镁单晶c轴压缩模型,结合三种模型的应力-应变曲线、势能曲线、径向分布函数和位错密度曲线,分析不同排布位置双孔洞镁单晶的压缩力学性能和结构演化过程。结果表明：双孔洞镁单晶在与加载方向平行时可承受的压应力峰值和势能峰值以及对应的应变程度最大；与加载方向垂直时次之,当与加载方向呈45°排布时最小,且与c轴呈90°排布的双孔洞镁单晶模型孔洞闭合速率最快。
2021, 50(4):1398-1404.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200385
摘要:
应用铝锂合金板材生产蒙皮等大型薄壁结构零件是航空制造轻量化的重要途径，本文利用单向拉伸系统测试了不同热处理状态下2198铝锂合金板材沿着轧向（RD）、45°和横向（TD）方向的力学行为，研究了热处理对其各向异性的影响，并从晶体学织构、时效相和断口形貌分析了微观机制。结果发现，新淬火和自然时效状态的2198铝锂合金板材具有相似的各向异性，RD方向具有最高的强度、最高的硬化率和最低的延伸率，45°方向则具有最低的强度、最低的硬化率和最高的延伸率，主要原因是轧制板材存在强烈的<112>{110}织构。但是，经人工时效后的2198铝锂合金板材的各向异性因不均匀析出的T1相而发生了明显的变化，45°方向上的强度得到了较大程度的提升，具有和TD方向相同的水平，硬化率发生了明显的降低，TD方向成为硬化率最大的方向，而延伸率和断口形状的各向异性并未变化，可见T1相导致2198铝锂合金板材发生了各向异性的强化，却对断裂行为的各向异性影响较小。本文的研究旨在明确热处理对2198铝锂合金板材各向异性力学行为的影响，为开发其塑性成形工艺提供理论依据，有助于提出2198铝锂合金板材强韧化的新思路。
应用铝锂合金板材生产蒙皮等大型薄壁结构零件是航空制造轻量化的重要途径，本文利用单向拉伸系统测试了不同热处理状态下2198铝锂合金板材沿着轧向（RD）、45°和横向（TD）方向的力学行为，研究了热处理对其各向异性的影响，并从晶体学织构、时效相和断口形貌分析了微观机制。结果发现，新淬火和自然时效状态的2198铝锂合金板材具有相似的各向异性，RD方向具有最高的强度、最高的硬化率和最低的延伸率，45°方向则具有最低的强度、最低的硬化率和最高的延伸率，主要原因是轧制板材存在强烈的<112>{110}织构。但是，经人工时效后的2198铝锂合金板材的各向异性因不均匀析出的T1相而发生了明显的变化，45°方向上的强度得到了较大程度的提升，具有和TD方向相同的水平，硬化率发生了明显的降低，TD方向成为硬化率最大的方向，而延伸率和断口形状的各向异性并未变化，可见T1相导致2198铝锂合金板材发生了各向异性的强化，却对断裂行为的各向异性影响较小。本文的研究旨在明确热处理对2198铝锂合金板材各向异性力学行为的影响，为开发其塑性成形工艺提供理论依据，有助于提出2198铝锂合金板材强韧化的新思路。
2021, 50(4):1405-1408.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200374
摘要:
选用Mn基Heusler合金为研究对象。通过电弧熔炼和热处理制备样品,并用甩带法制成薄带形状。采用X射线衍射仪和振动样品磁强计等分析仪器测试了样品的晶体结构、磁及磁热性能,分析了Mn含量对材料晶体结构、磁和磁热性能的影响。研究发现,Mn2-xSn0.5Ga0.5合金在常温下为六方结构,在室温附近仅发生一次二阶磁性转变,无明显磁滞和热滞。居里温度和饱和磁化强度对Mn含量非常敏感,随着Mn含量升高,居里温度和饱和磁化强度均出现下降,由Mn1.2Sn0.5Ga0.5的304 K和64.1 emu/g分别降至Mn2Sn0.5Ga0.5的262 K和46.7 emu/g,这表明合金中的磁矩呈亚铁磁形态分布。由于没有磁滞和热滞,室温附近较大的工作温度区间,因此,该材料在磁制冷领域具有很好的应用前景。
选用Mn基Heusler合金为研究对象。通过电弧熔炼和热处理制备样品,并用甩带法制成薄带形状。采用X射线衍射仪和振动样品磁强计等分析仪器测试了样品的晶体结构、磁及磁热性能,分析了Mn含量对材料晶体结构、磁和磁热性能的影响。研究发现,Mn2-xSn0.5Ga0.5合金在常温下为六方结构,在室温附近仅发生一次二阶磁性转变,无明显磁滞和热滞。居里温度和饱和磁化强度对Mn含量非常敏感,随着Mn含量升高,居里温度和饱和磁化强度均出现下降,由Mn1.2Sn0.5Ga0.5的304 K和64.1 emu/g分别降至Mn2Sn0.5Ga0.5的262 K和46.7 emu/g,这表明合金中的磁矩呈亚铁磁形态分布。由于没有磁滞和热滞,室温附近较大的工作温度区间,因此,该材料在磁制冷领域具有很好的应用前景。
2021, 50(4):1409-1416.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200384
摘要:
高功率输入耦合器是为自由电子激光装置的超导腔传输微波功率的部件。为了提高传输性能,需要在耦合器上镀铜膜。本文基于两种不同镀铜膜工艺实验,通过线性扫描、粗糙度、XRD和残余电阻率(RRR)对比分析在常温(25 ℃)以及200 ℃、400 ℃、600 ℃和910 ℃等四中不同温度退火后镀铜膜的性能变化,确定出适合特殊环境条件下高功率输入耦合器波纹管内壁镀铜膜工艺。将这一工艺应用于1.3 GHz高功率输入耦合器镀铜膜。结果表明,铜膜与耦合器内表面的结合力、高低温适应性和微波能量传输效率都能很好地满足实际应用的要求。
高功率输入耦合器是为自由电子激光装置的超导腔传输微波功率的部件。为了提高传输性能,需要在耦合器上镀铜膜。本文基于两种不同镀铜膜工艺实验,通过线性扫描、粗糙度、XRD和残余电阻率(RRR)对比分析在常温(25 ℃)以及200 ℃、400 ℃、600 ℃和910 ℃等四中不同温度退火后镀铜膜的性能变化,确定出适合特殊环境条件下高功率输入耦合器波纹管内壁镀铜膜工艺。将这一工艺应用于1.3 GHz高功率输入耦合器镀铜膜。结果表明,铜膜与耦合器内表面的结合力、高低温适应性和微波能量传输效率都能很好地满足实际应用的要求。
2021, 50(4):1417-1424.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200391
摘要:
选取TC4合金与三种摩擦副微动磨损的完全滑移区,研究摩擦氧化层的形成对TC4合金微动磨损行为和摩擦系数的影响。结果表明：室温下摩擦系数曲线经历阶段性变化,合金表面未形成摩擦氧化层,磨损率均较高。下试样加热至260℃时,TC4/GCr15微动摩擦系数曲线最早出现由动态稳定向直线稳定的过渡,最早发生轻微磨损转变和摩擦氧化层的形成,磨损率明显减小,TC4/Si3N4和TC4/Al2O3配合下未形成摩擦氧化层,磨损率急剧攀升至最大值。下试样加热至450℃时,TC4合金与三种摩擦副微动磨损均出现轻微磨损转变,合金表面均形成不同于基体的摩擦氧化层,磨损率低于室温且达到最小值。TC4合金良好的高温微动磨损性能归因于分布均匀、连续致密、粘结良好的摩擦氧化层的形成。TC4合金轻微磨损转变前微动损伤由粘着和磨粒磨损控制,轻微磨损转变后由氧化磨损伴随轻微磨粒磨损控制。
选取TC4合金与三种摩擦副微动磨损的完全滑移区,研究摩擦氧化层的形成对TC4合金微动磨损行为和摩擦系数的影响。结果表明：室温下摩擦系数曲线经历阶段性变化,合金表面未形成摩擦氧化层,磨损率均较高。下试样加热至260℃时,TC4/GCr15微动摩擦系数曲线最早出现由动态稳定向直线稳定的过渡,最早发生轻微磨损转变和摩擦氧化层的形成,磨损率明显减小,TC4/Si3N4和TC4/Al2O3配合下未形成摩擦氧化层,磨损率急剧攀升至最大值。下试样加热至450℃时,TC4合金与三种摩擦副微动磨损均出现轻微磨损转变,合金表面均形成不同于基体的摩擦氧化层,磨损率低于室温且达到最小值。TC4合金良好的高温微动磨损性能归因于分布均匀、连续致密、粘结良好的摩擦氧化层的形成。TC4合金轻微磨损转变前微动损伤由粘着和磨粒磨损控制,轻微磨损转变后由氧化磨损伴随轻微磨粒磨损控制。
2021, 50(4):1425-1432.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200400
摘要:
本文通过常规铸造制备了三种成分的低合金化Mg-Zn-Y (Mg-0.6Zn-0.1Y、Mg-1.3Zn-0.1Y、Mg-2.0Zn-0.1Y，wt.%)，并对其进行低温慢速挤压（140℃，0.1mm/s）。研究结果表明：随Zn含量的增加，挤压前合金的晶粒尺寸逐渐减少。挤压后合金晶粒显著细化，形成弥散的纳米析出相，同时随Zn含量的增加合金的再结晶程度与纳米析出相的数量均增加，基面织构强度则无显著变化。挤压后合金的力学性能得到大幅提升，其中Mg-2.0Zn-0.1Y合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到406.4MPa、424.5MPa、12.2%。随Zn含量增加，Mg-Zn-Y合金的延伸率显著增加，其断口形貌由解理面转变为细小的韧窝，断裂方式由解理断裂转变为韧性断裂。
本文通过常规铸造制备了三种成分的低合金化Mg-Zn-Y (Mg-0.6Zn-0.1Y、Mg-1.3Zn-0.1Y、Mg-2.0Zn-0.1Y，wt.%)，并对其进行低温慢速挤压（140℃，0.1mm/s）。研究结果表明：随Zn含量的增加，挤压前合金的晶粒尺寸逐渐减少。挤压后合金晶粒显著细化，形成弥散的纳米析出相，同时随Zn含量的增加合金的再结晶程度与纳米析出相的数量均增加，基面织构强度则无显著变化。挤压后合金的力学性能得到大幅提升，其中Mg-2.0Zn-0.1Y合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到406.4MPa、424.5MPa、12.2%。随Zn含量增加，Mg-Zn-Y合金的延伸率显著增加，其断口形貌由解理面转变为细小的韧窝，断裂方式由解理断裂转变为韧性断裂。
2021, 50(4):1433-1440.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200427
摘要:
TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)钛合金的?相(0002)和?相(110)衍射峰位差小于0.1°，由于?相含量增多，在传统的X衍射织构测试光路中两峰重叠严重，目前?+?两相TC16钛合金织构无法测量。本文对热轧退火态TC16钛合金棒材进行重叠衍射峰分离操作，通过光学显微镜、X射线衍射仪、维氏硬度计对TC16合金的显微组织、织构和力学性能进行了研究。在Matlab平台上借助柯西平方函数拟合衍射峰形，依据α相衍射峰和β相衍射峰的展宽和重叠影响程度，考察衍射光路参数改变对其产生的影响。结果表明：利用多导毛细管和平行长索拉狭缝的X射线衍射光路配置，解决了衍射峰重叠问题，提高了织构测定的准确性；测试发现，热轧退火态TC16棒材中主要存在两种织构组分，为<0002>和<101(-)0>双重丝织构；织构的存在使TC16横向抗拉强度小于纵向抗拉强度，讨论了织构对钛合金机械性能的影响。本研究对于提高钛合金紧固件的性能和加工工艺具有重要理论和工程意义，同时，也为两相钛合金织构的准确测定提供一种解决方案。
TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)钛合金的?相(0002)和?相(110)衍射峰位差小于0.1°，由于?相含量增多，在传统的X衍射织构测试光路中两峰重叠严重，目前?+?两相TC16钛合金织构无法测量。本文对热轧退火态TC16钛合金棒材进行重叠衍射峰分离操作，通过光学显微镜、X射线衍射仪、维氏硬度计对TC16合金的显微组织、织构和力学性能进行了研究。在Matlab平台上借助柯西平方函数拟合衍射峰形，依据α相衍射峰和β相衍射峰的展宽和重叠影响程度，考察衍射光路参数改变对其产生的影响。结果表明：利用多导毛细管和平行长索拉狭缝的X射线衍射光路配置，解决了衍射峰重叠问题，提高了织构测定的准确性；测试发现，热轧退火态TC16棒材中主要存在两种织构组分，为<0002>和<101(-)0>双重丝织构；织构的存在使TC16横向抗拉强度小于纵向抗拉强度，讨论了织构对钛合金机械性能的影响。本研究对于提高钛合金紧固件的性能和加工工艺具有重要理论和工程意义，同时，也为两相钛合金织构的准确测定提供一种解决方案。
2021, 50(4):1441-1447.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200397
摘要:
为研究氧化物添加剂对Ag基电接触材料抗蠕变性能的影响，用粉末冶金法制备了分别含有CuO、WO3和In2O3的Ag-SnO2材料。常温下对拉伸试样进行蠕变实验，获得蠕变特征曲线及相关参数，构建了Ag-SnO2材料的蠕变本构方程。借助扫描电子显微镜（SEM）对拉伸断口形貌进行分析，用ABAQUS有限元软件进一步对蠕变行为进行模拟。结果表明：由于SnO2与Ag基体间的界面强度得到提高，氧化物添加剂可显著增强Ag-SnO2电接触材料的抗蠕变性能，尤其是CuO添加剂的效果最佳。模拟结果与通过实验获得的蠕变数据基本吻合，误差小于3%。研究结果对预测Ag基电接触材料的蠕变行为及改善力学性能均具有一定参考价值。
为研究氧化物添加剂对Ag基电接触材料抗蠕变性能的影响，用粉末冶金法制备了分别含有CuO、WO3和In2O3的Ag-SnO2材料。常温下对拉伸试样进行蠕变实验，获得蠕变特征曲线及相关参数，构建了Ag-SnO2材料的蠕变本构方程。借助扫描电子显微镜（SEM）对拉伸断口形貌进行分析，用ABAQUS有限元软件进一步对蠕变行为进行模拟。结果表明：由于SnO2与Ag基体间的界面强度得到提高，氧化物添加剂可显著增强Ag-SnO2电接触材料的抗蠕变性能，尤其是CuO添加剂的效果最佳。模拟结果与通过实验获得的蠕变数据基本吻合，误差小于3%。研究结果对预测Ag基电接触材料的蠕变行为及改善力学性能均具有一定参考价值。
2021, 50(4):1448-1454.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200403
摘要:
采用化学辅助高能球磨工艺制备了MnBi/Sm2Co17纳米晶复合磁粉,研究了MnBi合金添加量对复合磁体磁性能和微结构的影响。随着MnBi合金添加量的增加,复合磁粉的内禀矫顽力先稍上升,后基本保持不变,但均低于纯MnBi磁粉的10.8 kOe；磁粉的饱和磁化强度和剩余磁化强度均逐渐下降。复合磁粉中没有发现明显的元素互扩散现象。采用Henkel曲线分析了复合磁体的交换耦合作用,复合磁粉的δM在添加量为15wt. %时达到极大值,说明该复合磁体具有较强的交换耦合作用,结合磁粉形貌分析了随着MnBi合金添加量的增加复合磁粉剩磁比演变规律的原因。
采用化学辅助高能球磨工艺制备了MnBi/Sm2Co17纳米晶复合磁粉,研究了MnBi合金添加量对复合磁体磁性能和微结构的影响。随着MnBi合金添加量的增加,复合磁粉的内禀矫顽力先稍上升,后基本保持不变,但均低于纯MnBi磁粉的10.8 kOe；磁粉的饱和磁化强度和剩余磁化强度均逐渐下降。复合磁粉中没有发现明显的元素互扩散现象。采用Henkel曲线分析了复合磁体的交换耦合作用,复合磁粉的δM在添加量为15wt. %时达到极大值,说明该复合磁体具有较强的交换耦合作用,结合磁粉形貌分析了随着MnBi合金添加量的增加复合磁粉剩磁比演变规律的原因。
2021, 50(4):1455-1461.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200426
摘要:
采用X射线衍射（XRD）研究了不同退火温度下铪棒宏观织构的演变，采用场发射扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线光电子能谱分析（XPS）研究了铪棒在360℃/18.6MPa进行28天水腐蚀后腐蚀产物的形貌、成分以及对腐蚀产物价态及迁移进行了表征。结果表明：热轧态的铪棒在RD-TD投影面出现了四种织构，表现为轴向复合织构。基面﹛0002﹜织构在各个阶段表现出很强的遗传性，其余织构均发生了不同变化。铪棒的腐蚀层由10～100nm的铪的氧化物颗粒堆积形成，柱面﹛10-10﹜退火织构比基面﹛0002﹜织构腐蚀速度快。腐蚀层优先形成Hf(4-x)+中间态氧化物，在生长过程中Hf(4-x)+失去电子变成Hf4+，与氧结合形成HfO2。
采用X射线衍射（XRD）研究了不同退火温度下铪棒宏观织构的演变，采用场发射扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线光电子能谱分析（XPS）研究了铪棒在360℃/18.6MPa进行28天水腐蚀后腐蚀产物的形貌、成分以及对腐蚀产物价态及迁移进行了表征。结果表明：热轧态的铪棒在RD-TD投影面出现了四种织构，表现为轴向复合织构。基面﹛0002﹜织构在各个阶段表现出很强的遗传性，其余织构均发生了不同变化。铪棒的腐蚀层由10～100nm的铪的氧化物颗粒堆积形成，柱面﹛10-10﹜退火织构比基面﹛0002﹜织构腐蚀速度快。腐蚀层优先形成Hf(4-x)+中间态氧化物，在生长过程中Hf(4-x)+失去电子变成Hf4+，与氧结合形成HfO2。
48 疏水亲油材料研究进展
2021, 50(4):1471-1481.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200191
摘要:
疏水亲油材料是解决频繁发生原油泄漏事故的关键，如何提高其油水分离效率已成为亟待解决的问题。自然界中，一些植物、昆虫和动物的身上就具有可以使其在自然环境中更好的生存的超疏水结构。受到自然界中超疏水现象的启发，开发具有超疏水性能的油水分离材料引起了广泛的关注。目前常用于油水分离的材料主要可分为零维疏水粉体/一维纤维材料、二维疏水网/织布材料和三维疏水多孔材料。本文着重综述了近年来这三种疏水亲油材料的制备及其对有机物的吸附性能，并对其未来的发展进行了展望。
疏水亲油材料是解决频繁发生原油泄漏事故的关键，如何提高其油水分离效率已成为亟待解决的问题。自然界中，一些植物、昆虫和动物的身上就具有可以使其在自然环境中更好的生存的超疏水结构。受到自然界中超疏水现象的启发，开发具有超疏水性能的油水分离材料引起了广泛的关注。目前常用于油水分离的材料主要可分为零维疏水粉体/一维纤维材料、二维疏水网/织布材料和三维疏水多孔材料。本文着重综述了近年来这三种疏水亲油材料的制备及其对有机物的吸附性能，并对其未来的发展进行了展望。
2021, 50(4):1482-1491.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200360
摘要:
镁及其合金相比于其他不可降解的医用金属材料具有更好的可生物降解性，且无需进一步手术取出，降低了治疗成本，已成为人体植入物的候选材料。本文针对可降解吸收的医用镁合金的耐腐蚀性较差，在临床上的应用受到了很大的限制的问题，介绍了三种典型医用镁合金耐腐蚀性能的变化和近几年有关可降解医用镁合金的腐蚀研究进展，总结了研究可降解医用镁合金耐腐蚀性能的实验方法和结果。得出未来医用镁合金既要充分发挥其可降解吸收的优点，又要把控好在人体服役期间的降解速度的结论。
镁及其合金相比于其他不可降解的医用金属材料具有更好的可生物降解性，且无需进一步手术取出，降低了治疗成本，已成为人体植入物的候选材料。本文针对可降解吸收的医用镁合金的耐腐蚀性较差，在临床上的应用受到了很大的限制的问题，介绍了三种典型医用镁合金耐腐蚀性能的变化和近几年有关可降解医用镁合金的腐蚀研究进展，总结了研究可降解医用镁合金耐腐蚀性能的实验方法和结果。得出未来医用镁合金既要充分发挥其可降解吸收的优点，又要把控好在人体服役期间的降解速度的结论。
2021, 50(4):1492-1504.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200369
摘要:
钴酸锂(LiCoO2,简称LCO)是应用最广泛的3C数码产品储能正极材料之一,开发高电压LCO正极材料将进一步提高其能量密度和电池续航能力,是未来便携式储能设备的发展趋势。在众多材料改性方法中,体相掺杂和表面修饰作为改善高电压LCO性能最有效的手段,具有极高的学术和应用价值。本文通过介绍用于LCO正极材料体相掺杂以及表面修饰的常用材料、制备方法以及改性机制、协同效应,总结高电压LCO的研究进展,并指出存在的问题以及未来的发展趋势。
钴酸锂(LiCoO2,简称LCO)是应用最广泛的3C数码产品储能正极材料之一,开发高电压LCO正极材料将进一步提高其能量密度和电池续航能力,是未来便携式储能设备的发展趋势。在众多材料改性方法中,体相掺杂和表面修饰作为改善高电压LCO性能最有效的手段,具有极高的学术和应用价值。本文通过介绍用于LCO正极材料体相掺杂以及表面修饰的常用材料、制备方法以及改性机制、协同效应,总结高电压LCO的研究进展,并指出存在的问题以及未来的发展趋势。
