2022年第51卷第1期文章目次
2022, 51(1):1-5.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200053
摘要:
为了获得6061铝合金极板表面类石墨碳涂层抗质子酸腐蚀的临界厚度和界面接触电阻的降低量值，采用磁控溅射方法在6061铝合金极板表面制备了一系列类石墨碳涂层。表征了类石墨碳涂层的微观结构，分析了涂层的界面接触电阻、耐蚀性和稳定性。结果表明，6061铝合金极板表面耐质子交换膜燃料电池阴极环境腐蚀的类石墨涂层临界厚度为0.97 μm。与低碳靶电流条件下制备的涂层相比，碳靶电流4.5 A时制备的涂层表面更加光滑；此时，类石墨碳涂层的界面接触电阻最小，为16 mΩ·cm2，是石墨极板接触电阻的2倍。
为了获得6061铝合金极板表面类石墨碳涂层抗质子酸腐蚀的临界厚度和界面接触电阻的降低量值，采用磁控溅射方法在6061铝合金极板表面制备了一系列类石墨碳涂层。表征了类石墨碳涂层的微观结构，分析了涂层的界面接触电阻、耐蚀性和稳定性。结果表明，6061铝合金极板表面耐质子交换膜燃料电池阴极环境腐蚀的类石墨涂层临界厚度为0.97 μm。与低碳靶电流条件下制备的涂层相比，碳靶电流4.5 A时制备的涂层表面更加光滑；此时，类石墨碳涂层的界面接触电阻最小，为16 mΩ·cm2，是石墨极板接触电阻的2倍。
2022, 51(1):6-10.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210299
摘要:
采用简单、高效、低成本的刻蚀技术，实现了航空用超疏水7075铝合金的规模化可控制备。阻抗测试表明，制备得到的超疏水7075铝合金的电荷转移电阻增大，双层电容明显减小，耐腐蚀性能得到显著改善。该研究对开拓绿色航空时代、创新合金材料腐蚀防护新技术具有重要经济价值和现实意义。
采用简单、高效、低成本的刻蚀技术，实现了航空用超疏水7075铝合金的规模化可控制备。阻抗测试表明，制备得到的超疏水7075铝合金的电荷转移电阻增大，双层电容明显减小，耐腐蚀性能得到显著改善。该研究对开拓绿色航空时代、创新合金材料腐蚀防护新技术具有重要经济价值和现实意义。
2022, 51(1):11-17.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200901
摘要:
研究了超声振动对Al-11.5Si-4Cu-2Ni-1Mg-0.45Fe合金凝固组织的影响。结果表明，经超声振动的合金中，初生硅形貌由长条状转变为多边形状，并得到了显著细化。其中空化效应产生的大过冷度引起的异质形核和生长时间缩短是初生硅细化的主要原因。随着超声功率的增加，初生硅由长条状转变为短棒状，α-Al5FeSi相由块状转变为半圆形态。共晶硅和金属间化合物形态的演变和细化主要是由空化效应引起的固体破碎、均匀的溶质分布、均匀的温度场及共晶生长时间的缩短造成的。
研究了超声振动对Al-11.5Si-4Cu-2Ni-1Mg-0.45Fe合金凝固组织的影响。结果表明，经超声振动的合金中，初生硅形貌由长条状转变为多边形状，并得到了显著细化。其中空化效应产生的大过冷度引起的异质形核和生长时间缩短是初生硅细化的主要原因。随着超声功率的增加，初生硅由长条状转变为短棒状，α-Al5FeSi相由块状转变为半圆形态。共晶硅和金属间化合物形态的演变和细化主要是由空化效应引起的固体破碎、均匀的溶质分布、均匀的温度场及共晶生长时间的缩短造成的。
2022, 51(1):18-23.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200054
摘要:
研究了退火温度对电子束蒸发制备的锗薄膜光学性能和表面结构的影响规律。在硅基底上制备了厚度约850 nm的Ge薄膜，分别在350、400、450和500 ℃下进行退火。通过红外光谱仪测试了薄膜的透射率变化，采用光谱反演法得到了薄膜折射率和消光系数的变化规律，使用X射线衍射和原子力显微镜测试了样品的结晶特性和表面形貌。结果表明，与退火前的薄膜各项参数相比，退火后薄膜的透射率升高，而折射率和消光系数下降。当退火温度从350 ℃升高到500 ℃，透射率和折射率均逐渐减小，而消光系数逐渐变大。在400 ℃以上进行退火处理的薄膜出现结晶现象，Ge(111)晶面为择优生长取向。随着退火温度的升高，晶粒尺寸变大，薄膜表面出现颗粒状物质，并且表面粗糙度升高。
研究了退火温度对电子束蒸发制备的锗薄膜光学性能和表面结构的影响规律。在硅基底上制备了厚度约850 nm的Ge薄膜，分别在350、400、450和500 ℃下进行退火。通过红外光谱仪测试了薄膜的透射率变化，采用光谱反演法得到了薄膜折射率和消光系数的变化规律，使用X射线衍射和原子力显微镜测试了样品的结晶特性和表面形貌。结果表明，与退火前的薄膜各项参数相比，退火后薄膜的透射率升高，而折射率和消光系数下降。当退火温度从350 ℃升高到500 ℃，透射率和折射率均逐渐减小，而消光系数逐渐变大。在400 ℃以上进行退火处理的薄膜出现结晶现象，Ge(111)晶面为择优生长取向。随着退火温度的升高，晶粒尺寸变大，薄膜表面出现颗粒状物质，并且表面粗糙度升高。
2022, 51(1):24-29.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200878
摘要:
选用TiO2作为触头材料的添加剂，采用粉末冶金法制备了6种不同第二相（SnO2）粒度的AgSnO2和AgSnO2/TiO2触头材料。研究了2种触头材料的润湿性和电接触性能。用座滴法测量了Ag与SnO2之间的润湿角，并表征了材料的湿润性，使用JF04C电接触触头材料测试系统对材料电接触性能进行了测试，分析了不同第二相粒度的触头材料的润湿性和电接触性能的变化规律。结果表明，当第二相粒度为100~300 nm时，2种触头材料的性能均优于其它粒度的触头材料。
选用TiO2作为触头材料的添加剂，采用粉末冶金法制备了6种不同第二相（SnO2）粒度的AgSnO2和AgSnO2/TiO2触头材料。研究了2种触头材料的润湿性和电接触性能。用座滴法测量了Ag与SnO2之间的润湿角，并表征了材料的湿润性，使用JF04C电接触触头材料测试系统对材料电接触性能进行了测试，分析了不同第二相粒度的触头材料的润湿性和电接触性能的变化规律。结果表明，当第二相粒度为100~300 nm时，2种触头材料的性能均优于其它粒度的触头材料。
2022, 51(1):30-35.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200862
摘要:
通过4种不同功率的脉冲激光（150，250，350，450 W）对铸态Al0.3CoCrFeNi高熵合金进行处理。按相对于激光源的位置，合金组织分为3个部分：内部具有细胞状结构的中心影响区，具有长条结构的边缘影响区，以及未受影响的原始晶粒区域。由于激光引起的快速熔化和凝固，经不同功率处理的样品截面中均观察到细胞结构；另外，在激光影响区边缘发现了长条细胞结构。之后，将激光处理的样品分别在660和800 ℃下退火2 h，可以观察到沿细胞结构边界有沉淀相析出。通过硬度测试，表明激光表面处理和后续热处理相结合的方法显著提升了合金的硬度。
通过4种不同功率的脉冲激光（150，250，350，450 W）对铸态Al0.3CoCrFeNi高熵合金进行处理。按相对于激光源的位置，合金组织分为3个部分：内部具有细胞状结构的中心影响区，具有长条结构的边缘影响区，以及未受影响的原始晶粒区域。由于激光引起的快速熔化和凝固，经不同功率处理的样品截面中均观察到细胞结构；另外，在激光影响区边缘发现了长条细胞结构。之后，将激光处理的样品分别在660和800 ℃下退火2 h，可以观察到沿细胞结构边界有沉淀相析出。通过硬度测试，表明激光表面处理和后续热处理相结合的方法显著提升了合金的硬度。
2022, 51(1):36-43.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200800
摘要:
研究了闭孔泡沫铝板、3种空心波纹铝板和3种用环氧树脂粘接而成的闭孔泡沫铝填充波纹铝板的平面外压缩性能。泡沫填充波纹铝板不仅能显著提高抗压强度和吸能能力，而且力学性能更加稳定。泡沫填充波纹板具有明显的三维压缩效果。铝合金板材强度越小，三维延伸变形越明显。由3种不同强度的铝合金板制成的泡沫铝填充波纹板具有相似的力学性能。成形性好、耐腐蚀性高、可焊性好的3003铝合金板非常适合作为面板和波纹板。
研究了闭孔泡沫铝板、3种空心波纹铝板和3种用环氧树脂粘接而成的闭孔泡沫铝填充波纹铝板的平面外压缩性能。泡沫填充波纹铝板不仅能显著提高抗压强度和吸能能力，而且力学性能更加稳定。泡沫填充波纹板具有明显的三维压缩效果。铝合金板材强度越小，三维延伸变形越明显。由3种不同强度的铝合金板制成的泡沫铝填充波纹板具有相似的力学性能。成形性好、耐腐蚀性高、可焊性好的3003铝合金板非常适合作为面板和波纹板。
2022, 51(1):44-51.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210012
摘要:
通过蠕变性能测试和组织观察，研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为。结果表明，该合金在1040 ℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h，表现出优异的蠕变抗力。合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。在蠕变后期，合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ′相，剪切γ′相的位错可以交滑移，形成的Kear-Wilsdorf（K-W）锁可抑制位错的滑移和交滑移。位错的交滑移能够促使筏状γ/γ′两相的扭曲，致使沿γ/γ′界面的裂纹萌生及界面断裂，这是合金的损伤和断裂特征。而σ>η/α被认为是裂纹发生失稳扩展的条件。
通过蠕变性能测试和组织观察，研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为。结果表明，该合金在1040 ℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h，表现出优异的蠕变抗力。合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。在蠕变后期，合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ′相，剪切γ′相的位错可以交滑移，形成的Kear-Wilsdorf（K-W）锁可抑制位错的滑移和交滑移。位错的交滑移能够促使筏状γ/γ′两相的扭曲，致使沿γ/γ′界面的裂纹萌生及界面断裂，这是合金的损伤和断裂特征。而σ>η/α被认为是裂纹发生失稳扩展的条件。
2022, 51(1):52-59.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210008
摘要:
通过蠕变性能测试及组织形貌观察，研究了6%Re-5%Ru（质量分数）单晶镍基高温合金的超高温蠕变行为和变形机制。结果表明，该合金在1160 ℃/120 MPa条件下的蠕变寿命为206 h。稳态蠕变期间，位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相是合金的变形特征，基体中溶解的高浓度难熔元素可增加位错运动阻力。蠕变后期，切入筏状γ′相的位错可由｛111｝面交滑移至｛100｝面，形成Kear-Wilsdorf（K-W）位错锁，高数量K-W位错锁可抑制位错滑移和交滑移，是合金具有较好蠕变抗力和较低应变速率的原因。交滑移可扭曲筏状γ′相，并在两相界面发生裂纹萌生与扩展，直至断裂，这是合金蠕变后期的变形与损伤特征。其中，溶入γ′相的Ru原子可替换Al原子，合金中Ru与Re、W的相互作用使较多的Re、W原子溶入γ′相，延缓元素扩散速率，阻碍位错运动，使合金在超高温蠕变期间仍保留高数量K-W位错锁及良好蠕变抗力。
通过蠕变性能测试及组织形貌观察，研究了6%Re-5%Ru（质量分数）单晶镍基高温合金的超高温蠕变行为和变形机制。结果表明，该合金在1160 ℃/120 MPa条件下的蠕变寿命为206 h。稳态蠕变期间，位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相是合金的变形特征，基体中溶解的高浓度难熔元素可增加位错运动阻力。蠕变后期，切入筏状γ′相的位错可由｛111｝面交滑移至｛100｝面，形成Kear-Wilsdorf（K-W）位错锁，高数量K-W位错锁可抑制位错滑移和交滑移，是合金具有较好蠕变抗力和较低应变速率的原因。交滑移可扭曲筏状γ′相，并在两相界面发生裂纹萌生与扩展，直至断裂，这是合金蠕变后期的变形与损伤特征。其中，溶入γ′相的Ru原子可替换Al原子，合金中Ru与Re、W的相互作用使较多的Re、W原子溶入γ′相，延缓元素扩散速率，阻碍位错运动，使合金在超高温蠕变期间仍保留高数量K-W位错锁及良好蠕变抗力。
2022, 51(1):60-65.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200813
摘要:
对比研究了商业Fe-Si-B非晶（Fe-Si-BMG）粉末和目前广泛应用的零价铁粉（ZVI，Fe0）对水溶液中重金属离子Ni(II)的去除性能。动力学分析显示Fe-Si-BMG粉末对Ni(II)的去除效率约为Fe0粉的38倍。通过对2种粉末的表面形貌观察发现，与Fe0粉相比， Fe-Si-BMG粉末的表面产物层具有均匀、疏松的絮状物，更容易在搅拌过程中脱落。通过对Fe-Si-BMG粉末反应前后的表面化学成分分析发现：Fe-Si-BMG粉末通过吸附、还原、共沉淀作用去除水溶液中Ni(II)，而Fe0粉主要通过吸附和共沉淀去除水溶液中的Ni(II)。
对比研究了商业Fe-Si-B非晶（Fe-Si-BMG）粉末和目前广泛应用的零价铁粉（ZVI，Fe0）对水溶液中重金属离子Ni(II)的去除性能。动力学分析显示Fe-Si-BMG粉末对Ni(II)的去除效率约为Fe0粉的38倍。通过对2种粉末的表面形貌观察发现，与Fe0粉相比， Fe-Si-BMG粉末的表面产物层具有均匀、疏松的絮状物，更容易在搅拌过程中脱落。通过对Fe-Si-BMG粉末反应前后的表面化学成分分析发现：Fe-Si-BMG粉末通过吸附、还原、共沉淀作用去除水溶液中Ni(II)，而Fe0粉主要通过吸附和共沉淀去除水溶液中的Ni(II)。
2022, 51(1):66-73.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200906
摘要:
采用反应合成法结合塑性变形工艺制备了不同SnO2含量的AgCuOIn2O3SnO2电触头材料，利用扫描电镜和金相显微镜表征了材料的微观形貌及显微组织，分析对比了不同SnO2含量的材料金相组织及其增强相的分布均匀性，并利用X射线衍射分析了材料的物相结构。测量了材料的抗拉伸强度、硬度、电阻等性能。结果表明：添加适量的SnO2能使组织中的孔隙尺寸缩小、其他缺陷明显减少。氧化物弥散分布在银基体中，极大地改善了AgCuOIn2O3电触头材料的显微组织均匀性。在SnO2含量不变时，材料的电阻率随塑性变形程度增加而有所降低；随着SnO2含量增多，电阻率呈现先降低后升高的趋势，最后趋于定值，约为2.4 μΩ·cm。添加SnO2后各试样材料的硬度均显著升高，SnO2含量为1%（质量分数）的材料具有最优的抗拉伸强度和延伸率。
采用反应合成法结合塑性变形工艺制备了不同SnO2含量的AgCuOIn2O3SnO2电触头材料，利用扫描电镜和金相显微镜表征了材料的微观形貌及显微组织，分析对比了不同SnO2含量的材料金相组织及其增强相的分布均匀性，并利用X射线衍射分析了材料的物相结构。测量了材料的抗拉伸强度、硬度、电阻等性能。结果表明：添加适量的SnO2能使组织中的孔隙尺寸缩小、其他缺陷明显减少。氧化物弥散分布在银基体中，极大地改善了AgCuOIn2O3电触头材料的显微组织均匀性。在SnO2含量不变时，材料的电阻率随塑性变形程度增加而有所降低；随着SnO2含量增多，电阻率呈现先降低后升高的趋势，最后趋于定值，约为2.4 μΩ·cm。添加SnO2后各试样材料的硬度均显著升高，SnO2含量为1%（质量分数）的材料具有最优的抗拉伸强度和延伸率。
2022, 51(1):74-82.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200803
摘要:
采用电弧离子镀的方法制备了不同数目（1、2、4、6）双层结构的AlCrN/AlCrVN多层涂层，并研究了多层结构对涂层微观结构、力学、摩擦学和切削性能的影响。结果显示，沉积态AlCrN/AlCrVN多层涂层主要由固溶(Al，Cr)N组成，优先生长方向为[111]晶向。与其他多层涂层相比，具有6层双层结构的AlCrN/AlCrVN涂层在高温下表现出较低的摩擦系数（约0.46）和磨损率（0.15×10-11 m3/N·m），以及较高的硬度（HK0.05=38 000 MPa）和膜-基结合强度（LC2=53±1 N）。多层涂层相邻层之间形成了较多的界面，有助于提高多层涂层的硬度和耐磨性。切削试验结果显示，当切削磨损标准VB=0.2时，AlCrN/AlCrVN-6涂层具有较高的硬度和耐磨性，最长的切削长度为7.4 m。
采用电弧离子镀的方法制备了不同数目（1、2、4、6）双层结构的AlCrN/AlCrVN多层涂层，并研究了多层结构对涂层微观结构、力学、摩擦学和切削性能的影响。结果显示，沉积态AlCrN/AlCrVN多层涂层主要由固溶(Al，Cr)N组成，优先生长方向为[111]晶向。与其他多层涂层相比，具有6层双层结构的AlCrN/AlCrVN涂层在高温下表现出较低的摩擦系数（约0.46）和磨损率（0.15×10-11 m3/N·m），以及较高的硬度（HK0.05=38 000 MPa）和膜-基结合强度（LC2=53±1 N）。多层涂层相邻层之间形成了较多的界面，有助于提高多层涂层的硬度和耐磨性。切削试验结果显示，当切削磨损标准VB=0.2时，AlCrN/AlCrVN-6涂层具有较高的硬度和耐磨性，最长的切削长度为7.4 m。
2022, 51(1):83-91.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200793
摘要:
在500、550和600 ℃及不同初始应力下对Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V钛合金进行了应力松弛实验。基于经典的Maxwell指数衰减函数，得到了应力松弛极限。提出了利用松弛稳定系数（CS）和松弛速率系数（CR）来描述Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V合金的松弛特性，有利于制定残余应力消减工艺。根据Norton和Arrhenius方程计算了应力指数。通过应力指数和显微组织分析，阐明了应力松弛机理。在不同初始应力下，500 ℃时，位错的攀移和扩散主导了应力松弛过程；550 ℃时，位错滑移在应力松弛过程中起主要作用；600 ℃时，位错滑移、边界滑移和晶粒旋转控制着松弛过程。
在500、550和600 ℃及不同初始应力下对Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V钛合金进行了应力松弛实验。基于经典的Maxwell指数衰减函数，得到了应力松弛极限。提出了利用松弛稳定系数（CS）和松弛速率系数（CR）来描述Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V合金的松弛特性，有利于制定残余应力消减工艺。根据Norton和Arrhenius方程计算了应力指数。通过应力指数和显微组织分析，阐明了应力松弛机理。在不同初始应力下，500 ℃时，位错的攀移和扩散主导了应力松弛过程；550 ℃时，位错滑移在应力松弛过程中起主要作用；600 ℃时，位错滑移、边界滑移和晶粒旋转控制着松弛过程。
2022, 51(1):92-97.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200845
摘要:
采用喷雾热解和共沉淀工艺分别制备了Bi2Sr2CaCu2O8+δ (Bi-2212)前驱粉末，研究了Bi-2212前驱粉的中间相演化过程。与共沉淀工艺相比较，喷雾热解工艺提高了前驱粉末中Bi-2212晶粒的相转变效率；而且喷雾热解后粉末中残留的硝酸盐对Bi-2212晶粒的生长影响较小，共沉淀后粉末中残留碳酸盐会阻碍Bi-2212晶粒的形成。采用喷雾热解法制备的Bi-2212线材的性能与采用传统共沉淀工艺法制备的线材性能相近，但喷雾热解工艺的制备效率更高。因此，采用喷雾热解制备前驱粉末有助于实现Bi-2212线材的大规模生产。
采用喷雾热解和共沉淀工艺分别制备了Bi2Sr2CaCu2O8+δ (Bi-2212)前驱粉末，研究了Bi-2212前驱粉的中间相演化过程。与共沉淀工艺相比较，喷雾热解工艺提高了前驱粉末中Bi-2212晶粒的相转变效率；而且喷雾热解后粉末中残留的硝酸盐对Bi-2212晶粒的生长影响较小，共沉淀后粉末中残留碳酸盐会阻碍Bi-2212晶粒的形成。采用喷雾热解法制备的Bi-2212线材的性能与采用传统共沉淀工艺法制备的线材性能相近，但喷雾热解工艺的制备效率更高。因此，采用喷雾热解制备前驱粉末有助于实现Bi-2212线材的大规模生产。
2022, 51(1):98-105.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210544
摘要:
采用带极埋弧堆焊在Q345R基体表面堆焊EQ309L不锈钢焊带。运用电子背散射衍射（EBSD）表征技术，观测了Q345R和EQ309L之间的EQ309L侧、Q345R侧和界面的微观组织特征。结果表明：在Q345R基体上大部分晶粒内部畸变严重，观测到明显的沿原轧制方向的条带状晶粒。在过热粗晶区域，Q345R基体的平均晶粒尺寸为30~40 μm，晶粒粗化不严重；在细晶区，Q345R基体的平均晶粒尺寸为10~20 μm。Q345R基体侧熔合线向堆焊层延伸35~40 μm后的区域是过渡区，该区域具有体心立方（bcc）结构。EQ309L层晶粒粗大，呈柱状晶形貌，具有明显的<100>织构特征。
采用带极埋弧堆焊在Q345R基体表面堆焊EQ309L不锈钢焊带。运用电子背散射衍射（EBSD）表征技术，观测了Q345R和EQ309L之间的EQ309L侧、Q345R侧和界面的微观组织特征。结果表明：在Q345R基体上大部分晶粒内部畸变严重，观测到明显的沿原轧制方向的条带状晶粒。在过热粗晶区域，Q345R基体的平均晶粒尺寸为30~40 μm，晶粒粗化不严重；在细晶区，Q345R基体的平均晶粒尺寸为10~20 μm。Q345R基体侧熔合线向堆焊层延伸35~40 μm后的区域是过渡区，该区域具有体心立方（bcc）结构。EQ309L层晶粒粗大，呈柱状晶形貌，具有明显的<100>织构特征。
2022, 51(1):106-112.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200917
摘要:
研究了DD483合金在服役温度附近经喷砂处理和退火后的组织演变和表面再结晶行为。将DD483合金试样在0.4~0.7 MPa的压力范围内进行喷砂处理，再于1100 ℃退火4和16 h。结果表明，在预定的爆破压力范围内，喷砂能有效地清理合金表面，并将压应力引入表面。喷砂样品退火4和16 h后，Ti和Al元素析出到表面并转化为氧化物，退火后亚表层出现胞状再结晶结构。拓扑密堆积（TCP）相和TiN分别在再结晶区和原始基体近再结晶区析出。此外，再结晶区的厚度随退火时间和实际应力的增加而增加。
研究了DD483合金在服役温度附近经喷砂处理和退火后的组织演变和表面再结晶行为。将DD483合金试样在0.4~0.7 MPa的压力范围内进行喷砂处理，再于1100 ℃退火4和16 h。结果表明，在预定的爆破压力范围内，喷砂能有效地清理合金表面，并将压应力引入表面。喷砂样品退火4和16 h后，Ti和Al元素析出到表面并转化为氧化物，退火后亚表层出现胞状再结晶结构。拓扑密堆积（TCP）相和TiN分别在再结晶区和原始基体近再结晶区析出。此外，再结晶区的厚度随退火时间和实际应力的增加而增加。
2022, 51(1):113-118.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200922
摘要:
通过对比分析2D12铝合金超声强化试样与抛光试样的疲劳性能，对表面硬化、残余应力和疲劳寿命进行了研究。残余压应力和梯度纳米晶结构对改善构件的疲劳性能起着至关重要的作用，可以有效减少疲劳裂纹的萌生和扩展。实验及分析预测结果表明，试样经超声强化后，轴向压应力提高了55%，显微硬度提高了20%。通过对表面强化规律的研究，为2D12铝合金的强化工艺和疲劳性能的影响提供了指导。
通过对比分析2D12铝合金超声强化试样与抛光试样的疲劳性能，对表面硬化、残余应力和疲劳寿命进行了研究。残余压应力和梯度纳米晶结构对改善构件的疲劳性能起着至关重要的作用，可以有效减少疲劳裂纹的萌生和扩展。实验及分析预测结果表明，试样经超声强化后，轴向压应力提高了55%，显微硬度提高了20%。通过对表面强化规律的研究，为2D12铝合金的强化工艺和疲劳性能的影响提供了指导。
2022, 51(1):119-126.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200895
摘要:
以氢气、氧气和四氯化钛为混合前驱体，通过气液爆轰法合成了多晶纳米二氧化钛。研究了不同摩尔比例的前驱体和初始反应压力对纳米二氧化钛晶相结构的影响。采用X射线衍射及透射电子显微镜对产物的纳米结构、成分、颗粒大小和形态进行了表征。结果表明：获得的二氧化钛存在纯净的锐钛矿相、纯净的金红石相和混合相，其中混合相的球形或者类球形颗粒粒径为20~150 nm。分析了纳米二氧化钛在气液爆轰中的形成机制。基于C-J理论和化学反应数据，计算了爆轰参数；该参数验证了不同摩尔比例的前驱体和初始反应压力对控制合成多晶纳米二氧化钛的影响。
以氢气、氧气和四氯化钛为混合前驱体，通过气液爆轰法合成了多晶纳米二氧化钛。研究了不同摩尔比例的前驱体和初始反应压力对纳米二氧化钛晶相结构的影响。采用X射线衍射及透射电子显微镜对产物的纳米结构、成分、颗粒大小和形态进行了表征。结果表明：获得的二氧化钛存在纯净的锐钛矿相、纯净的金红石相和混合相，其中混合相的球形或者类球形颗粒粒径为20~150 nm。分析了纳米二氧化钛在气液爆轰中的形成机制。基于C-J理论和化学反应数据，计算了爆轰参数；该参数验证了不同摩尔比例的前驱体和初始反应压力对控制合成多晶纳米二氧化钛的影响。
2022, 51(1):127-133.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210396
摘要:
NiPt合金溅射靶材是半导体工业重要原材料，其微观结构的表征和调控对于提高靶材与溅射薄膜的质量具有重要意义。本文采用EBSD分析检测系统对冷轧态NiPt5合金在退火过程中的再结晶行为进行了研究。结果表明，NiPt5合金经80%冷轧变形后主要呈{112}<021>织构。450℃退火后，最先在<110>∥ND形变带以亚晶合并机制形核。550-650℃温度范围内再结晶结构平均晶粒尺寸由1.2 μm增至15 μm，取向分布呈<110>∥ND趋势，HABS和LABS的演变主导了NiPt5合金退火过程中结构的演变。550℃退火晶粒的生长机制主要是晶粒转动合并机制。而650℃退火后，晶粒内部大量亚晶及60°{111}退火孪晶的出现分别证明了该温度范围内有晶粒转动和晶界迁移两种生长机制的共同作用。
NiPt合金溅射靶材是半导体工业重要原材料，其微观结构的表征和调控对于提高靶材与溅射薄膜的质量具有重要意义。本文采用EBSD分析检测系统对冷轧态NiPt5合金在退火过程中的再结晶行为进行了研究。结果表明，NiPt5合金经80%冷轧变形后主要呈{112}<021>织构。450℃退火后，最先在<110>∥ND形变带以亚晶合并机制形核。550-650℃温度范围内再结晶结构平均晶粒尺寸由1.2 μm增至15 μm，取向分布呈<110>∥ND趋势，HABS和LABS的演变主导了NiPt5合金退火过程中结构的演变。550℃退火晶粒的生长机制主要是晶粒转动合并机制。而650℃退火后，晶粒内部大量亚晶及60°{111}退火孪晶的出现分别证明了该温度范围内有晶粒转动和晶界迁移两种生长机制的共同作用。
2022, 51(1):134-142.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210012
摘要:
针对大多数镁合金室温塑性差的关键共性问题,本文通过镁合金位错特性、层错能对变形机制的影响以及层错能与滑移系临界剪切应力之间的关系等三个方面综述了利用层错能改善镁合金室温塑性的理论与实验依据,在此基础上构建了“层错能-镁合金滑移系临界剪切应力”计算模型,并利用此模型计算了纯镁、Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Y合金基面、柱面、锥面位错启动所需临界剪切应力,通过比较Mg合金、纯镁的非基面与基面滑移的临界分切应力差值,分析了Al、Zn、Y三种固溶元素对镁合金塑性的影响,验证了模型的可靠性。最终确定以降低非基面位错(主要是位错)滑移分切应力为导向,选择出合适的合金元素,指导室温高塑性镁合金的合金成分设计。
针对大多数镁合金室温塑性差的关键共性问题,本文通过镁合金位错特性、层错能对变形机制的影响以及层错能与滑移系临界剪切应力之间的关系等三个方面综述了利用层错能改善镁合金室温塑性的理论与实验依据,在此基础上构建了“层错能-镁合金滑移系临界剪切应力”计算模型,并利用此模型计算了纯镁、Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Y合金基面、柱面、锥面位错启动所需临界剪切应力,通过比较Mg合金、纯镁的非基面与基面滑移的临界分切应力差值,分析了Al、Zn、Y三种固溶元素对镁合金塑性的影响,验证了模型的可靠性。最终确定以降低非基面位错(主要是
2022, 51(1):143-148.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210045
摘要:
利用基于密度泛函理论的第一性原理,采用平面波赝势方法,研究了H2分子在Zr(0001)晶面的表面吸附。通过研究Zr(0001)/H2体系的吸附能、稳定吸附构型和电子结构,阐明了Zr(0001)表面吸氢反应的微观机制。结果表明：H2分子在Zr(0001)表面的最稳定吸附位为面心立方(fcc)位,其吸附能为0.899eV,解离的H原子最终稳定吸附在Zr(0001)表面的穴(hollow)位和面心立方(fcc)位。被吸附H原子与Zr(0001)表面间出现了大量的电荷转移,同时,H原子的1s轨道和Zr原子的5s、4d轨道出现杂化,表明H2分子解离吸附后H原子与表层Zr原子间同时存在离子键和共价键。此外,研究了覆盖度对吸附能的影响,吸附能随覆盖度的增大而增大,当覆盖度达到4/5ML时,氢分子解离后有一半的氢原子吸附到Zr(0001)的亚表面。
利用基于密度泛函理论的第一性原理,采用平面波赝势方法,研究了H2分子在Zr(0001)晶面的表面吸附。通过研究Zr(0001)/H2体系的吸附能、稳定吸附构型和电子结构,阐明了Zr(0001)表面吸氢反应的微观机制。结果表明：H2分子在Zr(0001)表面的最稳定吸附位为面心立方(fcc)位,其吸附能为0.899eV,解离的H原子最终稳定吸附在Zr(0001)表面的穴(hollow)位和面心立方(fcc)位。被吸附H原子与Zr(0001)表面间出现了大量的电荷转移,同时,H原子的1s轨道和Zr原子的5s、4d轨道出现杂化,表明H2分子解离吸附后H原子与表层Zr原子间同时存在离子键和共价键。此外,研究了覆盖度对吸附能的影响,吸附能随覆盖度的增大而增大,当覆盖度达到4/5ML时,氢分子解离后有一半的氢原子吸附到Zr(0001)的亚表面。
2022, 51(1):149-158.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210046
摘要:
高压气淬过程中，由于冷却速率较大，工件易产生热应力，甚至发生塑性变形或开裂，因此能准确预测高压气淬过程中工件热应力分布对于工业生产尤为重要。本文运用计算流体力学法建立了交流流动型立式高压气淬炉气淬过程的数值传热和湍流模型，模拟了Ti2AlNb超塑成形/扩散连接空心结构件的气淬过程。采用有限体积法划分了简化炉模型的网格，并根据实际工况设定了边界条件。模拟结果显示，Ti2AlNb空心结构件在气淬开始时四周边缘冷却较快，心部冷却较慢，随着时间的增加，两侧冷却较快，心部冷却较慢。温度的分布决定了热应力的分布，Ti2AlNb结构件心部温度高，边部温度低，心部受边部的限制不能自由膨胀，因此心部受压应力。气淬过程中热应力未超过屈服强度，均属于弹性范围。
高压气淬过程中，由于冷却速率较大，工件易产生热应力，甚至发生塑性变形或开裂，因此能准确预测高压气淬过程中工件热应力分布对于工业生产尤为重要。本文运用计算流体力学法建立了交流流动型立式高压气淬炉气淬过程的数值传热和湍流模型，模拟了Ti2AlNb超塑成形/扩散连接空心结构件的气淬过程。采用有限体积法划分了简化炉模型的网格，并根据实际工况设定了边界条件。模拟结果显示，Ti2AlNb空心结构件在气淬开始时四周边缘冷却较快，心部冷却较慢，随着时间的增加，两侧冷却较快，心部冷却较慢。温度的分布决定了热应力的分布，Ti2AlNb结构件心部温度高，边部温度低，心部受边部的限制不能自由膨胀，因此心部受压应力。气淬过程中热应力未超过屈服强度，均属于弹性范围。
2022, 51(1):159-165.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210079
摘要:
应用分子动力学方法模拟了金刚石与钛在热压扩散过程中的原子扩散行为，模拟了不同扩散温度下金刚石与钛界面的原子扩散过程，得到了界面的原子浓度分布、扩散速度以及模拟扩散系数值；采用热压扩散法在金刚石表面镀覆钛层并测量界面的扩散带宽度。研究结果表明：在热压扩散过程中C原子的扩散速度大于Ti原子；随着扩散温度的升高，原子存在低速和快速两个扩散阶段。通过热压扩散的分子动力学模拟对模拟的扩散系数进行数据拟合，能够确定C和Ti原子的扩散因子和扩散激活能，从而简单、有效地确定原子的扩散系数计算公式。金刚石与钛扩散带宽度的计算值与实测值相近，应用分子动力学方法获得的原子扩散系数公式是可行的。
应用分子动力学方法模拟了金刚石与钛在热压扩散过程中的原子扩散行为，模拟了不同扩散温度下金刚石与钛界面的原子扩散过程，得到了界面的原子浓度分布、扩散速度以及模拟扩散系数值；采用热压扩散法在金刚石表面镀覆钛层并测量界面的扩散带宽度。研究结果表明：在热压扩散过程中C原子的扩散速度大于Ti原子；随着扩散温度的升高，原子存在低速和快速两个扩散阶段。通过热压扩散的分子动力学模拟对模拟的扩散系数进行数据拟合，能够确定C和Ti原子的扩散因子和扩散激活能，从而简单、有效地确定原子的扩散系数计算公式。金刚石与钛扩散带宽度的计算值与实测值相近，应用分子动力学方法获得的原子扩散系数公式是可行的。
2022, 51(1):166-173.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210091
摘要:
为研究高强度塑料注射成型过程中碳化钨陶瓷涂层螺杆的承载规律，采用ansys有限元模拟计算不同螺棱结构的碳化钨涂层螺杆承载特征，分析钢基材对三段式碳化钨涂层螺杆承载的影响规律，模拟碳化钨涂层螺杆在扭矩载荷作用下的应力/应变变化规律，讨论碳化钨涂层螺杆的承载扭矩与最大应力和最大应变对应关系，建立碳化钨涂层螺杆临界扭矩的判定方法。 结果表明：螺杆底径最小位置的基材和碳化钨涂层均承载最大应力和最大应变，在相同加载扭矩条件下，螺杆底径越小、其承载应力和承载应变越大；分别建立由碳化钨涂层断裂强度/延伸率模拟计算碳化钨涂层螺杆临界扭矩方法、由材料弹性模量和屈服强度模拟计算未知钢基材碳化钨涂层螺杆临界扭矩方法，经验证二种方法计算结果基本一致；在此基础上模拟计算Cr12Mo1V1、9Cr18MoV、CPM420V钢基材NiMoCrFeCo-WC涂层螺杆的临界扭矩分别为330.34、346.87、363.59N·m。
为研究高强度塑料注射成型过程中碳化钨陶瓷涂层螺杆的承载规律，采用ansys有限元模拟计算不同螺棱结构的碳化钨涂层螺杆承载特征，分析钢基材对三段式碳化钨涂层螺杆承载的影响规律，模拟碳化钨涂层螺杆在扭矩载荷作用下的应力/应变变化规律，讨论碳化钨涂层螺杆的承载扭矩与最大应力和最大应变对应关系，建立碳化钨涂层螺杆临界扭矩的判定方法。 结果表明：螺杆底径最小位置的基材和碳化钨涂层均承载最大应力和最大应变，在相同加载扭矩条件下，螺杆底径越小、其承载应力和承载应变越大；分别建立由碳化钨涂层断裂强度/延伸率模拟计算碳化钨涂层螺杆临界扭矩方法、由材料弹性模量和屈服强度模拟计算未知钢基材碳化钨涂层螺杆临界扭矩方法，经验证二种方法计算结果基本一致；在此基础上模拟计算Cr12Mo1V1、9Cr18MoV、CPM420V钢基材NiMoCrFeCo-WC涂层螺杆的临界扭矩分别为330.34、346.87、363.59N·m。
2022, 51(1):174-182.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210014
摘要:
本文以Ti-6Al-7Nb合金为研究对象，采用Gleeble-3500热模拟压缩试验机进行不同温度和应变速率压缩试验。分析了Ti-6Al-7Nb合金在变形温度1023 K、1073 K、1123 K、1173 K，应变速率为0.005 s-1、0.05 s-1、0.5 s-1、5 s-1和10 s-1，最大变形量为60%下的高温变形行为及热加工特性。结果表明：变形温度与应变速率对Ti-6Al-7Nb合金的流动应力影响较大，其中应变速率是影响加工硬化过程的主要因素。Ti-6Al-7Nb合金在发生热塑性变形时后的物相主要有：初生α相、片层状α相、次生α相、片层状β相以及发生球化的初生α相等。Arrhenius本构方程模型适用于低温低应变速率和高温高应变速率形变条件的Ti-6Al-7Nb合金高温变形。利用MATLAB构建计算确定了合金最佳塑性变形区间为：应变速率0.0067 s-1-0.1353 s-1和温度1100-1173 K，在该区间有可能获取Ti-6Al-7Nb合金最佳的塑性变形工艺参数。
本文以Ti-6Al-7Nb合金为研究对象，采用Gleeble-3500热模拟压缩试验机进行不同温度和应变速率压缩试验。分析了Ti-6Al-7Nb合金在变形温度1023 K、1073 K、1123 K、1173 K，应变速率为0.005 s-1、0.05 s-1、0.5 s-1、5 s-1和10 s-1，最大变形量为60%下的高温变形行为及热加工特性。结果表明：变形温度与应变速率对Ti-6Al-7Nb合金的流动应力影响较大，其中应变速率是影响加工硬化过程的主要因素。Ti-6Al-7Nb合金在发生热塑性变形时后的物相主要有：初生α相、片层状α相、次生α相、片层状β相以及发生球化的初生α相等。Arrhenius本构方程模型适用于低温低应变速率和高温高应变速率形变条件的Ti-6Al-7Nb合金高温变形。利用MATLAB构建计算确定了合金最佳塑性变形区间为：应变速率0.0067 s-1-0.1353 s-1和温度1100-1173 K，在该区间有可能获取Ti-6Al-7Nb合金最佳的塑性变形工艺参数。
2022, 51(1):183-189.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210019
摘要:
设计并进行MTS810-25T低周疲劳试验机上的双道次热压缩实验,研究不同初始晶粒尺寸、变形温度、道次间隔保温时间及应变速率条件下新型优质GH738合金的亚动态再结晶动力学,进而结合定量金相分析,建立该合金的亚动态再结晶动力学方程。结果表明：初始晶粒尺寸减小,变形温度升高、道次间隔时间延长、应变速率增大,均可以促进亚动态再结晶的进行,提高再结晶体积分数；而且,提高变形温度和应变速率可以降低亚动态再结晶后晶粒尺寸上的差异,进一步提升组织的均匀程度。进而,结合定量金相及非线性拟合分析,建立了新型优质GH738合金的亚动态再结晶模型,并将所建立模型的预测值和实验值进行了对比分析,符合程度较好,可以满足工程应用要求。
设计并进行MTS810-25T低周疲劳试验机上的双道次热压缩实验,研究不同初始晶粒尺寸、变形温度、道次间隔保温时间及应变速率条件下新型优质GH738合金的亚动态再结晶动力学,进而结合定量金相分析,建立该合金的亚动态再结晶动力学方程。结果表明：初始晶粒尺寸减小,变形温度升高、道次间隔时间延长、应变速率增大,均可以促进亚动态再结晶的进行,提高再结晶体积分数；而且,提高变形温度和应变速率可以降低亚动态再结晶后晶粒尺寸上的差异,进一步提升组织的均匀程度。进而,结合定量金相及非线性拟合分析,建立了新型优质GH738合金的亚动态再结晶模型,并将所建立模型的预测值和实验值进行了对比分析,符合程度较好,可以满足工程应用要求。
2022, 51(1):190-196.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210023
摘要:
通过溶剂热法制备了一种高比表面积的铝基金属有机框架（metal organic frameworks，MOFs）材料Al-ABTC。然后通过静电吸附法将Al-ABTC与氧化石墨烯（GO）复合，并载硫得到Al-ABTC/RGO@S复合材料用于锂硫电池。采用 X 射线衍射(XRD)分析了Al-ABTC的晶体结构，采用扫描电镜(SEM)对Al-ABTC、Al-ABTC/GO和Al-ABTC/RGO@S的八面体形貌进行表征，用恒流充放电测试材料的电化学性能。结果表明，Al-ABTC/RGO@S复合电极在0.2 C电流密度下的首次放电容量达到1345.3 mAh g-1，经过200次的循环以后还能达到406.4 mAh g-1的比容量，其平均库伦效率为99.1%。此外电池即使在2 C下，首次放电比容量高达714.7 mAh g-1，经过300次循环以后容量保持在331 mAh g-1，表现出良好的长循环性能。
通过溶剂热法制备了一种高比表面积的铝基金属有机框架（metal organic frameworks，MOFs）材料Al-ABTC。然后通过静电吸附法将Al-ABTC与氧化石墨烯（GO）复合，并载硫得到Al-ABTC/RGO@S复合材料用于锂硫电池。采用 X 射线衍射(XRD)分析了Al-ABTC的晶体结构，采用扫描电镜(SEM)对Al-ABTC、Al-ABTC/GO和Al-ABTC/RGO@S的八面体形貌进行表征，用恒流充放电测试材料的电化学性能。结果表明，Al-ABTC/RGO@S复合电极在0.2 C电流密度下的首次放电容量达到1345.3 mAh g-1，经过200次的循环以后还能达到406.4 mAh g-1的比容量，其平均库伦效率为99.1%。此外电池即使在2 C下，首次放电比容量高达714.7 mAh g-1，经过300次循环以后容量保持在331 mAh g-1，表现出良好的长循环性能。
2022, 51(1):197-202.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210026
摘要:
采用磁控溅射技术在载玻片上制备了钨铜薄膜。结构分析表明，薄膜的沉积速率和铜含量随铜靶电流的增大而升高，晶粒尺寸和显微硬度随铜靶电流的增大而下降。钨铜薄膜形成了固溶体，在铜含量较高时也有铜颗粒析出。WCu薄膜具有较高的疏水性，薄膜润湿性、液滴尺寸和环境温湿度都影响水滴和水膜的干燥时间。平板计数和菌液喷雾抗菌实验表明，WCu薄膜对大肠杆菌具有良好的抗菌作用。WCu薄膜有望用于环境设施的抗微生物表面改性。
采用磁控溅射技术在载玻片上制备了钨铜薄膜。结构分析表明，薄膜的沉积速率和铜含量随铜靶电流的增大而升高，晶粒尺寸和显微硬度随铜靶电流的增大而下降。钨铜薄膜形成了固溶体，在铜含量较高时也有铜颗粒析出。WCu薄膜具有较高的疏水性，薄膜润湿性、液滴尺寸和环境温湿度都影响水滴和水膜的干燥时间。平板计数和菌液喷雾抗菌实验表明，WCu薄膜对大肠杆菌具有良好的抗菌作用。WCu薄膜有望用于环境设施的抗微生物表面改性。
2022, 51(1):203-210.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210032
摘要:
采用Gleeble-1500热模拟机研究了W80-Cu20(wt.％)复合材料在变形温度为810~970 ℃和应变速率为0.01~10 s-1条件下真应变达0.69的热变形行为,基于改进动态材料模型(MDMM)和Malas’s准则建立功率耗散图和热加工图,结合微观组织确定出合理热加工参数,并对材料的损伤方式进行分析。结果表明：W80-Cu20复合材料的应力-应变曲线表现出典型的动态再结晶型特征,峰值应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增加；确定出W80-Cu20复合材料的合理热加工区域为：840~885℃、0.2~1.42 s-1和885~917℃、0.83~2.05 s-1；W80-Cu20复合材料的损伤方式主要有Cu相撕裂、W-Cu界面分离、W-W界面分离以及W颗粒破碎。
采用Gleeble-1500热模拟机研究了W80-Cu20(wt.％)复合材料在变形温度为810~970 ℃和应变速率为0.01~10 s-1条件下真应变达0.69的热变形行为,基于改进动态材料模型(MDMM)和Malas’s准则建立功率耗散图和热加工图,结合微观组织确定出合理热加工参数,并对材料的损伤方式进行分析。结果表明：W80-Cu20复合材料的应力-应变曲线表现出典型的动态再结晶型特征,峰值应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增加；确定出W80-Cu20复合材料的合理热加工区域为：840~885℃、0.2~1.42 s-1和885~917℃、0.83~2.05 s-1；W80-Cu20复合材料的损伤方式主要有Cu相撕裂、W-Cu界面分离、W-W界面分离以及W颗粒破碎。
2022, 51(1):211-216.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210033
摘要:
利用ABAQUS有限元软件,针对TC4钛合金L型材,分别在蠕变温度为500℃、600℃和700℃,及蠕变时间为600s、1200s、1800s的条件下,进行高温压弯蠕变的数值模拟分析,研究温度和时间对TC4钛合金L型材高温压弯蠕变变形后回弹量的影响规律。数值模拟结果表明,TC4钛合金应力松弛效果受温度影响明显,当温度为700℃时,应力松弛后残余应力降低至50MPa以下；蠕变时间为600s时,应力松弛后残余应力已经降低到趋于稳定的极限值,继续增加蠕变时间,应力松弛效应不发生显著变化。
利用ABAQUS有限元软件,针对TC4钛合金L型材,分别在蠕变温度为500℃、600℃和700℃,及蠕变时间为600s、1200s、1800s的条件下,进行高温压弯蠕变的数值模拟分析,研究温度和时间对TC4钛合金L型材高温压弯蠕变变形后回弹量的影响规律。数值模拟结果表明,TC4钛合金应力松弛效果受温度影响明显,当温度为700℃时,应力松弛后残余应力降低至50MPa以下；蠕变时间为600s时,应力松弛后残余应力已经降低到趋于稳定的极限值,继续增加蠕变时间,应力松弛效应不发生显著变化。
2022, 51(1):217-224.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210034
摘要:
本文设计并制备了一种新型Ti-Al-V-Zr-Mo-Nb系近α型低温粉末钛合金CT1400,并对其进行了系统的微结构表征、低温力学性能测试以及低温变形行为分析。结果表明,CT1400主要由片层α相、等轴α相以及少量片层β相组成,由动态再结晶形成的等轴α相体积分数随成形温度的提升而增加,并体现出明显的晶体学随机取向特征。成形温度对CT1400钛合金20K极限拉伸强度影响不明显,得益于最为充分的动态再结晶过程,920℃制备的样品具有最佳的低温失效应变。此外,CT1400在20K低温条件下为一种位错滑移+孪生的混合变形行为,孪生变形可以通过协调位错滑移提升材料的低温塑性,而低温下的位错强化作用导致CT1400具有较高的极限拉伸强度,使其最终体现出优异的低温强韧性匹配。
本文设计并制备了一种新型Ti-Al-V-Zr-Mo-Nb系近α型低温粉末钛合金CT1400,并对其进行了系统的微结构表征、低温力学性能测试以及低温变形行为分析。结果表明,CT1400主要由片层α相、等轴α相以及少量片层β相组成,由动态再结晶形成的等轴α相体积分数随成形温度的提升而增加,并体现出明显的晶体学随机取向特征。成形温度对CT1400钛合金20K极限拉伸强度影响不明显,得益于最为充分的动态再结晶过程,920℃制备的样品具有最佳的低温失效应变。此外,CT1400在20K低温条件下为一种位错滑移+孪生的混合变形行为,孪生变形可以通过协调位错滑移提升材料的低温塑性,而低温下的位错强化作用导致CT1400具有较高的极限拉伸强度,使其最终体现出优异的低温强韧性匹配。
2022, 51(1):225-231.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210035
摘要:
表面生物活性涂层构建是提升金属内植物骨整合能力的有效途径,本研究利用电化学沉积技术在多孔钽支架表面构建生物活性羟基磷灰石(HA)涂层。通过接触角和比表面积测试发现,HA涂层的构建显著提升了多孔钽表面亲水性,并增加了其比表面积。利用模拟体液浸泡试验评估支架生物活性,发现仅浸泡3天后,多孔钽支架表面就已被类骨磷灰石沉积所覆盖。建成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,所有支架均具有良好的细胞相容性。并且,细胞共培养5天后,HA涂层化多孔钽支架表面细胞的增殖率分别是未改性材料组和空白对照组的1.1和1.4倍,呈现了更大的促细胞增殖潜力。本研究中所制备的生物活性多孔钽支架具备快速诱导类骨磷灰石沉积能力,能够促进成骨细胞在其表面的贴附和增殖,在骨修复领域具有较大的临床应用前景。
表面生物活性涂层构建是提升金属内植物骨整合能力的有效途径,本研究利用电化学沉积技术在多孔钽支架表面构建生物活性羟基磷灰石(HA)涂层。通过接触角和比表面积测试发现,HA涂层的构建显著提升了多孔钽表面亲水性,并增加了其比表面积。利用模拟体液浸泡试验评估支架生物活性,发现仅浸泡3天后,多孔钽支架表面就已被类骨磷灰石沉积所覆盖。建成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,所有支架均具有良好的细胞相容性。并且,细胞共培养5天后,HA涂层化多孔钽支架表面细胞的增殖率分别是未改性材料组和空白对照组的1.1和1.4倍,呈现了更大的促细胞增殖潜力。本研究中所制备的生物活性多孔钽支架具备快速诱导类骨磷灰石沉积能力,能够促进成骨细胞在其表面的贴附和增殖,在骨修复领域具有较大的临床应用前景。
2022, 51(1):232-240.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210039
摘要:
选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)能直接根据CAD模型制备形状复杂的个性化医用植入物。本文旨在研究SLM和后续热处理后生物纯钛(TA1)的显微组织和力学性能。结果表明,SLM打印后的TA1合金为针片状a′马氏体组织,且沿建造方向保留初始β柱状晶形貌；热处理后发生再结晶组织转变,形成等轴a晶粒,a晶粒长大过程中伴随孔洞的减小或闭合,使孔隙率明显下降。在真空环境下进行800℃退火可使合金在晶界和晶内析出细小的TiFe和TiO2相,这些析出相对晶界结构具有选择性。孔隙率的下降和TiFe/TiO2相的析出是真空热处理有效改善SLM制备的TA1材料力学性能的主要原因。
选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)能直接根据CAD模型制备形状复杂的个性化医用植入物。本文旨在研究SLM和后续热处理后生物纯钛(TA1)的显微组织和力学性能。结果表明,SLM打印后的TA1合金为针片状a′马氏体组织,且沿建造方向保留初始β柱状晶形貌；热处理后发生再结晶组织转变,形成等轴a晶粒,a晶粒长大过程中伴随孔洞的减小或闭合,使孔隙率明显下降。在真空环境下进行800℃退火可使合金在晶界和晶内析出细小的TiFe和TiO2相,这些析出相对晶界结构具有选择性。孔隙率的下降和TiFe/TiO2相的析出是真空热处理有效改善SLM制备的TA1材料力学性能的主要原因。
2022, 51(1):241-248.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210042
摘要:
为实现铝合金与塑料的有效连接,采用磷酸阳极氧化工艺对6063铝合金表面进行预处理,使用超声波金属焊接机对6063铝合金与聚苯硫醚(PPS)焊接。结果表明：未经处理的6063铝合金与PPS超声波焊接接头剪切强度随着焊接时间、焊接压力的变化先增大后减小,当焊接压力和焊接时间分别为0.5 MPa和6 s时,可获得最大剪切强度1.41 MPa。6063铝合金经磷酸阳极氧化后的6063铝合金/PPS接头强度达到16.92 MPa,约为未阳极氧化处理接头强度的12.6倍,结构的失效形式为界面开裂和PPS部分内聚断裂。经扫描电镜观察分析,超声波焊接的声流效应产生的声压梯度使PPS嵌入6063铝合金表面阳极氧化处理后形成的多孔结构,形成齿状咬合的机械互锁结构,同时多孔结构有利于增强界面处的分子间作用力,进而实现6063铝合金/PPS异种材料的良好结合。
为实现铝合金与塑料的有效连接,采用磷酸阳极氧化工艺对6063铝合金表面进行预处理,使用超声波金属焊接机对6063铝合金与聚苯硫醚(PPS)焊接。结果表明：未经处理的6063铝合金与PPS超声波焊接接头剪切强度随着焊接时间、焊接压力的变化先增大后减小,当焊接压力和焊接时间分别为0.5 MPa和6 s时,可获得最大剪切强度1.41 MPa。6063铝合金经磷酸阳极氧化后的6063铝合金/PPS接头强度达到16.92 MPa,约为未阳极氧化处理接头强度的12.6倍,结构的失效形式为界面开裂和PPS部分内聚断裂。经扫描电镜观察分析,超声波焊接的声流效应产生的声压梯度使PPS嵌入6063铝合金表面阳极氧化处理后形成的多孔结构,形成齿状咬合的机械互锁结构,同时多孔结构有利于增强界面处的分子间作用力,进而实现6063铝合金/PPS异种材料的良好结合。
2022, 51(1):249-259.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210043
摘要:
采用Gleeble-3800热压缩实验机研究了新型Ni-Cr-Co基合金在1050~1250 ℃、0.001~1 s-1条件下的热变形行为,并利用EBSD探讨了变形温度和应变速率对合金组织演变和动态再结晶形核机制的影响。结果表明,流变应力随变形温度的升高而降低,而随应变速率的增大而增加。基于流变应力曲线,建立合金的Arrhenius本构方程和热加工图,得到热变形激活能为520.03 kJ/mol,最佳热加工区间为1175~1250 ℃、0.006~1 s-1,该区域最大功率耗散效率为45％。动态再结晶分数随变形温度的升高和应变速率的降低而增加,且动态再结晶过程形成均匀细小的等轴晶粒以及∑3孪晶界。动态再结晶形核主要以晶界“弓出”为特征的不连续动态再结晶机制主导。低温高应变速率下,持续亚晶转动诱导的连续动态再结晶作为辅助形核机制发挥作用。
采用Gleeble-3800热压缩实验机研究了新型Ni-Cr-Co基合金在1050~1250 ℃、0.001~1 s-1条件下的热变形行为,并利用EBSD探讨了变形温度和应变速率对合金组织演变和动态再结晶形核机制的影响。结果表明,流变应力随变形温度的升高而降低,而随应变速率的增大而增加。基于流变应力曲线,建立合金的Arrhenius本构方程和热加工图,得到热变形激活能为520.03 kJ/mol,最佳热加工区间为1175~1250 ℃、0.006~1 s-1,该区域最大功率耗散效率为45％。动态再结晶分数随变形温度的升高和应变速率的降低而增加,且动态再结晶过程形成均匀细小的等轴晶粒以及∑3孪晶界。动态再结晶形核主要以晶界“弓出”为特征的不连续动态再结晶机制主导。低温高应变速率下,持续亚晶转动诱导的连续动态再结晶作为辅助形核机制发挥作用。
2022, 51(1):260-265.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210044
摘要:
采用有限元顺次耦合的方法,开展了热机载荷作用下含微结构构型的新型高效涂层双管系统传热和应力分析,初步研究了关键特征参量对系统传热和应力分布的影响。结果表明：在稳态工作条件下,热障涂层为主蒸汽管道提供了足够的隔热保护,但由温度梯度产生的热应力对系统结构完整性产生了很大影响；系统中环向应力远大于径向应力,最大环向应力出现在TGO/BC余弦界面靠近TGO侧的波峰处；此外,TC层厚度、TC层热膨胀系数、冷却蒸汽的温度和压力决定了系统的传热和应力分布。
采用有限元顺次耦合的方法,开展了热机载荷作用下含微结构构型的新型高效涂层双管系统传热和应力分析,初步研究了关键特征参量对系统传热和应力分布的影响。结果表明：在稳态工作条件下,热障涂层为主蒸汽管道提供了足够的隔热保护,但由温度梯度产生的热应力对系统结构完整性产生了很大影响；系统中环向应力远大于径向应力,最大环向应力出现在TGO/BC余弦界面靠近TGO侧的波峰处；此外,TC层厚度、TC层热膨胀系数、冷却蒸汽的温度和压力决定了系统的传热和应力分布。
2022, 51(1):266-272.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210047
摘要:
本文利用快速凝固工艺制备了Mg-Si-RE镁合金并对其显微组织及在不同载荷下的摩擦磨损行为和磨损机制进行分析。研究发现，快速凝固Mg-Si-RE合金的显微组织主要由α-Mg基体、Mg2Si共晶相和REMg2Si2纳米稀土相组成。对摩擦系数和磨损量随载荷变化的关系曲线分析表明，Mg-Si-RE合金的摩擦磨损性能明显优于Mg-1Si基体合金，由轻微磨损转变为严重磨损时的载荷比基体合金低20N，且在高载荷时磨损量远远小于基体合金，120N时的磨损量仅为基体合金的50%。Mg-Si-RE合金的磨损机制包括氧化磨损、磨粒磨损和剥层磨损，其优异的摩擦磨损性能主要归功于析出了弥散分布与晶界和晶内的纳米稀土相。同时，稀土元素能对镁合金基体起到固溶强化作用，有效提高了Mg-Si-RE合金的摩擦磨损性能。实验还发现加入不同种类的稀土元素后，Mg-Si-RE合金表现出不同的摩擦磨损行为。
本文利用快速凝固工艺制备了Mg-Si-RE镁合金并对其显微组织及在不同载荷下的摩擦磨损行为和磨损机制进行分析。研究发现，快速凝固Mg-Si-RE合金的显微组织主要由α-Mg基体、Mg2Si共晶相和REMg2Si2纳米稀土相组成。对摩擦系数和磨损量随载荷变化的关系曲线分析表明，Mg-Si-RE合金的摩擦磨损性能明显优于Mg-1Si基体合金，由轻微磨损转变为严重磨损时的载荷比基体合金低20N，且在高载荷时磨损量远远小于基体合金，120N时的磨损量仅为基体合金的50%。Mg-Si-RE合金的磨损机制包括氧化磨损、磨粒磨损和剥层磨损，其优异的摩擦磨损性能主要归功于析出了弥散分布与晶界和晶内的纳米稀土相。同时，稀土元素能对镁合金基体起到固溶强化作用，有效提高了Mg-Si-RE合金的摩擦磨损性能。实验还发现加入不同种类的稀土元素后，Mg-Si-RE合金表现出不同的摩擦磨损行为。
2022, 51(1):273-279.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210053
摘要:
摘 要: 本文将脉冲磁场施加在TC4钛合金时效过程中，分析脉冲磁场对TC4时效后显微组织及力学性能的影响。通过引入扩散理论，探究脉冲磁场在时效过程中对析出相的影响。结果表明，经过脉冲磁场处理后，显微组织中的析出相数量明显增多，尺寸变小，且分布更加弥散。外加脉冲磁场时效0.5h相较于未施加磁场时效4h，抗压强度增加了30MPa，维氏硬度提高了35.7HV5，脉冲磁场可以促进二次相析出，极大的减少了时效所需的时间。从扩散角度分析，脉冲磁场通过使原子团簇受到电子风力和磁化应力的耦合作用，从而提升了扩散通量，促进二次相析出。
摘 要: 本文将脉冲磁场施加在TC4钛合金时效过程中，分析脉冲磁场对TC4时效后显微组织及力学性能的影响。通过引入扩散理论，探究脉冲磁场在时效过程中对析出相的影响。结果表明，经过脉冲磁场处理后，显微组织中的析出相数量明显增多，尺寸变小，且分布更加弥散。外加脉冲磁场时效0.5h相较于未施加磁场时效4h，抗压强度增加了30MPa，维氏硬度提高了35.7HV5，脉冲磁场可以促进二次相析出，极大的减少了时效所需的时间。从扩散角度分析，脉冲磁场通过使原子团簇受到电子风力和磁化应力的耦合作用，从而提升了扩散通量，促进二次相析出。
2022, 51(1):280-285.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210054
摘要:
为了在微米尺度探究未分级钨粉、分级钨粉制备钨基体在阴极热电子发射性能上的差异，深入了解阴极表面微区电子发射过程和阴极发射机理，本文采用新型深紫外激光发射电子显微镜/热发射电子显微镜系统（DUV-PEEM/TEEM）对两种钨粉制备的阴极表面进行了光电子、热电子成像分析。结果显示，与未分级钨粉相比，分级钨粉制备钨基体的显微组织更加均匀，且闭孔率由1.44%降至0.47%；光电子+热电子联合成像精确得出两种阴极的发射均主要集中于孔隙及孔隙中的活性物质上；通过热电子图像对比及分析，分级钨粉制备阴极的热电子发射微区面积更大、分布更均匀；且在1050℃工作条件下，分级钨粉制备阴极的脉冲电流密度为30.79A/cm2，发射斜率为1.38；综合分析显示其具备更理想的本征热电子发射能力和发射均匀性，这对于了解阴极发射性能及改善热阴极制备工艺有一定的指导作用。
为了在微米尺度探究未分级钨粉、分级钨粉制备钨基体在阴极热电子发射性能上的差异，深入了解阴极表面微区电子发射过程和阴极发射机理，本文采用新型深紫外激光发射电子显微镜/热发射电子显微镜系统（DUV-PEEM/TEEM）对两种钨粉制备的阴极表面进行了光电子、热电子成像分析。结果显示，与未分级钨粉相比，分级钨粉制备钨基体的显微组织更加均匀，且闭孔率由1.44%降至0.47%；光电子+热电子联合成像精确得出两种阴极的发射均主要集中于孔隙及孔隙中的活性物质上；通过热电子图像对比及分析，分级钨粉制备阴极的热电子发射微区面积更大、分布更均匀；且在1050℃工作条件下，分级钨粉制备阴极的脉冲电流密度为30.79A/cm2，发射斜率为1.38；综合分析显示其具备更理想的本征热电子发射能力和发射均匀性，这对于了解阴极发射性能及改善热阴极制备工艺有一定的指导作用。
2022, 51(1):286-294.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210056
摘要:
TA2与5083爆炸焊接界面易生成脆性金属间化合物、氧化物、连续熔化区等缺陷，焊接窗口狭窄，最佳焊接参数难以准确获得。本文重构了动态弯折角β和碰撞速度Vf的β-Vf模型，使用SPH-FEM耦合算法，首次运用Steinberg-Guinan材料本构模型进行了炸药厚度为10mm、15mm、20mm，复板厚度为1.5mm的TA2/1060/5083爆炸焊接数值模拟；并采用数值模拟获得的参数开展了爆炸焊接试验。数值模拟和试验结果高度吻合并一致表明：药厚10mm时，TA2/1060和1060/5083界面均呈优质平直状结合，药厚15mm时，1060/5083界面呈波状形貌结合，两种药厚条件下的钛-铝过渡界面均未检测到脆性金属间化合物缺陷生成；药厚20mm时，基复板材料发生破坏，不能实现复合。运用计算优化的参数成功制备了大面积TA2/1060/5083复合材料，本文为理化性能差异较大异种金属等爆炸复合问题提供了一种新的可靠算法。
TA2与5083爆炸焊接界面易生成脆性金属间化合物、氧化物、连续熔化区等缺陷，焊接窗口狭窄，最佳焊接参数难以准确获得。本文重构了动态弯折角β和碰撞速度Vf的β-Vf模型，使用SPH-FEM耦合算法，首次运用Steinberg-Guinan材料本构模型进行了炸药厚度为10mm、15mm、20mm，复板厚度为1.5mm的TA2/1060/5083爆炸焊接数值模拟；并采用数值模拟获得的参数开展了爆炸焊接试验。数值模拟和试验结果高度吻合并一致表明：药厚10mm时，TA2/1060和1060/5083界面均呈优质平直状结合，药厚15mm时，1060/5083界面呈波状形貌结合，两种药厚条件下的钛-铝过渡界面均未检测到脆性金属间化合物缺陷生成；药厚20mm时，基复板材料发生破坏，不能实现复合。运用计算优化的参数成功制备了大面积TA2/1060/5083复合材料，本文为理化性能差异较大异种金属等爆炸复合问题提供了一种新的可靠算法。
2022, 51(1):295-300.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210058
摘要:
对TA15、Ti-6432、TC21、Ti-15Mo四种具有典型特征的合金进行了静态拉伸、冲击、动态压缩和抗弹性能的测试,并分析了靶弹侵彻后合金的组织。结果表明,四种不同类别合金对应的冲击吸收功和和合金静态拉伸性能没有直接的关系。对于静态拉伸和动态压缩性能,高的抗拉强度对应较高的动态压缩流变应力,高的延伸率对应高的均匀塑性应变,这种对应关系只是一种趋势的反映,具体值没有对应的比例关系。对于动态压缩和抗弹性能,四种合金动态压缩性能排序为TC21＞ TA15＞Ti-15Mo＞Ti-6432,抗弹性能排序为TC21＞TA15＞Ti-6432＞Ti-15Mo。但从具体数值看,TC21、TA15和Ti-6432动态压缩性能差距明显,而弹孔穿深差别并不明显,可以认为抗弹性能处于同一水平。Ti-15Mo合金弹孔穿深明显大于其它合金,说明用动态压缩性能不能完全反应材料具体抗弹性能。以上结果主要与不同合金显微组织类型和损伤过程中不同的形变损伤机制相关。
对TA15、Ti-6432、TC21、Ti-15Mo四种具有典型特征的合金进行了静态拉伸、冲击、动态压缩和抗弹性能的测试,并分析了靶弹侵彻后合金的组织。结果表明,四种不同类别合金对应的冲击吸收功和和合金静态拉伸性能没有直接的关系。对于静态拉伸和动态压缩性能,高的抗拉强度对应较高的动态压缩流变应力,高的延伸率对应高的均匀塑性应变,这种对应关系只是一种趋势的反映,具体值没有对应的比例关系。对于动态压缩和抗弹性能,四种合金动态压缩性能排序为TC21＞ TA15＞Ti-15Mo＞Ti-6432,抗弹性能排序为TC21＞TA15＞Ti-6432＞Ti-15Mo。但从具体数值看,TC21、TA15和Ti-6432动态压缩性能差距明显,而弹孔穿深差别并不明显,可以认为抗弹性能处于同一水平。Ti-15Mo合金弹孔穿深明显大于其它合金,说明用动态压缩性能不能完全反应材料具体抗弹性能。以上结果主要与不同合金显微组织类型和损伤过程中不同的形变损伤机制相关。
2022, 51(1):301-305.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210059
摘要:
研究了高应力水平下不同加载波形对TC17钛合金疲劳损伤的影响,结果表明,对于在峰值应力处保载120S的加载波形,TC17钛合金的保载疲劳寿命低于无保载加载波形试验的寿命,在相同的保载疲劳条件下,片层组织的保载疲劳敏感性较等轴组织的疲劳敏感性低。断口分析表明,保载疲劳试样裂纹源出现在样品表面和亚表面处,常规疲劳试样裂纹源出现在试样表面处,保载疲劳断口较常规疲劳断口附近小平面平坦,保载条件并未从根本上改变断裂模式。
研究了高应力水平下不同加载波形对TC17钛合金疲劳损伤的影响,结果表明,对于在峰值应力处保载120S的加载波形,TC17钛合金的保载疲劳寿命低于无保载加载波形试验的寿命,在相同的保载疲劳条件下,片层组织的保载疲劳敏感性较等轴组织的疲劳敏感性低。断口分析表明,保载疲劳试样裂纹源出现在样品表面和亚表面处,常规疲劳试样裂纹源出现在试样表面处,保载疲劳断口较常规疲劳断口附近小平面平坦,保载条件并未从根本上改变断裂模式。
2022, 51(1):306-314.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210061
摘要:
根据实验结果建立有限元模型,研究了不同预热温度对AgCuOSnO2复合材料在热挤压过程中,应力、应变和显微组织的影响,并通过模拟计算验证实验结果。结果表明,提高预热温度将导致应力降低,颗粒弥散以及金属流动性增强,这有利于减小模具磨损深度,但会减弱CuO的纤维化程度。在轴向和径向上都出现了温度梯度,且两者的温度变化随热挤压的进行表现出相反的规律,提高预热温度可使径向温差为零。在800℃的预热温度下,坯料受热均匀,模具磨损较小,立方CuO能够充分纤维化,因此是AgCuOSnO2复合材料热挤压的理想预热温度。
根据实验结果建立有限元模型,研究了不同预热温度对AgCuOSnO2复合材料在热挤压过程中,应力、应变和显微组织的影响,并通过模拟计算验证实验结果。结果表明,提高预热温度将导致应力降低,颗粒弥散以及金属流动性增强,这有利于减小模具磨损深度,但会减弱CuO的纤维化程度。在轴向和径向上都出现了温度梯度,且两者的温度变化随热挤压的进行表现出相反的规律,提高预热温度可使径向温差为零。在800℃的预热温度下,坯料受热均匀,模具磨损较小,立方CuO能够充分纤维化,因此是AgCuOSnO2复合材料热挤压的理想预热温度。
2022, 51(1):315-320.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210064
摘要:
Mn-Ga合金具有高矫顽力和较高的磁晶各向异性，是一类具有较大发展前景的磁性材料。本文采用机械合金化方法开展Mn-20at%Ga纳米磁性复合材料的制备研究，高能球磨后合金在300 ~ 415℃温度区间、2 ~ 8小时保温时间进行退火。重点研究了磁性相种类、纳米晶尺寸和磁性能随退火条件的变化规律。研究发现，退火后Mn-20at%Ga磁性材料中的主要磁性相为纳米级尺寸的Mn3Ga相和Mn0.85Ga0.15相，另含有少量氧化导致的MnO2相。适当的提高退火温度和退火时间，可促进剩磁、矫顽力与磁能积的提高。在385℃时进行6小时的热处理，可获得最佳的磁性能：剩磁63.21 emu/cm3、矫顽力8.1 kOe、磁能积0.15 MGOe。通过适当的提高保温温度和保温时间，可使Mn0.85Ga0.15相的尺寸降低，并与矫顽力升高的趋势相一致。Mn0.85Ga0.15相晶粒尺寸的下降有利于提高合金的磁性能。
Mn-Ga合金具有高矫顽力和较高的磁晶各向异性，是一类具有较大发展前景的磁性材料。本文采用机械合金化方法开展Mn-20at%Ga纳米磁性复合材料的制备研究，高能球磨后合金在300 ~ 415℃温度区间、2 ~ 8小时保温时间进行退火。重点研究了磁性相种类、纳米晶尺寸和磁性能随退火条件的变化规律。研究发现，退火后Mn-20at%Ga磁性材料中的主要磁性相为纳米级尺寸的Mn3Ga相和Mn0.85Ga0.15相，另含有少量氧化导致的MnO2相。适当的提高退火温度和退火时间，可促进剩磁、矫顽力与磁能积的提高。在385℃时进行6小时的热处理，可获得最佳的磁性能：剩磁63.21 emu/cm3、矫顽力8.1 kOe、磁能积0.15 MGOe。通过适当的提高保温温度和保温时间，可使Mn0.85Ga0.15相的尺寸降低，并与矫顽力升高的趋势相一致。Mn0.85Ga0.15相晶粒尺寸的下降有利于提高合金的磁性能。
2022, 51(1):321-326.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210075
摘要:
本实验采用机械合金化方法制备了Fe76Cr12Mn12N合金粉末,研究其机械合金化过程,并对机械合金化的机制进行探讨。研究表明,棒磨4小时时粉末就可以完全合金化,并且随着棒磨时间增加,衍射峰逐渐宽化,衍射强度逐渐降低。粉末颗粒形貌也逐渐类球形化。机械合金化得到的非球形固溶体粉末也可用于激光熔化沉积(LMD)增材制造技术,解决了LMD对球形粉末的局限性,机械合金化粉末通过LMD技术得到的厚熔覆涂层具有较好的耐蚀性,其物相结构是BCC+FCC的双相结构,同时在打印过程中有Cr2N生成,维氏硬度最高达到456.3HV。
本实验采用机械合金化方法制备了Fe76Cr12Mn12N合金粉末,研究其机械合金化过程,并对机械合金化的机制进行探讨。研究表明,棒磨4小时时粉末就可以完全合金化,并且随着棒磨时间增加,衍射峰逐渐宽化,衍射强度逐渐降低。粉末颗粒形貌也逐渐类球形化。机械合金化得到的非球形固溶体粉末也可用于激光熔化沉积(LMD)增材制造技术,解决了LMD对球形粉末的局限性,机械合金化粉末通过LMD技术得到的厚熔覆涂层具有较好的耐蚀性,其物相结构是BCC+FCC的双相结构,同时在打印过程中有Cr2N生成,维氏硬度最高达到456.3HV。
2022, 51(1):327-334.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210077
摘要:
研究了提高Al+Ti含量对IN 617合金性能热处理后的组织与性能的影响,以及经过高温长时时效处理后的组织与力学性能的影响。结果表明,提高Al+Ti含量可提高合金内部γˊ相的含量和尺寸,析出强化效果明显,可显著提高合金拉伸强度和持久性能。 相比于单独提高Al含量,同时提高Al和Ti含量得到的合金高温组织稳定性更高,持久性能更优,可作为先进超超临界机组汽轮机转子的备选材料之一。
研究了提高Al+Ti含量对IN 617合金性能热处理后的组织与性能的影响,以及经过高温长时时效处理后的组织与力学性能的影响。结果表明,提高Al+Ti含量可提高合金内部γˊ相的含量和尺寸,析出强化效果明显,可显著提高合金拉伸强度和持久性能。 相比于单独提高Al含量,同时提高Al和Ti含量得到的合金高温组织稳定性更高,持久性能更优,可作为先进超超临界机组汽轮机转子的备选材料之一。
2022, 51(1):335-340.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210080
摘要:
Al/Ti叠层复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和高抗冲击性的优异性能,是一种理想的轻质高强材料,但是金属间化合物Al3Ti的脆性限制了其实际应用。通过复合纤维、陶瓷颗粒可以降低Al3Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性,使其在航空航天、武器装甲等领域具有广阔的应用前景。本文简述了部分典型纤维、陶瓷颗粒增强Al/Ti叠层复合材料的制备方法,比较了不同材料和制备方法的优缺点。提出了碳化硼(B4C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,并采用真空热压法制备了0.2 mm厚的B4C薄片强化的Al/Ti叠层复合材料,该方法通过B4C薄片直接承载吸能和形成硬度梯度诱导裂纹偏转的方式强化基体,使其冲击韧性达到89 J/cm2,抗弯强度可达756 MPa,相较基体分别提高51%和38%。
Al/Ti叠层复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和高抗冲击性的优异性能,是一种理想的轻质高强材料,但是金属间化合物Al3Ti的脆性限制了其实际应用。通过复合纤维、陶瓷颗粒可以降低Al3Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性,使其在航空航天、武器装甲等领域具有广阔的应用前景。本文简述了部分典型纤维、陶瓷颗粒增强Al/Ti叠层复合材料的制备方法,比较了不同材料和制备方法的优缺点。提出了碳化硼(B4C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,并采用真空热压法制备了0.2 mm厚的B4C薄片强化的Al/Ti叠层复合材料,该方法通过B4C薄片直接承载吸能和形成硬度梯度诱导裂纹偏转的方式强化基体,使其冲击韧性达到89 J/cm2,抗弯强度可达756 MPa,相较基体分别提高51%和38%。
2022, 51(1):341-348.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210093
摘要:
钪型阴极具有优异的电子发射潜力，但同时也存在着发射均匀性和重复性差等共性问题。本文提出采用脉冲激光镀膜技术在浸渍钪型阴极表面沉积锆/高活性钪钡铝酸盐复合叠层薄膜，以实现对其性能的改进。实验完成了阴极表面膜层的制备，阴极二极管电子发射性能测试，阴极表面光/热发射电子显微镜观察，以及激活阴极表面成分及其深度方向分布的俄歇电子显微镜分析。研究结果表明，覆膜钪型阴极激活后，其表面Ba、Sc含量提升，获得了约110 ~ 130 nm厚的活性层，阴极展现出良好的发射性能；同时，阴极的表面发射均匀性获得明显提升。
钪型阴极具有优异的电子发射潜力，但同时也存在着发射均匀性和重复性差等共性问题。本文提出采用脉冲激光镀膜技术在浸渍钪型阴极表面沉积锆/高活性钪钡铝酸盐复合叠层薄膜，以实现对其性能的改进。实验完成了阴极表面膜层的制备，阴极二极管电子发射性能测试，阴极表面光/热发射电子显微镜观察，以及激活阴极表面成分及其深度方向分布的俄歇电子显微镜分析。研究结果表明，覆膜钪型阴极激活后，其表面Ba、Sc含量提升，获得了约110 ~ 130 nm厚的活性层，阴极展现出良好的发射性能；同时，阴极的表面发射均匀性获得明显提升。
2022, 51(1):349-358.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210083
摘要:
高熵陶瓷通常是指由5种或5种以上陶瓷组元形成的多组元固溶体，具有极高的硬度和模量、较低的热导率及良好的抗氧化性等优良性能，在航空航天、高速切削工具等极端使役环境下展现出巨大的发展潜力。然而，目前高熵陶瓷的研究尚处于起步阶段，理论判据及成分设计理论的完善、固溶耦合机制的建立、制备方法的优化、高通量计算的应用都是未来亟需研究的方向。本文总结和分析了高熵陶瓷的研究现状，主要介绍了高熵碳化物/硼化物陶瓷的体系设计、制备工艺及性能特点，并对其发展方向进行了分析和展望。
高熵陶瓷通常是指由5种或5种以上陶瓷组元形成的多组元固溶体，具有极高的硬度和模量、较低的热导率及良好的抗氧化性等优良性能，在航空航天、高速切削工具等极端使役环境下展现出巨大的发展潜力。然而，目前高熵陶瓷的研究尚处于起步阶段，理论判据及成分设计理论的完善、固溶耦合机制的建立、制备方法的优化、高通量计算的应用都是未来亟需研究的方向。本文总结和分析了高熵陶瓷的研究现状，主要介绍了高熵碳化物/硼化物陶瓷的体系设计、制备工艺及性能特点，并对其发展方向进行了分析和展望。
50 Ce基非晶合金的研究进展
2022, 51(1):359-368.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210096
摘要:
Ce基块体非晶合金具有低弹性模量、低玻璃化转变温度、良好非晶形成能力等特点,与传统的Zr基、Ti基、Fe基、Pd基等体系的块体非晶合金相比,Ce基块体非晶合金在过冷液相区内进行均匀塑性变形加工时所需的温度条件更低,由于具有与塑料材料相似的低温热塑性行为特征,因此也被人们称为金属塑料。本文主要介绍了Ce-Al-M、Ce-Al-Cu-X、Ce-La系和Ce-Ga系等块体非晶合金体系,并结合Ce基块体非晶合金不同于传统非晶合金的独特微观结构特征和性能优势,对其在微器件制造、数据存储等领域的应用前景进行了讨论,同时针对Ce基块体非晶合金研究目前存在的问题以及未来发展的方向进行了分析。
Ce基块体非晶合金具有低弹性模量、低玻璃化转变温度、良好非晶形成能力等特点,与传统的Zr基、Ti基、Fe基、Pd基等体系的块体非晶合金相比,Ce基块体非晶合金在过冷液相区内进行均匀塑性变形加工时所需的温度条件更低,由于具有与塑料材料相似的低温热塑性行为特征,因此也被人们称为金属塑料。本文主要介绍了Ce-Al-M、Ce-Al-Cu-X、Ce-La系和Ce-Ga系等块体非晶合金体系,并结合Ce基块体非晶合金不同于传统非晶合金的独特微观结构特征和性能优势,对其在微器件制造、数据存储等领域的应用前景进行了讨论,同时针对Ce基块体非晶合金研究目前存在的问题以及未来发展的方向进行了分析。
