2022年第51卷第3期文章目次
2022, 51(3):765-771.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210018
摘要:
采用不同粒度的银粉和放电等离子烧结工艺制备了Ag-4% TiB2（质量分数，下同）触头材料，测量了Ag-4% TiB2触头材料的致密度、导电率和硬度，并在真空下对Ag-4% TiB2触头材料进行了电弧侵蚀实验。采用扫描电子显微镜对Ag-4% TiB2触头材料电弧侵蚀后的表面形貌进行了表征，采用TDS-2014双通道数字存储示波器记录了燃弧波形，并计算了燃弧时间，对电弧侵蚀机理进行了探讨。结果表明，Ag-4% TiB2触头材料的致密度、导电率和硬度均随着Ag粒度的降低而增加。另外，采用细银粉制备的Ag-4% TiB2触头材料具有较长的燃弧时间、较大的侵蚀面积和较浅的蚀坑，表明细小的Ag颗粒有助于电弧分散，能够提高材料的耐电弧侵蚀性能。
采用不同粒度的银粉和放电等离子烧结工艺制备了Ag-4% TiB2（质量分数，下同）触头材料，测量了Ag-4% TiB2触头材料的致密度、导电率和硬度，并在真空下对Ag-4% TiB2触头材料进行了电弧侵蚀实验。采用扫描电子显微镜对Ag-4% TiB2触头材料电弧侵蚀后的表面形貌进行了表征，采用TDS-2014双通道数字存储示波器记录了燃弧波形，并计算了燃弧时间，对电弧侵蚀机理进行了探讨。结果表明，Ag-4% TiB2触头材料的致密度、导电率和硬度均随着Ag粒度的降低而增加。另外，采用细银粉制备的Ag-4% TiB2触头材料具有较长的燃弧时间、较大的侵蚀面积和较浅的蚀坑，表明细小的Ag颗粒有助于电弧分散，能够提高材料的耐电弧侵蚀性能。
2022, 51(3):772-777.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210022
摘要:
研究了银片粒径对折叠前后银浆电导率的影响。采用不同粒径的片状银制备了具有良好导电性能的低温固化耐折导电银浆料，将银浆网印在聚酰亚胺基板上，在140 ℃下烧结形成网印电路。用微欧姆计检测了印刷电路的电阻率，对印刷银电路折叠前后的电阻变化进行了检测，并用扫描电镜对其表面形貌进行了研究，分析了导电机理。结果表明，小片Ag作为未连接薄片之间的桥梁，在折叠后填补了空白，形成导电网络，提高了折叠后的银浆导电性能。
研究了银片粒径对折叠前后银浆电导率的影响。采用不同粒径的片状银制备了具有良好导电性能的低温固化耐折导电银浆料，将银浆网印在聚酰亚胺基板上，在140 ℃下烧结形成网印电路。用微欧姆计检测了印刷电路的电阻率，对印刷银电路折叠前后的电阻变化进行了检测，并用扫描电镜对其表面形貌进行了研究，分析了导电机理。结果表明，小片Ag作为未连接薄片之间的桥梁，在折叠后填补了空白，形成导电网络，提高了折叠后的银浆导电性能。
2022, 51(3):778-782.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210062
摘要:
以酸蚀改性堇青石为基体，利用化学气相沉积法（CVD）在基体上负载TiO2，采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、BET比表面积法等对负载了TiO2的堇青石进行表征，测定不同温度下的负载速度。结果表明：负载了TiO2的堇青石主要由（211）及（200）取向的锐钛矿TiO2组成，呈八面体和立方体形态，BET比表面积达78.80 m2·g-1，平均孔径为9.80 nm，具有双峰分布特征。负载过程为TiCl4及O2向堇青石基体扩散吸附，TiCl4分解为Ti4+并在高氧势下进入基体晶格形成TiO2晶核，并经过择优取向和外延式生长，其负载沉积速率方程为
以酸蚀改性堇青石为基体，利用化学气相沉积法（CVD）在基体上负载TiO2，采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、BET比表面积法等对负载了TiO2的堇青石进行表征，测定不同温度下的负载速度。结果表明：负载了TiO2的堇青石主要由（211）及（200）取向的锐钛矿TiO2组成，呈八面体和立方体形态，BET比表面积达78.80 m2·g-1，平均孔径为9.80 nm，具有双峰分布特征。负载过程为TiCl4及O2向堇青石基体扩散吸附，TiCl4分解为Ti4+并在高氧势下进入基体晶格形成TiO2晶核，并经过择优取向和外延式生长，其负载沉积速率方程为
2022, 51(3):783-792.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210065
摘要:
研究了在不同温度下的3种不同处理状态的多元Al-7Si-0.3Mg铝合金热疲劳性能，提出了用积分方法及割线法计算热疲劳裂纹扩展寿命，并对合金的热疲劳裂纹生长行为进行了分析。结果表明：温度变化对多元Al-7Si-0.3Mg铝合金的热疲劳裂纹扩展速率有直接的影响，添加了Cu、Mn、Ti等元素的多元Al-7Si-0.3Mg合金在细化变质处理和直接细化变质处理后的热疲劳性能优于铸态Al-7Si-0.3Mg合金。热疲劳裂纹的萌生需经历一定的孕育期，裂纹萌生于V型缺口处，当交变热应力超过合金的屈服强度σs时，沿着V型缺口的应力集中部位或缺陷处会出现不同类型的热疲劳裂纹，但有且只有1条主裂纹。当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒长轴方向形成小于45°的夹角时，裂纹扩展将沿着第二相颗粒的边缘继续向前扩展；当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒短轴方向形成小于45°的夹角时，裂纹将穿过第二相颗粒，继续向前扩展。
研究了在不同温度下的3种不同处理状态的多元Al-7Si-0.3Mg铝合金热疲劳性能，提出了用积分方法及割线法计算热疲劳裂纹扩展寿命，并对合金的热疲劳裂纹生长行为进行了分析。结果表明：温度变化对多元Al-7Si-0.3Mg铝合金的热疲劳裂纹扩展速率有直接的影响，添加了Cu、Mn、Ti等元素的多元Al-7Si-0.3Mg合金在细化变质处理和直接细化变质处理后的热疲劳性能优于铸态Al-7Si-0.3Mg合金。热疲劳裂纹的萌生需经历一定的孕育期，裂纹萌生于V型缺口处，当交变热应力超过合金的屈服强度σs时，沿着V型缺口的应力集中部位或缺陷处会出现不同类型的热疲劳裂纹，但有且只有1条主裂纹。当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒长轴方向形成小于45°的夹角时，裂纹扩展将沿着第二相颗粒的边缘继续向前扩展；当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒短轴方向形成小于45°的夹角时，裂纹将穿过第二相颗粒，继续向前扩展。
2022, 51(3):793-799.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20201000
摘要:
利用微弧氧化技术在电解液中加入不同含量的铈，制备了阻氢性能良好的二氧化铈稳定氧化锆（ceria-stabilized zirconia， CSZ）陶瓷膜。利用涂层测厚仪、涂层附着力自动划痕仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和真空脱氢实验对膜层的厚度、结合力、形貌、相结构、元素化学价态和膜层的阻氢性能进行了测试和表征。结果表明：CSZ陶瓷膜主要由单斜相氧化锆（m-ZrO2）、四方相氧化锆（t-ZrO2）和t-Zr0.82Ce0.18O2组成。随铈浓度的增加，膜层厚度逐渐增加。当铈浓度为9mol%时，陶瓷膜厚度为135.5 μm，结合力为52.46 N，膜层具有优异的阻氢性能，阻氢渗透因子为19。铈的加入抑制了t-ZrO2向m-ZrO2的相转变，促进了高温稳定t-ZrO2的生成。
利用微弧氧化技术在电解液中加入不同含量的铈，制备了阻氢性能良好的二氧化铈稳定氧化锆（ceria-stabilized zirconia， CSZ）陶瓷膜。利用涂层测厚仪、涂层附着力自动划痕仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和真空脱氢实验对膜层的厚度、结合力、形貌、相结构、元素化学价态和膜层的阻氢性能进行了测试和表征。结果表明：CSZ陶瓷膜主要由单斜相氧化锆（m-ZrO2）、四方相氧化锆（t-ZrO2）和t-Zr0.82Ce0.18O2组成。随铈浓度的增加，膜层厚度逐渐增加。当铈浓度为9mol%时，陶瓷膜厚度为135.5 μm，结合力为52.46 N，膜层具有优异的阻氢性能，阻氢渗透因子为19。铈的加入抑制了t-ZrO2向m-ZrO2的相转变，促进了高温稳定t-ZrO2的生成。
2022, 51(3):800-805.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210048
摘要:
采用平衡润湿测试法研究了270 ℃时，施加超声振动和直流电耦合作用对液态Sn钎料在Cu基体上润湿行为的影响。通过对润湿平衡曲线的测量发现：超声和直流电耦合作用能显著改善Sn钎料的润湿性，随着超声功率和电流强度的增加，最大平衡润湿力也随之增加。对润湿过程中界面微观结构的观察结果显示，超声和直流电耦合作用增强了Cu基体在熔融Sn钎料中的溶解，促进了界面金属间化合物的析出。利用有限元软件对液态Sn钎料内部的声压分布进行模拟，发现最大声压发生在超声探头的端部。在超声振动和直流电耦合作用下，界面析出金属间化合物时所产生的化学驱动力以及超声和直流电作用引起钎料内部强烈的对流作用共同促进了三相线的移动，从而改善了钎料润湿性。
采用平衡润湿测试法研究了270 ℃时，施加超声振动和直流电耦合作用对液态Sn钎料在Cu基体上润湿行为的影响。通过对润湿平衡曲线的测量发现：超声和直流电耦合作用能显著改善Sn钎料的润湿性，随着超声功率和电流强度的增加，最大平衡润湿力也随之增加。对润湿过程中界面微观结构的观察结果显示，超声和直流电耦合作用增强了Cu基体在熔融Sn钎料中的溶解，促进了界面金属间化合物的析出。利用有限元软件对液态Sn钎料内部的声压分布进行模拟，发现最大声压发生在超声探头的端部。在超声振动和直流电耦合作用下，界面析出金属间化合物时所产生的化学驱动力以及超声和直流电作用引起钎料内部强烈的对流作用共同促进了三相线的移动，从而改善了钎料润湿性。
2022, 51(3):806-813.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210017
摘要:
研究了不同固溶处理工艺对含0.045%（质量分数）碳的AM3镍基高温合金组织和元素偏析的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对组织和γ'相进行了观察分析。采用电子探针对元素偏析进行了测试分析。结果显示，合金的初熔温度为1305 ℃，在对试样进行1305 ℃/6 h固溶处理前，对其先进行1300 ℃/3 h的均匀化处理可以减少初熔组织的出现，并能使得初熔温度提高约5 ℃。随着固溶温度的提高和固溶时间的延长，γ'相的体积分数和尺寸显著增大，元素Cr、Co、Mo、W和Al的偏析系数接近均值1。随着固溶时间的延长，初熔组织的出现阻碍了Ti的偏析。最佳的固溶处理工艺为1300 ℃/3 h+1305 ℃/6 h/空冷+1080 ℃/6 h+870 ℃/20 h/空冷。热处理后的AM3单晶高温合金枝晶组织完全消失，γ'相立方度更好，尺寸达到454 nm，并且体积分数为66.05%。元素Cr、Co、Mo、W、Al和Ti的偏析程度均有所降低。
研究了不同固溶处理工艺对含0.045%（质量分数）碳的AM3镍基高温合金组织和元素偏析的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对组织和γ'相进行了观察分析。采用电子探针对元素偏析进行了测试分析。结果显示，合金的初熔温度为1305 ℃，在对试样进行1305 ℃/6 h固溶处理前，对其先进行1300 ℃/3 h的均匀化处理可以减少初熔组织的出现，并能使得初熔温度提高约5 ℃。随着固溶温度的提高和固溶时间的延长，γ'相的体积分数和尺寸显著增大，元素Cr、Co、Mo、W和Al的偏析系数接近均值1。随着固溶时间的延长，初熔组织的出现阻碍了Ti的偏析。最佳的固溶处理工艺为1300 ℃/3 h+1305 ℃/6 h/空冷+1080 ℃/6 h+870 ℃/20 h/空冷。热处理后的AM3单晶高温合金枝晶组织完全消失，γ'相立方度更好，尺寸达到454 nm，并且体积分数为66.05%。元素Cr、Co、Mo、W、Al和Ti的偏析程度均有所降低。
2022, 51(3):814-820.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210016
摘要:
以CaCl2为活化剂，采用包埋法在NiCrW基高温合金表面制备了NiAl涂层。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱仪对涂层表面和横截面进行了分析。结果表明，CaCl2可以替代NH4Cl，是一种有效的活化剂。在950 ℃下，通过4 h的包埋渗铝，制备出几乎为单相、厚度为30 μm的NiAl涂层，涂层与基体之间为富铬中间层。当包埋渗剂填充率小于100%时，NiAl层表面生成针状θ-Al2O3。在1000 ℃恒温空气氧化试验中，NiAl涂层开始时被高速氧化，然后逐渐变为缓慢氧化，完成了亚稳态针状θ-Al2O3向稳态不规则颗粒状α-Al2O3的转变，最终稳定的α-Al2O3为基体提供了良好的抗氧化保护。
以CaCl2为活化剂，采用包埋法在NiCrW基高温合金表面制备了NiAl涂层。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱仪对涂层表面和横截面进行了分析。结果表明，CaCl2可以替代NH4Cl，是一种有效的活化剂。在950 ℃下，通过4 h的包埋渗铝，制备出几乎为单相、厚度为30 μm的NiAl涂层，涂层与基体之间为富铬中间层。当包埋渗剂填充率小于100%时，NiAl层表面生成针状θ-Al2O3。在1000 ℃恒温空气氧化试验中，NiAl涂层开始时被高速氧化，然后逐渐变为缓慢氧化，完成了亚稳态针状θ-Al2O3向稳态不规则颗粒状α-Al2O3的转变，最终稳定的α-Al2O3为基体提供了良好的抗氧化保护。
2022, 51(3):821-826.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210067
摘要:
通过改造的家用微波炉，实现了原位高效制备石墨烯/TiO2纳米复合物。结果表明：微波辅助法能够在商用锐钛矿型TiO2纳米颗粒表面均匀制备石墨烯纳米片，通过SiO2/Si的剧烈电晕放电，其制备时间仅需数分钟（最短3 min）。石墨烯纳米片的尺寸大约为50 nm且缺陷很少。TiO2晶体结构仍为锐钛矿型，主要归功于极短的制备周期和较低的反应温度（600~700 ℃）。石墨烯具有优异的电导率，可以提升锂离子扩散速率、提高电子传输速率并降低接触电阻。在1 C（170 mA·g-1）条件下石墨烯/TiO2纳米复合物的电池放电比容量提高了2倍。与商业化锐钛矿型TiO2纳米颗粒相比，在1 C到5 C的不同充放电倍率下，石墨烯/TiO2纳米复合物的比容量差距显著扩大。
通过改造的家用微波炉，实现了原位高效制备石墨烯/TiO2纳米复合物。结果表明：微波辅助法能够在商用锐钛矿型TiO2纳米颗粒表面均匀制备石墨烯纳米片，通过SiO2/Si的剧烈电晕放电，其制备时间仅需数分钟（最短3 min）。石墨烯纳米片的尺寸大约为50 nm且缺陷很少。TiO2晶体结构仍为锐钛矿型，主要归功于极短的制备周期和较低的反应温度（600~700 ℃）。石墨烯具有优异的电导率，可以提升锂离子扩散速率、提高电子传输速率并降低接触电阻。在1 C（170 mA·g-1）条件下石墨烯/TiO2纳米复合物的电池放电比容量提高了2倍。与商业化锐钛矿型TiO2纳米颗粒相比，在1 C到5 C的不同充放电倍率下，石墨烯/TiO2纳米复合物的比容量差距显著扩大。
2022, 51(3):827-834.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210040
摘要:
通过超声辅助电沉积法，在无氰络合电镀液中以高阴极电流密度在钕铁硼磁体上电沉积获得纳米晶铜防护镀层，研究了不同超声波频率下的镀层形貌、晶粒尺寸、显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明，随着超声波频率的增加，络合电镀液体系的铜电沉积有效阴极电流密度显著增加，相应的阴极电流效率也提高，从而获得致密的纳米晶铜镀层。在阴极电流密度为4.0 A·dm-2和超声波频率为40 kHz的条件下，能够获得平均晶粒尺寸为18.8 nm的铜镀层。超声辅助电沉积法还能促进烧结钕铁硼基体盲孔内的铜沉积，从而改善基体与镀层之间的结合力。在同样的镀层厚度下，烧结钕铁硼表面所沉积镀层的耐腐蚀性随超声波频率的提高而优化。
通过超声辅助电沉积法，在无氰络合电镀液中以高阴极电流密度在钕铁硼磁体上电沉积获得纳米晶铜防护镀层，研究了不同超声波频率下的镀层形貌、晶粒尺寸、显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明，随着超声波频率的增加，络合电镀液体系的铜电沉积有效阴极电流密度显著增加，相应的阴极电流效率也提高，从而获得致密的纳米晶铜镀层。在阴极电流密度为4.0 A·dm-2和超声波频率为40 kHz的条件下，能够获得平均晶粒尺寸为18.8 nm的铜镀层。超声辅助电沉积法还能促进烧结钕铁硼基体盲孔内的铜沉积，从而改善基体与镀层之间的结合力。在同样的镀层厚度下，烧结钕铁硼表面所沉积镀层的耐腐蚀性随超声波频率的提高而优化。
2022, 51(3):835-842.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210055
摘要:
通过表面机械研磨处理（SMAT）制备了表面梯度纳米晶结构，研究了表面纳米化对纯钛阳极氧化膜的表面组织及特性的影响。在30 V恒电位模式、0.5 mol/L H2SO4溶液中进行不同时长的阳极氧化处理。使用光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、光电子能谱及电化学测试研究氧化膜的表面特性及腐蚀抗性。结果表明，梯度纳米晶结构可以增加氧化膜的厚度，促进结晶行为，提高抗腐蚀性。阴阳离子空位凝聚机制能够解释梯度纳米晶结构对抗腐蚀性的影响。
通过表面机械研磨处理（SMAT）制备了表面梯度纳米晶结构，研究了表面纳米化对纯钛阳极氧化膜的表面组织及特性的影响。在30 V恒电位模式、0.5 mol/L H2SO4溶液中进行不同时长的阳极氧化处理。使用光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、光电子能谱及电化学测试研究氧化膜的表面特性及腐蚀抗性。结果表明，梯度纳米晶结构可以增加氧化膜的厚度，促进结晶行为，提高抗腐蚀性。阴阳离子空位凝聚机制能够解释梯度纳米晶结构对抗腐蚀性的影响。
2022, 51(3):843-849.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210013
摘要:
基于变应变速率敏感性指数m值的方法对TA15合金超塑性进行了研究，在1053~1223 K温度范围内进行了超塑性拉伸实验。结果表明：TA15合金的延伸率为580%~1922%。微观组织分析表明合金变形过程中晶粒随温度升高而逐渐长大，但仍保持等轴状，在1223 K时发生α→β相转变，超塑性能严重下降。与恒应变速率法相比较，该方法大幅度提高了TA15合金的超塑性能。此外，超塑性变形过程中，力学性能和微观组织演变特征与Ashby-Verrall模型较吻合，因此推断出TA15合金基于变m值法超塑性变形的主要机制是扩散蠕变协调的晶界滑移。
基于变应变速率敏感性指数m值的方法对TA15合金超塑性进行了研究，在1053~1223 K温度范围内进行了超塑性拉伸实验。结果表明：TA15合金的延伸率为580%~1922%。微观组织分析表明合金变形过程中晶粒随温度升高而逐渐长大，但仍保持等轴状，在1223 K时发生α→β相转变，超塑性能严重下降。与恒应变速率法相比较，该方法大幅度提高了TA15合金的超塑性能。此外，超塑性变形过程中，力学性能和微观组织演变特征与Ashby-Verrall模型较吻合，因此推断出TA15合金基于变m值法超塑性变形的主要机制是扩散蠕变协调的晶界滑移。
2022, 51(3):850-857.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210036
摘要:
在变形温度250~350 ℃和应变速率0.001~0.01 s-1的条件下进行热拉伸试验，研究了厚度为5 mm的7075合金传统铸轧板和电脉冲铸轧板的微观组织和热成形性能。实验用脉冲电流参数为：单周期脉宽0.005 s和峰值强度300 A。结果显示，脉冲电流能够促进凝固过程的枝晶细化，并诱发组织均匀化。由于电磁振荡增强了凝固过程中溶质混合能力，极压电流有效地促进了晶粒细化和析出相的均匀化。同时，面心立方（fcc）铝合金铸轧板织构具有{423}<144>取向，经脉冲电流改性后，取向为{421}<216>。脉冲电流处理后的合金峰值流动应力约为未处理合金的1.1~1.3倍。电子背散射衍射分析表明，脉冲电流通过促进动态再结晶的方式，有效地改善了晶粒的择优分布。在此基础上，分别建立了铝合金带材的双曲正弦方程和含Zener-Holloman参数的本构模型。此外，通过对断口形貌的观察发现，脉冲电流的引入有利于提高7075铝合金的高温机械性能。最后建立了优化的工艺流程图，并确定了适宜的热加工温度为290~330 ℃和应变速率为0.001~0.002 s-1。
在变形温度250~350 ℃和应变速率0.001~0.01 s-1的条件下进行热拉伸试验，研究了厚度为5 mm的7075合金传统铸轧板和电脉冲铸轧板的微观组织和热成形性能。实验用脉冲电流参数为：单周期脉宽0.005 s和峰值强度300 A。结果显示，脉冲电流能够促进凝固过程的枝晶细化，并诱发组织均匀化。由于电磁振荡增强了凝固过程中溶质混合能力，极压电流有效地促进了晶粒细化和析出相的均匀化。同时，面心立方（fcc）铝合金铸轧板织构具有{423}<144>取向，经脉冲电流改性后，取向为{421}<216>。脉冲电流处理后的合金峰值流动应力约为未处理合金的1.1~1.3倍。电子背散射衍射分析表明，脉冲电流通过促进动态再结晶的方式，有效地改善了晶粒的择优分布。在此基础上，分别建立了铝合金带材的双曲正弦方程和含Zener-Holloman参数的本构模型。此外，通过对断口形貌的观察发现，脉冲电流的引入有利于提高7075铝合金的高温机械性能。最后建立了优化的工艺流程图，并确定了适宜的热加工温度为290~330 ℃和应变速率为0.001~0.002 s-1。
2022, 51(3):858-865.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210020
摘要:
采用离心铸造及热轧工艺制备Mg-10Gd-3Y-1Sn合金，利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验对该合金的组织和力学性能进行了研究。结果表明：离心铸造Mg-10Gd-3Y-1Sn合金由α-Mg、Mg24(Gd, Y)5、Mg2(Sn, Y)3Gd2和Mg3(Gd, Y)相组成。随着离心半径和离心转速的增大，Mg-10Gd-3Y-1Sn合金的晶粒尺寸逐渐减小，抗拉伸强度逐渐增大。在700 r/min下制备的热轧试样在室温下极限抗拉伸强度为304 MPa，在300 ℃下极限抗拉伸强度为296 MPa。Mg24(Gd, Y)5、Mg2(Sn, Y)3Gd2和Mg3(Gd, Y)相具有优异的热稳定性，因而Mg-10Gd-3Y-1Sn合金具有优异的高温抗拉伸强度。
采用离心铸造及热轧工艺制备Mg-10Gd-3Y-1Sn合金，利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验对该合金的组织和力学性能进行了研究。结果表明：离心铸造Mg-10Gd-3Y-1Sn合金由α-Mg、Mg24(Gd, Y)5、Mg2(Sn, Y)3Gd2和Mg3(Gd, Y)相组成。随着离心半径和离心转速的增大，Mg-10Gd-3Y-1Sn合金的晶粒尺寸逐渐减小，抗拉伸强度逐渐增大。在700 r/min下制备的热轧试样在室温下极限抗拉伸强度为304 MPa，在300 ℃下极限抗拉伸强度为296 MPa。Mg24(Gd, Y)5、Mg2(Sn, Y)3Gd2和Mg3(Gd, Y)相具有优异的热稳定性，因而Mg-10Gd-3Y-1Sn合金具有优异的高温抗拉伸强度。
2022, 51(3):866-872.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210025
摘要:
基于固体与分子经验电子理论（余氏电子理论），采用自洽键距差法计算了表征合金相性质的价电子结构参数，并利用该参数讨论了合金元素（Al、Sn、Ti、Hf、V、Mo、Nb、Cu、Fe、Cr、Ni、Pd、Re等）对锆合金相变温度的影响。结果表明：合金元素对锆合金相变温度的影响可以用α和β相的结合能之和（
基于固体与分子经验电子理论（余氏电子理论），采用自洽键距差法计算了表征合金相性质的价电子结构参数，并利用该参数讨论了合金元素（Al、Sn、Ti、Hf、V、Mo、Nb、Cu、Fe、Cr、Ni、Pd、Re等）对锆合金相变温度的影响。结果表明：合金元素对锆合金相变温度的影响可以用α和β相的结合能之和（
2022, 51(3):873-880.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210028
摘要:
以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯/Al三组元为推进剂，在压强6.5 MPa、工作时间20、60、95 s的烧蚀条件下，进行长时间的固体火箭发动机烧蚀，模拟计算了喷管3D C/C材料喉衬热平衡状态下的对流换热系数、温度场和应力场，结合计算结果分析了喉衬各区的烧蚀特征与机理。结果表明：喉衬收敛段温度最高，烧蚀为氧化组分（H2O、CO2、H2）与表面碳发生的热化学烧蚀；喉径区换热系数最大，温度较高，内表面在应力作用下，烧蚀最为严重，为燃气热化学烧蚀、高速气流机械剥蚀及粒子冲刷的共同作用，表面呈现出微小的沟槽或裂纹，应力与氧化使喉衬在低于材料极限应力下发生分解破坏；出口段应力降低，温度明显下降，烧蚀率显著降低。喉衬烧蚀机理为温度、应力影响下燃气氧化组分与碳的热化学烧蚀、气流机械剥蚀和Al2O3颗粒侵蚀的联合作用。
以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯/Al三组元为推进剂，在压强6.5 MPa、工作时间20、60、95 s的烧蚀条件下，进行长时间的固体火箭发动机烧蚀，模拟计算了喷管3D C/C材料喉衬热平衡状态下的对流换热系数、温度场和应力场，结合计算结果分析了喉衬各区的烧蚀特征与机理。结果表明：喉衬收敛段温度最高，烧蚀为氧化组分（H2O、CO2、H2）与表面碳发生的热化学烧蚀；喉径区换热系数最大，温度较高，内表面在应力作用下，烧蚀最为严重，为燃气热化学烧蚀、高速气流机械剥蚀及粒子冲刷的共同作用，表面呈现出微小的沟槽或裂纹，应力与氧化使喉衬在低于材料极限应力下发生分解破坏；出口段应力降低，温度明显下降，烧蚀率显著降低。喉衬烧蚀机理为温度、应力影响下燃气氧化组分与碳的热化学烧蚀、气流机械剥蚀和Al2O3颗粒侵蚀的联合作用。
2022, 51(3):881-887.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210616
摘要:
通过分子动力学方法模拟了基体表面形貌对热喷涂的影响。研究了柱状粗糙表面和光滑表面对团簇展平、基体缺陷演化、应力分布、涂层与基体结合强度的影响。结果表明，基体表面形貌对热喷涂结合强度影响显著，粗糙表面不仅增加了团簇与基体的实际接触面积，提高了附着力，而且在界面结合处形成锚固效应，从而提高了界面结合强度。同时，基体表面形貌改变了界面区域的应力分布，柱状粗糙表面可以减小应力集中效应，降低临界应力，减轻对基体的损伤。此外，粗糙表面会阻碍团簇的滑移，减小了展平比。
通过分子动力学方法模拟了基体表面形貌对热喷涂的影响。研究了柱状粗糙表面和光滑表面对团簇展平、基体缺陷演化、应力分布、涂层与基体结合强度的影响。结果表明，基体表面形貌对热喷涂结合强度影响显著，粗糙表面不仅增加了团簇与基体的实际接触面积，提高了附着力，而且在界面结合处形成锚固效应，从而提高了界面结合强度。同时，基体表面形貌改变了界面区域的应力分布，柱状粗糙表面可以减小应力集中效应，降低临界应力，减轻对基体的损伤。此外，粗糙表面会阻碍团簇的滑移，减小了展平比。
2022, 51(3):888-894.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210031
摘要:
研究了316LN奥氏体不锈钢在1050~1200 ℃、应变速率0.1，1和50 s-1下的压缩变形行为，分析了变形温度和应变速率对热流曲线的影响。基于位错密度理论，建立了316LN钢的热变形本构模型，并揭示了316LN钢的软化机理。结果表明，在高温低应变速率（小于0.1 s-1）条件下，动态再结晶（DRX）为主导软化机理；在高温高应变速率（大于1 s-1）条件下，动态回复（DRV）为主导软化机理；在高温及应变速率为0.1和1 s-1条件下，DRV和DRX共同作用。构建的模型可以很好地预测316LN钢的热变形行为，其Pearson相关系数为0.9956，平均相对误差绝对值为3.07%，为一个精确的本构模型。
研究了316LN奥氏体不锈钢在1050~1200 ℃、应变速率0.1，1和50 s-1下的压缩变形行为，分析了变形温度和应变速率对热流曲线的影响。基于位错密度理论，建立了316LN钢的热变形本构模型，并揭示了316LN钢的软化机理。结果表明，在高温低应变速率（小于0.1 s-1）条件下，动态再结晶（DRX）为主导软化机理；在高温高应变速率（大于1 s-1）条件下，动态回复（DRV）为主导软化机理；在高温及应变速率为0.1和1 s-1条件下，DRV和DRX共同作用。构建的模型可以很好地预测316LN钢的热变形行为，其Pearson相关系数为0.9956，平均相对误差绝对值为3.07%，为一个精确的本构模型。
2022, 51(3):895-905.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210246
摘要:
通过浸泡实验与电化学测试,研究了固溶态Cu-4wt.%Ti合金在模拟污染海水(含S2-的3.5wt.% NaCl溶液)的腐蚀行为。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)对铜钛合金表面腐蚀产物进行测试分析。结果表明：含Cl-溶液中铜钛合金的腐蚀形式为点蚀,点蚀坑尺寸较小,分布均匀。添加S2-后点蚀更容易被诱发,点蚀坑尺寸较大。当NaCl溶液中的S2-浓度达到60ppm时,点蚀坑在合金表面相互连接,呈现出均匀腐蚀的形态；S2-<和Cl-对铜钛合金的腐蚀存在竞争吸附,S2-吸附性强对铜钛合金的腐蚀剧烈；在含S2-的NaCl溶液中腐蚀产物主要为CuS、Cu2S、Cu2O以及Cu2(OH)3Cl。S2-浓度较大时会导致溶液中OH-浓度增加,使腐蚀产物膜层厚度与致密度增加,因此当S2-浓度达到100ppm时铜钛合金能够发生钝化从而减缓腐蚀。
通过浸泡实验与电化学测试,研究了固溶态Cu-4wt.%Ti合金在模拟污染海水(含S2-的3.5wt.% NaCl溶液)的腐蚀行为。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)对铜钛合金表面腐蚀产物进行测试分析。结果表明：含Cl-溶液中铜钛合金的腐蚀形式为点蚀,点蚀坑尺寸较小,分布均匀。添加S2-后点蚀更容易被诱发,点蚀坑尺寸较大。当NaCl溶液中的S2-浓度达到60ppm时,点蚀坑在合金表面相互连接,呈现出均匀腐蚀的形态；S2-<和Cl-对铜钛合金的腐蚀存在竞争吸附,S2-吸附性强对铜钛合金的腐蚀剧烈；在含S2-的NaCl溶液中腐蚀产物主要为CuS、Cu2S、Cu2O以及Cu2(OH)3Cl。S2-浓度较大时会导致溶液中OH-浓度增加,使腐蚀产物膜层厚度与致密度增加,因此当S2-浓度达到100ppm时铜钛合金能够发生钝化从而减缓腐蚀。
2022, 51(3):906-912.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210228
摘要:
采用平衡合金法，通过X射线粉末衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDX）等手段研究了Zr-Fe-Si体系富Zr端580 ℃下的相平衡关系，包括5个两相区和2个三相区，两相区为Zr2Si+Zr2Fe、Zr2Fe+ZrFe2、Zr2Fe +Zr3Fe、Zr2Si+Zr5Si3和α-Zr+Zr2Si，三相区为α-Zr+Zr2Fe+Zr3Fe和α-Zr+Zr2Si+Zr5Si3。观察到已有Zr-Fe和Zr-Si相图中在580 ℃下为不稳定相的Zr2Fe和Zr5Si3，没有观察到在Zr-Si相图中标记为稳定相的Zr3Si。相同晶体结构的Zr2Si和Zr2Fe部分固溶，Fe在Zr2Si中的固溶度达到5.95 at.%，Si在Zr2Fe中的固溶度达到6.38 at.%，立方结构ZrFe2能固溶3.11 at.% Si。
采用平衡合金法，通过X射线粉末衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDX）等手段研究了Zr-Fe-Si体系富Zr端580 ℃下的相平衡关系，包括5个两相区和2个三相区，两相区为Zr2Si+Zr2Fe、Zr2Fe+ZrFe2、Zr2Fe +Zr3Fe、Zr2Si+Zr5Si3和α-Zr+Zr2Si，三相区为α-Zr+Zr2Fe+Zr3Fe和α-Zr+Zr2Si+Zr5Si3。观察到已有Zr-Fe和Zr-Si相图中在580 ℃下为不稳定相的Zr2Fe和Zr5Si3，没有观察到在Zr-Si相图中标记为稳定相的Zr3Si。相同晶体结构的Zr2Si和Zr2Fe部分固溶，Fe在Zr2Si中的固溶度达到5.95 at.%，Si在Zr2Fe中的固溶度达到6.38 at.%，立方结构ZrFe2能固溶3.11 at.% Si。
2022, 51(3):913-920.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210245
摘要:
为模拟核电厂高温堆芯熔融物堆内滞留的瞬态现象,采用冷坩埚电磁感应加热熔炼50kg级ZrO2-Fe-Zr体系的混合物,通过XRD、SEM、EDS等检测手段分析了凝固后的熔融物铸锭的氧化层、金属层和氧化结壳的物相和元素分布情况。结果表明：50kg级初始熔池形成过程中,高温熔融物由于重力作用和不相容性分离成金属层和氧化层的两层结构,在熔池顶部及周围形成氧化结壳。之后,由于二次加料形成顶部液态金属三层熔池,顶部金属熔池可穿过氧化物硬壳以液滴状逐渐沉降到熔池底部。
为模拟核电厂高温堆芯熔融物堆内滞留的瞬态现象,采用冷坩埚电磁感应加热熔炼50kg级ZrO2-Fe-Zr体系的混合物,通过XRD、SEM、EDS等检测手段分析了凝固后的熔融物铸锭的氧化层、金属层和氧化结壳的物相和元素分布情况。结果表明：50kg级初始熔池形成过程中,高温熔融物由于重力作用和不相容性分离成金属层和氧化层的两层结构,在熔池顶部及周围形成氧化结壳。之后,由于二次加料形成顶部液态金属三层熔池,顶部金属熔池可穿过氧化物硬壳以液滴状逐渐沉降到熔池底部。
2022, 51(3):921-926.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210325
摘要:
为了改善Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的性能,添加0.4at.%的Ce元素和B元素,研究其对基体合金组织和性能的影响。结果表明：Ce元素和B元素均可以抑制二次相析出,并对二次相有球化作用；0.4Ce合金晶界区域析出Co3W相,Ce元素主要形成化合物Ce2Co17和Al2Ce2Co15,0.4B合金晶界区域析出Co3W和Co7W6相,B元素主要形成CoW2B2；Ce元素和B元素均可以提高合金的显微硬度,0.4Ce合金显微硬度最高。
为了改善Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的性能,添加0.4at.%的Ce元素和B元素,研究其对基体合金组织和性能的影响。结果表明：Ce元素和B元素均可以抑制二次相析出,并对二次相有球化作用；0.4Ce合金晶界区域析出Co3W相,Ce元素主要形成化合物Ce2Co17和Al2Ce2Co15,0.4B合金晶界区域析出Co3W和Co7W6相,B元素主要形成CoW2B2；Ce元素和B元素均可以提高合金的显微硬度,0.4Ce合金显微硬度最高。
2022, 51(3):927-933.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210225
摘要:
采用高温活性钎料TiZrNiCu对Si3N4-MoSi2复合陶瓷和金属Nb进行真空钎焊试验,研究了其典型界面组织组成及形成机理,分析了钎焊温度和保温时间对钎焊接头界面组织及力学性能的影响规律。结果表明,接头典型界面结构为Nb/β-Ti/(Ti. Zr)2(Cu, Ni)+β-Ti+(Ti, Zr)5Si3/TiN+(Ti, Zr)5Si3+MoSi2/Si3N4-MoSi2。钎焊温度和保温时间主要通过控制Si3N4-MoSi2复合陶瓷母材中Si原子向钎料中扩散程度,来影响钎缝中(Ti, Zr)5Si3化合物的数量及分布,进而影响钎焊接头的抗剪强度。在920 ℃/10 min的工艺参数下,Si3N4-MoSi2/Nb接头的室温抗剪强度最高达到112 MPa,选择最优参数条件下的Nb/Si3N4-MoSi2钎焊接头在500 ℃和600 ℃条件下进行高温剪切实验,其高温抗剪强度分别达到123 MPa和131 MPa。
采用高温活性钎料TiZrNiCu对Si3N4-MoSi2复合陶瓷和金属Nb进行真空钎焊试验,研究了其典型界面组织组成及形成机理,分析了钎焊温度和保温时间对钎焊接头界面组织及力学性能的影响规律。结果表明,接头典型界面结构为Nb/β-Ti/(Ti. Zr)2(Cu, Ni)+β-Ti+(Ti, Zr)5Si3/TiN+(Ti, Zr)5Si3+MoSi2/Si3N4-MoSi2。钎焊温度和保温时间主要通过控制Si3N4-MoSi2复合陶瓷母材中Si原子向钎料中扩散程度,来影响钎缝中(Ti, Zr)5Si3化合物的数量及分布,进而影响钎焊接头的抗剪强度。在920 ℃/10 min的工艺参数下,Si3N4-MoSi2/Nb接头的室温抗剪强度最高达到112 MPa,选择最优参数条件下的Nb/Si3N4-MoSi2钎焊接头在500 ℃和600 ℃条件下进行高温剪切实验,其高温抗剪强度分别达到123 MPa和131 MPa。
2022, 51(3):934-939.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200367
摘要:
本文采用真空自耗电弧熔炼和热锻技术制备出Ti-60Ta合金棒，用PREP制粉技术制备出其球形粉末，并对棒材取块样进行高温淬火处理。利用SEM、XRD、TEM、DSC等分析手段对Ti-60Ta合金在快速凝固过程中的相变行为进行了研究。结果表明，Ti-60Ta原始块样和Ti-60Ta合金粉末主要以bcc结构的β相为主；随着粉末粒径减小，快速凝固过程中冷却速率增高，α"马氏体相逐渐增多，β相逐渐减少；原始块样经过1000℃/60min保温、淬火处理，生成了少量α"马氏体相；TEM图像和电子衍射斑点分析表明，在冷却速率更高的Ti-60Ta合金粉末中观察到板条状α "马氏体，宽度大约为50纳米，α"马氏体相优先生成于晶界处。
本文采用真空自耗电弧熔炼和热锻技术制备出Ti-60Ta合金棒，用PREP制粉技术制备出其球形粉末，并对棒材取块样进行高温淬火处理。利用SEM、XRD、TEM、DSC等分析手段对Ti-60Ta合金在快速凝固过程中的相变行为进行了研究。结果表明，Ti-60Ta原始块样和Ti-60Ta合金粉末主要以bcc结构的β相为主；随着粉末粒径减小，快速凝固过程中冷却速率增高，α"马氏体相逐渐增多，β相逐渐减少；原始块样经过1000℃/60min保温、淬火处理，生成了少量α"马氏体相；TEM图像和电子衍射斑点分析表明，在冷却速率更高的Ti-60Ta合金粉末中观察到板条状α "马氏体，宽度大约为50纳米，α"马氏体相优先生成于晶界处。
2022, 51(3):940-946.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210237
摘要:
采用不同焊接频率（20-50Hz）、振幅（1-4mm）、摩擦压力（32-96MPa）对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊试验研究，分析了不同焊接参数对钛合金线性摩擦焊接头质量的影响及接头不同区域显微组织演变规律。结果表明：热输入不足时，无法得到良好的焊接接头，其他焊接工艺参数不变时，随着单一参数的增加，热输入量迅速升高，焊接过程达到稳定状态，参数对焊接过程及接头质量的影响较小。TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊缝区域在焊接过程中发生了明显的相变及动态再结晶，形成亚稳定β相；两侧热力影响区由于受到热力耦合的作用，等轴及板条状α相沿着振动方向拉长，针状次生α相完全溶解。
采用不同焊接频率（20-50Hz）、振幅（1-4mm）、摩擦压力（32-96MPa）对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊试验研究，分析了不同焊接参数对钛合金线性摩擦焊接头质量的影响及接头不同区域显微组织演变规律。结果表明：热输入不足时，无法得到良好的焊接接头，其他焊接工艺参数不变时，随着单一参数的增加，热输入量迅速升高，焊接过程达到稳定状态，参数对焊接过程及接头质量的影响较小。TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊缝区域在焊接过程中发生了明显的相变及动态再结晶，形成亚稳定β相；两侧热力影响区由于受到热力耦合的作用，等轴及板条状α相沿着振动方向拉长，针状次生α相完全溶解。
2022, 51(3):947-952.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210250
摘要:
本文研究了一种新型高强耐蚀钛合金材料,通过将三次VAR炉熔炼后铸锭进行热轧和退火处理,研究退火工艺对板材微观组织和性能的影响。研究发现,退火后整体组织分布均匀,随着退火温度的增加,条状α相减少,等轴α相增多,β转变组织长大、增多。在740℃退火时,条状的α相基本消失,β转变组织长大、增多并且粘连在一起,呈现典型的等轴组织形貌。随着退火温度的增加,板材的强度和洛氏硬度下降,塑性提高,腐蚀电流密度降低,腐蚀速率减慢,耐腐蚀性能增强。在740℃退火1h后,板材具有最佳的力学性能和耐腐蚀性能。
本文研究了一种新型高强耐蚀钛合金材料,通过将三次VAR炉熔炼后铸锭进行热轧和退火处理,研究退火工艺对板材微观组织和性能的影响。研究发现,退火后整体组织分布均匀,随着退火温度的增加,条状α相减少,等轴α相增多,β转变组织长大、增多。在740℃退火时,条状的α相基本消失,β转变组织长大、增多并且粘连在一起,呈现典型的等轴组织形貌。随着退火温度的增加,板材的强度和洛氏硬度下降,塑性提高,腐蚀电流密度降低,腐蚀速率减慢,耐腐蚀性能增强。在740℃退火1h后,板材具有最佳的力学性能和耐腐蚀性能。
2022, 51(3):953-959.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210249
摘要:
本文以630 ℃汽轮机紧固件备选合金GH4080A合金为研究对象,对美国Special Metals和抚顺特钢冶炼的材料经过标准热处理后分别在不同载荷下进行高温缺口持久实验,并结合光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)及背散射电子衍射(EBSD)分析,研究合金持久寿命的分散性与持久样品断口附近组织的关联性。结果表明：GH4080A抚钢边缘和芯部持久寿命不同的主要原因是两者晶粒大小不同；抚钢边缘与SMC边缘持久寿命不同的主要原因是两者变形机制不同,前者为晶界滑移,后者为晶内变形与晶界变形协调作用。
本文以630 ℃汽轮机紧固件备选合金GH4080A合金为研究对象,对美国Special Metals和抚顺特钢冶炼的材料经过标准热处理后分别在不同载荷下进行高温缺口持久实验,并结合光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)及背散射电子衍射(EBSD)分析,研究合金持久寿命的分散性与持久样品断口附近组织的关联性。结果表明：GH4080A抚钢边缘和芯部持久寿命不同的主要原因是两者晶粒大小不同；抚钢边缘与SMC边缘持久寿命不同的主要原因是两者变形机制不同,前者为晶界滑移,后者为晶内变形与晶界变形协调作用。
2022, 51(3):960-969.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210244
摘要:
金属有机骨架(MOFs)衍生的磁性金属/碳复合材料在轻质吸波材料领域展现出巨大的潜力。以二维片状结构Co/Zn双金属MOFs为前驱体通过高温热解合成片状Co/C复合材料,系统研究了前驱体中Co/Zn摩尔比对复合材料形貌结构、石墨化程度、磁性能和吸波性能的影响。结果表明：金属Co纳米微粒在碳骨架中均匀分布,随着Co含量的减少,复合材料中碳组分的石墨化程度逐渐降低,铁磁特性逐渐减弱；片状Co/C复合材料的吸波性能随着Co含量的降低先增强后减弱,填充比例为30 wt%、Co/Zn摩尔比为4:1时片状Co/C复合材料具有最佳吸波性能,厚度为2.11 mm时在10.8 GHz处最小反射率为-23.09 dB,最大有效带宽(反射率小于-10 dB)在厚度为1.62 mm时达到4.96 GHz。复合材料良好的吸波性能是由于均匀分布的磁性Co纳米粒子和碳骨架的协同作用,在增强电磁波导电损耗和界面极化损耗的同时,改善了阻抗匹配性能。
金属有机骨架(MOFs)衍生的磁性金属/碳复合材料在轻质吸波材料领域展现出巨大的潜力。以二维片状结构Co/Zn双金属MOFs为前驱体通过高温热解合成片状Co/C复合材料,系统研究了前驱体中Co/Zn摩尔比对复合材料形貌结构、石墨化程度、磁性能和吸波性能的影响。结果表明：金属Co纳米微粒在碳骨架中均匀分布,随着Co含量的减少,复合材料中碳组分的石墨化程度逐渐降低,铁磁特性逐渐减弱；片状Co/C复合材料的吸波性能随着Co含量的降低先增强后减弱,填充比例为30 wt%、Co/Zn摩尔比为4:1时片状Co/C复合材料具有最佳吸波性能,厚度为2.11 mm时在10.8 GHz处最小反射率为-23.09 dB,最大有效带宽(反射率小于-10 dB)在厚度为1.62 mm时达到4.96 GHz。复合材料良好的吸波性能是由于均匀分布的磁性Co纳米粒子和碳骨架的协同作用,在增强电磁波导电损耗和界面极化损耗的同时,改善了阻抗匹配性能。
2022, 51(3):970-976.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210242
摘要:
本文首次采用Cu-Sc中间合金,开发了Al合金加Sc新方法,研究了Cu-Sc中间合金在Al液中的溶解行为。发现随着保温温度提高和保温时间延长,含Sc质点(团)的尺寸减小,面积分数减少,凝固后在α Al基体中的Sc固溶量增加,短时间保温的合金凝固组织细小,随着保温温度提高和保温时间延长,合金凝固组织的晶粒尺寸逐渐增大。并根据含Sc质点尺寸和面积分数变化,分析了凝固组织的变化的原因。
本文首次采用Cu-Sc中间合金,开发了Al合金加Sc新方法,研究了Cu-Sc中间合金在Al液中的溶解行为。发现随着保温温度提高和保温时间延长,含Sc质点(团)的尺寸减小,面积分数减少,凝固后在α Al基体中的Sc固溶量增加,短时间保温的合金凝固组织细小,随着保温温度提高和保温时间延长,合金凝固组织的晶粒尺寸逐渐增大。并根据含Sc质点尺寸和面积分数变化,分析了凝固组织的变化的原因。
2022, 51(3):977-982.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210238
摘要:
近年来，在高熵合金基础上发展起来的高熵陶瓷逐渐引起了研究者的广泛关注，其出现为开发高性能的无机非金属材料提供了新的设计思路。本文采用固相法制备了BaMO3基钙钛矿型高熵陶瓷Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3 (x = 0, 2.3%, 5.3%, 8.3%, 11.3%)，并研究了Li含量对高熵陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响。结果表明，Li含量对陶瓷结构的影响不大，陶瓷均保持立方钙钛矿结构，且无杂相产生；陶瓷的晶粒尺寸相对较均匀。当x = 0时，即B位七元等摩尔比Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li1/7)O3高熵陶瓷，其介电常数达到了最大值2920 (@100 Hz)，相较于已报道的不掺Li的六元高熵钙钛矿陶瓷Ba(Ti1/6Sn1/6Zr1/6Hf1/6Nb1/6Ga1/6)O3提升了近50倍。
近年来，在高熵合金基础上发展起来的高熵陶瓷逐渐引起了研究者的广泛关注，其出现为开发高性能的无机非金属材料提供了新的设计思路。本文采用固相法制备了BaMO3基钙钛矿型高熵陶瓷Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3 (x = 0, 2.3%, 5.3%, 8.3%, 11.3%)，并研究了Li含量对高熵陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响。结果表明，Li含量对陶瓷结构的影响不大，陶瓷均保持立方钙钛矿结构，且无杂相产生；陶瓷的晶粒尺寸相对较均匀。当x = 0时，即B位七元等摩尔比Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li1/7)O3高熵陶瓷，其介电常数达到了最大值2920 (@100 Hz)，相较于已报道的不掺Li的六元高熵钙钛矿陶瓷Ba(Ti1/6Sn1/6Zr1/6Hf1/6Nb1/6Ga1/6)O3提升了近50倍。
2022, 51(3):983-989.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210252
摘要:
为保障长期在轨航天器的安全稳定运行,提高防护构型应对微小空间碎片超高速撞击时的防护性能,需要对防护构型的缓冲屏材料进行优化和改进。本文通过在碳化硅多孔陶瓷预烧体中以压力熔渗方式制备了SiC/Al复合缓冲屏材料,利用二级轻气炮开展了SiC/Al缓冲屏防护构型的空间碎片超高速撞击实验,重点研究了SiC/Al缓冲屏材料的冲击破坏行为、二次碎片云结构特征以及二碎片云对后墙撞击损伤规律。研究结果表明,相比传统铝合金缓冲屏,SiC/Al缓冲屏能够在初始超高速撞击过程中有效破碎空间碎片,形成颗粒更加细小和扩张更加充分的二次碎片云结构,从而有效地缓解了对后墙的撞击损伤。结合后墙撞击坑的SEM微观损伤形貌分析,随着空间碎片撞击速度的提高,发生了更为显著的液相二次碎片颗粒撞击现象,增强了防护构型在超高速撞击时的防护性能。
为保障长期在轨航天器的安全稳定运行,提高防护构型应对微小空间碎片超高速撞击时的防护性能,需要对防护构型的缓冲屏材料进行优化和改进。本文通过在碳化硅多孔陶瓷预烧体中以压力熔渗方式制备了SiC/Al复合缓冲屏材料,利用二级轻气炮开展了SiC/Al缓冲屏防护构型的空间碎片超高速撞击实验,重点研究了SiC/Al缓冲屏材料的冲击破坏行为、二次碎片云结构特征以及二碎片云对后墙撞击损伤规律。研究结果表明,相比传统铝合金缓冲屏,SiC/Al缓冲屏能够在初始超高速撞击过程中有效破碎空间碎片,形成颗粒更加细小和扩张更加充分的二次碎片云结构,从而有效地缓解了对后墙的撞击损伤。结合后墙撞击坑的SEM微观损伤形貌分析,随着空间碎片撞击速度的提高,发生了更为显著的液相二次碎片颗粒撞击现象,增强了防护构型在超高速撞击时的防护性能。
2022, 51(3):990-996.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210254
摘要:
铝合金材料是航空、航天、轨道交通、石油工业等领域的研究热点,具有密度低,比强度高,耐腐蚀性能好等优点。本文针对7xxx系铝合金设计出一种适用于油气工业环境的钻杆材料—Al-7.51Zn-2.37Mg-1.72Cu。通过时效硬化行为、力学性能评价及微观组织表征研究了时效处理对铝合金钻杆材料力学性能及耐热性能的影响。结果表明,时效温度为120℃时Al-7.51Zn-2.37Mg-1.72Cu的最佳时效时间为24h,其抗拉强度、屈服强度和伸长率(Rm、R0.2和A)分别由淬火态的693MPa、566MPa和15%变化到720MPa、692MPa和14%；再经200℃热暴露500h后,Rm、R0.2相比时效态降低了55.6%、 67.3%,伸长率提高了15.8%,这是由于基体内GP区和部分细小η′相开始发生回溶,而尺寸较大稳定性较高的η 相会转变成η′ 相,部分η 相会聚集成粗大质点。
铝合金材料是航空、航天、轨道交通、石油工业等领域的研究热点,具有密度低,比强度高,耐腐蚀性能好等优点。本文针对7xxx系铝合金设计出一种适用于油气工业环境的钻杆材料—Al-7.51Zn-2.37Mg-1.72Cu。通过时效硬化行为、力学性能评价及微观组织表征研究了时效处理对铝合金钻杆材料力学性能及耐热性能的影响。结果表明,时效温度为120℃时Al-7.51Zn-2.37Mg-1.72Cu的最佳时效时间为24h,其抗拉强度、屈服强度和伸长率(Rm、R0.2和A)分别由淬火态的693MPa、566MPa和15%变化到720MPa、692MPa和14%；再经200℃热暴露500h后,Rm、R0.2相比时效态降低了55.6%、 67.3%,伸长率提高了15.8%,这是由于基体内GP区和部分细小η′相开始发生回溶,而尺寸较大稳定性较高的η 相会转变成η′ 相,部分η 相会聚集成粗大质点。
2022, 51(3):997-1002.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210258
摘要:
以Mo-Si-B4C混合粉末为涂层原料,采用放电等离子烧结在铌合金表面原位反应烧结制备MoSi2-B4C复合涂层,研究涂层组织形成过程及界面反应特征,考察涂层在1450℃下的抗氧化性能。结果表明,在烧结的升温阶段,MoSi2相就已完全形成,而在保温的初期阶段,部分B4C颗粒又与邻近的MoSi2反应生成了SiC和Mo2B5。烧结过程中,涂层中的Si和B向基体合金扩散,形成了由NbSi2 + NbB外层和Nb5Si3内层组成的互扩散区。涂层在1450℃至少100h内可有效保护基体,表面生成了致密的SiO2-B2O3氧化膜,而互扩散区内NbB的存在有效阻碍了氧化过程涂层中Si的内扩散。
以Mo-Si-B4C混合粉末为涂层原料,采用放电等离子烧结在铌合金表面原位反应烧结制备MoSi2-B4C复合涂层,研究涂层组织形成过程及界面反应特征,考察涂层在1450℃下的抗氧化性能。结果表明,在烧结的升温阶段,MoSi2相就已完全形成,而在保温的初期阶段,部分B4C颗粒又与邻近的MoSi2反应生成了SiC和Mo2B5。烧结过程中,涂层中的Si和B向基体合金扩散,形成了由NbSi2 + NbB外层和Nb5Si3内层组成的互扩散区。涂层在1450℃至少100h内可有效保护基体,表面生成了致密的SiO2-B2O3氧化膜,而互扩散区内NbB的存在有效阻碍了氧化过程涂层中Si的内扩散。
2022, 51(3):1003-1010.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210220
摘要:
采用溶胶凝胶法,制备了La1-xSrxMnO3(LSMO)纳米微粉。探究了Sr2+的掺杂量对LSMO晶体结构、磁学性质、电磁特性和微波吸收性能的影响。结果表明,随Sr2+含量的升高,样品的晶格常数和Mn-O-Mn键角增大,平均晶粒尺寸逐渐下降,样品出现从反铁磁性向铁磁性的转变,复介电常数呈先增大后减小的趋势。在2~18GHz内,x=0的样品在厚度为2mm时有最佳吸波效果,反射率小于-10dB对应的有效吸波频段为12.5~18GHz；Sr2+的掺杂可使吸波频段有效的向低频移动,在X波段内,x=0.2的样品在厚度为2.3mm时的有效带宽达2.6GHz,证明LSMO是一种性能优异的介电损耗型吸波材料。
采用溶胶凝胶法,制备了La1-xSrxMnO3(LSMO)纳米微粉。探究了Sr2+的掺杂量对LSMO晶体结构、磁学性质、电磁特性和微波吸收性能的影响。结果表明,随Sr2+含量的升高,样品的晶格常数和Mn-O-Mn键角增大,平均晶粒尺寸逐渐下降,样品出现从反铁磁性向铁磁性的转变,复介电常数呈先增大后减小的趋势。在2~18GHz内,x=0的样品在厚度为2mm时有最佳吸波效果,反射率小于-10dB对应的有效吸波频段为12.5~18GHz；Sr2+的掺杂可使吸波频段有效的向低频移动,在X波段内,x=0.2的样品在厚度为2.3mm时的有效带宽达2.6GHz,证明LSMO是一种性能优异的介电损耗型吸波材料。
2022, 51(3):1011-1016.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210203
摘要:
本文利用电子束增材技术制备了TC4合金熔道,并改变了扫描速度,束流和离焦电流等工艺参数,研究工艺参数对熔道表面形貌以及特征尺寸(熔深,熔宽,熔高和润湿角)的影响。研究表明,随着扫描速度的降低和电子束电流的增加,电子束线性能量输出增加,熔道宽度和连续性均有所提高。当其它参数不变,随着扫描速度增加时,熔道变得不连续甚至有球化反应的产生。扫描速度、束流和离焦电流均对熔池有较大的影响,随着扫描速度的降低以及束流的增加,熔深、熔宽和熔高都在增加；离焦电流为3mA时而熔深和熔宽最大,润湿角最小；电子束电流不变,随着扫描速度的增加,润湿角先增加后降低,宽高比下降。
本文利用电子束增材技术制备了TC4合金熔道,并改变了扫描速度,束流和离焦电流等工艺参数,研究工艺参数对熔道表面形貌以及特征尺寸(熔深,熔宽,熔高和润湿角)的影响。研究表明,随着扫描速度的降低和电子束电流的增加,电子束线性能量输出增加,熔道宽度和连续性均有所提高。当其它参数不变,随着扫描速度增加时,熔道变得不连续甚至有球化反应的产生。扫描速度、束流和离焦电流均对熔池有较大的影响,随着扫描速度的降低以及束流的增加,熔深、熔宽和熔高都在增加；离焦电流为3mA时而熔深和熔宽最大,润湿角最小；电子束电流不变,随着扫描速度的增加,润湿角先增加后降低,宽高比下降。
2022, 51(3):1017-1023.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210212
摘要:
采用液相剥离技术对黑磷和氧化石墨烯进行分散，通过共价键作用制得BP-GO复合载体，经氧化还原反应在BP-GO复合载体表面原位还原AgNPs。探究了硝酸银含量、BP-GO含量比值对复合粉体性能影响，对比分析了相同条件下制备的BP-GO-AgNPs与GO-AgNPs复合涂层的抑菌性能。利用SEM、TEM分析表明，BP与GO成功分散，且BP-GO载体成功复合，同时AgNPs成功负载在载体表面，较优的AgNO3添加参数为3×10-4mol。XPS分析表明，BP与GO纳米片通过P-C、P-O-C的键合作用力联接，且AgNPs成功负载在载体表面，成功制得BP-GO-AgNPs复合粉体。Raman分析表明，复合粉体中BP-GO含量较优比值为1：1。抑菌结果表明，相同条件下，BP-GO-AgNPs复合涂层相较于GO-AgNPs复合涂层的抑菌效果更好。 关键词: BP；GO；AgNPs；抑菌涂层
采用液相剥离技术对黑磷和氧化石墨烯进行分散，通过共价键作用制得BP-GO复合载体，经氧化还原反应在BP-GO复合载体表面原位还原AgNPs。探究了硝酸银含量、BP-GO含量比值对复合粉体性能影响，对比分析了相同条件下制备的BP-GO-AgNPs与GO-AgNPs复合涂层的抑菌性能。利用SEM、TEM分析表明，BP与GO成功分散，且BP-GO载体成功复合，同时AgNPs成功负载在载体表面，较优的AgNO3添加参数为3×10-4mol。XPS分析表明，BP与GO纳米片通过P-C、P-O-C的键合作用力联接，且AgNPs成功负载在载体表面，成功制得BP-GO-AgNPs复合粉体。Raman分析表明，复合粉体中BP-GO含量较优比值为1：1。抑菌结果表明，相同条件下，BP-GO-AgNPs复合涂层相较于GO-AgNPs复合涂层的抑菌效果更好。 关键词: BP；GO；AgNPs；抑菌涂层
2022, 51(3):1024-1030.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210198
摘要:
采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了5种名义成分为NbMo0.5HfxTiZrCrAl(x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, at.%)的难熔高熵合金。研究了Hf对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明：添加Hf和不添加Hf的合金的微观组织均由两种BCC相（即BCC1和BCC2）和Laves相构成。在未添加Hf的合金中，BCC1相中主要富含Zr、Cr和Al元素，BCC2相中主要富含Nb、Ti和Mo元素。而在添加Hf的合金中，BCC1相中主要富含Hf、Zr、Cr、Mo和Al元素，BCC2相中主要富含Nb和Ti元素。随着Hf含量的增加，BCC1相的含量逐渐增加，且BCC1和BCC2相的晶格常数均有所增大。此外，随着Hf含量的增加，合金的硬度和脆性均逐渐增加，而合金在1200 ℃的抗压强度逐渐降低。
采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了5种名义成分为NbMo0.5HfxTiZrCrAl(x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, at.%)的难熔高熵合金。研究了Hf对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明：添加Hf和不添加Hf的合金的微观组织均由两种BCC相（即BCC1和BCC2）和Laves相构成。在未添加Hf的合金中，BCC1相中主要富含Zr、Cr和Al元素，BCC2相中主要富含Nb、Ti和Mo元素。而在添加Hf的合金中，BCC1相中主要富含Hf、Zr、Cr、Mo和Al元素，BCC2相中主要富含Nb和Ti元素。随着Hf含量的增加，BCC1相的含量逐渐增加，且BCC1和BCC2相的晶格常数均有所增大。此外，随着Hf含量的增加，合金的硬度和脆性均逐渐增加，而合金在1200 ℃的抗压强度逐渐降低。
2022, 51(3):1031-1039.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210156
摘要:
利用扫描电子显微镜、光学显微镜、疲劳试验机、拉伸试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金（WZ-A3）不同状态下的显微组织、拉伸性能、低周疲劳性能及其断口形貌。结果表明：1150℃挤压消除了合金热等静压残余的粉末原始颗粒边界（Previous Particle Boundary，PPB）。随着温度提高，热等静压+热处理（WZ-A3-HIP）和热等静压+热挤压+热处理（WZ-A3-HEX）两种状态样品拉伸强度呈现出先下降（室温到400℃）到不变（400~550℃）再下降（550~800℃）的变化规律。观察拉伸断口发现室温PPB降低了WZ-A3-HIP样品延伸率，700℃升高800℃时两种状态样品断口由穿晶-沿晶混合型转变为沿晶断裂模式为主。小应变（0.6%、0.8%）控制疲劳时，WZ-A3-HEX样品疲劳寿命值优于WZ-A3-HIP，后者裂纹源主要由夹杂物引起。大应变（1.0%、1.2%、1.4%）时，两种状态样品寿命值接近。应变1.2%时，疲劳裂纹源均为多源平台型断裂。
利用扫描电子显微镜、光学显微镜、疲劳试验机、拉伸试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金（WZ-A3）不同状态下的显微组织、拉伸性能、低周疲劳性能及其断口形貌。结果表明：1150℃挤压消除了合金热等静压残余的粉末原始颗粒边界（Previous Particle Boundary，PPB）。随着温度提高，热等静压+热处理（WZ-A3-HIP）和热等静压+热挤压+热处理（WZ-A3-HEX）两种状态样品拉伸强度呈现出先下降（室温到400℃）到不变（400~550℃）再下降（550~800℃）的变化规律。观察拉伸断口发现室温PPB降低了WZ-A3-HIP样品延伸率，700℃升高800℃时两种状态样品断口由穿晶-沿晶混合型转变为沿晶断裂模式为主。小应变（0.6%、0.8%）控制疲劳时，WZ-A3-HEX样品疲劳寿命值优于WZ-A3-HIP，后者裂纹源主要由夹杂物引起。大应变（1.0%、1.2%、1.4%）时，两种状态样品寿命值接近。应变1.2%时，疲劳裂纹源均为多源平台型断裂。
2022, 51(3):1040-1046.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210138
摘要:
稀土基非晶合金是金属玻璃的重要成员，但由于稀土元素高的活性和金属玻璃苛刻的制备要求导致相关研究进展缓慢，目前新体系非晶合金的制备仍然采用试错的原始方法。本文基于高通量材料基因工程，通过倾斜靶和调控单金属靶功率制备了化学组成连续变化的镱-铜（Yb-Cu）非晶合金金属薄膜，从而快速筛选出非晶形成范围，并且成功制备出YbCu非晶合金薄膜，同时研究了铝对YbCu非晶合金形成的影响，制备了YbCuAl非晶薄膜。当Yb小于44.5～46.5 wt%时薄膜全部为非晶态。AFM结果表明YbCu非晶合金表面光滑无缺陷，高度绝对差仅为31.6 nm，薄膜呈现疏水性，最大疏水角为119°。YbCu和YbCuAl非晶薄膜最大方阻分别为551 mΩ □-1和1738 mΩ □-1，合金元素Al对YbCu非晶薄膜性能产生了显著影响。YbCu(Al)非晶薄膜的成分筛选和制备加快了稀土基非晶新材料的开发。
稀土基非晶合金是金属玻璃的重要成员，但由于稀土元素高的活性和金属玻璃苛刻的制备要求导致相关研究进展缓慢，目前新体系非晶合金的制备仍然采用试错的原始方法。本文基于高通量材料基因工程，通过倾斜靶和调控单金属靶功率制备了化学组成连续变化的镱-铜（Yb-Cu）非晶合金金属薄膜，从而快速筛选出非晶形成范围，并且成功制备出YbCu非晶合金薄膜，同时研究了铝对YbCu非晶合金形成的影响，制备了YbCuAl非晶薄膜。当Yb小于44.5～46.5 wt%时薄膜全部为非晶态。AFM结果表明YbCu非晶合金表面光滑无缺陷，高度绝对差仅为31.6 nm，薄膜呈现疏水性，最大疏水角为119°。YbCu和YbCuAl非晶薄膜最大方阻分别为551 mΩ □-1和1738 mΩ □-1，合金元素Al对YbCu非晶薄膜性能产生了显著影响。YbCu(Al)非晶薄膜的成分筛选和制备加快了稀土基非晶新材料的开发。
2022, 51(3):1047-1054.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210899
摘要:
摘 要:在不同焊接速度下进行了三层复合板Al/AZ31/Al 搅拌摩擦焊接（FSW）工艺试验，并观察分析其接头成形显微组织和拉伸性能。结果显示：在实验优化的工艺参数下，焊缝接头成形较好，其内部呈层状分布且未发现缺陷；焊核区（NZ）晶粒细化明显，大角晶界（HAGBs）和再结晶晶粒占比达80%；在焊缝前进侧带状组织区（BS）和镁、铝界面处存在金属间化合物（IMC），主要为Al3Mg2和Al12Mg17；随焊速的增加，焊接接头的抗拉强度先增大后减小，在v=100 mm/min时焊核区铝层晶粒平均尺寸为1.75 μm，接头抗拉强度达到最大87.3 MPa，是母材的50.8%。
摘 要:在不同焊接速度下进行了三层复合板Al/AZ31/Al 搅拌摩擦焊接（FSW）工艺试验，并观察分析其接头成形显微组织和拉伸性能。结果显示：在实验优化的工艺参数下，焊缝接头成形较好，其内部呈层状分布且未发现缺陷；焊核区（NZ）晶粒细化明显，大角晶界（HAGBs）和再结晶晶粒占比达80%；在焊缝前进侧带状组织区（BS）和镁、铝界面处存在金属间化合物（IMC），主要为Al3Mg2和Al12Mg17；随焊速的增加，焊接接头的抗拉强度先增大后减小，在v=100 mm/min时焊核区铝层晶粒平均尺寸为1.75 μm，接头抗拉强度达到最大87.3 MPa，是母材的50.8%。
2022, 51(3):1055-1062.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200708
摘要:
本研究选用直径200μm的Ti纤维作为反应源，99.6wt.%的纯铝作为基体，并在预制体制备阶段将反应源等间距固定在基体中，以对生成物的初生位置进行预调控。随后将预制体置于感应加热炉内，施加等梯度变化的交变电流促进Al-Ti间原位反应，以期获得Al3Ti颗粒增强铝基复合材料。通过XRD、SEM及磨损测试对不同电流下复合材料的物相组成、显微组织和耐磨性能进行表征。结果表明：电流15A时，Ti纤维完全反应，产物为等轴状Al3Ti，尺寸为1-2μm，颗粒间距约5μm，达所有参数下的最优值。载荷10N下，15A时复合材料的耐磨性能最佳，摩擦系数、磨损量分别为最小值0.1、2.031mg/mm2。
本研究选用直径200μm的Ti纤维作为反应源，99.6wt.%的纯铝作为基体，并在预制体制备阶段将反应源等间距固定在基体中，以对生成物的初生位置进行预调控。随后将预制体置于感应加热炉内，施加等梯度变化的交变电流促进Al-Ti间原位反应，以期获得Al3Ti颗粒增强铝基复合材料。通过XRD、SEM及磨损测试对不同电流下复合材料的物相组成、显微组织和耐磨性能进行表征。结果表明：电流15A时，Ti纤维完全反应，产物为等轴状Al3Ti，尺寸为1-2μm，颗粒间距约5μm，达所有参数下的最优值。载荷10N下，15A时复合材料的耐磨性能最佳，摩擦系数、磨损量分别为最小值0.1、2.031mg/mm2。
2022, 51(3):1063-1071.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210262
摘要:
使用溶胶-凝胶法原位制备了具有镶嵌结构的0-3型Na0.5Bi0.5TiO3-CoFe2O4(NBT-CFO)复相多铁性陶瓷,并研究了其电、磁性能。通过TG-DTA、XRD等表征手段研究了干凝胶的结晶过程,利用CFO与NBT的差异化结晶温度设计了分步煅烧结晶工艺并得到粒径45 nm的NBT-CFO纳米粉体,并烧结得到具有镶嵌结构0.9NBT-0.1CFO复相陶瓷,陶瓷中CFO晶粒均匀分布在NBT晶粒内部。与使用机械混合法制备的复相陶瓷相比,具有镶嵌结构的0.9NBT-0.1CFO复相陶瓷在250-1M Hz频率范围内的室温介电损耗均更低,250 Hz时其损耗只有前者的30%。介电温谱、阻抗谱与模谱分析表明具有镶嵌结构的复相陶瓷在350-650 oC温区内表现出由铁电-铁磁相界面极化造成的介电弛豫行为,其激活能为0.77 eV。镶嵌结构使复相陶瓷在室温下具有更大的剩余极化和更高的抗击穿场强,提高了其铁电性能。
使用溶胶-凝胶法原位制备了具有镶嵌结构的0-3型Na0.5Bi0.5TiO3-CoFe2O4(NBT-CFO)复相多铁性陶瓷,并研究了其电、磁性能。通过TG-DTA、XRD等表征手段研究了干凝胶的结晶过程,利用CFO与NBT的差异化结晶温度设计了分步煅烧结晶工艺并得到粒径45 nm的NBT-CFO纳米粉体,并烧结得到具有镶嵌结构0.9NBT-0.1CFO复相陶瓷,陶瓷中CFO晶粒均匀分布在NBT晶粒内部。与使用机械混合法制备的复相陶瓷相比,具有镶嵌结构的0.9NBT-0.1CFO复相陶瓷在250-1M Hz频率范围内的室温介电损耗均更低,250 Hz时其损耗只有前者的30%。介电温谱、阻抗谱与模谱分析表明具有镶嵌结构的复相陶瓷在350-650 oC温区内表现出由铁电-铁磁相界面极化造成的介电弛豫行为,其激活能为0.77 eV。镶嵌结构使复相陶瓷在室温下具有更大的剩余极化和更高的抗击穿场强,提高了其铁电性能。
2022, 51(3):1072-1080.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210247
摘要:
采用颗粒稳定泡沫的方法制备出闭孔结构、孔径均匀分布和轻质的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)泡沫陶瓷。研究烧结温度、表面活性剂种类和固含量对泡沫陶瓷骨架组成、孔特性（包括孔隙率、孔径分布和平均孔径）和压缩强度的影响规律。结果显示，孔隙率处于45-85 %之间时，YSZ泡沫陶瓷的压缩强度与孔隙率之间的关系符合Rice模型；在1450 ℃烧结温度及固含量为32.50 vol%时，采用异丁烯与马来酸酐共聚物分子和阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵共稳YSZ湿泡沫制备出的材料综合性能最优，孔隙率为83.7±0.2 %、平均孔径90.1±0.8 μm、压缩强度45.1±1.3 MPa。在相同孔隙率的情况下，YSZ泡沫陶瓷的压缩强度高于大多数已报道的结果。
采用颗粒稳定泡沫的方法制备出闭孔结构、孔径均匀分布和轻质的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)泡沫陶瓷。研究烧结温度、表面活性剂种类和固含量对泡沫陶瓷骨架组成、孔特性（包括孔隙率、孔径分布和平均孔径）和压缩强度的影响规律。结果显示，孔隙率处于45-85 %之间时，YSZ泡沫陶瓷的压缩强度与孔隙率之间的关系符合Rice模型；在1450 ℃烧结温度及固含量为32.50 vol%时，采用异丁烯与马来酸酐共聚物分子和阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵共稳YSZ湿泡沫制备出的材料综合性能最优，孔隙率为83.7±0.2 %、平均孔径90.1±0.8 μm、压缩强度45.1±1.3 MPa。在相同孔隙率的情况下，YSZ泡沫陶瓷的压缩强度高于大多数已报道的结果。
2022, 51(3):1081-1086.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210236
摘要:
Cu1.8S作为一种P型半导体热电材料,具有环境友好、原料丰富、价格低廉等优点而受到广泛关注。本研究采用机械合金化(Mechanical Alloying, MA)结合放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering, SPS)工艺制备了一系列Cu1.8S-x wt%BaTiO3 (x =0,0.075,0.1,0.15,0.2)块体材料,研究了复合纳米BaTiO3对Cu1.8S的相结构、微观形貌、热电性能及力学性能的影响。结果表明,纳米BaTiO3的加入不影响Cu1.8S的相结构、晶胞参数和载流子浓度；纳米BaTiO3均匀分布在Cu1.8S基体的晶界处产生钉扎效应进而细化晶粒并产生气孔。Cu1.8S-0.2 wt%BaTiO3样品在773 K时获得最低的热导率2.2 Wm-1K-1,所有样品的ZT值基本保持不变约0.39 (773 K)。同时Cu1.8S-x wt%BaTiO3块体样品的维氏硬度由82 (x = 0)增加到87 (x = 0.2)。本研究表明在Cu1.8S中复合纳米BaTiO3可以在不影响材料热电性能的前提下有效提升块体样品的力学性能,为后续Cu-S体系热电性能和力学性能的协同提升提供了思路,有利于制备高机械性能且稳定耐用的Cu-S体系的热电器件。
Cu1.8S作为一种P型半导体热电材料,具有环境友好、原料丰富、价格低廉等优点而受到广泛关注。本研究采用机械合金化(Mechanical Alloying, MA)结合放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering, SPS)工艺制备了一系列Cu1.8S-x wt%BaTiO3 (x =0,0.075,0.1,0.15,0.2)块体材料,研究了复合纳米BaTiO3对Cu1.8S的相结构、微观形貌、热电性能及力学性能的影响。结果表明,纳米BaTiO3的加入不影响Cu1.8S的相结构、晶胞参数和载流子浓度；纳米BaTiO3均匀分布在Cu1.8S基体的晶界处产生钉扎效应进而细化晶粒并产生气孔。Cu1.8S-0.2 wt%BaTiO3样品在773 K时获得最低的热导率2.2 Wm-1K-1,所有样品的ZT值基本保持不变约0.39 (773 K)。同时Cu1.8S-x wt%BaTiO3块体样品的维氏硬度由82 (x = 0)增加到87 (x = 0.2)。本研究表明在Cu1.8S中复合纳米BaTiO3可以在不影响材料热电性能的前提下有效提升块体样品的力学性能,为后续Cu-S体系热电性能和力学性能的协同提升提供了思路,有利于制备高机械性能且稳定耐用的Cu-S体系的热电器件。
2022, 51(3):1087-1099.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210141
摘要:
二硼化钛(TiB2)作为金属硼化物中密度最小硬度最高的化合物,是重要的现代陶瓷材料之一。它不仅具有传统陶瓷材料所具备的高熔点、高硬度以及良好的化学稳定性,还具有传统陶瓷材料所不具备的优良导电性能。因此TiB2陶瓷不仅可以用于耐磨材料以及真空镀铝用蒸发舟材料,更是成为硬质刀具、电解铝惰性阴极以及空天飞行器热障防护等领域重要的防护涂层材料之一。本文结合国内外研究现状,重点介绍了TiB2陶瓷涂层的气相沉积法、电化学沉积法、热喷涂法、表面熔覆法、电火花沉积法和溶胶凝胶法等制备方法的特点及适用领域,总结了其在关键领域的重要应用,并对其未来的研究方向和发展前景进行了展望。
二硼化钛(TiB2)作为金属硼化物中密度最小硬度最高的化合物,是重要的现代陶瓷材料之一。它不仅具有传统陶瓷材料所具备的高熔点、高硬度以及良好的化学稳定性,还具有传统陶瓷材料所不具备的优良导电性能。因此TiB2陶瓷不仅可以用于耐磨材料以及真空镀铝用蒸发舟材料,更是成为硬质刀具、电解铝惰性阴极以及空天飞行器热障防护等领域重要的防护涂层材料之一。本文结合国内外研究现状,重点介绍了TiB2陶瓷涂层的气相沉积法、电化学沉积法、热喷涂法、表面熔覆法、电火花沉积法和溶胶凝胶法等制备方法的特点及适用领域,总结了其在关键领域的重要应用,并对其未来的研究方向和发展前景进行了展望。
2022, 51(3):1100-1110.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210160
摘要:
金属钨是聚变反应堆中面向等离子体的最佳候选材料，辐照产生的缺陷与聚变产生的氢（H）、氦（He）相互作用，往往形成H/He气泡，严重损伤金属钨的结构，导致其热力学性能退化。然而，仅依赖于实验表征技术，尚难以系统揭示缺陷与氢、氦相互作用的物理机制。近年来，多尺度计算模拟方法为研究金属结构缺陷与H、He交互作用提供了一条重要途径。本文综述了国内外在金属钨缺陷与氢、氦相互作用计算模拟研究领域取得的最新进展，系统总结了缺陷类型、尺寸、浓度、分布以及温度等对H、He动力学行为的影响规律，建立了微观组织变化与结合能、俘获能、扩散路径、团簇结构、能量分布等之间的关系，并指出困扰该领域的关键科学技术问题以及发展趋势，为面向等离子体材料的筛选、设计与评价提供理论指导。
金属钨是聚变反应堆中面向等离子体的最佳候选材料，辐照产生的缺陷与聚变产生的氢（H）、氦（He）相互作用，往往形成H/He气泡，严重损伤金属钨的结构，导致其热力学性能退化。然而，仅依赖于实验表征技术，尚难以系统揭示缺陷与氢、氦相互作用的物理机制。近年来，多尺度计算模拟方法为研究金属结构缺陷与H、He交互作用提供了一条重要途径。本文综述了国内外在金属钨缺陷与氢、氦相互作用计算模拟研究领域取得的最新进展，系统总结了缺陷类型、尺寸、浓度、分布以及温度等对H、He动力学行为的影响规律，建立了微观组织变化与结合能、俘获能、扩散路径、团簇结构、能量分布等之间的关系，并指出困扰该领域的关键科学技术问题以及发展趋势，为面向等离子体材料的筛选、设计与评价提供理论指导。
2022, 51(3):1111-1124.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210184
摘要:
钛及钛合金因生物相容性优异、弹性模量低、综合力学性能良好及耐腐蚀性强被广泛应用于生物医学领域，成为继不锈钢、钴铬合金后最有前景的医用金属材料之一。本文从生物力学性能、生物耐腐蚀性及生物相容性和抗菌性角度出发，介绍了近10年来亚稳β型钛合金在生物医用领域的发展现状和研究进展，重点探讨了通过改变合金元素组成、热处理工艺及合金加工成型方法来改善β型钛合金生物力学性能的研究进展。
钛及钛合金因生物相容性优异、弹性模量低、综合力学性能良好及耐腐蚀性强被广泛应用于生物医学领域，成为继不锈钢、钴铬合金后最有前景的医用金属材料之一。本文从生物力学性能、生物耐腐蚀性及生物相容性和抗菌性角度出发，介绍了近10年来亚稳β型钛合金在生物医用领域的发展现状和研究进展，重点探讨了通过改变合金元素组成、热处理工艺及合金加工成型方法来改善β型钛合金生物力学性能的研究进展。
2022, 51(3):1125-1135.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210234
摘要:
增材制造技术（3D打印）是先进制造技术的重要发展方向，已经应用到航空航天、汽车工业、生物医学等重要领域中。自2004年首次剥离出单层石墨烯后，石墨烯等二维晶体材料逐渐成为了复合材料领域的研究热点。其表现出的优良力学性能及导电导热性使其更加适用于增强相材料。石墨烯与金属合金复合，通过调整石墨烯增强相的含量和分布，有望大幅提高金属基体材料的力学强度、导电导热等性能，获得性能优异的结构功能一体化材料。激光增材制造技术和石墨烯纳米片高比表面积和各向异性的优点相结合，对石墨烯与金属粉末进一步加工混合，再逐层打印构造3D 结构，已成为一个全新的研究方向，正在引领着第四代工业革命的进展。本文以激光增材制造技术为主体，从三个角度综述激光增材制造技术制备金属基石墨烯复合材料的研究进展，即激光增材制造技术制备石墨烯铝、镍及其他金属基复合材料，对比了形成工艺以及材料的性能，并分析了今后可能的发展方向。
增材制造技术（3D打印）是先进制造技术的重要发展方向，已经应用到航空航天、汽车工业、生物医学等重要领域中。自2004年首次剥离出单层石墨烯后，石墨烯等二维晶体材料逐渐成为了复合材料领域的研究热点。其表现出的优良力学性能及导电导热性使其更加适用于增强相材料。石墨烯与金属合金复合，通过调整石墨烯增强相的含量和分布，有望大幅提高金属基体材料的力学强度、导电导热等性能，获得性能优异的结构功能一体化材料。激光增材制造技术和石墨烯纳米片高比表面积和各向异性的优点相结合，对石墨烯与金属粉末进一步加工混合，再逐层打印构造3D 结构，已成为一个全新的研究方向，正在引领着第四代工业革命的进展。本文以激光增材制造技术为主体，从三个角度综述激光增材制造技术制备金属基石墨烯复合材料的研究进展，即激光增材制造技术制备石墨烯铝、镍及其他金属基复合材料，对比了形成工艺以及材料的性能，并分析了今后可能的发展方向。
2022, 51(3):1136-1140.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210697
摘要:
采用电弧熔炼工艺与真空熔炼快淬系统制备了一系列新型AlNiLaCe高熵非晶合金条带，并研究了(AlNi) / (LaCe)含量变化对高熵非晶合金组织结构与电化学腐蚀行为的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）和显微硬度计分别研究测定了高熵非晶合金的相结构、热稳定性与硬度；借助扫描电子显微镜（SEM）与X射线能谱分析仪（EDS）表征了合金条带的表面形貌与元素分布情况；通过极化曲线（Tafel）考察了高熵非晶合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为并通过XRD测定了等原子比AlNiLaCe高熵非晶合金条带的腐蚀产物。结果表明:随着Al含量的增多，AlNiLaCe高熵非晶合金由典型的非晶态衍射峰与含Al的金属间化合物一同组成；合金中(AlNi)含量增多导致其热稳定性与条带硬度逐渐提高，Al35Ni35La15Ce15高熵非晶合金最高硬度为470 HV0.1。通过电化学腐蚀实验发现:相比AZ91镁合金，AlNiLaCe系高熵非晶合金的自腐蚀电位更高，腐蚀电流密度比镁合金低1个数量级。
采用电弧熔炼工艺与真空熔炼快淬系统制备了一系列新型AlNiLaCe高熵非晶合金条带，并研究了(AlNi) / (LaCe)含量变化对高熵非晶合金组织结构与电化学腐蚀行为的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）和显微硬度计分别研究测定了高熵非晶合金的相结构、热稳定性与硬度；借助扫描电子显微镜（SEM）与X射线能谱分析仪（EDS）表征了合金条带的表面形貌与元素分布情况；通过极化曲线（Tafel）考察了高熵非晶合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为并通过XRD测定了等原子比AlNiLaCe高熵非晶合金条带的腐蚀产物。结果表明:随着Al含量的增多，AlNiLaCe高熵非晶合金由典型的非晶态衍射峰与含Al的金属间化合物一同组成；合金中(AlNi)含量增多导致其热稳定性与条带硬度逐渐提高，Al35Ni35La15Ce15高熵非晶合金最高硬度为470 HV0.1。通过电化学腐蚀实验发现:相比AZ91镁合金，AlNiLaCe系高熵非晶合金的自腐蚀电位更高，腐蚀电流密度比镁合金低1个数量级。
2022, 51(3):1141-1144.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210725
摘要:
镍基高温合金GH3039广泛地应用于航空发动机燃烧室等零部件。采用增材制造技术制备GH3039部件可以克服其加工性能差、材料利用率低等问题。本研究首次采用基于熔化极气体保护焊的电弧增材制造（GMAW-WAAM）技术制备了GH3039薄壁件。利用光学显微镜（OM）、显微硬度仪和拉伸试验分析了薄壁构件的组织和性能。结果表明，采用GMAW-WAAM制备的GH3039构件组织致密，无气孔或裂纹等缺陷。合金的显微组织主要由高度方向生长的粗大柱状晶和层间细小晶粒构成。沉积态合金具有较好的室温和高温性能：室温抗拉强度520~540MPa，断后延伸率36~40%； 800°C抗拉强度189MPa，断后延伸率35.4%。本研究验证了采用GMAW-WAAM技术制备GH3039部件的可行性。
镍基高温合金GH3039广泛地应用于航空发动机燃烧室等零部件。采用增材制造技术制备GH3039部件可以克服其加工性能差、材料利用率低等问题。本研究首次采用基于熔化极气体保护焊的电弧增材制造（GMAW-WAAM）技术制备了GH3039薄壁件。利用光学显微镜（OM）、显微硬度仪和拉伸试验分析了薄壁构件的组织和性能。结果表明，采用GMAW-WAAM制备的GH3039构件组织致密，无气孔或裂纹等缺陷。合金的显微组织主要由高度方向生长的粗大柱状晶和层间细小晶粒构成。沉积态合金具有较好的室温和高温性能：室温抗拉强度520~540MPa，断后延伸率36~40%； 800°C抗拉强度189MPa，断后延伸率35.4%。本研究验证了采用GMAW-WAAM技术制备GH3039部件的可行性。
