2022年第51卷第4期文章目次
2022, 51(4):1145-1151.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210171
摘要:
研究了单道次皮尔格轧制过程中Ti-2Al-2.5Zr材料的变形行为和织构的演变规律。结果表明，在轧制过程中，｛10
研究了单道次皮尔格轧制过程中Ti-2Al-2.5Zr材料的变形行为和织构的演变规律。结果表明，在轧制过程中，｛10
2022, 51(4):1152-1157.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210030
摘要:
采用氢化脱氢粉末，低温真空烧结法制备了相对密度为99%的粉末冶金Ti6Al4V合金。为了消除气孔并控制微观结构形态，对其进行了锻造。结果表明，锻造试样的显微组织为具有长板条初生α和α+β片层组织的双态结构。锻造后试样可以实现抗拉强度1176 MPa，屈服强度1100 MPa，延伸率18.2%，同时具有良好的低周疲劳寿命。为了探索良好疲劳性能的原因，进行了原位疲劳观察试验。通过对裂纹扩展情况的观察，发现疲劳裂纹扩展可分为2个阶段：稳定阶段和加速阶段。致密组织减少了疲劳源在样品内部的产生。同时双态组织中的的长板条状初生α结构有效地阻止了稳态扩展阶段的疲劳裂纹扩展，从而延长了疲劳寿命。因此，双态结构表现出优异的综合力学性能。
采用氢化脱氢粉末，低温真空烧结法制备了相对密度为99%的粉末冶金Ti6Al4V合金。为了消除气孔并控制微观结构形态，对其进行了锻造。结果表明，锻造试样的显微组织为具有长板条初生α和α+β片层组织的双态结构。锻造后试样可以实现抗拉强度1176 MPa，屈服强度1100 MPa，延伸率18.2%，同时具有良好的低周疲劳寿命。为了探索良好疲劳性能的原因，进行了原位疲劳观察试验。通过对裂纹扩展情况的观察，发现疲劳裂纹扩展可分为2个阶段：稳定阶段和加速阶段。致密组织减少了疲劳源在样品内部的产生。同时双态组织中的的长板条状初生α结构有效地阻止了稳态扩展阶段的疲劳裂纹扩展，从而延长了疲劳寿命。因此，双态结构表现出优异的综合力学性能。
2022, 51(4):1158-1163.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210074
摘要:
对商业纯钛（CP-Ti）退火后冷轧9%变形的板材，利用电子背散射衍射（EBSD）和扫描电子显微镜（SEM）评估了晶粒中激活的滑移系统和孪生系统。同时，采用反应应力（RS）模型模拟了变形晶粒中滑移系统的激活以及晶粒之间的相互作用，该模型将晶粒塑性变形过程视为外加应力和统计变化的晶间反应应力共同作用的结果。结果表明，反应应力模型适用于评价多晶钛的变形行为。该模型预测了变形后的钛晶粒内发生的滑移，实验数据证实了该模型的正确性。变形晶粒中滑移和孪晶的分布不均匀，与晶粒应变分布不均匀相对应。这种不均匀的晶粒应变也可以由取向不同的相邻晶粒变形而产生。当一个晶粒的塑性变形与其相邻晶粒的塑性变形有显著差异时，就会触发附加的局部滑移，从而降低晶粒间的应变不协调。塑性应变在某些情况下是通过机械孪生来实现的，它与滑移协同以满足晶内和晶间的应变连续性。
对商业纯钛（CP-Ti）退火后冷轧9%变形的板材，利用电子背散射衍射（EBSD）和扫描电子显微镜（SEM）评估了晶粒中激活的滑移系统和孪生系统。同时，采用反应应力（RS）模型模拟了变形晶粒中滑移系统的激活以及晶粒之间的相互作用，该模型将晶粒塑性变形过程视为外加应力和统计变化的晶间反应应力共同作用的结果。结果表明，反应应力模型适用于评价多晶钛的变形行为。该模型预测了变形后的钛晶粒内发生的滑移，实验数据证实了该模型的正确性。变形晶粒中滑移和孪晶的分布不均匀，与晶粒应变分布不均匀相对应。这种不均匀的晶粒应变也可以由取向不同的相邻晶粒变形而产生。当一个晶粒的塑性变形与其相邻晶粒的塑性变形有显著差异时，就会触发附加的局部滑移，从而降低晶粒间的应变不协调。塑性应变在某些情况下是通过机械孪生来实现的，它与滑移协同以满足晶内和晶间的应变连续性。
2022, 51(4):1164-1171.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210031
摘要:
分别采用球磨法、可溶性淀粉模板法和滤纸模板法制备了AgSnO2TiB2复合粉末，并利用火花等离子体烧结技术（SPS）制备了块体材料。对Ag4%SnO24%TiB2（质量分数）电接触材料的物理性能和电弧侵蚀特性进行了研究。结果表明，模板的空间限域效应有效地改善了增强相在基体中的均匀分散，提高了Ag4%SnO24%TiB2接触材料的导电率和硬度。与球磨法相比，滤纸模板法和淀粉模板法制备的Ag4%SnO24%TiB2复合材料的电导率分别增加了12.18倍和9.60倍， 显微硬度分别增加了17.10%和33.94%。滤纸模板更有利于SnO2和TiB2的均匀分散，减少集中电弧侵蚀和飞溅损失，因此具有更好的抗弧蚀性。
分别采用球磨法、可溶性淀粉模板法和滤纸模板法制备了AgSnO2TiB2复合粉末，并利用火花等离子体烧结技术（SPS）制备了块体材料。对Ag4%SnO24%TiB2（质量分数）电接触材料的物理性能和电弧侵蚀特性进行了研究。结果表明，模板的空间限域效应有效地改善了增强相在基体中的均匀分散，提高了Ag4%SnO24%TiB2接触材料的导电率和硬度。与球磨法相比，滤纸模板法和淀粉模板法制备的Ag4%SnO24%TiB2复合材料的电导率分别增加了12.18倍和9.60倍， 显微硬度分别增加了17.10%和33.94%。滤纸模板更有利于SnO2和TiB2的均匀分散，减少集中电弧侵蚀和飞溅损失，因此具有更好的抗弧蚀性。
2022, 51(4):1172-1182.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210102
摘要:
为研究变极性频率（VPF）对变极性等离子弧焊熔池稳定性的影响机理，采用变极性有限元模型分析了小孔熔池的热力耦合过程。该模型基于计算流体力学（CFD）技术，能够实现变极性电弧对熔池热-力作用的周期性变化。此外，为了更准确地表达小孔边界上热量和力分布沿小孔深度的变化，还考虑了小孔的二次压缩效应对热流和电弧压力的影响。比较了不同VPFs条件下小孔边界的热-力振荡强度和熔融桥在临界穿透时的受力平衡情况。结果表明，在小孔形成过程中，随着VPFs的增大，小孔边界的电弧压力、热流密度和流动速度的“振荡强度”减小。另外，不同的热-力振荡条件引起熔池温度场的变化，进而导致熔池表面张力的变化，改变了熔融桥在穿透时的受力平衡条件，影响穿孔熔池的稳定性。当EP相电流占空比为1/5，VPFs大于33，小于83时，匙孔边界的热-力“振荡强度”较弱，熔融桥在临界熔透状态下能保持力平衡，熔池稳定。当VPFs小于33时，“振荡强度”较强，并且熔融桥的受力平衡被打破，熔池趋于被切割。当VPFs大于83时，虽然此时熔融桥“振荡强度”较弱，但因熔融桥受力平衡被打破，熔池处于不稳定状态。最后，通过熔合线形状、小孔穿透时间和焊缝背面小孔尺寸的比较，验证了所建立模型的准确性。
为研究变极性频率（VPF）对变极性等离子弧焊熔池稳定性的影响机理，采用变极性有限元模型分析了小孔熔池的热力耦合过程。该模型基于计算流体力学（CFD）技术，能够实现变极性电弧对熔池热-力作用的周期性变化。此外，为了更准确地表达小孔边界上热量和力分布沿小孔深度的变化，还考虑了小孔的二次压缩效应对热流和电弧压力的影响。比较了不同VPFs条件下小孔边界的热-力振荡强度和熔融桥在临界穿透时的受力平衡情况。结果表明，在小孔形成过程中，随着VPFs的增大，小孔边界的电弧压力、热流密度和流动速度的“振荡强度”减小。另外，不同的热-力振荡条件引起熔池温度场的变化，进而导致熔池表面张力的变化，改变了熔融桥在穿透时的受力平衡条件，影响穿孔熔池的稳定性。当EP相电流占空比为1/5，VPFs大于33，小于83时，匙孔边界的热-力“振荡强度”较弱，熔融桥在临界熔透状态下能保持力平衡，熔池稳定。当VPFs小于33时，“振荡强度”较强，并且熔融桥的受力平衡被打破，熔池趋于被切割。当VPFs大于83时，虽然此时熔融桥“振荡强度”较弱，但因熔融桥受力平衡被打破，熔池处于不稳定状态。最后，通过熔合线形状、小孔穿透时间和焊缝背面小孔尺寸的比较，验证了所建立模型的准确性。
2022, 51(4):1183-1187.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210153
摘要:
采用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）研究了时效温度和时效时间对位错密度的影响，揭示了7A85铝合金时效过程中位错的演变规律。结果表明，当时效温度从80 ℃升高到160 ℃时，位错密度从3.59×1014 m-2迅速降低到0.62×1014 m-2，降低82.7%。同样，随着时效时间的延长，位错密度降低了41%，时效12 h后，位错密度趋于稳定。TEM结果表明，位错倾向于形成低能位错胞，并逐渐向亚晶转变。最后，根据XRD和TEM的结果，分别对位错纠缠态、位错胞和亚晶粒的位错密度进行了量化。
采用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）研究了时效温度和时效时间对位错密度的影响，揭示了7A85铝合金时效过程中位错的演变规律。结果表明，当时效温度从80 ℃升高到160 ℃时，位错密度从3.59×1014 m-2迅速降低到0.62×1014 m-2，降低82.7%。同样，随着时效时间的延长，位错密度降低了41%，时效12 h后，位错密度趋于稳定。TEM结果表明，位错倾向于形成低能位错胞，并逐渐向亚晶转变。最后，根据XRD和TEM的结果，分别对位错纠缠态、位错胞和亚晶粒的位错密度进行了量化。
2022, 51(4):1188-1194.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210126
摘要:
选取3种不同密度的WC-17Co粉末，采用超音速火焰喷涂法制备厚度为0.3 mm的涂层。通过扫描电镜观察分析了3种涂层的孔隙率，采用压痕法测量了涂层的努氏硬度与弹性模量，同时采用剥层法对不同密度粉末制备的WC-17Co涂层残余应力进行了测试与计算。结果表明，涂层孔隙率随WC-17Co粉末密度的增大而增大，涂层的努氏硬度、弹性模量均随WC-17Co粉末密度的增大而减小。WC-17Co涂层内部存在的残余应力表现为压应力，且应力值随涂层厚度的增大而增加，在临近涂层-基体界面处迅速减小。涂层残余压应力最大值随WC-17Co粉末密度的增大而增加：粉末密度为11.52、12.86、13.49 g·cm-3所制备的涂层残余应力最大值分别为-798、 -986和-1120 MPa。
选取3种不同密度的WC-17Co粉末，采用超音速火焰喷涂法制备厚度为0.3 mm的涂层。通过扫描电镜观察分析了3种涂层的孔隙率，采用压痕法测量了涂层的努氏硬度与弹性模量，同时采用剥层法对不同密度粉末制备的WC-17Co涂层残余应力进行了测试与计算。结果表明，涂层孔隙率随WC-17Co粉末密度的增大而增大，涂层的努氏硬度、弹性模量均随WC-17Co粉末密度的增大而减小。WC-17Co涂层内部存在的残余应力表现为压应力，且应力值随涂层厚度的增大而增加，在临近涂层-基体界面处迅速减小。涂层残余压应力最大值随WC-17Co粉末密度的增大而增加：粉末密度为11.52、12.86、13.49 g·cm-3所制备的涂层残余应力最大值分别为-798、 -986和-1120 MPa。
2022, 51(4):1195-1202.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210165
摘要:
为提高铜合金表面Cr-DLC薄膜的膜/基结合性能，设计了Cr/CrN/Cr-DLC多层结构薄膜，采用磁控溅射/等离子辅助气相沉积方法在铜合金样品表面制备不同Cr粘结层厚度的Cr掺杂类金刚石（Cr-DLC）薄膜。利用高分辨拉曼光谱仪、薄膜应力仪、纳米压痕仪、划痕仪和连续冲击试验机分别对薄膜的微观结构、残余应力、纳米硬度和弹性模量、薄膜与基体结合性能和耐冲击韧性进行测试。结果表明，随着Cr粘结层厚度的增加，铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力出现了先升高后降低的趋势，最小残余应力达到-0.47 GPa，降幅高达75.5%。薄膜的膜/基结合力随Cr粘结层厚度的增加而提高，当Cr粘结层厚度为1.01 μm时，Cr-DLC薄膜的膜/基结合力最佳，与无Cr粘结层Cr-DLC薄膜的第1（Lc1）和第2（Lc2）临界载荷相比分别提高69%和67%。经20 000次连续冲击试验，所有薄膜样品冲击坑的冲击深度均没有弹性恢复，薄膜在冲击坑的中心位置均出现一定面积的剥落，其中，Cr粘结层厚度1.01 μm的Cr-DLC薄膜样品的膜层剥落面积最小，表现出了最好的抗连续冲击的能力。一定厚度Cr粘结层能够大幅降低铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力，提高膜/基结合力和耐冲击性能。
为提高铜合金表面Cr-DLC薄膜的膜/基结合性能，设计了Cr/CrN/Cr-DLC多层结构薄膜，采用磁控溅射/等离子辅助气相沉积方法在铜合金样品表面制备不同Cr粘结层厚度的Cr掺杂类金刚石（Cr-DLC）薄膜。利用高分辨拉曼光谱仪、薄膜应力仪、纳米压痕仪、划痕仪和连续冲击试验机分别对薄膜的微观结构、残余应力、纳米硬度和弹性模量、薄膜与基体结合性能和耐冲击韧性进行测试。结果表明，随着Cr粘结层厚度的增加，铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力出现了先升高后降低的趋势，最小残余应力达到-0.47 GPa，降幅高达75.5%。薄膜的膜/基结合力随Cr粘结层厚度的增加而提高，当Cr粘结层厚度为1.01 μm时，Cr-DLC薄膜的膜/基结合力最佳，与无Cr粘结层Cr-DLC薄膜的第1（Lc1）和第2（Lc2）临界载荷相比分别提高69%和67%。经20 000次连续冲击试验，所有薄膜样品冲击坑的冲击深度均没有弹性恢复，薄膜在冲击坑的中心位置均出现一定面积的剥落，其中，Cr粘结层厚度1.01 μm的Cr-DLC薄膜样品的膜层剥落面积最小，表现出了最好的抗连续冲击的能力。一定厚度Cr粘结层能够大幅降低铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力，提高膜/基结合力和耐冲击性能。
2022, 51(4):1203-1210.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210095
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究掺杂单个Al、Zn、Cu、Ni、Li、Zr原子对3C-SiC/Mg体系界面结合的影响，选取代表性的Zn原子和Zr原子进行Mulliken电荷、重叠布居数和态密度计算分析。结果表明，3C-SiC/Mg界面模型最稳定的堆垛结构是将5层的Mg（0001）堆垛在10层的 3C-SiC（111）面上，C封端的中心型模型在6种3C-SiC/Mg模型结构中分离功最大，界面间距最小，界面的润湿性最好；掺杂Zn原子后，3C-SiC/Mg-Zn体系的分离功减小，掺杂的Zn原子与Mg原子成反键，态密度中赝能隙变小使得3C-SiC/Mg-Zn体系的共价键性减弱，不利于3C-SiC/Mg-Zn界面结合； 掺杂Al、Cu、Ni、Li、Zr原子后，体系的分离功增大，Zr原子对界面润湿性的改善效果最好。掺杂Zr原子后，界面层Mg原子与Si原子的反键消失，与C原子在界面处形成Zr-C强共价键，态密度离域性增强，成键能力增强，导致3C-SiC/Mg-Zr体系的分离功增大最多。
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究掺杂单个Al、Zn、Cu、Ni、Li、Zr原子对3C-SiC/Mg体系界面结合的影响，选取代表性的Zn原子和Zr原子进行Mulliken电荷、重叠布居数和态密度计算分析。结果表明，3C-SiC/Mg界面模型最稳定的堆垛结构是将5层的Mg（0001）堆垛在10层的 3C-SiC（111）面上，C封端的中心型模型在6种3C-SiC/Mg模型结构中分离功最大，界面间距最小，界面的润湿性最好；掺杂Zn原子后，3C-SiC/Mg-Zn体系的分离功减小，掺杂的Zn原子与Mg原子成反键，态密度中赝能隙变小使得3C-SiC/Mg-Zn体系的共价键性减弱，不利于3C-SiC/Mg-Zn界面结合； 掺杂Al、Cu、Ni、Li、Zr原子后，体系的分离功增大，Zr原子对界面润湿性的改善效果最好。掺杂Zr原子后，界面层Mg原子与Si原子的反键消失，与C原子在界面处形成Zr-C强共价键，态密度离域性增强，成键能力增强，导致3C-SiC/Mg-Zr体系的分离功增大最多。
2022, 51(4):1211-1217.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210068
摘要:
平面流铸法是一种制备非晶和纳米晶薄带的先进技术。这项技术的难点不仅在于快速冷却以抑制薄带的晶化，还在于获得高表面质量的薄带。提出了一种用三维稳态模拟模型预测工业生产中广泛应用的2种单辊冷却结构的流场和传热系数分布的新方法。利用FLUENT软件，结合能量和动量方程，计算了2种结构的流速分布。预测了2种结构的对流换热系数分布。结果表明，水槽结构的速度分布无均匀性，也无周期性；水缝结构的速度分布无均匀性，但具有周期性。2种结构的对流换热系数分布不是中心对称的，水缝结构的冷却特性更为规则。预测了水缝结构的3个对称分布的合适区域，并通过连续生产多次验证。根据热平衡原理，描述了平面流铸法工艺的传热过程。对流换热系数的均匀分布可以作为冷却辊结构设计的依据之一。
平面流铸法是一种制备非晶和纳米晶薄带的先进技术。这项技术的难点不仅在于快速冷却以抑制薄带的晶化，还在于获得高表面质量的薄带。提出了一种用三维稳态模拟模型预测工业生产中广泛应用的2种单辊冷却结构的流场和传热系数分布的新方法。利用FLUENT软件，结合能量和动量方程，计算了2种结构的流速分布。预测了2种结构的对流换热系数分布。结果表明，水槽结构的速度分布无均匀性，也无周期性；水缝结构的速度分布无均匀性，但具有周期性。2种结构的对流换热系数分布不是中心对称的，水缝结构的冷却特性更为规则。预测了水缝结构的3个对称分布的合适区域，并通过连续生产多次验证。根据热平衡原理，描述了平面流铸法工艺的传热过程。对流换热系数的均匀分布可以作为冷却辊结构设计的依据之一。
2022, 51(4):1218-1225.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210466
摘要:
采用有限元方法，针对横观各向同性压电材料进行轴对称纳米压痕的机电耦合响应数值仿真。结果表明：当压入过程中不施加预设电压，压痕载荷与压痕位移之间呈线性关系；导电压头上电势与压痕位移也呈现相似关系，压头边缘附近的接触应力和电场存在奇异性，且二者均随压头下固体厚度呈指数变化。通过对不同压痕深度和材料厚度下，从压头内部到接触边缘向应力、法向电势和切向电势分布情况的拟合公式得到了不同压电材料厚度下电场和应力场的奇异常数，并对其变化规律进行了分析。
采用有限元方法，针对横观各向同性压电材料进行轴对称纳米压痕的机电耦合响应数值仿真。结果表明：当压入过程中不施加预设电压，压痕载荷与压痕位移之间呈线性关系；导电压头上电势与压痕位移也呈现相似关系，压头边缘附近的接触应力和电场存在奇异性，且二者均随压头下固体厚度呈指数变化。通过对不同压痕深度和材料厚度下，从压头内部到接触边缘向应力、法向电势和切向电势分布情况的拟合公式得到了不同压电材料厚度下电场和应力场的奇异常数，并对其变化规律进行了分析。
2022, 51(4):1226-1230.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210120
摘要:
针对铝锂合金弯曲成形过程中易产生破裂和回弹大的问题，进行了温度/超声复合能场下的弯曲工艺研究，希望在保证成形质量条件下借助超声振动能场降低铝锂合金弯曲成形温度。在80~200 ℃温度条件下通过与1.0~1.6 kW超声振动能量复合，分析了温度/超声复合能作用形式对2195铝锂合金板材弯曲力、弯曲回弹量、弯曲圆角半径及显微组织的影响。结果表明，通过与超声振动能场复合，在相对较低的热成形温度条件下，不仅降低了2195铝锂合金弯曲力，还有效抑制了2195铝锂合金弯曲回弹和破裂，从而提高了2195铝锂合金的高温软化效果和弯曲性能。
针对铝锂合金弯曲成形过程中易产生破裂和回弹大的问题，进行了温度/超声复合能场下的弯曲工艺研究，希望在保证成形质量条件下借助超声振动能场降低铝锂合金弯曲成形温度。在80~200 ℃温度条件下通过与1.0~1.6 kW超声振动能量复合，分析了温度/超声复合能作用形式对2195铝锂合金板材弯曲力、弯曲回弹量、弯曲圆角半径及显微组织的影响。结果表明，通过与超声振动能场复合，在相对较低的热成形温度条件下，不仅降低了2195铝锂合金弯曲力，还有效抑制了2195铝锂合金弯曲回弹和破裂，从而提高了2195铝锂合金的高温软化效果和弯曲性能。
2022, 51(4):1231-1238.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210134
摘要:
在浸渍到Al2O3载体材料上之前，通过将Sr的前驱体引入到贵金属Pd和Rh的混合盐溶液中，即采用共浸渍法制备了一系列SrO改性的Pd-Rh/Al2O3催化剂。结果表明，由于SrO的扩散障碍效应，适量SrO（1%~2%，质量分数）的引入有利于促进Pd，Rh的分散，并且能提高催化剂的水热稳定性。水热老化之后，催化剂能保持更高的Pd，Rh分散度，并且Pd，Rh能稳定在活性更好的氧化态。因此，适量SrO改性的Pd-Rh/Al2O3催化剂具有更好的还原性能和三效催化活性。然而，当向催化剂中引入过量的SrO，由于SrO占据了过量的Al2O3的表面，而且老化后会出现新的物相SrAl2O4，反而会对催化剂的性能产生不利的影响。总的来说，2% SrO改性的催化剂具有最优异的三效催化活性，水热老化之后，相比于空白的Pd-Rh/Al2O3催化剂，2%SrO改性的催化剂使CO，HC和NO的起燃温度分别降低了23，15和27 ℃。
在浸渍到Al2O3载体材料上之前，通过将Sr的前驱体引入到贵金属Pd和Rh的混合盐溶液中，即采用共浸渍法制备了一系列SrO改性的Pd-Rh/Al2O3催化剂。结果表明，由于SrO的扩散障碍效应，适量SrO（1%~2%，质量分数）的引入有利于促进Pd，Rh的分散，并且能提高催化剂的水热稳定性。水热老化之后，催化剂能保持更高的Pd，Rh分散度，并且Pd，Rh能稳定在活性更好的氧化态。因此，适量SrO改性的Pd-Rh/Al2O3催化剂具有更好的还原性能和三效催化活性。然而，当向催化剂中引入过量的SrO，由于SrO占据了过量的Al2O3的表面，而且老化后会出现新的物相SrAl2O4，反而会对催化剂的性能产生不利的影响。总的来说，2% SrO改性的催化剂具有最优异的三效催化活性，水热老化之后，相比于空白的Pd-Rh/Al2O3催化剂，2%SrO改性的催化剂使CO，HC和NO的起燃温度分别降低了23，15和27 ℃。
2022, 51(4):1239-1244.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210069
摘要:
使用LaFe11.3Si1.7薄带合金为前驱体粉末，研究了低熔点La0.77Al0.23合金添加对放电等离子烧结磁体微观结构和磁热性能的影响。研究发现，适量低熔点LaAl合金的添加能够促进包晶反应，制得了具有较高1:13相含量的LaFeSi磁体。磁体中观察到有微弱的巡游电子变磁转变现象的存在。热处理工艺研究显示，退火时间的增加会使得磁体的磁性转变由一级向二级变化，这主要归因于Al向1:13相内部的扩散。1000 ℃/6 h热处理工艺条件下，其在0~5 T磁场变化下的磁熵变最大，达12.40 J?kg-1?K-1，而1000 ℃/10 h条件下所获得磁体的制冷能力最强，为318.40 J?kg-1。
使用LaFe11.3Si1.7薄带合金为前驱体粉末，研究了低熔点La0.77Al0.23合金添加对放电等离子烧结磁体微观结构和磁热性能的影响。研究发现，适量低熔点LaAl合金的添加能够促进包晶反应，制得了具有较高1:13相含量的LaFeSi磁体。磁体中观察到有微弱的巡游电子变磁转变现象的存在。热处理工艺研究显示，退火时间的增加会使得磁体的磁性转变由一级向二级变化，这主要归因于Al向1:13相内部的扩散。1000 ℃/6 h热处理工艺条件下，其在0~5 T磁场变化下的磁熵变最大，达12.40 J?kg-1?K-1，而1000 ℃/10 h条件下所获得磁体的制冷能力最强，为318.40 J?kg-1。
2022, 51(4):1245-1252.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210166
摘要:
采用热重-差热分析（TG-DTA）方法对不同NH4HF2/Al2O3质量比的Al2O3+NH4HF2混合物的热行为进行了分析，确定了DTA曲线的临界温度。进一步分析了各临界温度前后直接热处理所得产物的形貌和物相。结果表明，质量比对临界反应温度和反应过程没有影响。氟化反应在室温下以(NH4)3AlF6的形成开始，在162.3~162.8 ℃时占主导地位，在180 ℃左右完成。进一步热处理后，(NH4)3AlF6在249.8~250.1 ℃分解为NH4AlF4，在356.8~357.7 ℃分解为β-AlF3；随后β-AlF3在400~650 ℃向α-AlF3转变。
采用热重-差热分析（TG-DTA）方法对不同NH4HF2/Al2O3质量比的Al2O3+NH4HF2混合物的热行为进行了分析，确定了DTA曲线的临界温度。进一步分析了各临界温度前后直接热处理所得产物的形貌和物相。结果表明，质量比对临界反应温度和反应过程没有影响。氟化反应在室温下以(NH4)3AlF6的形成开始，在162.3~162.8 ℃时占主导地位，在180 ℃左右完成。进一步热处理后，(NH4)3AlF6在249.8~250.1 ℃分解为NH4AlF4，在356.8~357.7 ℃分解为β-AlF3；随后β-AlF3在400~650 ℃向α-AlF3转变。
2022, 51(4):1253-1262.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210180
摘要:
高性能钕铁硼磁体广泛应用于各个领域。当Nd-Fe-B磁粉的晶粒尺寸接近单畴临界尺寸时，其矫顽力最大。化学法制备Nd-Fe-B磁粉可以很好地控制磁粉的微观结构和晶粒尺寸。同时，金属盐作为前驱体和简单的工艺流程可以降低成本和能源损耗。介绍了几种化学法制备Nd-Fe-B磁粉，分别为溶胶凝胶法、自燃烧法、微波辅助燃烧法、热分解法和机械化学法。研究了这些化学法的制备工艺和反应机理。最后，对不同化学方法合成的Nd-Fe-B磁粉的显微组织进行了对比分析，阐述了微观组织与磁性能之间的联系，展望了磁性材料未来的发展趋势。
高性能钕铁硼磁体广泛应用于各个领域。当Nd-Fe-B磁粉的晶粒尺寸接近单畴临界尺寸时，其矫顽力最大。化学法制备Nd-Fe-B磁粉可以很好地控制磁粉的微观结构和晶粒尺寸。同时，金属盐作为前驱体和简单的工艺流程可以降低成本和能源损耗。介绍了几种化学法制备Nd-Fe-B磁粉，分别为溶胶凝胶法、自燃烧法、微波辅助燃烧法、热分解法和机械化学法。研究了这些化学法的制备工艺和反应机理。最后，对不同化学方法合成的Nd-Fe-B磁粉的显微组织进行了对比分析，阐述了微观组织与磁性能之间的联系，展望了磁性材料未来的发展趋势。
2022, 51(4):1263-1269.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210003
摘要:
Gasar是一种基于气体在金属固/液两相中的溶解度差而发展起来的制备多孔金属的新工艺。如何获得气孔结构规则的多孔合金，是当前Gasar多孔材料大规模应用的技术瓶颈和研究热点之一。造成多孔合金气孔结构规则性难以控制的主要原因有：合金凝固时其界面前沿“糊状区”的影响，以及合金元素加入后，固-液界面失稳而导致的凝固模式改变；前期研究主要从制备技术改进和合金成分设计（微合金化）这两个角度，来弱化以上两个因素对气孔定向生长的影响。从制备技术发展（简单模铸法→连续区域熔炼法→连续铸造法）的角度，综述了国内外Gasar多孔合金的研究进展，总结了影响多孔合金气孔结构规则性的主要因素，分析了现有研究的不足，并对今后的发展方向进行了展望。
Gasar是一种基于气体在金属固/液两相中的溶解度差而发展起来的制备多孔金属的新工艺。如何获得气孔结构规则的多孔合金，是当前Gasar多孔材料大规模应用的技术瓶颈和研究热点之一。造成多孔合金气孔结构规则性难以控制的主要原因有：合金凝固时其界面前沿“糊状区”的影响，以及合金元素加入后，固-液界面失稳而导致的凝固模式改变；前期研究主要从制备技术改进和合金成分设计（微合金化）这两个角度，来弱化以上两个因素对气孔定向生长的影响。从制备技术发展（简单模铸法→连续区域熔炼法→连续铸造法）的角度，综述了国内外Gasar多孔合金的研究进展，总结了影响多孔合金气孔结构规则性的主要因素，分析了现有研究的不足，并对今后的发展方向进行了展望。
2022, 51(4):1270-1282.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210840
摘要:
SiC颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、高的比模量、高的耐磨性以及优异的抗腐蚀性能，在机械结构轻量化设计方面是替换传统钢铁的最佳选择材料之一，在汽车、机械、航空及电子封装等领域具有广阔的应用前景。因此，备受各界科研工作者的关注。对SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法、性能、强韧化机制进行了归纳总结，分析并探讨了SiC/Al复合材料的制备技术难点及改进方法，最后对SiC/Al复合材料的研究及应用进行了总结与展望。
SiC颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、高的比模量、高的耐磨性以及优异的抗腐蚀性能，在机械结构轻量化设计方面是替换传统钢铁的最佳选择材料之一，在汽车、机械、航空及电子封装等领域具有广阔的应用前景。因此，备受各界科研工作者的关注。对SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法、性能、强韧化机制进行了归纳总结，分析并探讨了SiC/Al复合材料的制备技术难点及改进方法，最后对SiC/Al复合材料的研究及应用进行了总结与展望。
2022, 51(4):1283-1292.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210270
摘要:
为探究新淬火态2195铝锂合金高应变速率拉伸的力学性能和变形机理,采用分离式Hopkinson拉杆装置进行高应变速率拉伸实验,应变速率范围为1000 s-1~4500 s-1,并通过EBSD技术分析不同应变速率拉伸下合金的织构类型和微观组织演变规律。结果表明：随应变速率的增大,合金的强度和延伸率同步上升。当应变速率达到4200 s-1时,抗拉强度和延伸率分别达到398 MPa和63%,相比较于准静态拉伸,延伸率显著提高。由EBSD结果分析可知,随应变速率的增大,小角度晶界占比上升、KAM均值增大,Goss织构和S织构强度和体积分数上升。同时发现高应变速率拉伸下不仅软取向晶粒的塑性变形更加充分,而且可以启动更多的硬取向晶粒协调变形,进而揭示了高应变速率拉伸下的变形机理。
为探究新淬火态2195铝锂合金高应变速率拉伸的力学性能和变形机理,采用分离式Hopkinson拉杆装置进行高应变速率拉伸实验,应变速率范围为1000 s-1~4500 s-1,并通过EBSD技术分析不同应变速率拉伸下合金的织构类型和微观组织演变规律。结果表明：随应变速率的增大,合金的强度和延伸率同步上升。当应变速率达到4200 s-1时,抗拉强度和延伸率分别达到398 MPa和63%,相比较于准静态拉伸,延伸率显著提高。由EBSD结果分析可知,随应变速率的增大,小角度晶界占比上升、KAM均值增大,Goss织构和S织构强度和体积分数上升。同时发现高应变速率拉伸下不仅软取向晶粒的塑性变形更加充分,而且可以启动更多的硬取向晶粒协调变形,进而揭示了高应变速率拉伸下的变形机理。
2022, 51(4):1293-1303.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210271
摘要:
为设计和开发具有优异力学性能的镁基纳米结构合金，本文利用Voronoi几何方法构造了晶粒随机取向的纳米多晶镁模型，利用分子动力学软件实现了不同条件下纳米多晶镁的压缩模拟，借助可视化软件对模拟结果进行了相关分析，发现：温度影响晶粒的变化趋势，随着温度升高，晶粒由细化转变为融合长大；压缩速度影响晶粒细化的时间，压缩速度增大，晶粒内部原子仍保持原有结构，只有晶粒边缘处原子位置移动，晶粒细化较晚发生，屈服强度增大，极限应变减小，弹性模量增大；纳米多晶镁中原子位置发生偏移，更易形成FCC结构，产生Shockley不全位错，Shockley不全位错与FCC结构的增长规律呈正比例。
为设计和开发具有优异力学性能的镁基纳米结构合金，本文利用Voronoi几何方法构造了晶粒随机取向的纳米多晶镁模型，利用分子动力学软件实现了不同条件下纳米多晶镁的压缩模拟，借助可视化软件对模拟结果进行了相关分析，发现：温度影响晶粒的变化趋势，随着温度升高，晶粒由细化转变为融合长大；压缩速度影响晶粒细化的时间，压缩速度增大，晶粒内部原子仍保持原有结构，只有晶粒边缘处原子位置移动，晶粒细化较晚发生，屈服强度增大，极限应变减小，弹性模量增大；纳米多晶镁中原子位置发生偏移，更易形成FCC结构，产生Shockley不全位错，Shockley不全位错与FCC结构的增长规律呈正比例。
2022, 51(4):1304-1311.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210276
摘要:
镍基690合金广泛用于压水堆核电站核岛主设备关键部件及焊缝,高温高压水环境应力腐蚀开裂(SCC)是其潜在的失效机理。由于SCC行为影响因素多达二十余种,因此存在参数化模型预测精度不高的问题。本文通过融合随机森林机器学习算法(Random Forest, RF)与基于领域知识的MRP-386参数化模型,建立了镍基690合金SCC裂纹扩展速率KBRF(Knowledge-Based Random Forest)预测模型,结果表明,领域知识的引入增强了KBRF模型的鲁棒性,准确性较MRP-386参数化模型和RF等机器学习模型显著提高,预测结果与实验值较为接近,将应用于我国压水堆核电站镍基690合金部件及焊缝在反应堆冷却剂中的应力腐蚀裂纹扩展工程预测。
镍基690合金广泛用于压水堆核电站核岛主设备关键部件及焊缝,高温高压水环境应力腐蚀开裂(SCC)是其潜在的失效机理。由于SCC行为影响因素多达二十余种,因此存在参数化模型预测精度不高的问题。本文通过融合随机森林机器学习算法(Random Forest, RF)与基于领域知识的MRP-386参数化模型,建立了镍基690合金SCC裂纹扩展速率KBRF(Knowledge-Based Random Forest)预测模型,结果表明,领域知识的引入增强了KBRF模型的鲁棒性,准确性较MRP-386参数化模型和RF等机器学习模型显著提高,预测结果与实验值较为接近,将应用于我国压水堆核电站镍基690合金部件及焊缝在反应堆冷却剂中的应力腐蚀裂纹扩展工程预测。
2022, 51(4):1312-1317.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210294
摘要:
MOX燃料作为快堆燃料重要的候选燃料类型之一，是核燃料闭式循环的关键环节。导热性能是MOX燃料在堆内服役的关键参数，将直接影响快堆的安全性。目前通常只对实测数据进行拟合得到其热导率经验公式，缺乏对不同Pu含量和氧金属比（O/M）的MOX燃料热导率的理论分析。本文基于经典声子热传导理论，通过对MOX燃料在不同Pu含量和O/M下热导率影响因素的分析，研究了不同类型点缺陷对其热导率的影响。研究结果表明，采用声子传导模型可以很好地预测不同成分MOX燃料的热导率。MOX燃料中离子替代型点缺陷造成的质量差和半径差对热导率的影响权重相对较小，而MOX燃料不同O/M比造成的氧空位型点缺陷对热导率的影响权重相对较大。本研究对于不同成分MOX燃料的热导率预测和成分设计具有重要意义。
MOX燃料作为快堆燃料重要的候选燃料类型之一，是核燃料闭式循环的关键环节。导热性能是MOX燃料在堆内服役的关键参数，将直接影响快堆的安全性。目前通常只对实测数据进行拟合得到其热导率经验公式，缺乏对不同Pu含量和氧金属比（O/M）的MOX燃料热导率的理论分析。本文基于经典声子热传导理论，通过对MOX燃料在不同Pu含量和O/M下热导率影响因素的分析，研究了不同类型点缺陷对其热导率的影响。研究结果表明，采用声子传导模型可以很好地预测不同成分MOX燃料的热导率。MOX燃料中离子替代型点缺陷造成的质量差和半径差对热导率的影响权重相对较小，而MOX燃料不同O/M比造成的氧空位型点缺陷对热导率的影响权重相对较大。本研究对于不同成分MOX燃料的热导率预测和成分设计具有重要意义。
2022, 51(4):1318-1324.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210352
摘要:
基于第一性原理计算方法,通过对形成焓、结合能、原子自由体积和电子结构的计算,研究了Si合金化对C15 NbCr2Laves相稳定性和断裂韧性的影响。位点占据能表示Si原子倾向于占据Cr位点。形成焓和结合能计算表明,随着Si含量的增加,Nb8Cr16-xSix(X= 0~ 5)相的形成能力和稳定性均得到提升且与Si含量保持线性相关性。原子自由体积计算表明,Nb8Cr16-xSix相的原子自由体积较NbCr2基体相均得到增加,其中在Si含量为8.33 at%(Nb8Cr14Si2)时,原子自由体积取得最大值,断裂韧性达到最优。电子结构计算表明,Si合金化使得DOS曲线右移,费米能级向赝能隙峰谷靠近,稳定了NbCr2基体相,同时所有的成键峰变得下降和展宽,削弱了Nb-Cr原子的键合强度,使得剪切变形易于进行,从而提高韧性。
基于第一性原理计算方法,通过对形成焓、结合能、原子自由体积和电子结构的计算,研究了Si合金化对C15 NbCr2Laves相稳定性和断裂韧性的影响。位点占据能表示Si原子倾向于占据Cr位点。形成焓和结合能计算表明,随着Si含量的增加,Nb8Cr16-xSix(X= 0~ 5)相的形成能力和稳定性均得到提升且与Si含量保持线性相关性。原子自由体积计算表明,Nb8Cr16-xSix相的原子自由体积较NbCr2基体相均得到增加,其中在Si含量为8.33 at%(Nb8Cr14Si2)时,原子自由体积取得最大值,断裂韧性达到最优。电子结构计算表明,Si合金化使得DOS曲线右移,费米能级向赝能隙峰谷靠近,稳定了NbCr2基体相,同时所有的成键峰变得下降和展宽,削弱了Nb-Cr原子的键合强度,使得剪切变形易于进行,从而提高韧性。
2022, 51(4):1325-1331.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210640
摘要:
采用原子层沉积(ALD)方法在硅衬底上沉积了氧化铪(HfO2)薄膜,对其进行不同时间的微波退火(MWA)。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)、椭偏仪(SE)和阻抗分析仪对薄膜的物相结构、形貌和光电性能进行表征,研究了微波退火时间对薄膜结构、光学和电学性能的影响。结果表明：沉积态的HfO2薄膜具有非晶态性质；当微波退火时间从5 min增至20 min时,HfO2薄膜的折射率几乎不变,结晶性增强,表面粗糙度降低,但介电常数却减小。
采用原子层沉积(ALD)方法在硅衬底上沉积了氧化铪(HfO2)薄膜,对其进行不同时间的微波退火(MWA)。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)、椭偏仪(SE)和阻抗分析仪对薄膜的物相结构、形貌和光电性能进行表征,研究了微波退火时间对薄膜结构、光学和电学性能的影响。结果表明：沉积态的HfO2薄膜具有非晶态性质；当微波退火时间从5 min增至20 min时,HfO2薄膜的折射率几乎不变,结晶性增强,表面粗糙度降低,但介电常数却减小。
2022, 51(4):1332-1340.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210770
摘要:
研究了BT25Y钛合金在600 ℃、700 ℃和800 ℃下的高温氧化行为。采用连续氧化增重法,并结合氧化速度常数、氧化活度等理论计算了合金的氧化动力学和热力学规律；利用XRD、SEM和EDS等表征方法研究了氧化膜的相结构和表面、截面形貌及元素分布。结果表明：BT25Y钛合金在600 ℃和700 ℃均有较好的抗氧化性能,其连续氧化动力学曲线符合抛物线规律,氧化层由细小TiO2和Al2O3组成,氧化膜可有效阻止氧渗入基体,降低氧化速度；BT25Y钛合金在800 ℃氧化严重,其连续氧化动力学曲线近似符合直线规律,氧化层由Al2O3层和TiO2层交替组成,氧化膜疏松多孔,不能有效阻挡氧向基体一侧的扩散。
研究了BT25Y钛合金在600 ℃、700 ℃和800 ℃下的高温氧化行为。采用连续氧化增重法,并结合氧化速度常数、氧化活度等理论计算了合金的氧化动力学和热力学规律；利用XRD、SEM和EDS等表征方法研究了氧化膜的相结构和表面、截面形貌及元素分布。结果表明：BT25Y钛合金在600 ℃和700 ℃均有较好的抗氧化性能,其连续氧化动力学曲线符合抛物线规律,氧化层由细小TiO2和Al2O3组成,氧化膜可有效阻止氧渗入基体,降低氧化速度；BT25Y钛合金在800 ℃氧化严重,其连续氧化动力学曲线近似符合直线规律,氧化层由Al2O3层和TiO2层交替组成,氧化膜疏松多孔,不能有效阻挡氧向基体一侧的扩散。
2022, 51(4):1341-1347.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210264
摘要:
Mo2C具有类似于Pt等贵金属的电子结构和催化特性,有望替代Pt等贵金属成为新型非贵金属析氢催化剂,但是纯Mo2C导电性差且氢释放动力学慢。为提高Mo2C的电催化析氢性能,本工作采用低温熔盐法在碳纤维纸(CFP)基底上制备了自支撑Mo2C电催化剂,研究了Mo和MoO3钼源、Ni和Ni(NO3)2镍源掺杂剂、添加炭黑等因素对合成产物物相、显微形貌和结构、电催化性能的影响。结果表明,炭黑和Ni的引入可以促使Mo2C晶粒细化以及在表面生成褶皱状结构,能够提供更多活性位点,Ni(NO3)2的加入能够使采用MoO3为钼源合成的Mo2C的晶粒变成纳米花状结构,大大提高了其比表面积,也促进了反应生成的复合电极Ni(NO3)2-Mo2CCBO@CFP中的电子转移效率,表现出最佳的HER活性,其η10为117 mV,塔菲尔斜率低至73.8 mV dec-1。
Mo2C具有类似于Pt等贵金属的电子结构和催化特性,有望替代Pt等贵金属成为新型非贵金属析氢催化剂,但是纯Mo2C导电性差且氢释放动力学慢。为提高Mo2C的电催化析氢性能,本工作采用低温熔盐法在碳纤维纸(CFP)基底上制备了自支撑Mo2C电催化剂,研究了Mo和MoO3钼源、Ni和Ni(NO3)2镍源掺杂剂、添加炭黑等因素对合成产物物相、显微形貌和结构、电催化性能的影响。结果表明,炭黑和Ni的引入可以促使Mo2C晶粒细化以及在表面生成褶皱状结构,能够提供更多活性位点,Ni(NO3)2的加入能够使采用MoO3为钼源合成的Mo2C的晶粒变成纳米花状结构,大大提高了其比表面积,也促进了反应生成的复合电极Ni(NO3)2-Mo2CCBO@CFP中的电子转移效率,表现出最佳的HER活性,其η10为117 mV,塔菲尔斜率低至73.8 mV dec-1。
2022, 51(4):1348-1355.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210274
摘要:
某种铸态镍基单晶叶片腐蚀后，观察到叶身-缘板转接区存在一种形状规则的条带状杂晶缺陷，且具有方向性，其长度方向平行(或垂直)于叶身和缘板的枝晶生长方向。采用光镜法(OM)、电子探针(EPMA)和电子背散射衍射技术(EBSD)，分别研究了缺陷的组织、成分、取向，采用ProCAST模拟研究了缘板区域的温度场和过冷度分布。研究结果表明，叶身-缘板转接区杂晶缺陷由多个柱状晶粒构成；柱状晶粒的组织和成分与缘板基体一致，与基体的取向差形成小角度和大角度晶界；叶身-缘板转接区的过冷度比缘板边缘小，为缘板上的最后凝固区域。在此基础上，提出叶身-缘板转接区杂晶缺陷的形成机理，为消除该缺陷提供了理论基础。
某种铸态镍基单晶叶片腐蚀后，观察到叶身-缘板转接区存在一种形状规则的条带状杂晶缺陷，且具有方向性，其长度方向平行(或垂直)于叶身和缘板的枝晶生长方向。采用光镜法(OM)、电子探针(EPMA)和电子背散射衍射技术(EBSD)，分别研究了缺陷的组织、成分、取向，采用ProCAST模拟研究了缘板区域的温度场和过冷度分布。研究结果表明，叶身-缘板转接区杂晶缺陷由多个柱状晶粒构成；柱状晶粒的组织和成分与缘板基体一致，与基体的取向差形成小角度和大角度晶界；叶身-缘板转接区的过冷度比缘板边缘小，为缘板上的最后凝固区域。在此基础上，提出叶身-缘板转接区杂晶缺陷的形成机理，为消除该缺陷提供了理论基础。
2022, 51(4):1356-1362.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210287
摘要:
铝合金表面减摩涂层设计和制备是改善铝合金构件摩擦性能的关键技术之一。对于目前铝合金结构件易磨损的问题,本研究采用微弧氧化一步法在6063铝合金表面原位合成纳米MoS2，制备具有减摩作用的MoS2/Al2O3复合陶瓷涂层；讨论了硫盐浓度对涂层成分、形貌及摩擦性能的影响，分析了涂层减摩机理。结果表明：通过微弧氧化在6063铝合金表面成功制备出了含有MoS2的自润滑复合陶瓷涂层；涂层的摩擦系数随着硫盐浓度的升高呈现先下降后上升的趋势，当电解液中硫盐浓度为15g/L时涂层的摩擦系数为0.15，较常规微弧氧化涂层降低了76%。涂层中的MoS2分布在涂层的表面和内部，在与摩擦副接触与挤压的作用下形成均匀分布的MoS2润滑膜，表现出良好的减摩性能。
铝合金表面减摩涂层设计和制备是改善铝合金构件摩擦性能的关键技术之一。对于目前铝合金结构件易磨损的问题,本研究采用微弧氧化一步法在6063铝合金表面原位合成纳米MoS2，制备具有减摩作用的MoS2/Al2O3复合陶瓷涂层；讨论了硫盐浓度对涂层成分、形貌及摩擦性能的影响，分析了涂层减摩机理。结果表明：通过微弧氧化在6063铝合金表面成功制备出了含有MoS2的自润滑复合陶瓷涂层；涂层的摩擦系数随着硫盐浓度的升高呈现先下降后上升的趋势，当电解液中硫盐浓度为15g/L时涂层的摩擦系数为0.15，较常规微弧氧化涂层降低了76%。涂层中的MoS2分布在涂层的表面和内部，在与摩擦副接触与挤压的作用下形成均匀分布的MoS2润滑膜，表现出良好的减摩性能。
2022, 51(4):1363-1370.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210289
摘要:
起皱失稳是金属薄板塑性成形过程中影响零件成形质量和尺寸精度的主要缺陷之一，而薄板厚度和微观组织对起皱行为的影响规律尚不明确。以不同厚度（0.2~0.25mm）与晶粒尺寸（7.12~88.39μm）的GH4169合金带材为研究对象，开展方板对角拉伸试验，通过对比试验和模拟的载荷位移曲线验证了数值模拟的有效性。基于能量法和数值模拟相结合的方法建立了GH4169带材的起皱极限曲线。结果表明，随着带材厚度方向上晶粒数的减少，GH4169带材起皱极限曲线斜率绝对值下降，更易发生起皱现象。高温合金带材起皱的尺度依赖性是由于厚度方向晶粒数减少，不同晶粒间各向异性增强，材料变形协调能力变弱，抗皱能力变差。
起皱失稳是金属薄板塑性成形过程中影响零件成形质量和尺寸精度的主要缺陷之一，而薄板厚度和微观组织对起皱行为的影响规律尚不明确。以不同厚度（0.2~0.25mm）与晶粒尺寸（7.12~88.39μm）的GH4169合金带材为研究对象，开展方板对角拉伸试验，通过对比试验和模拟的载荷位移曲线验证了数值模拟的有效性。基于能量法和数值模拟相结合的方法建立了GH4169带材的起皱极限曲线。结果表明，随着带材厚度方向上晶粒数的减少，GH4169带材起皱极限曲线斜率绝对值下降，更易发生起皱现象。高温合金带材起皱的尺度依赖性是由于厚度方向晶粒数减少，不同晶粒间各向异性增强，材料变形协调能力变弱，抗皱能力变差。
2022, 51(4):1371-1377.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210290
摘要:
采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟，分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态，以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明，铜在HPT变形过程中为剪切变形的主要承受方，钨未得到充分的剪切变形，界面层应变累积最大；较高的温度和压力有利于界面层的应变累积，但温度的提升效果并不显著，并且高压力和高温度易导致铜反挤和模具失效。在300 ℃、1 GPa、扭转5圈的工艺条件下采用高压扭转工艺制备了界面连接质量良好的钨铜梯度材料。实验结果表明，随着扭转半径的增大，钨和铜的组织均得到显著细化，平均晶粒尺寸分别约为32.6 μm和0.28 μm，并且在界面处出现晶粒尺寸约为4.8 μm的铜组织过渡层；界面处钨和铜结合良好，钨和铜元素的扩散距离分别约为1.74 μm和2.59 μm。铜的显微硬度由初始态的79 Hv提升至131 Hv，界面处钨的显微硬度由初始的347 Hv提高到424 Hv，表明大变形条件下的晶粒细化和缺陷累积有利于界面连接和性能提升。
采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟，分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态，以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明，铜在HPT变形过程中为剪切变形的主要承受方，钨未得到充分的剪切变形，界面层应变累积最大；较高的温度和压力有利于界面层的应变累积，但温度的提升效果并不显著，并且高压力和高温度易导致铜反挤和模具失效。在300 ℃、1 GPa、扭转5圈的工艺条件下采用高压扭转工艺制备了界面连接质量良好的钨铜梯度材料。实验结果表明，随着扭转半径的增大，钨和铜的组织均得到显著细化，平均晶粒尺寸分别约为32.6 μm和0.28 μm，并且在界面处出现晶粒尺寸约为4.8 μm的铜组织过渡层；界面处钨和铜结合良好，钨和铜元素的扩散距离分别约为1.74 μm和2.59 μm。铜的显微硬度由初始态的79 Hv提升至131 Hv，界面处钨的显微硬度由初始的347 Hv提高到424 Hv，表明大变形条件下的晶粒细化和缺陷累积有利于界面连接和性能提升。
2022, 51(4):1378-1384.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210292
摘要:
强度接近800MPa的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金在航空工业上拥有广阔的应用前景，对结构轻量化具有重要意义，但较差的耐蚀性能限制了该合金的应用。本文通过控制淬火用的水介质温度（简称淬火温度），在超高强Al-Zn-Mg-Cu合金晶间形成淬火析出相来调控耐腐蚀性能。研究对比了经不同温度淬火后的峰时效态微观组织、拉伸力学性能、晶间腐蚀性能以及剥落腐蚀性能，发现：提高淬火温度有助于形成晶内与晶间淬火析出相，促进时效析出相断续分布，并提高了晶间析出相中Cu元素含量；当淬火温度升高至80℃，室温拉伸强度性能仅下降了1.4%，但晶间腐蚀深度降低了约50%，剥落腐蚀由ED级优化为PC-EA级，但继续增加淬火温度则降低耐蚀性能。分析认为，淬火温度在60-80℃之间时，晶界区域形成的淬火析出相提高了晶界电位，阻断了腐蚀扩展通道，同时由于晶内淬火析出相的数量较少，在不显著降低力学性能的前提下提高了耐腐蚀性能。
强度接近800MPa的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金在航空工业上拥有广阔的应用前景，对结构轻量化具有重要意义，但较差的耐蚀性能限制了该合金的应用。本文通过控制淬火用的水介质温度（简称淬火温度），在超高强Al-Zn-Mg-Cu合金晶间形成淬火析出相来调控耐腐蚀性能。研究对比了经不同温度淬火后的峰时效态微观组织、拉伸力学性能、晶间腐蚀性能以及剥落腐蚀性能，发现：提高淬火温度有助于形成晶内与晶间淬火析出相，促进时效析出相断续分布，并提高了晶间析出相中Cu元素含量；当淬火温度升高至80℃，室温拉伸强度性能仅下降了1.4%，但晶间腐蚀深度降低了约50%，剥落腐蚀由ED级优化为PC-EA级，但继续增加淬火温度则降低耐蚀性能。分析认为，淬火温度在60-80℃之间时，晶界区域形成的淬火析出相提高了晶界电位，阻断了腐蚀扩展通道，同时由于晶内淬火析出相的数量较少，在不显著降低力学性能的前提下提高了耐腐蚀性能。
2022, 51(4):1385-1390.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210293
摘要:
碳化硼陶瓷具有极高的硬度和良好的热传导性能,但这些性能极大地依赖于其化合硼碳比。当化合硼碳比偏离4(B4C)时,其性能会有大幅下降。然而,相关标准和应用中多关注其总硼碳比,对陶瓷中富硼碳化硼及杂相的控制研究较少。本文以几种商业碳化硼粉体为研究对象,通过对其X射线衍射谱图的细致分析,从重叠峰中分离出富硼碳化硼的衍射峰并进行标定。在此基础上,研究了不同烧结工艺下碳化硼陶瓷的物相组成及富硼相的转变过程。研究结果表明,商业碳化硼粉体通常为B4C与B6.5C等富硼相及其他杂相的混合相。XRD及拉曼光谱结果显示,在热压烧结过程中,粉体中的富硼相会与游离碳反应生成B4C,采用商业碳化硼粉在2100 ℃、40 MPa条件下热压60 min制备得到了纯相的B4C陶瓷。
碳化硼陶瓷具有极高的硬度和良好的热传导性能,但这些性能极大地依赖于其化合硼碳比。当化合硼碳比偏离4(B4C)时,其性能会有大幅下降。然而,相关标准和应用中多关注其总硼碳比,对陶瓷中富硼碳化硼及杂相的控制研究较少。本文以几种商业碳化硼粉体为研究对象,通过对其X射线衍射谱图的细致分析,从重叠峰中分离出富硼碳化硼的衍射峰并进行标定。在此基础上,研究了不同烧结工艺下碳化硼陶瓷的物相组成及富硼相的转变过程。研究结果表明,商业碳化硼粉体通常为B4C与B6.5C等富硼相及其他杂相的混合相。XRD及拉曼光谱结果显示,在热压烧结过程中,粉体中的富硼相会与游离碳反应生成B4C,采用商业碳化硼粉在2100 ℃、40 MPa条件下热压60 min制备得到了纯相的B4C陶瓷。
2022, 51(4):1391-1396.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210295
摘要:
氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的增强体和基体均由氧化物构成,不存在氧化问题,是长寿命高可靠性构件的理想选材,可在1000~1300℃的高温环镜中可长期使用。本文借鉴树脂基复合材料单向纤维湿法预浸料制备工艺,通过配置氧化铝粉体料浆在缠绕式湿法预浸机上制备了单向氧化铝纤维预浸料,然后预浸料经铺层模压和高温热处理获得了氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,同时对复合材料性能进行了表征。结果表明,氧化铝粉体料浆的固含量在50vol%,料浆溶剂中水和丙三醇的比例为3:1,纤维的走丝速度为6m/min,滚筒平行进度为0.5mm时可获得无缝隙,无纤维重叠、表面平整光滑的预浸料。通过预浸料铺层热压成型制备的复合材料拉伸强度高达208.2MPa,弯曲强度为386.7MPa。和料浆涂刷二维纤维布工艺相比,力学性能大幅度提高,且预浸料工艺具有易存储、操作简单、适于工业化生产等优势。
氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的增强体和基体均由氧化物构成,不存在氧化问题,是长寿命高可靠性构件的理想选材,可在1000~1300℃的高温环镜中可长期使用。本文借鉴树脂基复合材料单向纤维湿法预浸料制备工艺,通过配置氧化铝粉体料浆在缠绕式湿法预浸机上制备了单向氧化铝纤维预浸料,然后预浸料经铺层模压和高温热处理获得了氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,同时对复合材料性能进行了表征。结果表明,氧化铝粉体料浆的固含量在50vol%,料浆溶剂中水和丙三醇的比例为3:1,纤维的走丝速度为6m/min,滚筒平行进度为0.5mm时可获得无缝隙,无纤维重叠、表面平整光滑的预浸料。通过预浸料铺层热压成型制备的复合材料拉伸强度高达208.2MPa,弯曲强度为386.7MPa。和料浆涂刷二维纤维布工艺相比,力学性能大幅度提高,且预浸料工艺具有易存储、操作简单、适于工业化生产等优势。
2022, 51(4):1397-1405.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210300
摘要:
选区激光熔化技术（selective laser melting, SLM）成形的金属点阵结构由于具有结构设计自由度大、轻量化、缓冲吸能等优势，在航空航天等领域具有广泛的工程应用前景，然而对其力学性能的研究不够充分。本研究设计了不同方向的体心立方（body-centered cubic, BCC）和金刚石（Dia）两种晶胞点阵结构，基于SLM技术成形了AlSi10Mg点阵结构，并对成形试样进行了压缩试验，结合有限元分析（finite element analysis, FEA）研究了点阵结构的各向异性对其压缩响应和吸能特性的影响。结果表明，两种点阵结构均存在明显的各向异性。在相对密度基本一致的情况下，点阵结构方向从0°到45°，随着角度的增大，屈服强度明显增大，BCC点阵结构的各向异性对其压缩屈服强度的影响更加明显，Dia点阵结构的屈服强度明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的比吸能(specific energy absorption, SEA)存在明显差异，点阵结构方向从0°到45°，随着角度的增大，SEA明显增大，Dia点阵结构的SEA明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的碰撞载荷效率(crash load efficiency, CLE)存在明显差异，BCC点阵结构在0°方向取得最大值1.07，并随着点阵结构角度的增大逐渐减小，Dia点阵结构CLE随着点阵结构角度的增大而增大，并在45°方向上取得最大值1.01。
选区激光熔化技术（selective laser melting, SLM）成形的金属点阵结构由于具有结构设计自由度大、轻量化、缓冲吸能等优势，在航空航天等领域具有广泛的工程应用前景，然而对其力学性能的研究不够充分。本研究设计了不同方向的体心立方（body-centered cubic, BCC）和金刚石（Dia）两种晶胞点阵结构，基于SLM技术成形了AlSi10Mg点阵结构，并对成形试样进行了压缩试验，结合有限元分析（finite element analysis, FEA）研究了点阵结构的各向异性对其压缩响应和吸能特性的影响。结果表明，两种点阵结构均存在明显的各向异性。在相对密度基本一致的情况下，点阵结构方向从0°到45°，随着角度的增大，屈服强度明显增大，BCC点阵结构的各向异性对其压缩屈服强度的影响更加明显，Dia点阵结构的屈服强度明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的比吸能(specific energy absorption, SEA)存在明显差异，点阵结构方向从0°到45°，随着角度的增大，SEA明显增大，Dia点阵结构的SEA明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的碰撞载荷效率(crash load efficiency, CLE)存在明显差异，BCC点阵结构在0°方向取得最大值1.07，并随着点阵结构角度的增大逐渐减小，Dia点阵结构CLE随着点阵结构角度的增大而增大，并在45°方向上取得最大值1.01。
2022, 51(4):1406-1412.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210302
摘要:
本文采用高温激光共聚焦显微镜、纳米压痕和EBSD,研究不同冷却速率下热轧316L不锈钢微结构、织构和相转变。结果表明：316L热轧板中第二相呈长条状,硬度达到13.48 Gpa,内部相结构复杂,由奥氏体、铁素体和σ (Sigma)相混合组成。原位观察发现457.01s时温度达到1065.4℃,第二相中的铁素体和Sigma相向奥氏体转变；10min短暂均匀化后,原第二相处奥氏体晶粒仍富集Cr、Mo元素,降温后奥氏体向铁素体/Sigma相转变,仍呈长条状。不同冷却速率冷却后,初始形变织构弱化,转变为随机织构。冷却速度越慢,合金均匀化程度越高,奥氏体百分含量越高。原第二相长条位置奥氏体晶粒,Cr、Mo元素富集, 500℃/min 时全转变为铁素体,100℃/min时出现少量Sigma相,12℃/min冷速时,大部分铁素体转变成Sigma相。
本文采用高温激光共聚焦显微镜、纳米压痕和EBSD,研究不同冷却速率下热轧316L不锈钢微结构、织构和相转变。结果表明：316L热轧板中第二相呈长条状,硬度达到13.48 Gpa,内部相结构复杂,由奥氏体、铁素体和σ (Sigma)相混合组成。原位观察发现457.01s时温度达到1065.4℃,第二相中的铁素体和Sigma相向奥氏体转变；10min短暂均匀化后,原第二相处奥氏体晶粒仍富集Cr、Mo元素,降温后奥氏体向铁素体/Sigma相转变,仍呈长条状。不同冷却速率冷却后,初始形变织构弱化,转变为随机织构。冷却速度越慢,合金均匀化程度越高,奥氏体百分含量越高。原第二相长条位置奥氏体晶粒,Cr、Mo元素富集, 500℃/min 时全转变为铁素体,100℃/min时出现少量Sigma相,12℃/min冷速时,大部分铁素体转变成Sigma相。
2022, 51(4):1413-1419.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210306
摘要:
采用SEM、EBSD、EDS等测试方法对不同热处理温度下Mg-8.07Al-0.53Zn-1.36Nd镁合金微观组织及织构进行表征。结果表明：热处理后的合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12沉淀以及含Nd化合物组成。400℃以下热处理后的合金中存在β-Mg17Al12沉淀析出区域和无析出区域双峰组织,主要沿变形带和孪晶界面析出的大量纳米级颗粒状β-Mg17Al12沉淀先于α-Mg基体静态再结晶的形成。升高退火温度,β-Mg17Al12数量变少,稀土相尺寸数量未有明显变化,双峰组织中的β-Mg17Al12沉淀无析出区域优先发生静态再结晶,这表明沉淀颗粒能够延缓静态再结晶。400℃热处理后的合金中β-Mg17Al12沉淀溶解、数量显著减少,镁基体发生完全再结晶且再结晶晶粒明显长大。EBSD结果显示,热处理后的实验合金织构主要以弱化的基面织构为主,并伴有部分非基面织构,400℃以下热处理的合金中,数量较多的β-Mg17Al12沉淀对弱化基面织构具有重要作用。随着热处理温度的升高,合金中位错密度下降,主要织构组分由{0001}<10-10>形变织构向{0001}<11-20>再结晶织构转变。
采用SEM、EBSD、EDS等测试方法对不同热处理温度下Mg-8.07Al-0.53Zn-1.36Nd镁合金微观组织及织构进行表征。结果表明：热处理后的合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12沉淀以及含Nd化合物组成。400℃以下热处理后的合金中存在β-Mg17Al12沉淀析出区域和无析出区域双峰组织,主要沿变形带和孪晶界面析出的大量纳米级颗粒状β-Mg17Al12沉淀先于α-Mg基体静态再结晶的形成。升高退火温度,β-Mg17Al12数量变少,稀土相尺寸数量未有明显变化,双峰组织中的β-Mg17Al12沉淀无析出区域优先发生静态再结晶,这表明沉淀颗粒能够延缓静态再结晶。400℃热处理后的合金中β-Mg17Al12沉淀溶解、数量显著减少,镁基体发生完全再结晶且再结晶晶粒明显长大。EBSD结果显示,热处理后的实验合金织构主要以弱化的基面织构为主,并伴有部分非基面织构,400℃以下热处理的合金中,数量较多的β-Mg17Al12沉淀对弱化基面织构具有重要作用。随着热处理温度的升高,合金中位错密度下降,主要织构组分由{0001}<10-10>形变织构向{0001}<11-20>再结晶织构转变。
2022, 51(4):1420-1426.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210307
摘要:
采用火焰喷涂+感应重熔+强制冷却复合技术制备了Cu添加的Ni60/Cu定向结构复合涂层。系统研究了Cu含量对Ni60/Cu定向结构涂层微观组织、物相演变、微观硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：在定向结构涂层形成过程中，Cu元素持续向晶粒内部扩散，导致涂层随着Cu含量增加，涂层硬度持续降低。Cu含量对涂层显微组织产生重要影响，当Cu含量为15%时，涂层定向结构组织呈垂直于界面生长特征，微观结构细密规整。当Cu含量为15%时，涂层以磨粒磨损为主，显示出最低的摩擦系数和最小的磨损率，充分发挥了Cu元素的减摩效果，但过量的Cu元素添加反而使涂层耐磨性能变差。
采用火焰喷涂+感应重熔+强制冷却复合技术制备了Cu添加的Ni60/Cu定向结构复合涂层。系统研究了Cu含量对Ni60/Cu定向结构涂层微观组织、物相演变、微观硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：在定向结构涂层形成过程中，Cu元素持续向晶粒内部扩散，导致涂层随着Cu含量增加，涂层硬度持续降低。Cu含量对涂层显微组织产生重要影响，当Cu含量为15%时，涂层定向结构组织呈垂直于界面生长特征，微观结构细密规整。当Cu含量为15%时，涂层以磨粒磨损为主，显示出最低的摩擦系数和最小的磨损率，充分发挥了Cu元素的减摩效果，但过量的Cu元素添加反而使涂层耐磨性能变差。
2022, 51(4):1427-1435.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210315
摘要:
基于Gleeble热压缩模拟试验,研究变形温度和应变速率对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3挤压态试样在变形温度1040~1130 ℃区间,应变速率0.01~0.0025 s-1 条件下的热压缩变形行为,分析了合金在不同热压缩条件下的晶粒尺寸及显微组织的变化。试验结果表明：WZ-A3合金挤压棒在1070~1100 ℃温度范围, 0.01~0.005 s-1 应变速率范围内热压缩变形后可以获得约4.5 μm细小均匀的晶粒组织,各部位均未出现项链晶及异常晶粒长大的现象。根据以上试验条件成功制备了两件直径190 mm高97 mm的小尺寸热模锻试验盘,验证了WZ-A3合金的热压缩性能。
基于Gleeble热压缩模拟试验,研究变形温度和应变速率对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3挤压态试样在变形温度1040~1130 ℃区间,应变速率0.01~0.0025 s-1 条件下的热压缩变形行为,分析了合金在不同热压缩条件下的晶粒尺寸及显微组织的变化。试验结果表明：WZ-A3合金挤压棒在1070~1100 ℃温度范围, 0.01~0.005 s-1 应变速率范围内热压缩变形后可以获得约4.5 μm细小均匀的晶粒组织,各部位均未出现项链晶及异常晶粒长大的现象。根据以上试验条件成功制备了两件直径190 mm高97 mm的小尺寸热模锻试验盘,验证了WZ-A3合金的热压缩性能。
2022, 51(4):1436-1441.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210323
摘要:
本文在不同转速下开展了TC11钛合金搅拌摩擦焊试验，分析了接头的微观组织和力学性能，建立了焊接工艺、接头组织与性能之间的内在联系。接头SZ为完全的β转变组织，其细小晶界α相和晶内片层状α+β相以及针状α′相的双重强化作用，致使SZ硬度最高。HAZ和TMAZ均由残余初始α相和β转变组织组成，但后者具有一定的流变特征，且距SZ越近，转变组织占比越大，强化效果越明显。随着转速的上升，SZ中晶界α相和晶内片层状α+β相的尺寸增加，晶内针状α′相的含量降低，这引起了其硬度的降低。与硬度规律相同，各转速下接头拉伸均断裂在BM，且各转速下SZ抗拉强度明显高于BM，并随转速上升而下降。此外，SZ中细小的晶界α相和晶内片层状α+β相，也导致各转速下SZ延伸率高于BM，使其展现出良好的塑性，且随着转速上升，因晶界α相和晶内片层状α+β相尺寸增加，SZ延伸率有所降低。
本文在不同转速下开展了TC11钛合金搅拌摩擦焊试验，分析了接头的微观组织和力学性能，建立了焊接工艺、接头组织与性能之间的内在联系。接头SZ为完全的β转变组织，其细小晶界α相和晶内片层状α+β相以及针状α′相的双重强化作用，致使SZ硬度最高。HAZ和TMAZ均由残余初始α相和β转变组织组成，但后者具有一定的流变特征，且距SZ越近，转变组织占比越大，强化效果越明显。随着转速的上升，SZ中晶界α相和晶内片层状α+β相的尺寸增加，晶内针状α′相的含量降低，这引起了其硬度的降低。与硬度规律相同，各转速下接头拉伸均断裂在BM，且各转速下SZ抗拉强度明显高于BM，并随转速上升而下降。此外，SZ中细小的晶界α相和晶内片层状α+β相，也导致各转速下SZ延伸率高于BM，使其展现出良好的塑性，且随着转速上升，因晶界α相和晶内片层状α+β相尺寸增加，SZ延伸率有所降低。
2022, 51(4):1442-1447.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210330
摘要:
M相二氧化钒(VO2(M))是一种在68℃左右具有特殊相变特性的智能隔热窗材料,然而VO2(M)的相变稳定性还较差、对太阳光的调制能力还不够高,严重限制其在智能隔热窗中的工业化应用。本文主要以五氧化二钒为钒源,草酸为还原剂,尿素为沉淀剂,硫酸钛为掺杂剂,水热还原法制备粉体M相钛(Ti)掺杂VO2,简称Ti-VO2(M)粉体。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线能谱仪(EDS)分析所合成粉体的元素/物相组成和结构、结晶形态、太阳光反射率/透过率和相变温度的变化情况,优化Ti4+掺杂量。研究发现,Ti4+掺杂量控制在3%时,制备的Ti-VO2(M)粉体的综合性能最优,为进一步应用智能隔热有机玻璃提供重要的数据与技术支撑。
M相二氧化钒(VO2(M))是一种在68℃左右具有特殊相变特性的智能隔热窗材料,然而VO2(M)的相变稳定性还较差、对太阳光的调制能力还不够高,严重限制其在智能隔热窗中的工业化应用。本文主要以五氧化二钒为钒源,草酸为还原剂,尿素为沉淀剂,硫酸钛为掺杂剂,水热还原法制备粉体M相钛(Ti)掺杂VO2,简称Ti-VO2(M)粉体。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线能谱仪(EDS)分析所合成粉体的元素/物相组成和结构、结晶形态、太阳光反射率/透过率和相变温度的变化情况,优化Ti4+掺杂量。研究发现,Ti4+掺杂量控制在3%时,制备的Ti-VO2(M)粉体的综合性能最优,为进一步应用智能隔热有机玻璃提供重要的数据与技术支撑。
2022, 51(4):1448-1454.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210333
摘要:
采用直流磁控反应溅射法，以不同掠射角度在ITO/PET衬底上沉积WO3薄膜。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和能谱仪（EDS）对WO3薄膜表面和断面的形貌及化学组成进行表征；利用电化学工作站和紫外分光光度计对WO3薄膜的电化学性能和光学性能进行分析。结果表明，当掠射角60时，薄膜表面形成类似于山峰状形貌，断面为纳米斜柱状结构，该结构有利于离子和电子的迁移。当掠射角=80时，沉积的WO3薄膜具有最快离子扩散速率和最大光调制幅度，着色效率达到27.05cm2/C。同时，薄膜还表现出快速响应和良好循环稳定性。
采用直流磁控反应溅射法，以不同掠射角度在ITO/PET衬底上沉积WO3薄膜。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和能谱仪（EDS）对WO3薄膜表面和断面的形貌及化学组成进行表征；利用电化学工作站和紫外分光光度计对WO3薄膜的电化学性能和光学性能进行分析。结果表明，当掠射角60时，薄膜表面形成类似于山峰状形貌，断面为纳米斜柱状结构，该结构有利于离子和电子的迁移。当掠射角=80时，沉积的WO3薄膜具有最快离子扩散速率和最大光调制幅度，着色效率达到27.05cm2/C。同时，薄膜还表现出快速响应和良好循环稳定性。
2022, 51(4):1455-1461.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210334
摘要:
30CrMnSiNi2A钢由于其出色的质强比成为制造飞机起落架、襟翼的重要材料。电子束焊的焊接速度对工程应用中30CrMnSiNi2A钢的微观结构和机械性能产生极大影响。接头微观组织从热影响区细小等轴的回火索氏体与马氏体混合组织，转变为焊缝区域的树枝状板条马氏体晶粒。显微硬度由母材向焊缝中心逐渐增高，焊缝区域显微硬度最高可达690HV0.2，约为母材的两倍；拉伸强度最高为842MPa，达到母材强度的96.9%。此外随着焊接速度的提高，晶粒尺寸减小，显微硬度随之提高；但HAGB和渗碳体数量的下降对接头强度不利，使得接头抗拉强度随焊接速度提高而下降，不同焊接速度下接头断裂模式均为脆性断裂。
30CrMnSiNi2A钢由于其出色的质强比成为制造飞机起落架、襟翼的重要材料。电子束焊的焊接速度对工程应用中30CrMnSiNi2A钢的微观结构和机械性能产生极大影响。接头微观组织从热影响区细小等轴的回火索氏体与马氏体混合组织，转变为焊缝区域的树枝状板条马氏体晶粒。显微硬度由母材向焊缝中心逐渐增高，焊缝区域显微硬度最高可达690HV0.2，约为母材的两倍；拉伸强度最高为842MPa，达到母材强度的96.9%。此外随着焊接速度的提高，晶粒尺寸减小，显微硬度随之提高；但HAGB和渗碳体数量的下降对接头强度不利，使得接头抗拉强度随焊接速度提高而下降，不同焊接速度下接头断裂模式均为脆性断裂。
2022, 51(4):1462-1469.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210335
摘要:
本文研究了工业电解镍沉积层的微观组织随着生产时间变化的特征。利用XRD、SEM、EBSD等分析手段对电解镍板择优取向，微观形貌，特征晶界分布等随着生产时间变化的特征进行了研究。结果表明：电沉积镍板在表面上晶体主要以垂直于(200)面的方向生长，在截面上表现为(111)、(200)双择优取向，晶体生长方式为侧向生长。表面与截面表现出不同的微观形貌，表面上由棱锥状转变为胞状，生长机制由螺旋位错驱动生长变为原子聚集堆积长大；各阶段镍板截面形貌始终为层片状组织。沉积层中截面主要为大角度晶界，并产生大量的∑3孪晶界。稳定生长过程中，随着沉积进行大角度晶界比例逐渐下降，∑3晶界相对频率逐渐升高，但是它们都会受到电解槽环境变化的影响。在截面上沿着生长方向，电解镍板主要表现为<001>纤维织构，大量∑3孪晶界对沉积层取向产生影响。通过提高∑3孪晶界比例或选择∑3孪晶界较高频率所对应时间的电解镍，以此获得强度和塑性更优的电解镍。电解镍沉积层演变规律得以明确意味着在后期的研究或者指导工业生产中能够对电解镍的组织进行微观调控，实现工业条件下电解镍的订制生产。
本文研究了工业电解镍沉积层的微观组织随着生产时间变化的特征。利用XRD、SEM、EBSD等分析手段对电解镍板择优取向，微观形貌，特征晶界分布等随着生产时间变化的特征进行了研究。结果表明：电沉积镍板在表面上晶体主要以垂直于(200)面的方向生长，在截面上表现为(111)、(200)双择优取向，晶体生长方式为侧向生长。表面与截面表现出不同的微观形貌，表面上由棱锥状转变为胞状，生长机制由螺旋位错驱动生长变为原子聚集堆积长大；各阶段镍板截面形貌始终为层片状组织。沉积层中截面主要为大角度晶界，并产生大量的∑3孪晶界。稳定生长过程中，随着沉积进行大角度晶界比例逐渐下降，∑3晶界相对频率逐渐升高，但是它们都会受到电解槽环境变化的影响。在截面上沿着生长方向，电解镍板主要表现为<001>纤维织构，大量∑3孪晶界对沉积层取向产生影响。通过提高∑3孪晶界比例或选择∑3孪晶界较高频率所对应时间的电解镍，以此获得强度和塑性更优的电解镍。电解镍沉积层演变规律得以明确意味着在后期的研究或者指导工业生产中能够对电解镍的组织进行微观调控，实现工业条件下电解镍的订制生产。
2022, 51(4):1470-1477.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210340
摘要:
目前,Kroll法仍是金属钛生产的唯一工业化方法,新开发的电解法和金属热还原法均处于研究阶段。本文针对多级还原制备钛粉进行了初级还原阶段还原机制与配镁量作用规律的研究。通过分析及结果验证,提高配镁量可促进反应进行的动力学,有利于TiO2还原程度的提升并抑制镁杂质残留,镁在初级还原过程中多以流体形式包裹在二氧化钛颗粒表面进行传质形成多相微球,钛氧化物则受高温作用发生烧结形成孔隙网络结构的产物形貌。在考虑镁的利用率及实际深度还原产物品质的基础上,实验确定化学计量比为最佳配料比。该配比的初级还原产物氧含量可达16.04wt%,比表面积和中位粒度分别为1.76m2/g和 34.39μm,制备的钛粉O、Mg含量分别为0.274wt%和0.010wt%。
目前,Kroll法仍是金属钛生产的唯一工业化方法,新开发的电解法和金属热还原法均处于研究阶段。本文针对多级还原制备钛粉进行了初级还原阶段还原机制与配镁量作用规律的研究。通过分析及结果验证,提高配镁量可促进反应进行的动力学,有利于TiO2还原程度的提升并抑制镁杂质残留,镁在初级还原过程中多以流体形式包裹在二氧化钛颗粒表面进行传质形成多相微球,钛氧化物则受高温作用发生烧结形成孔隙网络结构的产物形貌。在考虑镁的利用率及实际深度还原产物品质的基础上,实验确定化学计量比为最佳配料比。该配比的初级还原产物氧含量可达16.04wt%,比表面积和中位粒度分别为1.76m2/g和 34.39μm,制备的钛粉O、Mg含量分别为0.274wt%和0.010wt%。
2022, 51(4):1478-1487.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210345
摘要:
本工作研究了一种自主研发的第三代粉末高温合金WZ-A3不同工艺状态的显微组织特征以及热处理后合金的高温拉伸、蠕变以及疲劳性能。该合金采用热等静压(HIP)+热挤压(HEX)+锻造(HF)+热处理(HT)工艺加以制备。结果表明:HIP态合金晶粒度等级为ASTM8~9级，晶界存在粗大γ＇相，晶内存在相对细小的γ＇相；经挤压+锻造后，合金晶粒度等级可达ASTM13~14级，晶内γ＇相细化，但晶界处的γ＇相数量明显增多；热处理后合金晶界处大块状的γ＇相数量明显减少，晶内γ＇相平均尺寸由HIP态的400nm细化至热处理态的200nm。过固溶+时效热处理后的合金700℃抗拉强度和屈服强度分别达1360MPa和1029MPa，延伸率和断面收缩率分别为23.5%和17%；在800℃/330MPa条件下蠕变量达0.2%时所用时长为229小时；700℃/0~0.8%/0.33Hz条件下的疲劳寿命为24500循环周次。蠕变性能和疲劳性能与LSHR和ME3等三代镍基粉末高温合金相当，但700℃拉伸强度较LSHR合金高近50MPa，延伸率为其3倍，屈服强度稍有降低。
本工作研究了一种自主研发的第三代粉末高温合金WZ-A3不同工艺状态的显微组织特征以及热处理后合金的高温拉伸、蠕变以及疲劳性能。该合金采用热等静压(HIP)+热挤压(HEX)+锻造(HF)+热处理(HT)工艺加以制备。结果表明:HIP态合金晶粒度等级为ASTM8~9级，晶界存在粗大γ＇相，晶内存在相对细小的γ＇相；经挤压+锻造后，合金晶粒度等级可达ASTM13~14级，晶内γ＇相细化，但晶界处的γ＇相数量明显增多；热处理后合金晶界处大块状的γ＇相数量明显减少，晶内γ＇相平均尺寸由HIP态的400nm细化至热处理态的200nm。过固溶+时效热处理后的合金700℃抗拉强度和屈服强度分别达1360MPa和1029MPa，延伸率和断面收缩率分别为23.5%和17%；在800℃/330MPa条件下蠕变量达0.2%时所用时长为229小时；700℃/0~0.8%/0.33Hz条件下的疲劳寿命为24500循环周次。蠕变性能和疲劳性能与LSHR和ME3等三代镍基粉末高温合金相当，但700℃拉伸强度较LSHR合金高近50MPa，延伸率为其3倍，屈服强度稍有降低。
2022, 51(4):1488-1496.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210348
摘要:
本文采用水热法、阳离子交换法和煅烧处理，制备了相似于梅花结构的EuVO4-V2O5纳米线复合物。分别在300和500 oC温度条件煅烧制备的EuVO4-V2O5纳米线，实验发现随着温度不断增加，EuVO4-V2O5纳米线表面上的纳米颗粒发生了一定的团聚，当温度升高至500 oC时，纳米线出现了融化。通过实验测试比较发现，其中，300 oC煅烧制备的EuVO4-V2O5纳米线复合物的电化学储锂性能较好，在电流密度为30 mA g-1下经过50次循环后的放电比容量仍保持有376 mAh g-1，表现出良好的循环稳定性，且本文开发了一种新的稀土钒酸盐合成路径。
本文采用水热法、阳离子交换法和煅烧处理，制备了相似于梅花结构的EuVO4-V2O5纳米线复合物。分别在300和500 oC温度条件煅烧制备的EuVO4-V2O5纳米线，实验发现随着温度不断增加，EuVO4-V2O5纳米线表面上的纳米颗粒发生了一定的团聚，当温度升高至500 oC时，纳米线出现了融化。通过实验测试比较发现，其中，300 oC煅烧制备的EuVO4-V2O5纳米线复合物的电化学储锂性能较好，在电流密度为30 mA g-1下经过50次循环后的放电比容量仍保持有376 mAh g-1，表现出良好的循环稳定性，且本文开发了一种新的稀土钒酸盐合成路径。
2022, 51(4):1497-1513.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210418
摘要:
近年来,为了满足具有大尺寸复杂结构的非晶合金构件的市场需求,具有高度柔性化成形、机加工量小和成形精度高等特点的增材制造技术被成功应用于制备块体非晶合金。本文基于国内外块体非晶合金增材制造成形领域的最新研究成果及作者们多年来在该领域的研究工作,系统介绍了现有非晶合金增材制造技术的研究现状,详细阐述了非晶合金在各类增材制造技术中的成形机理和性能方面的研究进展,深入探讨了现有非晶合金增材制造成形的技术难点,详细阐明了非晶合金增材制造成形工艺 - 组织结构 - 性能间内在联系,指出制备高质量高性能非晶构件将是块体非晶合金增材制造成形领域未来研究的重要方向。
近年来,为了满足具有大尺寸复杂结构的非晶合金构件的市场需求,具有高度柔性化成形、机加工量小和成形精度高等特点的增材制造技术被成功应用于制备块体非晶合金。本文基于国内外块体非晶合金增材制造成形领域的最新研究成果及作者们多年来在该领域的研究工作,系统介绍了现有非晶合金增材制造技术的研究现状,详细阐述了非晶合金在各类增材制造技术中的成形机理和性能方面的研究进展,深入探讨了现有非晶合金增材制造成形的技术难点,详细阐明了非晶合金增材制造成形工艺 - 组织结构 - 性能间内在联系,指出制备高质量高性能非晶构件将是块体非晶合金增材制造成形领域未来研究的重要方向。
2022, 51(4):1514-1524.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210447
摘要:
本文基于钛合金表面激光熔覆技术,综述了具有良好耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化和生物活性等功能性涂层的研究进展,分析了熔覆层的选材规律与强化机理,以及激光熔覆仿生耦合单元与多功能涂层的优势与必要性。针对熔覆层裂纹和气孔等主要缺陷产生的原因,提出了预热基体、后处理、调整工艺参数和制备梯度涂层等改进措施,并对钛合金表面激光熔覆技术未来的应用和发展趋势进行了展望,旨在推进这一表面涂层技术的创新发展,为制备高质量、高效率、低成本的新型熔覆涂层的研究提供新思路。
本文基于钛合金表面激光熔覆技术,综述了具有良好耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化和生物活性等功能性涂层的研究进展,分析了熔覆层的选材规律与强化机理,以及激光熔覆仿生耦合单元与多功能涂层的优势与必要性。针对熔覆层裂纹和气孔等主要缺陷产生的原因,提出了预热基体、后处理、调整工艺参数和制备梯度涂层等改进措施,并对钛合金表面激光熔覆技术未来的应用和发展趋势进行了展望,旨在推进这一表面涂层技术的创新发展,为制备高质量、高效率、低成本的新型熔覆涂层的研究提供新思路。
2022, 51(4):1525-1530.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210783
摘要:
电爆喷涂是一种表面改性的新方法，它是利用高电压对喷涂材料脉冲放电，瞬时大电流将其加热并发生爆炸，产生高温粒子伴随冲击波喷射到基体表面形成涂层。本文提出了电爆法制备高熵合金涂层的新工艺，利用XRD、SEM、EDS以及电流电压波形对该方法制备高熵合金涂层的可行性进行了研究。结果表明，FeCoCrNiAlx (x=0, 0.5, 1.0)合金系涂层都形成了简单的FCC、BCC及FCC+BCC结构固溶体，并且随着Al含量的增加，该涂层的相结构由FCC相逐渐向BCC相转变。涂层表面平整、致密，没有明显的裂纹，且元素均匀分布在涂层表面，并没有发现明显的元素偏聚现象。初始充电电压11kV下的能量沉积为285.770 J，平均沉积效率达到48.8%。随Al含量的增加，涂层显微硬度逐渐增大，当x=1.0时平均显微硬度达到最大值531.8HV，大约是基体显微硬度的2倍。可以看出，电爆法实现了高熵合金涂层的成功制备。
电爆喷涂是一种表面改性的新方法，它是利用高电压对喷涂材料脉冲放电，瞬时大电流将其加热并发生爆炸，产生高温粒子伴随冲击波喷射到基体表面形成涂层。本文提出了电爆法制备高熵合金涂层的新工艺，利用XRD、SEM、EDS以及电流电压波形对该方法制备高熵合金涂层的可行性进行了研究。结果表明，FeCoCrNiAlx (x=0, 0.5, 1.0)合金系涂层都形成了简单的FCC、BCC及FCC+BCC结构固溶体，并且随着Al含量的增加，该涂层的相结构由FCC相逐渐向BCC相转变。涂层表面平整、致密，没有明显的裂纹，且元素均匀分布在涂层表面，并没有发现明显的元素偏聚现象。初始充电电压11kV下的能量沉积为285.770 J，平均沉积效率达到48.8%。随Al含量的增加，涂层显微硬度逐渐增大，当x=1.0时平均显微硬度达到最大值531.8HV，大约是基体显微硬度的2倍。可以看出，电爆法实现了高熵合金涂层的成功制备。
2022, 51(4):1531-1536.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210350
摘要:
本实验对5vol.%TiCp/近α钛复合材料进行了β相区的热物理模拟试验，研究了复合材料热变形过程中硅化物的析出行为和β相变形机理。变形后的室温组织中主要由片层α相和破碎的TiCp组成，通过透射电子显微镜(TEM)确定组织中存在(Ti,Zr)6Si3型硅化物，尺寸为350-600nm。硅化物的含量随着温度升高和应变速率增加而减少。此外，根据室温α相重构了β母晶粒。TiCp沿β晶界分布，通过提供形核位点和阻碍位错运动，促进了β相动态再结晶过程。热变形过程中的应变积累和TiCp附近形成的高密度位错诱导和促进了硅化物析出。
本实验对5vol.%TiCp/近α钛复合材料进行了β相区的热物理模拟试验，研究了复合材料热变形过程中硅化物的析出行为和β相变形机理。变形后的室温组织中主要由片层α相和破碎的TiCp组成，通过透射电子显微镜(TEM)确定组织中存在(Ti,Zr)6Si3型硅化物，尺寸为350-600nm。硅化物的含量随着温度升高和应变速率增加而减少。此外，根据室温α相重构了β母晶粒。TiCp沿β晶界分布，通过提供形核位点和阻碍位错运动，促进了β相动态再结晶过程。热变形过程中的应变积累和TiCp附近形成的高密度位错诱导和促进了硅化物析出。
