2023年第52卷第6期文章目次
2023, 52(6):1977-1984.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220960
摘要:
在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%，6%，7%，质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15，将其完全热处理后在1100 ℃长期时效1000 h，在1100 ℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明，随着Re含量增加，γ′相尺寸减小，其体积分数和立方化程度稍有增加，长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加，合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相，其含量随着Re含量增加而增多，这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向，分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加，合金的晶格错配度向负方向增加。
在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%，6%，7%，质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15，将其完全热处理后在1100 ℃长期时效1000 h，在1100 ℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明，随着Re含量增加，γ′相尺寸减小，其体积分数和立方化程度稍有增加，长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加，合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相，其含量随着Re含量增加而增多，这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向，分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加，合金的晶格错配度向负方向增加。
2023, 52(6):1985-1993.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20221001
摘要:
对镍基单晶高温合金在530 ℃的低周疲劳断口及断裂损伤机制进行研究。结果表明：在530 ℃时，单晶高温合金低周疲劳裂纹一般萌生于试样表面、亚表面或内部。亚表面存在铸造缺陷时裂纹从缺陷处起源。在大应变幅（>0.85%）条件下，合金在疲劳循环过程中表现出明显的循环硬化行为，应变幅低于0.85%时循环应力响应曲线基本趋于稳定。镍基单晶高温合金主要通过滑移产生变形，在530 ℃合金主要通过八面体滑移机制进行断裂，主滑移系为{111}<110>。分析断口特征可知，断口在源区附近未见明显塑性变形，稳定扩展区可见疲劳条带特征，快速扩展区在滑移台阶处存在大量交叉滑移带。通过电子背散射衍射分析发现，不同滑移面交界处的断口表面存在明显塑性变形，靠近断口表面的γ基体及立方γ'相变形严重。该温度下疲劳断口表面未见明显氧化特征。
对镍基单晶高温合金在530 ℃的低周疲劳断口及断裂损伤机制进行研究。结果表明：在530 ℃时，单晶高温合金低周疲劳裂纹一般萌生于试样表面、亚表面或内部。亚表面存在铸造缺陷时裂纹从缺陷处起源。在大应变幅（>0.85%）条件下，合金在疲劳循环过程中表现出明显的循环硬化行为，应变幅低于0.85%时循环应力响应曲线基本趋于稳定。镍基单晶高温合金主要通过滑移产生变形，在530 ℃合金主要通过八面体滑移机制进行断裂，主滑移系为{111}<110>。分析断口特征可知，断口在源区附近未见明显塑性变形，稳定扩展区可见疲劳条带特征，快速扩展区在滑移台阶处存在大量交叉滑移带。通过电子背散射衍射分析发现，不同滑移面交界处的断口表面存在明显塑性变形，靠近断口表面的γ基体及立方γ'相变形严重。该温度下疲劳断口表面未见明显氧化特征。
2023, 52(6):2118-2125.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220406
摘要:
镍基单晶高温合金因具有高体积分数的L12结构γ?(Ni3Al)相而具有优异的综合力学性能。为研究激光冲击下γ?相的微观组织演变规律,采用分子动力学方法构建了单晶Ni3Al分子动力学模型,分析了[100]、[110]、[111]三种不同晶向上的微观组织演变行为。结果表明：[100]晶向冲击时,其塑性变形机制为FCC相向BCC相转变,并随着冲击压力的增大BCC相含量也随之增加；[110]和[111]晶向冲击时,其塑性变形机制为位错滑移,其中[110]晶向滑移系主要为 (1)[011]和 (11)[01],而[111]晶向滑移系主要为 (1)[10]和 (11)[101],产生的位错主要为1/6<112>(Shockley),但随着冲击压力的增加,塑性变形机制为FCC相向BCC相转变,同时产生无序结构。
镍基单晶高温合金因具有高体积分数的L12结构γ?(Ni3Al)相而具有优异的综合力学性能。为研究激光冲击下γ?相的微观组织演变规律,采用分子动力学方法构建了单晶Ni3Al分子动力学模型,分析了[100]、[110]、[111]三种不同晶向上的微观组织演变行为。结果表明：[100]晶向冲击时,其塑性变形机制为FCC相向BCC相转变,并随着冲击压力的增大BCC相含量也随之增加；[110]和[111]晶向冲击时,其塑性变形机制为位错滑移,其中[110]晶向滑移系主要为 (1)[011]和 (11)[01],而[111]晶向滑移系主要为 (1)[10]和 (11)[101],产生的位错主要为1/6<112>(Shockley),但随着冲击压力的增加,塑性变形机制为FCC相向BCC相转变,同时产生无序结构。
2023, 52(6):2134-2140.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220431
摘要:
本文采用?1.2mm的ER-GH4169焊丝,通过CMT-Pin增材技术在5mm厚Q235碳钢基板上制备柱形阵列结构,研究了Pin针成形工艺和组织特征。结果表明：当Ball/Cyl Adaptation参数为负时,Pin针头型为平头；当Ball/Cyl Adaptation为非负时,Pin针头型为球头；Altitude Adaptation控制Pin针生长的高度,获得Pin针高度在(2.30~4.96)mm之间。Pin针的微观组织分为Pin轴区,熔合区,母材区。Pin轴区分布着大量的柱状晶,沿轴向外生长；在熔合区,沿Pin轴往上柱状晶由细晶转变为粗晶,熔合区为一条极细的熔合线,晶间析出大量条状的Laves相；在母材区,存在组织明暗交接分层。
本文采用?1.2mm的ER-GH4169焊丝,通过CMT-Pin增材技术在5mm厚Q235碳钢基板上制备柱形阵列结构,研究了Pin针成形工艺和组织特征。结果表明：当Ball/Cyl Adaptation参数为负时,Pin针头型为平头；当Ball/Cyl Adaptation为非负时,Pin针头型为球头；Altitude Adaptation控制Pin针生长的高度,获得Pin针高度在(2.30~4.96)mm之间。Pin针的微观组织分为Pin轴区,熔合区,母材区。Pin轴区分布着大量的柱状晶,沿轴向外生长；在熔合区,沿Pin轴往上柱状晶由细晶转变为粗晶,熔合区为一条极细的熔合线,晶间析出大量条状的Laves相；在母材区,存在组织明暗交接分层。
2023, 52(6):2243-2252.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220589
摘要:
研究了热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1070 ℃/140 MPa持久性能的影响。结果表明：长时间的均匀化热处理显著降低了元素偏析；随着均匀化时间的延长，微孔面积分数逐渐增加，平均尺寸不断增大，微孔的密度呈先升高后降低的变化趋势；随一级时效温度的升高，γ′相尺寸逐渐增大，γ′相面积分数先增加后减少；合金的持久寿命随一级时效温度的提高先升高后降低，一级时效温度为1100 ℃时，立方状γ′相尺寸约370 nm且正方度较好，γ′相的面积分数最大，持久寿命最高；持久断口具有韧性断裂特征，亚晶界处的碳化物和微孔是引起持久试样断裂的主要裂纹源。
研究了热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1070 ℃/140 MPa持久性能的影响。结果表明：长时间的均匀化热处理显著降低了元素偏析；随着均匀化时间的延长，微孔面积分数逐渐增加，平均尺寸不断增大，微孔的密度呈先升高后降低的变化趋势；随一级时效温度的升高，γ′相尺寸逐渐增大，γ′相面积分数先增加后减少；合金的持久寿命随一级时效温度的提高先升高后降低，一级时效温度为1100 ℃时，立方状γ′相尺寸约370 nm且正方度较好，γ′相的面积分数最大，持久寿命最高；持久断口具有韧性断裂特征，亚晶界处的碳化物和微孔是引起持久试样断裂的主要裂纹源。
2023, 52(6):2302-2308.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220651
摘要:
激光粉末床熔融(L-PBF)技术在制备结构复杂合金上具有独特优势。本文研究了经热处理工艺改善的L-PBF成形GH3536合金的组织特征和855℃下的高温低周疲劳行为,揭示了热处理工艺对组织结构和疲劳性能的影响。结合多种疲劳寿命预测模型分析,深入探讨了L-PBF成形GH3536合金在不同应变幅下的疲劳损伤行为,对增材制造试样高温低周疲劳寿命预测和增材制造零部件的应用具有重要意义。
激光粉末床熔融(L-PBF)技术在制备结构复杂合金上具有独特优势。本文研究了经热处理工艺改善的L-PBF成形GH3536合金的组织特征和855℃下的高温低周疲劳行为,揭示了热处理工艺对组织结构和疲劳性能的影响。结合多种疲劳寿命预测模型分析,深入探讨了L-PBF成形GH3536合金在不同应变幅下的疲劳损伤行为,对增材制造试样高温低周疲劳寿命预测和增材制造零部件的应用具有重要意义。
2023, 52(6):2309-2316.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220465
摘要:
以FB2转子钢为研究对象,通过高温持久试验、金相显微镜、扫描电镜及透射电镜等研究手段,研究了FB2转子钢在高温630℃作用下的持久性能及组织演变规律,结果表明：FB2转子钢为回火马氏体组织,原奥氏体晶界与晶内均析出了大量细小M23C6相。持久应力作用下,随着时间延长,马氏体板条发生分解逐渐变宽,位错密度下降,M23C6相在原奥氏体晶界和马氏体板条边界上逐渐长大,Laves相逐渐在原奥氏体晶界上析出长大,并聚集成链状分布。微观组织结构的变化会显著影响高温持久性能,但FB2转子钢最长断裂点能满足630℃、105h持久应力不小于100 MPa的要求。
以FB2转子钢为研究对象,通过高温持久试验、金相显微镜、扫描电镜及透射电镜等研究手段,研究了FB2转子钢在高温630℃作用下的持久性能及组织演变规律,结果表明：FB2转子钢为回火马氏体组织,原奥氏体晶界与晶内均析出了大量细小M23C6相。持久应力作用下,随着时间延长,马氏体板条发生分解逐渐变宽,位错密度下降,M23C6相在原奥氏体晶界和马氏体板条边界上逐渐长大,Laves相逐渐在原奥氏体晶界上析出长大,并聚集成链状分布。微观组织结构的变化会显著影响高温持久性能,但FB2转子钢最长断裂点能满足630℃、105h持久应力不小于100 MPa的要求。
2023, 52(6):1994-2001.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220826
摘要:
采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型，分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律，并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明：铸锭中电流均呈向心分布，且集中分布在铸锭上部350 mm范围内；熔炼电流产生切向磁场，搅拌电流产生轴向磁场，两者进行简单耦合；在熔炼电流及其自感磁场的作用下，产生径向和轴向电磁力；该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转，产生切向电磁力；随熔炼电流线性变化，磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化；随搅拌电流线性变化，磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。
采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型，分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律，并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明：铸锭中电流均呈向心分布，且集中分布在铸锭上部350 mm范围内；熔炼电流产生切向磁场，搅拌电流产生轴向磁场，两者进行简单耦合；在熔炼电流及其自感磁场的作用下，产生径向和轴向电磁力；该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转，产生切向电磁力；随熔炼电流线性变化，磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化；随搅拌电流线性变化，磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。
2023, 52(6):2002-2009.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220943
摘要:
为了解不同时效参数对Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo （Ti6321）合金组织和力学性能影响的根本原因，通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和力学性能测试，研究了不同时效条件（500~650 ℃，3~24 h）下的显微组织和力学性能。结果表明，次生相α（αs）比初生相α（αp）对时效参数更为敏感。此外，αs相的厚度与时效温度和时效时间呈正相关。随着时效温度和时效时间的增加，Ti和Al元素在βt相中的偏析明显，αs相由细针状转变为长棒状。当合金在600 ℃时效12 h时，合金表现出较好的综合力学性能。抗拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为907 MPa、796 MPa和16%，冲击功为55 J。
为了解不同时效参数对Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo （Ti6321）合金组织和力学性能影响的根本原因，通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和力学性能测试，研究了不同时效条件（500~650 ℃，3~24 h）下的显微组织和力学性能。结果表明，次生相α（αs）比初生相α（αp）对时效参数更为敏感。此外，αs相的厚度与时效温度和时效时间呈正相关。随着时效温度和时效时间的增加，Ti和Al元素在βt相中的偏析明显，αs相由细针状转变为长棒状。当合金在600 ℃时效12 h时，合金表现出较好的综合力学性能。抗拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为907 MPa、796 MPa和16%，冲击功为55 J。
2023, 52(6):2075-2084.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220807
摘要:
以GCr15/TC4为摩擦副,蒸馏水、人工海水和人工酸雨为腐蚀润滑介质,使用TRB3销-盘式摩擦磨损试验机研究不同水基介质对TC4磨蚀机理及腐蚀磨损交互作用的影响。结果表明：不同水基介质中TC4的磨损机制不同,海水中疲劳剥层最严重,蒸馏水中粘着磨损最明显,酸雨中磨粒磨损最显著,且海水和酸雨中的摩擦系数略低于蒸馏水。酸雨中磨痕的长度、宽度、深度均大于海水和蒸馏水；TC4磨损体积表现为酸雨＞海水＞蒸馏水,随循环次数增加呈线性增长。三种介质中TC4腐蚀磨损交互作用比率表现为酸雨＞海水＞蒸馏水趋势,蒸馏水中TC4材料流失由机械因素主导,海水和酸雨中则由腐蚀交互作用与机械因素主导；随着载荷增加蒸馏水中腐蚀交互作用比率降低,机械因素对磨蚀的影响逐渐显著。
以GCr15/TC4为摩擦副,蒸馏水、人工海水和人工酸雨为腐蚀润滑介质,使用TRB3销-盘式摩擦磨损试验机研究不同水基介质对TC4磨蚀机理及腐蚀磨损交互作用的影响。结果表明：不同水基介质中TC4的磨损机制不同,海水中疲劳剥层最严重,蒸馏水中粘着磨损最明显,酸雨中磨粒磨损最显著,且海水和酸雨中的摩擦系数略低于蒸馏水。酸雨中磨痕的长度、宽度、深度均大于海水和蒸馏水；TC4磨损体积表现为酸雨＞海水＞蒸馏水,随循环次数增加呈线性增长。三种介质中TC4腐蚀磨损交互作用比率表现为酸雨＞海水＞蒸馏水趋势,蒸馏水中TC4材料流失由机械因素主导,海水和酸雨中则由腐蚀交互作用与机械因素主导；随着载荷增加蒸馏水中腐蚀交互作用比率降低,机械因素对磨蚀的影响逐渐显著。
2023, 52(6):2126-2133.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220461
摘要:
增材制造TC4合金由于其加工周期短、尺寸精度高、成形质量好而受到广泛关注，然而其热处理后的高温力学性能及其在含Cl-溶液中的腐蚀行为研究却相对匮乏。本研究采用选区激光熔化技术（Selective Laser Melting，SLM）制备了TC4合金，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机以及电化学测试等技术研究了其热处理后的组织、高温力学性能及腐蚀行为，并与铸造TC4合金做了对比。结果表明，SLM与铸造TC4合金物相组成相同，SLM TC4合金组织主要为片层状（α+β）相，平均晶粒面积约为2 μm2，而铸造TC4合金表现出典型的魏氏组织，平均晶粒面积约为276 μm2。相对于铸造TC4合金，SLM TC4合金的常温及高温力学性能均较优异，且表面形成的钝化膜保护性能更好，腐蚀速率更低。
增材制造TC4合金由于其加工周期短、尺寸精度高、成形质量好而受到广泛关注，然而其热处理后的高温力学性能及其在含Cl-溶液中的腐蚀行为研究却相对匮乏。本研究采用选区激光熔化技术（Selective Laser Melting，SLM）制备了TC4合金，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机以及电化学测试等技术研究了其热处理后的组织、高温力学性能及腐蚀行为，并与铸造TC4合金做了对比。结果表明，SLM与铸造TC4合金物相组成相同，SLM TC4合金组织主要为片层状（α+β）相，平均晶粒面积约为2 μm2，而铸造TC4合金表现出典型的魏氏组织，平均晶粒面积约为276 μm2。相对于铸造TC4合金，SLM TC4合金的常温及高温力学性能均较优异，且表面形成的钝化膜保护性能更好，腐蚀速率更低。
2023, 52(6):2212-2219.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220492
摘要:
为揭示微量W添加对含锰β凝固γ-TiAl合金热加工性的影响规律，采用真空感应熔炼炉（VIM）制备了Ti-42Al-5Mn-0.8W合金（原子百分比，下同），借助热模拟试验机研究了合金在变形温度1100~1250 ℃、应变速率0.001~10 s-1，变形程度为70%条件下的热变形行为。结果表明，合金合适的热加工区间为1150~1250℃/0.001~10 s-1和1100~1145 ℃/0.001~1 s-1。0.8 at.% W添加可明显降低Ti-42Al-5Mn合金的峰值流变应力（σp）和稳态流变应力（σ0.7），且稳态流变应力降低幅度更加显著。0.8 at.% W改善Ti-42Al-5Mn合金热加工性的主要原因一方面是由于W含量相对较少，在具有极强电磁搅拌作用的真空感应熔炼方式下，W元素的偏析程度并不明显；另一方面得益于W比Mn更强的β稳定作用，它的添加拓宽了合金高温β单相区，从而使合金具有更宽的可热变形窗口。
为揭示微量W添加对含锰β凝固γ-TiAl合金热加工性的影响规律，采用真空感应熔炼炉（VIM）制备了Ti-42Al-5Mn-0.8W合金（原子百分比，下同），借助热模拟试验机研究了合金在变形温度1100~1250 ℃、应变速率0.001~10 s-1，变形程度为70%条件下的热变形行为。结果表明，合金合适的热加工区间为1150~1250℃/0.001~10 s-1和1100~1145 ℃/0.001~1 s-1。0.8 at.% W添加可明显降低Ti-42Al-5Mn合金的峰值流变应力（σp）和稳态流变应力（σ0.7），且稳态流变应力降低幅度更加显著。0.8 at.% W改善Ti-42Al-5Mn合金热加工性的主要原因一方面是由于W含量相对较少，在具有极强电磁搅拌作用的真空感应熔炼方式下，W元素的偏析程度并不明显；另一方面得益于W比Mn更强的β稳定作用，它的添加拓宽了合金高温β单相区，从而使合金具有更宽的可热变形窗口。
2023, 52(6):2010-2016.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220032
摘要:
对爆炸复合的钛/钢复合板进行了一道次60%的温轧，研究了一道次温轧钛/钢爆炸复合板的近界面微观组织及剪切强度。结果显示，一道次温轧工艺可以引起钛层和钢层近界面组织的显著剪切变形。由于剪切变形，钛层形成了RD分散织构。钢层含有高组份的旋转立方织构及低组份的γ 纤维织构。对比常规多道次轧制方法，由于剪切变形可细化界面化合物，使得一道次温轧钛/钢复合板抗剪切强度得到提升。
对爆炸复合的钛/钢复合板进行了一道次60%的温轧，研究了一道次温轧钛/钢爆炸复合板的近界面微观组织及剪切强度。结果显示，一道次温轧工艺可以引起钛层和钢层近界面组织的显著剪切变形。由于剪切变形，钛层形成了RD分散织构。钢层含有高组份的旋转立方织构及低组份的γ 纤维织构。对比常规多道次轧制方法，由于剪切变形可细化界面化合物，使得一道次温轧钛/钢复合板抗剪切强度得到提升。
2023, 52(6):2017-2023.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20221003
摘要:
为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为，采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型，结合爆炸焊接的物理过程，将爆炸焊接过程分为加载和卸载2个阶段，通过LAMMPS程序计算了爆炸焊接钛、铝原子的均方位移、径向分布函数、扩散层厚度等，利用OVITO软件再现了不同阶段界面原子的扩散行为。在爆炸焊接加载阶段，钛、铝原子不发生扩散，只在平衡位置做振动，铝原子振动要比钛原子振动强。爆炸焊接卸载开始时，钛、铝原子发生互扩散。钛/钛原子键能高，不易破坏，铝/铝原子键能低，容易破坏产生空位、间隙等缺陷，有利于钛原子深入扩散到铝晶格内部，但铝原子难以进入钛的晶格内部。采用扫描电镜和EDS能谱表征了钛/铝爆炸焊接复合材料界面元素分布，与模拟结果有很好的一致性。
为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为，采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型，结合爆炸焊接的物理过程，将爆炸焊接过程分为加载和卸载2个阶段，通过LAMMPS程序计算了爆炸焊接钛、铝原子的均方位移、径向分布函数、扩散层厚度等，利用OVITO软件再现了不同阶段界面原子的扩散行为。在爆炸焊接加载阶段，钛、铝原子不发生扩散，只在平衡位置做振动，铝原子振动要比钛原子振动强。爆炸焊接卸载开始时，钛、铝原子发生互扩散。钛/钛原子键能高，不易破坏，铝/铝原子键能低，容易破坏产生空位、间隙等缺陷，有利于钛原子深入扩散到铝晶格内部，但铝原子难以进入钛的晶格内部。采用扫描电镜和EDS能谱表征了钛/铝爆炸焊接复合材料界面元素分布，与模拟结果有很好的一致性。
2023, 52(6):2024-2030.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220041
摘要:
采用真空电弧离子镀（AIP）技术在不同沉积温度下TiAlN涂层，用于高性能制造，并研究了沉积温度与表面性能的关系。结果表明，由于离子轰击作用，表面大颗粒随沉积温度的升高而减少。随着沉积温度的升高，涂层表面的晶粒尺寸先急剧减小后逐渐增大。此外，沉积温度对合成涂层的相组成和化学成分影响不大。随着沉积温度的升高，硬度和粘结强度先迅速增加，后逐渐降低。当沉积温度在450 ℃左右时，沉积的TiAlN涂层硬度最高，粘结强度最大。上述现象的发生机理与沉积过程中表面与界面之间的微观组织和残余应力的变化有关。合成的涂层在高达900 ℃的空气中具有良好的热稳定性。
采用真空电弧离子镀（AIP）技术在不同沉积温度下TiAlN涂层，用于高性能制造，并研究了沉积温度与表面性能的关系。结果表明，由于离子轰击作用，表面大颗粒随沉积温度的升高而减少。随着沉积温度的升高，涂层表面的晶粒尺寸先急剧减小后逐渐增大。此外，沉积温度对合成涂层的相组成和化学成分影响不大。随着沉积温度的升高，硬度和粘结强度先迅速增加，后逐渐降低。当沉积温度在450 ℃左右时，沉积的TiAlN涂层硬度最高，粘结强度最大。上述现象的发生机理与沉积过程中表面与界面之间的微观组织和残余应力的变化有关。合成的涂层在高达900 ℃的空气中具有良好的热稳定性。
2023, 52(6):2031-2038.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220888
摘要:
针对弯曲成形中的裂纹缺陷，应用Lemaitre韧性断裂准则，同时考虑应力三轴度，最大主应力比，以及塑性应变对损伤的影响，对Lemaitre准则进行改进，有效预测了弯曲成形中金属板料的成形极限。以7075-T6铝合金为研究对象，模拟得到该合金板材的裂纹产生条件，获取改进的Lemaitre准则材料参数，确定破裂阈值。对6 mm厚7075-T6铝合金板材进行三点弯曲实验，并观察其金相组织。对其产生裂纹时的压下量与断裂准则所得的理论压下量进行比较，验证了改进后断裂准则对裂纹预测的准确性。通过对比产生裂纹时的压下量，结果表明，改进后的Lemaitre断裂准则所得理论压下量为9.7 mm，与模拟和实验结果一致，证明改进后的Lemaitre准则对弯曲成形裂纹预测具有一定的准确性。
针对弯曲成形中的裂纹缺陷，应用Lemaitre韧性断裂准则，同时考虑应力三轴度，最大主应力比，以及塑性应变对损伤的影响，对Lemaitre准则进行改进，有效预测了弯曲成形中金属板料的成形极限。以7075-T6铝合金为研究对象，模拟得到该合金板材的裂纹产生条件，获取改进的Lemaitre准则材料参数，确定破裂阈值。对6 mm厚7075-T6铝合金板材进行三点弯曲实验，并观察其金相组织。对其产生裂纹时的压下量与断裂准则所得的理论压下量进行比较，验证了改进后断裂准则对裂纹预测的准确性。通过对比产生裂纹时的压下量，结果表明，改进后的Lemaitre断裂准则所得理论压下量为9.7 mm，与模拟和实验结果一致，证明改进后的Lemaitre准则对弯曲成形裂纹预测具有一定的准确性。
2023, 52(6):2039-2047.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220907
摘要:
Al-Cu合金具有较宽的凝固间隔，并且由于供给不足容易出现热裂和气孔缺陷。采用约束棒铸造（CRC）模具研究了氢含量对Al-xCu合金热裂敏感性（HTS）的影响。通过分析熔体中不同氢含量的Al-xCu合金的热裂敏感性值、断裂形态和微观结构，研究了孔隙形成对热裂行为的影响。结果表明，随着熔体氢含量的增加，合金在凝固后期由于晶粒粗化和液相供给不足，热裂敏感性明显增加。提出了一种基于孔隙率的热裂形成机制，以解释孔隙率和热裂之间的相互作用。
Al-Cu合金具有较宽的凝固间隔，并且由于供给不足容易出现热裂和气孔缺陷。采用约束棒铸造（CRC）模具研究了氢含量对Al-xCu合金热裂敏感性（HTS）的影响。通过分析熔体中不同氢含量的Al-xCu合金的热裂敏感性值、断裂形态和微观结构，研究了孔隙形成对热裂行为的影响。结果表明，随着熔体氢含量的增加，合金在凝固后期由于晶粒粗化和液相供给不足，热裂敏感性明显增加。提出了一种基于孔隙率的热裂形成机制，以解释孔隙率和热裂之间的相互作用。
2023, 52(6):2048-2056.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220912
摘要:
在2 mol/L NaCl酸性溶液中，研究少量Sc对铸态Al-3Cu-1Li合金腐蚀行为的影响。通过XRD对铸态Al-3Cu-1Li-xSc（质量分数）合金进行相分析，用FE-SEM/EDS和TEM观察了Al-3Cu-1Li合金和Al-3Cu-1Li-0.5Sc合金的显微组织；采用极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）、电化学噪声（EN）和浸泡法对合金的腐蚀行为进行了研究，并探讨腐蚀机制。结果表明：含Sc的Al-3Cu-1Li合金晶内富Cu球形相减少，晶界析出W相。随Sc含量的增加，合金腐蚀反应的活化能降低，阴极析氢速率增加，自腐蚀电流密度增加，合金的耐蚀性降低。添加Sc后，合金在空气中形成的表面膜保护作用减弱至消失，使含Sc合金的阻抗谱低频感抗弧逐渐消失。在EN测量期间，不含Sc和含0.1% Sc的合金表面处于“膜破裂-再钝化”状态；含0.3% Sc和0.5% Sc的合金发生严重的局部腐蚀（晶间腐蚀），且与W相有关。
在2 mol/L NaCl酸性溶液中，研究少量Sc对铸态Al-3Cu-1Li合金腐蚀行为的影响。通过XRD对铸态Al-3Cu-1Li-xSc（质量分数）合金进行相分析，用FE-SEM/EDS和TEM观察了Al-3Cu-1Li合金和Al-3Cu-1Li-0.5Sc合金的显微组织；采用极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）、电化学噪声（EN）和浸泡法对合金的腐蚀行为进行了研究，并探讨腐蚀机制。结果表明：含Sc的Al-3Cu-1Li合金晶内富Cu球形相减少，晶界析出W相。随Sc含量的增加，合金腐蚀反应的活化能降低，阴极析氢速率增加，自腐蚀电流密度增加，合金的耐蚀性降低。添加Sc后，合金在空气中形成的表面膜保护作用减弱至消失，使含Sc合金的阻抗谱低频感抗弧逐渐消失。在EN测量期间，不含Sc和含0.1% Sc的合金表面处于“膜破裂-再钝化”状态；含0.3% Sc和0.5% Sc的合金发生严重的局部腐蚀（晶间腐蚀），且与W相有关。
2023, 52(6):2057-2062.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220689
摘要:
研究了某重型燃气轮机透平第一级GTD111动叶片经长期服役后的微观组织和力学性能演变行为。结果表明，服役叶片的微观组织主要由γ基体、2种尺寸的γ′相、γ+γ′共晶及MC型碳化物组成。叶片的微观组织退化与其结构特性密切相关。叶片前缘和中部区微观组织退化程度相对较轻，而叶片后缘区微观组织退化更为严重。在室温下，叶片前缘区抗拉强度明显高于尾缘区，然而在982 ℃下不同区域的抗拉强度相差不大，可能与高温下的变形机制不同有关。
研究了某重型燃气轮机透平第一级GTD111动叶片经长期服役后的微观组织和力学性能演变行为。结果表明，服役叶片的微观组织主要由γ基体、2种尺寸的γ′相、γ+γ′共晶及MC型碳化物组成。叶片的微观组织退化与其结构特性密切相关。叶片前缘和中部区微观组织退化程度相对较轻，而叶片后缘区微观组织退化更为严重。在室温下，叶片前缘区抗拉强度明显高于尾缘区，然而在982 ℃下不同区域的抗拉强度相差不大，可能与高温下的变形机制不同有关。
2023, 52(6):2063-2067.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220984
摘要:
分别采用放电等离子烧结（SPS）及传统的感应熔炼+锻造+退火（VIMFA）的方法制备了成分为Fe-16Cr-2.5Mo （质量分数，%）的铁磁型阻尼合金。对比研究了SPS和VIMFA合金的组织与性能。结果表明，SPS合金具有较高的致密性。随着烧结温度的增加和保温时间的延长，Cr和Mo元素在α-Fe固溶体中的溶解度明显提高，组织均匀性得到显著改善。与VIMFA合金相比，SPS合金具有相对较低的饱和磁化强度和相对较高的矫顽力。但SPS合金仍然拥有优良的阻尼性能，且随着烧结温度的升高和保温时间的延长，其阻尼能力逐渐增加。SPS合金比VIMFA合金拥有明显提高的抗压缩强度，且随着烧结温度的升高呈现出逐渐增加的趋势。
分别采用放电等离子烧结（SPS）及传统的感应熔炼+锻造+退火（VIMFA）的方法制备了成分为Fe-16Cr-2.5Mo （质量分数，%）的铁磁型阻尼合金。对比研究了SPS和VIMFA合金的组织与性能。结果表明，SPS合金具有较高的致密性。随着烧结温度的增加和保温时间的延长，Cr和Mo元素在α-Fe固溶体中的溶解度明显提高，组织均匀性得到显著改善。与VIMFA合金相比，SPS合金具有相对较低的饱和磁化强度和相对较高的矫顽力。但SPS合金仍然拥有优良的阻尼性能，且随着烧结温度的升高和保温时间的延长，其阻尼能力逐渐增加。SPS合金比VIMFA合金拥有明显提高的抗压缩强度，且随着烧结温度的升高呈现出逐渐增加的趋势。
2023, 52(6):2068-2074.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230004
摘要:
采用预挤压加单道次大应变量热轧制的方法制备了Mg-3Y（质量分数，%）合金板材。并研究了大应变量轧制过程中不同孪晶类型对合金动态再结晶（DRX）及组织演变的影响。结果表明，在挤压比为8:1的预挤压过程中，合金内部发生了几乎完全的动态再结晶。而在接下来的大应变量热轧制过程中，孪生变形尤其是{10
采用预挤压加单道次大应变量热轧制的方法制备了Mg-3Y（质量分数，%）合金板材。并研究了大应变量轧制过程中不同孪晶类型对合金动态再结晶（DRX）及组织演变的影响。结果表明，在挤压比为8:1的预挤压过程中，合金内部发生了几乎完全的动态再结晶。而在接下来的大应变量热轧制过程中，孪生变形尤其是{10
2023, 52(6):2085-2092.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220609
摘要:
本文以7075-T651铝合金挤压材为研究对象，研究半固态等温重熔过程中等温温度和保温时间对坯料微观组织的影响，并基于Deform-3D软件JMAK模块中Grain-Growth模型预测液固区间晶粒长大规律。试验结果表明，随着等温温度和保温时间增加，晶粒尺寸随之增大，晶粒趋近圆整，液相含量增多。在高固相区间保温时，组织经历了再结晶、合并长大和部分重熔等过程；在低固相区间保温时，组织短时间内即再结晶完全，并迅速长大，长大过程主要以Ostwald熟化机制为主。等温重熔晶粒长大公式中指数值n值取n=3更符合液固区间等温重熔的实际情况。经计算，在不同等温温度下，晶粒长大速度依次为：55.1μm3/s；295.3μm3/s；817.9μm3/s。从能量的角度考虑，结合晶粒长大公式，本文中试验材料晶粒长大的晶界移动激活能为118.6kJ/mol，基于此预测了等温温度在550℃~620℃范围内晶粒长大规律，预测结果和实际测量结果接近。
本文以7075-T651铝合金挤压材为研究对象，研究半固态等温重熔过程中等温温度和保温时间对坯料微观组织的影响，并基于Deform-3D软件JMAK模块中Grain-Growth模型预测液固区间晶粒长大规律。试验结果表明，随着等温温度和保温时间增加，晶粒尺寸随之增大，晶粒趋近圆整，液相含量增多。在高固相区间保温时，组织经历了再结晶、合并长大和部分重熔等过程；在低固相区间保温时，组织短时间内即再结晶完全，并迅速长大，长大过程主要以Ostwald熟化机制为主。等温重熔晶粒长大公式中指数值n值取n=3更符合液固区间等温重熔的实际情况。经计算，在不同等温温度下，晶粒长大速度依次为：55.1μm3/s；295.3μm3/s；817.9μm3/s。从能量的角度考虑，结合晶粒长大公式，本文中试验材料晶粒长大的晶界移动激活能为118.6kJ/mol，基于此预测了等温温度在550℃~620℃范围内晶粒长大规律，预测结果和实际测量结果接近。
2023, 52(6):2093-2102.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220414
摘要:
本文使用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样的具有更高的残余应力,更容易产生产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。
本文使用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样的具有更高的残余应力,更容易产生产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。
2023, 52(6):2103-2110.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220427
摘要:
非晶铟镓锌氧薄膜晶体管（a-IGZO TFT）具有高场效应迁移率、高开关比等优点，在主动驱动显示技术、柔性和可穿戴电子器件领域具有巨大的应用潜力。但其电学性能稳定性差是制约大规模应用的关键问题。本文采用空心阴极增强脉冲激光沉积技术（HC-PLD）在室温制备高质量的Al2O3薄膜，作为a-IGZO TFT器件的钝化层，显著增强了Al2O3/a-IGZO TFT器件的亚阈值特性，其原因在于空心阴极引入的氧等离子体抑制了Al2O3/a-IGZO界面处氧空位的形成。进一步研究发现，针对a-IGZO薄膜的180 oC退火处理有利于消除弱结合氧并抑制深能级缺陷，提高载流子迁移率并降低阈值电压漂移；而针对Al2O3/a-IGZO TFT器件进行100 oC退火处理有助于消除其界面附近的氧空位，降低载流子浓度，改善亚阈值特性。结合两步退火工艺所制备的Al2O3/a-IGZO TFT器件迁移率高达22.8 cm2V-1s-1，亚阈值摆幅为0.6 Vdecade-1，综合电性能优异。
非晶铟镓锌氧薄膜晶体管（a-IGZO TFT）具有高场效应迁移率、高开关比等优点，在主动驱动显示技术、柔性和可穿戴电子器件领域具有巨大的应用潜力。但其电学性能稳定性差是制约大规模应用的关键问题。本文采用空心阴极增强脉冲激光沉积技术（HC-PLD）在室温制备高质量的Al2O3薄膜，作为a-IGZO TFT器件的钝化层，显著增强了Al2O3/a-IGZO TFT器件的亚阈值特性，其原因在于空心阴极引入的氧等离子体抑制了Al2O3/a-IGZO界面处氧空位的形成。进一步研究发现，针对a-IGZO薄膜的180 oC退火处理有利于消除弱结合氧并抑制深能级缺陷，提高载流子迁移率并降低阈值电压漂移；而针对Al2O3/a-IGZO TFT器件进行100 oC退火处理有助于消除其界面附近的氧空位，降低载流子浓度，改善亚阈值特性。结合两步退火工艺所制备的Al2O3/a-IGZO TFT器件迁移率高达22.8 cm2V-1s-1，亚阈值摆幅为0.6 Vdecade-1，综合电性能优异。
2023, 52(6):2111-2117.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220851
摘要:
锆铝合金是一种潜在的航天空间材料，采用真空热压烧结制备了Zr-6Al-0.1B合金，采用Gleeble-3500热模拟试验机对热压烧结Zr-6Al-0.1B合金在变形温度950 ℃～1150 ℃、应变速率0.01 s-1～1 s-1的试验条件下进行等温压缩试验。结果表明，在变形初期，应力随应变在增加急速升高，迅速达到峰值。而后，随着应变的增加应力持续减小，而不存在应力平衡阶段。随着变形温度的降低或应变速率的增加，应力-应变曲线整体向高应力区域偏移，表明热压烧结Zr-6Al-0.1B合金属于变形温度和应变速率敏感材料。构建了热压烧结Zr-6Al-0.1B合金的Johnson-Cook本构模型，对温度敏感系数D和应变速率敏感系数C进行了修正。通过模型预测值与试验值的定性和定量对比分析表明，单独修正系数C时，模型具有较高的预测精度。本研究可为热压烧结Zr-6Al-0.1B合金后续热加工工艺参数的选择提供指导，并为相应的数值模拟研究提供可靠的本构模型。
锆铝合金是一种潜在的航天空间材料，采用真空热压烧结制备了Zr-6Al-0.1B合金，采用Gleeble-3500热模拟试验机对热压烧结Zr-6Al-0.1B合金在变形温度950 ℃～1150 ℃、应变速率0.01 s-1～1 s-1的试验条件下进行等温压缩试验。结果表明，在变形初期，应力随应变在增加急速升高，迅速达到峰值。而后，随着应变的增加应力持续减小，而不存在应力平衡阶段。随着变形温度的降低或应变速率的增加，应力-应变曲线整体向高应力区域偏移，表明热压烧结Zr-6Al-0.1B合金属于变形温度和应变速率敏感材料。构建了热压烧结Zr-6Al-0.1B合金的Johnson-Cook本构模型，对温度敏感系数D和应变速率敏感系数C进行了修正。通过模型预测值与试验值的定性和定量对比分析表明，单独修正系数C时，模型具有较高的预测精度。本研究可为热压烧结Zr-6Al-0.1B合金后续热加工工艺参数的选择提供指导，并为相应的数值模拟研究提供可靠的本构模型。
2023, 52(6):2141-2146.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220399
摘要:
解决传统刀具耐磨涂层导热性差的问题。本文采用直流磁控溅射方法,在不同氮气流量下制备了(TiAlTaCrZr)N涂层,研究了不同氮含量对涂层微结构和硬度、结合力、导热等性能的影响。随着氮气流量的增加,涂层中N含量增加,涂层微观结构会由纳米晶向柱状晶转变。涂层的硬度从TiAlTaCrZr 涂层的11.0 GPa增加到5 SCCM氮流量时(TiAlTaCrZr)N 涂层的20.6 GPa。涂层在氮气流量为5 SCCM时膜基结合力可达到130 N以上,之后随着氮含量增加逐渐降低。(TiAlTaCrZr)N涂层的导热性均优于TiAlN涂层的导热性,但随着氮含量增加导热性降低。(TiAlTaCrZr)N涂层的高导热性、高结合力、高硬度等特性使其在钛合金高速切削时切削距离比TiAlN涂层提高175%,这为钛合金加工提供了一种新型耐磨涂层。
解决传统刀具耐磨涂层导热性差的问题。本文采用直流磁控溅射方法,在不同氮气流量下制备了(TiAlTaCrZr)N涂层,研究了不同氮含量对涂层微结构和硬度、结合力、导热等性能的影响。随着氮气流量的增加,涂层中N含量增加,涂层微观结构会由纳米晶向柱状晶转变。涂层的硬度从TiAlTaCrZr 涂层的11.0 GPa增加到5 SCCM氮流量时(TiAlTaCrZr)N 涂层的20.6 GPa。涂层在氮气流量为5 SCCM时膜基结合力可达到130 N以上,之后随着氮含量增加逐渐降低。(TiAlTaCrZr)N涂层的导热性均优于TiAlN涂层的导热性,但随着氮含量增加导热性降低。(TiAlTaCrZr)N涂层的高导热性、高结合力、高硬度等特性使其在钛合金高速切削时切削距离比TiAlN涂层提高175%,这为钛合金加工提供了一种新型耐磨涂层。
2023, 52(6):2147-2153.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220433
摘要:
利用强流脉冲电子束对大气等离子喷涂制备的热障涂层进行表面改性，分别对原始涂层和电子束改性涂层进行1250℃的CMAS腐蚀实验，采用XRD、SEM和EDS表征腐蚀前后原始涂层和电子束改性涂层的物相组成、微观结构和化学成分变化，对比分析原始涂层和改性涂层的CMAS腐蚀行为及影响规律。结果表明，改性涂层表面粗糙度降低，且生成了具有柱状晶的致密重熔层，涂层表面具有更好的结构稳定性及相稳定性，改性涂层经CMAS腐蚀8h后结构依然完整，涂层并未发生脱落失效，具有较好的抗CMAS腐蚀能力。
利用强流脉冲电子束对大气等离子喷涂制备的热障涂层进行表面改性，分别对原始涂层和电子束改性涂层进行1250℃的CMAS腐蚀实验，采用XRD、SEM和EDS表征腐蚀前后原始涂层和电子束改性涂层的物相组成、微观结构和化学成分变化，对比分析原始涂层和改性涂层的CMAS腐蚀行为及影响规律。结果表明，改性涂层表面粗糙度降低，且生成了具有柱状晶的致密重熔层，涂层表面具有更好的结构稳定性及相稳定性，改性涂层经CMAS腐蚀8h后结构依然完整，涂层并未发生脱落失效，具有较好的抗CMAS腐蚀能力。
2023, 52(6):2154-2160.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220403
摘要:
基于选区激光熔化技术制备了AlCoCrCuFeNi高熵合金,研究了其显微组织及800℃、1000℃和1200℃环境下的高温氧化行为,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法表征分析了氧化膜的物相组成和形貌特征。结果表明：所制备的AlCoCrCuFeNi高熵合金主要包含BCC相、BCC/B2相和少量的FCC相,显微组织为长直柱状枝晶和等轴胞晶结构组成的非平衡异质结构。AlCoCrCuFeNi高熵合金在三种温度下的高温氧化性能优异,氧化动力学曲线基本符合抛物线定律,氧化速率对温度有明显的依赖性,其随着温度的提高而增加,并且氧化反应导致氧化膜中产生了明显的空洞和裂纹,为金属元素的持续扩散提供了通道,加剧了氧化反应,所引起的剥落现象愈加严重,氧化膜主要成分为Cr2O3、Al2O3和MCr2O4尖晶石混合氧化物,较为致密的氧化膜可以有效地抑制基体受到进一步氧化,提高抗氧化性能。
基于选区激光熔化技术制备了AlCoCrCuFeNi高熵合金,研究了其显微组织及800℃、1000℃和1200℃环境下的高温氧化行为,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法表征分析了氧化膜的物相组成和形貌特征。结果表明：所制备的AlCoCrCuFeNi高熵合金主要包含BCC相、BCC/B2相和少量的FCC相,显微组织为长直柱状枝晶和等轴胞晶结构组成的非平衡异质结构。AlCoCrCuFeNi高熵合金在三种温度下的高温氧化性能优异,氧化动力学曲线基本符合抛物线定律,氧化速率对温度有明显的依赖性,其随着温度的提高而增加,并且氧化反应导致氧化膜中产生了明显的空洞和裂纹,为金属元素的持续扩散提供了通道,加剧了氧化反应,所引起的剥落现象愈加严重,氧化膜主要成分为Cr2O3、Al2O3和MCr2O4尖晶石混合氧化物,较为致密的氧化膜可以有效地抑制基体受到进一步氧化,提高抗氧化性能。
2023, 52(6):2161-2168.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220425
摘要:
NbMoTaWZr-HfC复合材料由高温强化颗粒与难熔高熵合金组成，具有高熔点特性，难以通过传统气雾化法制备球形粉末。本文采用喷雾干燥+射频等离子体球化法制备NbMoTaWZr-HfC球形粉末，并对粉末的宏观特性、物相组成和微观组织形貌进行研究和分析。结果表明，制备的复合粉末形状为球形，粒度范围为13.31-32.11 μm，D50=19.62 μm。粉末球形度、流速和松装密度分别为0.98、8.9 s/50g，7.20 g/cm3。球化后粉末由体心立方（BCC）固溶体+ZrO2+HfC物相组成，其内部组织为枝晶和胞状晶混合组织。球化后粉末颗粒整体成分均匀，但在枝晶微区存在元素偏析，其中W，Mo，Ta等高熔点元素在枝晶臂富集，Nb，Zr等低熔点元素在枝晶间富集，而Hf元素分布均匀。
NbMoTaWZr-HfC复合材料由高温强化颗粒与难熔高熵合金组成，具有高熔点特性，难以通过传统气雾化法制备球形粉末。本文采用喷雾干燥+射频等离子体球化法制备NbMoTaWZr-HfC球形粉末，并对粉末的宏观特性、物相组成和微观组织形貌进行研究和分析。结果表明，制备的复合粉末形状为球形，粒度范围为13.31-32.11 μm，D50=19.62 μm。粉末球形度、流速和松装密度分别为0.98、8.9 s/50g，7.20 g/cm3。球化后粉末由体心立方（BCC）固溶体+ZrO2+HfC物相组成，其内部组织为枝晶和胞状晶混合组织。球化后粉末颗粒整体成分均匀，但在枝晶微区存在元素偏析，其中W，Mo，Ta等高熔点元素在枝晶臂富集，Nb，Zr等低熔点元素在枝晶间富集，而Hf元素分布均匀。
2023, 52(6):2169-2175.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220439
摘要:
为了探究Cu对Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb（wt.%，下同）合金在400 ℃/1000 ppb含氧过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响。本文将Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb和Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.05Cu合金样品放入动态高压釜中进行400 ℃/10.3MPa/1000 ppb含氧过热蒸汽腐蚀试验。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段对氧化膜的显微组织以及氧化膜中各元素的价态进行分析。结果表明：微量Cu的添加改善了Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb合金的耐腐蚀性能；Cu在氧化膜中主要以Cu和Cu+形式存在；Cu的添加会促进氧化膜中的Sn和Sn2+向Sn4+和Fe2+向Fe3+的转化。从Cu的添加影响氧化膜中合金元素的氧化行为和抑制了氧化膜中孔隙和裂纹生成等角度探讨了Cu改善Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb合金耐腐蚀性能的原因。
为了探究Cu对Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb（wt.%，下同）合金在400 ℃/1000 ppb含氧过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响。本文将Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb和Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.05Cu合金样品放入动态高压釜中进行400 ℃/10.3MPa/1000 ppb含氧过热蒸汽腐蚀试验。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段对氧化膜的显微组织以及氧化膜中各元素的价态进行分析。结果表明：微量Cu的添加改善了Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb合金的耐腐蚀性能；Cu在氧化膜中主要以Cu和Cu+形式存在；Cu的添加会促进氧化膜中的Sn和Sn2+向Sn4+和Fe2+向Fe3+的转化。从Cu的添加影响氧化膜中合金元素的氧化行为和抑制了氧化膜中孔隙和裂纹生成等角度探讨了Cu改善Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb合金耐腐蚀性能的原因。
2023, 52(6):2176-2181.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220445
摘要:
针对镁合金室温强度低、塑性差的问题,采用复合挤压工艺在250 ℃对Mg-4Sn-2Al-1Zn合金进行了挤压,研究了挤压后合金的组织演变、织构及力学性能。结果表明一道次复合挤压能将Mg-4Sn-2Al-1Zn合金的晶粒尺寸由45.2 mm细化至3.1 mm,组织均匀。挤压后的合金硬度提升,均匀性改善,屈服强度、抗拉强度和断后伸长率为204 MPa、287 MPa和21.0%,较匀质态分别提高了140.0%、91.3%和156.1%。动态再结晶是晶粒细化的主要机制,晶粒细化以及挤压后基面织构增强、织构向挤压方向均匀扩展使合金强度、塑性提高,挤压过程中Mg2Sn相破碎进一步提高了合金力学性能。上述研究表明复合挤压是一种能有效提高镁合金综合性能的工艺。
针对镁合金室温强度低、塑性差的问题,采用复合挤压工艺在250 ℃对Mg-4Sn-2Al-1Zn合金进行了挤压,研究了挤压后合金的组织演变、织构及力学性能。结果表明一道次复合挤压能将Mg-4Sn-2Al-1Zn合金的晶粒尺寸由45.2 mm细化至3.1 mm,组织均匀。挤压后的合金硬度提升,均匀性改善,屈服强度、抗拉强度和断后伸长率为204 MPa、287 MPa和21.0%,较匀质态分别提高了140.0%、91.3%和156.1%。动态再结晶是晶粒细化的主要机制,晶粒细化以及挤压后基面织构增强、织构向挤压方向均匀扩展使合金强度、塑性提高,挤压过程中Mg2Sn相破碎进一步提高了合金力学性能。上述研究表明复合挤压是一种能有效提高镁合金综合性能的工艺。
2023, 52(6):2182-2188.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220473
摘要:
针对 CrCoNi中熵合金具有优异的液氮性能,但其液氮轧制后塑性较差(<8%)所带来的难加工问题,本文以电弧熔炼铸态CrCoNi中熵合金为研究对象,在液氮(77K)下对CrCoNi合金进行了3道次轧制变形,总变形量为50 %。随后,采用650 ℃、700 ℃、800 ℃三种温度,保温时间为30 min下进行退火。实验数据表明：CrCoNi中熵合金经过轧制及退火后,未发生物相结构改变,退火后,变形晶粒发生再结晶细化,并产生∑3退火孪晶,随退火温度升高,再结晶程度增加,延伸率提高,通过液氮轧制与中温短时间退火进行性能调控,可获得强度与韧性匹配的性能,并提高了热处理工艺效率。
针对 CrCoNi中熵合金具有优异的液氮性能,但其液氮轧制后塑性较差(<8%)所带来的难加工问题,本文以电弧熔炼铸态CrCoNi中熵合金为研究对象,在液氮(77K)下对CrCoNi合金进行了3道次轧制变形,总变形量为50 %。随后,采用650 ℃、700 ℃、800 ℃三种温度,保温时间为30 min下进行退火。实验数据表明：CrCoNi中熵合金经过轧制及退火后,未发生物相结构改变,退火后,变形晶粒发生再结晶细化,并产生∑3退火孪晶,随退火温度升高,再结晶程度增加,延伸率提高,通过液氮轧制与中温短时间退火进行性能调控,可获得强度与韧性匹配的性能,并提高了热处理工艺效率。
2023, 52(6):2189-2195.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220451
摘要:
熔融氧化是一种冶金渣绿色处理工艺,近年来受到越来越多的关注。本文研究了富铁熔融镍渣在空气气氛下的等温氧化动力学行为。利用高温激光共聚焦显微镜(HT-CLSM)确定三元碱度0.6调质镍渣的实际熔融温度(液相线温度)为1488℃。通过管式炉等温氧化实验,获取1500~1575 ℃温度下熔融镍渣氧化过程Fe2+浓度-时间曲线,采用微分法和Arrhenius方程计算出熔渣中Fe2+的氧化反应级数为1.45~1.26,表观活化能为286.83 kJ/mol,明确熔融镍渣氧化动力学主要受扩散传质控速。基于双膜理论和渗透理论,估算出1500~1575 ℃熔渣中氧的扩散系数分别为2.02′10-9 m2/s ~ 4.42′10-9 m2/s和0.50′10-9 m2/s ~ 2.19′10-9 m2/s，双膜理论估算出的氧扩散系数更具参考意义。
熔融氧化是一种冶金渣绿色处理工艺,近年来受到越来越多的关注。本文研究了富铁熔融镍渣在空气气氛下的等温氧化动力学行为。利用高温激光共聚焦显微镜(HT-CLSM)确定三元碱度0.6调质镍渣的实际熔融温度(液相线温度)为1488℃。通过管式炉等温氧化实验,获取1500~1575 ℃温度下熔融镍渣氧化过程Fe2+浓度-时间曲线,采用微分法和Arrhenius方程计算出熔渣中Fe2+的氧化反应级数为1.45~1.26,表观活化能为286.83 kJ/mol,明确熔融镍渣氧化动力学主要受扩散传质控速。基于双膜理论和渗透理论,估算出1500~1575 ℃熔渣中氧的扩散系数分别为2.02′10-9 m2/s ~ 4.42′10-9 m2/s和0.50′10-9 m2/s ~ 2.19′10-9 m2/s，双膜理论估算出的氧扩散系数更具参考意义。
2023, 52(6):2196-2204.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220486
摘要:
本文对CuCrZr铜合金在300℃和400℃开展了阶梯疲劳试验研究，从循环应变幅、平均应变、平均应变率和能量耗散率等方面研究其循环塑性行为。研究发现，CuCrZr铜合金的循环软硬化特征以及棘轮效应受到温度与循环应力的共同作用，温度越高，更易发生循环软化现象，同时棘轮效应也更加显著。基于对CuCrZr铜合金高温拉伸断裂能与高温阶梯疲劳总耗散能的对比发现，两者均与温度相关，因此将高温拉伸断裂能作为温度补偿参数，提出了一种基于能量法的线性损伤疲劳寿命预测模型，对CuCrZr铜合金高温阶梯疲劳寿命进行了预测。最后，基于断口分析分析了CuCrZr铜合金与温度相关的失效机理：在较低的温度下容易发生疲劳裂纹失效，而随着温度的升高，更易发生棘轮应变累积的韧性失效。
本文对CuCrZr铜合金在300℃和400℃开展了阶梯疲劳试验研究，从循环应变幅、平均应变、平均应变率和能量耗散率等方面研究其循环塑性行为。研究发现，CuCrZr铜合金的循环软硬化特征以及棘轮效应受到温度与循环应力的共同作用，温度越高，更易发生循环软化现象，同时棘轮效应也更加显著。基于对CuCrZr铜合金高温拉伸断裂能与高温阶梯疲劳总耗散能的对比发现，两者均与温度相关，因此将高温拉伸断裂能作为温度补偿参数，提出了一种基于能量法的线性损伤疲劳寿命预测模型，对CuCrZr铜合金高温阶梯疲劳寿命进行了预测。最后，基于断口分析分析了CuCrZr铜合金与温度相关的失效机理：在较低的温度下容易发生疲劳裂纹失效，而随着温度的升高，更易发生棘轮应变累积的韧性失效。
2023, 52(6):2205-2211.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220491
摘要:
为了平衡钛基复合材料(Titanium matrix composites, TMCs)的强度和延展性,本文通过电泳沉积将氧化石墨烯(Graphene oxides, GOs)沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结(Spark plasma sintering, SPS)制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间TiC的含量增加；复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度(Ultimate tensile strength, UTS)为555 MPa,伸长率(Elongation, δ)为15%；退火态材料的UTS为568 MPa,δ为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。
为了平衡钛基复合材料(Titanium matrix composites, TMCs)的强度和延展性,本文通过电泳沉积将氧化石墨烯(Graphene oxides, GOs)沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结(Spark plasma sintering, SPS)制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间TiC的含量增加；复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度(Ultimate tensile strength, UTS)为555 MPa,伸长率(Elongation, δ)为15%；退火态材料的UTS为568 MPa,δ为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。
2023, 52(6):2220-2226.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220485
摘要:
Sm2Fe17合金是Sm2Fe17Nx稀土永磁材料的前驱体材料,然而由于Sm的沸点与Fe的熔点接近,导致真空熔炼很难保证Sm2Fe17合金的纯净度,这直接影响着Sm2Fe17Nx在磁性能方面的表现,本研究通过熔盐电解法成功解决了这一问题。本研究选择在LiF-CaF2-SmF3熔盐体系中,1160℃下通过恒电流法在Fe阴极表面获得了不同厚度(17.22 μm~40.34 μm)的Sm2Fe17合金层,同时通过循环伏安法与方波伏安法研究了研究Sm3+在W与Fe阴极上的电化学行为,发现Sm3+无法单独沉积于W电极上,Sm3+在铁阴极上的还原为Sm0分为两步,首先在-0.33 V vs. Cr/Cr2O3发生Sm3+还原为Sm2+的可溶-可溶型反应,然后当电极电势超过-0.78 V vs. Cr/Cr2O3时Sm2+开始在阴极界面处上发生欠电势还原,在Fe电极表面生成Sm2Fe17合金,这是由于在Sm2Fe17合金中降低了Sm元素的活度,使钐元素在Sm-Fe合金中更加稳定。
Sm2Fe17合金是Sm2Fe17Nx稀土永磁材料的前驱体材料,然而由于Sm的沸点与Fe的熔点接近,导致真空熔炼很难保证Sm2Fe17合金的纯净度,这直接影响着Sm2Fe17Nx在磁性能方面的表现,本研究通过熔盐电解法成功解决了这一问题。本研究选择在LiF-CaF2-SmF3熔盐体系中,1160℃下通过恒电流法在Fe阴极表面获得了不同厚度(17.22 μm~40.34 μm)的Sm2Fe17合金层,同时通过循环伏安法与方波伏安法研究了研究Sm3+在W与Fe阴极上的电化学行为,发现Sm3+无法单独沉积于W电极上,Sm3+在铁阴极上的还原为Sm0分为两步,首先在-0.33 V vs. Cr/Cr2O3发生Sm3+还原为Sm2+的可溶-可溶型反应,然后当电极电势超过-0.78 V vs. Cr/Cr2O3时Sm2+开始在阴极界面处上发生欠电势还原,在Fe电极表面生成Sm2Fe17合金,这是由于在Sm2Fe17合金中降低了Sm元素的活度,使钐元素在Sm-Fe合金中更加稳定。
2023, 52(6):2227-2235.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220703
摘要:
为提高纳米金属陶瓷复合沉积层性能，采用多步电沉积工艺在合金钢表面制备 Ni-TiN-GO(氧化石墨烯)复合沉积层，分析其组织结构、成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性，确定最适宜的多步电沉积工艺，在此基础上对沉积层进行后处理， 探究后处理对沉积层耐蚀性的影响。结果表明:三步电沉积工艺获得的沉积层组织性能最好，沉积层与基体结合紧密，厚度为 24.6μm，表面均匀致密，晶粒尺寸约为 20nm，晶粒表现为(111)和(200)晶面双择优取向;沉积层显微硬度为 2249.44HV， 摩擦系数为 0.8，磨损机制以微弱磨粒磨损为主;Tafel 极化曲线测试表明，三步电沉积层自腐蚀电位为-0.677V，自腐蚀电流 密度为 1.71×10-5A·cm-2，96h 盐雾试验后，沉积层表面无明显变化;后处理后，三步电沉积层自腐蚀电位正移 60mV，自腐蚀电流密度下降一个数量级。
为提高纳米金属陶瓷复合沉积层性能，采用多步电沉积工艺在合金钢表面制备 Ni-TiN-GO(氧化石墨烯)复合沉积层，分析其组织结构、成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性，确定最适宜的多步电沉积工艺，在此基础上对沉积层进行后处理， 探究后处理对沉积层耐蚀性的影响。结果表明:三步电沉积工艺获得的沉积层组织性能最好，沉积层与基体结合紧密，厚度为 24.6μm，表面均匀致密，晶粒尺寸约为 20nm，晶粒表现为(111)和(200)晶面双择优取向;沉积层显微硬度为 2249.44HV， 摩擦系数为 0.8，磨损机制以微弱磨粒磨损为主;Tafel 极化曲线测试表明，三步电沉积层自腐蚀电位为-0.677V，自腐蚀电流 密度为 1.71×10-5A·cm-2，96h 盐雾试验后，沉积层表面无明显变化;后处理后，三步电沉积层自腐蚀电位正移 60mV，自腐蚀电流密度下降一个数量级。
2023, 52(6):2236-2242.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220395
摘要:
高效、稳定光催化材料的开发是光催化技术应用的关键，以尿素、硝酸铋和溴化钾等为原料，通过一步水热法制备了BiOBr/g-C3N4（Bix/CN）光催化剂，结合紫外-可见吸收光谱结果计算出BiOBr 和g-C3N4的导带位置在 0.52eV和-1.1eV，价带位置在3.38eV and 1.55eV处，光电催化及荧光测试中Bix/CN表现出较高的光电流和较低的电荷转移电阻，说明复合可有效降低光催化材料中电子-空穴的复合率，其中Bi3/CN在可见光辐射10min下，对水溶液中罗丹明B的总去除率可达到81.35%，循环使用5次后对RhB的总去除率仅下降了6%。复合材料光催化效率的提高主要依赖于两种二维单体的有效耦合，光电催化和自由基捕获实验结果表明，g-C3N4导带上活性物种?O2?的有效生成是复合材料光催化性能提高的本质原因。
高效、稳定光催化材料的开发是光催化技术应用的关键，以尿素、硝酸铋和溴化钾等为原料，通过一步水热法制备了BiOBr/g-C3N4（Bix/CN）光催化剂，结合紫外-可见吸收光谱结果计算出BiOBr 和g-C3N4的导带位置在 0.52eV和-1.1eV，价带位置在3.38eV and 1.55eV处，光电催化及荧光测试中Bix/CN表现出较高的光电流和较低的电荷转移电阻，说明复合可有效降低光催化材料中电子-空穴的复合率，其中Bi3/CN在可见光辐射10min下，对水溶液中罗丹明B的总去除率可达到81.35%，循环使用5次后对RhB的总去除率仅下降了6%。复合材料光催化效率的提高主要依赖于两种二维单体的有效耦合，光电催化和自由基捕获实验结果表明，g-C3N4导带上活性物种?O2?的有效生成是复合材料光催化性能提高的本质原因。
2023, 52(6):2253-2263.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220430
摘要:
B2-CuZr相增强非晶合金因增强相特殊的“相变诱导塑性”而表现出优于传统增强相的综合力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一。然而原位自生B2-CuZr相的含量、尺寸及其分布难以调控,且铸造过程中易发生共析分解,限制了此类材料的应用范围。通过铸造工艺控制、合金成分调控及后处理等方法可有效解决上述问题。本文将对B2-CuZr相增强非晶复合材料的组织特点、增强机制及复合组织调控方法等方面进行综述,并对其未来发展进行简要展望。
B2-CuZr相增强非晶合金因增强相特殊的“相变诱导塑性”而表现出优于传统增强相的综合力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一。然而原位自生B2-CuZr相的含量、尺寸及其分布难以调控,且铸造过程中易发生共析分解,限制了此类材料的应用范围。通过铸造工艺控制、合金成分调控及后处理等方法可有效解决上述问题。本文将对B2-CuZr相增强非晶复合材料的组织特点、增强机制及复合组织调控方法等方面进行综述,并对其未来发展进行简要展望。
2023, 52(6):2264-2277.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220422
摘要:
钐铁氮化合物（Sm2Fe17N3）因具有比钕铁硼（Nd2Fe14B）更高的磁晶各向异性场和居里温度值及更少的稀土含量，成为新型稀土永磁材料研究热点。但是，由于钐铁氮在600 ℃左右会分解导致永磁性能消失，因此常规的高温烧结工艺并不适用于钐铁氮烧结磁体的制备，现只能将其与高分子材料复合用作塑磁材料，这就导致Sm2Fe17N3的磁学性能无法得到充分发挥。因此，开发低温成型工艺制备全金属高密度块状磁体是获取高性能钐铁氮磁体的关键。经过30多年的努力，科研人员已开发出多种制备钐铁氮磁体的低温快速成型工艺，并获得最大磁能积达到25 MGOe的高性能磁体。本文将从磁体的制备方法出发，总结当前块状钐铁氮磁体的研究现状及面临的问题，尤其针对不同成型方法出现矫顽力下降的现象提出分析，并对其今后的发展做出展望。
钐铁氮化合物（Sm2Fe17N3）因具有比钕铁硼（Nd2Fe14B）更高的磁晶各向异性场和居里温度值及更少的稀土含量，成为新型稀土永磁材料研究热点。但是，由于钐铁氮在600 ℃左右会分解导致永磁性能消失，因此常规的高温烧结工艺并不适用于钐铁氮烧结磁体的制备，现只能将其与高分子材料复合用作塑磁材料，这就导致Sm2Fe17N3的磁学性能无法得到充分发挥。因此，开发低温成型工艺制备全金属高密度块状磁体是获取高性能钐铁氮磁体的关键。经过30多年的努力，科研人员已开发出多种制备钐铁氮磁体的低温快速成型工艺，并获得最大磁能积达到25 MGOe的高性能磁体。本文将从磁体的制备方法出发，总结当前块状钐铁氮磁体的研究现状及面临的问题，尤其针对不同成型方法出现矫顽力下降的现象提出分析，并对其今后的发展做出展望。
2023, 52(6):2278-2286.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220444
摘要:
电子束选区熔化成型件经历了复杂热历史,从而产生多尺度微观结构,热历史数据对于分析微观组织形成有重大作用。复杂的微熔池冶金行为导致温度-时间-空间数据难以通过实验手段获得,数值模拟技术作为一种新的技术手段,为解决该问题提供了新思路。本文从温度场数学理论基础、仿真流程、热-力耦合模拟、熔池热力学模拟、及热缺陷机制几个方面综述了电子束选区熔化热行为数值模拟的研究现状,对电子束选区熔化热行为数值模拟存在的挑战和未来前景展开了论述。
电子束选区熔化成型件经历了复杂热历史,从而产生多尺度微观结构,热历史数据对于分析微观组织形成有重大作用。复杂的微熔池冶金行为导致温度-时间-空间数据难以通过实验手段获得,数值模拟技术作为一种新的技术手段,为解决该问题提供了新思路。本文从温度场数学理论基础、仿真流程、热-力耦合模拟、熔池热力学模拟、及热缺陷机制几个方面综述了电子束选区熔化热行为数值模拟的研究现状,对电子束选区熔化热行为数值模拟存在的挑战和未来前景展开了论述。
2023, 52(6):2287-2295.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220410
摘要:
铼具有优异的物理力学性能,作为功能材料及超高温结构材料获得广泛应用。铼材料的制备方法有多种,化学气相沉积(CVD)是其主要的制备技术方法之一。本文简要介绍了化学气相沉积制备铼材料的反应类型、沉积条件及沉积效果,综述了CVD Re材料的沉积动力学、组织结构特征、力学性能的研究现状和典型应用,并与粉末冶金铼进行了对比分析。最后指出了目前CVD Re材料研究亟待解决的关键问题,并对进一步研究的方向和推广应用前景进行了展望。
铼具有优异的物理力学性能,作为功能材料及超高温结构材料获得广泛应用。铼材料的制备方法有多种,化学气相沉积(CVD)是其主要的制备技术方法之一。本文简要介绍了化学气相沉积制备铼材料的反应类型、沉积条件及沉积效果,综述了CVD Re材料的沉积动力学、组织结构特征、力学性能的研究现状和典型应用,并与粉末冶金铼进行了对比分析。最后指出了目前CVD Re材料研究亟待解决的关键问题,并对进一步研究的方向和推广应用前景进行了展望。
2023, 52(6):2296-2301.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220737
摘要:
难熔金属型含能结构材料(ESMs)具有良好的力学性能和优异的冲击释能特性,但由于组元熔点高,利用传统的熔炼铸造法难以制备出大尺寸无缺陷铸件。本文利用等离子旋转电极雾化制粉技术制备出Ti-Zr-Ta难熔合金粉末,结合激光金属沉积(LMD)技术制备了Ti-Zr-Ta难熔金属型ESMs,并对其组织结构、力学性能和冲击释能特性进行研究。结果表明,利用LMD技术可实现Ti-Zr-Ta难熔金属型ESMs的致密化成型,合金致密度达到98.75 %,具有良好的力学性能,其准静态抗拉强度达到1202 MPa。弹道枪实验表明,在1202 m/s的冲击速度下,激光金属沉积Ti-Zr-Ta合金在27 L密闭靶箱内可产生0.144 MPa的准静态压力,释能特性优良。
难熔金属型含能结构材料(ESMs)具有良好的力学性能和优异的冲击释能特性,但由于组元熔点高,利用传统的熔炼铸造法难以制备出大尺寸无缺陷铸件。本文利用等离子旋转电极雾化制粉技术制备出Ti-Zr-Ta难熔合金粉末,结合激光金属沉积(LMD)技术制备了Ti-Zr-Ta难熔金属型ESMs,并对其组织结构、力学性能和冲击释能特性进行研究。结果表明,利用LMD技术可实现Ti-Zr-Ta难熔金属型ESMs的致密化成型,合金致密度达到98.75 %,具有良好的力学性能,其准静态抗拉强度达到1202 MPa。弹道枪实验表明,在1202 m/s的冲击速度下,激光金属沉积Ti-Zr-Ta合金在27 L密闭靶箱内可产生0.144 MPa的准静态压力,释能特性优良。
