2024年第0卷第12期文章目次
2024, 53(12):3338-3347.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240102
摘要:
研究了多向压缩道次对ZK60镁合金组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明，铸态ZK60镁合金枝晶偏析较为严重，晶界处分布着粗大的MgZn相。当压缩道次增加到9道次时，晶界处的粗大凝固相显著细化，并发生回溶，大晶粒周围的局部区域出现细小的再结晶晶粒，并在再结晶晶粒周围析出细小弥散的纳米相。随着压缩道次的增加，ZK60镁合金的抗拉伸强度总体呈上升趋势，压缩率呈下降趋势，9道次时抗压强度为433.6 MPa，压缩率为21.3%。多向压缩可显著降低ZK60镁合金在模拟体液中的降解率，对于铸态ZK60镁合金，微观偏析容易导致严重的晶内局部腐蚀，但是经过多向压缩后，晶内局部腐蚀倾向明显减弱。
研究了多向压缩道次对ZK60镁合金组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明，铸态ZK60镁合金枝晶偏析较为严重，晶界处分布着粗大的MgZn相。当压缩道次增加到9道次时，晶界处的粗大凝固相显著细化，并发生回溶，大晶粒周围的局部区域出现细小的再结晶晶粒，并在再结晶晶粒周围析出细小弥散的纳米相。随着压缩道次的增加，ZK60镁合金的抗拉伸强度总体呈上升趋势，压缩率呈下降趋势，9道次时抗压强度为433.6 MPa，压缩率为21.3%。多向压缩可显著降低ZK60镁合金在模拟体液中的降解率，对于铸态ZK60镁合金，微观偏析容易导致严重的晶内局部腐蚀，但是经过多向压缩后，晶内局部腐蚀倾向明显减弱。
2024, 53(12):3281-3290.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240097
摘要:
通过激光沉积在近α钛合金基板上制备了不同比例的预混合近α钛合金和Ti2AlNb合金粉末，并对2种粉末的微观组织演变和结构特征进行了分析和讨论。结果表明，Ti2AlNb含量在40%（质量分数，下同）以上的激光沉积预混合钛合金粉末的等轴B2晶粒内形成了许多河流状亚晶粒结构，而Ti2AlNb含量在40%以下的粗柱状β晶粒内则呈现针状结构。值得注意的是，降低激光功率和扫描速度可以促进亚晶粒结构的形成。基于实验结果的分析可以推断出，这种亚晶粒结构的形成不仅与亚晶界成分微偏析导致的O相析出有关，还与激光沉积过程中内应力诱导的堆垛层错密不可分。
通过激光沉积在近α钛合金基板上制备了不同比例的预混合近α钛合金和Ti2AlNb合金粉末，并对2种粉末的微观组织演变和结构特征进行了分析和讨论。结果表明，Ti2AlNb含量在40%（质量分数，下同）以上的激光沉积预混合钛合金粉末的等轴B2晶粒内形成了许多河流状亚晶粒结构，而Ti2AlNb含量在40%以下的粗柱状β晶粒内则呈现针状结构。值得注意的是，降低激光功率和扫描速度可以促进亚晶粒结构的形成。基于实验结果的分析可以推断出，这种亚晶粒结构的形成不仅与亚晶界成分微偏析导致的O相析出有关，还与激光沉积过程中内应力诱导的堆垛层错密不可分。
2024, 53(12):3291-3298.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240023
摘要:
建立了一个二维瞬态数学模型，分别描述了水平电极稀土电解槽中阳极气泡动力学和气泡诱导的电解液运动。结果表明，随着阳极倾斜角度的增大，阳极气泡厚度逐渐增大。此外，与常规阳极相比，倾斜和倒角阳极有利于缩短气泡长度，提高气泡速度。同时，电解槽内气泡诱导的电解质运动可以改善稀土氟氧化物的分布和运动过程，从而提高电流效率。最后，基于电解液流动提出了一种新型的加料方式。
建立了一个二维瞬态数学模型，分别描述了水平电极稀土电解槽中阳极气泡动力学和气泡诱导的电解液运动。结果表明，随着阳极倾斜角度的增大，阳极气泡厚度逐渐增大。此外，与常规阳极相比，倾斜和倒角阳极有利于缩短气泡长度，提高气泡速度。同时，电解槽内气泡诱导的电解质运动可以改善稀土氟氧化物的分布和运动过程，从而提高电流效率。最后，基于电解液流动提出了一种新型的加料方式。
2024, 53(12):3299-3305.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240043
摘要:
利用新型双级高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）技术在不同沉积时间条件下制备TiN镀层，分析不同镀层生长阶段其微观结构与应力状态对镀层力学、摩擦、耐腐蚀等服役性能的影响。结果表明，随着沉积时间由30 min增加至120 min，TiN镀层表面结构均呈大小颗粒紧密掺杂的圆胞状结构，始终保持沉积-结晶-生长的原子堆积增厚机制；当沉积时间由90 min（镀层厚度3884 nm）增加至120 min（镀层厚度4456 nm）时，镀层应力状态出现压-拉转变。当沉积时间为90 min时，TiN镀层结构致密且受到较小的压应力（-0.54 GPa），镀层具有较高的硬度与弹性模量（27.5、340.2 GPa）、较好的摩擦学性能（平均摩擦系数0.52，最小磨损率1.68×10-4 g/s）及较好的耐腐蚀性能（最小腐蚀电流密度1.0632×10-8 A·cm-2、最小腐蚀速率5.5226×10-5 mm·A-1）。
利用新型双级高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）技术在不同沉积时间条件下制备TiN镀层，分析不同镀层生长阶段其微观结构与应力状态对镀层力学、摩擦、耐腐蚀等服役性能的影响。结果表明，随着沉积时间由30 min增加至120 min，TiN镀层表面结构均呈大小颗粒紧密掺杂的圆胞状结构，始终保持沉积-结晶-生长的原子堆积增厚机制；当沉积时间由90 min（镀层厚度3884 nm）增加至120 min（镀层厚度4456 nm）时，镀层应力状态出现压-拉转变。当沉积时间为90 min时，TiN镀层结构致密且受到较小的压应力（-0.54 GPa），镀层具有较高的硬度与弹性模量（27.5、340.2 GPa）、较好的摩擦学性能（平均摩擦系数0.52，最小磨损率1.68×10-4 g/s）及较好的耐腐蚀性能（最小腐蚀电流密度1.0632×10-8 A·cm-2、最小腐蚀速率5.5226×10-5 mm·A-1）。
2024, 53(12):3306-3312.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240067
摘要:
采用阴极等离子体电沉积法制备了不同贵金属掺杂氧化铝涂层。结果表明，贵金属掺杂氧化铝制备的涂层孔隙率降低（特别是Al2O3-Ru），涂层的耐高温循环氧化性能和抗剥落性能均有所提升。Al2O3-Ru复合涂层的效果更好，平均氧化速率值K和平均氧化物碎裂量G最小。同时，利用能斯特方程解释了贵金属和氧化铝同时沉积的原因，对沉积的整个过程和机理进行了分析和探讨。
采用阴极等离子体电沉积法制备了不同贵金属掺杂氧化铝涂层。结果表明，贵金属掺杂氧化铝制备的涂层孔隙率降低（特别是Al2O3-Ru），涂层的耐高温循环氧化性能和抗剥落性能均有所提升。Al2O3-Ru复合涂层的效果更好，平均氧化速率值K和平均氧化物碎裂量G最小。同时，利用能斯特方程解释了贵金属和氧化铝同时沉积的原因，对沉积的整个过程和机理进行了分析和探讨。
2024, 53(12):3313-3320.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240091
摘要:
研究了室温轧制后不同变形量（20%、50%、70%）下的Inconel 617合金微观组织特征和力学性能变化。采用电子背散射衍射、X射线衍射分析了轧制过程中Inconel 617合金的晶粒细化机制和主要织构种类，并且对不同变形量下的Inconel 617合金的显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明：在轧制变形过程中，Inconel 617合金晶粒发生细化，细化的机制是位错密度和应变梯度增大导致的原有晶粒破碎。轧制试样主要织构为高斯{011}<001>、旋转高斯{110}<110>、黄铜{011}<211>和P织构{011}<112>，并且随着变形程度的增大，剪切织构逐渐增强。轧制变形后，晶粒细化和位错强化共同提高了Inconel 617合金的强度，降低了塑性。综合来看，在20%的变形量时，Inconel 617合金的屈服强度和韧性分别为772.48 MPa和0.1962，具有较好的协同效果。
研究了室温轧制后不同变形量（20%、50%、70%）下的Inconel 617合金微观组织特征和力学性能变化。采用电子背散射衍射、X射线衍射分析了轧制过程中Inconel 617合金的晶粒细化机制和主要织构种类，并且对不同变形量下的Inconel 617合金的显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明：在轧制变形过程中，Inconel 617合金晶粒发生细化，细化的机制是位错密度和应变梯度增大导致的原有晶粒破碎。轧制试样主要织构为高斯{011}<001>、旋转高斯{110}<110>、黄铜{011}<211>和P织构{011}<112>，并且随着变形程度的增大，剪切织构逐渐增强。轧制变形后，晶粒细化和位错强化共同提高了Inconel 617合金的强度，降低了塑性。综合来看，在20%的变形量时，Inconel 617合金的屈服强度和韧性分别为772.48 MPa和0.1962，具有较好的协同效果。
2024, 53(12):3321-3328.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240249
摘要:
对镁合金表面进行激光加工改性，通过观察羊肋骨表面形貌，确定激光刻蚀形貌为沟槽。通过接触角测试，探究镁合金表面不同形貌的润湿性。通过细胞粘附试验，探究不同形貌的镁合金表面对细胞粘附、生长、迁移的影响。结果表明，田形形貌润湿角比沟槽形貌小，田形形貌的镁合金表面有更好的亲水性；与光滑表面相比，田形表面细胞附着性好，凹陷及凸起处均铺满细胞，这说明经过激光加工处理获得的显微图案有利于生物相容性的提高。
对镁合金表面进行激光加工改性，通过观察羊肋骨表面形貌，确定激光刻蚀形貌为沟槽。通过接触角测试，探究镁合金表面不同形貌的润湿性。通过细胞粘附试验，探究不同形貌的镁合金表面对细胞粘附、生长、迁移的影响。结果表明，田形形貌润湿角比沟槽形貌小，田形形貌的镁合金表面有更好的亲水性；与光滑表面相比，田形表面细胞附着性好，凹陷及凸起处均铺满细胞，这说明经过激光加工处理获得的显微图案有利于生物相容性的提高。
2024, 53(12):3329-3337.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240001
摘要:
采用放电等离子烧结技术对TiAl合金和BN纳米片混合粉末在1300 ℃下进行烧结，原位合成了TiB2-Ti2AlN/TiAl复合材料，并对TiAl复合材料的显微组织演变和室温力学性能进行了研究。结果表明，添加低含量BN纳米片的TiAl复合材料为全片层组织，而添加高含量BN纳米片的TiAl复合材料向近片层组织转变。此外，原位合成的TiB2-Ti2AlN颗粒均匀分布在片层团晶界处，显著细化了复合材料组织。当添加质量分数为0.5%的BN纳米片时，TiB2-Ti2AlN颗粒在片层团晶界处形成连续核壳结构。室温压缩和摩擦磨损结果表明，随着BN纳米片质量分数从0%增加到1%，TiAl复合材料的显微硬度和抗压缩强度显著提高，摩擦磨损系数从0.59降低到0.47，磨损率降低了29.9%。TiAl复合材料优异的力学性能主要归因于原位析出的TiB2-Ti2AlN颗粒、细化的显微组织和核壳结构所产生的强化效应。
采用放电等离子烧结技术对TiAl合金和BN纳米片混合粉末在1300 ℃下进行烧结，原位合成了TiB2-Ti2AlN/TiAl复合材料，并对TiAl复合材料的显微组织演变和室温力学性能进行了研究。结果表明，添加低含量BN纳米片的TiAl复合材料为全片层组织，而添加高含量BN纳米片的TiAl复合材料向近片层组织转变。此外，原位合成的TiB2-Ti2AlN颗粒均匀分布在片层团晶界处，显著细化了复合材料组织。当添加质量分数为0.5%的BN纳米片时，TiB2-Ti2AlN颗粒在片层团晶界处形成连续核壳结构。室温压缩和摩擦磨损结果表明，随着BN纳米片质量分数从0%增加到1%，TiAl复合材料的显微硬度和抗压缩强度显著提高，摩擦磨损系数从0.59降低到0.47，磨损率降低了29.9%。TiAl复合材料优异的力学性能主要归因于原位析出的TiB2-Ti2AlN颗粒、细化的显微组织和核壳结构所产生的强化效应。
2024, 53(12):3348-3357.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240011
摘要:
研究了核壳结构磁性纳米粒子的制备方法，重点阐述了溶胶凝胶法、微乳液法、自组装技术的制备原理机制，探讨了近年来关于核壳结构在精密加工方面的相关研究进展。利用溶胶凝胶法制备了Fe3O4@SiO2复合粒子，并将其应用于钛合金板材的磁流变抛光中。结果表明，与传统磨粒相比，核壳结构磨粒加工后可获得更高的表面质量。经过20 min抛光后，工件面粗糙度达到了23 nm，并且有效地减少了划痕。最后，对核壳结构纳米粒子的制备和应用进行了总结和展望，为核壳结构纳米粒子进一步研究提供参考。
研究了核壳结构磁性纳米粒子的制备方法，重点阐述了溶胶凝胶法、微乳液法、自组装技术的制备原理机制，探讨了近年来关于核壳结构在精密加工方面的相关研究进展。利用溶胶凝胶法制备了Fe3O4@SiO2复合粒子，并将其应用于钛合金板材的磁流变抛光中。结果表明，与传统磨粒相比，核壳结构磨粒加工后可获得更高的表面质量。经过20 min抛光后，工件面粗糙度达到了23 nm，并且有效地减少了划痕。最后，对核壳结构纳米粒子的制备和应用进行了总结和展望，为核壳结构纳米粒子进一步研究提供参考。
2024, 53(12):3358-3372.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240059
摘要:
半固态成形技术是铝合金铸造成形的一个重要方法，使用半固态成形技术加工的产品具有凝固收缩小、铸件尺寸精度高、成形速度快、生产率高、铸件力学性能好等优点。半固态成形加工的铝合金产品可以进行热处理，且热处理后产品的力学性能接近于钢，但是拥有比钢更轻的质量，在很多领域得到了广泛应用。半固态浆料制备技术是铝合金半固态成形的关键技术之一，决定了半固态成形的产业化应用，同时也对铝合金产品半固态成形质量有很大影响。随着半固态制浆技术的不断发展，铝合金半固态成形技术成为了金属制品加工领域的一项新兴技术。综述了多种铝合金半固态浆料制备技术的原理、特点，比较分析了各种半固态制浆方法的优缺点，并对其未来发展趋势进行了探讨。
半固态成形技术是铝合金铸造成形的一个重要方法，使用半固态成形技术加工的产品具有凝固收缩小、铸件尺寸精度高、成形速度快、生产率高、铸件力学性能好等优点。半固态成形加工的铝合金产品可以进行热处理，且热处理后产品的力学性能接近于钢，但是拥有比钢更轻的质量，在很多领域得到了广泛应用。半固态浆料制备技术是铝合金半固态成形的关键技术之一，决定了半固态成形的产业化应用，同时也对铝合金产品半固态成形质量有很大影响。随着半固态制浆技术的不断发展，铝合金半固态成形技术成为了金属制品加工领域的一项新兴技术。综述了多种铝合金半固态浆料制备技术的原理、特点，比较分析了各种半固态制浆方法的优缺点，并对其未来发展趋势进行了探讨。
