2024年第53卷第1期文章目次
2024, 53(1):1-7.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230842
摘要:
采用差示扫描量热法、X射线衍射和热力学分析研究了Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵金属玻璃（HEMG）的热稳定性和热力学性能。结果表明，与其他经典贵金属基金属玻璃相比，Pd20Pt20Cu20Ni20P20 HEMG具有相当的性能和鲜明的特点。
采用差示扫描量热法、X射线衍射和热力学分析研究了Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵金属玻璃（HEMG）的热稳定性和热力学性能。结果表明，与其他经典贵金属基金属玻璃相比，Pd20Pt20Cu20Ni20P20 HEMG具有相当的性能和鲜明的特点。
2024, 53(1):8-16.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230569
摘要:
为提高金属玻璃的热稳定性并获得大过冷液相区，研究了成分为Zr65-x(Al0.21Ni0.29Cu0.04Ag0.46)35+x（x=0，7.5，15.0，22.5）的金属玻璃，重点分析了组分浓度对合金热稳定性、热诱导沉淀相以及力学性能的影响。结果表明，随着合金组分浓度的增加，非晶漫散射峰的峰位向更高角度偏移，出现了玻璃转变现象。随着玻璃转变温度（Tg）和晶化温度（Tx）增加，液相线温度（Tl）降低，导致Tx和Tg之间的温度差（ΔTx）减小，约化玻璃转变温度（Trg）增大。此外，形核激活能（Ex）和长大激活能（Ep1）随着溶质浓度的增加而增加。初晶从四方Zr2Ni、Zr2(Cu, Ag)、ZrAg和六方Zr5Al3相的组合转变为单一四方ZrAg相，维氏硬度呈现出增加的趋势。通过研究，发现了具有141 K过冷液相区（ΔTx）和高热稳定性的新型金属玻璃Zr65-x(Al0.21Ni0.29Cu0.04Ag0.46)35+x（x=7.5），且具有较强的抵抗晶化的特性。本研究采用的多组元替换策略对提高金属玻璃的热稳定性具有重要意义。
为提高金属玻璃的热稳定性并获得大过冷液相区，研究了成分为Zr65-x(Al0.21Ni0.29Cu0.04Ag0.46)35+x（x=0，7.5，15.0，22.5）的金属玻璃，重点分析了组分浓度对合金热稳定性、热诱导沉淀相以及力学性能的影响。结果表明，随着合金组分浓度的增加，非晶漫散射峰的峰位向更高角度偏移，出现了玻璃转变现象。随着玻璃转变温度（Tg）和晶化温度（Tx）增加，液相线温度（Tl）降低，导致Tx和Tg之间的温度差（ΔTx）减小，约化玻璃转变温度（Trg）增大。此外，形核激活能（Ex）和长大激活能（Ep1）随着溶质浓度的增加而增加。初晶从四方Zr2Ni、Zr2(Cu, Ag)、ZrAg和六方Zr5Al3相的组合转变为单一四方ZrAg相，维氏硬度呈现出增加的趋势。通过研究，发现了具有141 K过冷液相区（ΔTx）和高热稳定性的新型金属玻璃Zr65-x(Al0.21Ni0.29Cu0.04Ag0.46)35+x（x=7.5），且具有较强的抵抗晶化的特性。本研究采用的多组元替换策略对提高金属玻璃的热稳定性具有重要意义。
2024, 53(1):17-22.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230033
摘要:
研究了Al19Fe20-xCo20-xNi41Mo2x（x=0，1，2，3，4，5）共晶高熵合金（EHEAs）的摩擦学性能。结果表明，添加微量Mo的EHEA可形成面心立方（fcc）+B2共晶组织，而添加相对较高含量Mo的EHEAs可形成fcc+B2+μ树枝状组织。Mo元素有利于提高L12相的强度和B2相的延性。然而，随着Mo含量的增加，生成的富Mo μ相降低了EHEAs的强度和塑性。Al19Fe18Co18Ni41Mo4 EHEA具有高强度和高延展性的最佳组合。增加Mo含量可以提高EHEAs的抗氧化性。随着Mo含量的增加，EHEA在滑动过程中形成了抗氧化性增强的摩擦氧化物层，摩擦系数单调下降。本研究为Al19Fe20-xCo20-xNi41Mo2x EHEAs的摩擦学性能研究提供了指导。
研究了Al19Fe20-xCo20-xNi41Mo2x（x=0，1，2，3，4，5）共晶高熵合金（EHEAs）的摩擦学性能。结果表明，添加微量Mo的EHEA可形成面心立方（fcc）+B2共晶组织，而添加相对较高含量Mo的EHEAs可形成fcc+B2+μ树枝状组织。Mo元素有利于提高L12相的强度和B2相的延性。然而，随着Mo含量的增加，生成的富Mo μ相降低了EHEAs的强度和塑性。Al19Fe18Co18Ni41Mo4 EHEA具有高强度和高延展性的最佳组合。增加Mo含量可以提高EHEAs的抗氧化性。随着Mo含量的增加，EHEA在滑动过程中形成了抗氧化性增强的摩擦氧化物层，摩擦系数单调下降。本研究为Al19Fe20-xCo20-xNi41Mo2x EHEAs的摩擦学性能研究提供了指导。
2024, 53(1):23-30.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230041
摘要:
为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性，采用力学弛豫谱研究了(Ti0.474Zr0.34- Cu0.06Be0.126)100-xFex（x=0，2）金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素，提高了β-Ti相的稳定性。此外，还发现了一个异常的内耗峰，这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度Tg以下，由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应，2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。
为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性，采用力学弛豫谱研究了(Ti0.474Zr0.34- Cu0.06Be0.126)100-xFex（x=0，2）金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素，提高了β-Ti相的稳定性。此外，还发现了一个异常的内耗峰，这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度Tg以下，由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应，2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。
2024, 53(1):31-37.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230034
摘要:
根据降温过程的玻璃形成能力（GFA）和升温过程的玻璃稳定性（GS），构建了以伪四特征参数组合为顶点的判定玻璃形成能力和稳定性的三角形（Tri-FAS），从而推导出判定GFA&GS的准则：G-FAS=Tg/Tl+Tx/Tl+Tx/Tg（Tx为起始结晶温度；Tl为液体温度；Tg为玻璃化转变温度），并从降温过程非晶化与晶化之间的竞争关系和准则各组成项对准则的均衡贡献两个方面进行了修订：G-FASm=Tg/(1.5Tx)+Tx/Tl+Tx/Tg和G-FASm′=Tg/Tl+Tx/Tl+(Tx/Tg)a (a≈1.5±0.2)。讨论了G-FAS与临界冷却速率Rc、G-FAS与Txg（Txg反映了玻璃的过冷液区，Txg=Tx/Tg）的相关性，分别能够反映GFA和GS。通过大量金属玻璃和其他玻璃形成体从GFA和GS两方面对判定准则的有效性进行了评估，结果显示：该判定准则无论是GFA方面还是GS方面，在不同玻璃形成体系中均可靠有效，具有广泛应用性。提出的Tri-FAS和G-FAS判定准则在玻璃的生产和实际应用过程中具有指导作用。
根据降温过程的玻璃形成能力（GFA）和升温过程的玻璃稳定性（GS），构建了以伪四特征参数组合为顶点的判定玻璃形成能力和稳定性的三角形（Tri-FAS），从而推导出判定GFA&GS的准则：G-FAS=Tg/Tl+Tx/Tl+Tx/Tg（Tx为起始结晶温度；Tl为液体温度；Tg为玻璃化转变温度），并从降温过程非晶化与晶化之间的竞争关系和准则各组成项对准则的均衡贡献两个方面进行了修订：G-FASm=Tg/(1.5Tx)+Tx/Tl+Tx/Tg和G-FASm′=Tg/Tl+Tx/Tl+(Tx/Tg)a (a≈1.5±0.2)。讨论了G-FAS与临界冷却速率Rc、G-FAS与Txg（Txg反映了玻璃的过冷液区，Txg=Tx/Tg）的相关性，分别能够反映GFA和GS。通过大量金属玻璃和其他玻璃形成体从GFA和GS两方面对判定准则的有效性进行了评估，结果显示：该判定准则无论是GFA方面还是GS方面，在不同玻璃形成体系中均可靠有效，具有广泛应用性。提出的Tri-FAS和G-FAS判定准则在玻璃的生产和实际应用过程中具有指导作用。
2024, 53(1):38-46.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230037
摘要:
采用Gleeble-3800热模拟试验机对NiCoFeCrAl系高熵合金进行单道次热压缩实验研究，根据峰值应力构建了NiCoFeCrAl系高熵合金Arrhenius本构关系模型，运用Prasad、Murty、Gegel和Malas四种失稳准则，构建了不同失稳判据下的DMM热加工图，并对不同失稳判据在该合金热变形过程中的适用范围进行了分析与比较，确定了该合金的最佳热加工区间为温度为980~1010 ℃+应变速率为0.01~0.001 s-1和温度范围为1050~1100 ℃+应变速率为0.01~0.1 s-1，平均功率耗散率大于36%。借助EBSD显微组织分析，确定了热变形的软化机制随变形量的增大由动态回复向动态再结晶转变。
采用Gleeble-3800热模拟试验机对NiCoFeCrAl系高熵合金进行单道次热压缩实验研究，根据峰值应力构建了NiCoFeCrAl系高熵合金Arrhenius本构关系模型，运用Prasad、Murty、Gegel和Malas四种失稳准则，构建了不同失稳判据下的DMM热加工图，并对不同失稳判据在该合金热变形过程中的适用范围进行了分析与比较，确定了该合金的最佳热加工区间为温度为980~1010 ℃+应变速率为0.01~0.001 s-1和温度范围为1050~1100 ℃+应变速率为0.01~0.1 s-1，平均功率耗散率大于36%。借助EBSD显微组织分析，确定了热变形的软化机制随变形量的增大由动态回复向动态再结晶转变。
2024, 53(1):47-55.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230837
摘要:
由于非晶合金独特的无序结构，其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础，对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明，以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程，该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分，这类变形在卸载后可完全回复，对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外，总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征，并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。
由于非晶合金独特的无序结构，其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础，对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明，以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程，该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分，这类变形在卸载后可完全回复，对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外，总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征，并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。
2024, 53(1):56-69.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230042
摘要:
近年来，高熵合金凭借其新颖的设计理念和优异的各类物化性能成为金属结构材料领域的研究热点。随着轻量化合金设计理念的不断普及，“熵调控”的概念也被广泛应用于开发新型轻质合金。轻质高熵合金是基于合金轻量化设计的一类低密度的新型高熵合金，其开发与设计主要利用经验参数准则、相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。其中，Al-Ti-V基轻质高熵合金凭借其优异的力学性能、良好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优点，受到了广泛关注。本文基于Al-Ti-V基轻质高熵合金的研究现状，从成分设计、制备方法、结构特征以及各类物化性能特点等方面进行了综述，并指出了Al-Ti-V基轻质高熵合金所面临的问题与挑战。
近年来，高熵合金凭借其新颖的设计理念和优异的各类物化性能成为金属结构材料领域的研究热点。随着轻量化合金设计理念的不断普及，“熵调控”的概念也被广泛应用于开发新型轻质合金。轻质高熵合金是基于合金轻量化设计的一类低密度的新型高熵合金，其开发与设计主要利用经验参数准则、相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。其中，Al-Ti-V基轻质高熵合金凭借其优异的力学性能、良好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优点，受到了广泛关注。本文基于Al-Ti-V基轻质高熵合金的研究现状，从成分设计、制备方法、结构特征以及各类物化性能特点等方面进行了综述，并指出了Al-Ti-V基轻质高熵合金所面临的问题与挑战。
2024, 53(1):70-77.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230821
摘要:
金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂，极具挑战性。弛豫（α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫）发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势，评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理，并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过模拟方法获得的与弛豫相关的动力学、结构和物理机理方面的研究进展。本综述有助于认识玻璃的本质，建立玻璃材料的动力学-结构-性能关联。
金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂，极具挑战性。弛豫（α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫）发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势，评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理，并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过模拟方法获得的与弛豫相关的动力学、结构和物理机理方面的研究进展。本综述有助于认识玻璃的本质，建立玻璃材料的动力学-结构-性能关联。
2024, 53(1):78-84.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230738
摘要:
通过调控金属玻璃的原子尺度结构进而提高它们的力学、物理、化学性能极为重要。在过去几十年里，金属玻璃领域研究者投入了大量精力以开发有效调控方法，如深冷处理。本文综述了深冷处理对金属玻璃性能的影响及其对初始结构能量状态的依赖关系，聚焦了金属玻璃中原子结构随深冷处理的演化，这些内容对于深入理解金属玻璃深冷处理效应具有重要作用。
通过调控金属玻璃的原子尺度结构进而提高它们的力学、物理、化学性能极为重要。在过去几十年里，金属玻璃领域研究者投入了大量精力以开发有效调控方法，如深冷处理。本文综述了深冷处理对金属玻璃性能的影响及其对初始结构能量状态的依赖关系，聚焦了金属玻璃中原子结构随深冷处理的演化，这些内容对于深入理解金属玻璃深冷处理效应具有重要作用。
2024, 53(1):85-94.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230571
摘要:
本文采用真空电弧熔炼技术制备出FeCrMnAlCux(x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金，通过XRD、SEM、EDS对合金的相结构及腐蚀前后的微观组织进行表征，利用动电位极化曲线、EIS、XPS以及浸泡实验对合金在0.5M H2SO4溶液中的腐蚀性能进行分析。研究结果表明：Cu元素的加入促进了合金中FCC相的形成，使合金由单一BCC结构转变为BCC+FCC双相混合结构。五种成分的高熵合金具有典型的枝晶形貌，随着Cu含量的增加，晶粒逐渐细化，组织逐渐均匀。FeCrMnAlCu1.5高熵合金的腐蚀电位最高(-0.363 V)，腐蚀电流密度最小(2.148×10-5 A/cm2)，合金的耐蚀性随着Cu含量的增加先提高后下降，当x=2.0时，腐蚀电位减小到-0.394 V，电流密度增大到2.865×10-4 A/cm2，其耐蚀性能仍优于未添加Cu元素的合金。腐蚀后合金截面处形成了复合氧化物保护膜，有效降低了合金在0.5 M H2SO4溶液中的腐蚀速率。
本文采用真空电弧熔炼技术制备出FeCrMnAlCux(x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金，通过XRD、SEM、EDS对合金的相结构及腐蚀前后的微观组织进行表征，利用动电位极化曲线、EIS、XPS以及浸泡实验对合金在0.5M H2SO4溶液中的腐蚀性能进行分析。研究结果表明：Cu元素的加入促进了合金中FCC相的形成，使合金由单一BCC结构转变为BCC+FCC双相混合结构。五种成分的高熵合金具有典型的枝晶形貌，随着Cu含量的增加，晶粒逐渐细化，组织逐渐均匀。FeCrMnAlCu1.5高熵合金的腐蚀电位最高(-0.363 V)，腐蚀电流密度最小(2.148×10-5 A/cm2)，合金的耐蚀性随着Cu含量的增加先提高后下降，当x=2.0时，腐蚀电位减小到-0.394 V，电流密度增大到2.865×10-4 A/cm2，其耐蚀性能仍优于未添加Cu元素的合金。腐蚀后合金截面处形成了复合氧化物保护膜，有效降低了合金在0.5 M H2SO4溶液中的腐蚀速率。
2024, 53(1):95-101.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230326
摘要:
采用第一性密度泛函理论,结合虚拟晶体近似(VCA)的方法建立晶体结构模型,开展高熵合金Al0.4Co0.5VxFeNi的结构性能、弹性性能及基态能量计算。根据能量最低原理可确定,Al0.4Co0.5VxFeNi高熵合金的最优K-point值为12×12×12,截断能为1000eV。计算结果表明：Al0.4Co0.5VxFeNi系高熵合金均可生成FCC+BCC结构,FCC的力学稳定性明显优于BCC的力学稳定性。V元素含量由0.2增至0.8时,BCC点阵常数降低~4%,FCC晶格常数降低~6%。随着V元素的增加,Al0.4Co0.5VxFeNi合金的体模量、剪切模量逐渐减小。V元素含量为0.8时,BCC结构的泊松比异常增加,进一步说明了随着V元素含量的增加,材料的塑性变形能力降低,材料的脆性增加。经试验验证,Al0.4Co0.5VxFeNi系高熵合金均由FCC和BCC组成,组织形貌均为两相组织；V元素含量由0.2降至0.8时,延伸率降低~85%,该试验结果与第一性原理计算的结果较为吻合。
采用第一性密度泛函理论,结合虚拟晶体近似(VCA)的方法建立晶体结构模型,开展高熵合金Al0.4Co0.5VxFeNi的结构性能、弹性性能及基态能量计算。根据能量最低原理可确定,Al0.4Co0.5VxFeNi高熵合金的最优K-point值为12×12×12,截断能为1000eV。计算结果表明：Al0.4Co0.5VxFeNi系高熵合金均可生成FCC+BCC结构,FCC的力学稳定性明显优于BCC的力学稳定性。V元素含量由0.2增至0.8时,BCC点阵常数降低~4%,FCC晶格常数降低~6%。随着V元素的增加,Al0.4Co0.5VxFeNi合金的体模量、剪切模量逐渐减小。V元素含量为0.8时,BCC结构的泊松比异常增加,进一步说明了随着V元素含量的增加,材料的塑性变形能力降低,材料的脆性增加。经试验验证,Al0.4Co0.5VxFeNi系高熵合金均由FCC和BCC组成,组织形貌均为两相组织；V元素含量由0.2降至0.8时,延伸率降低~85%,该试验结果与第一性原理计算的结果较为吻合。
2024, 53(1):102-112.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230272
摘要:
目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料,中高熵合金设计自由度大弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有了不同于传统加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D三种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。
目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料,中高熵合金设计自由度大弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有了不同于传统加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D三种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。
2024, 53(1):113-123.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230007
摘要:
采用了SEM、EBSD和TEM研究了室温（25℃）和中温（650℃、700℃和750℃）下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明：室温下，合金的屈服强度和延伸率分别是1176MPa和22.5%，主要的变形机制为大量位错发生滑移，不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时，观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体，以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700℃-750℃时，以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主，并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650-750℃范围内，切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6<112>不全位错剪切γ′相形成SEFS的一种原子互换扩散模型，解释微孪晶的形成过程，为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。
采用了SEM、EBSD和TEM研究了室温（25℃）和中温（650℃、700℃和750℃）下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明：室温下，合金的屈服强度和延伸率分别是1176MPa和22.5%，主要的变形机制为大量位错发生滑移，不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时，观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体，以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700℃-750℃时，以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主，并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650-750℃范围内，切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6<112>不全位错剪切γ′相形成SEFS的一种原子互换扩散模型，解释微孪晶的形成过程，为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。
2024, 53(1):124-135.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220987
摘要:
脉冲微孔喷射法（POEM）制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程，制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点，对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球形金属粒子的制备过程、冷却传热与凝固特征，本文建立了三维球坐标系下的粒子传热与凝固数值计算模型，考虑纯Cu粒子在无约束凝固过程中的对流和辐射换热特点，采用温度回升法处理纯金属的凝固潜热，计算了金属粒子在凝固过程不同阶段的温度变化与分布特点，考察了粒子凝固进程中的温度梯度、冷却速率、液固界面推进与凝固速度；模拟分析粒子的对流、辐射换热特征及贡献强度，探讨了不同制备工艺对粒子对流换热的影响，为POEM法微米级球形粒子制备工艺的优化和凝固过程调控提供参考。
脉冲微孔喷射法（POEM）制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程，制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点，对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球形金属粒子的制备过程、冷却传热与凝固特征，本文建立了三维球坐标系下的粒子传热与凝固数值计算模型，考虑纯Cu粒子在无约束凝固过程中的对流和辐射换热特点，采用温度回升法处理纯金属的凝固潜热，计算了金属粒子在凝固过程不同阶段的温度变化与分布特点，考察了粒子凝固进程中的温度梯度、冷却速率、液固界面推进与凝固速度；模拟分析粒子的对流、辐射换热特征及贡献强度，探讨了不同制备工艺对粒子对流换热的影响，为POEM法微米级球形粒子制备工艺的优化和凝固过程调控提供参考。
2024, 53(1):136-147.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230481
摘要:
GH4141变形高温合金因具有较高的高温强度和良好抗氧化性能，被广泛用于制造航空航天发动机高温承力部件。本文基于化学成分分析及晶体学法，对GH4141难变形高温合金铸态组织中典型析出相进行了详细鉴别与解析。通过高温均匀化实验，分析了均匀化过程中析出相回溶行为。1130~1160 oC中低温均匀化条件下，原铸态组织中针状σ相、板状η相、M3B2型硼化物以及γ’强化相等回溶至基体，M6C型碳化物仍可存在。1190~1210 oC高温均匀化条件下，合金中包括M6C在内的大部分析出相已回溶至γ基体，组织中仅剩余少部分MC型碳化物。MC型碳化物在固液两相区回溶，较难通过均匀化热处理彻底回溶消除。
GH4141变形高温合金因具有较高的高温强度和良好抗氧化性能，被广泛用于制造航空航天发动机高温承力部件。本文基于化学成分分析及晶体学法，对GH4141难变形高温合金铸态组织中典型析出相进行了详细鉴别与解析。通过高温均匀化实验，分析了均匀化过程中析出相回溶行为。1130~1160 oC中低温均匀化条件下，原铸态组织中针状σ相、板状η相、M3B2型硼化物以及γ’强化相等回溶至基体，M6C型碳化物仍可存在。1190~1210 oC高温均匀化条件下，合金中包括M6C在内的大部分析出相已回溶至γ基体，组织中仅剩余少部分MC型碳化物。MC型碳化物在固液两相区回溶，较难通过均匀化热处理彻底回溶消除。
2024, 53(1):148-158.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220964
摘要:
激光沉积制造技术在飞机框、梁类大型件增材制造方面具有独特的优势,然而应力和变形成为阻碍该技术应用的瓶颈。因此分区工艺被广泛采用以离散制件的残余应力和缓解零件变形。然而,传统分区工艺不考虑零件的几何结构特征易导致不规则的分区搭接,从而引入气孔、熔合不良等缺陷。为了解决这一问题,提出了一种特征分区方法,根据典型框、梁结构件的片层结构几何形状特点,将特征分为“十”字形、T字形、L形和“一”字形四类,并对各类分区特征从形状、姿态和尺寸三方面进行限定,完成分区特征定义。提出一种基于区域骨架线检测的特征识别算法,利用骨架化算法有效简化特征并保留构型特性,采用向量叉乘法、定比分点法对特征区域骨架线完成特征角、平面姿态角及特征分支数等相关参数计算。通过比较计算值和定义值实现特征类型识别。采用典型飞机框件模型的切片数据对算法进行了验证,结果表明该算法能够快速而准确地识别各类特征,实现零件自动特征分区,为智能化增材制造技术打下基础。
激光沉积制造技术在飞机框、梁类大型件增材制造方面具有独特的优势,然而应力和变形成为阻碍该技术应用的瓶颈。因此分区工艺被广泛采用以离散制件的残余应力和缓解零件变形。然而,传统分区工艺不考虑零件的几何结构特征易导致不规则的分区搭接,从而引入气孔、熔合不良等缺陷。为了解决这一问题,提出了一种特征分区方法,根据典型框、梁结构件的片层结构几何形状特点,将特征分为“十”字形、T字形、L形和“一”字形四类,并对各类分区特征从形状、姿态和尺寸三方面进行限定,完成分区特征定义。提出一种基于区域骨架线检测的特征识别算法,利用骨架化算法有效简化特征并保留构型特性,采用向量叉乘法、定比分点法对特征区域骨架线完成特征角、平面姿态角及特征分支数等相关参数计算。通过比较计算值和定义值实现特征类型识别。采用典型飞机框件模型的切片数据对算法进行了验证,结果表明该算法能够快速而准确地识别各类特征,实现零件自动特征分区,为智能化增材制造技术打下基础。
2024, 53(1):159-168.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220996
摘要:
GH4151合金是一种承温能力高达800 ℃的新型涡轮盘用铸锻变形高温合金,该合金在凝固过程中元素偏析严重,主要偏析元素包括Nb、Mo和Ti等元素,同时合金中包含大量的C元素,在熔炼凝固后期由于残余液相中的元素富集,枝晶间会析出大量有害相,包括(γ-γ′)共晶,Laves相,η相和MC碳化物。实验通过研究C含量对各偏析元素的影响发现,增加C含量可减轻Nb元素在枝晶间的偏析,此外,随C含量的增加枝晶更发达,枝晶间区域减少。随后通过研究在1160 ℃-1210 ℃不同温度下的均匀化热处理对各枝晶间析出相的影响发现,(γ-γ′)共晶和Laves相的熔点约为1180 ℃,η相的熔点约为1200 ℃,MC碳化物的熔点超过1300 ℃；同时,发现1170 ℃/16 h- 1200 ℃/8 h双步均匀化热处理不仅可以消除铸锭中的偏析,而且避免了低熔点相过烧而产生的孔洞,使坯料更加有利于后续开坯变形。
GH4151合金是一种承温能力高达800 ℃的新型涡轮盘用铸锻变形高温合金,该合金在凝固过程中元素偏析严重,主要偏析元素包括Nb、Mo和Ti等元素,同时合金中包含大量的C元素,在熔炼凝固后期由于残余液相中的元素富集,枝晶间会析出大量有害相,包括(γ-γ′)共晶,Laves相,η相和MC碳化物。实验通过研究C含量对各偏析元素的影响发现,增加C含量可减轻Nb元素在枝晶间的偏析,此外,随C含量的增加枝晶更发达,枝晶间区域减少。随后通过研究在1160 ℃-1210 ℃不同温度下的均匀化热处理对各枝晶间析出相的影响发现,(γ-γ′)共晶和Laves相的熔点约为1180 ℃,η相的熔点约为1200 ℃,MC碳化物的熔点超过1300 ℃；同时,发现1170 ℃/16 h- 1200 ℃/8 h双步均匀化热处理不仅可以消除铸锭中的偏析,而且避免了低熔点相过烧而产生的孔洞,使坯料更加有利于后续开坯变形。
2024, 53(1):169-177.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220985
摘要:
为探究高频脉冲电流作用下金属板复合机理，本文设计了高频脉冲电流辅助轧焊复合预制缺口镁合金复合板试验。对比不同加载频率（25 kHz、50 kHz、75 kHz）参数下复合板连接界面和近界面组织演变特征及复合板的力学性能；通过金相显微镜观察近界面微观组织形貌特征；采用纳米压痕仪和维氏硬度计表征连接界面特征微区和横截面硬度分布规律；采用拉伸试验机和扫描电子显微镜进一步对镁合金板材的抗拉强度和断口形貌进行表征分析。结果表明，随着频率的增大，连接界面复合效果呈现先升高后下降的趋势；当高频电流频率为50 kHz时，镁合金复合板的抗拉强度和延伸率最优，分别达到292.52 MPa和25.7%。究其原因主要是基于高频脉冲电流的集肤效应、邻近效应、焦耳热效应及界面微区的接触电阻与轧制力耦合作用的结果。
为探究高频脉冲电流作用下金属板复合机理，本文设计了高频脉冲电流辅助轧焊复合预制缺口镁合金复合板试验。对比不同加载频率（25 kHz、50 kHz、75 kHz）参数下复合板连接界面和近界面组织演变特征及复合板的力学性能；通过金相显微镜观察近界面微观组织形貌特征；采用纳米压痕仪和维氏硬度计表征连接界面特征微区和横截面硬度分布规律；采用拉伸试验机和扫描电子显微镜进一步对镁合金板材的抗拉强度和断口形貌进行表征分析。结果表明，随着频率的增大，连接界面复合效果呈现先升高后下降的趋势；当高频电流频率为50 kHz时，镁合金复合板的抗拉强度和延伸率最优，分别达到292.52 MPa和25.7%。究其原因主要是基于高频脉冲电流的集肤效应、邻近效应、焦耳热效应及界面微区的接触电阻与轧制力耦合作用的结果。
2024, 53(1):178-187.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220977
摘要:
对TC21钛合金进行准β锻造，再进行固溶时效热处理实验，研究了不同固溶时效热处理制度对合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明，TC21钛合金通过准β锻造后，再经固溶时效热处理工艺处理后，合金的微观组织呈现典型的网篮组织。随着固溶温度的上升，片状α相含量和长度显著降低，同时合金强度增加，而塑性变化呈相反趋势。随着时效温度的上升，对片状α相的影响略小，但次生α相的厚度此时显著增加，此时合金强度降低，塑性提高。断口形貌则随着固溶温度的升高，断口表面和裂纹扩展路径愈发平坦。断裂韧性值呈现下降趋势，但会随着时效温度的升高而提高。合金最大断裂韧性值可达66MPa·m1/2。考虑合金的强度、塑性和断裂韧性之间的良好匹配，经综合分析可得，TC21钛合金准β锻后最佳热处理制度为:870 ℃/2 h,AC+590 ℃/4 h,AC。
对TC21钛合金进行准β锻造，再进行固溶时效热处理实验，研究了不同固溶时效热处理制度对合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明，TC21钛合金通过准β锻造后，再经固溶时效热处理工艺处理后，合金的微观组织呈现典型的网篮组织。随着固溶温度的上升，片状α相含量和长度显著降低，同时合金强度增加，而塑性变化呈相反趋势。随着时效温度的上升，对片状α相的影响略小，但次生α相的厚度此时显著增加，此时合金强度降低，塑性提高。断口形貌则随着固溶温度的升高，断口表面和裂纹扩展路径愈发平坦。断裂韧性值呈现下降趋势，但会随着时效温度的升高而提高。合金最大断裂韧性值可达66MPa·m1/2。考虑合金的强度、塑性和断裂韧性之间的良好匹配，经综合分析可得，TC21钛合金准β锻后最佳热处理制度为:870 ℃/2 h,AC+590 ℃/4 h,AC。
2024, 53(1):188-196.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220802
摘要:
采用渗硼烧结法合成了一种新型TiBN粉体材料，它兼有陶瓷性和金属性，电阻率为2.6×10-3Ω·cm。以TiBN和TiN为增强相，采用粉末冶金法制备了Cu/TiBN和Cu/TiN电接触材料，系统的研究了不同含量TiBN和TiN的电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明，与TiN相比，TiBN增强相能明显改善Cu基电接触材料的导电性能、抗氧化性能、硬度和抗电弧侵蚀性能。当含量为5wt.%时，Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力最好，重量损失仅为1.5mg。电弧侵蚀时，在Cu/TiBN表面生成TixOy、B2O3和N2等产物，这些产物能明显改善Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力。新开发的Cu/TiBN电接触材料具有优异的物理性能和抗电弧侵蚀性能，在电接触行业中拥有广阔的应用前景。
采用渗硼烧结法合成了一种新型TiBN粉体材料，它兼有陶瓷性和金属性，电阻率为2.6×10-3Ω·cm。以TiBN和TiN为增强相，采用粉末冶金法制备了Cu/TiBN和Cu/TiN电接触材料，系统的研究了不同含量TiBN和TiN的电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明，与TiN相比，TiBN增强相能明显改善Cu基电接触材料的导电性能、抗氧化性能、硬度和抗电弧侵蚀性能。当含量为5wt.%时，Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力最好，重量损失仅为1.5mg。电弧侵蚀时，在Cu/TiBN表面生成TixOy、B2O3和N2等产物，这些产物能明显改善Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力。新开发的Cu/TiBN电接触材料具有优异的物理性能和抗电弧侵蚀性能，在电接触行业中拥有广阔的应用前景。
2024, 53(1):197-203.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230002
摘要:
纵波轧制+平辊轧制(LFR)是一种减轻镁合金轧制边裂的新型轧制工艺，通过一道次纵波轧制+二道次平轧，可有效减少镁合金板材边裂。为了进一步明晰LFR变形规律，本文通过对比AZ31镁合金板材纵波轧制+平轧(LFR)及平轧+平轧(FFR)热-力耦合有限元虚拟轧制对比和物理实验，分析了纵波轧制变形区金属变形规律及其对板材边部损伤的影响。结果表明：纵波轧制形成了异形搓轧区，板材各部位受到较大的三向剪切作用；急速金属流动产生的塑性变形热避免了板材边部温降，有利于提升塑性；剪切及温度影响促使LFR板材形成混晶组织，降低了波谷部位损伤，进而有效抑制了镁合金板材边裂的产生及发展。
纵波轧制+平辊轧制(LFR)是一种减轻镁合金轧制边裂的新型轧制工艺，通过一道次纵波轧制+二道次平轧，可有效减少镁合金板材边裂。为了进一步明晰LFR变形规律，本文通过对比AZ31镁合金板材纵波轧制+平轧(LFR)及平轧+平轧(FFR)热-力耦合有限元虚拟轧制对比和物理实验，分析了纵波轧制变形区金属变形规律及其对板材边部损伤的影响。结果表明：纵波轧制形成了异形搓轧区，板材各部位受到较大的三向剪切作用；急速金属流动产生的塑性变形热避免了板材边部温降，有利于提升塑性；剪切及温度影响促使LFR板材形成混晶组织，降低了波谷部位损伤，进而有效抑制了镁合金板材边裂的产生及发展。
2024, 53(1):204-214.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230010
摘要:
采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段，对比研究了四种典型镍基耐蚀合金在450 ℃/23 MPa下Na3PO4、Na2SO4、NaCl超临界水溶液中的腐蚀行为。50 h后，合金表层均匀分布着短棒状、针状的腐蚀产物，主要组成为NiCr2O4，Cr2O3，NiO，Ni3(PO4)2，CrPO4和Na3PO4等。500 h后，腐蚀层的厚度明显增大，依据腐蚀层厚度的增大速度，四种合金的耐蚀性顺序为：X-1#>X-2#>625>C-276
采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段，对比研究了四种典型镍基耐蚀合金在450 ℃/23 MPa下Na3PO4、Na2SO4、NaCl超临界水溶液中的腐蚀行为。50 h后，合金表层均匀分布着短棒状、针状的腐蚀产物，主要组成为NiCr2O4，Cr2O3，NiO，Ni3(PO4)2，CrPO4和Na3PO4等。500 h后，腐蚀层的厚度明显增大，依据腐蚀层厚度的增大速度，四种合金的耐蚀性顺序为：X-1#>X-2#>625>C-276
2024, 53(1):215-222.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220991
摘要:
具有高耐磨、抗腐蚀、高硬度的镍/碳化钨复合涂层，在盾构部件、航空航天等领域广泛应用。为提高水力机械过流部件服役寿命，文中以WC颗粒和镍基粉状钎料为原材料，采用真空钎涂在201不锈钢表面制备镍/碳化钨复合钎涂层，借助扫描电镜、金相显微镜、洛氏硬度计对钎涂层界面微观组织和力学行为进行研究。研究表明，涂层与基体之间元素扩散主要表现为钢基体中Fe、Cr和Mn元素向涂层组织中溶解扩散，在界面处偏析沉淀；含有25 wt.%WC钎涂层显微硬度分布均匀，是钢基体的4.6倍；钎涂层耐磨性随WC含量增加而提高，添加15～35 wt.%WC可显著提高基体表面耐磨性，复合钎涂层耐磨性是钢基体的8.4～15.7倍；钎涂层表面未发生明显变化，裂纹开口平整，呈脆性断裂。
具有高耐磨、抗腐蚀、高硬度的镍/碳化钨复合涂层，在盾构部件、航空航天等领域广泛应用。为提高水力机械过流部件服役寿命，文中以WC颗粒和镍基粉状钎料为原材料，采用真空钎涂在201不锈钢表面制备镍/碳化钨复合钎涂层，借助扫描电镜、金相显微镜、洛氏硬度计对钎涂层界面微观组织和力学行为进行研究。研究表明，涂层与基体之间元素扩散主要表现为钢基体中Fe、Cr和Mn元素向涂层组织中溶解扩散，在界面处偏析沉淀；含有25 wt.%WC钎涂层显微硬度分布均匀，是钢基体的4.6倍；钎涂层耐磨性随WC含量增加而提高，添加15～35 wt.%WC可显著提高基体表面耐磨性，复合钎涂层耐磨性是钢基体的8.4～15.7倍；钎涂层表面未发生明显变化，裂纹开口平整，呈脆性断裂。
2024, 53(1):223-233.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220969
摘要:
本文针对一种新型粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）进行了一系列热压缩实验，探究了变形温度、应变速率、应变量对微观组织演化的影响规律，并提出了获得细小均匀“γ+γ′双相晶粒组织”的热变形参数。结果表明：在温度1100 ℃、应变速率0.1 s-1、真应变0.1~0.7范围内，应变增大有利于促进动态再结晶以及细化晶粒。随应变增加，γ"相体积分数先减小后增大，随后保持稳定，并且在热变形过程中γ"相形貌逐渐趋于球形。在温度1100 ℃、变形量50%、应变速率0.01~1 s-1范围内，应变速率增大能够提高动态再结晶程度并细化晶粒。应变速率由0.01~0.1 s-1增大至1 s-1时，由于绝热温升以及位错滑移加剧，γ"相体积分数减小约2%。在应变速率0.1 s-1、变形量50%、温度1070~1160 ℃范围内，变形温度的提升有利于促进动态再结晶和晶粒长大。随着变形温度升高至1130 ℃，γ"相已大量溶解，钉扎晶界能力大幅减弱，平均晶粒尺寸增大至12.1 μm。在变形温度1100 ℃、应变速率1 s-1、50%变形量条件下可以获得均匀细小的“γ+γ′双相晶粒组织”，晶粒度能够达到12级以上。
本文针对一种新型粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）进行了一系列热压缩实验，探究了变形温度、应变速率、应变量对微观组织演化的影响规律，并提出了获得细小均匀“γ+γ′双相晶粒组织”的热变形参数。结果表明：在温度1100 ℃、应变速率0.1 s-1、真应变0.1~0.7范围内，应变增大有利于促进动态再结晶以及细化晶粒。随应变增加，γ"相体积分数先减小后增大，随后保持稳定，并且在热变形过程中γ"相形貌逐渐趋于球形。在温度1100 ℃、变形量50%、应变速率0.01~1 s-1范围内，应变速率增大能够提高动态再结晶程度并细化晶粒。应变速率由0.01~0.1 s-1增大至1 s-1时，由于绝热温升以及位错滑移加剧，γ"相体积分数减小约2%。在应变速率0.1 s-1、变形量50%、温度1070~1160 ℃范围内，变形温度的提升有利于促进动态再结晶和晶粒长大。随着变形温度升高至1130 ℃，γ"相已大量溶解，钉扎晶界能力大幅减弱，平均晶粒尺寸增大至12.1 μm。在变形温度1100 ℃、应变速率1 s-1、50%变形量条件下可以获得均匀细小的“γ+γ′双相晶粒组织”，晶粒度能够达到12级以上。
2024, 53(1):234-241.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220954
摘要:
基于LS-Dyna R8.0软件平台建立CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形电磁场-结构场顺序耦合有限元-边界元模型,对不同放电电压、内外管间隙以及外管壁厚条件下燃料芯体多道次电磁渐进成形过程进行仿真分析与样件试制,研究其局部塑性流动及缺陷形成规律,并多方位表征其成形质量。结果显示过大的放电电压会导致变形区域向集磁器两端集中,覆管与基管碰撞加剧,引发截面畸变；过小的放电电压无法激发覆管与基管碰撞、变形与贴合,从而导致连接失效。合理选择覆管-基管间隙可以有效避免失稳起皱与壁厚不均匀缺陷。经过模拟燃料元件电磁渐进成形多参数优化,实现了全流程高质量精确成形与缺陷控制,试件覆管-基管贴合精度达到10μm。
基于LS-Dyna R8.0软件平台建立CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形电磁场-结构场顺序耦合有限元-边界元模型,对不同放电电压、内外管间隙以及外管壁厚条件下燃料芯体多道次电磁渐进成形过程进行仿真分析与样件试制,研究其局部塑性流动及缺陷形成规律,并多方位表征其成形质量。结果显示过大的放电电压会导致变形区域向集磁器两端集中,覆管与基管碰撞加剧,引发截面畸变；过小的放电电压无法激发覆管与基管碰撞、变形与贴合,从而导致连接失效。合理选择覆管-基管间隙可以有效避免失稳起皱与壁厚不均匀缺陷。经过模拟燃料元件电磁渐进成形多参数优化,实现了全流程高质量精确成形与缺陷控制,试件覆管-基管贴合精度达到10μm。
2024, 53(1):242-249.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230008
摘要:
在满足性能前提下，获取热处理工艺参数边界对优化FGH96涡轮盘性能意义重大，尤其是某一晶粒尺寸的FGH96合金在满足性能要求的前提下所需的最慢冷速边界。对不同晶粒尺寸、不同冷却速率的FGH96试样室温、650 ℃以及750 ℃的拉伸性能进行了研究，并对微观组织进行了观察。结果显示，和合金成分、晶粒尺寸、γ′尺寸和体积分数相关的多机制强化模型与实验测试结果吻合性好。利用该模型得到了最慢冷速与晶粒尺寸的匹配关系：当最慢冷速为55 ℃/min时，晶粒尺寸需小于14 mm；当最慢冷速为72 ℃/min时，晶粒尺寸需小于16.8 mm；当最慢冷速为81 ℃/min时，晶粒尺寸需小于20 mm。最慢冷速边界值与晶粒尺寸关系可为通过数值模拟指导热处理工艺的制定提供判据。
在满足性能前提下，获取热处理工艺参数边界对优化FGH96涡轮盘性能意义重大，尤其是某一晶粒尺寸的FGH96合金在满足性能要求的前提下所需的最慢冷速边界。对不同晶粒尺寸、不同冷却速率的FGH96试样室温、650 ℃以及750 ℃的拉伸性能进行了研究，并对微观组织进行了观察。结果显示，和合金成分、晶粒尺寸、γ′尺寸和体积分数相关的多机制强化模型与实验测试结果吻合性好。利用该模型得到了最慢冷速与晶粒尺寸的匹配关系：当最慢冷速为55 ℃/min时，晶粒尺寸需小于14 mm；当最慢冷速为72 ℃/min时，晶粒尺寸需小于16.8 mm；当最慢冷速为81 ℃/min时，晶粒尺寸需小于20 mm。最慢冷速边界值与晶粒尺寸关系可为通过数值模拟指导热处理工艺的制定提供判据。
2024, 53(1):250-256.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220980
摘要:
本文以Al-30Zn-3Cu-2.5Si高锌铝基合金为研究对象，探究稀土元素Er、Zr对铸态及热处理态合金组织和力学性能的影响，并分析和探讨了其作用机理。研究结果表明，当添加0.10 wt % Er和0.10 wt % Zr元素后能够明显的细化合金晶粒，平均晶粒尺寸由74.28 μm减小至60.01 μm，且α-Al晶粒转变为细小的等轴晶。稀土元素Er、Zr的添加会在合金内部形成Al3（Er，Zr）细小的粒子并能够起到钉扎位错的作用，从而提高合金的力学性能。添加Er、Zr后，铸态合金的抗拉强度由未添加稀土元素的323.01 MPa提高到了358.29 MPa，提升了10.93 %；屈服强度由309.33 MPa提高到了315.00 MPa，提升了1.83 %；延伸率基本未发生变化。合金经固溶时效热处理强化后，添加稀土元素合金的抗拉强度为449.48 MPa，屈服强度为408.51 MPa，比铸态合金分别提高了25.45 %、29.68 %。粗大的第二相存在于晶界处，导致合金的延伸率仍较差。
本文以Al-30Zn-3Cu-2.5Si高锌铝基合金为研究对象，探究稀土元素Er、Zr对铸态及热处理态合金组织和力学性能的影响，并分析和探讨了其作用机理。研究结果表明，当添加0.10 wt % Er和0.10 wt % Zr元素后能够明显的细化合金晶粒，平均晶粒尺寸由74.28 μm减小至60.01 μm，且α-Al晶粒转变为细小的等轴晶。稀土元素Er、Zr的添加会在合金内部形成Al3（Er，Zr）细小的粒子并能够起到钉扎位错的作用，从而提高合金的力学性能。添加Er、Zr后，铸态合金的抗拉强度由未添加稀土元素的323.01 MPa提高到了358.29 MPa，提升了10.93 %；屈服强度由309.33 MPa提高到了315.00 MPa，提升了1.83 %；延伸率基本未发生变化。合金经固溶时效热处理强化后，添加稀土元素合金的抗拉强度为449.48 MPa，屈服强度为408.51 MPa，比铸态合金分别提高了25.45 %、29.68 %。粗大的第二相存在于晶界处，导致合金的延伸率仍较差。
2024, 53(1):257-269.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220927
摘要:
增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。
增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。
2024, 53(1):270-280.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220975
摘要:
金属钼因低的热膨胀系数、高温强度、高弹性模量等特性，广泛用于航空航天、军工、石油化工以及核工业等尖端行业，是推动高科技领域发展不可或缺的材料。钼粉作为钼制品的基础原料，其物化性质与钼制品的性能密切相关。相比于普通钼粉，超细钼粉具有更大的比表面积、更高的活性以及更低的烧结温度。目前制备超细钼粉的方法主要有热还原法和热分解法，热还原法通过调整还原工艺达到阻止晶粒长大的目的；而热分解法的发展主要涉及到装备的升级改造与工艺的优化完善。本文着眼于超细钼粉的制备工艺、反应机理以及产物状态，重点分析了典型工艺的发展历程和技术特点，总结了超细钼粉制备技术的研究现状与进展，提出当前技术工艺所面临的问题以及未来的研究方向，以期为超细钼粉制备工艺的发展与工业化应用提供思路。
金属钼因低的热膨胀系数、高温强度、高弹性模量等特性，广泛用于航空航天、军工、石油化工以及核工业等尖端行业，是推动高科技领域发展不可或缺的材料。钼粉作为钼制品的基础原料，其物化性质与钼制品的性能密切相关。相比于普通钼粉，超细钼粉具有更大的比表面积、更高的活性以及更低的烧结温度。目前制备超细钼粉的方法主要有热还原法和热分解法，热还原法通过调整还原工艺达到阻止晶粒长大的目的；而热分解法的发展主要涉及到装备的升级改造与工艺的优化完善。本文着眼于超细钼粉的制备工艺、反应机理以及产物状态，重点分析了典型工艺的发展历程和技术特点，总结了超细钼粉制备技术的研究现状与进展，提出当前技术工艺所面临的问题以及未来的研究方向，以期为超细钼粉制备工艺的发展与工业化应用提供思路。
2024, 53(1):281-295.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220962
摘要:
异质结太阳能电池具有光电转换效率高的优势，在光伏发电领域展现出了较大的发展潜力。低温金属化是制造异质结太阳能电池的一个重要工艺环节，用于在电池片上形成金属栅线电极，当前普遍采用低温固化型银浆结合丝网印刷来实现。然而，现有的低温银浆用量大、价格贵是导致电池成本较高的原因之一。因此，光伏行业正致力于改进和优化金属化工艺来降低银耗。本文综述了近年来异质结太阳能电池金属化技术的研究进展，详细总结了低温银浆各组分及固化工艺对浆料性能的影响，同时对金属化工艺降本增效的主要途径，包括银浆减量化方案例如多主栅、激光转印技术等，以及非银电极方案例如银包铜、铜电镀技术等，进行了介绍和对比，并对金属化工艺当前存在的挑战及未来发展方向进行了分析和展望。
异质结太阳能电池具有光电转换效率高的优势，在光伏发电领域展现出了较大的发展潜力。低温金属化是制造异质结太阳能电池的一个重要工艺环节，用于在电池片上形成金属栅线电极，当前普遍采用低温固化型银浆结合丝网印刷来实现。然而，现有的低温银浆用量大、价格贵是导致电池成本较高的原因之一。因此，光伏行业正致力于改进和优化金属化工艺来降低银耗。本文综述了近年来异质结太阳能电池金属化技术的研究进展，详细总结了低温银浆各组分及固化工艺对浆料性能的影响，同时对金属化工艺降本增效的主要途径，包括银浆减量化方案例如多主栅、激光转印技术等，以及非银电极方案例如银包铜、铜电镀技术等，进行了介绍和对比，并对金属化工艺当前存在的挑战及未来发展方向进行了分析和展望。
2024, 53(1):296-320.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230170
摘要:
随着第三代半导体SiC和GaN的快速发展,传统的Si基器件用封装材料已不能满足功率器件在高功率密度和高温环境下可靠服役的需求。纳米铜烧结技术不仅能够低温连接、高温服役,同时具有优异的导热、导电性能和相对于纳米银较低的成本,在功率器件封装研究领域备受关注,纳米铜焊膏成为最有潜力的耐高温封装互连材料之一。本文从纳米铜焊膏的制备、影响烧结连接接头性能的因素以及接头的可靠性三个方面综述了当前纳米铜烧结连接技术的研究进展,阐明了纳米铜颗粒的氧化行为及对应措施,并重点论述了纳米铜烧结连接接头的高温服役可靠性与失效机理,旨在促进低成本的纳米铜烧结连接技术在高性能、高可靠功率器件封装中的应用。
随着第三代半导体SiC和GaN的快速发展,传统的Si基器件用封装材料已不能满足功率器件在高功率密度和高温环境下可靠服役的需求。纳米铜烧结技术不仅能够低温连接、高温服役,同时具有优异的导热、导电性能和相对于纳米银较低的成本,在功率器件封装研究领域备受关注,纳米铜焊膏成为最有潜力的耐高温封装互连材料之一。本文从纳米铜焊膏的制备、影响烧结连接接头性能的因素以及接头的可靠性三个方面综述了当前纳米铜烧结连接技术的研究进展,阐明了纳米铜颗粒的氧化行为及对应措施,并重点论述了纳米铜烧结连接接头的高温服役可靠性与失效机理,旨在促进低成本的纳米铜烧结连接技术在高性能、高可靠功率器件封装中的应用。
