2024年第53卷第2期文章目次
2024, 53(2):350-356.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230291
摘要:
对纯钛氩弧焊焊接接头在550 ℃下氧化不同时间（2，4，6，8 h）以及在不同温度（650，750，850，950 ℃）下氧化4 h的氧化动力学、氧化形态和氧化产物进行了研究。结果表明，在550 ℃下，氧化时间对焊接接头氧化行为的影响有限，而氧化温度对纯钛焊接接头的氧化行为有显著影响，且温度越高，氧化越严重。在低温下，纯钛焊接接头的氧化动力学接近准线性定律，随着温度升高，氧化速率呈指数增长。此外，焊接接头表面产生的氧化产物是具有锐钛矿和金红石结构的TiO2，温度对TiO2的类型没有明显影响。纯钛焊接接头的氧化过程可描述为：氧气在表面被吸收；氧化物优先在缺陷区形核；氧化物横向生长、增厚。在较高温度下，氧化膜中出现裂纹或空隙，成为O原子传输通道，导致O和Ti原子的高扩散速率和氧化速率。
对纯钛氩弧焊焊接接头在550 ℃下氧化不同时间（2，4，6，8 h）以及在不同温度（650，750，850，950 ℃）下氧化4 h的氧化动力学、氧化形态和氧化产物进行了研究。结果表明，在550 ℃下，氧化时间对焊接接头氧化行为的影响有限，而氧化温度对纯钛焊接接头的氧化行为有显著影响，且温度越高，氧化越严重。在低温下，纯钛焊接接头的氧化动力学接近准线性定律，随着温度升高，氧化速率呈指数增长。此外，焊接接头表面产生的氧化产物是具有锐钛矿和金红石结构的TiO2，温度对TiO2的类型没有明显影响。纯钛焊接接头的氧化过程可描述为：氧气在表面被吸收；氧化物优先在缺陷区形核；氧化物横向生长、增厚。在较高温度下，氧化膜中出现裂纹或空隙，成为O原子传输通道，导致O和Ti原子的高扩散速率和氧化速率。
2024, 53(2):357-364.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230534
摘要:
通过1、3、5、7和9 h的热处理加工电子束制备的Ti6Al4V样品，进行Tafel和电化学阻抗谱实验，讨论样品电化学腐蚀行为及机理。通过分析腐蚀性能的变化机理，发现<111>晶向越多，小角度晶界占比越大，晶粒直径越大，耐腐蚀性能越好。热处理5 h的样品呈现最均匀的<111>晶向，小角度晶界占比最大为56.2%，晶粒截距5.252 μm，此时耐腐蚀性能最好，腐蚀电流为0.037 μA/cm2。
通过1、3、5、7和9 h的热处理加工电子束制备的Ti6Al4V样品，进行Tafel和电化学阻抗谱实验，讨论样品电化学腐蚀行为及机理。通过分析腐蚀性能的变化机理，发现<111>晶向越多，小角度晶界占比越大，晶粒直径越大，耐腐蚀性能越好。热处理5 h的样品呈现最均匀的<111>晶向，小角度晶界占比最大为56.2%，晶粒截距5.252 μm，此时耐腐蚀性能最好，腐蚀电流为0.037 μA/cm2。
2024, 53(2):371-376.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230450
摘要:
研究了一种新型近β钛合金（Ti555211），该合金具有优异的塑性加工能力、高比强度以及优良的综合性能，在航天航空及化工领域上有广泛的应用。通过3×3正交试验，研究了两阶段不同处理（固溶温度、失效温服、时效时间）对Ti555211钛合金力学性能和显微组织的影响。结果表明，随着固溶温度的升高和时效温度的降低，合金强度提高。延伸率随着固溶温度的降低和时效温度的升高而增大。经820 ℃/2 h空冷和580 ℃/12 h空冷处理后，合金具有较好的强塑性，抗拉伸强度达到1333 MPa，较同类合金强度指标（1080 MPa）高出20%；延伸率为12%，较同类合金塑性指标（5%）高出140%。
研究了一种新型近β钛合金（Ti555211），该合金具有优异的塑性加工能力、高比强度以及优良的综合性能，在航天航空及化工领域上有广泛的应用。通过3×3正交试验，研究了两阶段不同处理（固溶温度、失效温服、时效时间）对Ti555211钛合金力学性能和显微组织的影响。结果表明，随着固溶温度的升高和时效温度的降低，合金强度提高。延伸率随着固溶温度的降低和时效温度的升高而增大。经820 ℃/2 h空冷和580 ℃/12 h空冷处理后，合金具有较好的强塑性，抗拉伸强度达到1333 MPa，较同类合金强度指标（1080 MPa）高出20%；延伸率为12%，较同类合金塑性指标（5%）高出140%。
2024, 53(2):396-408.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230292
摘要:
为探究γ/α2相界面对TiAl合金在轰击过程中的变形机制和轰击后力学性能的影响，通过分子动力学来模拟超音速微粒轰击双相TiAl合金的过程。结果表明：γ/α2不同厚度比模型的冲击变形机制不同，变形主要集中在γ相和界面处。随着γ相厚度的减小，与相界面接触的位错首先被界面处的失配位错网络吸收，然后在相界面处成核，最终穿过相界面进入α2相。冲击过程中产生的位错以Shockley位错为主，试样中形成了不完全层错四面体。冲击之后分别使用单轴拉伸模拟和纳米压痕模拟，测定了试样的强度和表面硬度。拉伸过程中相变、孪晶和层错是不同厚度比试样的主要变形机制。与其他试样相比，厚度比为1:3的双相TiAl合金在冲击后具有最高的屈服强度、硬度和弹性模量。
为探究γ/α2相界面对TiAl合金在轰击过程中的变形机制和轰击后力学性能的影响，通过分子动力学来模拟超音速微粒轰击双相TiAl合金的过程。结果表明：γ/α2不同厚度比模型的冲击变形机制不同，变形主要集中在γ相和界面处。随着γ相厚度的减小，与相界面接触的位错首先被界面处的失配位错网络吸收，然后在相界面处成核，最终穿过相界面进入α2相。冲击过程中产生的位错以Shockley位错为主，试样中形成了不完全层错四面体。冲击之后分别使用单轴拉伸模拟和纳米压痕模拟，测定了试样的强度和表面硬度。拉伸过程中相变、孪晶和层错是不同厚度比试样的主要变形机制。与其他试样相比，厚度比为1:3的双相TiAl合金在冲击后具有最高的屈服强度、硬度和弹性模量。
2024, 53(2):409-416.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230015
摘要:
为研究超细晶纯钛在高温、高应变速率加载下的复杂力学行为，建立能够准确描述其动态力学行为的模型，对超细晶纯钛在温度为300~450 ℃，应变速率为2000~3000 s-1下进行了动态冲击实验，获得真应力-真应变曲线。结果表明：在所研究的条件下，真应力-真应变曲线均表现为明显的“双应力峰”特征，晶界处的位错湮灭、重新排列及后续绝热剪切带的形成是两次应力减小的主要因素，流动应力均表现出正应变速率敏感性和负温度敏感性。综合考虑应变硬化、应变速率硬化和热软化效应，提出一种修正J-C本构模型和BP人工神经网络模型，并对两种模型进行了准确性分析。结果表明BP人工神经网络模型能够更好地预测超细晶纯钛的动态力学行为，相关系数可达0.97065，平均相对误差仅为4.63%。
为研究超细晶纯钛在高温、高应变速率加载下的复杂力学行为，建立能够准确描述其动态力学行为的模型，对超细晶纯钛在温度为300~450 ℃，应变速率为2000~3000 s-1下进行了动态冲击实验，获得真应力-真应变曲线。结果表明：在所研究的条件下，真应力-真应变曲线均表现为明显的“双应力峰”特征，晶界处的位错湮灭、重新排列及后续绝热剪切带的形成是两次应力减小的主要因素，流动应力均表现出正应变速率敏感性和负温度敏感性。综合考虑应变硬化、应变速率硬化和热软化效应，提出一种修正J-C本构模型和BP人工神经网络模型，并对两种模型进行了准确性分析。结果表明BP人工神经网络模型能够更好地预测超细晶纯钛的动态力学行为，相关系数可达0.97065，平均相对误差仅为4.63%。
2024, 53(2):417-423.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230018
摘要:
采用10mm TA5钛合金，开展了万瓦级光纤激光焊接工艺研究。焊接过程高速摄影表明，当激光功率达到3～4KW时，羽辉严重，飞溅及烟尘增加明显；不同功率焊缝截面形貌试验表明，较低焊接功率时，焊缝截面呈“楔形”，当激光功率达到6千瓦以上时焊缝截面过渡为“漏斗形”。采用激光功率为10～11KW，焊接速度为1100～1500mm/min的工艺得到成型优良的“小孔型”焊接试板，焊缝变为具有较大深宽比的典型的高能束形貌,深宽比达到2:1，对焊缝进行射线和渗透检测，满足无损检测标准要求；对焊接接头进行力学性能和工艺性能开展测试，结果表明：焊接接头强度可达800Mpa，弯曲测试能够满足标准，断口韧窝明显，为韧性断裂；金相测试显示，焊缝区截面为“束腰”形貌，柱状晶区明显，各柱状晶区有明显的竟争生长模式。焊缝区主要为锯齿状α+点状β。硬度检测显示，焊缝区相比母材硬度略有升高，热影响区硬度最低，满足钛合金接头硬度要求。
采用10mm TA5钛合金，开展了万瓦级光纤激光焊接工艺研究。焊接过程高速摄影表明，当激光功率达到3～4KW时，羽辉严重，飞溅及烟尘增加明显；不同功率焊缝截面形貌试验表明，较低焊接功率时，焊缝截面呈“楔形”，当激光功率达到6千瓦以上时焊缝截面过渡为“漏斗形”。采用激光功率为10～11KW，焊接速度为1100～1500mm/min的工艺得到成型优良的“小孔型”焊接试板，焊缝变为具有较大深宽比的典型的高能束形貌,深宽比达到2:1，对焊缝进行射线和渗透检测，满足无损检测标准要求；对焊接接头进行力学性能和工艺性能开展测试，结果表明：焊接接头强度可达800Mpa，弯曲测试能够满足标准，断口韧窝明显，为韧性断裂；金相测试显示，焊缝区截面为“束腰”形貌，柱状晶区明显，各柱状晶区有明显的竟争生长模式。焊缝区主要为锯齿状α+点状β。硬度检测显示，焊缝区相比母材硬度略有升高，热影响区硬度最低，满足钛合金接头硬度要求。
2024, 53(2):435-448.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230021
摘要:
研究了微观组织和织构对β锻造的α + β两相钛合金镦饼旋转弯曲疲劳性能各向异性的影响,利用OM、SEM、XRD和EBSD等手段表征了镦饼不同方向及不同厚度处的显微组织以及织构分布,分析了微观组织和织构对旋转弯曲疲劳性能各向异性的影响。结果表明,合金经β锻造后,呈网篮组织特征,原始β晶粒压扁拉长,且晶界处存在再结晶晶粒；镦饼形成β相<100>//轴向的丝织构和α相<0001>//径向的织构。径向试样旋转弯曲疲劳强度优于轴向试样,这与镦饼的原始β晶粒形态和织构类型均有关,原始β晶粒的排布导致不同取向裂纹萌生的难易程度和裂纹扩展路径曲折程度不同；此外,α相和β相织构也造成不同取向在循环加载时滑移系开动难易程度不同造成疲劳强度产生差异。
研究了微观组织和织构对β锻造的α + β两相钛合金镦饼旋转弯曲疲劳性能各向异性的影响,利用OM、SEM、XRD和EBSD等手段表征了镦饼不同方向及不同厚度处的显微组织以及织构分布,分析了微观组织和织构对旋转弯曲疲劳性能各向异性的影响。结果表明,合金经β锻造后,呈网篮组织特征,原始β晶粒压扁拉长,且晶界处存在再结晶晶粒；镦饼形成β相<100>//轴向的丝织构和α相<0001>//径向的织构。径向试样旋转弯曲疲劳强度优于轴向试样,这与镦饼的原始β晶粒形态和织构类型均有关,原始β晶粒的排布导致不同取向裂纹萌生的难易程度和裂纹扩展路径曲折程度不同；此外,α相和β相织构也造成不同取向在循环加载时滑移系开动难易程度不同造成疲劳强度产生差异。
2024, 53(2):529-536.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220993
摘要:
对比研究了TB17钛合金3种典型组织形态(双态组织、网篮组织和片层组织)对其高周疲劳性能的影响,并分析了高周疲劳断口形貌。结果表明：双态组织特征的TB17钛合金具有最高的强塑性匹配水平,但其疲劳寿命与应力呈双线性关系,疲劳性能并不稳定；网篮组织的强塑性稍差,但具有最高的疲劳强度和疲劳比；片层组织的疲劳强度比网篮组织略低,但其疲劳比和拉伸塑性最差。高周疲劳加载应力处于低应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样内部、单源萌生,而处于高应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样表面、多源萌生。网篮组织存在更多的二次裂纹,且疲劳条带更为清晰密集,裂纹扩展路径更曲折,在扩展时消耗的能量更多。
对比研究了TB17钛合金3种典型组织形态(双态组织、网篮组织和片层组织)对其高周疲劳性能的影响,并分析了高周疲劳断口形貌。结果表明：双态组织特征的TB17钛合金具有最高的强塑性匹配水平,但其疲劳寿命与应力呈双线性关系,疲劳性能并不稳定；网篮组织的强塑性稍差,但具有最高的疲劳强度和疲劳比；片层组织的疲劳强度比网篮组织略低,但其疲劳比和拉伸塑性最差。高周疲劳加载应力处于低应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样内部、单源萌生,而处于高应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样表面、多源萌生。网篮组织存在更多的二次裂纹,且疲劳条带更为清晰密集,裂纹扩展路径更曲折,在扩展时消耗的能量更多。
2024, 53(2):321-329.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230018
摘要:
提出了一种以水热合成的PbWO4为原料，然后通过碳热还原-碳化获得超细WC的方法。以PbWO4为钨中间产品，避免了氨氮试剂的引入；采用碳还原的方式可避免水蒸气的产生，抑制了钨粉的长大。结果表明：在初始pH为7.0、反应温度为160 ℃，反应时间为4.5 h的条件下，Na2WO4溶液中99.9%（质量分数）以上的W以PbWO4的形式回收。然后采用低温碳还原PbWO4，在C:W摩尔比为5、950 ℃的条件下还原3 h，获得了W和C的混合物，该混合物中预加富余的C有助于抑制钨粉的团聚。然后将W和C混合物高温碳化，在1200 ℃下反应6 h，获得了粒径约为60 nm的WC粉末。
提出了一种以水热合成的PbWO4为原料，然后通过碳热还原-碳化获得超细WC的方法。以PbWO4为钨中间产品，避免了氨氮试剂的引入；采用碳还原的方式可避免水蒸气的产生，抑制了钨粉的长大。结果表明：在初始pH为7.0、反应温度为160 ℃，反应时间为4.5 h的条件下，Na2WO4溶液中99.9%（质量分数）以上的W以PbWO4的形式回收。然后采用低温碳还原PbWO4，在C:W摩尔比为5、950 ℃的条件下还原3 h，获得了W和C的混合物，该混合物中预加富余的C有助于抑制钨粉的团聚。然后将W和C混合物高温碳化，在1200 ℃下反应6 h，获得了粒径约为60 nm的WC粉末。
2024, 53(2):330-344.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230341
摘要:
为研究不同磁场强度对镍基合金力学性能和耐磨性能的影响规律，在脉冲强磁场设备上对GH99镍基合金试样进行脉冲磁处理。通过观察显微结构，分析了GH99镍基合金的磨损机理和强化机制。结果表明：外加脉冲磁场可改善材料位错分布，减小试样表面残余应力的分散性；在磁场强度为10 T时残余压应力达到最大值（-223.45 MPa），且此时材料拉伸断口的特征主要表现为韧性断裂，脉冲磁场处理合金产生亚结构位错胞有助于发挥细晶强化作用；在0~15 T范围内，随磁场强度增大，材料表面显微硬度和耐磨性能呈现先增强后减弱的规律，在脉冲磁场作用下合金材料内部的位错发生增殖致使位错密度增大，产生类似加工硬化现象，但磁场强度过大会导致位错塞积从而造成晶胞点阵畸变严重，出现材料性能恶化。
为研究不同磁场强度对镍基合金力学性能和耐磨性能的影响规律，在脉冲强磁场设备上对GH99镍基合金试样进行脉冲磁处理。通过观察显微结构，分析了GH99镍基合金的磨损机理和强化机制。结果表明：外加脉冲磁场可改善材料位错分布，减小试样表面残余应力的分散性；在磁场强度为10 T时残余压应力达到最大值（-223.45 MPa），且此时材料拉伸断口的特征主要表现为韧性断裂，脉冲磁场处理合金产生亚结构位错胞有助于发挥细晶强化作用；在0~15 T范围内，随磁场强度增大，材料表面显微硬度和耐磨性能呈现先增强后减弱的规律，在脉冲磁场作用下合金材料内部的位错发生增殖致使位错密度增大，产生类似加工硬化现象，但磁场强度过大会导致位错塞积从而造成晶胞点阵畸变严重，出现材料性能恶化。
2024, 53(2):345-349.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230415
摘要:
将非晶SmCo薄膜沉积在弯曲的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底上，薄膜厚度范围为10~150 nm。薄膜沉积结束后，当PET衬底从凹/凸变平时，非晶SmCo薄膜受到拉伸/压缩应变。结果表明，应变既可以调控SmCo/PET的剩余磁化强度，也可以调控其磁滞回线的方形度。与压缩应变相比，拉伸应变对非晶SmCo磁性的调控幅度更大。非晶SmCo薄膜的磁性之所以能够被柔性衬底提供的机械应变所调控是因为非晶SmCo薄膜具有负磁致伸缩特性。当负磁致伸缩效应发生时，拉伸应变会阻碍非晶SmCo薄膜的磁化过程，而压缩应变则会促进非晶SmCo薄膜的磁化过程。非晶SmCo/PET在开发柔性自旋电子器件和柔性微纳电子器件方面具有巨大潜力。
将非晶SmCo薄膜沉积在弯曲的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底上，薄膜厚度范围为10~150 nm。薄膜沉积结束后，当PET衬底从凹/凸变平时，非晶SmCo薄膜受到拉伸/压缩应变。结果表明，应变既可以调控SmCo/PET的剩余磁化强度，也可以调控其磁滞回线的方形度。与压缩应变相比，拉伸应变对非晶SmCo磁性的调控幅度更大。非晶SmCo薄膜的磁性之所以能够被柔性衬底提供的机械应变所调控是因为非晶SmCo薄膜具有负磁致伸缩特性。当负磁致伸缩效应发生时，拉伸应变会阻碍非晶SmCo薄膜的磁化过程，而压缩应变则会促进非晶SmCo薄膜的磁化过程。非晶SmCo/PET在开发柔性自旋电子器件和柔性微纳电子器件方面具有巨大潜力。
2024, 53(2):365-370.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230514
摘要:
采用Zn-6Sn-5Bi钎料对镀Cu/Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢进行钎焊连接，对比分析了2种镀层条件下钎焊接头的微观组织和力学性能。结果表明，对于镀Cu的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头，Cu在钎料中扩散并与Zn、Fe反应生成脆性金属间化合物，导致钎缝中出现裂纹和孔洞。与无镀层时的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头相比，接头的剪切强度由61.9 MPa降低至52.3 MPa；对于镀Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头，Ni集中分布在NdFeB一侧的界面处，并且由于Sn和Bi的扩散形成了不同的扩散层，其剪切强度提高至78.1 MPa。
采用Zn-6Sn-5Bi钎料对镀Cu/Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢进行钎焊连接，对比分析了2种镀层条件下钎焊接头的微观组织和力学性能。结果表明，对于镀Cu的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头，Cu在钎料中扩散并与Zn、Fe反应生成脆性金属间化合物，导致钎缝中出现裂纹和孔洞。与无镀层时的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头相比，接头的剪切强度由61.9 MPa降低至52.3 MPa；对于镀Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头，Ni集中分布在NdFeB一侧的界面处，并且由于Sn和Bi的扩散形成了不同的扩散层，其剪切强度提高至78.1 MPa。
2024, 53(2):377-385.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230405
摘要:
研究了磁性复合流体（MCF）浆料对砷化镓（GaAs）晶片表面纳米精密抛光的影响。通过混合CS羰基铁颗粒（CIPs）、Al2O3磨料颗粒、α-纤维素和磁性流体制备MCF浆料。首先，通过设计用于产生旋转磁场的MCF单元，建立了抛光装置。然后，对GaAs晶片表面进行了点抛光实验，以阐明MCF成分对不同抛光位置的表面粗糙度Ra和材料去除（MR）的影响。最后，使用含有不同直径颗粒的水基MCF浆料进行了扫描抛光实验。结果表明，在点抛光的情况下，水基和油基MCF处理后的初始表面粗糙度从954.07 nm分别降至1.02和20.06 nm。此外，MR的深度随着抛光时间的增加而线性增加。使用水基MCF的MR深度是使用油基MCF抛光的2.5倍。同时，抛光区的横截面轮廓显示出W型，这表明点抛光工件表面的MR不均匀。通过扫描抛光，抛光区的横截面轮廓显示出U型，这表明在给定的实验条件下，无论使用何种MCF，MR都是均匀的。使用含有直径为0.3 μm的磨粒的MCF能够获得Ra为0.82 nm的最光滑工作表面，同时MR速率为13.5 μm/h。
研究了磁性复合流体（MCF）浆料对砷化镓（GaAs）晶片表面纳米精密抛光的影响。通过混合CS羰基铁颗粒（CIPs）、Al2O3磨料颗粒、α-纤维素和磁性流体制备MCF浆料。首先，通过设计用于产生旋转磁场的MCF单元，建立了抛光装置。然后，对GaAs晶片表面进行了点抛光实验，以阐明MCF成分对不同抛光位置的表面粗糙度Ra和材料去除（MR）的影响。最后，使用含有不同直径颗粒的水基MCF浆料进行了扫描抛光实验。结果表明，在点抛光的情况下，水基和油基MCF处理后的初始表面粗糙度从954.07 nm分别降至1.02和20.06 nm。此外，MR的深度随着抛光时间的增加而线性增加。使用水基MCF的MR深度是使用油基MCF抛光的2.5倍。同时，抛光区的横截面轮廓显示出W型，这表明点抛光工件表面的MR不均匀。通过扫描抛光，抛光区的横截面轮廓显示出U型，这表明在给定的实验条件下，无论使用何种MCF，MR都是均匀的。使用含有直径为0.3 μm的磨粒的MCF能够获得Ra为0.82 nm的最光滑工作表面，同时MR速率为13.5 μm/h。
2024, 53(2):386-395.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230303
摘要:
提出了一种针对小型金属零部件的低成本、高精度的焦耳热金属熔丝增材制造技术。在此过程中，系统温度场和热历史对于实验分析具有重要意义。本研究主要利用有限元仿真软件建立三维焦耳热金属熔丝增材制造的热-电-结构耦合有限元模型，分析了制造过程中温度场变化规律以及丝材内部和基板的温度分布和等温面形状。结果表明：焦耳热在丝材与滚轮之间产生，丝材内部在0.1 s内升温至2700 ℃，滚轮移动后，最大温度位置随着滚轮的移动而移动，丝材内部温度梯度呈拱形，基板温度梯度呈半椭球形。模拟结果的截面熔核区域与实验截面熔核区域吻合较好。因此，所建立的有限元模型能够较准确地模拟焦耳热熔丝增材制造过程温度场，对实验机理的研究和后期的进一步加工有着重要指导意义。
提出了一种针对小型金属零部件的低成本、高精度的焦耳热金属熔丝增材制造技术。在此过程中，系统温度场和热历史对于实验分析具有重要意义。本研究主要利用有限元仿真软件建立三维焦耳热金属熔丝增材制造的热-电-结构耦合有限元模型，分析了制造过程中温度场变化规律以及丝材内部和基板的温度分布和等温面形状。结果表明：焦耳热在丝材与滚轮之间产生，丝材内部在0.1 s内升温至2700 ℃，滚轮移动后，最大温度位置随着滚轮的移动而移动，丝材内部温度梯度呈拱形，基板温度梯度呈半椭球形。模拟结果的截面熔核区域与实验截面熔核区域吻合较好。因此，所建立的有限元模型能够较准确地模拟焦耳热熔丝增材制造过程温度场，对实验机理的研究和后期的进一步加工有着重要指导意义。
2024, 53(2):424-434.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230020
摘要:
材料的组织形态直接影响零件的性能,本文采用自主研发的熔体约束诱导形核半固态制浆装置制备CuSn10半固态浆料并流变挤压成薄板,然后在350℃下轧制变形,研究变形量对微观组织和性能的影响。结果表明,随着变形量增加,变形板件内部缩松缩孔等铸造缺陷逐渐减少减小、晶粒呈现压缩拉长趋势、平均晶粒厚度从初始未变形时30.58μm到变形量ε=0.4时的22.12μm。随变形量的加大在初生相内部产生的形变孪晶数量逐渐增加。在变形量从ε=0增加到ε=0.4的过程中,CuSn10合金组织内小角度晶界占比逐渐占优,引入了大量的亚结构和位错密度。在变形量ε=0.4时,可以发现极图{110}和{111}存在[101]、[111]和[001]织构。在板材力学性能方面,板材的屈服强度、抗拉强度和硬度不断增加；但塑性呈现下降的趋势。变形量ε=0.4时,其屈服强度、抗拉强度和布氏硬度分别达到了443MPa、554MPa、194HBW,相较于初始未变形薄板其屈服强度、抗拉强度和硬度分别提高了106.1%、66.4%、41.6%,延伸率降低至0.82%。半固态CuSn10合金在变形过程中随变形量的增加强度、硬度不断提高、塑性持续降低,这主要是归功于在轧制变形过程中产生的晶粒细化和加工强化。
材料的组织形态直接影响零件的性能,本文采用自主研发的熔体约束诱导形核半固态制浆装置制备CuSn10半固态浆料并流变挤压成薄板,然后在350℃下轧制变形,研究变形量对微观组织和性能的影响。结果表明,随着变形量增加,变形板件内部缩松缩孔等铸造缺陷逐渐减少减小、晶粒呈现压缩拉长趋势、平均晶粒厚度从初始未变形时30.58μm到变形量ε=0.4时的22.12μm。随变形量的加大在初生相内部产生的形变孪晶数量逐渐增加。在变形量从ε=0增加到ε=0.4的过程中,CuSn10合金组织内小角度晶界占比逐渐占优,引入了大量的亚结构和位错密度。在变形量ε=0.4时,可以发现极图{110}和{111}存在[101]、[111]和[001]织构。在板材力学性能方面,板材的屈服强度、抗拉强度和硬度不断增加；但塑性呈现下降的趋势。变形量ε=0.4时,其屈服强度、抗拉强度和布氏硬度分别达到了443MPa、554MPa、194HBW,相较于初始未变形薄板其屈服强度、抗拉强度和硬度分别提高了106.1%、66.4%、41.6%,延伸率降低至0.82%。半固态CuSn10合金在变形过程中随变形量的增加强度、硬度不断提高、塑性持续降低,这主要是归功于在轧制变形过程中产生的晶粒细化和加工强化。
2024, 53(2):449-456.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230029
摘要:
炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB2涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本文以石墨为基体,在KF-KCl-K2TiF6-KBF4熔盐中以0.4-0.7A.cm-2电流密度、700-800℃温度电沉积TiB2涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙度测量仪及附着力测试仪对不同电流密度和温度下制备的涂层进行表征。结果表明：在石墨基体上可以得到均匀连贯的TiB2涂层；增大电流密度、降低电解温度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性；在0.6 A.cm-2、750℃最优电沉积条件下制得的TiB2涂层的厚度为229 μm,择优取向为<110>,表面粗糙度为14.85 μm,涂层与石墨基体的结合力为6.39 MPa。
炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB2涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本文以石墨为基体,在KF-KCl-K2TiF6-KBF4熔盐中以0.4-0.7A.cm-2电流密度、700-800℃温度电沉积TiB2涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙度测量仪及附着力测试仪对不同电流密度和温度下制备的涂层进行表征。结果表明：在石墨基体上可以得到均匀连贯的TiB2涂层；增大电流密度、降低电解温度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性；在0.6 A.cm-2、750℃最优电沉积条件下制得的TiB2涂层的厚度为229 μm,择优取向为<110>,表面粗糙度为14.85 μm,涂层与石墨基体的结合力为6.39 MPa。
2024, 53(2):457-464.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230030
摘要:
将铸态CuSn10P1铜合金先预退火处理,随后采用冷轧等温处理应变诱导熔化激活法(CRITSIMA)制备成半固态坯料。采用金相显微镜、配置能谱仪的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和布氏硬度计,研究预退火温度对半固态铜合金坯料的组织演变及力学性能的影响。结果表明：随着预退火温度升高,半固态铜合金坯料的平均晶粒尺寸增加,晶粒形状因子和液相率均降低；随着预退火温度升高,α-Cu相中固溶更多的Sn元素,减弱了Sn元素偏析,晶间脆硬相δ相含量减少,布氏硬度逐渐减小。在半固态铜合金坯料中检测到新相Cu13.7Sn的存在,这与晶间Sn元素的高度偏析有关。600 ℃预退火2 h制备的半固态铜合金坯料显微组织晶粒均匀细小,力学性能较好,其平均晶粒尺寸为68.34μm、晶粒形状因子为0.78、α-Cu基体中Sn元素固溶度为4.21wt%,布氏硬度为128 HBW。
将铸态CuSn10P1铜合金先预退火处理,随后采用冷轧等温处理应变诱导熔化激活法(CRITSIMA)制备成半固态坯料。采用金相显微镜、配置能谱仪的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和布氏硬度计,研究预退火温度对半固态铜合金坯料的组织演变及力学性能的影响。结果表明：随着预退火温度升高,半固态铜合金坯料的平均晶粒尺寸增加,晶粒形状因子和液相率均降低；随着预退火温度升高,α-Cu相中固溶更多的Sn元素,减弱了Sn元素偏析,晶间脆硬相δ相含量减少,布氏硬度逐渐减小。在半固态铜合金坯料中检测到新相Cu13.7Sn的存在,这与晶间Sn元素的高度偏析有关。600 ℃预退火2 h制备的半固态铜合金坯料显微组织晶粒均匀细小,力学性能较好,其平均晶粒尺寸为68.34μm、晶粒形状因子为0.78、α-Cu基体中Sn元素固溶度为4.21wt%,布氏硬度为128 HBW。
18 钼的二次电子发射特性研究
2024, 53(2):465-473.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230032
摘要:
钼具有高熔点、低的热膨胀系数和极佳的稳定性，在等离子体推进和电真空器件领域具有广阔的应用前景，其二次电子发射特性也逐渐引起了研究者们的关注。本文首先对钼的二次电子发射系数(Secondary Electron Yield，SEY)和二次电子能谱(Secondary Electron Spectrum，SES)展开实验研究，其次利用相关唯象模型对测试数据进行了分析；最后建立了钼SEY的蒙特卡罗模型，用于分析功函数对SEY的影响规律。研究结果表明：钼SEY的最大值为1.77，相比镀银铝合金明显降低。当入射电子能量改变时，SES中真二次电子峰的最可几能量基本不变，而弹性背散射电子峰的位置和强度均随之改变。在各类二次电子中，真二次电子受功函数的影响最大。
钼具有高熔点、低的热膨胀系数和极佳的稳定性，在等离子体推进和电真空器件领域具有广阔的应用前景，其二次电子发射特性也逐渐引起了研究者们的关注。本文首先对钼的二次电子发射系数(Secondary Electron Yield，SEY)和二次电子能谱(Secondary Electron Spectrum，SES)展开实验研究，其次利用相关唯象模型对测试数据进行了分析；最后建立了钼SEY的蒙特卡罗模型，用于分析功函数对SEY的影响规律。研究结果表明：钼SEY的最大值为1.77，相比镀银铝合金明显降低。当入射电子能量改变时，SES中真二次电子峰的最可几能量基本不变，而弹性背散射电子峰的位置和强度均随之改变。在各类二次电子中，真二次电子受功函数的影响最大。
2024, 53(2):474-482.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230034
摘要:
自动压铆是航空制造工业中的重要装配技术,压铆过程结束后铆孔周围产生的残余应力的分布形式与压铆结构的疲劳性能息息相关。本文使用ABAQUS软件建立了2060-T8铝锂合金壁板压铆过程的有限元模型,通过有限元分析发现了压铆后铆孔壁面上的残余应力由靠近镦头处到靠近钉头处逐渐降低的分布规律。随着压铆力由28.5kN增大至46kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板孔壁平均残余应力提高33%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升180%；铆钉材料为7050-T73的压铆壁板孔壁平均残余应力提高58%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升184%。疲劳裂纹萌生于铆接下板孔壁附近,随着压铆力由32.5kN增大至42kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升了31%~80%,铆钉材料为7050-T73的压铆壁板疲劳寿命提升6%~161%。相比于铆钉材料为7050-T73的压铆壁板,相同工艺条件下铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升12%~44%。
自动压铆是航空制造工业中的重要装配技术,压铆过程结束后铆孔周围产生的残余应力的分布形式与压铆结构的疲劳性能息息相关。本文使用ABAQUS软件建立了2060-T8铝锂合金壁板压铆过程的有限元模型,通过有限元分析发现了压铆后铆孔壁面上的残余应力由靠近镦头处到靠近钉头处逐渐降低的分布规律。随着压铆力由28.5kN增大至46kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板孔壁平均残余应力提高33%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升180%；铆钉材料为7050-T73的压铆壁板孔壁平均残余应力提高58%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升184%。疲劳裂纹萌生于铆接下板孔壁附近,随着压铆力由32.5kN增大至42kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升了31%~80%,铆钉材料为7050-T73的压铆壁板疲劳寿命提升6%~161%。相比于铆钉材料为7050-T73的压铆壁板,相同工艺条件下铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升12%~44%。
2024, 53(2):483-489.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230038
摘要:
本文采用一种快速、低成本的方法制得纳米碳材料-碳烟颗粒(CH),并通过粉末冶金和机械合金化技术制备出铅/碳烟颗粒(Pb/CH)复合阳极材料,利用纳米碳材料高比表面积和高催化活性等优点,提高铅基阳极的析氧电催化性。使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、循环伏安曲线(CV)和线性扫描伏安曲线(LSV)等测试进行表征。CH呈疏松的球链状,具有丰富的羰基和羟基功能团,是良好的电子和质子传递载体。随着CH含量增加, Pb/CH复合阳极的析氧超电位降低。Pb/1.5 wt.% CH复合阳极与纯Pb和传统Pb/0.75 wt.% Ag阳极相比,其表观交换电流密度分别提高3和2个数量级。在模拟锌电积条件下,其析氧电位低于铅银合金阳极20 mV,较纯铅阳极降低133 mV,具有优异的析氧电催化活性。
本文采用一种快速、低成本的方法制得纳米碳材料-碳烟颗粒(CH),并通过粉末冶金和机械合金化技术制备出铅/碳烟颗粒(Pb/CH)复合阳极材料,利用纳米碳材料高比表面积和高催化活性等优点,提高铅基阳极的析氧电催化性。使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、循环伏安曲线(CV)和线性扫描伏安曲线(LSV)等测试进行表征。CH呈疏松的球链状,具有丰富的羰基和羟基功能团,是良好的电子和质子传递载体。随着CH含量增加, Pb/CH复合阳极的析氧超电位降低。Pb/1.5 wt.% CH复合阳极与纯Pb和传统Pb/0.75 wt.% Ag阳极相比,其表观交换电流密度分别提高3和2个数量级。在模拟锌电积条件下,其析氧电位低于铅银合金阳极20 mV,较纯铅阳极降低133 mV,具有优异的析氧电催化活性。
2024, 53(2):490-500.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230040
摘要:
建立了将随温度变化的材料参数特性和相变潜热考虑在内，用“生死单元”技术模拟铺粉过程的钨选区激光熔化热力耦合有限元模型，模拟了选区激光熔化过程中成形件的温度场和应力场，探究了不同基板预热温度和不同支撑结构对成形件残余应力的影响。模拟结果表明，金属钨在选区激光熔化过程中经历多次加热、冷却过程，温度分布不均匀。基板预热和施加支撑结构均能减小成形件的残余应力，当基板预热温度为1273.15K时，成形件中间节点残余应力减小118.99MPa，减小幅度为9.96%；当采用四层网格支撑结构时，成形件中间节点残余应力减小413.33MPa，减小幅度为34.61%。
建立了将随温度变化的材料参数特性和相变潜热考虑在内，用“生死单元”技术模拟铺粉过程的钨选区激光熔化热力耦合有限元模型，模拟了选区激光熔化过程中成形件的温度场和应力场，探究了不同基板预热温度和不同支撑结构对成形件残余应力的影响。模拟结果表明，金属钨在选区激光熔化过程中经历多次加热、冷却过程，温度分布不均匀。基板预热和施加支撑结构均能减小成形件的残余应力，当基板预热温度为1273.15K时，成形件中间节点残余应力减小118.99MPa，减小幅度为9.96%；当采用四层网格支撑结构时，成形件中间节点残余应力减小413.33MPa，减小幅度为34.61%。
2024, 53(2):501-508.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230041
摘要:
通过OM、SEM、TEM和显微硬度、室温冲击以及高温拉伸试验，研究了650 ℃时效不同时间后SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织、力学性能及断裂机理。结果表明，固溶态SP2215钢微观组织由奥氏体，少量孪晶及未溶NbN和Z相组成；650 ℃时效时Cr23C6优先在奥氏体晶界析出，且随时效时间延长逐渐增多、粗化并形成连续网状；球形富Cu相在奥氏体晶内析出且尺寸稳定，时效2012 h约为15 nm；SP2215钢晶内室温显微硬度在时效50 h时基本达到最大值，之后趋于稳定，这与稳定富Cu相的析出强化作用有关；SP2215钢具有明显的高温时效脆化倾向，时效2012 h室温冲击吸收功较固溶态降低约78.5%，室温冲击断裂随时效时间延长由韧性断裂向沿晶脆性断裂转变，这是由Cr23C6在奥氏体晶界析出并逐渐聚集、粗化导致的。SP2215钢在650 ℃，2.5×10-4 s-1应变速率下拉伸时出现锯齿流变（Portevin-Le Chatelier, PLC）现象，锯齿类型为Type(A+B)，随时效时间延长PLC逐渐“减弱”，但锯齿类型不变；随时效时间延长SP2215钢高温拉伸屈服强度基本保持稳定，抗拉强度和断面收缩率逐渐降低，高温拉伸断裂由韧性断裂向准解理脆性断裂转变。
通过OM、SEM、TEM和显微硬度、室温冲击以及高温拉伸试验，研究了650 ℃时效不同时间后SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织、力学性能及断裂机理。结果表明，固溶态SP2215钢微观组织由奥氏体，少量孪晶及未溶NbN和Z相组成；650 ℃时效时Cr23C6优先在奥氏体晶界析出，且随时效时间延长逐渐增多、粗化并形成连续网状；球形富Cu相在奥氏体晶内析出且尺寸稳定，时效2012 h约为15 nm；SP2215钢晶内室温显微硬度在时效50 h时基本达到最大值，之后趋于稳定，这与稳定富Cu相的析出强化作用有关；SP2215钢具有明显的高温时效脆化倾向，时效2012 h室温冲击吸收功较固溶态降低约78.5%，室温冲击断裂随时效时间延长由韧性断裂向沿晶脆性断裂转变，这是由Cr23C6在奥氏体晶界析出并逐渐聚集、粗化导致的。SP2215钢在650 ℃，2.5×10-4 s-1应变速率下拉伸时出现锯齿流变（Portevin-Le Chatelier, PLC）现象，锯齿类型为Type(A+B)，随时效时间延长PLC逐渐“减弱”，但锯齿类型不变；随时效时间延长SP2215钢高温拉伸屈服强度基本保持稳定，抗拉强度和断面收缩率逐渐降低，高温拉伸断裂由韧性断裂向准解理脆性断裂转变。
2024, 53(2):509-519.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230042
摘要:
为研究Si对简单NiAl涂层抗高温氧化性能的影响规律,改变料浆中Si/(Si+Al)比值(8wt.%、17wt.%和30wt.%),制备了三种不同Si含量的改性NiAl涂层。采用XRD、SEM、EPMA等表征方法分析了简单NiAl涂层和三种Si改性NiAl涂层氧化前后的相结构和显微组织。结果表明：四种铝化物涂层主要相均为δ-Ni2Al3和β-NiAl相。Si以CrSi2、Cr5Si3和Ni2Si硅化物的形式存在于涂层表层。在1000℃氧化500h后,简单NiAl涂层具有最大的氧化增重为1.93mg.cm-2,而Si/(Si+Al)比值为8wt.%的Si改性NiAl涂层具有最小的氧化增重。在NiAl涂层中掺杂Si可促进α-Al2O3膜的形成,通过形成硅化物减少难熔金属元素向涂层表面扩散,改善氧化膜表面质量,降低氧化速率。但是掺杂过量的Si会降低涂层表层Al含量,使涂层在氧化后期出现β相不足的问题,无法维持表面Al的选择性氧化。因此,当料浆中Si/(Si+Al)为8 wt.%,涂层表面Si含量为9.6 at.%时,涂层具有最高的抗高温氧化性能。
为研究Si对简单NiAl涂层抗高温氧化性能的影响规律,改变料浆中Si/(Si+Al)比值(8wt.%、17wt.%和30wt.%),制备了三种不同Si含量的改性NiAl涂层。采用XRD、SEM、EPMA等表征方法分析了简单NiAl涂层和三种Si改性NiAl涂层氧化前后的相结构和显微组织。结果表明：四种铝化物涂层主要相均为δ-Ni2Al3和β-NiAl相。Si以CrSi2、Cr5Si3和Ni2Si硅化物的形式存在于涂层表层。在1000℃氧化500h后,简单NiAl涂层具有最大的氧化增重为1.93mg.cm-2,而Si/(Si+Al)比值为8wt.%的Si改性NiAl涂层具有最小的氧化增重。在NiAl涂层中掺杂Si可促进α-Al2O3膜的形成,通过形成硅化物减少难熔金属元素向涂层表面扩散,改善氧化膜表面质量,降低氧化速率。但是掺杂过量的Si会降低涂层表层Al含量,使涂层在氧化后期出现β相不足的问题,无法维持表面Al的选择性氧化。因此,当料浆中Si/(Si+Al)为8 wt.%,涂层表面Si含量为9.6 at.%时,涂层具有最高的抗高温氧化性能。
2024, 53(2):520-528.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230053
摘要:
本文采用粉末触变成形技术制备了由“芯-壳”结构粒子增强的A356Al复合材料,然后通过T6热处理进一步提高该复合材料的综合力学性能。研究结果表明,“芯-壳”结构增强体颗粒不仅能够提高复合材料的抗拉强度、屈服强度(增加率分别为18.0%和32.7%),而且使其(10.8%)具备与基体铝合金(11.3%)相当的塑性。在T6热处理过程中,随时效时间的延长,该复合材料的强度、硬度先增加(1-7h,即欠时效)后减小(9-12h,即过时效),在8h时达到最大值(即峰时效),此时复合材料的抗拉强度、屈服强度和硬度分别为325.4 MPa、254.4 MPa和104.0 HV,比热处理前分别提高了33.7%、74.0%和48.5%；峰时效延伸率为9.4%,与热处理前相比几乎没有下降。即经过T6热处理后,“芯-壳”结构增强体粒子能在提高复合材料强度的同时,最大程度地保留其良好的塑性。最后,通过对时效8h和12h的复合材料基体中析出相的尺寸、密度和类型的分析,对其强化机制进行了讨论。
本文采用粉末触变成形技术制备了由“芯-壳”结构粒子增强的A356Al复合材料,然后通过T6热处理进一步提高该复合材料的综合力学性能。研究结果表明,“芯-壳”结构增强体颗粒不仅能够提高复合材料的抗拉强度、屈服强度(增加率分别为18.0%和32.7%),而且使其(10.8%)具备与基体铝合金(11.3%)相当的塑性。在T6热处理过程中,随时效时间的延长,该复合材料的强度、硬度先增加(1-7h,即欠时效)后减小(9-12h,即过时效),在8h时达到最大值(即峰时效),此时复合材料的抗拉强度、屈服强度和硬度分别为325.4 MPa、254.4 MPa和104.0 HV,比热处理前分别提高了33.7%、74.0%和48.5%；峰时效延伸率为9.4%,与热处理前相比几乎没有下降。即经过T6热处理后,“芯-壳”结构增强体粒子能在提高复合材料强度的同时,最大程度地保留其良好的塑性。最后,通过对时效8h和12h的复合材料基体中析出相的尺寸、密度和类型的分析,对其强化机制进行了讨论。
2024, 53(2):537-545.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230056
摘要:
针对核辐射 n-γ 混合场，研制了一种以 Gd 为核心屏蔽粒子， SEBS 为基体的环境友好型射线柔性综合屏蔽体，该材料具有绿色环保、生产节能、综合防护、柔性可塑、可回收使用等特点。扫描电镜结果表明 Gd2O3 粉末呈颗粒状均匀分布，在基体中有良好的分散性； X 射线衍射和红外光谱结果表明 Gd2O3 和基体本质上属于物理机械混合，不涉及化学键变化； γ 射线和热中子屏蔽性能验证表明，随着 Gd 面密度的提高， γ 射线和热中子透射率吸收遵从指数衰减规律；当 Gd 面密度为0.018 4 ~ 0.291 3 g/cm2时，材料在39 keV、59 keV和122 keV下 γ 射线透射率为83.73%~11.48%，75.43%~2.73%和93.03%~51.64%；当 Gd 面密度为0.018 9 ~ 0.070 9 g/cm2时，材料中子透射率为45.74%~35.78%。该柔性射线综合屏蔽体有效弥补了传统防护材料的弊端，在未来舰船生物屏蔽、核医学诊疗、安全检测等领域具有潜在应用价值。
针对核辐射 n-γ 混合场，研制了一种以 Gd 为核心屏蔽粒子， SEBS 为基体的环境友好型射线柔性综合屏蔽体，该材料具有绿色环保、生产节能、综合防护、柔性可塑、可回收使用等特点。扫描电镜结果表明 Gd2O3 粉末呈颗粒状均匀分布，在基体中有良好的分散性； X 射线衍射和红外光谱结果表明 Gd2O3 和基体本质上属于物理机械混合，不涉及化学键变化； γ 射线和热中子屏蔽性能验证表明，随着 Gd 面密度的提高， γ 射线和热中子透射率吸收遵从指数衰减规律；当 Gd 面密度为0.018 4 ~ 0.291 3 g/cm2时，材料在39 keV、59 keV和122 keV下 γ 射线透射率为83.73%~11.48%，75.43%~2.73%和93.03%~51.64%；当 Gd 面密度为0.018 9 ~ 0.070 9 g/cm2时，材料中子透射率为45.74%~35.78%。该柔性射线综合屏蔽体有效弥补了传统防护材料的弊端，在未来舰船生物屏蔽、核医学诊疗、安全检测等领域具有潜在应用价值。
2024, 53(2):546-554.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230060
摘要:
纳米金作为一种常见的贵金属纳米材料,具有许多优良的物理化学性质。这些特性与纳米金的微观结构、形貌、大小尺寸有关。纳米金的结构和形貌决定性质,性质决定功能和应用。该文首先介绍了纳米金的性质和应用；并对常见的球状纳米金的合成方法进行了综述。然后,重点概述了不同功能特殊形貌的纳米金,如棒状,管状,片状,花状,海胆状,多面体和核壳型等。分别对其合成方法和应用进行了归纳总结,并对纳米金未来的发展方向进行了展望。
纳米金作为一种常见的贵金属纳米材料,具有许多优良的物理化学性质。这些特性与纳米金的微观结构、形貌、大小尺寸有关。纳米金的结构和形貌决定性质,性质决定功能和应用。该文首先介绍了纳米金的性质和应用；并对常见的球状纳米金的合成方法进行了综述。然后,重点概述了不同功能特殊形貌的纳米金,如棒状,管状,片状,花状,海胆状,多面体和核壳型等。分别对其合成方法和应用进行了归纳总结,并对纳米金未来的发展方向进行了展望。
2024, 53(2):555-562.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230731
摘要:
传统Ag包套与铁基超导材料具有良好的化学相容性以及塑性加工特性，但是其机械强度低；而采用复合包套来制备高强度Ba1-xKxFe2As2铁基多芯线带材是一种直接高效且成本低廉的方法。本研究选取高强度高延展性的Ag/Nb/Cu三层复合包套，从线带材包套尺寸、冷加工工艺和中间退火等方面进行优化，获得了结构稳定且易于加工的Ba1-xKxFe2As2多芯线带材。Ag/Nb/Cu复合包套Ba1-xKxFe2As2线带材的多芯孔型完整并且分布均匀，超导填充因子约为25.3-28.0%，并且具有较好的力学性能。Ba1-xKxFe2As2多芯带材的转变Tc为37.5 K，M-H曲线表明样品具有较强的内在磁通钉扎能力。在4.2 K和2 T下其传输Jc约为1.0×104 A/cm2，在10 T时传输Jc仍然保持为8.7×103 A/cm2。
传统Ag包套与铁基超导材料具有良好的化学相容性以及塑性加工特性，但是其机械强度低；而采用复合包套来制备高强度Ba1-xKxFe2As2铁基多芯线带材是一种直接高效且成本低廉的方法。本研究选取高强度高延展性的Ag/Nb/Cu三层复合包套，从线带材包套尺寸、冷加工工艺和中间退火等方面进行优化，获得了结构稳定且易于加工的Ba1-xKxFe2As2多芯线带材。Ag/Nb/Cu复合包套Ba1-xKxFe2As2线带材的多芯孔型完整并且分布均匀，超导填充因子约为25.3-28.0%，并且具有较好的力学性能。Ba1-xKxFe2As2多芯带材的转变Tc为37.5 K，M-H曲线表明样品具有较强的内在磁通钉扎能力。在4.2 K和2 T下其传输Jc约为1.0×104 A/cm2，在10 T时传输Jc仍然保持为8.7×103 A/cm2。
2024, 53(2):563-571.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230428
摘要:
本文采用EBSD、SEM和准静态室温单轴拉伸试验研究了不同中温形变热处理工艺与新型镍基高温合金微观组织和室温力学性能之间的关系。研究表明,新型镍基高温合金经中温形变热处理后可明显提高退火孪晶的长度分数,最高可达40.6%。退火孪晶的形成主要以晶粒的“生长意外”机制为主。同时,相比于固溶+双级时效处理试样的力学性能(σy=1018 MPa,εf=17.44%),合金在750 ℃轧制变形30%后在1120 ℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高499 MPa,为1517 MPa,而其εf仅降低了4.69%。在750 ℃轧制变形50%后在1120 ℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高352 MPa,为1370 MPa,而其εf基本保持不变。这种强度的升高主要归因于晶粒细化和退火孪晶的共同作用,这为高性能镍基高温合金提供一种新的强化策略。
本文采用EBSD、SEM和准静态室温单轴拉伸试验研究了不同中温形变热处理工艺与新型镍基高温合金微观组织和室温力学性能之间的关系。研究表明,新型镍基高温合金经中温形变热处理后可明显提高退火孪晶的长度分数,最高可达40.6%。退火孪晶的形成主要以晶粒的“生长意外”机制为主。同时,相比于固溶+双级时效处理试样的力学性能(σy=1018 MPa,εf=17.44%),合金在750 ℃轧制变形30%后在1120 ℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高499 MPa,为1517 MPa,而其εf仅降低了4.69%。在750 ℃轧制变形50%后在1120 ℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高352 MPa,为1370 MPa,而其εf基本保持不变。这种强度的升高主要归因于晶粒细化和退火孪晶的共同作用,这为高性能镍基高温合金提供一种新的强化策略。
2024, 53(2):572-580.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230009
摘要:
铀及铀合金是核工业中重要的结构和功能材料，其腐蚀状态对于材料的使役有效性有重要影响。材料学因素，包括组分、组织结构、内部和表面的缺陷状态等是影响铀材料耐蚀性能的内因。本文重点综述了铀材料中微缺陷对腐蚀的影响规律的研究现状，从杂质元素、夹杂、显微组织、表面状态四个方面系统梳理了国内外公开报道的研究工作和取得的规律认识。在此基础上，简要的提出了改善和消除微缺陷以提升铀材料耐蚀性能的策略。
铀及铀合金是核工业中重要的结构和功能材料，其腐蚀状态对于材料的使役有效性有重要影响。材料学因素，包括组分、组织结构、内部和表面的缺陷状态等是影响铀材料耐蚀性能的内因。本文重点综述了铀材料中微缺陷对腐蚀的影响规律的研究现状，从杂质元素、夹杂、显微组织、表面状态四个方面系统梳理了国内外公开报道的研究工作和取得的规律认识。在此基础上，简要的提出了改善和消除微缺陷以提升铀材料耐蚀性能的策略。
2024, 53(2):581-592.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220995
摘要:
作为传统蒸气-压缩技术的潜在替代技术,磁制冷技术因高效、环保而备受关注。磁制冷技术基于磁性材料的磁热效应。磁热材料作为磁制冷机的关键组成部分,其性能制约着磁制冷技术的发展。在磁热材料中,Mn-Fe-P-Si合金由于具有大磁热效应、成本低和磁热性能可调控等优势,被认为是极具发展前景的室温磁制冷材料,受到研究者的广泛关注。本文主要综述了近年来国内外关于Mn-Fe-P-Si合金磁热性能及其调控的相关研究进展,为Mn-Fe-P-Si磁制冷材料的进一步研究提供参考。
作为传统蒸气-压缩技术的潜在替代技术,磁制冷技术因高效、环保而备受关注。磁制冷技术基于磁性材料的磁热效应。磁热材料作为磁制冷机的关键组成部分,其性能制约着磁制冷技术的发展。在磁热材料中,Mn-Fe-P-Si合金由于具有大磁热效应、成本低和磁热性能可调控等优势,被认为是极具发展前景的室温磁制冷材料,受到研究者的广泛关注。本文主要综述了近年来国内外关于Mn-Fe-P-Si合金磁热性能及其调控的相关研究进展,为Mn-Fe-P-Si磁制冷材料的进一步研究提供参考。
31 单晶叶片激光修复研究进展
2024, 53(2):593-602.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20221002
摘要:
单晶叶片激光修复技术为航空领域节约了大量成本，该技术以增材制造工艺为基础，以期在单晶基底上通过定向凝固生长出理想的单晶结构。目前，主流的单晶叶片修复技术包括以下两类：定向能量沉积技术（Directed Energy Deposition，DED）、粉末床熔融技术（Powder Bed Fusion，PBF）。本文综述了两种主要修复技术的研究进展，总结了修复过程中工艺参数的影响及单晶生长的机理，阐明了单晶修复技术在航空领域的应用潜力。此外，本文还讨论了单晶叶片修复目前面临的主要挑战，并对其未来发展趋势进行展望。
单晶叶片激光修复技术为航空领域节约了大量成本，该技术以增材制造工艺为基础，以期在单晶基底上通过定向凝固生长出理想的单晶结构。目前，主流的单晶叶片修复技术包括以下两类：定向能量沉积技术（Directed Energy Deposition，DED）、粉末床熔融技术（Powder Bed Fusion，PBF）。本文综述了两种主要修复技术的研究进展，总结了修复过程中工艺参数的影响及单晶生长的机理，阐明了单晶修复技术在航空领域的应用潜力。此外，本文还讨论了单晶叶片修复目前面临的主要挑战，并对其未来发展趋势进行展望。
2024, 53(2):603-616.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230062
摘要:
钼作为一种难熔金属,因其良好的高温强度、抗蠕变性能、导热性能、耐蚀性能和低溅射率等特性,是满足新一代核能技术发展的重要候选材料。离子辐照会改变钼金属的微观结构,使其产生位错环、空洞、气泡等多种缺陷,导致钼的性质发生改变,服役性能大大降低,最终使得钼金属不能长期有效应用于核反应堆中。本文综述了近年来国内外学者基于辐照对钼损伤行为方面的研究,分析了不同离子辐照下钼的微观结构、表面形貌、力学性能及光学特性等方面的影响,并在现有研究基础上对未来离子辐照对钼金属的损伤行为的研究方向进行了展望,以期望对钼金属的研发和核反应堆方面的应用提供参考。
钼作为一种难熔金属,因其良好的高温强度、抗蠕变性能、导热性能、耐蚀性能和低溅射率等特性,是满足新一代核能技术发展的重要候选材料。离子辐照会改变钼金属的微观结构,使其产生位错环、空洞、气泡等多种缺陷,导致钼的性质发生改变,服役性能大大降低,最终使得钼金属不能长期有效应用于核反应堆中。本文综述了近年来国内外学者基于辐照对钼损伤行为方面的研究,分析了不同离子辐照下钼的微观结构、表面形貌、力学性能及光学特性等方面的影响,并在现有研究基础上对未来离子辐照对钼金属的损伤行为的研究方向进行了展望,以期望对钼金属的研发和核反应堆方面的应用提供参考。
