2024年第53卷第8期文章目次
2024, 53(8):2131-2136.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230684
摘要:
采用不同热处理工艺对Inconel 718高温合金进行了组织观察和性能研究以分析热处理机理。结果表明，析出相的类型和数量以及晶粒尺寸对Inconel 718高温合金热处理试样的性能有不同的影响。γ"相和γ'相以及晶粒尺寸主要影响强度，δ相主要影响塑性。此外，γ"和γ'强化相的析出可以提高屈服强度。合金中γ"和γ'相含量相近时，强度与平均晶粒尺寸成反比。塑性易受δ相含量和形状的影响。适量的δ相对塑性有益，但过量的δ相会使塑性降低。
采用不同热处理工艺对Inconel 718高温合金进行了组织观察和性能研究以分析热处理机理。结果表明，析出相的类型和数量以及晶粒尺寸对Inconel 718高温合金热处理试样的性能有不同的影响。γ"相和γ'相以及晶粒尺寸主要影响强度，δ相主要影响塑性。此外，γ"和γ'强化相的析出可以提高屈服强度。合金中γ"和γ'相含量相近时，强度与平均晶粒尺寸成反比。塑性易受δ相含量和形状的影响。适量的δ相对塑性有益，但过量的δ相会使塑性降低。
2024, 53(8):2152-2155.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230847
摘要:
研究了低压脉冲磁场对K4169高温合金组织转变的影响。将低压脉冲磁场与定向凝固相结合，制备了具有柱状晶、粗等轴晶和细等轴晶梯度组织特征的K4169高温合金，为高温合金梯度组织的制备提供了一种新的方法。揭示了合金微观组织的转变机制，模拟了低压脉冲磁场作用下洛伦兹力和流场的分布情况。结果表明：微观组织的转变归因于洛伦兹力和强迫对流的耦合效应。
研究了低压脉冲磁场对K4169高温合金组织转变的影响。将低压脉冲磁场与定向凝固相结合，制备了具有柱状晶、粗等轴晶和细等轴晶梯度组织特征的K4169高温合金，为高温合金梯度组织的制备提供了一种新的方法。揭示了合金微观组织的转变机制，模拟了低压脉冲磁场作用下洛伦兹力和流场的分布情况。结果表明：微观组织的转变归因于洛伦兹力和强迫对流的耦合效应。
2024, 53(8):2182-2192.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230045
摘要:
IN706高温合金对热加工工艺参数特别敏感，在1143~1393 K、应变速率为0.01、0.1、0.5和1 s-1的等温压缩条件下将IN706高温合金分别压缩30%、45%和60%，研究了IN706高温合金的流变应力。采用指数型Zener-Hollomon方程来描述应变和温度对热变形的影响，同时在考虑应变补偿的本构方程中考虑了α、n、Q和lnA等不同材料常数的应变效应，并对相关系数R和平均绝对相对误差进行了验证。在构建本构方程的基础上，绘制了IN706高温合金的热加工图，并根据Murty准则给出了不稳定区域。结果表明，应变速率0.1 s-1、温度1313~1353 K是合理的热加工工艺参数窗口。
IN706高温合金对热加工工艺参数特别敏感，在1143~1393 K、应变速率为0.01、0.1、0.5和1 s-1的等温压缩条件下将IN706高温合金分别压缩30%、45%和60%，研究了IN706高温合金的流变应力。采用指数型Zener-Hollomon方程来描述应变和温度对热变形的影响，同时在考虑应变补偿的本构方程中考虑了α、n、Q和lnA等不同材料常数的应变效应，并对相关系数R和平均绝对相对误差进行了验证。在构建本构方程的基础上，绘制了IN706高温合金的热加工图，并根据Murty准则给出了不稳定区域。结果表明，应变速率0.1 s-1、温度1313~1353 K是合理的热加工工艺参数窗口。
2024, 53(8):2200-2204.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240003
摘要:
本文采用真空电弧镀工艺在第二代镍基DD6单晶高温合金表面沉积了NiCoCrAlYHf(HY5)涂层,分别采用物理吹砂法与化学溶液浸泡法去除表面涂层,对比研究二者对涂层的去除效果及对基体合金影响程度。结果表明：涂覆的涂层厚度约20μm,主要由γ’及β相组成；经物理法或化学法处理后,基体表面无涂层残留,原始涂层均被完全去除。在物理法吹砂颗粒的切削作用下,基体合金表面宏观上呈现凹凸形貌,微观上沿<110>取向变形产生形变层；物理法破坏了基体合金表面完整性,对基体损伤较大。化学法处理仅在局部区域产生γ’相损伤层,对基体损伤较小。
本文采用真空电弧镀工艺在第二代镍基DD6单晶高温合金表面沉积了NiCoCrAlYHf(HY5)涂层,分别采用物理吹砂法与化学溶液浸泡法去除表面涂层,对比研究二者对涂层的去除效果及对基体合金影响程度。结果表明：涂覆的涂层厚度约20μm,主要由γ’及β相组成；经物理法或化学法处理后,基体表面无涂层残留,原始涂层均被完全去除。在物理法吹砂颗粒的切削作用下,基体合金表面宏观上呈现凹凸形貌,微观上沿<110>取向变形产生形变层；物理法破坏了基体合金表面完整性,对基体损伤较大。化学法处理仅在局部区域产生γ’相损伤层,对基体损伤较小。
2024, 53(8):2205-2216.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230364
摘要:
变形前的加热工艺对高温合金的热加工性能具有重要影响。本文通过开展等温加热实验研究了难变形高温合金U720Li中γ′相特征及晶粒组织随加热温度及保温时间的演变行为，进而为改善其热加工性能提供理论指导。为了更准确地描述γ′相和晶粒的特征，本文采用电解腐蚀与化学腐蚀试样相结合的方法开展研究。结果表明，一次γ′的面积分数及尺寸随加热温度的升高及保温时间的延长逐渐减小。细小二次γ′比粗大一次γ′更易溶解，前者在1100 ℃保温30 min就可完全溶解，而后者在1180 ℃保温30 min才能完全溶解；一次γ′的不断溶解减弱了其对晶界的钉扎作用，导致合金的平均晶粒尺寸随加热温度升高及保温时间的延长逐渐增大，且在1180 ℃（高于γ′溶解温度）短时保温就发生了晶粒异常长大现象，形成混晶组织。最后，根据不同加热条件的晶粒长大行为，建立了U720Li合金在1050~1160 ℃的晶粒长大动力学模型。
变形前的加热工艺对高温合金的热加工性能具有重要影响。本文通过开展等温加热实验研究了难变形高温合金U720Li中γ′相特征及晶粒组织随加热温度及保温时间的演变行为，进而为改善其热加工性能提供理论指导。为了更准确地描述γ′相和晶粒的特征，本文采用电解腐蚀与化学腐蚀试样相结合的方法开展研究。结果表明，一次γ′的面积分数及尺寸随加热温度的升高及保温时间的延长逐渐减小。细小二次γ′比粗大一次γ′更易溶解，前者在1100 ℃保温30 min就可完全溶解，而后者在1180 ℃保温30 min才能完全溶解；一次γ′的不断溶解减弱了其对晶界的钉扎作用，导致合金的平均晶粒尺寸随加热温度升高及保温时间的延长逐渐增大，且在1180 ℃（高于γ′溶解温度）短时保温就发生了晶粒异常长大现象，形成混晶组织。最后，根据不同加热条件的晶粒长大行为，建立了U720Li合金在1050~1160 ℃的晶粒长大动力学模型。
2024, 53(8):2217-2222.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230380
摘要:
TLP焊接过程中一个重要的参数是完全等温凝固所需的时间,本研究选用自主研制的KCo10钴基中间层进行试验,在1030 ℃、1050 ℃和1080 ℃(1303 K、1323 K和1353 K)的温度下进行了不同保温时间的焊接。以共晶液相两侧的固溶体作为边界,测量平均ASZ尺寸。通过测量ASZ的尺寸随焊接时间的平方根变化的情况,采用数据拟合的方式得出ASZ尺寸与结合时间的线性关系,然后基于菲克第二定律的随时间变化的扩散方程建立等温凝固过程的数学模型,对等温凝固时间tIS进行模拟求解,从而预测等温凝固所需时间,并经过实验验证了数学模型预测等温凝固时间的准确性。
TLP焊接过程中一个重要的参数是完全等温凝固所需的时间,本研究选用自主研制的KCo10钴基中间层进行试验,在1030 ℃、1050 ℃和1080 ℃(1303 K、1323 K和1353 K)的温度下进行了不同保温时间的焊接。以共晶液相两侧的固溶体作为边界,测量平均ASZ尺寸。通过测量ASZ的尺寸随焊接时间的平方根变化的情况,采用数据拟合的方式得出ASZ尺寸与结合时间的线性关系,然后基于菲克第二定律的随时间变化的扩散方程建立等温凝固过程的数学模型,对等温凝固时间tIS进行模拟求解,从而预测等温凝固所需时间,并经过实验验证了数学模型预测等温凝固时间的准确性。
2024, 53(8):2223-2231.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230368
摘要:
对冷锻Co-Cr-W-Ni-Mo合金进行了400～900 ℃时效处理，结合扫描电镜、透射电镜、XRD及化学相分析等手段研究了Co-Cr-W-Ni-Mo合金在时效过程中碳化物、亚结构、hcp相及层错演变，并分析了其变化对强韧性的影响。研究表明：合金经600 ℃时效2 h具有高的强度及硬度、同时保持较好的塑性及韧性，时效后析出M23C6及M6C两种碳化物，M23C6的析出温度范围为600～800 ℃，M6C开始明显析出的温度为700 ℃，碳化物的析出导致强度硬度升高，但900 ℃大量M6C呈网状沿晶界和变形带析出会同时降低强度及塑性。600 ℃时效时fcc相通过形成层错降低能量保持稳定性从而使层错密度增加而提高强度及塑性。hcp相在800 ℃时效后逆转变为fcc相使应变诱导马氏体转变强化效果消失，同时在此温度下发生再结晶导致冷变形组织消失使强度进一步下降，该合金的再结晶形核机制为凸出机制、亚晶界迁移及亚晶合并三种形核机制共同作用。
对冷锻Co-Cr-W-Ni-Mo合金进行了400～900 ℃时效处理，结合扫描电镜、透射电镜、XRD及化学相分析等手段研究了Co-Cr-W-Ni-Mo合金在时效过程中碳化物、亚结构、hcp相及层错演变，并分析了其变化对强韧性的影响。研究表明：合金经600 ℃时效2 h具有高的强度及硬度、同时保持较好的塑性及韧性，时效后析出M23C6及M6C两种碳化物，M23C6的析出温度范围为600～800 ℃，M6C开始明显析出的温度为700 ℃，碳化物的析出导致强度硬度升高，但900 ℃大量M6C呈网状沿晶界和变形带析出会同时降低强度及塑性。600 ℃时效时fcc相通过形成层错降低能量保持稳定性从而使层错密度增加而提高强度及塑性。hcp相在800 ℃时效后逆转变为fcc相使应变诱导马氏体转变强化效果消失，同时在此温度下发生再结晶导致冷变形组织消失使强度进一步下降，该合金的再结晶形核机制为凸出机制、亚晶界迁移及亚晶合并三种形核机制共同作用。
2024, 53(8):2275-2284.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230416
摘要:
锻造是先进航空发动机粉末涡轮盘制备的关键成型工艺。合金的化学成分和挤压工艺很大程度上决定了挤压态合金的组织。新型镍基粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）热挤压之后晶粒度达到13级以上，挤压态合金呈现γ+γ"双相组织。细小均匀的双相组织为更为广阔的等温锻造工艺窗口提供可能。本研究采用超细晶挤压态合金FGH4113A进行温度分别为1000，1040，1080，1120℃；应变速率为0.001，0.01，0.1s-1的Gleeble热压缩试验，压缩量为60%。试验结果表明合金试样在所有压缩条件下均未发生开裂，体现超细晶挤压态合金FGH4113A有广阔的等温锻造工艺窗口。合金的平均激活能仅为515.375kJ/mol。慢应变速率下(0.001s-1)，试样真应力-真应变曲线呈现出稳态流变特性；快应变速率下(0.1s-1)，试样的真应力-真应变曲线呈现出加工硬化到再结晶软化的变化。γ"对变形温度敏感，高的变形温度会引发γ"的溶解而导致再结晶晶粒的长大。此外，研究发现超细晶挤压态合金FGH4113A在等温锻造过程中主要再结晶方式为不连续动态再结晶。本研究为超细晶挤压态合金FGH4113A的锻造工艺制定提供了试验依据。
锻造是先进航空发动机粉末涡轮盘制备的关键成型工艺。合金的化学成分和挤压工艺很大程度上决定了挤压态合金的组织。新型镍基粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）热挤压之后晶粒度达到13级以上，挤压态合金呈现γ+γ"双相组织。细小均匀的双相组织为更为广阔的等温锻造工艺窗口提供可能。本研究采用超细晶挤压态合金FGH4113A进行温度分别为1000，1040，1080，1120℃；应变速率为0.001，0.01，0.1s-1的Gleeble热压缩试验，压缩量为60%。试验结果表明合金试样在所有压缩条件下均未发生开裂，体现超细晶挤压态合金FGH4113A有广阔的等温锻造工艺窗口。合金的平均激活能仅为515.375kJ/mol。慢应变速率下(0.001s-1)，试样真应力-真应变曲线呈现出稳态流变特性；快应变速率下(0.1s-1)，试样的真应力-真应变曲线呈现出加工硬化到再结晶软化的变化。γ"对变形温度敏感，高的变形温度会引发γ"的溶解而导致再结晶晶粒的长大。此外，研究发现超细晶挤压态合金FGH4113A在等温锻造过程中主要再结晶方式为不连续动态再结晶。本研究为超细晶挤压态合金FGH4113A的锻造工艺制定提供了试验依据。
2024, 53(8):2301-2313.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230410
摘要:
Laves相NbCr2/Nb两相合金因具有作为高温结构材料应用的潜力而引起了较广泛的研究关注。基于合金在1273-1473K和0.001-0.1s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据,分析了Laves相NbCr2/Nb两相合金的流变应力行为,计算了热变形激活能Q、功率耗散效率η和失稳因子 ；建立了以变形工艺参数为输入变量,Q、η和 为响应目标的响应面模型,并基于多目标优化获得了适宜的变形工艺参数窗口条件。结果表明,Laves相NbCr2/Nb两相合金为正应变速率和负温度敏感材料；在所研究的工艺参数范围,Q、η和 值分别在157.0~659.3 J/mol,0.01~0.81和-0.6229~0.6359范围波动,这说明合金的塑性变形能力对工艺参数变化敏感；所建立的Q、η和 响应面模型具有较高的预测精度,其决定系数R2分别达到0.992,0.999和0.953,平均绝对相对误差AARE分别为1.29%,0.63%和11.5%；变形工艺参数对Q的交互影响顺序(从大到小)为：变形温度/应变速率＞应变速率/真应变＞变形温度/真应变,而变形工艺参数对η和 的交互影响顺序基本相同,即,变形温度/应变速率＞变形温度/真应变＞应变速率/真应变；基于低Q,高η和 的多目标优化而获得的适宜变形工艺窗口条件为1440-1473K和0.001-0.05s-1,最佳变形工艺条件在1473K、0.001s-1附近。对最佳变形工艺条件下的微观组织验证表明,基于多目标优化获得的变形工艺窗口条件是正确的。
Laves相NbCr2/Nb两相合金因具有作为高温结构材料应用的潜力而引起了较广泛的研究关注。基于合金在1273-1473K和0.001-0.1s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据,分析了Laves相NbCr2/Nb两相合金的流变应力行为,计算了热变形激活能Q、功率耗散效率η和失稳因子 ；建立了以变形工艺参数为输入变量,Q、η和 为响应目标的响应面模型,并基于多目标优化获得了适宜的变形工艺参数窗口条件。结果表明,Laves相NbCr2/Nb两相合金为正应变速率和负温度敏感材料；在所研究的工艺参数范围,Q、η和 值分别在157.0~659.3 J/mol,0.01~0.81和-0.6229~0.6359范围波动,这说明合金的塑性变形能力对工艺参数变化敏感；所建立的Q、η和 响应面模型具有较高的预测精度,其决定系数R2分别达到0.992,0.999和0.953,平均绝对相对误差AARE分别为1.29%,0.63%和11.5%；变形工艺参数对Q的交互影响顺序(从大到小)为：变形温度/应变速率＞应变速率/真应变＞变形温度/真应变,而变形工艺参数对η和 的交互影响顺序基本相同,即,变形温度/应变速率＞变形温度/真应变＞应变速率/真应变；基于低Q,高η和 的多目标优化而获得的适宜变形工艺窗口条件为1440-1473K和0.001-0.05s-1,最佳变形工艺条件在1473K、0.001s-1附近。对最佳变形工艺条件下的微观组织验证表明,基于多目标优化获得的变形工艺窗口条件是正确的。
2024, 53(8):2351-2360.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230447
摘要:
通过锻造变形制备了GH4720Li高温合金不同粗细晶比例的混晶组织,测试了不同组织的650oC高温拉伸性能,建立了混晶组织与高温拉伸强度的量化关系,揭示了混晶对高温拉伸性能的影响机制。结果表明：粗晶态GH4720Li合金在高温锻造变形过程中,一次γ′相分布直接影响着混晶组织演化,一次γ"相分布越不均匀,粗晶组织变形后越容易形成混晶组织；合金650oC高温拉伸过程中,混晶组织内粗细晶粒尺寸和体积分数会显著影响拉伸性能变化,随着粗晶粒尺寸和体积分数增加,合金高温拉伸强度先缓慢下降、再快速降低,而塑性则下降较快,抗拉强度与粗细晶等效晶粒尺寸呈现出Hall-Petch量化关系,但粗晶尺寸对等效晶粒尺寸的影响高于细晶；混晶组织高温拉伸变形中会形成较多的RD//<111>取向晶粒,粗细晶比例相差越小,形成的RD//<111>取向晶粒数量越少,位错滑移阻碍越大,双重晶粒组织高温拉伸性能越差。
通过锻造变形制备了GH4720Li高温合金不同粗细晶比例的混晶组织,测试了不同组织的650oC高温拉伸性能,建立了混晶组织与高温拉伸强度的量化关系,揭示了混晶对高温拉伸性能的影响机制。结果表明：粗晶态GH4720Li合金在高温锻造变形过程中,一次γ′相分布直接影响着混晶组织演化,一次γ"相分布越不均匀,粗晶组织变形后越容易形成混晶组织；合金650oC高温拉伸过程中,混晶组织内粗细晶粒尺寸和体积分数会显著影响拉伸性能变化,随着粗晶粒尺寸和体积分数增加,合金高温拉伸强度先缓慢下降、再快速降低,而塑性则下降较快,抗拉强度与粗细晶等效晶粒尺寸呈现出Hall-Petch量化关系,但粗晶尺寸对等效晶粒尺寸的影响高于细晶；混晶组织高温拉伸变形中会形成较多的RD//<111>取向晶粒,粗细晶比例相差越小,形成的RD//<111>取向晶粒数量越少,位错滑移阻碍越大,双重晶粒组织高温拉伸性能越差。
2024, 53(8):2375-2389.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230443
摘要:
镍基单晶高温合金成分复杂且任一元素合金化作用不同,传统的 “经验-试错”及相图计算等合金化设计方法难以满足新型合金快速研发的需求。“材料基因组工程”可以快速获得材料成分-组织-工艺-性能之间的关系,极大提高了新型材料的研发速率,降低生产成本。本文简述了镍基单晶高温合金的合金化设计发展趋势,包括高通量制备与表征技术、机器学习等新型研究技术在合金化设计中的应用,并阐述了原子探针层析技术定量研究合金微观组织中元素特征的能力,以期为镍基单晶高温合金的合金化设计提供思路。
镍基单晶高温合金成分复杂且任一元素合金化作用不同,传统的 “经验-试错”及相图计算等合金化设计方法难以满足新型合金快速研发的需求。“材料基因组工程”可以快速获得材料成分-组织-工艺-性能之间的关系,极大提高了新型材料的研发速率,降低生产成本。本文简述了镍基单晶高温合金的合金化设计发展趋势,包括高通量制备与表征技术、机器学习等新型研究技术在合金化设计中的应用,并阐述了原子探针层析技术定量研究合金微观组织中元素特征的能力,以期为镍基单晶高温合金的合金化设计提供思路。
2024, 53(8):2123-2130.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230703
摘要:
采用选区激光熔化技术制备了Ti-25Ta合金样品，并对打印件和热等静压样品的相对密度、显微组织、显微硬度和拉伸性能进行了表征。结果表明，随着激光功率的增加，扫描轨迹宽度和深度增加，表面形貌得到改善。经热等静压处理后，样品最大致密度由95.31%提高到98.01%。同时，随着输入功率的增加，晶粒细化为板条马氏体和胞状晶粒。致密化处理后，亚晶粒合并，并形成大角度晶界。热等静压稳定了合金的显微硬度，提高了合金的抗拉伸强度和伸长率。
采用选区激光熔化技术制备了Ti-25Ta合金样品，并对打印件和热等静压样品的相对密度、显微组织、显微硬度和拉伸性能进行了表征。结果表明，随着激光功率的增加，扫描轨迹宽度和深度增加，表面形貌得到改善。经热等静压处理后，样品最大致密度由95.31%提高到98.01%。同时，随着输入功率的增加，晶粒细化为板条马氏体和胞状晶粒。致密化处理后，亚晶粒合并，并形成大角度晶界。热等静压稳定了合金的显微硬度，提高了合金的抗拉伸强度和伸长率。
2024, 53(8):2137-2143.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230693
摘要:
研究了新型Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的电化学腐蚀、磨损和腐蚀磨损行为。电化学腐蚀测试结果表明，在本研究实验条件下，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的耐腐蚀性能优于Ti-6Al-4V合金。与静态电化学腐蚀相比，由于磨损加速腐蚀，在腐蚀磨损过程中Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的耐腐蚀性能明显降低。不论是否存在电化学腐蚀，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的磨损体积随着加载载荷的增加而增加。由于电化学腐蚀的加速作用，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金磨损体积要大于无电化学腐蚀条件下的磨损体积。Wa/Wc结果远大于10，这说明在腐蚀磨损过程中机械磨损造成的材料流失远大于电化学腐蚀造成的材料流失。通过SEM观察Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金腐蚀磨损后的磨损形貌可知，在腐蚀磨损过程中磨损占据主导作用。综合上述结果表明，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金在腐蚀磨损过程中，腐蚀加速磨损，磨损加速腐蚀。
研究了新型Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的电化学腐蚀、磨损和腐蚀磨损行为。电化学腐蚀测试结果表明，在本研究实验条件下，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的耐腐蚀性能优于Ti-6Al-4V合金。与静态电化学腐蚀相比，由于磨损加速腐蚀，在腐蚀磨损过程中Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的耐腐蚀性能明显降低。不论是否存在电化学腐蚀，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的磨损体积随着加载载荷的增加而增加。由于电化学腐蚀的加速作用，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金磨损体积要大于无电化学腐蚀条件下的磨损体积。Wa/Wc结果远大于10，这说明在腐蚀磨损过程中机械磨损造成的材料流失远大于电化学腐蚀造成的材料流失。通过SEM观察Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金腐蚀磨损后的磨损形貌可知，在腐蚀磨损过程中磨损占据主导作用。综合上述结果表明，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金在腐蚀磨损过程中，腐蚀加速磨损，磨损加速腐蚀。
2024, 53(8):2174-2181.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230675
摘要:
对电子粉床熔合（EPBF）制造的Ti6Al4V合金分别进行1 h的600 ℃去应力退火、800 ℃退火和920 ℃固溶热处理，然后对热处理前后的试样进行摩擦磨损实验，分析比较摩擦磨损性能和机理。结果表明，600 ℃去应力退火+1 h热处理后的试样耐磨性能最佳，磨损质量减少了44%。800 ℃退火+1 h热处理后的试样减摩性能最好，摩擦系数减小了14%。本研究提供了一种简单的热处理方式，提高了EPBF制造Ti6Al4V合金的减摩耐磨性能。
对电子粉床熔合（EPBF）制造的Ti6Al4V合金分别进行1 h的600 ℃去应力退火、800 ℃退火和920 ℃固溶热处理，然后对热处理前后的试样进行摩擦磨损实验，分析比较摩擦磨损性能和机理。结果表明，600 ℃去应力退火+1 h热处理后的试样耐磨性能最佳，磨损质量减少了44%。800 ℃退火+1 h热处理后的试样减摩性能最好，摩擦系数减小了14%。本研究提供了一种简单的热处理方式，提高了EPBF制造Ti6Al4V合金的减摩耐磨性能。
2024, 53(8):2241-2249.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230394
摘要:
海洋工程用近β钛合金在海水中易发生应力腐蚀开裂，合金相组成对其应力腐蚀行为具有显著影响。通过对近β合金Ti-3Al-5Mo-4Nb-4Cr-2Zr进行三种不同工艺的热处理，使合金具有不同的三种相组成，利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析显微组织，并进行电化学实验与慢应变速率拉伸实验，研究相组成不同时合金的应力腐蚀行为。结果表明，在β相区固溶处理后，合金为全β相组织(Pβ)；500℃/6h时效处理后，于β基体析出细小且间距较小次生α(αs)相(Pβ+fα)；650℃/4h时效处理后，于β基体析出了粗大且间距较大αs相(Pβ+cα)。Pβ+cα的自腐蚀电位相对最小、腐蚀电流密度相对最大、容抗弧仰角及0.01Hz下阻抗模量相对最小，其耐腐蚀性相对最差，相对更优的依次为Pβ+fα和Pβ。应力腐蚀敏感性指数由高到低依次为，Pβ+cα、Pβ+fα、Pβ。应力腐蚀断口表面出现韧窝、微裂纹、撕裂棱以及小平面，表明发生了高度位错运动和局部塑性变形。应力腐蚀开裂主要由氢吸附诱导位错发射(AIDE)和氢加速局部塑性变形(HELP)机制主导。αs相间距减小有利于降低合金应力腐蚀开裂倾向。
海洋工程用近β钛合金在海水中易发生应力腐蚀开裂，合金相组成对其应力腐蚀行为具有显著影响。通过对近β合金Ti-3Al-5Mo-4Nb-4Cr-2Zr进行三种不同工艺的热处理，使合金具有不同的三种相组成，利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析显微组织，并进行电化学实验与慢应变速率拉伸实验，研究相组成不同时合金的应力腐蚀行为。结果表明，在β相区固溶处理后，合金为全β相组织(Pβ)；500℃/6h时效处理后，于β基体析出细小且间距较小次生α(αs)相(Pβ+fα)；650℃/4h时效处理后，于β基体析出了粗大且间距较大αs相(Pβ+cα)。Pβ+cα的自腐蚀电位相对最小、腐蚀电流密度相对最大、容抗弧仰角及0.01Hz下阻抗模量相对最小，其耐腐蚀性相对最差，相对更优的依次为Pβ+fα和Pβ。应力腐蚀敏感性指数由高到低依次为，Pβ+cα、Pβ+fα、Pβ。应力腐蚀断口表面出现韧窝、微裂纹、撕裂棱以及小平面，表明发生了高度位错运动和局部塑性变形。应力腐蚀开裂主要由氢吸附诱导位错发射(AIDE)和氢加速局部塑性变形(HELP)机制主导。αs相间距减小有利于降低合金应力腐蚀开裂倾向。
2024, 53(8):2293-2300.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230423
摘要:
研究了焊态和退火处理态粉末冶金Ti2AlNb合金电子束焊接接头的显微组织与拉伸性能。结果表明，焊态下熔合区为单一B2相，由粗大的柱状晶和等轴晶组成。经800 ℃~900 ℃焊后退火处理后，熔合区B2相内析出板条O相，形成O+B2相两相结构，随着退火温度升高，熔合区内O相尺寸增加，O相体积分数变化不大。焊接接头中熔合区显微硬度高于母材，焊后退火处理后，熔合区显微硬度升高，随着退火温度升高，熔合区显微硬度逐渐降低。焊态下，焊接接头表现出较高的室温拉伸强度和塑性，但在650 ℃高温拉伸时，焊接接头试样在未达屈服点时即在熔合区发生脆性断裂。经焊后退火处理，焊接接头室温拉伸强度和塑性未略有降低，高温拉伸强度和塑性均显著改善，高温拉伸强度和塑性随退火温度升高而逐渐增加。
研究了焊态和退火处理态粉末冶金Ti2AlNb合金电子束焊接接头的显微组织与拉伸性能。结果表明，焊态下熔合区为单一B2相，由粗大的柱状晶和等轴晶组成。经800 ℃~900 ℃焊后退火处理后，熔合区B2相内析出板条O相，形成O+B2相两相结构，随着退火温度升高，熔合区内O相尺寸增加，O相体积分数变化不大。焊接接头中熔合区显微硬度高于母材，焊后退火处理后，熔合区显微硬度升高，随着退火温度升高，熔合区显微硬度逐渐降低。焊态下，焊接接头表现出较高的室温拉伸强度和塑性，但在650 ℃高温拉伸时，焊接接头试样在未达屈服点时即在熔合区发生脆性断裂。经焊后退火处理，焊接接头室温拉伸强度和塑性未略有降低，高温拉伸强度和塑性均显著改善，高温拉伸强度和塑性随退火温度升高而逐渐增加。
2024, 53(8):2109-2122.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230663
摘要:
研究了不同晶粒尺寸的纯锆（Zr）在酸、碱、盐环境中的腐蚀性能。采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子背散射衍射探针对纯Zr的微观结构进行观察。采用电化学腐蚀试验和浸泡试验分析纯锆的耐腐蚀性能。结果表明：800 ℃退火不同时间可获得尺寸为 4~32 μm的纯Zr，晶粒尺寸与时间的关系为D3-D03=3.35t。电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验表明，晶粒尺寸约为24 μm的纯Zr（800 ℃退火20 h）具有最佳的耐腐蚀性能。
研究了不同晶粒尺寸的纯锆（Zr）在酸、碱、盐环境中的腐蚀性能。采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子背散射衍射探针对纯Zr的微观结构进行观察。采用电化学腐蚀试验和浸泡试验分析纯锆的耐腐蚀性能。结果表明：800 ℃退火不同时间可获得尺寸为 4~32 μm的纯Zr，晶粒尺寸与时间的关系为D3-D03=3.35t。电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验表明，晶粒尺寸约为24 μm的纯Zr（800 ℃退火20 h）具有最佳的耐腐蚀性能。
2024, 53(8):2144-2151.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230739
摘要:
通过真空电弧炉制备(Fe73Ga27-xAlx)99.8Tb0.2（x=0，1，2，3，4，5）合金，研究Al添加对合金的微观结构、磁性能和力学性能的影响。结果显示，合金的相结构仍为A2相和Tb2Fe17相，其金相组织由胞状晶和柱状树枝晶组织组成。合金的晶格常数降低、(100)取向性增强以及晶界处的Tb2Fe17相对磁致伸缩性能有显著影响。合金的断口形貌为沿晶脆性断裂和解理断裂，产生断裂的原因包括Tb和Al元素偏析。(Fe73Ga24Al3)99.8Tb0.2合金的平行磁致伸缩应变（λ∥）最高达到1.04×10-4。值得注意的是，相比于(Fe73Ga27)99.8Tb0.2合金，(Fe73Ga26Al1)99.8Tb0.2合金的λ∥提高了18.3%，伸长率提高了53.4%，并且(Fe73Ga26Al1)99.8Tb0.2合金兼具高饱和磁化强度（Ms）、低剩余磁化强度（Mr）和矫顽力（Hc）等特性，在实际生产中可以降低生产成本，但该合金的抗拉伸强度和维氏硬度有所下降。因此，研究Al元素添加对Fe-Ga合金的微观机理对开发Fe-Ga合金器件具有重要意义。
通过真空电弧炉制备(Fe73Ga27-xAlx)99.8Tb0.2（x=0，1，2，3，4，5）合金，研究Al添加对合金的微观结构、磁性能和力学性能的影响。结果显示，合金的相结构仍为A2相和Tb2Fe17相，其金相组织由胞状晶和柱状树枝晶组织组成。合金的晶格常数降低、(100)取向性增强以及晶界处的Tb2Fe17相对磁致伸缩性能有显著影响。合金的断口形貌为沿晶脆性断裂和解理断裂，产生断裂的原因包括Tb和Al元素偏析。(Fe73Ga24Al3)99.8Tb0.2合金的平行磁致伸缩应变（λ∥）最高达到1.04×10-4。值得注意的是，相比于(Fe73Ga27)99.8Tb0.2合金，(Fe73Ga26Al1)99.8Tb0.2合金的λ∥提高了18.3%，伸长率提高了53.4%，并且(Fe73Ga26Al1)99.8Tb0.2合金兼具高饱和磁化强度（Ms）、低剩余磁化强度（Mr）和矫顽力（Hc）等特性，在实际生产中可以降低生产成本，但该合金的抗拉伸强度和维氏硬度有所下降。因此，研究Al元素添加对Fe-Ga合金的微观机理对开发Fe-Ga合金器件具有重要意义。
2024, 53(8):2156-2166.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230046
摘要:
模拟压水堆蒸汽发生器传热管在高温高压水环境下服役，采用690 TT合金管和405 SS板组成的摩擦副进行冲切双轴微动磨蚀实验，研究了冲切微动磨蚀过程中690 TT管的微观组织演变过程。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱等分析手段对磨蚀表面及近表面的微观组织和磨蚀产物进行探究。结果表明：在105次循环以内，690 TT合金的磨损机制主要为伴随材料转移的粘着磨损；5×105至2×106次循环下，690 TT合金的磨损机制主要为裂纹萌生、扩展和分层脱落。微观组织演变方面，105次循环的样品截面微观形貌中，三体层下存在混合层；5×105和2×106次循环的样品截面微观形貌区别不大，具有厚度约为500 nm的摩擦转化结构层，微观组织演变进入稳定阶段。
模拟压水堆蒸汽发生器传热管在高温高压水环境下服役，采用690 TT合金管和405 SS板组成的摩擦副进行冲切双轴微动磨蚀实验，研究了冲切微动磨蚀过程中690 TT管的微观组织演变过程。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱等分析手段对磨蚀表面及近表面的微观组织和磨蚀产物进行探究。结果表明：在105次循环以内，690 TT合金的磨损机制主要为伴随材料转移的粘着磨损；5×105至2×106次循环下，690 TT合金的磨损机制主要为裂纹萌生、扩展和分层脱落。微观组织演变方面，105次循环的样品截面微观形貌中，三体层下存在混合层；5×105和2×106次循环的样品截面微观形貌区别不大，具有厚度约为500 nm的摩擦转化结构层，微观组织演变进入稳定阶段。
2024, 53(8):2167-2173.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230758
摘要:
在400 ℃和45%轧制压下率条件下，研究了不同表面处理方式对复合板结合强度的影响。结果表明，钢丝刷打磨处理只能消除板材表面的氧化膜，很难在板材表面产生硬质层，复合效果取决于界面两侧金属紧密接触产生的元素扩散。阳极氧化后，金属表面会有一层硬质层，轧制过程中破碎的硬质层会在结合界面形成机械咬合。但是，硬质层无法与界面处的金属形成有效结合，只能在硬质层裂缝处的新鲜金属结合区发生结合。酸碱洗处理可以完全去除2种合金表面的硬质层，且不会增加板材的表面粗糙度，界面两侧的金属在轧制过程中结合更紧密。采用酸碱洗作为铝镁热轧结合的表面处理方法，可以获得最佳的结合强度。
在400 ℃和45%轧制压下率条件下，研究了不同表面处理方式对复合板结合强度的影响。结果表明，钢丝刷打磨处理只能消除板材表面的氧化膜，很难在板材表面产生硬质层，复合效果取决于界面两侧金属紧密接触产生的元素扩散。阳极氧化后，金属表面会有一层硬质层，轧制过程中破碎的硬质层会在结合界面形成机械咬合。但是，硬质层无法与界面处的金属形成有效结合，只能在硬质层裂缝处的新鲜金属结合区发生结合。酸碱洗处理可以完全去除2种合金表面的硬质层，且不会增加板材的表面粗糙度，界面两侧的金属在轧制过程中结合更紧密。采用酸碱洗作为铝镁热轧结合的表面处理方法，可以获得最佳的结合强度。
2024, 53(8):2193-2199.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230621
摘要:
堆芯关键部件材料Fe-Cr基奥氏体钢在高温和辐照环境下长时服役，辐照空位簇聚形成空洞导致辐照肿胀和硬化现象。本文采用相场方法耦合中心温度场和一维温度场研究Fe-Cr合金空位簇聚和空洞演化行为。计算结果表明，中心温度场下，温度梯度促使空位向中心温度高的区域迁移，导致中心高温区域空洞浓度高，优先出现空洞形核，空洞尺寸大，低温区域空位浓度低，空洞尺寸小；一维温度场下，体扩散机制控制下，空洞的迁移速度与温度梯度正相关，与初始孔径无关；表面扩散机制控制下，空洞的迁移速度与温度梯度成正相关，与初始孔径负相关。该研究结果启发局域组织老化引起的导热不均材料或宏观温度梯度下服役部件的组织和性能预测。
堆芯关键部件材料Fe-Cr基奥氏体钢在高温和辐照环境下长时服役，辐照空位簇聚形成空洞导致辐照肿胀和硬化现象。本文采用相场方法耦合中心温度场和一维温度场研究Fe-Cr合金空位簇聚和空洞演化行为。计算结果表明，中心温度场下，温度梯度促使空位向中心温度高的区域迁移，导致中心高温区域空洞浓度高，优先出现空洞形核，空洞尺寸大，低温区域空位浓度低，空洞尺寸小；一维温度场下，体扩散机制控制下，空洞的迁移速度与温度梯度正相关，与初始孔径无关；表面扩散机制控制下，空洞的迁移速度与温度梯度成正相关，与初始孔径负相关。该研究结果启发局域组织老化引起的导热不均材料或宏观温度梯度下服役部件的组织和性能预测。
2024, 53(8):2232-2240.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230387
摘要:
C/C复合材料是一种重要的航空航天和核结构材料，实现其与金属材料的连接可以克服其成本高和成型加工困难的问题。本文采用Cu-Sn-Ti活性钎料钎焊C/C复合材料与Invar合金，研究了钎焊温度和保温时间对接头组织、剪切强度和断裂行为的影响。结果表明，在C/C复合材料一侧，Cu-Sn-Ti与C/C形成TiC反应层并实现连接，同时Cu-Sn-Ti会渗透进C/C复合材料中，形成凹凸不平的钉扎界面并强化接头；在Invar合金一侧，Cu-Sn-Ti与其相互溶解扩散并发生反应，形成良好界面结合；钎焊接头组织结构为Invar合金/Cu(s,s)+Fe2Ti+Ni3Ti+Ti6Sn5/Fe2Ti+CuTi+Cu3Sn/TiC+Cu(s,s)/C/C复合材料。在钎焊温度为930 ℃保温10 min时，接头剪切强度最高，为61 MPa，明显高于目前报道的C/C复合材料与金属的钎焊连接强度。
C/C复合材料是一种重要的航空航天和核结构材料，实现其与金属材料的连接可以克服其成本高和成型加工困难的问题。本文采用Cu-Sn-Ti活性钎料钎焊C/C复合材料与Invar合金，研究了钎焊温度和保温时间对接头组织、剪切强度和断裂行为的影响。结果表明，在C/C复合材料一侧，Cu-Sn-Ti与C/C形成TiC反应层并实现连接，同时Cu-Sn-Ti会渗透进C/C复合材料中，形成凹凸不平的钉扎界面并强化接头；在Invar合金一侧，Cu-Sn-Ti与其相互溶解扩散并发生反应，形成良好界面结合；钎焊接头组织结构为Invar合金/Cu(s,s)+Fe2Ti+Ni3Ti+Ti6Sn5/Fe2Ti+CuTi+Cu3Sn/TiC+Cu(s,s)/C/C复合材料。在钎焊温度为930 ℃保温10 min时，接头剪切强度最高，为61 MPa，明显高于目前报道的C/C复合材料与金属的钎焊连接强度。
2024, 53(8):2250-2258.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230395
摘要:
目前开发双功能电催化剂是解决金属-空气电池和燃料电池氧电极电化学过程缓慢及能量转化效率低等问题的重要手段之一，其中负载过渡金属单原子的氮掺杂石墨烯材料（M-N-C）被认为是最有希望替代贵金属的催化材料。研究表明M-N-C催化剂的高活性归因于其中过渡金属-氮氧配合物（MNxO4-x）的存在，为了探究MNxO4-x配位结构对材料催化性能的影响，本文基于第一性原理，通过在Fe-N-C材料中引入氧构建不同的FeNxO4-x（x = 0, 1, 2, 3, 4）配合物，研究金属原子的配位数x对氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）催化性能的影响。结果表明，具有FeN4配位结构的Fe-N-C材料热力学稳定性及ORR/OER催化性能最佳。此外，本文通过变换过渡金属的种类，即锰、铁、钴、镍、铜（M=Mn、Fe、Co、Ni、Cu），研究过渡金属的种类M对MN4催化活性的影响。研究发现，具有CoN4配位结构的M-N-C材料热力学稳定，且相较于其他MN4其ORR和OER催化性能最佳。本论文的研究结果可为调节过渡金属单原子的配位环境，设计高效双功能电催化剂提供理论参考。
目前开发双功能电催化剂是解决金属-空气电池和燃料电池氧电极电化学过程缓慢及能量转化效率低等问题的重要手段之一，其中负载过渡金属单原子的氮掺杂石墨烯材料（M-N-C）被认为是最有希望替代贵金属的催化材料。研究表明M-N-C催化剂的高活性归因于其中过渡金属-氮氧配合物（MNxO4-x）的存在，为了探究MNxO4-x配位结构对材料催化性能的影响，本文基于第一性原理，通过在Fe-N-C材料中引入氧构建不同的FeNxO4-x（x = 0, 1, 2, 3, 4）配合物，研究金属原子的配位数x对氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）催化性能的影响。结果表明，具有FeN4配位结构的Fe-N-C材料热力学稳定性及ORR/OER催化性能最佳。此外，本文通过变换过渡金属的种类，即锰、铁、钴、镍、铜（M=Mn、Fe、Co、Ni、Cu），研究过渡金属的种类M对MN4催化活性的影响。研究发现，具有CoN4配位结构的M-N-C材料热力学稳定，且相较于其他MN4其ORR和OER催化性能最佳。本论文的研究结果可为调节过渡金属单原子的配位环境，设计高效双功能电催化剂提供理论参考。
2024, 53(8):2259-2266.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230396
摘要:
为了解决可见光与红外兼容隐身的光学特性选择调控难题，基于TiO2/Ag/TiO2堆叠膜层结构集成诱导透射、辐射抑制等光学效应协同作用，提出一种可见光高透射与红外低辐射兼容的新型隐身材料，并开展结构特征对可见光透过率与红外反射率的影响机制研究，进而优化设计与制备高透光红外隐身薄膜结构，并对其兼容性隐身性能测试表征。研究表明，经优化设计的TiO2/Ag/TiO2结构各膜层厚度为30/18/35 nm时，石英基底样品的可见光平均透射率与中远红外平均反射率分别可达81.51%、90.78%，具备高水平的可见光透视与高温红外辐射抑制能力；柔性PET基底样品的可见光平均透射率与中远红外平均反射率分别可达65.68%、84.46%，具备较好的透视度、遮阳与红外辐射抑制综合能力，并有高柔性曲面共形能力。该研究成果可为多频谱兼容光学隐身材料设计及应用提供重要的技术支撑。
为了解决可见光与红外兼容隐身的光学特性选择调控难题，基于TiO2/Ag/TiO2堆叠膜层结构集成诱导透射、辐射抑制等光学效应协同作用，提出一种可见光高透射与红外低辐射兼容的新型隐身材料，并开展结构特征对可见光透过率与红外反射率的影响机制研究，进而优化设计与制备高透光红外隐身薄膜结构，并对其兼容性隐身性能测试表征。研究表明，经优化设计的TiO2/Ag/TiO2结构各膜层厚度为30/18/35 nm时，石英基底样品的可见光平均透射率与中远红外平均反射率分别可达81.51%、90.78%，具备高水平的可见光透视与高温红外辐射抑制能力；柔性PET基底样品的可见光平均透射率与中远红外平均反射率分别可达65.68%、84.46%，具备较好的透视度、遮阳与红外辐射抑制综合能力，并有高柔性曲面共形能力。该研究成果可为多频谱兼容光学隐身材料设计及应用提供重要的技术支撑。
2024, 53(8):2267-2274.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230412
摘要:
多主元合金中的化学短程有序结构已被视作有效的合金强化手段,而化学短程有序也会对晶界处元素分布产生影响。为研究其对合金性能的影响,本文采用分子动力学方法研究了几种典型晶界处的化学短程有序对Al0.5CoCrFeNi合金拉伸和抗辐照性能的影响。通过位错分析及点缺陷分析阐明了相关影响机理。结果表明,错配度越高的晶界其晶界处的元素偏聚越明显。化学短程有序能够提升双晶的拉伸性能及抗辐照能力,特别是对于含错配度较大晶界的双晶,晶界能够有效吸收辐照产生间隙原子。
多主元合金中的化学短程有序结构已被视作有效的合金强化手段,而化学短程有序也会对晶界处元素分布产生影响。为研究其对合金性能的影响,本文采用分子动力学方法研究了几种典型晶界处的化学短程有序对Al0.5CoCrFeNi合金拉伸和抗辐照性能的影响。通过位错分析及点缺陷分析阐明了相关影响机理。结果表明,错配度越高的晶界其晶界处的元素偏聚越明显。化学短程有序能够提升双晶的拉伸性能及抗辐照能力,特别是对于含错配度较大晶界的双晶,晶界能够有效吸收辐照产生间隙原子。
2024, 53(8):2285-2292.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230421
摘要:
实验通过浮动催化CVD法在制备碳纳米管(CNTs)堆叠成膜过程中喷洒前驱体WCl6乙醇溶液,自然风干成膜,然后将膜水热并煅烧即可得到WO2.9-W2N/CNTs复合膜。W2N可改善WO3的导电性, WO2.9与WO3比较,其氧缺陷可为Li2S沉积提供更多活性位点,WO2.9-W2N还可与多硫化物(LiPSs)形成Li-O、Li-N键,使基体对LiPSs的化学吸附与锚定增强。以复合膜为正极的锂硫电池在0.2 C倍率下500次循环后,放电比容量依然保持大于850 mAh g-1,说明合成的WO2.9-W2N对电池电化学反应时的催化效果明显。
实验通过浮动催化CVD法在制备碳纳米管(CNTs)堆叠成膜过程中喷洒前驱体WCl6乙醇溶液,自然风干成膜,然后将膜水热并煅烧即可得到WO2.9-W2N/CNTs复合膜。W2N可改善WO3的导电性, WO2.9与WO3比较,其氧缺陷可为Li2S沉积提供更多活性位点,WO2.9-W2N还可与多硫化物(LiPSs)形成Li-O、Li-N键,使基体对LiPSs的化学吸附与锚定增强。以复合膜为正极的锂硫电池在0.2 C倍率下500次循环后,放电比容量依然保持大于850 mAh g-1,说明合成的WO2.9-W2N对电池电化学反应时的催化效果明显。
2024, 53(8):2314-2320.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230426
摘要:
针对水下湿法激光焊接有效水深小、焊缝质量不高问题,使用了一种自主设计制备的助焊剂,利用激光焊接系统在6毫米模拟海水中采用湿法焊接方式成功连接了5毫米厚的0Cr25Ni6Mo3N双相不锈钢。焊接后利用金相显微镜观察了焊接接头顶部、中部、底部焊缝(FZ)和热影响区(HAZ)的微观组织,分析组织演变机理。计算焊接接头各区域奥氏体相比例,发现大部分区域奥氏体明显减少,偏离母材平衡数值,结合各区域组织形貌特征分析了这一问题的原因,给出了促进奥氏体生长、保持两相比例平衡的积极建议。实验后对焊缝拉伸断裂类型和摩擦磨损失效行为进行了分析,测得试样平均拉伸强度为810.7MPa,达到母材(BM)拉伸强度的95.3%,平均伸长率为34.4%,断口微观组织显示有明显解理台阶和部分韧窝,失效机制为混合断裂；焊缝平均稳定摩擦系数约为0.557,减摩性优于母材,磨损失效机制为三体磨粒磨损。
针对水下湿法激光焊接有效水深小、焊缝质量不高问题,使用了一种自主设计制备的助焊剂,利用激光焊接系统在6毫米模拟海水中采用湿法焊接方式成功连接了5毫米厚的0Cr25Ni6Mo3N双相不锈钢。焊接后利用金相显微镜观察了焊接接头顶部、中部、底部焊缝(FZ)和热影响区(HAZ)的微观组织,分析组织演变机理。计算焊接接头各区域奥氏体相比例,发现大部分区域奥氏体明显减少,偏离母材平衡数值,结合各区域组织形貌特征分析了这一问题的原因,给出了促进奥氏体生长、保持两相比例平衡的积极建议。实验后对焊缝拉伸断裂类型和摩擦磨损失效行为进行了分析,测得试样平均拉伸强度为810.7MPa,达到母材(BM)拉伸强度的95.3%,平均伸长率为34.4%,断口微观组织显示有明显解理台阶和部分韧窝,失效机制为混合断裂；焊缝平均稳定摩擦系数约为0.557,减摩性优于母材,磨损失效机制为三体磨粒磨损。
2024, 53(8):2321-2330.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230437
摘要:
由于现代石油、煤田开采的环境愈加复杂，对钻头的耐热性与抗冲击韧性提出了更高的要求。而聚晶金刚石复合片(PDC)作为钻头工作的核心零部件，会直接影响钻头的使用寿命。在实际的工况中，PDC往往会以断裂和耐热性差的形式失效。碳纳米管具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性，将碳纳米管引入PCD层中，可以解决PDC中抗冲击韧性差、热稳定性差的问题。本研究采用碳纳米管作为PDC的增强相，在高压和高温(5.5 GPa和1300°C)的条件下制备PDC复合材料，烧结时间为90 s。对PCD复合材料的微观结构、元素分布、相组成进行了表征，分析了碳纳米管对复合材料力学性能和热稳定性的影响。研究结果表明，碳纳米管添加量为1.4 wt%的PDC抗冲击韧性从400 J提升到550 J，比原始PDC的抗冲击韧性高37.5%，PCD复合材料抗冲击韧性的提高归因于碳纳米管在裂纹偏转过程中的拔出和桥接。碳纳米管添加量为1.6 wt%的PDC耐热性从原始的704℃提高至813℃，摩擦系数从0.064降低到了0.048，磨耗比达到159.69×104，比原始PDC提高了59.64×104。
由于现代石油、煤田开采的环境愈加复杂，对钻头的耐热性与抗冲击韧性提出了更高的要求。而聚晶金刚石复合片(PDC)作为钻头工作的核心零部件，会直接影响钻头的使用寿命。在实际的工况中，PDC往往会以断裂和耐热性差的形式失效。碳纳米管具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性，将碳纳米管引入PCD层中，可以解决PDC中抗冲击韧性差、热稳定性差的问题。本研究采用碳纳米管作为PDC的增强相，在高压和高温(5.5 GPa和1300°C)的条件下制备PDC复合材料，烧结时间为90 s。对PCD复合材料的微观结构、元素分布、相组成进行了表征，分析了碳纳米管对复合材料力学性能和热稳定性的影响。研究结果表明，碳纳米管添加量为1.4 wt%的PDC抗冲击韧性从400 J提升到550 J，比原始PDC的抗冲击韧性高37.5%，PCD复合材料抗冲击韧性的提高归因于碳纳米管在裂纹偏转过程中的拔出和桥接。碳纳米管添加量为1.6 wt%的PDC耐热性从原始的704℃提高至813℃，摩擦系数从0.064降低到了0.048，磨耗比达到159.69×104，比原始PDC提高了59.64×104。
2024, 53(8):2331-2342.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230442
摘要:
本文熔炼制备了4种FexCr5Al (x=13、15、17、18,质量分数,wt%)合金,采用有蒸汽发生器的热重分析仪研究4种合金在1000和1200 ℃蒸汽中氧化2 h的行为。采用XRD、FIB/SEM、EDS和TEM观察分析腐蚀后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表明,4种合金在两种温度下氧化时,氧化动力学曲线均遵循抛物线规律,增加Cr含量合金的抛物线速率常数降低,改善了合金的抗高温蒸汽氧化性能；4种合金的氧化膜均为脊状形貌,主要由α-Al2O3组成。随Cr含量的增加,氧化膜中的孔隙减少,氧化膜与基体的结合性变好,说明增加Cr 含量可以提高氧化膜的致密性和结合力,有助于形成均匀且致密的Al氧化膜,从而提高合金的抗高温蒸汽氧化性能。
本文熔炼制备了4种FexCr5Al (x=13、15、17、18,质量分数,wt%)合金,采用有蒸汽发生器的热重分析仪研究4种合金在1000和1200 ℃蒸汽中氧化2 h的行为。采用XRD、FIB/SEM、EDS和TEM观察分析腐蚀后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表明,4种合金在两种温度下氧化时,氧化动力学曲线均遵循抛物线规律,增加Cr含量合金的抛物线速率常数降低,改善了合金的抗高温蒸汽氧化性能；4种合金的氧化膜均为脊状形貌,主要由α-Al2O3组成。随Cr含量的增加,氧化膜中的孔隙减少,氧化膜与基体的结合性变好,说明增加Cr 含量可以提高氧化膜的致密性和结合力,有助于形成均匀且致密的Al氧化膜,从而提高合金的抗高温蒸汽氧化性能。
2024, 53(8):2343-2350.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230445
摘要:
采用选区激光熔化成形技术制备了TiC/AlMgSc铝基复合材料，通过X射线衍射仪、扫描电镜以及万能试验机系统地分析了铝基复合材料相组成、微观形貌、再结晶分布以及力学性能，并理论计算了位错密度和TiC增强相对合金强度的提升值。结果表明：TiC增强颗粒的添加使得TiC/AlMgSc复合材料内部位错密度增加了105%，达到了0.72×1014 m-2；＜1 μm晶粒和亚晶界比例显著增加，再结晶程度降低；抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到611 MPa、589 MPa、11.0%，相比AlMgSc合金屈服强度提升了70 MPa，延伸率下降了1.1%。
采用选区激光熔化成形技术制备了TiC/AlMgSc铝基复合材料，通过X射线衍射仪、扫描电镜以及万能试验机系统地分析了铝基复合材料相组成、微观形貌、再结晶分布以及力学性能，并理论计算了位错密度和TiC增强相对合金强度的提升值。结果表明：TiC增强颗粒的添加使得TiC/AlMgSc复合材料内部位错密度增加了105%，达到了0.72×1014 m-2；＜1 μm晶粒和亚晶界比例显著增加，再结晶程度降低；抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到611 MPa、589 MPa、11.0%，相比AlMgSc合金屈服强度提升了70 MPa，延伸率下降了1.1%。
2024, 53(8):2361-2374.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230370
摘要:
硬质合金是一种包括硬质相(WC)和软粘结相(Fe、Co、Ni、HEA等)的金属陶瓷,其耐摩擦、高硬度、热硬性好等优良特性的组合使得硬质合金被广泛应用于矿山、隧道、钻井等地质工程。由于实际服役环境复杂,矿用硬质合金常面临极端恶劣的工况,存在诸多失效机制,例如摩擦、腐蚀和热冲击等一种甚至共同作用都会造成硬质合金材料的失效。因此,了解矿用硬质合金的失效机理,对不同环境下选用和改进硬质合金材料具有重要意义。本文对矿用硬质合金的摩擦、腐蚀行为进行了综述,重点涉及环境和热应力对硬质合金失效的影响,此外,由于成分对硬质合金的微观结构和力学性能具有重要的影响,还综述了粘结相和添加剂的加入对硬质合金摩擦、腐蚀行为的影响。旨在为后续硬质合金的选择、改进和新型硬质合金开发提供参考。
硬质合金是一种包括硬质相(WC)和软粘结相(Fe、Co、Ni、HEA等)的金属陶瓷,其耐摩擦、高硬度、热硬性好等优良特性的组合使得硬质合金被广泛应用于矿山、隧道、钻井等地质工程。由于实际服役环境复杂,矿用硬质合金常面临极端恶劣的工况,存在诸多失效机制,例如摩擦、腐蚀和热冲击等一种甚至共同作用都会造成硬质合金材料的失效。因此,了解矿用硬质合金的失效机理,对不同环境下选用和改进硬质合金材料具有重要意义。本文对矿用硬质合金的摩擦、腐蚀行为进行了综述,重点涉及环境和热应力对硬质合金失效的影响,此外,由于成分对硬质合金的微观结构和力学性能具有重要的影响,还综述了粘结相和添加剂的加入对硬质合金摩擦、腐蚀行为的影响。旨在为后续硬质合金的选择、改进和新型硬质合金开发提供参考。
2024, 53(8):2390-2404.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230468
摘要:
近年来,医用镁合金作为“第三代生物医用材料”,因其具有优异的生物相容性和可降解性吸引了众多学者的关注,在传统医用植入物难以降解的背景下,展现了独有的潜力。然而,由于其较差的耐蚀性,难以满足医用植入物的临床应用需求,因此,研究医用镁合金的耐腐蚀性能就有着举足轻重的作用。本文从三种典型医用镁合金的耐蚀性研究出发,综述了不同元素含量医用镁合金在临床应用中耐腐蚀性能以及表面涂层、合金化等腐蚀防护技术的最新研究进展,并介绍了计算机仿真模拟技术在医用镁合金腐蚀研究方面的应用成果,据此对医用镁合金材料未来的发展趋势进行了展望。
近年来,医用镁合金作为“第三代生物医用材料”,因其具有优异的生物相容性和可降解性吸引了众多学者的关注,在传统医用植入物难以降解的背景下,展现了独有的潜力。然而,由于其较差的耐蚀性,难以满足医用植入物的临床应用需求,因此,研究医用镁合金的耐腐蚀性能就有着举足轻重的作用。本文从三种典型医用镁合金的耐蚀性研究出发,综述了不同元素含量医用镁合金在临床应用中耐腐蚀性能以及表面涂层、合金化等腐蚀防护技术的最新研究进展,并介绍了计算机仿真模拟技术在医用镁合金腐蚀研究方面的应用成果,据此对医用镁合金材料未来的发展趋势进行了展望。
