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  • Thermal stability and thermo-mechanical properties of Pd20Pt20Cu20Ni20P20 high entropy metallic glass (HEMG) were investigated by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, and thermomechanical analysis. Results show that compared with other classical precious metal-based metallic glasses, Pd20Pt20Cu20Ni20P20 HEMG presents comparable performance with distinct characteristics.
  • AlCoCrFeNiMox (x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0) high entropy alloy (HEA) coatings were prepared by laser cladding method. The effect of Mo content on the microstructure, hardness, and corrosion resistance of the coatings was studied. Results show that with increasing the Mo content, the microstructure is changed from (Al, Ni)-rich body-centered cubic (bcc) phase (Mo-Cr-Fe)-rich σ phase into (Fe, Ni)-rich bcc phase (Mo-Cr-Fe)-rich σ phase (Al-Fe-Mo)-rich σ phase a little AlN (aluminum nitride). Additionally, the coating hardness (HV1) is increased from 6514.4 MPa to 10652.6 MPa. With increasing the Mo addition, the self-corrosion potential of the coating in 3.5wt% NaCl solution is also increased. The coating presents the optimal corrosion resistance at x=1.0.
  • Abstract: WC-12Co particles were deposited on polished AA7075 (7075 aluminum alloy) substrate by HVOF (high velocity oxy-fuel) spraying. The microstructure, composition and hardness of the deposits were analyzed by SEM, EDS and nanoindentation hardness tester, respectively. The deposition behavior of six types of particles in three different molten states, including non-molten, semi-molten, and molten particles, was investigated. Results show that different types of particles have great impact on the substrate, which makes the AA7075 substrate deform or causes tears. The surface morphology and cross-sectional morphology of the deposits are different from those of the original powder. The surface of the deposits exhibits certain melting characteristics, and the cross-section is relatively dense. The semi-molten particles and molten particles generate some tearing to the substrate, and have a metallurgical bonding with the substrate to form a mutual meting zone. After the deposition of the particles, a hardened layer is formed on substrate surface with a thickness about 5 μm, and there is a certain gradient change in the hardness. The hardness near the surface is 3420 MPa, which is 1.56 times higher than that of the substrate (2200 MPa). The increase in hardness is originated from two factors: the peening effect of particles at high temperature and high speed, and the work hardening caused by particle extruding substrate. Key words:HVOF;AA 7075;deposition behavior;melt;metallurgical bond;harden layer
  • Ti-6Al-4V titanium alloy plate was welded by a laser beam with self-developed titanium alloy flux-cored wire. The welded joint was solution treated at 920 °C for 1 h and aging treated at 650 °C for 2 h, and its microstructure and properties were compared with those of the as-welded joint. The results show that the heat-treated welded joint is composed of a typical tri-modal microstructure containing αp phase, αs phase colony, and αgb phase, as well as punctate distributed residue β phase. α' martensite microstructure in the as-welded joint is not found in the heat-treated joint, which makes the strength, plasticity, and toughness well balanced and maintained. The strength of the heat-treated welded joint is reduced, while elongation and impact toughness at room temperature are enhanced. The tensile fracture of the heat-treated welded joint is surrounded by massive shear lips. The dimples are deep and uniform, presenting as microvoid coalescence ductile fracture. In the as-welded joint, the proportion of large-angle grain boundaries with misorientation between grains in the weld zone greater than 15° accounts for 83.78%, and in the heat-treated welded joint, the proportion is about 90.21%. Through XRD test, it is discovered that the as-welded weld is mainly composed of α' martensite, with a small amount of extremely weak multi-angle α phase diffraction peak. In the heat-treated weld, the central angle position of α phase diffraction peak is consistent with that of α' martensite in the as-welded weld, with a sharp β phase (110) diffraction peak observed as well.
  • The ultrafine grained (UFG) 1050 aluminum alloy was prepared by equal channel angular pressing at cryogenic temperature, namely cryoECAP process. The tensile behavior and microstructures of UFG 1050 aluminum alloy after annealing at 90–210 °C for 4 h without and with high magnetic field of 12 T were investigated by tensile tests, transmission electron microscope, and electron backscattered diffraction analyses. After cryoECAP and annealing treatments, the 1050 aluminum alloy has ultrafine grains with 0.7–1.28 μm in size, the ratio of ultimate tensile strength to yield strength is less than 1.24, and the uniform elongation is less than 2.3%. With increasing the annealing temperature from 90 °C to 210 °C, the yield-drop phenomenon becomes more obvious due to the decrease in mobile dislocations to maintain the applied strain rate during tensile deformation. The uniform elongation decreases from 1.55% to 0.55%, the dislocation density reduces from 5.6×1014 m-2 to 4.2×1013 m-2, and the fraction of high-angle grain boundaries (HABs) increases from 63.8% to 70.8%. These phenomena cause the higher annihilation rate of dislocations, thereby leading to the degradation of strain hardening effect. During annealing under high magnetic field at 90–210 °C, the low fraction of HABs (61.7%–66.2%) can provide a slower annihilation rate of dislocations, therefore resulting in the higher uniform elongation (0.64%–1.60%) and slower decrease in the flow stress after the yield peak.
  • The relationship between microstructure characteristics and fatigue properties of Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (Ti6242s) alloy was investigated. According to the microstructure quantitative analysis results, the solution treatments at different temperatures have an obvious effect on the proportion and morphology of primary α-phase. The changes in microstructure characteristics slightly influence the tensile property and low-cycle fatigue property of Ti6242s alloy at room temperature, whereas the dwell fatigue life and the fatigue sensitivity index are sensitive to these changes. Additionally, it is verified that the relatively strong stress concentration and inhomogeneous micro-area plastic deformation occur in the Ti6242s alloy under dwell fatigue load. Moreover, the characteristics of small plane regions and the surrounding quasi-cleavage regions in the Ti6242s alloy under dwell fatigue load at room temperature are formed through the analysis of fatigue failure fracture morphologies. The related experiment results are in good agreement with the stress-strain distribution characterizations of microstructures of equiaxed primary α-phase and the surrounding soft phase/grain. Accordingly, the relatively low inhomogeneous micro-area plastic deformation in the alloy with equiaxed primary α-phase of low volume fraction is beneficial to reduce the probability of crack initiation and can delay crack propagation, thus improving the dwell fatigue property.
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    2024年第6期

      >核材料
    • 魏雅璇, 王鼎渠, 李正操, 吕沙沙

      2024,53(6):1601-1607   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230178

      摘要:锆合金由于具有良好的机械性能、耐腐蚀性能等而被用作反应堆内燃料元件的包壳材料。然而,Zr-4已不能满足核电技术在更高燃耗条件下的使用要求,因此,通过调控合金成分开发新型锆合金具有重要意义。本研究对Zr-4以及其他两种新型锆合金材料在室温、315℃条件下进行常规拉伸试验,结合计算结果分析了成分差异造成的沉淀相改变,提出了析出强化机制对于锆合金性能提升的重要意义。首次利用小冲杆试验对锆合金原样的力学性能进行测试,该工作确定了常规拉伸试验与小冲杆试验结果之间的经验公式中与锆合金材料本身相关的系数数值,验证了小冲杆试验用于锆合金拉伸性能评估的可行性。利用气相渗氢法在400℃对Zr-4以及其他两种新型锆合金进行充氢处理,并利用小冲杆试验对锆合金充氢试样的力学性能进行测试。结果显示,充氢锆合金在载荷-位移曲线的塑性失稳阶段出现“平台区”特殊现象。本论文对该现象进行探究,用金相分析表征了氢化物的形貌特征并对其含量进行了定量估算,推测氢化物与基体断裂韧性上的差异、氢化物相特殊的长链构型以及强取向性与这一现象有着重要关联。

    • 公维佳, 陈吉昌, 张敬翊, 陈兆奎, 李中奎, 李金山

      2024,53(6):1608-1615   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230207

      摘要:乏燃料后处理强酸、强氧化性、强放射性的工作环境,对后处理溶解器选材、加工工艺提出了严苛要求。本论文研究了自主设计Zr-1.0Ti-0.35Nb合金在670 ~ 750 ℃温度范围、三种不同应变速率0.01、0.1和1 s-1条件下的热压缩变形行为,分析了热压缩过程中该合金的微观组织特征,并基于峰值应力构建了其热变形本构模型。结果表明,应变速率和变形温度对Zr-1.0Ti-0.35Nb合金热变形过程具有显著影响,流变应力随应变速率增加而增大,随变形温度的增加而减小,达到峰值应力后流变曲线呈现明显动态再结晶特征;提高变形温度有助于发生动态再结晶和晶粒长大;基于Arrhenius本构方程计算得到Zr-1.0Ti-0.35Nb合金的热变形激活能为225.8 kJ/mol,硬化指数为5.62,说明合金元素Ti使锆合金的热变形激活能升高;实验值与预测值之间的相关系数为0.97,平均相对误差为6.15%,证实此本构方程预测Zr-1.0Ti-0.35Nb合金流变应力的准确性,能够为新型锆合金热加工工艺优化提供理论指导。

    • 刘鑫, 涂蒙河, 李燊, 王辉, 胡勇

      2024,53(6):1626-1631   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230177

      摘要:锆合金包壳在堆内吸氢,失水事故(LOCA)锆合金包壳会脆化,含氢包壳在事故进程或事故后续处理中更易破裂,造成放射性产物泄漏。文章对不同氢含量(0ppm、195ppm、310ppm、395ppm)锆合金模拟LOCA试验后残余塑性进行研究,探索了氢对锆合金模拟LOCA试验后残余塑性的影响机理。结果表明,随含氢量的提高,在模拟LOCA试验后锆合金残余塑性下降。氢的加入对锆合金显微组织结构影响较小,氢对锆合金微观组织结构的影响不是导致锆合金残余塑性降低原因。氢的存在导致锆合金模拟LOCA试验后残余塑性下降的原因之一是氢增加造成锆合金prior-β相中吸收氧含量提高,从而降低锆合金残余塑性,其次氢可能以饱和固溶或细小的氢化物脆性相方式存在于prior-β相中,也造成锆合金残余塑性下降。

    • 顾志远, 吴悦, 林晓冬, 姚美意, 胡丽娟, 梁雪, 李毅丰, 彭剑超, 谢耀平, 周邦新

      2024,53(6):1642-1653   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230206

      摘要:通过熔炼、热轧、冷轧和退火等工艺制备了Zr-0.75Sn-1Nb-0.35Fe-0.15Cr(wt.%)合金板状样品,采用静电加速器在300 ℃下对样品进行注量为1.02×1015和5.1×1015 ions/cm2(对应辐照损伤剂量分别为1和5 dpa)的Ar+辐照,然后将未辐照和辐照样品置于360 ℃/18.6 MPa/0.01 M LiOH水溶液中腐蚀90 d,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征分析了辐照前后合金基体显微组织和腐蚀后氧化膜截面显微组织。结果表明,辐照前Zr-0.75Sn-1Nb-0.35Fe-0.15Cr合金为完全再结晶组织,晶粒呈等轴晶,第二相主要为fcc和hcp结构的Zr(Fe,Cr,Nb)2,尺寸主要在50~100 nm范围内;辐照后,合金内形成了型位错环,第二相发生了完全非晶化,但未发现第二相中元素向基体扩散现象。腐蚀90 d后,辐照样品的氧化膜厚度小于未辐照样品,说明Ar+辐照在一定程度上降低了合金腐蚀初期的腐蚀速率。分析认为,Ar+辐照能延缓氧化膜显微组织的演化,降低氧化膜中的等轴晶占比和裂纹数量,同时辐照诱导的非晶化第二相的氧化更慢,使氧化膜更具保护性,从而降低合金腐蚀速率。

    • 胡丽娟, 张鸿林, 王子璇, 强媛媛, 姚美意, 谢耀平

      2024,53(6):1654-1665   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230209

      摘要:失水事故(LOCA,Loss of coolant accident)下锆合金中原β-Zr层的力学性能对核安全具有重大意义,Nb作为锆合金中重要的合金元素对其有重要影响。本文运用分子动力学方法研究了Zr-xNb(x=0, 0.5, 1, 2.5; wt.%)合金在淬火过程中的相变行为和淬火后的拉伸行为,分析了Nb对其力学性能的作用机制。结果表明Nb淬火相变模拟过程产生了类似原β-Zr组织的层片状多晶,这种层片状多晶主要由fcc和hcp结构原子组成;多晶的bcc→fcc相变路径遵从Brain位相关系,bcc→hcp相变路径遵从P-S位相关系;在降温过程中,Nb的添加会降低bcc与hcp相的自由能之差,从而使得合金β→α+β相变温度降低;Zr、Zr-0.5Nb和Zr-1Nb合金模型中Nb促进了晶界处bcc相的生成,使得变形集中于晶界,导致晶界易发生断裂;而Zr-2.5Nb中,晶粒内部的Nb含量较高,易形成bcc相,从而协调变形,提高其塑性;此外Zr-2.5Nb中团簇呈弥散分布,这使得其整体强度得到提高。

    • 张风, 胡丽娟, 林雨晨, 陈刘涛, 高长源, 徐诗彤, 谢耀平, 姚美意, 周邦新

      2024,53(6):1666-1676   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230235

      摘要:锆合金在失水事故(Loss of Coolant Accident, LOCA)下的高温蒸汽氧化行为是需要重点关注的问题之一。本文熔炼了Zr-xNb(x=0.5、1.0、1.5,wt.%)合金和Zr-1Nb-yCr(y=0.05、0.2)合金并制备成板状样品。采用同步热分析仪研究了5种锆合金在模拟LOCA工况下900~1200 ℃蒸汽中的氧化行为,利用金相显微镜观察分析了氧化样品横截面的显微组织,使用显微硬度仪研究了氧化前后样品的显微硬度。结果显示:在900~1100 ℃蒸汽中氧化时,Zr-xNb合金的抗高温蒸汽氧化性能不随Nb含量变化呈单一变化规律,且随温度升高发生变化,添加Cr使Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能变差,且影响复杂,不随Cr含量的增加呈单一变化规律;在1200 ℃蒸汽中氧化时,添加Nb和Cr对锆合金的抗高温蒸汽氧化性能影响不大;5种合金的氧化动力学规律随温度升高发生变化,总体由抛物线→直线规律转变,还会发生多次转折。从O在Zr基体中的固溶含量以及Zr基体α?β和氧化膜单斜(m)?四方(t)相变的角度探讨了Nb和Cr影响锆合金高温蒸汽氧化行为的机理。

    • >材料科学
    • 王博雅, 骆雨萌, 刘睿, 宋晓云, 于洋, 叶文君, 惠松骁

      2024,53(6):1517-1522   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230553

      摘要:通过准原位EBSD和SEM观察研究了纯钛、Ti-0.2% O和Ti-0.4% O(质量分数)多晶体在高应变速率下的变形行为。结果表明:在5%应变的动态压缩变形下,纯钛中的孪生行为非常活跃,多数晶粒内的孪生系被激活,且半数晶粒中出现多种孪生变体;而滑移迹线分析表明,仅有50%的晶粒内开动了滑移系。随着氧含量的增加,孪生晶粒比例及孪晶面积占比均呈下降趋势,同时发生多滑移与交滑移。XRD分析表明,溶质氧原子导致晶格畸变,提高了α-Ti的c/a,有利于位错滑移。活跃的位错滑移行为抑制了孪晶的形成,并且氧原子钉扎位错也会阻碍孪晶界的扩展,导致孪生行为不再活跃。此外,氧含量每增加0.2%(质量分数),纯钛的动态屈服强度就能增加约390 MPa。这种固溶强化现象主要源于晶格畸变,也受到被钉扎位错及多滑移和交滑移产生的割阶影响。

    • 王悔改, 张柯柯, 王冰莹, 王要利

      2024,53(6):1523-1535   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230029

      摘要:以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片(GNS)独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs(Ni-GNSs)增强SnAgCuRE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨Ni-GNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。结果表明:Ni-GNSs的加入,抑制了复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,金属间化合物(IMC)颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,强化复合钎料,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05%(质量分数)GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu合金接头热老化前的剪切强度。Ni-GNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解了复合钎料/Cu钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,变为韧脆混合断裂;而添加0.05%(质量分数)GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。

    • 王春水, 吴海燕, 焦成, 储向峰, 梁士明, 何丽芳

      2024,53(6):1536-1542   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230035

      摘要:采用简单水热法合成了一系列C3N4/CuGaO2复合材料。采用XRD、SEM、TEM和XPS对制备的样品进行了表征。研究了一系列C3N4/CuGaO2复合材料的气敏性能。结果表明,基于C3N4/CuGaO2-0.3复合材料(C3N4与CuGaO2的摩尔比为0.3:1)的气体传感器对甲苯的传感性能优于CuGaO2传感器。相比较于CuGaO2传感器的工作温度(140 ℃),C3N4/CuGaO2-0.3复合材料传感器的最佳工作温度仅为25 ℃,对100 μL/L甲苯气体的响应达到28,检出限低至0.01 μL/L。对100 μL/L甲苯气体的响应时间和恢复时间分别为114.2和27.4 s。此外,用于检测甲苯的C3N4/CuGaO2-0.3复合材料传感器还具有优异的长期稳定性、良好的重复性和优异的抗湿性能。

    • 徐明磊, 卢文礼, 张小伟, 陈德宏, 李金颖, 余创, 杨文晟, 王志强

      2024,53(6):1543-1548   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230556

      摘要:利用等离子体区域熔炼提纯金属钇,获得了区熔提纯过程中Al、Si、Fe、Ni、Cu和Mo等杂质的迁移规律。计算结果表明,金属钇中Al、Si、Fe、Ni、Cu和Mo等常见杂质的平衡分配系数分别是0.2173、0.2201、0.5065、0.1586、0.1742和0.8576。由于上述杂质平衡分配系数小于1,杂质在液相中的溶解度大于固相溶解度,所以从理论上可判断出Al、Si、Fe、Ni、Cu和Mo等杂质将随着熔区移动富集在金属钇锭的尾端,也就是最后凝固区。实验结果证明了该理论预判的准确性。此外,探究了区熔次数与杂质迁移的内在联系,结果表明:随着区熔次数由5次增加至10次,杂质在金属钇锭尾端富集程度增加,即去除率升高。10次区熔后,Al、Si、Fe、Ni、Cu和Mo等杂质的去除率分别为45.71%、61.54%、33.98%、64.15%、52.14%和46.28%。由于上述杂质饱和蒸气压与金属钇接近,所以很难通过常规方法予以去除。等离子体区域熔炼提纯金属钇的研究为制备高纯钇提供了一种新方向。

    • 尹琦, 袁晓明, 张建通, 冯凡, 杨洪广

      2024,53(6):1549-1554   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230599

      摘要:在760 ℃下采用稀土改性包埋渗铝以及原位氧化方法制备Fe-Al/Al2O3复合涂层,研究了渗铝层和氧化膜的微观组织和相分布。结果表明,稀土改性渗铝层可分为3层:外层渗铝层、过渡层和内扩散层。渗铝层主要由FeAl相和Fe3Al相组成。FeAl相主要集中在渗铝层的外层,为Al2O3氧化膜的选择性氧化提供了有利条件。氧化膜表面呈α-Al2O3脊状结构。此外,表面氧化铈的存在是由于氧化初期Ce向外扩散且与O2的优先反应。氧化膜可分为2层,即纯α-Al2O3层和主要由α-Fe(Al)和Al、Fe、Ce的混合氧化物组成的过渡层。

    • 何苗霞, 燕迟, 董月成, 常辉, Alexandrov Igor V

      2024,53(6):1555-1565   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230547

      摘要:通过OM、EBSD和TEM等研究了Mn微合金化对新型近α Ti-Al-Mo-Zr-Fe-B合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:添加0.5%(质量分数)的Mn元素可以将合金的铸态微观组织从3.28 μm细化到2.65 μm,使其抗拉伸强度从882 MPa提高到966 MPa,但延伸率从7.8%下降到5.1%。锻造后的2种合金的晶粒尺寸趋于一致,微观组织趋于等轴化且Mn微合金化后的组织更加均匀。锻造后,Ti-Al-Mo-Zr-Fe-B合金的抗拉伸强度和延伸率增加到966 MPa和16.4%,而含有0.5%(质量分数)Mn元素的合金具有更高的抗拉伸强度,达到了1079 MPa,同时延伸率达到了15.8%。结论表明,强度的提高可以归因于Mn元素的固溶强化效应,同时Mn微合金化处理使合金中的Al元素富集于α相,有利于提高合金的强度和塑性。

    • 杨宇, 陈庚, 李慧, 梁精龙, 扈玫珑, 胡蒙均

      2024,53(6):1566-1573   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230580

      摘要:通过在1173 K的CaCl2中对金属氧化物和石墨进行电脱氧,制备了具有面心立方结构的纳米级(VNbTaZrHf)C高熵碳化物(HEC)粉末。适当的温度条件有利于抑制HEC颗粒的原位烧结生长。在1 mol/L KOH溶液中进行了电化学性能测试,探索(VNbTaZrHf)C HEC的催化性能。通过极化曲线、Tafel斜率、电化学阻抗谱和双层电容值CV测试评估了(VNbTaZrHf)C HEC的催化析氢反应(HER)性能。结果表明,(VNbTaZrHf)C HEC的双层电容值为40.6 mF/cm2。双层电容值越大,表明电化学活性表面积越大。由于(VNbTaZrHf)C HEC的高熵效应和纳米级结构,它表现出优异的催化HER性能,并为通过熔盐电脱氧制备HECs提供了新方法。

    • 晁瑞, 蔡海潮, 李航, 吕文雪, 薛玉君

      2024,53(6):1574-1581   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230564

      摘要:为了探索Ar/N2-Ar共溅射Ti掺杂对Ta2O5涂层光学性能和力学性能的影响,采用射频和直流磁控共溅射技术在玻璃基底表面制备了Ta2O5、N2-Ta2O5、Ti-Ta2O5和N2-Ti-Ta2O5涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征了Ta2O5、N2-Ta2O5、Ti-Ta2O5和N2-Ti-Ta2O5涂层的微观结构和表面形貌;通过紫外可见分光光度计测试了涂层的光学参数;采用纳米压痕仪测试了涂层的硬度和杨氏模量。XRD测试结果表明,Ta2O5、N2-Ta2O5、Ti-Ta2O5和N2-Ti-Ta2O5涂层主要以Ta2O5为主体的非晶相结构组成。SEM和AFM结果显示,沉积在玻璃基底上的涂层未出现大面积空隙,溅射粒子在基底表面均匀堆积生长,并且涂层沉积厚度基本一致,厚度误差在5%以内。分别引入N2和Ti及N2-Ti共掺杂,均可降低Ta2O5涂层的粗糙度。光学测试结果表明,分别引入N2和Ti元素,可以提高Ta2O5涂层的平均透射率至81%以上,而N2-Ti共掺杂制备的N2-Ti-Ta2O5涂层平均透射率降低。力学测试结果显示,与Ta2O5涂层对比,N2-Ta2O5和N2-Ti-Ta2O5涂层的硬度显著增大,Ti-Ta2O5涂层硬度基本一致。弹性指数(H/E)和塑性指数(H3/E2)表明,N2-Ta2O5涂层和N2-Ti-Ta2O5涂层具备更好的断裂韧性和抗塑性变形能力。在玻璃表面制备Ta2O5掺杂N2和Ti元素的涂层,可以实现以N2-Ta2O5涂层和N2-Ti-Ta2O5涂层为代表的、同时具备优异光学性能和力学性能的多功能涂层。

    • 乔旭东, 陈明和, 谢兰生

      2024,53(6):1582-1591   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230472

      摘要:针对复杂盒形零件一次拉深成形不足的问题,提出了一种拉深气胀复合精确热成形工艺,其成形零件的外形及壁厚均满足设计要求。以TC2钛合金复杂盒形件为研究对象,研究了TC2钛合金在550~800 ℃和0.001~0.1 s-1条件下的高温成形性能。设计了一套可一次性完成拉深、气胀的模具。基于有限元仿真模拟软件PAM-STAMP对零件成形过程进行模拟,获得了优化工艺参数并进行实验验证。结果表明:PAM-STAMP仿真软件可以预测零件拉深和气胀缺陷,优化了工艺参数和模具形状并进行实验验证。实验在800 ℃、气体压力2.5 MPa条件下获得了壁厚、侧边高度均符合设计要求的零件,验证了该拉深气胀复合工艺的可行性。

    • 张文斌, 杨海娟, 刘翠荣, 李岩, 史爱尊

      2024,53(6):1592-1600   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230600

      摘要:为降低使用成本,充分发挥镍材优异的耐腐蚀性能优势,选用厚度1 mm的纯镍N6作为复板、3 mm厚的中碳钢45#作为基板进行爆炸焊接试验。通过爆炸焊接窗口计算出了各动态参数,采用金相光学显微镜和扫描电镜对界面结合形貌和元素进行分析,通过拉剪试验测试复合板力学性能,并借助AUTODYN模拟了爆炸焊接过程。结果表明,爆炸点附近存在边界效应,沿着爆炸焊接方向结合界面由平直状转变为稳定的波状界面,界面附近元素扩散层厚度为20 μm,波状的扩散层增大了结合面积,有利于冶金结合,复合板剪切强度达到325.5 MPa。数值模拟结果表明,界面形貌与试验得到的界面形貌具有一致性。模拟结果表明特征点的速度和塑性变形程度与实验结果基本吻合。

    • 王强力, 钟宏, 李斗, 郑晗煜, 胡忠武, 高选乔, 张文, 李双明

      2024,53(6):1616-1625   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230226

      摘要:采用定向凝固技术研究了Al7(CoCrFeMnNi)93高熵合金微观组织的演化规律,以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体,并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明,Al7(CoCrFeMnNi)93高熵合金在定向凝固过程中界面更容易失稳,其平-胞界面转变速率小于1 μm/s,胞-枝界面转变速率范围约为2 ~ 5 μm/s。合金的一次、二次枝晶间距均随着定向凝固速率增加而逐渐减小,并分别与抽拉速率满足指数关系。定向凝固后,该合金枝晶干区域富集Co、Cr和Fe元素,而熔点较低的Mn、Ni和Al元素倾向于富集枝晶间区域。以自然竞争法获得的胞状、树枝状亚结构单晶的取向分别为[2 1 4]和[2 1 3]。纳米力学性能数据表明偏析行为造成的亚结构对单晶体的弹性模量和硬度影响较小,而晶体取向对单晶体的弹性模量影响较大,对硬度值影响较小。

    • 沈涛, 穆成法, 曹旭丹, 刘振武, 陈林驰, 陈晓, 杨辉

      2024,53(6):1632-1641   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230204

      摘要:为探究掺杂组元类型及含量对多元复合改性Ag/SnO2In2O3触点材料的内氧化法制备工艺、微观结构、显微硬度、温升、电寿命等电气性能的影响规律,采用中频熔炼-铸造工艺制备了改性AgSnIn合金,通过内氧化法制备了多元复合改性Ag/SnO2In2O3触点材料。利用AC-4电寿命型式试验平台对触点材料进行温升、电寿命性能评价。研究表明,改性Ag/SnO2In2O3材料的内氧化工艺优选参数为700 ℃,5 MPa,48 h。相比于Ni、Cu或Zn二元改性而言,Ni-Cu-Zn三元改性AgSn合金内部存在较大的微应变,相应的改性Ag/SnO2In2O3材料的显微硬度随着In元素含量的降低呈先上升后急剧下降。由0.47 wt.%镍,0.4 wt.%铜,0.43 wt.%锌和2.1 wt.%铟元素组成的改性AgSnIn合金可实现完全内氧化,相应的改性Ag/SnO2In2O3材料表现为最佳的显微硬度(1382.49 MPa)、最长服役寿命(28989次)和合适的温升(43.69 K),这归因于显微结构中存在较大的微应变(19×10-3)和起到强化效应的晶界组织。经分析发现,在特定的In含量比例范围2.1~3.1 wt.%,改性Ag/SnO2触点材料的电寿命循环周期与显微硬度大小之间呈正相关性,这一结果将为Ag/SnO2触点材料的配方设计与电寿命性能预测提供新思路。

    • 肖鹏, 杨凯, 余艺平, 王松, 刘海波

      2024,53(6):1677-1684   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230193

      摘要:Ta/Ta0.5Hf0.5C层状复合材料是一种极具潜力的耐超高温结构材料,但抗热冲击性能鲜有报道。本文设计以超高温等离子火焰对复合材料进行了脉冲考核,测试了材料考核过程中的温升数据及考核前后的微观组织和宏观形貌变化。在此基础上,利用有限元软件模拟了材料考核过程中的热应力分布,并指导开展了应力循环加载试验,分析了材料的抗热冲击机制。结果表明,复合材料经等离子火焰脉冲考核120次无裂纹生成。考核过程中,复合材料内部最大热应力数值约为207 MPa。复合材料自身的高强度和优异的抵御裂纹扩展能力是其优异抗热冲击性能的主要原因,其经210 MPa应力循环加载120次后,强度和韧性保留率分别高达70.1%和73.9%。

    • 杨西荣, 楚小晴, 李 兆

      2024,53(6):1685-1692   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230228

      摘要:本文通过循环伏安(CV)和计时电流(CA)实验研究了电解液温度和pH值对铜电结晶行为的影响,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、三维超景深显微镜和显微硬度计分析了电解液温度和pH值对铜电沉积层的相成分、择优取向、微观结构、粗糙度和硬度的影响。结果表明,铜电结晶过程均为受扩散控制的三维形核生长模式。当电解液温度为35 ℃时,铜的电沉积效率最高;电解液pH值为9时,对铜的电沉积促进作用最优。不同电解液温度和pH值最终的成核机制均为三维瞬时成核生长。随着电解液温度的降低和pH值的增加,择优取向由(111)晶面转变为(220)晶面。当电解液温度为35 ℃,pH为9时,可获得具有平整致密、粗糙度和硬度良好的铜电沉积层。

    • 余超, 郭允畅, 肖子涵, 姜润五, 和志斌, 肖宏

      2024,53(6):1693-1700   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230222

      摘要:为实现钛铝异温轧制钛板电磁感应加热时温度分布更均匀,设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热,使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响,通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内,形成较均匀的钛板温度。对钛板进行感应加热和测温实验,在较短时间的加热时长下形成了平均温度635℃,温差45℃以内的钛板温度,验证了仿真结果的正确性。对均匀性较好的高温钛板与室温铝合金板进行异温轧制,制备出界面剪切强度为63.3MPa的钛/铝复合板,并对制备出的钛/铝复合板结合性能的分布受温度均匀性的影响做了分析。

    • 李萍, 丁瑞东, 张勇强, 石成峰, 郅强, 薛克敏

      2024,53(6):1701-1708   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230224

      摘要:本研究基于分子动力学研究了Ti2AlNb合金中不同数密度的O相对基体B2相力学性能的影响。结果表明:B2相中含有O相时材料的屈服强度和塑性均得到了提升。这是因为在拉伸变形过程中析出相阻碍了基体中滑移系的开动,从而提高了基体B2相的塑性变形抗力。研究发现材料塑性的提升主要与内应力的释放有关,其中B2相通过马氏体相变释放内应力占主导作用,位错释放内应力为次要作用。当基体B2相中含有O相时,O相对位错阻碍作用会导致应力集中,从而诱导大量BCC结构发生马氏体相变,在此过程中应力集中的程度降低,延缓了孔洞形核长大;另一方面由于O相为韧性相,因此孔洞在O相和B2相边界生长受到抑制,从而使Ti2AlNb合金的塑性和韧性大大提高。并且随着析出相数密度的增加,材料的屈服强度和屈服应变下降,但其强度和塑性相比不含O相时仍有提升。这是因为随着O相数密度的增加,导致变形过程中基体原子发生马氏体相变的比例降低,因此相变对应力集中的释放程度降低,孔洞的产生与扩大速度提高,从而使材料更容易发生断裂失效。

    • 梁超群, 尧军平, 李怡然, 李步炜, 陈国鑫

      2024,53(6):1709-1717   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230263

      摘要:基于复合材料真实微观结构,在颗粒与基体界面引入内聚力单元,建立了4种不同颗粒团聚分布的有限元模型(均匀分布、三处团聚、两处团聚和一处团聚),研究了颗粒团聚对SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生和扩展机制的影响。结果表明:当裂纹萌芽时,应力在基体中分布很不均匀,最大应力值出现在颗粒群尖角处,颗粒团聚程度越严重,裂纹萌生最大应力值越大;当裂纹扩展时,颗粒团聚程度越严重,基体内最大应力值越大,裂纹扩展程度越高;当裂纹完全断裂时,随着颗粒团聚程度的加剧,颗粒应力最大值逐渐增加,而基体应力最大值变化不大。颗粒团聚加速裂纹萌生扩展过程,颗粒应均匀分布于基体中。复合材料裂纹萌生扩展机制是由于SiC颗粒群边界和尖角处应力集中严重,导致基体损伤,萌生微裂纹,微裂纹沿着切应力最大方向扩展汇集成主裂纹。

    • 方浩鑫, 刘伟, 杨韵斐, 周帆, 王金淑

      2024,53(6):1718-1725   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230243

      摘要:本文采用固液混合法制备出了铼钨核壳粉体,然后加入锇粉经预处理后制备出具有特殊包覆结构的三元混合粉体。粉体经过压制、烧结、浸渍、洗盐和退火等工艺制备出钨铼锇三元混合基阴极,经过浸渍411盐后,脉冲发射测试发现三元混合基阴极中成分为W2Re1Os1阴极的电子发射性能最好,在1050℃电流发射密度能够达到35 A/cm2,电流发射密度略高于同类型的二元混合基阴极,达到覆钨铼锇三元膜阴极的水平。通过实验验证在钨铼锇三元混合基阴极浸渍过程中,Re和Os与活性盐均不发生反应,活性物质是由W和活性盐反应产生的。

    • 田伟, 张少平, 钟燕, 付锐, 李福林

      2024,53(6):1726-1734   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230259

      摘要:采用S110铸钢丸和Z300陶瓷丸对GH4096合金开展了喷丸强化试验,利用扫描电镜和三维轮廓仪分析了喷丸表面形貌,采用X射线衍射法分析了喷丸表面残余应力,采用金相显微镜和扫描电镜分析了喷丸试样的截面显微组织,并对喷丸试样进行了650℃低周疲劳试验。结果表明:随着喷丸强度的增大喷丸表面的粗糙度升高,相同喷丸强度下陶瓷丸喷丸表面的粗糙度低于铸钢丸喷丸强化的表面粗糙度。铸钢丸喷丸表面的残余压应力在-860MPa~-1000MPa之间,随着喷丸强度的增加残余压应力略有降低;陶瓷丸喷丸表面的残余压应力在-1000MPa~-1100MPa之间,随着喷丸强度的增加残余压应力略有增加。GH4096合金喷丸后表面发生塑性形变,形成弹丸坑形貌,出现晶界弯曲,产生晶格畸变,造成大量位错塞集,形成密集分布的小角度晶界,晶粒取向也随之改变。喷丸强化可提高GH4096合金650℃高温下的低周疲劳寿命,复合喷丸对疲劳寿命的提升效果最明显,相同喷丸强度下陶瓷丸的强化效果优于铸钢丸。喷丸强化后试样的疲劳裂纹多萌生于强化层之下的亚表面,喷丸强化的效果受表面粗糙度、残余应力及强化层深度等共同影响。

    • 许金良, 宋宜帆, 丁睿智, 闫宏, 陈荣石

      2024,53(6):1735-1740   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230223

      摘要:本文使用金相、EBSD等手段研究了等通道挤压对Mg-1Gd、Mg-2Zn两种二元合金组织和力学性能的影响。结果表明,在相同挤压条件下,Mg-2Zn合金发生完全再结晶,晶粒长大粗化,且强度塑性不随着挤压道次变化;Mg-1Gd合金则只发生了部分动态再结晶,组织为细小的动态再结晶晶粒和变形晶粒,伴随挤压道次的增加,再结晶程度提升,合金的抗拉强度与塑性增加了一倍。这与溶质原子Gd比Zn更能抑制再结晶和晶粒长大有关。Mg-1Gd合金的再结晶晶粒的取向分散,而未再结晶的晶粒c轴取向由ED向TD偏转45°,这与宏观织构的检测相互印证,晶粒内部产生大量的小角度晶界,小角度晶界两侧发生围绕c轴的转动,并逐渐演化为大角度晶界。

    • 焦可心, 索军, 余昆朋, 卜恒勇, 李凤仙, 刘意春, Olim Ruzimuradov, 李才巨, 方东

      2024,53(6):1741-1748   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230270

      摘要:以阳极氧化铝(AAO)膜为模板,采用真空机械压注法制备铟锡(InSn)合金纳米线(NWs),然后采用“原位放电还原”方法在InSn NWs表面包覆Ru颗粒。随后,将复合材料在空气中进行热处理,合成RuO2/ITO NWs。最后,在H2气氛下还原RuO2/ITO NWs获得Ru/ITO NWs。结果表明,InSn纳米线直径约为40 nm,2 ~ 5 nm的Ru纳米颗粒均匀地包覆在ITO NWs的表面。此外,检测了所得Ru/ITO NWs对纤维素的催化热解性能,所得产物为1,6-脱水吡喃葡萄糖、乙醇醛和羟基丙酮,对比无催化剂、ITO NWs,Ru/ITO NWs所得产物,可以发现Ru/ITO NWs催化剂减少了1,6-脱水吡喃葡萄糖的产生,表明Ru纳米颗粒加剧了热解过程中的氧桥的断裂,加速生成乙醇醛和羟基丙酮,提高纤维素热解效率。同时对存在醚键的壬基酚聚氧乙烯醚也进行了热解分析,结果表明Ru/ITO NWs对醚键的断裂起明显的催化作用。

    • 李振亮, 王鑫, 凌思涵, 张志豪, 赵帆

      2024,53(6):1749-1760   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230252

      摘要:以梯形连铸坯Al-5Ti-1B-0.2Cu中间合金为研究对象,不同固溶温度下进行固溶处理,然后不同变形温度、不同变形速率、不同变形方向进行横向及纵向热压缩变形。研究Cu元素加入、固溶处理、热压缩对第二相粒子微观组织及尺寸不均匀变形的影响。结果表明:固溶处理600 ℃/4h后第二相粒子共有四类(Ti1-X,AlX)B2、Al7Cu2Fe、TiB2和TiAl3。当Cu存在时, Al-Cu-Fe相生成有利于增多第二相粒子数目。在相同变形程度和变形温度下随变形速率(0.01、0.1、1s-1)增大,TiAl3平均粒子尺寸逐渐减小而TiB2粒子更趋于弥散分布。横向压缩变形后第二相粒子TiAl3更加均匀,但纵向压缩变形后TiAl3粒子更细小,横向压缩与纵向压缩后TiB2粒子尺寸、分布情况则基本相同,梯形连铸坯的尺寸不均匀塑性变形更有利于第二相粒子TiAl3和TiB2的尺寸与分布。

    • 王宁, 杨帆, 叶枭宇, 邵长铖, 杜广煜, 姜文全

      2024,53(6):1761-1769   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230208

      摘要:为了研究空位缺陷对γ-TiAl涂层阻尼性能的影响,采用分子动力学方法(MD)对不同空位浓度的γ-TiAl涂层模型进行往复振动模拟计算。比较分析了应力-应变、储存势能、位错线密度、缺陷面积的变化及微观结构的变化机理。结果表明:随着空位浓度的升高,γ-TiAl涂层能耗逐渐增加,弹性模量逐渐减小,涂层提前发生疲劳破坏;不同空位浓度γ-TiAl涂层的储存势能均呈周期性变化,变化幅度随空位浓度的升高而逐渐减小;在振动模拟过程中,空位缺陷会演化为位错线及其它缺陷,导致位错密度和缺陷面积升高,不同缺陷的运动、演化及湮灭是γ-TiAl涂层产生能耗的主要来源;另外,高空位浓度的γ-TiAl涂层内部产生较多的塑性变形,出现颈缩和孔洞等缺陷,使阻尼发生失效。

    • >评述
    • 董智杰, 付前刚, 胡逗

      2024,53(6):1770-1780   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230159

      摘要:热障涂层(TBCs)是提升航空发动机热端部件工作温度上限的有效途径之一。稀土锆酸盐(RE2-xZr2+xO7+x/2)因其低热导率和良好的高温相稳定性被视为新一代热障涂层候选材料。鉴于稀土锆酸盐性能具有强的可设计性,本文从合金化设计思路出发,围绕力学、热物理和抗腐蚀性能综述了稀土锆酸盐涂层常规合金化和高熵化改性的国内外研究进展,并基于当前研究不足对后续工作提出展望。

    • 张迎晓, 周帆, 赖陈, 郑铮辉, 王滢, 周文元, 王金淑

      2024,53(6):1781-1796   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230265

      摘要:碳纳米管是由高度石墨化碳原子组成的管状结构,它的sp2轨道杂化结构使其具有独特的物理及化学性能,如机械强度高、吸附性能好、化学性能稳定、导电性好,在力学、电学和能源存储等方面都具有广泛的应用前景。然而,碳纳米管生长是一个非常复杂的过程,原料组成、制备方法和环境条件都会对碳纳米管的生长速度、形貌和性能产生重要影响。通过调控碳纳米管生长过程可以获得形状不一、性能不同的碳纳米管。本文综述了制备方法、衬底材料、催化剂、生长气氛对碳纳米管形貌和性能的影响,讨论了碳纳米管的生长机理,总结了碳纳米管在能源存储、材料增韧、催化产氢等领域的应用,分析了碳纳米管的制备和可控生长面临的问题及未来发展方向,以期为碳纳米管的可控生长、大规模制备提供参考。

    • 张建宇, 陈亚宇, 杨国强, 吕征, 刘宏基, 马鹏辉, 曾洪涛, 李河宗

      2024,53(6):1797-1816   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230194

      摘要:通过Ti和Al制备的Ti-Al系金属间化合物及复合材料,由于具有优异的物理、化学和力学性能,在航空航天、汽车以及其它领域具有良好的应用前景。这些材料包括TiAl3、γ-TiAl和α2-Ti3Al等金属间化合物,以及Ti/Al、Ti/α2-Ti3Al、Ti/γ-TiAl、Ti/TiAl3和Al/TiAl3等金属-金属或金属-金属间化合物复合材料。在上述材料的制备过程中,会涉及到各种Ti-Al反应扩散过程。因此,对Ti-Al反应扩散机理及动力学的深入理解,有助于合理高效的制备Ti-Al系金属间化合物及复合材料。目前对Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究非常广泛,但很多结论仍存在争议。本文系统综述了Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究现状,并对未来的研究方向进行了展望。

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    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240088

      摘要:以球形W-25Re(质量分数,%,下同)合金粉末为原料,采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备W-25Re合金试样,研究工艺参数对W-25Re合金试样的相对密度、显微组织及显微维氏硬度的影响。利用分析天平、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪等分析测试方法表征SLM制备的W-25Re合金试样的相对密度、显微组织、相组成和显微维氏硬度等性能。结果表明:SLM制备W-25Re合金过程中无明显的球化、翘曲、变形、分层或不能成形现象,试样表面和侧面无明显孔洞和裂纹等缺陷,成形性良好。随着输入的体能量密度逐渐增大,W-25Re合金试样内部垂直面晶粒形态逐渐从等轴晶和柱状晶混合转变为粗大的柱状晶。W-25Re合金试样仅含有立方晶系W13Re7相,衍射峰2θ角向左偏移的变化主要是由残余应力造成的。激光功率和扫描速度对W-25Re合金试样相对密度的影响显著。当体能量密度为1050 J/mm3,即激光功率210 W,扫描速度200 mm/s时,可获得相对密度高达98.49%的W-25Re合金试样;此时,试样水平面和垂直面的显微硬度分别为525.9 HV0.2和520.6 HV0.2,与轧制态W-25Re合金硬度值接近。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240089

      摘要:本文参考 MA754 合金成分,利用高能球磨的方法分别制备了含 Ti、Nb 的高熔点骨架的 Ni 基合金粉末和含 B、Zr 设起润湿作用的低熔点 Ni 基合金粉末,将两种粉末按最佳比例混合后进行放电等离子烧结,制备了一种性能优异的新型 Ni 基 ODS 合金。研究了烧结温度和复合粉末中低熔点粉末含量对合金显微组织和力学性能的影响规律,结果表明,该方法制备的合金组织中能够观察到弥散分布的氧化物,力学性能相较于 MA754 合金有所提升。随着复合粉末中低熔点合金含量的增加,合金组织先变得细小均匀,后出现聚集的针状相和粗大的块状相,合金抗拉强度呈现出先增大后减小的趋势。当烧结温度为 1025 ℃ ,复合粉末中低熔点合金粉末含量为 3 wt.%时的合金具有最高的抗拉强度 951.87 MPa,相较于商用 MA754 合金有较大的提高。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240098

      摘要:为探究Be在固溶处理过程中对含铁相转变的影响,设计了Be与不同固溶处理工艺结合的系列实验,并深入研究了其对共晶硅、含铁相形貌的影响与力学性能间的内在联系,以期全面提升亚共晶Al-Si-Mg合金整体性能。结果表明,Be延缓了Mg2Si相的分解,促进了π-AlSiMgFe相向β-AlFeSi相的转变。π-AlSiMgFe相结构形貌的加速转变提升强化效果的同时,也减弱了π-AlSiMgFe相对基体的割裂作用,进而同步提升合金的强塑性。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240100

      摘要:在600℃时效处理过程中,对热等静压(HIP)致密化处理的低合金钢上堆焊Inconel 690界面微观结构、微硬度和拉伸性能进行了研究。从基体到堆焊层,界面区域可以分为四个区域 - 贫碳区(CDZ)、局部熔化区(PMZ)、平面生长区(PGZ)和棕色特征区(BFZ)。这些区域的尺寸在时效过程中没有显著变化。然而,Ⅰ型碳化物在PMZ中明显增大,而在PGZ中明显出现沉淀。它们长大和出现的主要原因是时效过程中连续的碳迁移。界面最高硬度出现在PGZ和BFZ区域,这与该区域中碳的堆积和沉淀有关。由于这两种材料之间高的强度不匹配性,拉伸失效发生在基体侧,并且由于仅有铁素体组织,位于CDZ和基体的界面处。在经过1500小时的时效处理后,抗拉强度仅降低了50 MPa,并且界面区域保持高强度且无明显变形。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240103

      摘要:本文在真空热熔W/CuCrZr复合板的基础上进行了爆炸焊接,采用金相显微镜、扫描电镜分析(SEM)分析及能量色散X射线光谱(EDS)分析对结合界面进行微观形貌观察,同时结合有限元计算探索了热熔爆炸W/CuCrZr复合板界面的演化机制。研究结果表明:热熔爆炸焊接W/CuCrZr 复合板的界面结合良好,具有3~8μm交叉熔融区, 但W侧产生了裂纹;数值模拟再现了热熔爆炸焊接过程中结合界面压力、应力、应变、内能变化规律,实验产生裂纹的位置和数值模拟计算的高应力位置吻合,热熔爆炸焊接界面附近的高压、高温进一步促进了界面的结合。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240104

      摘要:以高纯钨粉和无定形硼粉为原料,采用机械活化结合反应合成的方法,低温高效制备了高纯W2B合金粉末。研究了机械活化时间对粉末的形貌、粒径分布以及比表面积的影响,并阐明相组成与合成温度之间的关系及反应机理。结果表明:机械活化有效细化颗粒,粉末的比表面积和位错密度随着机械活化时间的增加而增大。不同机械活化时间下反应合成后粉末中的W2B的含量随着机械活化时间的增加而增大,机械活化20 h后1150 ℃反应合成粉末的真实密度达到17.01 g/cm3,其W2B相的含量高达96 wt%;相比于未机械活化反应合成的W-B粉末,W2B相的含量高出了23 wt%。反应合成中B原子向基体W原子中扩散,首先合成低密度WB相,机械活化中引入大量位错缺陷提供了原子扩散的通道,加速向WB相向W2B相转变。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240105

      摘要:本文采用静电层自组装法成功制备了核壳MoSi2@Nb粉末。通过Zeta电位计测试了悬浮液的Zeta电位。采用SEM、TEM和EDS对合成材料的物相、形貌、结构和元素分布进行了表征。结果表明,当SDS浓度为2mmol/L,CTAB浓度为3mmol/L,Nb悬浮液pH值为5时,二次包层后包覆效果较好。在HRTEM和XRD分析下,在200°C的Ar气氛中煅烧2h后,在Nb和MoSi2的界面处发现了NbSi2相,表明Nb具有很高的活性并与Si反应。然后,在SEM和EDS分析下,在1450°C、单轴压力40Mpa下SPS2h后,核壳结构仍保留在MoSi2@Nb材料中。然而,XRD结果表明,Nb与MoSi2发生强烈反应,大部分Nb相发生反应。这个问题需要在随后的研究中解决。但与MoSi2材料(KIC=3.32 MPa?m0.5)相比,MoSi2@Nb材料的断裂韧性显著提高到5.75 MPa?m0.5。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240107

      摘要:高强度Cu/Al2O3复合材料与其低强度相比时通常展现出明显恶化的导电性。在本工作中,一种基于化学和机械合金化的策略用于制备低含量增强体超细复合粉末并构建超细铜粉负载原位自生Al2O3纳米颗粒组合结构。在相对较低的烧结温度550 ℃固结后,高体积分数超细晶引入到Cu/Al2O3复合材料里,而且大量平均尺寸为11.7±7.5 nm的原位自生Al2O3纳米颗粒均匀分布在铜晶粒内部。结果表明,复合材料展现出优异的高强度(654±1 MPa)和高导电(84.5±0.1% IACS)组合,这主要归因于超细晶、位错和原位自生Al2O3纳米颗粒的协同强化效果。这种以低含量增强体超细复合粉末为前驱体随后低温高压烧结的方法可能有潜力应用于高性能氧化物弥散强化合金的大规模工业生产。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240108

      摘要:为改善钛(Ti)的硬度和耐磨性,本文通过在纯钛(Ti)中引入TiB2硬质相,基于放电等离子烧结技术(SPS)控制二者的反应进程,在Ti基体中构建出继承B元素扩散路径的TiB2-TiB-Ti“硬核-强界面”组织结构。最终在TiB2添加量40%时,获得了室温下863.5 HV5以及400℃下720.9 HV5的高硬度,其在相同摩擦条件下,室温至400℃温域内的摩擦性能皆优于商用TC4高温钛合金。与此同时,得益于优良的结合界面,该合金还展示出独特的高温高强韧特性,在400℃下仍保持了1120 MPa的高抗压强度与10%以上的压缩率。本研究设计思路具有启发与普适性,有望为新型中高温高强韧耐磨钛合金材料的研发提供新方法,推动相关材料在航空航天领域的应用。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240109

      摘要:采用激光焊接近β钛合金(Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr),并对激光焊接接头进行不同温度的时效处理,详细揭示了时效温度、显微组织和接头拉伸性能之间的关系。结果表明,由于该合金具有较高的Mo当量和激光焊接时较快的冷却速度,焊缝主要由单一β相组成。时效处理后,在焊缝和热影响区中析出了大量的α相,随着时效温度的升高,α相粗化,体积分数降低。与焊态接头相比,时效处理后接头的抗拉强度和延伸率均有提升。但随时效温度的升高,α相的体积分数减少,强化效果减弱。当合金在500℃时效8h时,接头获得了最佳的强度和塑性匹配。接头的断裂模式由焊态下的准解理断裂转变为时效处理后的微孔聚集型断裂。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240111

      摘要:本文研究了预变形对近β钛合金Ti-5Al-3Mo-3V-2Cr-2Zr-1Nb-1Fe (wt.%)在时效处理中相变,微观组织及强化响应的影响。结果显示,合金经预变形后再进行时效处理可以获得明显细化的α相与更高的时效强化效果。由于中间相O′, ω和O′′的形成抑制了长程应力诱导马氏体相变机制和机械孪晶,合金在变形过程中主要通过位错滑移机制。预变形过程中会产生大量晶格缺陷,随着预变形量的增大,位错数量密度逐渐上升。这些由预变形产生的晶格缺陷会在时效初期部分湮灭,但是仍然能够促进α相析出,实现α相细化。与未预变形的样品相比,预变形量为5 %的样品在600 oC时效后α相的平均宽度会下降57 %,而且数量密度由7.0±1 laths/μm2上升至22.0±3 laths/μm2当预变形量较大时,如12 %和20 %,一些板条状的α相会形成。这说明钛合金经预变形后再时效处理可以获得细化的α相与更高的强化效果。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240112

      摘要:利用Thermo-Calc软件计算了Mg-xZn-2Gd(x=0~12, wt.%)合金的平衡凝固和Scheil凝固路径,研究了冷却速率和合金成分对准晶I相含量的影响规律。结果表明,Zn/Gd原子比6.0的合金平衡凝固组织中仅包含准晶I相,而在非平衡凝固时因固相中的溶质扩散受限,W相难以转变为I相,形成W相与I相混合的组织。冷却速率和合金成分的变化均会通过影响初生相α-Mg凝固过程中液相的溶质富集速率,改变次生相结晶时残余液相的溶质含量和温度,并通过影响凝固驱动力来影响次生相的类型及含量。Mg-Zn-Gd铸造合金制备时,提高凝固冷却速率和增加Zn/Gd原子比均会抑制W相并促进I相的形成,获得具有更高准晶I相含量的合金。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240113

      摘要:采用优化的溶胶-凝胶法制备了Ce3+ 掺杂的石榴石型CexY3-xFe5O12 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3; Ce: YIG) 晶体,优化方案是通过预烧处理和900 ~ 1400 ℃宽温度范围烧结获得无衍生杂质和高磁光性能的晶体。首先用热重分析确定了该晶体的合成温度为890 ℃。 XRD结果表明该晶体的晶格常数在12.37241 ?至12.4121 ?之间变化,当Ce > 0.2时出现杂质相CeO2。SEM分析表明Ce: YIG的晶粒尺寸随着烧结温度和Ce3+ 含量的增加而增加,其尺寸分布范围为0.257至6.52 mm,该粒度值是目前获得的YIG晶体粒度的最大值。所有Ce: YIG样品在室温下呈现亚铁磁性,饱和磁化强度在23.47至28.10 emu/g范围内变化。经过1200 ~ 1300 ℃烧结的 Ce0.1Y2.9Fe5O12 晶体的磁导率高达3.68 ~ 3.90。根据法拉第旋转角与磁导率的关系可知,该温度范围烧结的晶体有可能获得最佳的法拉第旋转性能。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240114

      摘要:以溶胶凝胶法结合氢还原制备的公斤级微纳米钒酸锶(SrVO3)粉末为原料,采用不同目数筛网(未筛粉、100目、200目和300目)筛分后,通过冷压烧结制备SrVO3块体。研究了SrVO3粉末和块体材料在空气下的热稳定性,探讨了粒度筛分对其原料粒度及分布、块体晶粒尺寸及电导率的影响。结果表明:SrVO3块体在空气中的热稳定性优于SrVO3粉末,发生氧化增重的温度由粉末的335 ℃提高至块体的430 ℃;随着粒度筛分目数的增加,原料粉末的平均粒径降低,粉末电导率增加,对应的冷压烧结块体的电导率也明显提高。粒度筛分可获得粒度更小、更均匀的粉末原料,使冷压烧结制备的块体更致密,为材料中电荷的传导建立更多的有效路径,制备的SrVO3块体电导率达20000 S/cm,比未筛粉制备的块体提高了37%。粒度筛分本质上是原料粒度的优化,进一步细化SrVO3粉末粒度,可望获得更高性能的块体材料,为其在透明导电薄膜、半导体器件、传感器等领域的应用奠定基础。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240115

      摘要:本文研究了含1 wt.% Gd不锈钢在不同温度时效后的微观结构与腐蚀行为。研究表明材料中含Gd第二相的体积比以1080℃为转折点,先增后减。在1080℃时效处理的样品中,主要的第二相为双相M-Gd化合物,其核心为M3Gd相,外层为M12Gd相。在1140℃时效处理后,M3Gd为其中的主要第二相。同时,我们还研究了这两种样品在NaCl、HCl及H3BO3溶液中的腐蚀行为。1140℃处理后的样品具有相对较低的腐蚀速率。在NaCl和HCl溶液中,M3Gd较 M12Gd具有较高的电化学活性;而在H3BO3溶液中,M3Gd则较为稳定。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240116

      摘要:本文针对大载荷矿用车动力总成悬置系统,研究了大载荷金属橡胶减振器的设计与预测模型。通过基于分形图学描述金属橡胶的细观结构特征,并利用虚拟制备技术建立数值模型,提出了金属橡胶构件的设计方案。试制了4组不同相对密度的金属橡胶减振器,并通过力学试验建立了基于相对密度的预测模型。为进一步提高预测精度,提出了一种变量转置拟合法对预测模型进行改进。通过与对照组试验结果对比,用残差分析定量验证,结果显示改进后的模型具有较高的预测精度,决定系数R2达到0.9624。这项研究为金属橡胶减振器设计提供了理论支持,可减少试验次数并提高设计效率。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240118

      摘要:扩散界面“连接线”是镍基高温合金扩散连接区的典型特征,会显著影响扩散连接高温合金的力学性能,热变形加工是改善扩散界面组织与性能的有效方法。本文采用Gleeble 3800热机械模拟实验机对GH4169合金扩散连接区进行热压缩实验,在变形温度为1213~1333K和应变速率为0.01~10s?1的范围内,研究了GH4169合金扩散连接区的热变形行为。结果表明,通过热变形可以有效消除GH4169合金扩散界面的“连接线”。扩散连接界面区的δ相演化情况受变形条件的影响。变形温度低于δ相的溶解温度时,残存球化的δ相阻碍再结晶形核晶粒的长大,影响后续再结晶过程,降低应变速率可以促进δ相的球化程度;变形温度高于δ相的溶解温度时,δ相溶解为再结晶提供额外的驱动力,再结晶程度显著提升。采用基于应变补偿的双曲正弦型Arrhenius本构方描述GH4169合金扩散连接区流变应力与变形条件间的关系,本构方程的计算值与实验值吻合较好。根据GH4169合金扩散连接区的动态模型构建热加工图,确定了最佳加工参数范围为:变形温度为1310~1333K、应变速率为0.01~0.05s-1。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240122

      摘要:本文对Cu、Mo元素合金化的347H不锈钢在565℃的硝酸盐(60% NaNO3+40% KNO3)中进行长达720h的静态腐蚀实验,通过分析腐蚀产物的物相组成、微观形貌和化学成分,研究Cu、Mo元素对347H不锈钢耐熔盐腐蚀的影响。结果表明:Mo元素细化晶粒使不锈钢具有耐腐蚀性能最好的中等晶粒度;不锈钢在硝酸盐中发生均匀腐蚀,腐蚀层为双层结构,内外层均存在保护基体的腐蚀产物,外层由Fe的氧化物(Fe2O3、Fe3O4)层和NaFeO2层以及少量的MgFe2O4组成,内层主要由尖晶石层(FeCr2O4、MgCr2O4)和Cu2O薄层组成。Cu在内层被氧化形成致密的Cu2O,能有效阻隔O2-等离子向基体渗透。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240125

      摘要:研究了Hf微合金化对K4800镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明,K4800和K4800+0.25Hf两种实验合金在800℃、850℃空气环境下恒温静态氧化过程中,氧化动力学曲线均符合抛物线规律,但是K4800+0.25Hf合金氧化初期的速率(800℃/20h为0.0265g/m2·h,850℃/20h为0.0617g/m2·h)低于K4800合金(800℃/20h为0.041g/m2·h,850℃/20h为0.0669g/m2·h)。两种实验合金的氧化层均由外氧化层与内氧化层构成,外氧化层以致密的Cr2O3为主,并会在Cr2O3外氧化层表面形成少量块状TiO2,内氧化层主要包含树根状分布的Al2O3。但随着合金中Hf含量从0wt.%增加到0.25wt.%,800℃静态氧化1000h后Cr2O3外氧化层平均厚度从2.71μm减小到2.17μm,850℃静态氧化1000h后从5.83μm减小到4.09μm。EPMA分析结果表明,Hf使K4800合金内氧化层晶界形成HfO2,促使Al2O3在HfO2周围形成并加速Al2O3的生长,晶界的Al2O3和HfO2有利于降低Cr3+向外扩散速率,延缓了Cr2O3氧化层厚度增加。因此,微量Hf添加有助于提高K4800合金的抗氧化性能。

    • 优先出版日期:2024-06-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240130

      摘要:现代铍冶金(解离、纯化)方法是基于硫酸解离和化学纯化理论,由于硫酸解离产生的硫酸盐溶解度高、化学法分离的条件区间重合,导致铍产品纯度低,且分离相中含有Be2+,会形成危废,降低了Be的收得率;铍矿硫酸直接解离率低,通过电炉+方解石破坏铍矿结构,不仅大幅度增加渣量,还大幅度增加了电能消耗和CO2排放量。提出了基于氢氟酸低温解离和利用氟化物溶解度差异性大的特点进行纯化的变革性铍冶炼理论和方法,氢氟酸可直接在低温或室温下快速解离铍矿粉,解离率超过99%,AlF3、FeF3、CrF3、MgF2等溶解度低,再加上有同离子效应的存在,无需化学纯化即可制备99.9%的铍产品。对于4N级以上的高纯铍产品,则可利用铁、铬等氢氧化物沉淀的pH区间明显不同于Be(OH)2沉淀所对应的pH区间的优越特性进行高纯铍的制备。新方法涵盖了现代铍冶金法可制备的各种铍产品。

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