2025年第3期

>2025青年编委专辑

• 纳米花状CuS作为镁离子电池正极材料

  何元泰, 吴量, 史永安, 钟志永, 姚文辉, 潘复生

  2025,54(3):545-553   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240361

  摘要(18) HTML(47) PDF(2.70 M)( 25)

  摘要：在水热合成过程中加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），调节乙二醇的用量为50vol%，合成了镁离子电池正极材料CuS-C50。结果表明：CuS-C50具有完整的纳米花状结构，在氯化铝-季戊四醇四甲醚/四氢呋喃（APC/THF）电解液中，当电流密度为50 mA/g时，其比容量高达331.19 mAh/g；当电流密度为200 mA/g时，其比容量在50次循环后仍保持136.92 mAh/g。形貌表征结果表明，完整的纳米花状结构可以提供更多的活性位点，减少Mg²⁺的移动障碍，最终提高镁离子电池CuS正极材料的充放电性能。

• 电子束定向能量沉积Fe-Mo功能梯度材料的微观组织及性能

  李丹妮, 姚正军, 姚孟欣, 张叔贤, Oleksandr Moliar, Tetiana Soloviova, Iryna Trosnikova, Petro Loboda, 张莎莎

  2025,54(3):554-568   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240549

  摘要(7) HTML(18) PDF(9.60 M)( 19)

  摘要：利用电子束定向能量沉积（EB-DED）技术，制备了沿成分梯度方向从100% 304不锈钢到100% Mo的不同成分变化率的Fe-Mo功能梯度材料（FGMs），包括成分突变100%、成分变化率10%和成分变化率30% 3种试样。结果表明，成分变化率显著影响试样的显微组织和力学性能。在成分突变的试样中，304不锈钢和Mo之间成分急剧变化导致了两种材料界面附近的组织形态和硬度有很大的差异。而随梯度层数的增加，成分沿沉积高度方向连续变化，显微组织形貌呈现出从304不锈钢到Mo的平滑过渡，由柱状晶逐渐转变为树枝晶。Fe、Mo等主要元素沿梯度方向呈线性转变，沉积层间扩散充分，冶金结合良好。成分梯度变化越小，沿沉积方向的显微硬度值越大。当成分梯度为10%时，梯度层显示出更高的硬度（最高达940 HV）和优异的抗表面磨损性能，且试样整体压缩性能较好，顶部区域的压缩断裂应力达到750.05±14 MPa。

• 晶粒尺寸对多晶γ-TiAl合金表面纳米划痕行为影响的分子动力学模拟

  曹卉, 徐汉宗, 李海鹏, 李海燕, 陈涛, 冯瑞成

  2025,54(3):569-580   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240420

  摘要(9) HTML(15) PDF(4.38 M)( 11)

  摘要：基于分子动力学的方法，从原子尺度研究了不同晶粒尺寸影响下的多晶γ-TiAl合金表面划痕机理，分析了划痕过程中的力学特性、划痕形貌、微观缺陷分布以及温度和应力状态。结果表明，由于逆霍尔佩奇效应的影响，划痕力、原子回弹数量和堆积高度在临界尺寸为9.41 nm时出现突变。晶界数量的差异以及晶粒的晶向取向随机性导致划痕表面堆积不同，其中单晶材料和晶粒尺寸为3.73 nm情况下的表面形貌更加规则。此外，晶粒尺寸越小，平均摩擦系数，原子去除数量以及特殊磨损率随之增加，温度的数值和分布范围更大。由于晶界的阻碍作用，小尺寸的晶粒有更少的微观缺陷。并且压头尖端处的平均冯·米塞斯应力和静水压应力随着晶粒尺寸的减小而减小。这项工作有助于更好地理解多晶γ-TiAl合金在纳米划痕过程中的变形机理。

• 加载应变率为10⁴‒10⁵/s的Al-Cu梯度飞片材料的设计与动态实验

  胡家念, 周子正, 李一迪, 陈翔, 杨刚, 刘金涛, 张建

  2025,54(3):581-586   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240293

  摘要(4) HTML(12) PDF(1.23 M)( 15)

  摘要：基于梯度材料一维波系作用的简化算法设计了Al-Cu梯度飞片材料的加载压力曲线。通过热压法制备相应的Al-Cu梯度材料，其表征后的阻抗性能与设计路径相匹配。采用三维表面轮廓仪检测Al-Cu梯度材料的平行度，并利用一级气炮以400 m/s的速度发射Al-Cu梯度材料冲击Al-LiF靶材。该实验应变率的结果证明了Al-Cu梯度材料能够实现高速冲击实验中应变速率在10⁴–10⁵/s范围的精确控制。

• 热等静压处理提升激光粉末床熔融成形钼合金的力学性能

  梁迅文, 付忠学, 张石明, 车玉思, 程鹏明, 王沛

  2025,54(3):587-592   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240583

  摘要(4) HTML(12) PDF(2.09 M)( 19)

  摘要：为了提升激光粉末床熔融（LPBF）技术所制备的钼（Mo）合金的力学性能，采用了热等静压技术对其处理。热等静压处理后，LPBF Mo合金的孔隙率从0.27%降低至0.22%，Mo和Ti元素得到充分扩散并且分布地更加均匀，同时形成了大量低角度晶界，抗拉伸强度从286±32 MPa升高至598±22 MPa，伸长率由0.08%±0.02%提高至0.18%±0.02%，在拉伸过程中晶粒没有明显变化。热等静压处理消除了LPBF Mo合金的熔池边界，而熔池边界是LPBF Mo合金提前失效的主要原因。因此，热等静压处理成为了一种有效的强化LPBF Mo合金力学性能的方法，为制造高性能钼基合金提供了新思路。

• 陶瓷/金属连接界面残余应力缓解策略研究进展

  王星星, 陈本乐, 蒋元龙, 潘昆明, 任宣儒, 原志鹏, 张雨雷

  2025,54(3):618-627   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240477

  摘要(6) HTML(11) PDF(2.00 M)( 13)

  摘要：随着苛刻环境恶劣化和加工制造复杂难度增加，对陶瓷/金属异质结构综合性能提出更高要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质连接，而二者焊接接头残余应力缓解非常棘手。由于陶瓷与金属的性能差异，特别是热膨胀系数的差异，钎焊接头在冷却过程中会产生过多的残余应力。较高残余应力会严重破坏接头性能。为缓解残余应力，从工艺参数优化、施加中间层、颗粒增强复合钎料和表面结构调控4种缓解途径进行评述。概述陶瓷与金属钎焊接头残余应力状态与分布规律，介绍残余应力的产生与检测，最后展望未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。

• 环糊精吸附材料强化分离重金属离子的研究进展

  张宁, 刘杰, 张鑫, 赵玉秀, 薛志潇, 夏文香

  2025,54(3):628-639   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240307

  摘要(3) HTML(7) PDF(1.71 M)( 17)

  摘要：重金属污染废水治理的传统方法主要有化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、电化学法和膜分离法等。传统方法存在的问题在于选择性差，经济效益低且环境不友好。环糊精是一种人工合成的笼状分子，具有稳定的内疏水腔和外亲水表面，可以通过主客体作用将污染物封装在其内部，具有选择性强、绿色环保且成本较低的优势。主要综述了环糊精吸附材料强化分离重金属离子的反应原理、材料的合成与应用及其主要影响因素，并对未来发展趋势进行了展望。

• 单级和多级异质结构调控中/高熵合金的微观组织及性能优化研究进展

  王炳, 李春燕, 王新华, 李晓诚, 寇生中

  2025,54(3):640-664   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240564

  摘要(11) HTML(14) PDF(11.66 M)( 27)

  摘要：开发高性能结构/功能材料对于大多数工业领域具有重要的意义。中/高熵合金因其特定的微观结构表现出优异的综合性能，是极具潜力的结构材料。更重要的是，通过调控合金的微观组织并优化其性能已经成为拓展合金工业应用的重要措施。已有的研究表明，构建多种异质结构有利于显著提升中/高熵合金的综合性能。本文详细讨论了具有单级和多级异质性的多异质结构。此外，还系统地综述了中/高熵合金中成分不均匀性、双峰结构、双相结构、片状/层状结构、谐波结构（核壳）、多尺度沉淀物及特定微观结构耦合异质结构的制备方法。深入讨论了不同异质结构诱发的变形机制，以探索异质结构与中/高熵合金性能优化之间的关系。全面阐释了异质结构和先进的微观结构优化中/高熵合金性能的贡献，以进一步改善合金的性能。最后，讨论了高性能中/高熵合金未来在工业应用中的挑战，并尝试为优化异质结构提高中/高熵合金综合性能提供可行的方法。

• 固溶冷速对超高强钛合金TB17组织及力学性能的影响

  纪晓宇, 徐建伟, 张宇, 李明兵, 曾卫东, 朱知寿

  2025,54(3):665-670   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240531

  摘要(9) HTML(23) PDF(5.89 M)( 29)

  摘要：研究了不同冷却速度对TB17钛合金合金组织演变和拉伸性能的影响规律。结果表明：冷却速度对组织形貌有显著影响，当冷速较慢时，合金元素扩散充分，粗片层含量较高、尺寸较大，基体中有少量的次生α相析出；当冷速较快时，高温下的组织被大量保留，粗片层含量较少、尺寸较小，几乎观察不到次生α相。由于未受外力作用，片状α相与β相保持严格的Burgers取向对应关系。固溶冷速极大地影响拉伸性能，固溶空冷析出大量次生α相，使得强度最高；固溶水冷由于冷速较快，仅保留粗片层，强度最低；固溶炉冷由于冷速过慢，粗片层长大明显，抑制了次生α相的析出，强度居中。时效处理后，拉伸性能发生不同的变化，水冷强度最高，而炉冷强度最低。

• 氮化铀压力辅助烧结过程的相场模拟

  孙启明, 申文龙, 廖宇轩, 李昱, 王纪钧, 柳文波

  2025,54(3):671-678   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240497

  摘要(7) HTML(14) PDF(2.18 M)( 19)

  摘要：通过引入弹性应变能和颗粒刚体运动过程，建立了UN压力辅助烧结过程的相场模型，分析了应力对烧结颈增长过程、颗粒刚体运动对孔隙收缩过程的影响，并模拟了物质扩散、刚体运动与应力共同作用下的多颗粒烧结过程。模拟结果表明，烧结颈长度及其增长速率随施加应变的增大而增大，在烧结颈两端出现明显的应力集中现象，且随着时间的延长，应力分布逐渐均匀化；随着平移迁移率的增加，孔隙收缩速率增大，其致密化完成时间提前，而转动迁移率的取值对孔隙收缩过程几乎无影响。本模型能够捕捉到烧结颈的形成和增长、孔隙的球化和闭合过程，大体积孔隙表面配位的晶粒数更高，存在时间更长。

• 激光熔化沉积TiAl合金的组织与力学性能

  陈永宁, 肖华强, 褚梦雅, 莫太骞

  2025,54(3):679-687   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240587

  摘要(8) HTML(14) PDF(12.17 M)( 22)

  摘要：利用激光增材技术能够制造形状复杂的TiAl合金零部件，从而进一步拓展这一轻质高温合金在航空航天领域的工程应用。但目前对激光熔化沉积TiAl合金工艺、组织及性能之间内在关系的研究较少。以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末为实验材料，采用激光熔化沉积技术制备了宏观质量良好的TiAl合金试样，系统研究了优化工艺参数条件下沉积层的显微组 织、相组成、硬度分布以及沉积试样的室温力学性能。结果表明，沉积层的显微组织结构主要由大量γ-TiAl相和少量的 α₂-Ti₃Al相构成；沉积层组织表现出由柱状晶、等轴晶、胞状晶及板条状组织形成的层带组织特征，沉积层组织内的晶粒细化较明显。沉积层的硬度分布范围为537~598 HV_0.3，底部的维氏硬度比中部及顶部高。TiAl合金试样在室温下的极限 抗压强度为(1545±64) MPa，压缩应变为(17.68±0.07)%；室温下沿激光扫描方向的极限抗拉强度为(514±92) MPa，断后伸长率为(0.2±0.04)%；沿构建方向的极限抗拉强度为(424±114) MPa，断后伸长率为(0.15±0.07)%，TiAl合金试样的室温拉 伸断口形貌特征属于准解理断裂。通过优化扫描策略并辅以后续热处理，有望改善合金组织均匀性及力学性能的各向 异性。

• 中厚钛合金双脉冲TIG深熔焊接机制研究

  杨清福, 罗志伟, 曾才有, 姜自昊, 从保强, 齐铂金

  2025,54(3):688-696   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240680

  摘要(7) HTML(14) PDF(10.05 M)( 23)

  摘要：针对中厚度钛合金电弧焊存在的TIG电弧熔深浅和焊接效率低等问题，以6 mm厚TC4钛合金为焊接材料开展TIG焊接试验，研究了不同电弧模式（直流、低频脉冲、低频+超音频双脉冲）对熔池和焊缝成形的影响。基于有限元仿真研究了双脉冲焊接熔池的温度场和流场动态行为，探究了双脉冲TIG焊接深熔机制。结果表明，与恒流和低频脉冲模式相比，双脉冲电流模式增加了熔池熔体流动速度，能有效激发熔池中心深熔匙孔，促进热源下移，进而增大熔深。双脉冲TIG接头抗拉强度达到964 MPa，接头强度系数为98%，断后延伸率3.7%，可实现近等强接头强度匹配。

• 脉冲磁场处理对硬质合金/钛合金摩擦性能的影响

  陈喆, 胥杨洋, 闫乔松, 陈依桐, 张琳, 吴明霞, 刘剑

  2025,54(3):697-705   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240525

  摘要(8) HTML(10) PDF(13.28 M)( 19)

  摘要：采用脉冲磁场对不同钴（Co）含量的YG系列硬质合金球进行改性处理，通过往复式摩擦机及SEM研究脉冲磁场处理对YG6/YG8/YG12-钛合金（TC4）摩擦性能的影响。结果表明，脉冲磁场处理可以有效地降低YG系列硬质合金-TC4钛合金摩擦副的摩擦系数，场强弱改变了外源磁场输入的能量强度，以YG8为例，与未经磁场处理时相比，本研究梯度设计的0.5、1、1.5 T磁处理后平均摩擦系数分别减小20.5%、29.7%、25.9%；在磁场强度1 T时，YG6、YG8、YG12的平均摩擦系数分别下降了19.5%、29.7%、20.1%，随Co含量的增加，磁场的效果呈先上升后下降的趋势，Co含量为8%（质量分数）时的磁场效应最为显著。磁处理硬质合金时，脉冲磁场作为外源能量，引发Co相发生从fcc的α-Co向hcp的ε-Co的马氏体转变，从而引发位错增殖，提高硬质合金抵抗塑性变形的能力，宏观表现为硬质合金强度及耐磨性的提升，从而改善了摩擦性能。

• 电弧增材制造Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金微观组织与力学性能

  常子金, 张睿泽, 曾才有, 俞楷, 李子琪, 从保强

  2025,54(3):706-713   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240675

  摘要(6) HTML(11) PDF(10.53 M)( 17)

  摘要：采用电弧增材制造技术制备了WE43（Mg-4Y-3Nd-0.5Zr，质量分数，%）镁稀土合金单壁墙构件，并通过多尺度组织表征、显微硬度和拉伸测试等手段系统研究了沉积态WE43合金的微观组织及其力学性能。此外，对比研究了直接时效处理（T5）和固溶+时效处理（T6）对微观组织演化行为和力学性能的影响。结果表明，沉积态WE43合金为均匀全等轴晶组织，平均晶粒尺寸为25.3 μm，晶界处存在网状共晶组织（α-Mg+Mg₄₁Nd₅/Mg₂₄Y₅），沉积态合金的抗拉强度可达到190 MPa。经T5处理后，峰值时效硬度由沉积态的74 HV_0.2提升至91 HV_0.2，基体中存在大量残留共晶组织。T6热处理可获得更高的峰值时效硬度（108 HV_0.2），共晶组织充分回溶，基体中残留少量的Mg₂₄Y₅相。T6处理使得合金抗拉强度提升至283 MPa，但也容易引发明显的晶粒异常长大现象，且沿竖直方向的延伸率显著低于水平方向。

• Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

  郅慧栋, 郭保全, 丁宁, 闫钊鸣, 朱家萱, 万晨

  2025,54(3):714-721   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240505

  摘要(9) HTML(11) PDF(3.83 M)( 12)

  摘要：研究了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在不同应变率下的力学行为和断裂失效行为，开展了基于Johnson-Cook（J-C） 本构模型和失效模型的参数标定及验证。利用万能试验机对该镁合金进行不同温度下的准静态拉伸试验，并且利用Hopkinson杆开展高应变率（1000~3000 s^-1）下的动态拉伸试验；根据试验数据对J-C本构模型中的应变率强化项和热软化项进行了修正，并标定相关模型参数。进一步开展数据仿真分析，并对比试验与仿真的断裂位置和真应力-应变曲线，验证失效模型参数的可靠性。使用SEM对镁合金断口微观形貌进行观察，探究温度、应变率对镁合金失效影响的微观行为特征，镁合金在准静态拉伸与动态拉伸过程中断口形貌中均发现了韧窝与解理台阶，为混合断裂机制，且高应变速率下解理台阶稍多，这与镁合金高应变速率下的应变敏感性有关；而在高温拉伸过程中表现为韧性断裂。

• 稀有金属对钢海洋大气腐蚀行为影响的研究进展

  刘飞洋, 李田科, 王睿鑫, 郭斌, 艾园林, 唐宇

  2025,54(3):791-802   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240533

  摘要(13) HTML(8) PDF(5.77 M)( 13)

  摘要：钢作为海洋工程装备的结构材料在海洋大气环境中会受海盐气溶胶、氯离子等因素的影响而发生严重的海洋大气腐蚀。向钢中添加稀有金属能够调控钢的组织、促进锈层致密化从而改善耐海洋大气腐蚀性能。本文综述了近年来世界各地学者关于稀有金属添加对钢耐海洋大气腐蚀性能影响的相关研究，总结了碳钢、不锈钢、耐候钢等典型海洋工程用结构钢在海洋大气环境中腐蚀的原因，归纳了添加Nb、Mo、Sb、Sn、Ce、La、Y等稀有金属影响钢的组织和腐蚀过程中锈层结构的作用机制。对于耐候钢和碳钢，主要讨论了稀有金属元素对锈层结构产生的影响；针对不锈钢，主要讨论了稀有金属元素对夹杂物改性及对不锈钢点蚀行为的作用机制。对未来的相关研究方向进行了展望，以期对结构钢耐海洋大气腐蚀性能的提升及其在海洋工程中的应用提供参考。

• 钛铝合金高温腐蚀防护研究进展

  叶鑫宇, 伍廉奎, 曹发和

  2025,54(3):803-817   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240508

  摘要(6) HTML(13) PDF(5.45 M)( 14)

  摘要：钛铝合金因其低密度、高强度以及优异的抗蠕变性能等特点，被视为航空航天及其他高温应用领域极具潜力的材料。然而，在750 ℃以上环境中抗氧化性能不足限制了其广泛应用。本文综述了钛铝合金的分类、发展历程以及高温氧化行为，包括氧化膜的形成机制和结构演变，重点讨论了21世纪以来钛铝合金的制备技术、整体合金化、增强相技术和表面改性技术在提高合金抗高温氧化性能方面的研究进展，以及理论计算在研究合金氧化机制过程中的应用，并对该领域的发展趋势进行展望。

• 铜与异种材料钎焊的研究进展

  龙飞, 宋克兴, 张召琦, 王策, 何鹏, 孙军

  2025,54(3):818-836   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240629

  摘要(10) HTML(10) PDF(5.14 M)( 12)

  摘要：综述了铜的基本属性、结构性和功能性应用，分析了铜钎焊的工艺特点和接头特性。通过评述铜与钢、铝、钛、陶瓷、碳基材料等异种材料的钎焊研究现状，列举了铜与异质结构钎焊的研究实例，剖析了具体钎焊过程中钎料选用、工艺制定、中间层设计、钎焊装备使用及检测检验的注意事项，指出连接结构和接头界面设计的重要性。提出绿色、智能、可靠、低成本是铜钎焊的发展方向，为铜的工程应用和含铜的异种材料连接结构的钎焊制造提供技术参考。

>材料科学

• 固溶热处理对低氧TZM合金组织和力学性能的影响

  邢海瑞, 史茜霜, 胡卜亮, 李世磊, 李延超, 王华, 王强, 徐流杰, 冯锐, 张文, 胡平, 王快社

  2025,54(3):593-603   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240560

  摘要(4) HTML(13) PDF(4.08 M)( 12)

  摘要：研究了低氧（氧含量为0.03vol%）TZM合金，在不同温度下对其进行固溶热处理，然后淬火。结果表明，合金的抗拉伸强度随着固溶温度的升高而逐渐降低，伸长率先增加后降低。随着固溶温度的升高，低氧TZM合金中析出的纳米级富钛相的含量逐渐增加。在1200和1300 ℃下凝固的样品中出现了特殊的条形富钛区域。纳米级富钛相确保了位错在整个TZM合金中的均匀分布，同时显著提高了低氧TZM合金样品的塑性。

• 基于相对密度力学预测模型的大载荷金属橡胶构件试制

  郝慧荣, 王佳苇, 赵文超, 任江鹏

  2025,54(3):604-611   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240116

  摘要(6) HTML(7) PDF(2.00 M)( 13)

  摘要：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微观结构特征，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。

• 含二十面体准晶相Mg-Zn-Y合金的定量强化评价

  王莹楠, 孟晓凯, 郭俊宏

  2025,54(3):612-617   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240183

  摘要(3) HTML(10) PDF(1.72 M)( 11)

  摘要：采用普通凝固法制备了含二十面体准晶相的Mg-4.8Zn-0.8Y、Mg-18Zn-3Y、Mg-15Zn-5Y、Mg-30Zn-5Y和Mg-42Zn-7Y （wt%）合金，研究了Mg基体孔隙率对合金抗拉伸强度和硬度的影响，并利用扫描电镜和Image-Pro Plus 6.0软件定量分析了镁基体孔隙率。室温拉伸试验表明，合金的最大抗拉伸强度为175.56 MPa，镁基体孔隙率为76.74%。通过拟合分析发现，当镁基体孔隙率为64.87%时，合金抗拉伸强度最大。硬度测试表明，随着镁基体孔隙率的增加，合金硬度逐渐减小。本研究为提高镁合金的力学性能提供了有效的定量分析方法。

• 低钪含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金的组织性能研究

  朱必武, 肖罡, 刘筱, 叶帆, 张维, 崔晓丽, 詹海鸿, 刘文辉

  2025,54(3):722-729   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240552

  摘要(3) HTML(10) PDF(7.09 M)( 17)

  摘要：利用OM、SEM、TEM和万能材料试验机研究了低钪含量（0.02%、0.07%、0.12%，质量分数）Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金的析出行为与力学性能之间的关系。结果表明：随着钪含量的增加，合金中铸态组织逐渐细化，晶界处粗大第二相增加，削弱了细晶强化效果；轧制+T6态下的Al₃(Sc,Zr)相抑制主强化相η'相的析出，随着合金中钪含量的增加抑制效果更为明显，从而弱化析出强化效果；合金晶粒的细化有利于拉伸过程形成更多更细小的韧窝，提升板材延伸率；钪含量为0.02%Sc的合金在经过轧制+T6热处理后综合力学性能优良，其抗拉强度为683 MPa、延伸率为21%。

• Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD磁性纳米材料制备及对Er(Ⅲ)吸附性能的影响

  赵玉秀, 刘杰, 张宁, 张鑫, 薛志潇, 张秋露, 李倩婷

  2025,54(3):730-740   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230715

  摘要(8) HTML(7) PDF(4.70 M)( 10)

  摘要：采用共沉淀法制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒，利用SiO₂、羧甲基-β-环糊精（CM-β-CD）对磁性颗粒的表面进行修饰，制备了具有高吸附性能的Fe₃O₄基磁性纳米材料（Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD），开展了单因素优化实验，通过TEM、Mapping、EDS、BET等手段对磁性纳米复合材料的物化特性进行表征，探讨了Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD对稀土Er(Ⅲ)的吸附行为。结果表明：十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的投加量为1 g，正硅酸四乙酯（TEOS）的投加量6 mL，氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）的投加量为1 mL，CM-β-CD投加量为0.5 g时，Er(Ⅲ)去除率最高，可达到95%以上。进一步探究了吸附剂投加量、温度及转速对Er(Ⅲ)去除率的影响。结果发现，当接触时间为30 min，初始Er(Ⅲ)浓度为10 mg/L，初始pH为4.5，吸附剂用量为 30 mg，温度为298 K，转速为150 r/min时，Er(Ⅲ)的去除率约为98%。将吸附Er(Ⅲ)后的纳米材料用0.1 mol/L HNO₃进行解吸，解吸20 min，Er(Ⅲ)的解吸率可达87%以上。采用XPS分析手段对Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD吸附机制进行了初步探究。结果表明，Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD对Er(Ⅲ)的吸附以环糊精空腔的包和作用为主，静电吸附、化学吸附为辅。本研究可为水溶液中低浓度稀土元素的高效回收提供新方法。

• 自钝化W-Si-Zr合金的组织结构和抗氧化性能

  张世荣, 陈时杰, 王锐, 叶超, 薛丽红, 周启来, 严有为

  2025,54(3):741-746   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230722

  摘要(5) HTML(7) PDF(4.70 M)( 8)

  摘要：采用机械合金化和放电等离子体烧结技术制备了W-Si-Zr自钝化合金。利用XRD、XPS、SEM及EPMA等测试方法，表征了合金的微观组织结构，并测试其抗氧化性能。结果表明：合金包括富W、W₅Si₃、SiO_x（x=1，1.5，2）以及 ZrO_x（x=1，1.5，2）相。W₅Si₃为连续分布相，SiO_x和ZrO_x颗粒均匀分布在基体中，尺寸分别为1.0~2.5 μm和0.7~2.7 μm，且ZrO_x颗粒常与SiO_x颗粒共生。W₅Si₃对合金的抗氧化性能起到关键作用，添加Zr有助于W₅Si₃相的形成，其相面积达到了70.2%。在1000 ℃大气环境中W-Si-Zr合金的氧化速率约为W-Si合金的1/2，纯W的1/36。

• Mg对S44660超级铁素体不锈钢铸造组织及力学性能的影响

  范文杰, 宁礼奎, 常东旭, 丁冬, 李广龙, 刘恩泽, 谭政, 佟健, 李海英, 郑志

  2025,54(3):747-754   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230724

  摘要(7) HTML(9) PDF(7.03 M)( 11)

  摘要：为研究Mg对超级铁素体不锈钢的作用，调整S44660钢Mg含量，制备未添加Mg及Mg质量分数为0.0002%、0.0004%、0.0010%的4种成分试验钢，探究Mg对S44660超级铁素体不锈钢铸造组织与力学性能影响。结果表明，0.0002% Mg S44660超级铁素体不锈钢平均晶粒尺寸由1.14 mm减小至约0.83 mm，随着Mg含量进一步提高至0.0004%和0.0010%，平均晶粒尺寸减小至0.62、0.59 mm左右，Mg对S44660钢晶粒有细化作用；S44660超级铁素体不锈钢典型夹杂物类型为 Ti-O-N复合包裹型夹杂物，加入Mg后转变为Ti-O-Al-Mg-N复合包裹型夹杂物，夹杂物含量降低，同时尺寸减小；添加Mg后S44660超级铁素体不锈钢屈服强度和抗拉强度提高；Mg可以提高S44660超级铁素体不锈钢冲击吸收功及硬度。

• 稀土La-Yb掺杂对海水电池阳极镁合金微观组织及电化学性能影响

  杨清竹, 连利仙, 刘颖

  2025,54(3):755-764   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230730

  摘要(7) HTML(6) PDF(8.33 M)( 6)

  摘要：利用机械合金化与放电等离子烧结工艺相结合制备了AZ91-La-Yb海水电池用阳极镁合金，并系统研究了稀土 La-Yb掺杂对阳极材料微观组织及电化学行为的影响。结果表明：通过机械合金化-放电等离子烧结工艺制备的AZ91-La-Yb合金由等轴晶构成，一方面，掺杂La-Yb后，形成了在晶界处均匀分布的微米级（0.5~2 μm）富RE相，该相主要由稀土单质（RE=La，Yb）及Mg(RE)固溶体共同组成；另一方面，通过放电等离子烧结引起的塑性变形作用以及稀土La-Yb的掺杂效应，显著改善了β-Mg₁₇Al₁₂相的形貌，使其由粗大的网状转变为纤细的长条状。均匀分布的微米级富RE相及更加细小的β相联合作用，共同促进了镁合金的均匀溶解放电，同时有效缓解了镁合金的局部腐蚀。与AZ91阳极用镁合金相比，掺杂了稀土La-Yb的AZ91-La-Yb表现出更加平稳的放电电压及良好的放电性能，在20 mA/cm²的电流密度下，其比容量可达 1068 mAh/g，阳极利用率为50.4%。

• 富Mn NiMnGa合金γ相的微观结构与热力学性能研究

  周岳匆, 欧阳晟, 邓翠贞, 龙建

  2025,54(3):765-773   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230736

  摘要(8) HTML(5) PDF(6.38 M)( 6)

  摘要：传统Ni-Mn-Ga合金脆性大，虽然富Ni的Ni-Mn-Ga合金显著提升了合金的韧性，形状记忆效应却大幅度下降，而富Mn的Ni-Mn-Ga合金具有较高的马氏体相变温度、良好的热稳定性和适中的形状记忆性能。研究了 Ni₅₄Mn_28+xGa_18-x（x=0，4，7，9，13）γ相的微观结构及合金的热力学性能。随着Mn含量的增加，γ相开始出现，晶粒内存在“微米片层包含纳米片层”微观结构。微米片层由两变体组成，变体包含一对呈｛011｝孪晶关系的纳米片层，该片层是面心四方结构。随着Mn含量的增加，压缩应力从914 MPa增加到2175 MPa，压缩应变从14%增加到26%，但其形状记忆效应逐渐降低，马氏体相变温度从352 ℃提高至585 ℃。富Mn Ni-Mn-Ga合金层片γ相的引入对合金韧性增强虽不如富Ni合金，但合金马氏体相变温度更高。

• Cr和Zr对CuW/CuCr整体材料界面组织与性能的影响

  杨晓红, 刘子贤, 李雪健, 肖鹏, 梁淑华

  2025,54(3):774-780   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230737

  摘要(9) HTML(13) PDF(3.44 M)( 16)

  摘要：采用整体烧结熔渗法制备了含Cu-Cr-Zr粉末夹层的CuW/CuCr整体材料，研究了Cr和Zr含量、固溶时效热处理对界面及两侧材料组织与性能的影响。结果表明，随着Cu-15%Cr-x%Zr（质量分数）夹层中Zr含量的增加，整体材料CuCr侧共晶相增多，CuCr端导电率有所下降；硬度呈先升高后降低的变化趋势。同时Zr元素的添加促进了Cr元素向W中扩散。制备了含不同成分夹层的整体材料拉伸试棒，测试其界面抗拉强度并分析了断口形貌。发现夹层中Zr含量在0.5%时，整体材料界面抗拉强度达到最大值517 MPa，与未添加Zr的含Cu-15%Cr夹层的CuW/CuCr整体材料相比提高了18%，拉伸断口中Cu相撕裂棱变浅变短，W颗粒发生解理断裂的数量增多，表明Cu/W相界面和CuCr端强度均得到了提高。

• 铜/钛双金属液固复合界面元素扩散行为研究

  邵鹏, 陈轩, 黄胜, 余堃, 陈昊, 刘昆, 肖寒

  2025,54(3):781-790   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230745

  摘要(10) HTML(10) PDF(6.69 M)( 7)

  摘要：采用液固复合工艺制备铜钛复合材料，借助OM、SEM、EPMA等测试方法研究了复合界面Cu、Ti元素的扩散行为。结果表明：在铜/钛复合的过程中，晶界是扩散的主要通道。除了部分Cu₄Ti相在Cu基体上形成外，扩散溶解层其余的化合物相都在Ti基体上生成。铜钛复合界面上形成的化合物相有Cu₄Ti、Cu₃Ti₂、CuTi、CuTi₂。其中，Cu₃Ti₂相以“锯齿状”方式生长，CuTi相以“竹笋状”方式生长，CuTi₂相以“平面状”方式生长。扩散溶解层的硬度值明显高于2种纯组元的硬度值。经Miedema模型计算，界面相析出先后顺序为CuTi、Cu₃Ti₂、CuTi₂、Cu₄Ti。铜与钛的液固复合是铜在钛基体中的扩散和钛在铜液中的溶解共同作用的结果。

优先出版

• 乙炔气体对等离子体增强化学气相沉积DLC膜力学性能的影响

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240677

  摘要(29) 全文(29)

  摘要：类金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、化学稳定性高等优点。它们已被广泛用于提高轻合金的表面硬度和耐磨性。为了提高2024铝合金的力学性能，采用等离子体增强化学气相沉积技术在2024铝合金表面沉积了一种DLC膜。通过场发射扫描电子显微镜、纳米压痕、摩擦磨损试验研究了乙炔气体对DLC膜微观结构、硬度、耐磨性和附着力的影响。结果表明，随着乙炔比例的增加，DLC膜的厚度逐渐增加。DLC膜与基体之间存在明显的过渡层。当氩气与乙炔的比例为1:3时，由于膜内sp3和sp2键含量的变化，DLC膜的硬度显著提高。同时，DLC膜的摩擦系数降低。这项工作为改善铝合金的力学性能和提高其耐久性提供了实验和理论依据。

• 纯铜粘结剂喷射增材成形与烧结致密化机理研究

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240835

  摘要(33) 全文(22)

  摘要：粘结剂喷射增材制造技术打印过程与脱脂烧结工艺过程分步进行,可以实现高激光反射率高导热性的纯铜加工成形。对纯铜粘结剂喷射增材制造工艺参数进行了研究。研究了铺粉层厚与喷墨密度对生坯成形性能的影响。同时,研究了烧结氛围与烧结温度对零件烧结致密化过程的影响,对比真空环境与氢气气氛烧结。结果表明,铺粉层厚75μm,喷墨密度50%参数组合在保证生坯密度与压缩强度的前提,具备高尺寸精度与高表面质量。氢气气氛烧结驱动力显著强于真空环境,氢气的引入可以有效还原表面氧化层。1060℃致密度77.70%,碳残留物形成孔隙抑制烧结过程致密化,1070℃致密度93.94%,试样严重变形碳残留物挤压至表面。这为进一步优化纯铜粘结剂喷射增材制造工艺指明了方向。

• 温和条件下铼及铼合金涂层制备技术研究进展

  优先出版日期:2025-02-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240571

  摘要(15) 全文(20)

  摘要：铼具有优异的物理化学性能，作为超高温结构材料、表面散热涂层等在航空航天和军事领域具有重要应用。Re涂层的制备方法有多种，但主流制备技术沉积温度高、沉积环境多含有腐蚀性气氛，对大多数难熔金属基体有腐蚀，导致主流制备技术无法在难熔金属及合金基体表面获得致密且结合良好的Re涂层，限制了其在难熔金属表面高温防护等方面的应用，而温和条件下Re涂层的制备技术有望解决此问题。本文综述了水溶液电沉积、金属有机化学气相沉积、电子束-物理气相沉积三种温和条件下Re涂层制备方法的研究现状，总结了不同方法制备Re涂层的工艺及其典型组织结构特征，并对下一步研究方向进行了展望。

• 钨铜均质复合材料高压扭转变形的离散元模拟和实验研究

  优先出版日期:2025-02-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240577

  摘要(9) 全文(18)

  摘要：采用PFC-3D软件对钨铜均质粉末材料高压扭转（High-pressure torsion，HPT）变形进行离散元模拟，分析了压缩与扭转变形过程中的颗粒力链与位移分布规律，及其对不同区域的孔隙率、配位数、等效应力等的影响规律。模拟结果表明，颗粒位移沿压缩方向和半径方向呈梯度分布，模型边缘处和上表面的颗粒位移量最大；压缩阶段的颗粒重排导致孔隙率快速降低，剪切变形促使颗粒二次重排和转动，孔隙率继续缓慢下降，边缘处的致密度和配位数高于中心处，表明大扭转半径下的剪切变形有利于粉体致密。在400 ℃、1.5 GPa条件下对冷压粉坯进行不同圈数高压扭转变形，实验结果表明，随着扭转半径和扭转圈数的增大，颗粒破碎程度和钨铜组织细化程度和分布均匀性得到显著提升，孔隙在高静水压力与剪切力作用下被拉长和闭合，材料致密度由10圈的95.44 ± 0.87%上升到20圈的96.03 ± 0.54%。钨基体的微晶尺寸在15圈HPT变形后被显著细化至20.8nm，位错密度也快速提升至2.35×1014 m-2，晶粒细化和位错累积在15圈变形后处于动态平衡；20圈HPT变形后，在粉体致密、组织细化和位错累积的共同作用下，试样边缘处的显微硬度达到334.8 ± 4.2 HV，较10圈中心处提升了约78.7%。

• 基于高压技术的高温超导体制备及研究进展

  优先出版日期:2025-02-26  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240592

  摘要(5) 全文(16)

  摘要：在超导材料研究领域，从金属汞单质超导体的发现到镍基超导体的制备，超导材料的物理性质和微观机理的研究极大推动了凝聚态物理学的发展。基于新制备技术研发实用化高温超导体，在强电和弱电应用领域具重要的意义。高压实验技术作为一种新手段，已成为探索新奇超导体及提高超导体超导转变温度（Tc）的强力工具之一。本文以超导转变温度较高（大于150 K）的三种高温超导体H3S、LaH10和HgBaCuO为对象，系统地总结了其制备技术的研究进展，明确实用化高温超导体的制备思路。通过分析得出以下主要结论，高压有助于制备具有特殊晶体结构的富氢化合物超导体LaH10，使其获得较高的超导转变温度；同时，高压也能够以类似改变掺杂的方式影响铜氧化物超导体，从而改变其超导电性。高压技术是获得具有特殊晶体结构（层状和笼状）的高温超导体的有效途径，本文关于具有较高超导转变温度的高温超导体制备技术及其进展的综述和分析，能够为利用高压物理实验制备新型高温超导体提供理论依据和实验基础。

• 轧制和水下爆炸焊接制造的铜/铝复合板的界面和力学性能比较

  优先出版日期:2025-02-18  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240745

  摘要(35) 全文(33)

  摘要：铜/铝复合材料因其轻质和优异的导电性能而被广泛应用于各行各业。然而，不同的制造方法对这些复合材料的界面结构和机械性能的影响仍然很大。在这项研究中，采用轧制和水下爆炸焊接技术制造了铜/铝复合板，系统地比较了它们的界面微观结构和机械性能。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和电子反向散射衍射分析了界面形态、晶粒取向、晶界特征和相分布。通过拉伸剪切试验、90°弯曲试验和硬度测量评估了力学性能，其中维氏硬度和纳米压痕试验进一步揭示了硬度分布。结果表明，轧制的铜/铝复合材料中的扩散层相对较弱，而通过水下爆炸焊接产生的复合材料则具有约 18 μm 厚的扩散层，通过原子扩散形成冶金结合。这些复合材料的拉伸剪切强度介于 64.14 至 70.84 兆帕之间，水下爆炸焊接样品在 90° 三点弯曲试验中表现出更优越的弯曲性能。本研究阐明了不同制造方法对铜/铝复合材料界面性能和力学性能的影响，为选择制造方法和应用提供了重要启示。

• 降低均匀化温度对2024合金T3态组织和性能的影响

  优先出版日期:2025-02-17  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240689

  摘要(15) 全文(26)

  摘要：研究了降低均匀化温度对2024-T3态合金组织和性能的影响。结果表明：与该合金工业化常规采用的490 ℃/24 h均匀化制度相比,经430 ℃/24 h和460 ℃/24 h均匀化处理及轧制后,合金残留粗大第二相的面积分数接近且皆高于前者。由于粗大第二相的PSN(Particle Stimulated Nucleation)效应,均匀化制度为430 ℃/24 h和460 ℃/24 h的合金在固溶淬火后再结晶分数更高且晶粒尺寸更为均匀细小。对三组合金进行硬度测试和拉伸试验,发现三者的峰值硬度、抗拉强度、屈服强度以及延伸率都比较接近。因此适当降低均匀化温度能够提高晶粒尺寸均匀性、降低生产成本,并且保持2024-T3态板材良好的拉伸性能；490 ℃/24 h的高温均匀化工艺可使T3态板材具有相对较好的塑韧性。

• 基于裂纹尖端塑性区的镍基单晶高温合金低周疲劳应力断口定量分析

  优先出版日期:2025-02-17  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240731

  摘要(8) 全文(37)

  摘要：低周疲劳失效是单晶涡轮叶片榫头部位主要的失效模式，由于实际工作载荷与设计载荷之间的差异，疲劳失效后往往需要给出导致疲劳失效的应力，而断口是载荷、温度的综合体现，对断口进行定量分析反推疲劳应力，在叶片失效分析中具有重要的工程应用价值。单晶高温合金特有的组织结构和晶体结构，使其疲劳断裂特征不同于多晶材料，单晶高温合金主要的疲劳断裂特征为滑移面，而非疲劳条带。本文提出了利用裂纹尖端塑性区进行定量分析的模型与方法。单晶高温合金疲劳断口与载荷之间有一定的角度，为复合型开裂模式，而非Ⅰ型开裂模式。针对单晶高温合金的开裂特点，本文利用DD6单晶高温合金在530 ℃、应变比r=0.05条件下的试验数据，分析了其不同寿命区间的滞后回线，结果表明：寿命在千次到万次之间，其滞后环非常狭窄；寿命大于万次，其滞后环基本为直线；表明DD6单晶高温合金在530 ℃，应变比r=0.05条件下具有小屈服的特点。基于此，针对低周疲劳断口，研究了裂纹萌生、扩展阶段特性及其断裂特征，建立了考虑复合型开裂和基于裂纹尖端塑性区rp的疲劳应力断口定量分析模型。利用3个试样的共12个裂纹位置a处rp进行了不同a处的疲劳应力断口定量分析，分析结果表明：疲劳萌生应力误差在1.3倍内、扩展第一阶段应力反推结果误差在1.5倍分散带内。研究结果对单晶高温合金主要以滑移面开裂（非疲劳条带）进行断口定量分析应力提供了模型和方法。

• CNTs的添加对激光粉末床熔融纯铜的微观结构和力学及导电导热性能的影响

  优先出版日期:2025-02-17  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240754

  摘要(23) 全文(52)

  摘要：激光粉末床熔合(L-PBF)工艺制造铜通常表现出较差的强度-塑性配合,添加增强相通常是改善这种配合的有效方法。然而,对Cu复合材料的研究相对有限。为了探究增强相对Cu的影响,我们以Cu-CNTs混合粉末为基体,采用L-PBF技术制备Cu-CNTs复合材料。研究了其成形性能、微观结构、力学性能、导电性能和热性能。所得复合材料具有较高的的相对密度。CNTs的加入导致了熔池边缘等轴晶粒和中心柱状晶粒的不均匀组织。与纯铜相比,复合材料的整体力学性能得到改善(抗拉强度提高52.8%,伸长率提高115.9%),电性能和热性能也得到提高(导热系数提高10.8%,电导率提高12.7%)。结果表明,CNTs的加入可以提高铜的抗拉强度和伸长率,以及铜的电学和热学性能。因此,这种材料为设计更高效的散热器结构提供了有效途径。

• 不同构型Mg-5Zn镁合金多孔骨修复支架SLM成形质量与性能

  优先出版日期:2024-12-02  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240618

  摘要(128) 全文(115)

  摘要：本文设计并通过SLM技术制备了体心立方(BCC)、菱形十二面体(RD)、面结构Gyroid(G)、Primitive(P)四种Mg-5Zn多孔支架,研究了其成形质量、压缩力学性能和降解行为。结果表明所制备的支架具有较好的还原度,表面化学抛光处理显著改善了支架表面质量和成形误差。面结构(G, P)支架粘附粉末的程度较杆结构(BCC, RD)轻,成形误差较小。相同设计孔隙率下,G构型支架的成形质量最佳。压缩时支架的失效模式以45°剪切断裂为主；孔隙率为75%时,四种构型支架的压缩性能都满足松质骨的压缩性能要求,BCC和G构型支架压缩性能相对较好。Hank’s溶液浸泡168h, B-2-75%构型支架局部腐蚀较为严重、部分支柱连接处发生断裂,G-3-75%构型支架以均匀腐蚀为主,结构保持较为完整,腐蚀速率和压缩性能损失小于B-2-75%结构；经综合对比优选G构型。

• 空心阴极真空电弧及钛合金焊接特性研究

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240470

  摘要(41) 全文(109)

  摘要：采用空心阴极真空电弧技术焊接TC4钛合金，研究空心阴极真空电弧的伏安特性、发射光谱等物理特性，分析不同气体流量下焊缝的微观组织特征，测试焊缝的力学性能。结果表明：气体流量影响空心阴极真空电弧的物理特性，当气体流量降低时，电弧伏安特性曲线上升，电弧中心区域出现快电子主导的蓝色形态，电弧离子浓度增强；TC4钛合金母材的显微组织为（α+β）的两相组织；焊接热影响区的显微组织为等轴初生α+针状马氏体α′相组织与等轴初生α相+含针状马氏体α′相的转变β相组织的混合物，焊接热循环影响热影响区两种组织的分布；焊缝为针状马氏体α′组成网蓝组织；随着气体流量的减小，焊接能量密度增加，马氏体晶粒粗化并且分布散乱；焊接接头的抗拉强度高于母材。

• Mg-Bi合金中超-细混晶结构的构筑及其强韧化机理

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240480

  摘要(71) 全文(149)

  摘要：为制备出由超细晶（<1 μm）和细晶（1-10 μm）构成的超-细混晶结构镁合金，基于低温等径角挤压（ECAP）加工在制备超-细混晶结构金属材料方面的巨大潜力以及细晶Mg-Bi基合金优异的低温塑性变形性能，本研究选取细晶Mg-6Bi合金为坯料，提出逆温度场等径角挤压（ITF-ECAP）技术，实现了细晶Mg-6Bi合金的低温（<100 ℃）多道次强塑性变形加工。微观组织与力学性能表征结果表明，细晶Mg-6Bi合金在多道次ITF-ECAP加工过程中，优先在初始晶界处发生动态再结晶，同时有大量亚微米级Mg3Bi2相析出。4道次ITF-ECAP加工后，Mg-6Bi合金中形成了由平均晶粒尺寸（AGS）约为600 nm的超细晶区和AGS约为2 μm的细晶区构成的超-细混晶结构，其超细晶区体积分数约占72.5%。归因于细晶强化、沉淀强化、位错强化与背应力强化共同作用的结果，超-细混晶结构Mg-6Bi合金兼具优异的强度和塑性，其屈服强度和延伸率分别达到315.6±3.6 MPa与22.3±1.0 %。

• 冷喷涂制备钛基复合涂层的研究进展

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240483

  摘要(90) 全文(167)

  摘要：冷喷涂过程的低温特性带来了热输入小与涂层氧含量极低的特性,在制备氧化敏感的钛基涂层上有着极大的优势。结合冷喷涂在制备颗粒增强复合涂层方面的便利性,不仅能够弥补纯钛或钛合金材料耐磨性差的缺点,制备兼具良好力学性能与耐蚀耐磨的高性能涂层,而且在结构涂层与功能涂层的制备上也有很大的潜力。本文根据现有的研究报道,对冷喷涂钛基复合涂层制备过程中的沉积行为和机理进行总结；通过分析孔隙率和沉积效率,阐明强化相对冷喷涂钛基复合涂层的微观组织影响规律；揭示了强化相对钛基复合涂层的力学性能和摩擦磨损性能的作用机理。最后,对冷喷涂钛基复合涂层在未来的应用进行了展望,并列举了几个值得深入研究的方向。

• ZGH451镍基高温合金SLM成形开裂机理分析

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240487

  摘要(61) 全文(136)

  摘要：本文以SLM成形ZGH451镍基高温合金为研究对象，揭示凝固液膜导致裂纹萌生的机理，澄清合金元素、织构对裂纹缺陷产生的作用。实验结果表明：ZGH451镍基高温合金SLM成形过程中产生的裂纹主要分为内部凝固裂纹和边缘冷裂纹两类。在凝固末期枝晶间存在低熔点相液膜，凝固前沿高熔点Cr元素颗粒会阻碍熔体补缩，枝晶间液膜在补缩不足和枝晶热应力的双重作用下发生破裂导致材料心部凝固裂纹的形成。合金轮廓区域冷却速率高、热应力大，累积的残余应力超过材料强度极限或晶界结合强度导致冷裂纹形成。输入激光能量密度低于53.6J/mm3时合金中气孔与未熔合大量产生，超过130.9 J/mm3时沿熔池轨迹锁孔形成概率陡增，这些缺陷会在应力作用下诱发裂纹。枝晶间析出的TiC等颗粒越多、晶粒取向差越大合金裂纹敏感性越高。沉积态ZGH451镍基高温合金以γ、γ′相为主，样品在(100)晶面具有择优取向，晶粒平均纵横比达到11.25，组织织构显著加剧了晶粒边缘与尖端应力集中，促进裂纹的萌生、改变裂纹延伸方向。

• 不同热处理对Al-5.6Mg合金板材表面组织和阳极氧化膜组织的影响

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240492

  摘要(29) 全文(152)

  摘要：本文研究了不同中间退火热处理对Al-5.6Mg合金轧制薄板表面组织和阳极氧化膜组织的影响。结果表明:在中间退火过程中，用连续退火代替箱式退火，试样表面晶粒尺寸可减小约60%，Mg析出相 (Mg2Al3)尺寸可减小约67%;在晶粒尺寸、析出相和织构的共同影响下，经连续中间退火和低温稳定化退火后阳极氧化，获得了最高的光泽度。均匀的微观结构有利于减少氧化膜的不均匀溶解，获得厚度均匀、光泽度高的阳极氧化膜。

• Ni中间层厚度对Zr-4/Nb/Ni/316SS扩散连接接头微观组织和性能的影响

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240495

  摘要(62) 全文(181)

  摘要：本文系统地研究了不同厚度Ni中间层对Zr-4/Nb/Ni/316SS扩散连接接头微观组织、力学性能以及腐蚀性能的影响,结果表明,接头的典型界面组织为Zr-4/β-(Zr, Nb)/Nb/Ni3Nb/Ni/316SS。接头的抗剪强度随着Ni中间层厚度的增加先上升后下降,当Ni中间层为30 μm厚时,接头抗剪强度达到最大值380 MPa。为明确Ni中间层厚度对接头力学性能的作用机制,本文提取了接头界面的微观组织结构特征,并使用Abaqus模拟了接头界面残余应力分布情况。结合模拟结果对不同接头的力学性能和断裂情况进行对比分析,发现Ni中间层越厚,缓解残余应力的效果越好,但过厚的Ni中间层由于其良好的延展性会降低接头抗剪强度。最后,采用全浸腐蚀法研究了接头的耐腐蚀性能,结果发现接头的腐蚀速率随着Ni中间层厚度的减小而降低,当Ni中间层厚度为10 μm时,接头的耐腐蚀性能最佳。综上所述,建议将Ni中间层厚度控制在10 μm-30 μm之间,以兼顾接头的力学性能和耐腐蚀性能。

• 钨铼合金热稳定性与高温抗氧化行为的研究

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240509

  摘要(131) 全文(161)

  摘要：高温合金在核聚变等领域的发展中有着十分重要的位置,使用要求是在高温服役条件下形成稳定且具有保护性的氧化物,且该氧化物能阻止合金进一步氧化。为研究钨铼(W-3%Re)合金在高温下的稳定性能及抗氧化性能,将钨(W)及W-3%Re合金试样置于(500,700,900 ℃)高温环境下进行6h的热稳定性实验；并在不同温度(700,800,900 ℃)下进行18 h的氧化实验。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、LSM800全自动3D形貌分析仪和Hysitron TI Premier纳米压痕仪等微尺度分析表征方法,分析氧化过程中氧化膜物相组成、氧化动力学规律、氧化产物及表面形貌、硬度等。结果表明,随着氧化时间的延长,合金质量随之增加；W-3%Re合金在氧化过程中晶粒尺寸变细促进了氧化行为的进行,使得合金能更快地形成氧化膜,表面氧化层逐渐变厚,提高了W-3%Re合金的高温抗氧化性能。相比于W,W-3%Re合金中的Re自身氧化物的化学稳定性更高,在700℃下恒温氧化18h,表现出较低的氧化速率常数,此时的W-3%Re合金为弱抗氧化级,在氧化过程中氧化层的致密度得到一定提高。由此表明,Re元素的加入提高了材料W的高温抗氧化性能。

• Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si系热强钛合金析出相及对强韧性的影响研究

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240444

  摘要(37) 全文(113)

  摘要：对比分析Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W- Si系热强钛合金TC25和TC25G合金拉伸强度和冲击韧性差异,通过SEM断口形貌观察和TEM微观变形机理分析,阐明了两种合金冲击韧性差异的根本原因和合金强化机理。研究结果表明,TC25G合金冲击断口中析出相为ZrSi或TiZrSi化合物,起到了第二相强化作用,有利于提升合金强度；因析出物有利于冲击裂纹的扩展,因而降低了合金的冲击韧性。TC25合金冲击断口显微组织中裂纹一般沿初生α相相界延伸,而TC25G裂纹穿过初生α相；使得TC25合金裂纹延伸路径更长,因而合金具有更高的冲击韧性。TEM观察结果表明TC25G合金中位错滑移痕迹和位错塞积数量明显多于TC25合金,在TC25G合金中析出相附近存在较多的位错塞积,进而产生明显的强化作用,使得合金具有较高的强度。

• 温度和孪晶界对GH3625合金力学性能和锯齿流变效应的影响

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240445

  摘要(18) 全文(165)

  摘要：本文采用EBSD、SEM、TEM和准静态单轴拉伸试验，研究了温度和孪晶界对GH3625合金力学性能和锯齿流变效应的影响。研究表明：随着退火温度（1000 ℃~1160 ℃）的升高，退火态试样的再结晶晶粒发生长大，导致部分退火孪晶界湮灭，从而使得合金的退火孪晶界含量和强度降低；并且发现退火温度越低时，合金出现锯齿流变的临界应变值越大。同时，退火态试样在25 ℃和290 ℃下拉伸变形时主要以位错滑移和变形孪生为主，而在565 ℃时主要以位错滑移为主，并有大量的层错形成；随着变形温度的升高，位错易于穿过晶界和退火孪晶界，导致锯齿流变产生，晶界强化效果减弱，导致合金强度下降。此外，退火温度为1000 ℃的试样在25 ℃~565 ℃温度范围内具有优异的强度和塑性组合，这主要归因于预先存在的细小晶粒和大量的退火孪晶界与位错的交互作用以及拉伸变形过程中形成的变形孪晶和层错的共同作用。除此之外，发现孪晶含量和变形温度对锯齿流变振幅影响显著。

• 氢对非晶合金结构与性能影响的研究进展

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240276

  摘要(37) 全文(15)

  摘要：与传统晶态材料相比，非晶合金具有良好的氢渗透性与储氢能力，在新能源领域拥有极大的应用前景，因此研究氢对非晶合金的影响具有重要意义。本文综述了氢对非晶合金结构、热稳定性及非晶形成能力的影响，阐述了氢对非晶合金性能的影响机制，并就氢对非晶合金影响的研究中遇到的问题与挑战进行了展望。本文为研究非晶合金在储氢等新能源领域的应用提供了理论依据，对推动非晶合金的功能性应用有重要的现实意义，从而助力我国“双碳”目标的实现。

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