2013年第42卷第3期文章目次
2013, 42(3):441-446.
摘要:
以商业纯Mg、纯Al板材为初始材料，采用累积叠轧法 (ARB) 在室温下成功制备出Mg/Al多层复合板材。在累积叠轧过程中，复合板材中Mg层和Al组织随着循环次数的提高而细化。通过中子衍射技术对复合板材的织构进行测试后表明：在初始复合后的Al/Mg/Al三明治复合板材中，Mg层和Al层主要织构类型均为剪切织构。而在后续的累积叠轧过程当中，由于其工艺特点，导致Mg层和Al层中轧制织构组分出现，最终Mg层主要呈现出典型轧制织构而Al层则表现出以轧制织构组分为主并伴有剪切织构的混合织构类型
以商业纯Mg、纯Al板材为初始材料，采用累积叠轧法 (ARB) 在室温下成功制备出Mg/Al多层复合板材。在累积叠轧过程中，复合板材中Mg层和Al组织随着循环次数的提高而细化。通过中子衍射技术对复合板材的织构进行测试后表明：在初始复合后的Al/Mg/Al三明治复合板材中，Mg层和Al层主要织构类型均为剪切织构。而在后续的累积叠轧过程当中，由于其工艺特点，导致Mg层和Al层中轧制织构组分出现，最终Mg层主要呈现出典型轧制织构而Al层则表现出以轧制织构组分为主并伴有剪切织构的混合织构类型
2013, 42(3):447-451.
摘要:
通过浸泡法和电化学腐蚀法研究了(Ni8Nb5)99.5Sb0.5非晶在1，6 mol/L HCl, 1 mol/L H2SO4 和 3% NaCl (质量分数)溶液中的腐蚀行为，对相应的组分金属Ni, Nb和Sb的腐蚀行为进行了比较。钝化膜的稳定性使用恒电位法和XPS深度剖析进行了研究，电化学极化测试后用扫描电镜观察了合金的表面形貌。结果表明，Ni-Nb-Sb合金在1 mol/L HCl, 1 mol/L H2SO4和3% NaCl (质量分数)溶液中具有良好的抗腐蚀性，在6 mol/L HCl溶液中，非晶合金的抗腐蚀性较差。在含有氯的介质中，电化学腐蚀后非晶合金表面被晶化，且有过钝化溶解。对钝化膜的稳定性研究表明，在低电压下，钝化膜的生长是由扩散控制的，而在高电压下，则主要呈活化腐蚀
通过浸泡法和电化学腐蚀法研究了(Ni8Nb5)99.5Sb0.5非晶在1，6 mol/L HCl, 1 mol/L H2SO4 和 3% NaCl (质量分数)溶液中的腐蚀行为，对相应的组分金属Ni, Nb和Sb的腐蚀行为进行了比较。钝化膜的稳定性使用恒电位法和XPS深度剖析进行了研究，电化学极化测试后用扫描电镜观察了合金的表面形貌。结果表明，Ni-Nb-Sb合金在1 mol/L HCl, 1 mol/L H2SO4和3% NaCl (质量分数)溶液中具有良好的抗腐蚀性，在6 mol/L HCl溶液中，非晶合金的抗腐蚀性较差。在含有氯的介质中，电化学腐蚀后非晶合金表面被晶化，且有过钝化溶解。对钝化膜的稳定性研究表明，在低电压下，钝化膜的生长是由扩散控制的，而在高电压下，则主要呈活化腐蚀
2013, 42(3):452-456.
摘要:
研究了不同工艺参数下TiAl/TC4异种材料电子束焊接接头组织和力学性能，分析了焊缝中Al元素含量对焊缝组织和接头力学性能的影响。对中焊时焊缝区主要以α2-Ti3Al相和α-Ti相为主，还包含少量B2相和YAlx相。焊缝中TiAl母材熔化量约为1/3，TC4母材约为2/3，Al质量分数约为28%，较高的Al含量促使形成脆性α2相，降低了接头局部位置的塑韧性。对中焊时接头抗拉强度普遍不高，断裂为典型的脆性穿晶及准解理断裂。当电子束向TC4合金一侧进行焊接时，焊缝中Al含量进一步降低，接头组织得到改善，可提高接头的力学性能，偏移量hs＝0.2 mm时接头最高抗拉强度为422.2 MPa
研究了不同工艺参数下TiAl/TC4异种材料电子束焊接接头组织和力学性能，分析了焊缝中Al元素含量对焊缝组织和接头力学性能的影响。对中焊时焊缝区主要以α2-Ti3Al相和α-Ti相为主，还包含少量B2相和YAlx相。焊缝中TiAl母材熔化量约为1/3，TC4母材约为2/3，Al质量分数约为28%，较高的Al含量促使形成脆性α2相，降低了接头局部位置的塑韧性。对中焊时接头抗拉强度普遍不高，断裂为典型的脆性穿晶及准解理断裂。当电子束向TC4合金一侧进行焊接时，焊缝中Al含量进一步降低，接头组织得到改善，可提高接头的力学性能，偏移量hs＝0.2 mm时接头最高抗拉强度为422.2 MPa
2013, 42(3):457-461.
摘要:
对片层组织的新型钛合金(Ti-6Al-4V-4Zr-Mo)进行时效处理，通过改变时效温度控制其微观组织细节特征，对具有不同组织特征的试样进行微观组织观察、力学性能测试以及断口分析，研究了片层组织细节特征对Ti-6Al-4V-4Zr-Mo合金准静态拉伸性能和动态压缩性能的影响。结果表明：对β 固溶处理后的Ti-6Al-4V-4Zr-Mo合金进行后续时效处理，随着时效温度的降低，网篮结构排列更为密集，α集束尺寸、α片层厚度以及β 组织基体上析出的针状次生α相的尺寸均明显减小；随着时效温度的降低，片层组织的准静态、动态塑性均增加；经570 ℃时效处理后得到的网篮组织，α集束尺寸以及集束中α片层尺寸较小，且β组织基体上有许多细小的针状次生α片层析出，使得位错的滑移距离减小同时使得裂纹扩展路径更曲折，在维持一定静、动态强度的同时，其静、动态塑性明显改善，表现出良好的综合力学性能
对片层组织的新型钛合金(Ti-6Al-4V-4Zr-Mo)进行时效处理，通过改变时效温度控制其微观组织细节特征，对具有不同组织特征的试样进行微观组织观察、力学性能测试以及断口分析，研究了片层组织细节特征对Ti-6Al-4V-4Zr-Mo合金准静态拉伸性能和动态压缩性能的影响。结果表明：对β 固溶处理后的Ti-6Al-4V-4Zr-Mo合金进行后续时效处理，随着时效温度的降低，网篮结构排列更为密集，α集束尺寸、α片层厚度以及β 组织基体上析出的针状次生α相的尺寸均明显减小；随着时效温度的降低，片层组织的准静态、动态塑性均增加；经570 ℃时效处理后得到的网篮组织，α集束尺寸以及集束中α片层尺寸较小，且β组织基体上有许多细小的针状次生α片层析出，使得位错的滑移距离减小同时使得裂纹扩展路径更曲折，在维持一定静、动态强度的同时，其静、动态塑性明显改善，表现出良好的综合力学性能
5 Synthesis of TbCu7-type Structural SmCo-based Films for Microelectromechanical System Applications
2013, 42(3):462-465.
摘要:
微机电系统 (MEMS) 的发展要求Si基片上的永磁薄膜具有良好的热稳定性。采用磁控溅射工艺在单晶Si (100) 基片上沉积了SmCo基永磁薄膜，研究了溅射参数对薄膜沉积速率、微观结构、晶体结构和磁性能的影响。结果表明：通过调整溅射参数可以获得TbCu7型结构的SmCo基永磁薄膜。该薄膜具有良好的晶粒取向和微观结构，因而获得了较好的面内磁性能，其反磁化过程主要受控于畴壁钉扎机制
微机电系统 (MEMS) 的发展要求Si基片上的永磁薄膜具有良好的热稳定性。采用磁控溅射工艺在单晶Si (100) 基片上沉积了SmCo基永磁薄膜，研究了溅射参数对薄膜沉积速率、微观结构、晶体结构和磁性能的影响。结果表明：通过调整溅射参数可以获得TbCu7型结构的SmCo基永磁薄膜。该薄膜具有良好的晶粒取向和微观结构，因而获得了较好的面内磁性能，其反磁化过程主要受控于畴壁钉扎机制
2013, 42(3):466-469.
摘要:
利用等离子喷涂技术，在AZ91D镁合金表面制备NiAl/Al2O3涂层，并通过激光对涂层进行重熔处理。利用X射线衍射 (XRD)和扫描电镜 (SEM) 测试手段分别研究了涂层在激光重熔前后的相组成和形貌，涂层的结合强度和孔隙率分别采用拉伸法和光学显微镜 (OM) 测量，利用显微硬度计测量重熔前后涂层的显微硬度。结果表明：经激光重熔处理后，NiAl过渡层与基体及Al2O3涂层界面处出现了具有冶金结合的特征，涂层的结合强度由原来的11.34提高到33.2 MPa；涂层的孔隙率则由原来的10.23%下降到4.10%，涂层变得更致密；涂层中的亚稳相γ-Al2O3全部转变为稳定相α-Al2O3；涂层的显微硬度HV0.05由3290 MPa提高到5200 MPa，有利于其耐磨性的提高
利用等离子喷涂技术，在AZ91D镁合金表面制备NiAl/Al2O3涂层，并通过激光对涂层进行重熔处理。利用X射线衍射 (XRD)和扫描电镜 (SEM) 测试手段分别研究了涂层在激光重熔前后的相组成和形貌，涂层的结合强度和孔隙率分别采用拉伸法和光学显微镜 (OM) 测量，利用显微硬度计测量重熔前后涂层的显微硬度。结果表明：经激光重熔处理后，NiAl过渡层与基体及Al2O3涂层界面处出现了具有冶金结合的特征，涂层的结合强度由原来的11.34提高到33.2 MPa；涂层的孔隙率则由原来的10.23%下降到4.10%，涂层变得更致密；涂层中的亚稳相γ-Al2O3全部转变为稳定相α-Al2O3；涂层的显微硬度HV0.05由3290 MPa提高到5200 MPa，有利于其耐磨性的提高
2013, 42(3):470-473.
摘要:
利用单轴压缩试验研究了用部分Al替代Zr对Zr35-xTi30Cu7.5Be27.5Alx (x=0，1，1.5，2，2.5，5，at%) 块体金属玻璃力学性能的影响。研究表明，当添加Al含量为1.5 at%和2 at%时，所得到的块体金属玻璃的压缩塑性从0.95% (x=0) 分别提高至15.10% (x=1.5) 和3.45% (x=2)。利用扫描电子显微镜 (SEM) 对金属玻璃样品的断裂形貌进行了表面分析。利用透射电子显微镜 (TEM) 对不同Al含量的块体金属玻璃试样进行了微观结构表征，结果显示，Al含量为1.5 at %和2 at %的金属玻璃样品的微观结构呈现出了纳米级别的“微观不均匀性”。最后，结合临界剪切应力 (CSS) 讨论了微观结构与塑性变形行为之间的关联性
利用单轴压缩试验研究了用部分Al替代Zr对Zr35-xTi30Cu7.5Be27.5Alx (x=0，1，1.5，2，2.5，5，at%) 块体金属玻璃力学性能的影响。研究表明，当添加Al含量为1.5 at%和2 at%时，所得到的块体金属玻璃的压缩塑性从0.95% (x=0) 分别提高至15.10% (x=1.5) 和3.45% (x=2)。利用扫描电子显微镜 (SEM) 对金属玻璃样品的断裂形貌进行了表面分析。利用透射电子显微镜 (TEM) 对不同Al含量的块体金属玻璃试样进行了微观结构表征，结果显示，Al含量为1.5 at %和2 at %的金属玻璃样品的微观结构呈现出了纳米级别的“微观不均匀性”。最后，结合临界剪切应力 (CSS) 讨论了微观结构与塑性变形行为之间的关联性
2013, 42(3):474-477.
摘要:
在溶液内，利用聚丙烯酰胺为还原剂制备出了聚丙烯酰胺保护下的Au纳米粒子。聚丙烯酰胺起到双重作用，它是制备金纳米粒子的还原剂；另外，它也是一种很好的金纳米粒子的稳定剂。紫外-可见光谱测试证实了溶液内金纳米粒子的存在，透射电镜观察到制得的纳米纤维内含有金纳米粒子。这种新的路线对于制备其他功能性复合纤维有很好的借鉴作用
在溶液内，利用聚丙烯酰胺为还原剂制备出了聚丙烯酰胺保护下的Au纳米粒子。聚丙烯酰胺起到双重作用，它是制备金纳米粒子的还原剂；另外，它也是一种很好的金纳米粒子的稳定剂。紫外-可见光谱测试证实了溶液内金纳米粒子的存在，透射电镜观察到制得的纳米纤维内含有金纳米粒子。这种新的路线对于制备其他功能性复合纤维有很好的借鉴作用
2013, 42(3):478-482.
摘要:
以TIG电弧为热源， AlSi5焊丝为填充材料，采用SEM、EDS、XRD对Ti-6Al-4V（TC4）钛合金和AlMg6铝合金异种材料TIG微熔钎焊的接头、温度场以及断裂行为进行了研究。试验表明：焊接接头铝母材侧具备TIG填丝熔化焊特征，Ti母材处为钎焊特征。峰值温度的升高能够增加界面层厚度，峰值温度升高，界面层组织趋于复杂。降低高温停留时间能够减小界面层厚度，但随着峰值温度增加，过快的冷却速度会产生较大的内应力，形成贯穿界面的裂纹。钛/铝TIG微熔钎焊的断裂，铝侧发生的断裂是韧性+脆性的混合型断裂，气孔及微裂纹为断裂起源。钛合金的母材过量溶解或者熔化，会导致气孔直径增加，应严格控制热输入量及钛母材的熔化
以TIG电弧为热源， AlSi5焊丝为填充材料，采用SEM、EDS、XRD对Ti-6Al-4V（TC4）钛合金和AlMg6铝合金异种材料TIG微熔钎焊的接头、温度场以及断裂行为进行了研究。试验表明：焊接接头铝母材侧具备TIG填丝熔化焊特征，Ti母材处为钎焊特征。峰值温度的升高能够增加界面层厚度，峰值温度升高，界面层组织趋于复杂。降低高温停留时间能够减小界面层厚度，但随着峰值温度增加，过快的冷却速度会产生较大的内应力，形成贯穿界面的裂纹。钛/铝TIG微熔钎焊的断裂，铝侧发生的断裂是韧性+脆性的混合型断裂，气孔及微裂纹为断裂起源。钛合金的母材过量溶解或者熔化，会导致气孔直径增加，应严格控制热输入量及钛母材的熔化
2013, 42(3):483-487.
摘要:
通过实验研究了工业纯钛TA2在室温下应变速率范围为1×10-4 ~1×10-2 s-1的拉伸力学性能。发现TA2的拉伸力学性能存在显著的应变速率敏感性，随着应变速率的增加，材料的强度提高、塑性下降，应变速率敏感性指数较高。通过对Hollomon经验公式的推导和TA2实验数据的分析发现应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n分别会受到应变和应变速率的影响，并且它们之间均呈指数关系。因此对Hollomon经验公式提出了改进，得到了TA2在室温下改进的Hollomon模型。与传统的Hollomon经验公式及Johnson-Cook模型相比，改进的Hollomon模型的预测结果与实验结果更加吻合，能更准确地表现材料的拉伸力学性能。
通过实验研究了工业纯钛TA2在室温下应变速率范围为1×10-4 ~1×10-2 s-1的拉伸力学性能。发现TA2的拉伸力学性能存在显著的应变速率敏感性，随着应变速率的增加，材料的强度提高、塑性下降，应变速率敏感性指数较高。通过对Hollomon经验公式的推导和TA2实验数据的分析发现应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n分别会受到应变和应变速率的影响，并且它们之间均呈指数关系。因此对Hollomon经验公式提出了改进，得到了TA2在室温下改进的Hollomon模型。与传统的Hollomon经验公式及Johnson-Cook模型相比，改进的Hollomon模型的预测结果与实验结果更加吻合，能更准确地表现材料的拉伸力学性能。
2013, 42(3):488-493.
摘要:
研究挤压成形参数影响规律并确定合理的参数取值范围，是开发难变形合金大型型材挤压工艺技术和挤压过程精细化控制，以及大吨位 (如2万吨) 挤压机的研发、调试及应用迫切需要开展的重要内容。基于DEFORM-2D平台，以规格为Ф420 mm×60 mm的难变形Inconel690合金管材穿孔针挤压为研究对象，建立了适用、可靠的无缝管材穿孔针挤压过程的有限元仿真模型；选取挤压比λ、模角α、定径带长度h、坯料初始温度T、挤压速度v等重要成形参数为影响因素，以坯料温度峰值Tmax、坯料金属损伤峰值Dmax、模口坯料金属流速均方差Fsdv和挤压力峰值Lmax为衡量指标，开展了基于模拟仿真的虚拟正交试验研究。结果表明，影响Tmax、Dmax、Fsdv、Lmax的因素主次顺序分别为：T>v>λ>h>α、α>v≈λ>T>h、h>v>T>α>λ、λ>T>α>v>h；综合考虑成形管材质量、挤压力等因素，获得了2万吨难变形合金卧式挤压机上挤压该规格Inconel690合金管材的合理成形参数取值范围为：λ=5.74~6.37、α=35~45°、h=60~120 mm、T=1080~1180 ℃、v=150~250 mm/s
研究挤压成形参数影响规律并确定合理的参数取值范围，是开发难变形合金大型型材挤压工艺技术和挤压过程精细化控制，以及大吨位 (如2万吨) 挤压机的研发、调试及应用迫切需要开展的重要内容。基于DEFORM-2D平台，以规格为Ф420 mm×60 mm的难变形Inconel690合金管材穿孔针挤压为研究对象，建立了适用、可靠的无缝管材穿孔针挤压过程的有限元仿真模型；选取挤压比λ、模角α、定径带长度h、坯料初始温度T、挤压速度v等重要成形参数为影响因素，以坯料温度峰值Tmax、坯料金属损伤峰值Dmax、模口坯料金属流速均方差Fsdv和挤压力峰值Lmax为衡量指标，开展了基于模拟仿真的虚拟正交试验研究。结果表明，影响Tmax、Dmax、Fsdv、Lmax的因素主次顺序分别为：T>v>λ>h>α、α>v≈λ>T>h、h>v>T>α>λ、λ>T>α>v>h；综合考虑成形管材质量、挤压力等因素，获得了2万吨难变形合金卧式挤压机上挤压该规格Inconel690合金管材的合理成形参数取值范围为：λ=5.74~6.37、α=35~45°、h=60~120 mm、T=1080~1180 ℃、v=150~250 mm/s
2013, 42(3):494-499.
摘要:
通过对合金进行不同温度的固溶处理、蠕变曲线测定及组织形貌观察，研究了热处理工艺对4.5%Re镍基单晶合金中温蠕变行为的影响。结果表明：随着固溶温度提高，可降低元素的偏析程度，提高合金的蠕变性能。在760 ℃/800 MPa条件的蠕变期间，合金中γ′相不形成筏状组织，但在近断口区域，立方γ′ 相的扭曲程度增加。合金在蠕变期间的变形特征是位错在基体中运动和剪切γ′相，其中，切入γ′ 相的<110>超位错可由 {111} 面交滑移到 {100} 面，形成K-W锁，而切过γ′相的<110>超位错在 {111} 面发生分解，可形成 (1/3)<112> 超肖可莱不全位错+层错的位错组态，阻碍位错运动和抑制位错的交滑移
通过对合金进行不同温度的固溶处理、蠕变曲线测定及组织形貌观察，研究了热处理工艺对4.5%Re镍基单晶合金中温蠕变行为的影响。结果表明：随着固溶温度提高，可降低元素的偏析程度，提高合金的蠕变性能。在760 ℃/800 MPa条件的蠕变期间，合金中γ′相不形成筏状组织，但在近断口区域，立方γ′ 相的扭曲程度增加。合金在蠕变期间的变形特征是位错在基体中运动和剪切γ′相，其中，切入γ′ 相的<110>超位错可由 {111} 面交滑移到 {100} 面，形成K-W锁，而切过γ′相的<110>超位错在 {111} 面发生分解，可形成 (1/3)<112> 超肖可莱不全位错+层错的位错组态，阻碍位错运动和抑制位错的交滑移
2013, 42(3):500-506.
摘要:
采用钨铼合金搅拌头对置氢0.1%，0.3%和0.5% (质量分数) 的α+β双相TC4钛合金进行搅拌摩擦焊，通过焊后真空退火将氢从焊态接头中除去，研究了氢作为临时合金元素对TC4钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明，氢含量对置氢钛合金焊态接头的微观组织和力学性能有很大影响。氢在焊接过程中几乎未从置氢钛合金中逸出并可以通过焊后真空退火除去。焊态接头中的亚稳相和含氢相在除氢过程中发生分解及转变，除氢后接头只由α及β两相组成，但焊态接头微观组织会影响除氢态接头中α和β两相比例及形态。氢含量越高，置氢钛合金本身的力学性能越低，其焊态接头的力学性能也越低。经过除氢处理后，不同氢含量的置氢钛合金性能得到恢复且趋向一致，其接头的性能差异也明显减小，而且除氢态接头的性能与未置氢钛合金接头的性能相当
采用钨铼合金搅拌头对置氢0.1%，0.3%和0.5% (质量分数) 的α+β双相TC4钛合金进行搅拌摩擦焊，通过焊后真空退火将氢从焊态接头中除去，研究了氢作为临时合金元素对TC4钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明，氢含量对置氢钛合金焊态接头的微观组织和力学性能有很大影响。氢在焊接过程中几乎未从置氢钛合金中逸出并可以通过焊后真空退火除去。焊态接头中的亚稳相和含氢相在除氢过程中发生分解及转变，除氢后接头只由α及β两相组成，但焊态接头微观组织会影响除氢态接头中α和β两相比例及形态。氢含量越高，置氢钛合金本身的力学性能越低，其焊态接头的力学性能也越低。经过除氢处理后，不同氢含量的置氢钛合金性能得到恢复且趋向一致，其接头的性能差异也明显减小，而且除氢态接头的性能与未置氢钛合金接头的性能相当
2013, 42(3):507-512.
摘要:
利用化学镀方法在TC4钛合金表面成功制备结合力良好的Ni-P合金耐磨层，研究了提高镀层结合力的方法，结合SEM、XRD、EDS等现代物理分析方法分析了不同温度热处理后镀层的组织结构，从而建立不同热处理温度、镀层结构与镀层硬度和耐磨性能的关系。结果表明：二次浸锌活化方法和热处理能显著提高镀层与基体的结合强度，经600 ℃热处理后镀层结合力达到35 N。基材的硬度HV为3780 MPa，磨损量为9.6 mg，镀态镀层的硬度HV为5760 MPa、磨损量为7.7 mg。随着热处理温度升高Ni3P相增多，该相的弥散分布使镀层硬度增加，最高硬度HV达到9790 MPa，但400 ℃后硬度降低，这是由于Ni3P相随着热处理温度的继续升高而发生偏聚，使弥散强化程度下降；镀层的磨损量随着热处理温度的升高而减小，说明耐磨性能随着热处理温度的升高而增强，600 ℃热处理后，虽然镀层晶粒长大、粗化及镀层硬度降低，但此时镀层晶格的完整性最佳，镀层塑性和韧性提高，所以耐磨性能最好
利用化学镀方法在TC4钛合金表面成功制备结合力良好的Ni-P合金耐磨层，研究了提高镀层结合力的方法，结合SEM、XRD、EDS等现代物理分析方法分析了不同温度热处理后镀层的组织结构，从而建立不同热处理温度、镀层结构与镀层硬度和耐磨性能的关系。结果表明：二次浸锌活化方法和热处理能显著提高镀层与基体的结合强度，经600 ℃热处理后镀层结合力达到35 N。基材的硬度HV为3780 MPa，磨损量为9.6 mg，镀态镀层的硬度HV为5760 MPa、磨损量为7.7 mg。随着热处理温度升高Ni3P相增多，该相的弥散分布使镀层硬度增加，最高硬度HV达到9790 MPa，但400 ℃后硬度降低，这是由于Ni3P相随着热处理温度的继续升高而发生偏聚，使弥散强化程度下降；镀层的磨损量随着热处理温度的升高而减小，说明耐磨性能随着热处理温度的升高而增强，600 ℃热处理后，虽然镀层晶粒长大、粗化及镀层硬度降低，但此时镀层晶格的完整性最佳，镀层塑性和韧性提高，所以耐磨性能最好
2013, 42(3):513-518.
摘要:
以Co基高温合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础，分别添加了4at%和9at%的Mo元素替代W (使W+Mo含量为9at%)，用电弧熔炼法制备了Co-9Al-xMo-(9－x)W-2Ta-0.02B合金 (x = 4, 9)，分别称为4Mo和9Mo合金，研究了Mo含量及时效温度对合金相组成、显微组织形貌和高低温拉伸性能的影响。结果表明：铸态合金由Co的固溶体γ相基体和金属间化合物γ’ 相Co3(Al, Me)组成 (其中Me为合金元素W、Mo、Ta)，γ’相位于γ相界。1350 ℃/8 h固溶+800 ℃/100 h时效处理的4Mo合金γ相中均匀析出了与之共格并规则排列的立方形γ’相Co3(Al, Me)，γ’相尺寸为200~300 nm；9Mo合金析出大量胞状和针状的к-Co3Mo相以及少量的γ’相。1350 ℃/8 h固溶+900 ℃/100 h时效处理时4Mo合金的γ/γ’共格组织中也析出微量针状к-Co3Mo相，而9Mo合金中的针状相明显粗化。4Mo合金的高低温抗拉伸强度与塑性均高于9Mo合金，合金在600 ℃以上发生反常屈服
以Co基高温合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础，分别添加了4at%和9at%的Mo元素替代W (使W+Mo含量为9at%)，用电弧熔炼法制备了Co-9Al-xMo-(9－x)W-2Ta-0.02B合金 (x = 4, 9)，分别称为4Mo和9Mo合金，研究了Mo含量及时效温度对合金相组成、显微组织形貌和高低温拉伸性能的影响。结果表明：铸态合金由Co的固溶体γ相基体和金属间化合物γ’ 相Co3(Al, Me)组成 (其中Me为合金元素W、Mo、Ta)，γ’相位于γ相界。1350 ℃/8 h固溶+800 ℃/100 h时效处理的4Mo合金γ相中均匀析出了与之共格并规则排列的立方形γ’相Co3(Al, Me)，γ’相尺寸为200~300 nm；9Mo合金析出大量胞状和针状的к-Co3Mo相以及少量的γ’相。1350 ℃/8 h固溶+900 ℃/100 h时效处理时4Mo合金的γ/γ’共格组织中也析出微量针状к-Co3Mo相，而9Mo合金中的针状相明显粗化。4Mo合金的高低温抗拉伸强度与塑性均高于9Mo合金，合金在600 ℃以上发生反常屈服
2013, 42(3):519-523.
摘要:
气膜冷却作为一重要的热防护技术广泛应用于涡轮叶片中，但是气膜孔的引入破坏了叶片的结构完整性，成为裂纹形核的重要区域。将镍基单晶叶片前缘气膜孔简化为平板模型，基于晶体塑性理论分析了多孔干涉下气膜孔的弹塑性力学行为，分析了孔边分切应力的分布规律；并比较了不同横向、纵向间距对气膜孔弹塑性行为的影响。结果表明多排气膜孔间存在着明显的应力干涉，高应力区出现在相邻两列气膜孔孔心连线区域，低应力区出现在同列气膜孔之间，呈现菱形分布。孔边八面体、十二面体、六面体滑移系均开动，最大分切应力出现在夹角0o/20o/30o的位置上；横向孔间距增加，孔边应力降低；纵向孔间距增加，孔边应力增加。六面体滑移系分切应力对载荷、孔间距变化最为敏感
气膜冷却作为一重要的热防护技术广泛应用于涡轮叶片中，但是气膜孔的引入破坏了叶片的结构完整性，成为裂纹形核的重要区域。将镍基单晶叶片前缘气膜孔简化为平板模型，基于晶体塑性理论分析了多孔干涉下气膜孔的弹塑性力学行为，分析了孔边分切应力的分布规律；并比较了不同横向、纵向间距对气膜孔弹塑性行为的影响。结果表明多排气膜孔间存在着明显的应力干涉，高应力区出现在相邻两列气膜孔孔心连线区域，低应力区出现在同列气膜孔之间，呈现菱形分布。孔边八面体、十二面体、六面体滑移系均开动，最大分切应力出现在夹角0o/20o/30o的位置上；横向孔间距增加，孔边应力降低；纵向孔间距增加，孔边应力增加。六面体滑移系分切应力对载荷、孔间距变化最为敏感
2013, 42(3):524-529.
摘要:
皮尔格冷轧技术制备的TA18钛合金管材具有高比强度、冷加工性能好、织构分布合理等优异的综合性能，在飞机和航天器液压管路系统、石油勘探钻杆中得到了广泛的应用。根据多行程皮尔格冷轧过程力学分析，获得了成形过程的精确运动模式和管材应力状态。然后，基于有限元软件ABAQUS/Explicit，建立了TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧三维有限元模型，并解决了建模关键技术，包括：虚拟曲柄连杆机构实现方法、多行程周期式运动控制方法、复杂模具几何实体定义、滚动与滑动摩擦定义。利用能量守恒原理和实验验证了模型的可靠性，以及利用成形过程等效应力和等效塑性应变分布评估了模型。
皮尔格冷轧技术制备的TA18钛合金管材具有高比强度、冷加工性能好、织构分布合理等优异的综合性能，在飞机和航天器液压管路系统、石油勘探钻杆中得到了广泛的应用。根据多行程皮尔格冷轧过程力学分析，获得了成形过程的精确运动模式和管材应力状态。然后，基于有限元软件ABAQUS/Explicit，建立了TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧三维有限元模型，并解决了建模关键技术，包括：虚拟曲柄连杆机构实现方法、多行程周期式运动控制方法、复杂模具几何实体定义、滚动与滑动摩擦定义。利用能量守恒原理和实验验证了模型的可靠性，以及利用成形过程等效应力和等效塑性应变分布评估了模型。
2013, 42(3):530-535.
摘要:
基于第一性原理方法建立了α-钛和β-钛置氢后的晶体结构模型，优化了稳态结构。在此基础上，计算了α-钛和β-钛置氢后的体积、体积膨胀率、晶格常数与比值的变化情况。计算结果表明：置氢量对α-钛的晶轴夹角和体积膨胀影响显著，为氢化物的形成提供了必要的能量条件；置氢量低于0.2597% (质量分数)时，氢在β-钛中占据四面体间隙位，置氢量高于0.5181%时，占据八面体间隙位
基于第一性原理方法建立了α-钛和β-钛置氢后的晶体结构模型，优化了稳态结构。在此基础上，计算了α-钛和β-钛置氢后的体积、体积膨胀率、晶格常数与比值的变化情况。计算结果表明：置氢量对α-钛的晶轴夹角和体积膨胀影响显著，为氢化物的形成提供了必要的能量条件；置氢量低于0.2597% (质量分数)时，氢在β-钛中占据四面体间隙位，置氢量高于0.5181%时，占据八面体间隙位
2013, 42(3):536-540.
摘要:
单芯和多芯拉拔工艺是铋系高温超导带材（Bi-2223/Ag）制备过程中必不可少的重要环节。为研究超导粉体在拉拔过程中的变形行为，对单芯超导线材的拉拔工艺进行理论分析，建立了工艺参数与粉体密度之间的关系，并通过试验验证其合理性。同时，采用大截面减缩率单芯拉拔工艺来实现铋系超导线材的节能高效成形。对1.86 mm61芯Bi-2223/Ag线材进行显微硬度测试，并结合数值模拟进行三道次拉拔加工，分析认为: 在加工过程中，各超导芯之间及芯内部均存在密度分布不均匀性，且各层粉体密度随拔制过程不断波动，将不利于后续轧制工艺。为此，提出渐进跑道形三道次拉拔工艺，并应用于铋系超导带材的后期拉拔加工，可提高最终带材的临界电流密度10.1 %
单芯和多芯拉拔工艺是铋系高温超导带材（Bi-2223/Ag）制备过程中必不可少的重要环节。为研究超导粉体在拉拔过程中的变形行为，对单芯超导线材的拉拔工艺进行理论分析，建立了工艺参数与粉体密度之间的关系，并通过试验验证其合理性。同时，采用大截面减缩率单芯拉拔工艺来实现铋系超导线材的节能高效成形。对1.86 mm61芯Bi-2223/Ag线材进行显微硬度测试，并结合数值模拟进行三道次拉拔加工，分析认为: 在加工过程中，各超导芯之间及芯内部均存在密度分布不均匀性，且各层粉体密度随拔制过程不断波动，将不利于后续轧制工艺。为此，提出渐进跑道形三道次拉拔工艺，并应用于铋系超导带材的后期拉拔加工，可提高最终带材的临界电流密度10.1 %
2013, 42(3):541-544.
摘要:
利用相图计算软件Pandat计算了Au-Pd-Zr合金的液相面投影图、室温 (25 ℃)的等温截面图、xAu-xPd-Zr合金系的垂直截面图，同时选取了36Au-36Pd-28Zr (at%)合金，基于相图计算与实验验证相结合的方法，研究了该合金的相平衡以及凝固过程。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对该合金的室温平衡相组成进行了验证。结果表明，相平衡热力学计算结果与实验结果比较吻合，36Au-36Pd-28Zr合金的凝固顺序为：L→L+Pd3Zr→L+Pd3Zr+ZrAu2→ Pd3Zr+ZrAu2+ZrAu3
利用相图计算软件Pandat计算了Au-Pd-Zr合金的液相面投影图、室温 (25 ℃)的等温截面图、xAu-xPd-Zr合金系的垂直截面图，同时选取了36Au-36Pd-28Zr (at%)合金，基于相图计算与实验验证相结合的方法，研究了该合金的相平衡以及凝固过程。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对该合金的室温平衡相组成进行了验证。结果表明，相平衡热力学计算结果与实验结果比较吻合，36Au-36Pd-28Zr合金的凝固顺序为：L→L+Pd3Zr→L+Pd3Zr+ZrAu2→ Pd3Zr+ZrAu2+ZrAu3
2013, 42(3):545-549.
摘要:
采用不同的分散剂将十八烷基硫醇 (ODT)分散在水溶液中，并以其在银表面制备了自组装膜 (SAMs)。用极化曲线、交流阻抗、循环伏安等电化学方法研究了ODT SAMs对银的缓蚀作用及吸附行为。结果表明：ODT分子能够在银表面形成稳定、致密的SAMs，有效抑制了银的阴极氧去极化过程和阳极硫化过程，改变了电极表面的双电层结构，对银有良好的缓蚀作用。ODT在银表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温式，吸附机理是典型的化学吸附
采用不同的分散剂将十八烷基硫醇 (ODT)分散在水溶液中，并以其在银表面制备了自组装膜 (SAMs)。用极化曲线、交流阻抗、循环伏安等电化学方法研究了ODT SAMs对银的缓蚀作用及吸附行为。结果表明：ODT分子能够在银表面形成稳定、致密的SAMs，有效抑制了银的阴极氧去极化过程和阳极硫化过程，改变了电极表面的双电层结构，对银有良好的缓蚀作用。ODT在银表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温式，吸附机理是典型的化学吸附
2013, 42(3):550-554.
摘要:
采用板材热成形试验机BCS-50AR及网格应变自动测量系统GMA System，获得了AZ31镁合金薄板在150~250℃温度范围内的成形极限图（FLD）。分别将实验获得的FLD及软件自带的Keeler’s方程作为利用DYNAFORM模拟时的破裂判据，模拟研究了AZ31镁合金筒形件在150~250 ℃温度范围内的拉深过程，并将模拟结果与AZ31镁合金的等温拉深实验结果进行了比较。结果表明： FLD作为DYNAFORM模拟时的破裂判据，能更好地预测AZ31镁合金薄板成形过程中的破裂问题
采用板材热成形试验机BCS-50AR及网格应变自动测量系统GMA System，获得了AZ31镁合金薄板在150~250℃温度范围内的成形极限图（FLD）。分别将实验获得的FLD及软件自带的Keeler’s方程作为利用DYNAFORM模拟时的破裂判据，模拟研究了AZ31镁合金筒形件在150~250 ℃温度范围内的拉深过程，并将模拟结果与AZ31镁合金的等温拉深实验结果进行了比较。结果表明： FLD作为DYNAFORM模拟时的破裂判据，能更好地预测AZ31镁合金薄板成形过程中的破裂问题
2013, 42(3):555-559.
摘要:
采用热分解法制备了不同Ru/Ta配比的Ti/RuO2-Ta2O5二元混合氧化物电极材料。采用X射线衍射 (XRD)、循环伏安 (CV) 及恒流充放电测试分析了Ti/RuO2-Ta2O5电极的组织结构、伏安特性和恒流充放电性能。结果表明，随氧化钽含量的升高，RuO2-Ta2O5涂层的结晶程度逐渐下降，当Ta2O5含量≥70 mol%时，RuO2-Ta2O5混合氧化物完全以非晶态结构存在。Ti/RuO2-Ta2O5电极的比电容随Ta2O5含量的增加呈现先增后减的变化趋势。在Ta2O5含量为70 mol%时，电极具有较好的超电容性能，比电容达到621.2 F·g-1
采用热分解法制备了不同Ru/Ta配比的Ti/RuO2-Ta2O5二元混合氧化物电极材料。采用X射线衍射 (XRD)、循环伏安 (CV) 及恒流充放电测试分析了Ti/RuO2-Ta2O5电极的组织结构、伏安特性和恒流充放电性能。结果表明，随氧化钽含量的升高，RuO2-Ta2O5涂层的结晶程度逐渐下降，当Ta2O5含量≥70 mol%时，RuO2-Ta2O5混合氧化物完全以非晶态结构存在。Ti/RuO2-Ta2O5电极的比电容随Ta2O5含量的增加呈现先增后减的变化趋势。在Ta2O5含量为70 mol%时，电极具有较好的超电容性能，比电容达到621.2 F·g-1
2013, 42(3):560-564.
摘要:
采用机械合金化与热压烧结工艺制备了添加合金元素V和Fe的Laves相增强的Nb基复合材料。研究了添加质量分数4% V和Fe的Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe配比成分的元素粉，经MA 20 h后在1250 ℃热压30 min所获得的Nb/NbCr2合金的组织和性能。结果表明：在热压过程中原位合成出细小弥散分布的三元Laves相Nb(Cr, V)2和Nb(Cr, Fe)2，并且V和Fe原子只占据Laves相中的Cr原子位置。制备出的Laves相增强Nb基合金接近全致密，组织细小均匀，晶粒尺寸小于500 nm。Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe合金的断裂韧性分别达到5.3和6.3 MPa·m1/2，其中 Nb/NbCr2-4.0Fe合金不仅抗压强度达到2256 MPa，其屈服强度和塑性应变也分别达到2094MPa和6.03%
采用机械合金化与热压烧结工艺制备了添加合金元素V和Fe的Laves相增强的Nb基复合材料。研究了添加质量分数4% V和Fe的Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe配比成分的元素粉，经MA 20 h后在1250 ℃热压30 min所获得的Nb/NbCr2合金的组织和性能。结果表明：在热压过程中原位合成出细小弥散分布的三元Laves相Nb(Cr, V)2和Nb(Cr, Fe)2，并且V和Fe原子只占据Laves相中的Cr原子位置。制备出的Laves相增强Nb基合金接近全致密，组织细小均匀，晶粒尺寸小于500 nm。Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe合金的断裂韧性分别达到5.3和6.3 MPa·m1/2，其中 Nb/NbCr2-4.0Fe合金不仅抗压强度达到2256 MPa，其屈服强度和塑性应变也分别达到2094MPa和6.03%
2013, 42(3):565-568.
摘要:
以纳米晶单相SmCo7合金块体为初始原料，通过系列退火系统研究了随着晶粒长大其物相组成和显微组织的演变特征。研究发现纳米晶SmCo7相从室温至600 ℃都能保持很好的相稳定性 (晶粒长大十分缓慢)。而且研究发现纳米晶SmCo7相的失稳分解和晶粒的突发长大会同时发生。值得注意的是分解形成的Sm2Co17相大部分是以显微孪晶的形式存在，而SmCo5相则是呈圆形均匀分布于合金中。另外通过对具有不同晶粒尺寸和物相组成的纳米晶SmCo7合金的室温磁性能细致表征，发现单相SmCo7合金都具有非常优异的磁性能。而其中平均晶粒尺寸为33 nm的单相SmCo7合金具有最高矫顽力，达到1164.54 kA/m；平均晶粒尺寸为29 nm的单相SmCo7合金具有最高的磁能积，达到95.65 kJ/m3
以纳米晶单相SmCo7合金块体为初始原料，通过系列退火系统研究了随着晶粒长大其物相组成和显微组织的演变特征。研究发现纳米晶SmCo7相从室温至600 ℃都能保持很好的相稳定性 (晶粒长大十分缓慢)。而且研究发现纳米晶SmCo7相的失稳分解和晶粒的突发长大会同时发生。值得注意的是分解形成的Sm2Co17相大部分是以显微孪晶的形式存在，而SmCo5相则是呈圆形均匀分布于合金中。另外通过对具有不同晶粒尺寸和物相组成的纳米晶SmCo7合金的室温磁性能细致表征，发现单相SmCo7合金都具有非常优异的磁性能。而其中平均晶粒尺寸为33 nm的单相SmCo7合金具有最高矫顽力，达到1164.54 kA/m；平均晶粒尺寸为29 nm的单相SmCo7合金具有最高的磁能积，达到95.65 kJ/m3
2013, 42(3):569-573.
摘要:
以对水和空气稳定的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[emim]OTf）为电解质，在不锈钢双极板表面电沉积铌, 并在模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）环境中研究了镀铌改性的双极板的电化学行为。结果表明, 铌镀层以孤岛的形式均匀分布在不锈钢表面，其高度在100 nm以内。XPS、XRD测试结果表明，镀铌不锈钢表面生成化学惰性良好的NbO、Nb2O5。在模拟阳极环境中，镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢的腐蚀电位提高530 mV；恒电位–0.1 V时电流密度从4.5315 μA·cm-2降低到2.7554 μA·cm-2；在模拟阴极环境中，镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢提高430 mV，恒定电位0.6 V时电流密度从4.4008 μA·cm-2降低到0.0028 μA·cm-2。电化学测试结果表明，镀铌不锈钢的电化学极化性能得到改善，反应电阻增大，提高了耐蚀性能
以对水和空气稳定的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[emim]OTf）为电解质，在不锈钢双极板表面电沉积铌, 并在模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）环境中研究了镀铌改性的双极板的电化学行为。结果表明, 铌镀层以孤岛的形式均匀分布在不锈钢表面，其高度在100 nm以内。XPS、XRD测试结果表明，镀铌不锈钢表面生成化学惰性良好的NbO、Nb2O5。在模拟阳极环境中，镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢的腐蚀电位提高530 mV；恒电位–0.1 V时电流密度从4.5315 μA·cm-2降低到2.7554 μA·cm-2；在模拟阴极环境中，镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢提高430 mV，恒定电位0.6 V时电流密度从4.4008 μA·cm-2降低到0.0028 μA·cm-2。电化学测试结果表明，镀铌不锈钢的电化学极化性能得到改善，反应电阻增大，提高了耐蚀性能
2013, 42(3):574-578.
摘要:
采用自行研制的镁合金熔体超声处理装置对Mg-4Al-1Si合金熔体进行处理，研究超声处理功率、超声处理时间和超声处理温度对其凝固组织及相形貌的影响。结果表明：超声处理可以显著细化Mg-4Al-1Si合金的凝固组织，适当提高超声功率和处理温度以及适当延长处理时间均可增强细化效果。650 ℃Mg-4Al-1Si合金熔体经270 W超声处理50 s可以取得较好的细化效果，平均晶粒尺寸为107 μm，为未经超声处理合金晶粒尺寸 (383 μm) 的28%。另外，经超声处理的Mg-4Al-1Si合金中Mg2Si相由未经超声处理时的粗大汉字状转变为细小、弥散分布的颗粒状
采用自行研制的镁合金熔体超声处理装置对Mg-4Al-1Si合金熔体进行处理，研究超声处理功率、超声处理时间和超声处理温度对其凝固组织及相形貌的影响。结果表明：超声处理可以显著细化Mg-4Al-1Si合金的凝固组织，适当提高超声功率和处理温度以及适当延长处理时间均可增强细化效果。650 ℃Mg-4Al-1Si合金熔体经270 W超声处理50 s可以取得较好的细化效果，平均晶粒尺寸为107 μm，为未经超声处理合金晶粒尺寸 (383 μm) 的28%。另外，经超声处理的Mg-4Al-1Si合金中Mg2Si相由未经超声处理时的粗大汉字状转变为细小、弥散分布的颗粒状
2013, 42(3):579-584.
摘要:
对2090铝锂合金电子束焊接头进行焊后热处理，热处理工艺为530 ℃固溶0.5 h +190 ℃时效12 h。结果发现，焊接接头的抗拉强度由焊态下的331 MPa提高到热处理后的415 MPa，焊后热处理使接头的强度大大提高。金相组织观察表明，铝锂合金电子束焊接头经过热处理后焊缝晶粒形貌由焊态下的等轴树枝晶转变成等轴晶，并且在晶粒内部和晶界处析出细小的强化相。XRD相结构分析显示接头焊缝中的强化相主要为δ′(Al3Li)、T1(Al2CuLi)、β′(Al3Zr)等。TEM观察证实，热处理后2090铝锂合金接头焊缝中析出了多量的球状δ′相和针状T1相。拉伸断口分析表明，铝锂合金电子束焊接头在焊态下为带韧窝的穿晶断裂，经过热处理后接头断裂模式转变为沿晶断裂。
对2090铝锂合金电子束焊接头进行焊后热处理，热处理工艺为530 ℃固溶0.5 h +190 ℃时效12 h。结果发现，焊接接头的抗拉强度由焊态下的331 MPa提高到热处理后的415 MPa，焊后热处理使接头的强度大大提高。金相组织观察表明，铝锂合金电子束焊接头经过热处理后焊缝晶粒形貌由焊态下的等轴树枝晶转变成等轴晶，并且在晶粒内部和晶界处析出细小的强化相。XRD相结构分析显示接头焊缝中的强化相主要为δ′(Al3Li)、T1(Al2CuLi)、β′(Al3Zr)等。TEM观察证实，热处理后2090铝锂合金接头焊缝中析出了多量的球状δ′相和针状T1相。拉伸断口分析表明，铝锂合金电子束焊接头在焊态下为带韧窝的穿晶断裂，经过热处理后接头断裂模式转变为沿晶断裂。
2013, 42(3):585-588.
摘要:
采用室温磁控溅射技术在超细晶TiNi合金表面制备出CNx/SiC(氮化碳/碳化硅)双层薄膜，SiC为中间层。研究了CNx薄膜的组织结构、纳米压痕和摩擦性能。结果表明：CNx薄膜存在微孔缺陷 (基体中夹杂物脱落等原因引起)、石墨含量高、纳米硬度(5.23 GPa)低、弹性模量(33.29 GPa)低，但具有高的硬度与弹性模量比值 (0.157)。在200 g载荷、氮化硅球(半径为2 mm)为对摩件、大气干摩擦条件下，CNx薄膜的摩擦系数约为0.173，磨损后薄膜未出现裂纹和剥落；在500 g载荷、室温Kokubo人体模拟体液下，CNx薄膜的摩擦系数约为0.103，但磨损后薄膜出现剥落。剥落的发生可能是由于SBF溶液通过微孔缺陷进入并腐蚀薄膜-薄膜-基材界面所致
采用室温磁控溅射技术在超细晶TiNi合金表面制备出CNx/SiC(氮化碳/碳化硅)双层薄膜，SiC为中间层。研究了CNx薄膜的组织结构、纳米压痕和摩擦性能。结果表明：CNx薄膜存在微孔缺陷 (基体中夹杂物脱落等原因引起)、石墨含量高、纳米硬度(5.23 GPa)低、弹性模量(33.29 GPa)低，但具有高的硬度与弹性模量比值 (0.157)。在200 g载荷、氮化硅球(半径为2 mm)为对摩件、大气干摩擦条件下，CNx薄膜的摩擦系数约为0.173，磨损后薄膜未出现裂纹和剥落；在500 g载荷、室温Kokubo人体模拟体液下，CNx薄膜的摩擦系数约为0.103，但磨损后薄膜出现剥落。剥落的发生可能是由于SBF溶液通过微孔缺陷进入并腐蚀薄膜-薄膜-基材界面所致
2013, 42(3):589-592.
摘要:
采用不同偏压闭合场非平衡磁控溅射技术在镁合金表面沉积Cr-N镀层，分别对镀层的组织结构、厚度、结合性能和摩擦磨损性能进行了表征和分析。结果表明，镀层主要由Cr(N) 相和少量Cr2N相组成。在偏压为60 V时镀层具有较高的硬度、良好的结合性能和摩擦磨损性能。偏压进一步升高，虽然镀层硬度有所提高，但结合性能和抗磨性能均下降
采用不同偏压闭合场非平衡磁控溅射技术在镁合金表面沉积Cr-N镀层，分别对镀层的组织结构、厚度、结合性能和摩擦磨损性能进行了表征和分析。结果表明，镀层主要由Cr(N) 相和少量Cr2N相组成。在偏压为60 V时镀层具有较高的硬度、良好的结合性能和摩擦磨损性能。偏压进一步升高，虽然镀层硬度有所提高，但结合性能和抗磨性能均下降
2013, 42(3):593-597.
摘要:
采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、拉伸力学性能测试等手段比较分析了铸态和挤压变形态Mg-7Zn-3Al-0~0.7Re (质量分数, %) 镁合金的室温和高温力学性能，探讨了稀土和变形加工对合金强度和塑性的影响规律。结果表明，适量稀土Er可以显著提高铸态Mg-Zn-Al合金的高温塑性，而稀土含量对合金室温力学性能和高温屈服强度影响不明显；挤压变形过程中动态弥散析出纳米级的球形析出相，显著提高Mg-Zn-Al-Er合金的高温力学性能，其200 ℃下的屈服强度和延伸率分别较铸态提高了105%和120%，断口显示其断裂方式呈明显的韧性断裂特征
采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、拉伸力学性能测试等手段比较分析了铸态和挤压变形态Mg-7Zn-3Al-0~0.7Re (质量分数, %) 镁合金的室温和高温力学性能，探讨了稀土和变形加工对合金强度和塑性的影响规律。结果表明，适量稀土Er可以显著提高铸态Mg-Zn-Al合金的高温塑性，而稀土含量对合金室温力学性能和高温屈服强度影响不明显；挤压变形过程中动态弥散析出纳米级的球形析出相，显著提高Mg-Zn-Al-Er合金的高温力学性能，其200 ℃下的屈服强度和延伸率分别较铸态提高了105%和120%，断口显示其断裂方式呈明显的韧性断裂特征
2013, 42(3):598-602.
摘要:
采用直接扩散连接的方法实现了置氢TC4钛合金与Al2O3陶瓷的连接，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析以及X射线衍射等分析手段，确定了TC4/Al2O3扩散连接接头典型的界面结构为TC4/α-Ti/Ti3Al+Al2TiO5/Al2O3。研究了连接温度对TC4/Al2O3接头界面结构的影响规律，随着连接温度的升高各反应层厚度逐渐增加。基于反应动力学方程，计算了氢含量 (质量分数) 为0%、0.3%、0.4%时，Ti3Al+Al2TiO5层的反应激活能分别为213、172、152 kJ/mol。当连接温度为840 ℃，连接时间为90 min，氢含量为0.4%时，接头抗剪强度达到最大值为128 MPa，断口分析表明断裂主要发生在Al2O3陶瓷母材侧
采用直接扩散连接的方法实现了置氢TC4钛合金与Al2O3陶瓷的连接，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析以及X射线衍射等分析手段，确定了TC4/Al2O3扩散连接接头典型的界面结构为TC4/α-Ti/Ti3Al+Al2TiO5/Al2O3。研究了连接温度对TC4/Al2O3接头界面结构的影响规律，随着连接温度的升高各反应层厚度逐渐增加。基于反应动力学方程，计算了氢含量 (质量分数) 为0%、0.3%、0.4%时，Ti3Al+Al2TiO5层的反应激活能分别为213、172、152 kJ/mol。当连接温度为840 ℃，连接时间为90 min，氢含量为0.4%时，接头抗剪强度达到最大值为128 MPa，断口分析表明断裂主要发生在Al2O3陶瓷母材侧
2013, 42(3):603-606.
摘要:
T800合金是一种优异的高温耐磨材料，广泛应用于涡轮叶冠表面强化。为了考察T800合金应用于涡轮叶冠时的最佳服役状态，对比研究了T800合金铸态及其堆焊层的微观组织、硬度和高温耐微动磨损性能，结果表明，铸态T800合金中Laves相的体积分数高、尺寸大，其硬度和高温耐微动磨损性更加优异。分析认为，在堆焊T800合金铸造焊丝的过程中，焊接基材中的合金元素混合进入了焊接溶池中，对焊层起到稀释作用，Laves相会发生溶解再析出反应，结果导致T800合金焊层中的Laves相体积分数大幅降低、尺寸变小，其硬度和耐磨性明显低于铸态T800合金
T800合金是一种优异的高温耐磨材料，广泛应用于涡轮叶冠表面强化。为了考察T800合金应用于涡轮叶冠时的最佳服役状态，对比研究了T800合金铸态及其堆焊层的微观组织、硬度和高温耐微动磨损性能，结果表明，铸态T800合金中Laves相的体积分数高、尺寸大，其硬度和高温耐微动磨损性更加优异。分析认为，在堆焊T800合金铸造焊丝的过程中，焊接基材中的合金元素混合进入了焊接溶池中，对焊层起到稀释作用，Laves相会发生溶解再析出反应，结果导致T800合金焊层中的Laves相体积分数大幅降低、尺寸变小，其硬度和耐磨性明显低于铸态T800合金
2013, 42(3):607-610.
摘要:
研究了高压烧结对Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流以及力学性能的影响。结果表明：高压烧结使带材的临界电流提升了30%，抗拉强度提升到104 MPa，带材临界弯曲应变从0.54%提升到0.91%。采用XRD常规扫描、Omega扫描以及SEM等手段分析了带材电学性能和力学性能提升的原因。实验结果发现：高压烧结有利于Bi-2223相的形成，从而使Bi-2223的相含量增加，残余的Bi-2212相的含量减少；常压烧结和高压烧结后的带材中Bi-2223相晶粒的半高宽分别为6.5°和5.6°说明高压烧结的带材中的Bi-2223晶粒排列更加整齐；此外，通过观察带材的纵截面发现高压烧结使带材内部更加致密。正是三方面的共同作用大幅度提升了带材的临界电流以及力学性能
研究了高压烧结对Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流以及力学性能的影响。结果表明：高压烧结使带材的临界电流提升了30%，抗拉强度提升到104 MPa，带材临界弯曲应变从0.54%提升到0.91%。采用XRD常规扫描、Omega扫描以及SEM等手段分析了带材电学性能和力学性能提升的原因。实验结果发现：高压烧结有利于Bi-2223相的形成，从而使Bi-2223的相含量增加，残余的Bi-2212相的含量减少；常压烧结和高压烧结后的带材中Bi-2223相晶粒的半高宽分别为6.5°和5.6°说明高压烧结的带材中的Bi-2223晶粒排列更加整齐；此外，通过观察带材的纵截面发现高压烧结使带材内部更加致密。正是三方面的共同作用大幅度提升了带材的临界电流以及力学性能
2013, 42(3):611-615.
摘要:
通过热分解法制备了不同涂覆层数的Ru-Ir-Ti氧化物阳极涂层。采用物理分析和电化学测试技术研究了不同涂覆层数氧化物阳极涂层的表面形貌、结构和电化学性能。结果表明，Ru-Ir-Ti氧化物阳极涂层涂覆30层 (15.55 μm) 时，涂层与钛基体结合牢固，具有较好的电催化选择性。此时，析氧电位达到1.52 V，析氯电位为1.02 V，电流效率高达94.5%，伏安电量达到35 mC/cm2，强化电解寿命长达525 h。当涂覆层数达到40层 (22.6 μm) 后，涂层呈疏松结构，表面粗糙，裂缝变得宽而深，涂层出现脱落，附着力下降
通过热分解法制备了不同涂覆层数的Ru-Ir-Ti氧化物阳极涂层。采用物理分析和电化学测试技术研究了不同涂覆层数氧化物阳极涂层的表面形貌、结构和电化学性能。结果表明，Ru-Ir-Ti氧化物阳极涂层涂覆30层 (15.55 μm) 时，涂层与钛基体结合牢固，具有较好的电催化选择性。此时，析氧电位达到1.52 V，析氯电位为1.02 V，电流效率高达94.5%，伏安电量达到35 mC/cm2，强化电解寿命长达525 h。当涂覆层数达到40层 (22.6 μm) 后，涂层呈疏松结构，表面粗糙，裂缝变得宽而深，涂层出现脱落，附着力下降
2013, 42(3):616-620.
摘要:
采用直接气相还原法制备了金属铱催化剂。通过X射线衍射 (XRD) 分析了金属铱的物相组成，采用循环伏安 (CV) 和线性电势扫描 (LSV) 等电化学手段评价了金属铱的电化学性能。XRD分析结果表明在氨气气氛中，氧化铱经400 ℃还原3 h能完全转化为金属铱单质。CV和LSV结果表明金属铱具有良好的氧还原电催化活性，且其氧还原起始电压可以达到0.51 V (vs. SCE)。从原子状态角度考虑，金属铱的d带空穴多于金属铂，最终导致金属铱的氧还原电催化活性低于金属铂，但金属铱具有与金属铂相似的氧还原电催化路径
采用直接气相还原法制备了金属铱催化剂。通过X射线衍射 (XRD) 分析了金属铱的物相组成，采用循环伏安 (CV) 和线性电势扫描 (LSV) 等电化学手段评价了金属铱的电化学性能。XRD分析结果表明在氨气气氛中，氧化铱经400 ℃还原3 h能完全转化为金属铱单质。CV和LSV结果表明金属铱具有良好的氧还原电催化活性，且其氧还原起始电压可以达到0.51 V (vs. SCE)。从原子状态角度考虑，金属铱的d带空穴多于金属铂，最终导致金属铱的氧还原电催化活性低于金属铂，但金属铱具有与金属铂相似的氧还原电催化路径
2013, 42(3):621-624.
摘要:
在硅酸钠-六偏磷酸钠体系中添加1.5 g/L Cr2O3微粒，采用直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化Cr2O3复合膜；利用SEM、EDS、XRD对复合膜的微观形貌和结构进行观察分析，并研究了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明：复合膜的表层孔隙中填满了微小的Cr2O3颗粒，表面只能看到少量微孔；膜层中除了金红石及锐钛矿TiO2相、Al2TiO5相外，还出现了大量的Cr2O3相，且包含了一些非晶态的P、Si化合物。在相同的摩擦磨损条件下，微弧氧化Cr2O3复合膜的摩擦系数更小、磨损量更低、耐磨性也更好。在10 N载荷下，复合膜只发生轻微的粘着磨损，几乎未发生磨粒磨损；在50 N载荷下，复合膜的磨粒磨损有所加剧，且出现了第二相粒子流失。Cr2O3颗粒主要通过对微弧氧化膜孔隙的填充作用、载荷转移作用及弥散强化作用，来降低复合膜的摩擦系数和表面磨损量，提高其耐磨性
在硅酸钠-六偏磷酸钠体系中添加1.5 g/L Cr2O3微粒，采用直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化Cr2O3复合膜；利用SEM、EDS、XRD对复合膜的微观形貌和结构进行观察分析，并研究了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明：复合膜的表层孔隙中填满了微小的Cr2O3颗粒，表面只能看到少量微孔；膜层中除了金红石及锐钛矿TiO2相、Al2TiO5相外，还出现了大量的Cr2O3相，且包含了一些非晶态的P、Si化合物。在相同的摩擦磨损条件下，微弧氧化Cr2O3复合膜的摩擦系数更小、磨损量更低、耐磨性也更好。在10 N载荷下，复合膜只发生轻微的粘着磨损，几乎未发生磨粒磨损；在50 N载荷下，复合膜的磨粒磨损有所加剧，且出现了第二相粒子流失。Cr2O3颗粒主要通过对微弧氧化膜孔隙的填充作用、载荷转移作用及弥散强化作用，来降低复合膜的摩擦系数和表面磨损量，提高其耐磨性
2013, 42(3):625-628.
摘要:
通过选用不同成分配比的TA18管材，对其进行轧制，在不同变形量、不同退火温度下，研究其成分、变形量、退火温度与力性之间的关系，得出了不同成分与力性的关系、不同变形量与力性的关系曲线、不同退火温度与力性的关系曲线，发现其成分中V，Al含量的变化对力性会产生不同的影响，Al对强度的提高和塑性的下降影响较大；当化学成分（质量分数，%）在一定的范围（Al: 2.8~3.2，V: 2.30~2.70，O: 0.07~0.09）时，利用基本相同变形量（50%~70%），且变形时Q≤1.14时，采取两种不同的退火制度（380~580 ℃，650~750 ℃），可以得到满足现有美标及军标标准要求的强度级别的TA18管材
通过选用不同成分配比的TA18管材，对其进行轧制，在不同变形量、不同退火温度下，研究其成分、变形量、退火温度与力性之间的关系，得出了不同成分与力性的关系、不同变形量与力性的关系曲线、不同退火温度与力性的关系曲线，发现其成分中V，Al含量的变化对力性会产生不同的影响，Al对强度的提高和塑性的下降影响较大；当化学成分（质量分数，%）在一定的范围（Al: 2.8~3.2，V: 2.30~2.70，O: 0.07~0.09）时，利用基本相同变形量（50%~70%），且变形时Q≤1.14时，采取两种不同的退火制度（380~580 ℃，650~750 ℃），可以得到满足现有美标及军标标准要求的强度级别的TA18管材
2013, 42(3):629-633.
摘要:
用电沉积方法制备了含钨1.76%(质量分数)的Ni-W合金药型罩。通过拉伸试验对原始电铸态和热处理后样品的力学性能进行了评价，并利用X射线衍射、透射电子显微镜、俄歇电子能谱等技术对原始电铸态和热处理后样品的微观结构进行了分析。结果表明，通过电铸技术制备的Ni-W合金药型罩材料强度较高，晶粒细小并具有 (111)织构。制备的Ni-W合金仍具有面心立方结构，W固溶在Ni的晶格中。Ni-W合金药型罩材料经300 ℃退火后，晶粒发生异常长大，(111) 织构转变为 (220) 织构。经500 ℃退火后，由于硫在晶界的偏析，发生沿晶断裂，严重影响了材料的力学性能
用电沉积方法制备了含钨1.76%(质量分数)的Ni-W合金药型罩。通过拉伸试验对原始电铸态和热处理后样品的力学性能进行了评价，并利用X射线衍射、透射电子显微镜、俄歇电子能谱等技术对原始电铸态和热处理后样品的微观结构进行了分析。结果表明，通过电铸技术制备的Ni-W合金药型罩材料强度较高，晶粒细小并具有 (111)织构。制备的Ni-W合金仍具有面心立方结构，W固溶在Ni的晶格中。Ni-W合金药型罩材料经300 ℃退火后，晶粒发生异常长大，(111) 织构转变为 (220) 织构。经500 ℃退火后，由于硫在晶界的偏析，发生沿晶断裂，严重影响了材料的力学性能
2013, 42(3):634-638.
摘要:
研究了β相区等温变形温度、变形程度对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响，讨论了工艺、组织和性能之间的关系。结果表明，TC18合金显微组织对等温锻造温度的变化比较敏感，两相区等温锻造和单相区等温锻造的显微组织分别为双态组织和网篮组织；与两相区锻造相比，β相区锻造获得了更高的强度和断裂韧性，但塑性有所降低，且随着变形温度的升高，强度和塑性均呈现下降趋势，断裂韧性稍有升高。β相区变形量较小时，组织遗传性导致合金保留了部分魏氏组织形貌，塑性较低，断裂韧性较高；当变形量达到60%时，晶粒破碎程度大，次生片状α相发生一定程度球化并弥散分布，组织变得均匀细小，合金强度和塑性保持良好的匹配，断裂韧性较高，综合性能最好
研究了β相区等温变形温度、变形程度对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响，讨论了工艺、组织和性能之间的关系。结果表明，TC18合金显微组织对等温锻造温度的变化比较敏感，两相区等温锻造和单相区等温锻造的显微组织分别为双态组织和网篮组织；与两相区锻造相比，β相区锻造获得了更高的强度和断裂韧性，但塑性有所降低，且随着变形温度的升高，强度和塑性均呈现下降趋势，断裂韧性稍有升高。β相区变形量较小时，组织遗传性导致合金保留了部分魏氏组织形貌，塑性较低，断裂韧性较高；当变形量达到60%时，晶粒破碎程度大，次生片状α相发生一定程度球化并弥散分布，组织变得均匀细小，合金强度和塑性保持良好的匹配，断裂韧性较高，综合性能最好
2013, 42(3):639-643.
摘要:
分别采用叠轧-合金化法和回流焊技术制备AuSn箔材钎料和AuSn/Ni焊点，用扫描电子显微镜及电子万能试验机研究钎焊时间对AuSn/Ni界面组织及焊点剪切性能的影响。结果表明：采用叠轧-合金化法制备的AuSn钎料的熔点和化学成分都接近Au-20Sn共晶钎料。Ni/AuSn/Ni焊点在330 ℃钎焊30 s时形成良好的层状ζ-(Au,Ni)5Sn+δ-(Au,Ni)Sn共晶组织；钎焊60 s时，AuSn/Ni界面产生薄而平直的 (Ni,Au)3Sn2金属间化合物 (IMC) 层和针状 (Ni,Au)3Sn2化合物；随着钎焊时间继续延长，(Ni,Au)3Sn2 IMC层厚度明显增加，针状 (Ni,Au)3Sn2化合物异常长大。同时，随着钎焊时间延长Ni/AuSn/Ni钎焊接头的剪切强度先增加后减小，钎焊90 s时的剪切强度达到最高12.49 MPa
分别采用叠轧-合金化法和回流焊技术制备AuSn箔材钎料和AuSn/Ni焊点，用扫描电子显微镜及电子万能试验机研究钎焊时间对AuSn/Ni界面组织及焊点剪切性能的影响。结果表明：采用叠轧-合金化法制备的AuSn钎料的熔点和化学成分都接近Au-20Sn共晶钎料。Ni/AuSn/Ni焊点在330 ℃钎焊30 s时形成良好的层状ζ-(Au,Ni)5Sn+δ-(Au,Ni)Sn共晶组织；钎焊60 s时，AuSn/Ni界面产生薄而平直的 (Ni,Au)3Sn2金属间化合物 (IMC) 层和针状 (Ni,Au)3Sn2化合物；随着钎焊时间继续延长，(Ni,Au)3Sn2 IMC层厚度明显增加，针状 (Ni,Au)3Sn2化合物异常长大。同时，随着钎焊时间延长Ni/AuSn/Ni钎焊接头的剪切强度先增加后减小，钎焊90 s时的剪切强度达到最高12.49 MPa
2013, 42(3):644-648.
摘要:
对分子动力学和第一性原理的基本理论进行了简介，综述了近年来国内外使用经典分子动力学和第一性原理分子动力学方法对复合材料界面进行模拟研究的进展。分别对界面原子构型、电子结构、相互作用能、应力和载荷传递、界面力学性能参数，以及其变形失效等方面的模拟计算进行了概述，归纳分析了分子动力学模拟所能解决的各类界面问题，并对其应用和发展方向进行了展望
对分子动力学和第一性原理的基本理论进行了简介，综述了近年来国内外使用经典分子动力学和第一性原理分子动力学方法对复合材料界面进行模拟研究的进展。分别对界面原子构型、电子结构、相互作用能、应力和载荷传递、界面力学性能参数，以及其变形失效等方面的模拟计算进行了概述，归纳分析了分子动力学模拟所能解决的各类界面问题，并对其应用和发展方向进行了展望
2013, 42(3):649-654.
摘要:
介绍了外加磁场辅助作用下电沉积镀层技术的研究概况，电沉积过程中外加磁场对镀液性质、传质过程、电荷转移、晶粒生长及结晶取向等均会产生影响；阐明了外加磁场在材料制备过程中的工作原理，并就外加磁场对电沉积过程的具体影响作用进行了分类及归纳；阐述了现阶段外加磁场在电沉积领域应用中存在的问题及其在该领域的发展前景
介绍了外加磁场辅助作用下电沉积镀层技术的研究概况，电沉积过程中外加磁场对镀液性质、传质过程、电荷转移、晶粒生长及结晶取向等均会产生影响；阐明了外加磁场在材料制备过程中的工作原理，并就外加磁场对电沉积过程的具体影响作用进行了分类及归纳；阐述了现阶段外加磁场在电沉积领域应用中存在的问题及其在该领域的发展前景
2013, 42(3):655-660.
摘要:
Ti6Al4V钛合金在激光焊接过程中，由于热源密度高，在焊缝及其附近的狭窄区域形成了极大的温度梯度，并导致焊接接头形成大梯度的组织性能和残余应力。基于国内外的文献，综合研究了钛合金激光焊温度、接头组织、显微性能与残余应力的非均匀梯度特征。研究表明，对于焊接接头大梯度特征的研究，主要集中在分析组织、性能和残余应力的不均匀性方面，而未对梯度特征做出定量分析与评价。因此，如何对焊后组织性能和残余应力的梯度特征进行有效直观的量化表征，对于激光焊接接头的整体性能及安全评价有着重要的意义
Ti6Al4V钛合金在激光焊接过程中，由于热源密度高，在焊缝及其附近的狭窄区域形成了极大的温度梯度，并导致焊接接头形成大梯度的组织性能和残余应力。基于国内外的文献，综合研究了钛合金激光焊温度、接头组织、显微性能与残余应力的非均匀梯度特征。研究表明，对于焊接接头大梯度特征的研究，主要集中在分析组织、性能和残余应力的不均匀性方面，而未对梯度特征做出定量分析与评价。因此，如何对焊后组织性能和残余应力的梯度特征进行有效直观的量化表征，对于激光焊接接头的整体性能及安全评价有着重要的意义
