2018年第47卷第3期文章目次
2018, 47(3):717-722.
摘要:
利用COMSOL Multiphysics对超临界流体电铸耦合场进行数值模拟,研究分析电流密度分布和电铸层生长规律,并且试验测试与验证；同时对超临界流体镍纳米金刚石复合镀层的表面形貌和显微硬度进行研究和探讨。结果表明阴极边缘处电流密度远高于阴极中间部分,电铸层生长情况与电流密度分布较为吻合,电铸层中部厚度预测值的误差较小；电铸层显微硬度最大可达951.47HV,比普通情况下复合铸层提高80%；制备的复合电铸层表面平整,组织致密。
利用COMSOL Multiphysics对超临界流体电铸耦合场进行数值模拟,研究分析电流密度分布和电铸层生长规律,并且试验测试与验证；同时对超临界流体镍纳米金刚石复合镀层的表面形貌和显微硬度进行研究和探讨。结果表明阴极边缘处电流密度远高于阴极中间部分,电铸层生长情况与电流密度分布较为吻合,电铸层中部厚度预测值的误差较小；电铸层显微硬度最大可达951.47HV,比普通情况下复合铸层提高80%；制备的复合电铸层表面平整,组织致密。
2018, 47(3):723-728.
摘要:
在β相变点以下,通过空心阴极等离子体辉光放电技术,在Ti6Al4V合金表面形成W-Mo共渗层来提高钛合金基体在还原性酸中的耐蚀性。分别利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对试样的表面形貌、成分分布和相组成进行分析。结果显示在Ti6Al4V合金表面形成一层约23μm厚,由AlMoTi2 和 TixW1-x物相组成的共渗层。利用电化学工作站,在常温静态条件下,对试样在还原性酸(硫酸和盐酸)中进行耐蚀性研究。结果表明,经过共渗处理的试样在还原性酸中,能保持稳定的腐蚀电位并且其腐蚀电流密度仅为原始试样的1/10 和 1/6。此外,相较于钛合金基体,处理后的试样表面没有发现腐蚀产物和裂纹,表明没有腐蚀脱落现象发生。因此,在保证基体基本性能的前提下,钛合金试样的耐蚀性能明显提高。
在β相变点以下,通过空心阴极等离子体辉光放电技术,在Ti6Al4V合金表面形成W-Mo共渗层来提高钛合金基体在还原性酸中的耐蚀性。分别利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对试样的表面形貌、成分分布和相组成进行分析。结果显示在Ti6Al4V合金表面形成一层约23μm厚,由AlMoTi2 和 TixW1-x物相组成的共渗层。利用电化学工作站,在常温静态条件下,对试样在还原性酸(硫酸和盐酸)中进行耐蚀性研究。结果表明,经过共渗处理的试样在还原性酸中,能保持稳定的腐蚀电位并且其腐蚀电流密度仅为原始试样的1/10 和 1/6。此外,相较于钛合金基体,处理后的试样表面没有发现腐蚀产物和裂纹,表明没有腐蚀脱落现象发生。因此,在保证基体基本性能的前提下,钛合金试样的耐蚀性能明显提高。
2018, 47(3):729-735.
摘要:
运用第一性原理研究了Mn掺杂对Ca2SiO4:Eu2+荧光粉性能的影响。与Ca2SiO4:Eu2+荧光粉相比较，发现：进行Mn掺杂以后，荧光粉的吸收光谱向长波方向发生红移。用来替换部分Ca离子的Mn离子提高了Eu2+周围晶体场的强度，造成Eu2+的5d能级的下移。再加上Mn3d能级也发生分裂并部分进入导带顶和价带底，导致带隙变窄和吸收光谱的红移。
运用第一性原理研究了Mn掺杂对Ca2SiO4:Eu2+荧光粉性能的影响。与Ca2SiO4:Eu2+荧光粉相比较，发现：进行Mn掺杂以后，荧光粉的吸收光谱向长波方向发生红移。用来替换部分Ca离子的Mn离子提高了Eu2+周围晶体场的强度，造成Eu2+的5d能级的下移。再加上Mn3d能级也发生分裂并部分进入导带顶和价带底，导致带隙变窄和吸收光谱的红移。
2018, 47(3):736-741.
摘要:
在不同的挤压温度和挤压比下,将AZ31B镁合金机加屑冷压后热挤压固结而再生镁合金。与铸锭挤压合金对比,从动态再结晶组织与屑间结合情况两个主要方面分析了加工工艺对再生合金力学性能的影响。随着挤压温度升高,再生合金的极限抗拉强度和延伸率先增加而后降低。随挤压温度升高,晶粒长大与屑间结合增强的相反作用共同导致了再生合金力学性能的变化。当挤压比从4:1 增加到 44:1,晶粒细化且屑间结合增强,使再生合金的抗拉强度增加。而当挤压比高于25:1时,由于显著的形变强化作用导致延伸率下降。
在不同的挤压温度和挤压比下,将AZ31B镁合金机加屑冷压后热挤压固结而再生镁合金。与铸锭挤压合金对比,从动态再结晶组织与屑间结合情况两个主要方面分析了加工工艺对再生合金力学性能的影响。随着挤压温度升高,再生合金的极限抗拉强度和延伸率先增加而后降低。随挤压温度升高,晶粒长大与屑间结合增强的相反作用共同导致了再生合金力学性能的变化。当挤压比从4:1 增加到 44:1,晶粒细化且屑间结合增强,使再生合金的抗拉强度增加。而当挤压比高于25:1时,由于显著的形变强化作用导致延伸率下降。
2018, 47(3):742-747.
摘要:
本文研究了不同含量的改性剂Sr对原位合成Al3Ti/ADC12复合材料微观组织及力学性能的影响。通过光学显微镜以及扫描电镜观察复合材料的微观以及断口组织。实验结果表明：Sr的加入能有效减小α-Al以及Al3Ti颗粒尺寸以及优化材料形态。Sr的最优加入量为0.25 wt%。在该加入量条件下,共晶硅由针状或短棒状变为颗粒状,α-A1粗枝晶得到较好的细化。实验结果也显示：Sr的加入有效提升了复合材料的机械性能。当加入0.25 wt% Sr时,抗拉强度以及延伸率相较于基体材料增加了36.9% 和 58%。断口形貌表明,在最优加入量条件下所制备的复合材料断口几乎看不到解理面和脆性平坦区,韧窝数量增多,形貌尺寸变得更小且深,同时分布也较为均匀。断口形貌的变化符合材料力学性能变化。
本文研究了不同含量的改性剂Sr对原位合成Al3Ti/ADC12复合材料微观组织及力学性能的影响。通过光学显微镜以及扫描电镜观察复合材料的微观以及断口组织。实验结果表明：Sr的加入能有效减小α-Al以及Al3Ti颗粒尺寸以及优化材料形态。Sr的最优加入量为0.25 wt%。在该加入量条件下,共晶硅由针状或短棒状变为颗粒状,α-A1粗枝晶得到较好的细化。实验结果也显示：Sr的加入有效提升了复合材料的机械性能。当加入0.25 wt% Sr时,抗拉强度以及延伸率相较于基体材料增加了36.9% 和 58%。断口形貌表明,在最优加入量条件下所制备的复合材料断口几乎看不到解理面和脆性平坦区,韧窝数量增多,形貌尺寸变得更小且深,同时分布也较为均匀。断口形貌的变化符合材料力学性能变化。
2018, 47(3):748-753.
摘要:
随着近年来YBCO涂层超导带材性能的提升，其相关应用已逐渐成为研究热点。由于单根带材长度通常不能满足实际应用需要或需要形成闭合线圈，涂层超导带材的连接是各项应用中必不可少的一个关键步骤。国内外对带材接头工艺中控制因素的研究主要集中在焊接温度、焊料、施加压力等方面。由于涂层带材很薄，极易因为局部的微小形变而损坏退化，因此焊接平台表面应该足够平整光滑，焊接平台具有高平整度表面也是获得极低电阻接头的关键因素之一，而目前这一点还未引起足够重视。本文研究了一种简便有效的基于高平整度（小于5 μm/100 mm）焊接平台的涂层超导带材焊接工艺。采用该工艺及带材正面相对的搭接方式，进行了不同厚度和搭接长度的带材接头焊接。之后，采用四引线法在液氮环境中对接头进行了电性能测试，当搭接长度为14 cm时接头电阻低至6.3 nΩ。此外，通过金相光学显微镜和扫描电子显微镜对接头微观结构进行了扫描，获得了接头处焊料分布状态。
随着近年来YBCO涂层超导带材性能的提升，其相关应用已逐渐成为研究热点。由于单根带材长度通常不能满足实际应用需要或需要形成闭合线圈，涂层超导带材的连接是各项应用中必不可少的一个关键步骤。国内外对带材接头工艺中控制因素的研究主要集中在焊接温度、焊料、施加压力等方面。由于涂层带材很薄，极易因为局部的微小形变而损坏退化，因此焊接平台表面应该足够平整光滑，焊接平台具有高平整度表面也是获得极低电阻接头的关键因素之一，而目前这一点还未引起足够重视。本文研究了一种简便有效的基于高平整度（小于5 μm/100 mm）焊接平台的涂层超导带材焊接工艺。采用该工艺及带材正面相对的搭接方式，进行了不同厚度和搭接长度的带材接头焊接。之后，采用四引线法在液氮环境中对接头进行了电性能测试，当搭接长度为14 cm时接头电阻低至6.3 nΩ。此外，通过金相光学显微镜和扫描电子显微镜对接头微观结构进行了扫描，获得了接头处焊料分布状态。
2018, 47(3):754-758.
摘要:
这次工作通过排水法研究了采用混合催化剂Co2B/ Pr6O11的硼氢化钠的水解过程。Co2B与Pr6O11的比例和混合催化剂Co2B/ Pr6O11的加入量对硼氢化钠放氢量的影响非常明显。当掺杂量在1-6%之间变化时,试样的放氢速率随着掺杂量先增加后减少。相比之下,混合催化剂Co2B/ Pr6O11的加入量以及混合比例对NaBH4的放氢量的影响并不明显。然而,NaBH4被Co2B / Pr6O11催化后,硼氢化钠的放氢量明显被改变了,所有的掺杂试样的放氢量在410-525ml之间。在所有试样中,掺杂4% (70%Co2B /30%Pr6O11)的试样具有最大的放氢速率540ml/min和最大的放氢量540ml.
这次工作通过排水法研究了采用混合催化剂Co2B/ Pr6O11的硼氢化钠的水解过程。Co2B与Pr6O11的比例和混合催化剂Co2B/ Pr6O11的加入量对硼氢化钠放氢量的影响非常明显。当掺杂量在1-6%之间变化时,试样的放氢速率随着掺杂量先增加后减少。相比之下,混合催化剂Co2B/ Pr6O11的加入量以及混合比例对NaBH4的放氢量的影响并不明显。然而,NaBH4被Co2B / Pr6O11催化后,硼氢化钠的放氢量明显被改变了,所有的掺杂试样的放氢量在410-525ml之间。在所有试样中,掺杂4% (70%Co2B /30%Pr6O11)的试样具有最大的放氢速率540ml/min和最大的放氢量540ml.
2018, 47(3):759-765.
摘要:
采用真空熔烧工艺在SiC陶瓷表面制备了三种化学成分的Mo-Ni-Si金属化涂层,研究涂层的相组成和涂层/SiC陶瓷界面的微结构。通过座滴法实验考察纯Ag在SiC陶瓷涂层上的润湿与铺展特性,分析和讨论了Ag/金属化SiC陶瓷体系的界面行为。实验结果表明,该金属化涂层主要由Mo5Si3, MoSi2, Ni2Si, NiSi2 和MoNiSi组成,同时随着涂层中Mo的摩尔比由20%增加至40%,位于涂层表面的具有四方结构的MoSi2晶粒逐渐消失。Ag对Mo20-Ni32-Si48、Mo30-Ni28-Si42、Mo40-Ni24-Si36金属化SiC陶瓷在1000 oC保温30分钟后对应的最终接触角分别为45o, 79o 和 85o,该结果与Ag滴和三种Mo-Ni-Si涂层之间的相互作用密切相关。同时在润湿试验前后,在Mo-Ni-Si涂层/SiC衬底界面没有发现明显的反应层。
采用真空熔烧工艺在SiC陶瓷表面制备了三种化学成分的Mo-Ni-Si金属化涂层,研究涂层的相组成和涂层/SiC陶瓷界面的微结构。通过座滴法实验考察纯Ag在SiC陶瓷涂层上的润湿与铺展特性,分析和讨论了Ag/金属化SiC陶瓷体系的界面行为。实验结果表明,该金属化涂层主要由Mo5Si3, MoSi2, Ni2Si, NiSi2 和MoNiSi组成,同时随着涂层中Mo的摩尔比由20%增加至40%,位于涂层表面的具有四方结构的MoSi2晶粒逐渐消失。Ag对Mo20-Ni32-Si48、Mo30-Ni28-Si42、Mo40-Ni24-Si36金属化SiC陶瓷在1000 oC保温30分钟后对应的最终接触角分别为45o, 79o 和 85o,该结果与Ag滴和三种Mo-Ni-Si涂层之间的相互作用密切相关。同时在润湿试验前后,在Mo-Ni-Si涂层/SiC衬底界面没有发现明显的反应层。
2018, 47(3):766-772.
摘要:
本文采用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）-1，6-己二醇二丙烯酸酯非水基凝胶注模体系制备了浓Mo/Cu粉末浆料。研究了分散剂用量、单体含量和固相体积分数对浆料流变行为的影响。并研究了单体含量、单体/交联剂比例、引发剂用量、温度等工艺参数对固化行为和坯体抗弯强度的影响。结果表明，固相体积分数对浆料就变行为的影响最大，其次是引发剂用量和单体含量。随着单体含量的增加和单体/交联剂比例的减小，坯体抗弯强度增加；引发剂用量对坯体抗弯强度的影响较小。根据上述结果，Mo/Cu粉末非水基凝胶注模的合理工艺参数如下：HEMA含量为25 vol.% ~ 30 vol.%， 单体/交联剂比例为10：1 ～ 15：1，引发剂用量为1.5 vol.% ~ 2.5 vol.%，固化温度在60℃与80℃之间。
本文采用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）-1，6-己二醇二丙烯酸酯非水基凝胶注模体系制备了浓Mo/Cu粉末浆料。研究了分散剂用量、单体含量和固相体积分数对浆料流变行为的影响。并研究了单体含量、单体/交联剂比例、引发剂用量、温度等工艺参数对固化行为和坯体抗弯强度的影响。结果表明，固相体积分数对浆料就变行为的影响最大，其次是引发剂用量和单体含量。随着单体含量的增加和单体/交联剂比例的减小，坯体抗弯强度增加；引发剂用量对坯体抗弯强度的影响较小。根据上述结果，Mo/Cu粉末非水基凝胶注模的合理工艺参数如下：HEMA含量为25 vol.% ~ 30 vol.%， 单体/交联剂比例为10：1 ～ 15：1，引发剂用量为1.5 vol.% ~ 2.5 vol.%，固化温度在60℃与80℃之间。
2018, 47(3):773-779.
摘要:
本研究采用粉末冶金法制备了Mg-6%Zn-1%Y生物医用镁合金并进行了热挤压变形处理。挤压后的样品在150°C下分别时效24h和72h。对实验用合金的显微组织和腐蚀行为进行了研究。显微组织结果表明，合金包含α-Mg, MgZn, MgZn2和Mg3YZn6（I相）。热挤压工艺显著细化晶粒并提高了合金的力学性能和耐腐蚀性能。其中热挤压后合金的压缩强度在365~399MPa之间，且浸泡实验中的析氢量低于烧结态合金。另外，由于更均匀的腐蚀行为，时效72h的合金分别在浸泡实验和动电位极化实验中显示出更低的腐蚀速率和腐蚀电流密度，并在电化学阻抗谱(EIS)中获得了较高的电阻值(Rp)，结果表明，时效72h合金较其他3种合金具有更优异的腐蚀性能。
本研究采用粉末冶金法制备了Mg-6%Zn-1%Y生物医用镁合金并进行了热挤压变形处理。挤压后的样品在150°C下分别时效24h和72h。对实验用合金的显微组织和腐蚀行为进行了研究。显微组织结果表明，合金包含α-Mg, MgZn, MgZn2和Mg3YZn6（I相）。热挤压工艺显著细化晶粒并提高了合金的力学性能和耐腐蚀性能。其中热挤压后合金的压缩强度在365~399MPa之间，且浸泡实验中的析氢量低于烧结态合金。另外，由于更均匀的腐蚀行为，时效72h的合金分别在浸泡实验和动电位极化实验中显示出更低的腐蚀速率和腐蚀电流密度，并在电化学阻抗谱(EIS)中获得了较高的电阻值(Rp)，结果表明，时效72h合金较其他3种合金具有更优异的腐蚀性能。
2018, 47(3):780-787.
摘要:
采用圆柱状搅拌针及带螺纹圆柱状搅拌针,进行了5 mm厚度2195-T8铝锂合金板材的摩擦搅拌焊接,研究了旋转速度及焊接速度对接头拉伸性能的影响,并检测了接头组织。采用圆柱状搅拌针(旋转速度1000 r/min)进行焊接,当焊接速度不当时,产生贯穿焊缝的连续孔洞,导致接头强度较低。采用带螺纹圆柱状搅拌针进行焊接(焊接速度120 mm/min)时,可消除上述孔洞缺陷,且随旋转速度由700 r/min增加至1100 r/min,接头强度增加。焊核区晶粒发生再结晶,但晶粒尺寸分布不均匀；从焊核区顶部至底部,晶粒尺寸降低；紧邻热机影响区的焊核区晶粒尺寸小于中心焊核区。焊核区T1 (Al2CuLi)相和q￠ (Al2Cu)相完全溶解,而热机影响区所有q￠相及大部分T1相溶解。另外,在焊核心区形成较多位错。
采用圆柱状搅拌针及带螺纹圆柱状搅拌针,进行了5 mm厚度2195-T8铝锂合金板材的摩擦搅拌焊接,研究了旋转速度及焊接速度对接头拉伸性能的影响,并检测了接头组织。采用圆柱状搅拌针(旋转速度1000 r/min)进行焊接,当焊接速度不当时,产生贯穿焊缝的连续孔洞,导致接头强度较低。采用带螺纹圆柱状搅拌针进行焊接(焊接速度120 mm/min)时,可消除上述孔洞缺陷,且随旋转速度由700 r/min增加至1100 r/min,接头强度增加。焊核区晶粒发生再结晶,但晶粒尺寸分布不均匀；从焊核区顶部至底部,晶粒尺寸降低；紧邻热机影响区的焊核区晶粒尺寸小于中心焊核区。焊核区T1 (Al2CuLi)相和q￠ (Al2Cu)相完全溶解,而热机影响区所有q￠相及大部分T1相溶解。另外,在焊核心区形成较多位错。
2018, 47(3):788-793.
摘要:
在钛合金与陶瓷粉末之间引入厚度从0.5mm到1.5mm的中间钛片,采用自蔓延离心熔铸工艺快速制备出了TiB2基陶瓷/钛合金梯度复合材料,经过XRD, FESEM 和 EDS分析表明,添加钛片对陶瓷相没有明显的影响,但随着中间钛片厚度的增加,不仅细化陶瓷基体并改善其组织均匀性,而且增加了梯度界面厚度,减小甚至消除了钛合金基底热影响区。同时,热真空条件下液态陶瓷与钛合金之间发生熔化连接和原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB2与Ti液的包晶反应 ,TiB自Ti液中的析晶反应和TiB与Ti液的共晶反应,实现了TiB2的消减及TiB的生长,不仅改善了界面的残余应力,而且获得了陶瓷/钛合金多尺度多层次复合。界面组织结构的梯度演化与陶瓷/钛合金的热匹配不仅使梯度材料的硬度呈连续变化,而且使界面剪切强度达到了316±25 MPa。
在钛合金与陶瓷粉末之间引入厚度从0.5mm到1.5mm的中间钛片,采用自蔓延离心熔铸工艺快速制备出了TiB2基陶瓷/钛合金梯度复合材料,经过XRD, FESEM 和 EDS分析表明,添加钛片对陶瓷相没有明显的影响,但随着中间钛片厚度的增加,不仅细化陶瓷基体并改善其组织均匀性,而且增加了梯度界面厚度,减小甚至消除了钛合金基底热影响区。同时,热真空条件下液态陶瓷与钛合金之间发生熔化连接和原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB2与Ti液的包晶反应 ,TiB自Ti液中的析晶反应和TiB与Ti液的共晶反应,实现了TiB2的消减及TiB的生长,不仅改善了界面的残余应力,而且获得了陶瓷/钛合金多尺度多层次复合。界面组织结构的梯度演化与陶瓷/钛合金的热匹配不仅使梯度材料的硬度呈连续变化,而且使界面剪切强度达到了316±25 MPa。
2018, 47(3):794-798.
摘要:
采用不同的热处理工艺制备出Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe合金板材，用OM、TEM分析了合金样品的显微组织，用静态高压釜进行了360℃/18.6MPa/0.01mol/LLiOH水溶液和400℃/10.3MPa蒸汽腐蚀试验。结果表明，随着热轧温度从600℃增加至700℃，第二相分布均匀性逐渐变差，第二相主要为C14型HCP-Zr(Nb,Fe)2；热轧前时效改善第二相分布均匀性的同时，促进Nb的扩散，相应增加了βNb的数量，延长最终退火时间对第二相分布影响不大，但增加了第二相中的Nb/Fe比；合金在两种水化学介质中的耐腐蚀性能随热轧温度升高而降低，热轧前时效能改善合金的耐腐蚀性能，延长最终退火时间，提高了合金在LiOH溶液中的耐腐蚀性能，但对合金在过热蒸汽中腐蚀不利；分析了显微组织与耐腐蚀性能的关系，认为第二相尺寸分布、Nb含量是影响Zr-Sn-Nb-Fe锆合金耐腐蚀性能差异的主要原因。
采用不同的热处理工艺制备出Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe合金板材，用OM、TEM分析了合金样品的显微组织，用静态高压釜进行了360℃/18.6MPa/0.01mol/LLiOH水溶液和400℃/10.3MPa蒸汽腐蚀试验。结果表明，随着热轧温度从600℃增加至700℃，第二相分布均匀性逐渐变差，第二相主要为C14型HCP-Zr(Nb,Fe)2；热轧前时效改善第二相分布均匀性的同时，促进Nb的扩散，相应增加了βNb的数量，延长最终退火时间对第二相分布影响不大，但增加了第二相中的Nb/Fe比；合金在两种水化学介质中的耐腐蚀性能随热轧温度升高而降低，热轧前时效能改善合金的耐腐蚀性能，延长最终退火时间，提高了合金在LiOH溶液中的耐腐蚀性能，但对合金在过热蒸汽中腐蚀不利；分析了显微组织与耐腐蚀性能的关系，认为第二相尺寸分布、Nb含量是影响Zr-Sn-Nb-Fe锆合金耐腐蚀性能差异的主要原因。
2018, 47(3):799-802.
摘要:
采用组织分析和拉伸试验,研究了时效硬化Mg-10Y-1.5Sm(质量分数,%)合金抗拉强度的稳定性。结果表明,Mg-10Y-1.5Sm合金的显微组织由α-Mg基体和Mg24Y5相组成,没有发现含Sm相的生成。随着温度从20 oC升高到300 oC,合金的抗拉强度均高于200 MPa,没有明显变化。合金强度对温度不敏感,变化幅度低于10 MPa。其抗拉强度稳定性优于发展最为成功的商用耐热镁合金WE54,原因可主要归结于因Sm固溶而增强的强化相Mg24Y5硬度的稳定性。
采用组织分析和拉伸试验,研究了时效硬化Mg-10Y-1.5Sm(质量分数,%)合金抗拉强度的稳定性。结果表明,Mg-10Y-1.5Sm合金的显微组织由α-Mg基体和Mg24Y5相组成,没有发现含Sm相的生成。随着温度从20 oC升高到300 oC,合金的抗拉强度均高于200 MPa,没有明显变化。合金强度对温度不敏感,变化幅度低于10 MPa。其抗拉强度稳定性优于发展最为成功的商用耐热镁合金WE54,原因可主要归结于因Sm固溶而增强的强化相Mg24Y5硬度的稳定性。
2018, 47(3):803-809.
摘要:
采用SEM和XRD研究了Ti对高硼钢组织的影响。采用冲击试验机、热力学模拟实验机、氧化增重法分析了Ti对实验钢室温冲击性能及850℃高温力学性能、抗氧化性能的影响。结果表明,添加Ti后,高硼钢基体内的硼化物形态圆整、分布呈离散状,硼化物尺寸大幅减小,这种硼化物形态、分布的优化提高了实验钢的室温冲击韧性；高硼钢中添加的Ti在基体内形成了TiC析出相,并使实验钢基体由单一奥氏体转变为奥氏体+铁素体双相组织。添加Ti元素后,B含量较低时提高B含量可以增加材料的高温力学性能,但B含量较高时,高温力强度变化不大。B含量为0.33wt.%时,材料的高温力学性能最佳。添加Ti前后的实验钢的850℃氧化测试结果均符合GB/T 13303-1991中2级“抗氧化性”标准,Ti的加入有利于材料高温抗氧化性能的提高。
采用SEM和XRD研究了Ti对高硼钢组织的影响。采用冲击试验机、热力学模拟实验机、氧化增重法分析了Ti对实验钢室温冲击性能及850℃高温力学性能、抗氧化性能的影响。结果表明,添加Ti后,高硼钢基体内的硼化物形态圆整、分布呈离散状,硼化物尺寸大幅减小,这种硼化物形态、分布的优化提高了实验钢的室温冲击韧性；高硼钢中添加的Ti在基体内形成了TiC析出相,并使实验钢基体由单一奥氏体转变为奥氏体+铁素体双相组织。添加Ti元素后,B含量较低时提高B含量可以增加材料的高温力学性能,但B含量较高时,高温力强度变化不大。B含量为0.33wt.%时,材料的高温力学性能最佳。添加Ti前后的实验钢的850℃氧化测试结果均符合GB/T 13303-1991中2级“抗氧化性”标准,Ti的加入有利于材料高温抗氧化性能的提高。
2018, 47(3):810-815.
摘要:
本文采用Gleeble3800热压缩模拟试验机研究了新型超高强韧TB17钛合金775℃~905℃温度范围内、应变速率0.001s-1~10s-1条件下的热变形行为。分析了该合金在热变形过程中流变应力软化特点及显微组织演变规律，建立了该合金Arrhenius型本构方程。试验结果表明：采用不同变形温度，TB17钛合金峰值应力对应变速率敏感程度不同，在相变温度以下变形时，峰值应力对低应变速率敏感，而在相变温度以上变形，峰值应力对高应变速率敏感。应变速率对TB17钛合金显微组织具有重要影响，合金应变速率大于0.1s-1时，以发生动态回复为主，而应变速率为0.001 s-1~0.1s-1时以发生动态再结晶为主；降低应变速率有利于动态再结晶发生，合金在应变速率0.001s-1时可获得约25μmβ的晶粒。变形温度对动态再结晶具有重要影响，在相变温度以下变形仅发生初生α相再结晶，而相变温度以上变形则发生β相动态再结晶。TB17钛合金相变点温度以下的热变形激活能为538.4KJ/mol，相变点温度以上的热变形激活能为397.4KJ/mol，该合金在775℃~905℃热变形软化机制为晶界滑移机制。
本文采用Gleeble3800热压缩模拟试验机研究了新型超高强韧TB17钛合金775℃~905℃温度范围内、应变速率0.001s-1~10s-1条件下的热变形行为。分析了该合金在热变形过程中流变应力软化特点及显微组织演变规律，建立了该合金Arrhenius型本构方程。试验结果表明：采用不同变形温度，TB17钛合金峰值应力对应变速率敏感程度不同，在相变温度以下变形时，峰值应力对低应变速率敏感，而在相变温度以上变形，峰值应力对高应变速率敏感。应变速率对TB17钛合金显微组织具有重要影响，合金应变速率大于0.1s-1时，以发生动态回复为主，而应变速率为0.001 s-1~0.1s-1时以发生动态再结晶为主；降低应变速率有利于动态再结晶发生，合金在应变速率0.001s-1时可获得约25μmβ的晶粒。变形温度对动态再结晶具有重要影响，在相变温度以下变形仅发生初生α相再结晶，而相变温度以上变形则发生β相动态再结晶。TB17钛合金相变点温度以下的热变形激活能为538.4KJ/mol，相变点温度以上的热变形激活能为397.4KJ/mol，该合金在775℃~905℃热变形软化机制为晶界滑移机制。
2018, 47(3):816-821.
摘要:
利用Gleeble-3800型热模拟试验机对铸态TiAl-3Ta-x(Cr,W)合金合金进行了等温热压缩试验,研究了该合金在1150~1300℃及0.1~1s-1应变速率下的高温变形后的开裂机理。结果表明：铸态合金表面开裂主要以45°剪切开裂和纵向自由表面开裂断裂形貌为主,但起裂位置不同；合金的热变形损伤以及开裂行为对热加工参数极为敏感,且其开裂程度随着变形温度的降低、应变速率的增加以及变形量的增加而变化。合金在高温高应变速率下热变形,易在晶界附近形成高密度位错,变形位错与滑移带等微缺陷,并在进一步变形中形成微裂纹。微裂纹沿着β晶界,α2/γ片层内,在相邻晶粒之间,晶界与晶内等位置形核。
利用Gleeble-3800型热模拟试验机对铸态TiAl-3Ta-x(Cr,W)合金合金进行了等温热压缩试验,研究了该合金在1150~1300℃及0.1~1s-1应变速率下的高温变形后的开裂机理。结果表明：铸态合金表面开裂主要以45°剪切开裂和纵向自由表面开裂断裂形貌为主,但起裂位置不同；合金的热变形损伤以及开裂行为对热加工参数极为敏感,且其开裂程度随着变形温度的降低、应变速率的增加以及变形量的增加而变化。合金在高温高应变速率下热变形,易在晶界附近形成高密度位错,变形位错与滑移带等微缺陷,并在进一步变形中形成微裂纹。微裂纹沿着β晶界,α2/γ片层内,在相邻晶粒之间,晶界与晶内等位置形核。
2018, 47(3):822-828.
摘要:
采用纳米压痕仪和扫描探针显微镜对Mo-Nb合金单晶(110)、(111)、(112)晶面的载荷-位移曲线、压痕形貌、纳米硬度-加载深度以及弹性回复率的变化进行了研究。结果表明，Mo-Nb单晶具有较好的塑性变形能力，Mo-Nb单晶的各晶面在加载和卸载过程中分别经历了弹性变形和塑性变形阶段，荷载-位移曲线未出现突进或突退现象，表明在加载和卸载过程中压痕内部未产生裂纹或脆性断裂；材料的残余压痕呈现凸起形貌，表明Mo-Nb单晶有相对较低的加工应变硬化趋势；采用连续刚度法测量了Mo-Nb单晶的纳米硬度和弹性模量，三个晶面的纳米硬度均呈现出随着加载深度的增加而减小的趋势，表现出明显的压痕尺寸效应；三个晶面纳米硬度和弹性模量的大小关系为: (110)晶面＞(112)晶面＞(111)晶面；基于Nix-Gao模型计算了(110)、(111)、(112)晶面的无压痕尺寸效应时的纳米硬度(H_0)分别为3.96GPa、2.61Gpa和3.47GPa，尺寸效应因子(i)分别为0.18、0.16和0.18，微观特征长度(h^*)分别为1196nm、2753nm和1559nm。压入深度小于微观特征长度时，Mo-Nb单晶具有明显的尺寸效应，压入深度超过该长度时，尺寸效应将减弱，当压入深度分别超过4106nm、5645nm和4693nm时，纳米压痕尺寸效应将消失。
采用纳米压痕仪和扫描探针显微镜对Mo-Nb合金单晶(110)、(111)、(112)晶面的载荷-位移曲线、压痕形貌、纳米硬度-加载深度以及弹性回复率的变化进行了研究。结果表明，Mo-Nb单晶具有较好的塑性变形能力，Mo-Nb单晶的各晶面在加载和卸载过程中分别经历了弹性变形和塑性变形阶段，荷载-位移曲线未出现突进或突退现象，表明在加载和卸载过程中压痕内部未产生裂纹或脆性断裂；材料的残余压痕呈现凸起形貌，表明Mo-Nb单晶有相对较低的加工应变硬化趋势；采用连续刚度法测量了Mo-Nb单晶的纳米硬度和弹性模量，三个晶面的纳米硬度均呈现出随着加载深度的增加而减小的趋势，表现出明显的压痕尺寸效应；三个晶面纳米硬度和弹性模量的大小关系为: (110)晶面＞(112)晶面＞(111)晶面；基于Nix-Gao模型计算了(110)、(111)、(112)晶面的无压痕尺寸效应时的纳米硬度(H_0)分别为3.96GPa、2.61Gpa和3.47GPa，尺寸效应因子(i)分别为0.18、0.16和0.18，微观特征长度(h^*)分别为1196nm、2753nm和1559nm。压入深度小于微观特征长度时，Mo-Nb单晶具有明显的尺寸效应，压入深度超过该长度时，尺寸效应将减弱，当压入深度分别超过4106nm、5645nm和4693nm时，纳米压痕尺寸效应将消失。
2018, 47(3):829-834.
摘要:
利用平板撞击实验和样品软回收技术，结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段，研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb两种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。实验表明：Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金，其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展，而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生，Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。
利用平板撞击实验和样品软回收技术，结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段，研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb两种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。实验表明：Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金，其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展，而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生，Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。
2018, 47(3):835-839.
摘要:
依据粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热模拟压缩实验结果,研究了变形温度为950-1150oC、应变速率为0.001-0.1s-1条件下材料的流变力学行为。采用Poliak和Jonas所提出的临界条件动力学理论,确定了动态再结晶临界应变(εc)和临界应力(σc),揭示了变形温度与应变速率对εc和σc的影响规律。结果表明,温度补偿应变速率因子Z与εc、σc、εp(峰值应变)和σp(峰值应力)间的关系可以采用指数函数形式描述。建立了该合金动态再结晶临界发生模型：εc=1.2×10-3Z0.147,动态再结晶临界应变与流变应力曲线峰值应变的比值约为0.73。根据对模型的分析表明,临界应变与Z参数之间呈现正相关性,随着Z参数的减小(变形温度升高或应变速率降低),材料发生动态再结晶的临界应变减小,说明随着变形温度的升高与应变速率的下降,能够促进动态再结晶行为的发生,并通过对热变形后微观组织的观察,验证了所建立动态再结晶临界模型的可靠性。
依据粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热模拟压缩实验结果,研究了变形温度为950-1150oC、应变速率为0.001-0.1s-1条件下材料的流变力学行为。采用Poliak和Jonas所提出的临界条件动力学理论,确定了动态再结晶临界应变(εc)和临界应力(σc),揭示了变形温度与应变速率对εc和σc的影响规律。结果表明,温度补偿应变速率因子Z与εc、σc、εp(峰值应变)和σp(峰值应力)间的关系可以采用指数函数形式描述。建立了该合金动态再结晶临界发生模型：εc=1.2×10-3Z0.147,动态再结晶临界应变与流变应力曲线峰值应变的比值约为0.73。根据对模型的分析表明,临界应变与Z参数之间呈现正相关性,随着Z参数的减小(变形温度升高或应变速率降低),材料发生动态再结晶的临界应变减小,说明随着变形温度的升高与应变速率的下降,能够促进动态再结晶行为的发生,并通过对热变形后微观组织的观察,验证了所建立动态再结晶临界模型的可靠性。
2018, 47(3):840-845.
摘要:
本文采用扫描电子显微镜、能谱分析、X射线衍射分析等手段研究了DD6单晶合金与陶瓷型壳的界面反应。实验结果表明,DD6高温合金与Al2O3型壳的黑色界面反应产物主要是α-Al2O3,并伴有FeCr2O4, (Fe, Ni)固溶体等多种成分相,界面反应层的厚度一般为5~6μm；界面反应后陶瓷型壳内表面出现了TaO, NiO, HfO2等多种反应产物；降低表面粗糙度、控制型壳矿化剂中的Fe2O3杂质含量,能够有效抑制界面反应的产生。
本文采用扫描电子显微镜、能谱分析、X射线衍射分析等手段研究了DD6单晶合金与陶瓷型壳的界面反应。实验结果表明,DD6高温合金与Al2O3型壳的黑色界面反应产物主要是α-Al2O3,并伴有FeCr2O4, (Fe, Ni)固溶体等多种成分相,界面反应层的厚度一般为5~6μm；界面反应后陶瓷型壳内表面出现了TaO, NiO, HfO2等多种反应产物；降低表面粗糙度、控制型壳矿化剂中的Fe2O3杂质含量,能够有效抑制界面反应的产生。
2018, 47(3):846-852.
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对Ni-Mo二元化合物Ni4Mo、Ni3Mo(DOa)、Ni3Mo(DO22)、Ni2Mo力学性能和电子结构的影响。研究表明：0~40GPa压力范围内，随着压力的增大，相对体积V/V0不断减小且趋势减缓；形成热均为负值，且随着压力的增大形成热减小，说明增大压力可提高化合物的合金化能力；体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H的计算结果表明压力可提高四种化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度，另外，B/G和泊松比ν表明所有化合物均为延性和塑性的；进行态密度的分析，阐明增大压力可提高四种化合物的稳定性及硬度。
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对Ni-Mo二元化合物Ni4Mo、Ni3Mo(DOa)、Ni3Mo(DO22)、Ni2Mo力学性能和电子结构的影响。研究表明：0~40GPa压力范围内，随着压力的增大，相对体积V/V0不断减小且趋势减缓；形成热均为负值，且随着压力的增大形成热减小，说明增大压力可提高化合物的合金化能力；体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H的计算结果表明压力可提高四种化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度，另外，B/G和泊松比ν表明所有化合物均为延性和塑性的；进行态密度的分析，阐明增大压力可提高四种化合物的稳定性及硬度。
2018, 47(3):853-859.
摘要:
采用分子动力学方法模拟不同应变率下纳米单晶γ-TiAl合金中裂纹的扩展,利用速度加载方式对预置裂纹的单晶γ-TiAl合金进行动态单向拉伸,模拟过程中施加应变率为5.0*107S-1~7.5*109 S-1。研究结果表明：不同的应变率范围下裂纹的扩展形式差异很大。在不敏感区(≤4*108S-1),裂纹呈解理扩展；在敏感区(4.0*108S-1＜应变率≤1.0*109S-1),前期呈现解理扩展特征,后期裂纹扩展通过裂尖发射滑移位错,位错塞积萌生空洞,空洞形核长大形成子裂纹,应变率≤5.0*108 S-1时,子裂纹发生偏向,与主裂纹呈45度方向串接,5.0*108 S-1＜应变率≤1.0*109S-1时,子裂纹与主裂纹同向串接,最终导致裂纹扩展直至断裂；在突变区(≥1.0*109 S-1),因应变强化作用使裂纹不在应力最大时刻启裂,出现裂纹扩展后应力持续增加一段时间后减小的现象,高应变率导致裂尖前端多处区域的原子结构局部非晶化,最终在原子结构混乱处萌生微裂纹,微裂纹扩展导致“试件”多处开裂。
采用分子动力学方法模拟不同应变率下纳米单晶γ-TiAl合金中裂纹的扩展,利用速度加载方式对预置裂纹的单晶γ-TiAl合金进行动态单向拉伸,模拟过程中施加应变率为5.0*107S-1~7.5*109 S-1。研究结果表明：不同的应变率范围下裂纹的扩展形式差异很大。在不敏感区(≤4*108S-1),裂纹呈解理扩展；在敏感区(4.0*108S-1＜应变率≤1.0*109S-1),前期呈现解理扩展特征,后期裂纹扩展通过裂尖发射滑移位错,位错塞积萌生空洞,空洞形核长大形成子裂纹,应变率≤5.0*108 S-1时,子裂纹发生偏向,与主裂纹呈45度方向串接,5.0*108 S-1＜应变率≤1.0*109S-1时,子裂纹与主裂纹同向串接,最终导致裂纹扩展直至断裂；在突变区(≥1.0*109 S-1),因应变强化作用使裂纹不在应力最大时刻启裂,出现裂纹扩展后应力持续增加一段时间后减小的现象,高应变率导致裂尖前端多处区域的原子结构局部非晶化,最终在原子结构混乱处萌生微裂纹,微裂纹扩展导致“试件”多处开裂。
2018, 47(3):860-866.
摘要:
在热力学模拟Incoloy825合金成分范围内不同Al、Ti含量对合金析出相析出规律的基础上，采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察了合金显微组织和腐蚀试样的表面形貌，采用电化学工作站和静态失重法测试了合金在1mol/L、3mol/L HCl溶液中的动电位极化曲线、电化学阻抗谱和腐蚀速率。结果表明，终锻温度下Incoloy825合金由基体γ相和少量Ti(C,N)析出相组成。随着Al、Ti含量提高，块状Ti(C,N)析出量增加，组织细化；锻态Incoloy825合金的腐蚀电流密度增大，耐蚀性下降，发生点蚀的倾向增大。合金的腐蚀优先从组织中块状Ti(C,N)部位出现点蚀。随着Al、Ti含量提高，合金表面的腐蚀产物逐渐由致密变得疏松多孔，对基体的保护作用下降。
在热力学模拟Incoloy825合金成分范围内不同Al、Ti含量对合金析出相析出规律的基础上，采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察了合金显微组织和腐蚀试样的表面形貌，采用电化学工作站和静态失重法测试了合金在1mol/L、3mol/L HCl溶液中的动电位极化曲线、电化学阻抗谱和腐蚀速率。结果表明，终锻温度下Incoloy825合金由基体γ相和少量Ti(C,N)析出相组成。随着Al、Ti含量提高，块状Ti(C,N)析出量增加，组织细化；锻态Incoloy825合金的腐蚀电流密度增大，耐蚀性下降，发生点蚀的倾向增大。合金的腐蚀优先从组织中块状Ti(C,N)部位出现点蚀。随着Al、Ti含量提高，合金表面的腐蚀产物逐渐由致密变得疏松多孔，对基体的保护作用下降。
2018, 47(3):867-870.
摘要:
利用实验室自主搭建的电子束热疲劳测试系统，研究了再结晶态钨在功率为141.5 MW/m2，不同循环次数下热疲劳损伤性能的变化规律。采用扫描电子显微镜（SEM）观测了损伤后表面形貌的变化，采用了原子力显微镜（AFM）观测了损伤表面的三维形貌的变化，同时也可以测出损伤表面粗糙度，采用了显微硬度计，测试了热疲劳损伤后晶粒表面显微硬度的变化。结果表明：随循环次数的增加，钨热疲劳损伤加剧，当循环为1000次时，钨表面已经有熔融的形貌出现；测得损伤表面的粗糙度随循环次数呈近似线性变化；损伤之后的显微硬度先升高后降低，主要是由于存在疲劳硬化的现象。
利用实验室自主搭建的电子束热疲劳测试系统，研究了再结晶态钨在功率为141.5 MW/m2，不同循环次数下热疲劳损伤性能的变化规律。采用扫描电子显微镜（SEM）观测了损伤后表面形貌的变化，采用了原子力显微镜（AFM）观测了损伤表面的三维形貌的变化，同时也可以测出损伤表面粗糙度，采用了显微硬度计，测试了热疲劳损伤后晶粒表面显微硬度的变化。结果表明：随循环次数的增加，钨热疲劳损伤加剧，当循环为1000次时，钨表面已经有熔融的形貌出现；测得损伤表面的粗糙度随循环次数呈近似线性变化；损伤之后的显微硬度先升高后降低，主要是由于存在疲劳硬化的现象。
2018, 47(3):871-877.
摘要:
利用金相显微镜、拉伸测试、SEM、TEM、STEM-HAADF等手段研究了微量Mn的添加对2297铝锂合金微观组织与力学性能的影响。结果表明，Mn在2297铝锂合金中主要以AlCuMn棒状弥散粒子和Al（CuMnFe）粗大相形式存在，并且相比Mn-free合金，2297合金中粗大相尺寸较小，分布均匀，因而合金的拉伸强度得到提高；研究表明Mn的添加没有影响Al3Zr粒子的析出行为，尽管析出了AlCuMn棒状弥散相，但整体上没有改变2297合金的再结晶程度。
利用金相显微镜、拉伸测试、SEM、TEM、STEM-HAADF等手段研究了微量Mn的添加对2297铝锂合金微观组织与力学性能的影响。结果表明，Mn在2297铝锂合金中主要以AlCuMn棒状弥散粒子和Al（CuMnFe）粗大相形式存在，并且相比Mn-free合金，2297合金中粗大相尺寸较小，分布均匀，因而合金的拉伸强度得到提高；研究表明Mn的添加没有影响Al3Zr粒子的析出行为，尽管析出了AlCuMn棒状弥散相，但整体上没有改变2297合金的再结晶程度。
2018, 47(3):878-883.
摘要:
在温度950~1200℃、应变速率0.13~6.5s-1及工程应变50%的条件下,利用Gleeble-3500TM热模拟试验机对喷射成形GH738合金进行热压缩试验,研究了合金的热流变行为并建立了流变本构关系,结合显微组织分析及统计技术研究了合金的组织演变情况。结果表明,流变应力随温度的升高和应变速率的减小而降低。合金热变形激活能为580.81kjmol-1。随着形变温度的升高,高位错密度处晶界弓出形核使晶界“锯齿”化并形成项链组织,在1100℃获得完全动态再结晶组织,随温度继续升高及应变速率的降低组织明显长大。
在温度950~1200℃、应变速率0.13~6.5s-1及工程应变50%的条件下,利用Gleeble-3500TM热模拟试验机对喷射成形GH738合金进行热压缩试验,研究了合金的热流变行为并建立了流变本构关系,结合显微组织分析及统计技术研究了合金的组织演变情况。结果表明,流变应力随温度的升高和应变速率的减小而降低。合金热变形激活能为580.81kjmol-1。随着形变温度的升高,高位错密度处晶界弓出形核使晶界“锯齿”化并形成项链组织,在1100℃获得完全动态再结晶组织,随温度继续升高及应变速率的降低组织明显长大。
2018, 47(3):884-894.
摘要:
以AZ31镁合金在热压缩过程中微观组织演变为基础，结合元胞自动机模型，建立了镁合金变形过程中再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。通过对铸态AZ31镁合金在不同变形条件下的热压缩实验，推导出镁合金的位错密度模型、临界位错密度模型、形核率模型和晶粒长大模型，结合元胞自动机具体演变规则，建立元胞自动机模型，并用应力应变曲线及晶粒大小方面验证元胞自动机的模拟结果，验证该模型的准确性，结合实验数据和JMAK理论，推导出再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型，借助DEFORM-3D分析软件得到镁合金在变形过程中，晶粒尺寸分布的变化情况以及动态再结晶百分数分布的变化情况。
以AZ31镁合金在热压缩过程中微观组织演变为基础，结合元胞自动机模型，建立了镁合金变形过程中再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。通过对铸态AZ31镁合金在不同变形条件下的热压缩实验，推导出镁合金的位错密度模型、临界位错密度模型、形核率模型和晶粒长大模型，结合元胞自动机具体演变规则，建立元胞自动机模型，并用应力应变曲线及晶粒大小方面验证元胞自动机的模拟结果，验证该模型的准确性，结合实验数据和JMAK理论，推导出再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型，借助DEFORM-3D分析软件得到镁合金在变形过程中，晶粒尺寸分布的变化情况以及动态再结晶百分数分布的变化情况。
2018, 47(3):895-903.
摘要:
选择典型牌号654SMO和C-276,对高Mo超级奥氏体不锈钢和Ni-Cr-Mo镍基合金的析出相进行研究,对不同时效条件下654SMO和C-276进行组织观察、EDS及相分析,结果表明,虽然654SMO和C-276均含有较高的Cr、Mo含量,但由于其合金体系不同,其析出相种类形态各异,主要研究结果有：(1)654SMO有8种第二相析出,分别为：σ相、Cr2N、μ相、χ相、Laves相、M23C6、M6C和M3C；(2)654SMO钢的主要有害析出相为σ相、Cr2N,其析出相的析出峰值温度为900℃；(3) C-276合金的主要析出相是M6C与μ相,在本文时效条件下,并未出现σ相析出。
选择典型牌号654SMO和C-276,对高Mo超级奥氏体不锈钢和Ni-Cr-Mo镍基合金的析出相进行研究,对不同时效条件下654SMO和C-276进行组织观察、EDS及相分析,结果表明,虽然654SMO和C-276均含有较高的Cr、Mo含量,但由于其合金体系不同,其析出相种类形态各异,主要研究结果有：(1)654SMO有8种第二相析出,分别为：σ相、Cr2N、μ相、χ相、Laves相、M23C6、M6C和M3C；(2)654SMO钢的主要有害析出相为σ相、Cr2N,其析出相的析出峰值温度为900℃；(3) C-276合金的主要析出相是M6C与μ相,在本文时效条件下,并未出现σ相析出。
2018, 47(3):904-909.
摘要:
摘要:采用C型环实验研究了2205双相不锈钢在饱和H2S环境下的应力腐蚀行为及开裂机理。研究结果表明,2205双相不锈钢在NACE标准A溶液中有良好的抗应力腐蚀能力。通过OM、SEM、EDS及电化学手段分析得出2205双相不锈钢的应力腐蚀开裂经历了表面点蚀,蚀坑形成,H2S解离,H原子吸附并从蚀坑位置扩散进入金属基体,在金属基体中聚集,通过氢致开裂机制导致裂纹萌生,并逐渐扩展。
摘要:采用C型环实验研究了2205双相不锈钢在饱和H2S环境下的应力腐蚀行为及开裂机理。研究结果表明,2205双相不锈钢在NACE标准A溶液中有良好的抗应力腐蚀能力。通过OM、SEM、EDS及电化学手段分析得出2205双相不锈钢的应力腐蚀开裂经历了表面点蚀,蚀坑形成,H2S解离,H原子吸附并从蚀坑位置扩散进入金属基体,在金属基体中聚集,通过氢致开裂机制导致裂纹萌生,并逐渐扩展。
2018, 47(3):976-981.
摘要:
通过在真空和氢气环境下的拉伸实验，研究了硼含量对有序态(Fe,Co)3V合金力学性能和环境氢脆的影响。研究结果表明，当在有序态(Fe,Co)3V合金中添加0.02 wt.%B时，相对于无硼合金，合金的晶粒尺寸减小了27.5 %，合金在真空和氢气中的抗拉强度和延伸率均达到最大值；而当硼含量继续增加时，合金的晶粒尺寸、合金在真空和氢气中的力学性能均保持不变。无硼有序态(Fe,Co)3V合金在氢气中呈现严重的环境氢脆，当在合金中添加0.02 wt.%B后，合金氢脆因子降低了34.4 %，合金的断口形貌由完全沿晶断口转变为穿晶和沿晶的混合断口；当合金中的硼含量继续增加时，合金的氢脆因子不再降低，恒定在50 %左右，即硼原子只能部分抑制有序态(Fe,Co)3V合金在氢气中的环境氢脆。
通过在真空和氢气环境下的拉伸实验，研究了硼含量对有序态(Fe,Co)3V合金力学性能和环境氢脆的影响。研究结果表明，当在有序态(Fe,Co)3V合金中添加0.02 wt.%B时，相对于无硼合金，合金的晶粒尺寸减小了27.5 %，合金在真空和氢气中的抗拉强度和延伸率均达到最大值；而当硼含量继续增加时，合金的晶粒尺寸、合金在真空和氢气中的力学性能均保持不变。无硼有序态(Fe,Co)3V合金在氢气中呈现严重的环境氢脆，当在合金中添加0.02 wt.%B后，合金氢脆因子降低了34.4 %，合金的断口形貌由完全沿晶断口转变为穿晶和沿晶的混合断口；当合金中的硼含量继续增加时，合金的氢脆因子不再降低，恒定在50 %左右，即硼原子只能部分抑制有序态(Fe,Co)3V合金在氢气中的环境氢脆。
2018, 47(3):910-914.
摘要:
利用等离子喷焊技术在TA1纯钛表面制备了镍基耐磨喷焊层,研究了喷焊层结构、显微组织和显微硬度以及摩擦磨损性能。结果表明：喷焊层由过渡层和强化层组成,焊层与基体间形成了基于原子扩散的冶金结合界面及以树枝晶为主的过渡层。喷焊层的组织主要由γ-Ni固溶体,γ-Ni(Ti)固溶体以及TiC、Cr7C3、Ni3B和TiB2等硬质相组成。强化层为韧Ni基体+硬质相耐磨组织,硬度在830~907 HV之间,较基体高出700 HV。焊层主要合金元素的扩散、显微组织变化及显微硬度沿深层方向的分布呈具有连续性和渐变性。与基材TA1对比试验表明,喷焊镍基合金后摩擦系数降低,耐磨性明显提高,喷焊层磨损面呈轻微的磨粒磨损特征。
利用等离子喷焊技术在TA1纯钛表面制备了镍基耐磨喷焊层,研究了喷焊层结构、显微组织和显微硬度以及摩擦磨损性能。结果表明：喷焊层由过渡层和强化层组成,焊层与基体间形成了基于原子扩散的冶金结合界面及以树枝晶为主的过渡层。喷焊层的组织主要由γ-Ni固溶体,γ-Ni(Ti)固溶体以及TiC、Cr7C3、Ni3B和TiB2等硬质相组成。强化层为韧Ni基体+硬质相耐磨组织,硬度在830~907 HV之间,较基体高出700 HV。焊层主要合金元素的扩散、显微组织变化及显微硬度沿深层方向的分布呈具有连续性和渐变性。与基材TA1对比试验表明,喷焊镍基合金后摩擦系数降低,耐磨性明显提高,喷焊层磨损面呈轻微的磨粒磨损特征。
2018, 47(3):915-919.
摘要:
本文利用透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术,系统观察、分析了激光原位制备TiB/Ti-6Al-4V复合涂层中TiB生长形态、分布以及晶体学取向,以探讨管状结构TiB的形成机制。结果表明：涂层中TiB的形态主要有棒状和针状两种,受控于生长时间和元素浓度两个因素。棒状TiB形核于过共晶成分区域,针状TiB形核共晶成分和亚共晶成分区域。当TiB的直径和生长速度之积超过临界值时,(010)B27和(001)BF晶面的生长将不再稳定。界面边缘区域更易获得B原子,生长速度快于中心区域,而边缘区域对B元素的消耗进一步抑制了中心区域的生长,从而产生了管状结构。随着TiB的直径的增加,管状结构出现的概率增加。
本文利用透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术,系统观察、分析了激光原位制备TiB/Ti-6Al-4V复合涂层中TiB生长形态、分布以及晶体学取向,以探讨管状结构TiB的形成机制。结果表明：涂层中TiB的形态主要有棒状和针状两种,受控于生长时间和元素浓度两个因素。棒状TiB形核于过共晶成分区域,针状TiB形核共晶成分和亚共晶成分区域。当TiB的直径和生长速度之积超过临界值时,(010)B27和(001)BF晶面的生长将不再稳定。界面边缘区域更易获得B原子,生长速度快于中心区域,而边缘区域对B元素的消耗进一步抑制了中心区域的生长,从而产生了管状结构。随着TiB的直径的增加,管状结构出现的概率增加。
2018, 47(3):920-926.
摘要:
用电弧增材制造方法制备了含增材/基材界面钛合金板,采用轮廓法测量了其残余应力分布。建立了模拟紧凑拉伸(C(T))试样加工和裂纹扩展过程中残余应力发展的有限元模型,缺口状态C(T)试样内残余应力分布与轮廓法测试结果吻合良好。采用该模型讨论了试样内残余应力随裂纹扩展的变化规律及对裂纹扩展的影响。试验和数值分析结果表明：两种类型试样缺口状态的残余应力分布有很大差别,A类试样(缺口位于基材)残余压应力区域靠近缺口根部,C类试样(缺口位于增材)残余压应力区域远离缺口根部；A类试样内残余应力随裂纹扩展迅速释放,残余应力引起的应力强度因子较小；C类试样内残余应力随裂纹扩展变化较小,残余应力引起的应力强度因子较高,降低了疲劳裂纹扩展寿命。
用电弧增材制造方法制备了含增材/基材界面钛合金板,采用轮廓法测量了其残余应力分布。建立了模拟紧凑拉伸(C(T))试样加工和裂纹扩展过程中残余应力发展的有限元模型,缺口状态C(T)试样内残余应力分布与轮廓法测试结果吻合良好。采用该模型讨论了试样内残余应力随裂纹扩展的变化规律及对裂纹扩展的影响。试验和数值分析结果表明：两种类型试样缺口状态的残余应力分布有很大差别,A类试样(缺口位于基材)残余压应力区域靠近缺口根部,C类试样(缺口位于增材)残余压应力区域远离缺口根部；A类试样内残余应力随裂纹扩展迅速释放,残余应力引起的应力强度因子较小；C类试样内残余应力随裂纹扩展变化较小,残余应力引起的应力强度因子较高,降低了疲劳裂纹扩展寿命。
2018, 47(3):927-931.
摘要:
在钎焊温度为1040 ℃时,采用Ti-28Ni(质量分数,%)钎料实现了TZM合金的真空钎焊连接。采用SEM、EDS等方法分析了接头界面的微观组织结构,并研究了保温时间对TZM合金接头界面结构和性能的影响规律。结果表明,接头的典型界面组织结构为：TZM/Tiss/δ-Ti2Ni/Tiss/TZM；随保温时间的延长,焊缝宽度逐渐变小,其中连续的Tiss层厚度基本无变化,中间的δ-Ti2Ni层厚度有所降低；同时,TZM母材向焊缝中的溶解量增加。保温时间较短时,焊缝中残留有未溶解的TZM块,延长保温时间使母材溶解更充分。当保温时间为10 min时,接头平均抗剪强度最高为92.6 MPa,断裂发生于δ-Ti2Ni层,为脆性沿晶断裂。
在钎焊温度为1040 ℃时,采用Ti-28Ni(质量分数,%)钎料实现了TZM合金的真空钎焊连接。采用SEM、EDS等方法分析了接头界面的微观组织结构,并研究了保温时间对TZM合金接头界面结构和性能的影响规律。结果表明,接头的典型界面组织结构为：TZM/Tiss/δ-Ti2Ni/Tiss/TZM；随保温时间的延长,焊缝宽度逐渐变小,其中连续的Tiss层厚度基本无变化,中间的δ-Ti2Ni层厚度有所降低；同时,TZM母材向焊缝中的溶解量增加。保温时间较短时,焊缝中残留有未溶解的TZM块,延长保温时间使母材溶解更充分。当保温时间为10 min时,接头平均抗剪强度最高为92.6 MPa,断裂发生于δ-Ti2Ni层,为脆性沿晶断裂。
2018, 47(3):932-936.
摘要:
采用高真空非自耗熔炼及吸铸方法制备不同硼含量的Ti6Al4V-xB(wt.%,x为0,0.05,0.1,0.5)合金,将合金在900℃下进行2h保温退火。研究了不同微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB的铸造显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量硼元素的添加影响了钛合金高温形核过程,在固-液前沿富集B元素阻碍初始β-Ti长大,有效细化钛合金晶粒,当硼含量超过0.1%时,则有TiB相的析出。Ti6Al4V-xB合金的强度极限随硼含量的增加单调上升,由893MPa变为966MPa,这是细晶强化和析出强化共同作用的结果；合金的塑性则是先升高后降低,Ti6Al4V-0.05B的塑性提高了15%,而Ti6Al4V-0.1B与Ti6Al4V-0.5B的塑性则降低了50%,是因为析出脆性的TiB相,形成脆性断裂敏感带。
采用高真空非自耗熔炼及吸铸方法制备不同硼含量的Ti6Al4V-xB(wt.%,x为0,0.05,0.1,0.5)合金,将合金在900℃下进行2h保温退火。研究了不同微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB的铸造显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量硼元素的添加影响了钛合金高温形核过程,在固-液前沿富集B元素阻碍初始β-Ti长大,有效细化钛合金晶粒,当硼含量超过0.1%时,则有TiB相的析出。Ti6Al4V-xB合金的强度极限随硼含量的增加单调上升,由893MPa变为966MPa,这是细晶强化和析出强化共同作用的结果；合金的塑性则是先升高后降低,Ti6Al4V-0.05B的塑性提高了15%,而Ti6Al4V-0.1B与Ti6Al4V-0.5B的塑性则降低了50%,是因为析出脆性的TiB相,形成脆性断裂敏感带。
2018, 47(3):937-942.
摘要:
对纯钨烧结体进行多向锻造试验,运用OM和DSC分析了纯钨多向锻造组织演化规律及形变储存能的变化,结合XRD、EBSD对纯钨形变储存能的来源及动态再结晶行为进行了研究。结果表明：多向锻造后纯钨内部孔隙明显减少,热变形过程中的动态再结晶导致晶粒显著细化,变形后保留在晶粒及亚晶内部的高密度位错结构导致形变储存能的增加,再结晶晶粒主要沿能量较高的晶界及晶界交汇处分布,其动态再结晶机制为形变诱导晶界迁移机制与亚晶粗化及晶粒机械破碎的混合机制,多向锻造后纯钨再结晶温度基本不变,材料热稳定性有所提高。
对纯钨烧结体进行多向锻造试验,运用OM和DSC分析了纯钨多向锻造组织演化规律及形变储存能的变化,结合XRD、EBSD对纯钨形变储存能的来源及动态再结晶行为进行了研究。结果表明：多向锻造后纯钨内部孔隙明显减少,热变形过程中的动态再结晶导致晶粒显著细化,变形后保留在晶粒及亚晶内部的高密度位错结构导致形变储存能的增加,再结晶晶粒主要沿能量较高的晶界及晶界交汇处分布,其动态再结晶机制为形变诱导晶界迁移机制与亚晶粗化及晶粒机械破碎的混合机制,多向锻造后纯钨再结晶温度基本不变,材料热稳定性有所提高。
2018, 47(3):943-948.
摘要:
本文采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备出(Cu-50Mo)-0.5%LaCl3和(Cu-50Mo)-5%WC-0.5%LaCl3两种复合材料,对复合材料的密度、硬度、导电率和显微组织进行了对比分析。并对复合材料进行了电接触性能测试,研究了其在直流阻性负载条件下的阴极、阳极材料转移和质量损失规律,并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌,对复合材料的电弧侵蚀特征进行了初步分析。结果表明：采用SPS工艺制备的复合材料具有良好的综合性能；随电流的增大材料转移量不断增加；电弧侵蚀后的触头表面呈现气孔、熔池和凹坑等形貌特征,且电流值越大,其形貌特征越明显；接触电阻随电流的增大而减小；接触电阻随电流变化无明显波动,而熔焊力随电流增大呈增加趋势。
本文采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备出(Cu-50Mo)-0.5%LaCl3和(Cu-50Mo)-5%WC-0.5%LaCl3两种复合材料,对复合材料的密度、硬度、导电率和显微组织进行了对比分析。并对复合材料进行了电接触性能测试,研究了其在直流阻性负载条件下的阴极、阳极材料转移和质量损失规律,并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌,对复合材料的电弧侵蚀特征进行了初步分析。结果表明：采用SPS工艺制备的复合材料具有良好的综合性能；随电流的增大材料转移量不断增加；电弧侵蚀后的触头表面呈现气孔、熔池和凹坑等形貌特征,且电流值越大,其形貌特征越明显；接触电阻随电流的增大而减小；接触电阻随电流变化无明显波动,而熔焊力随电流增大呈增加趋势。
2018, 47(3):949-953.
摘要:
论文采用物理沉积技术在M2高速钢制备多元复合CrTiAlN涂层。采用发射扫描电子显微镜、能谱仪、激光共聚焦扫描显微镜和球-盘式高温摩擦磨损试验机等分析手段对涂层的摩擦学行为进行研究。研究结果表明,涂层的摩擦系数随环境温度升高呈上升趋势。室温下涂层的摩擦系数约0.24,摩擦系数随时间变化曲线平缓；200℃时,摩擦初期涂层的摩擦系数随时间变化波动剧烈,半小时后进入稳定摩擦阶段,摩擦系数在0.53左右。同时,CrTiAlN涂层的磨损率也随环境温度升高呈上升趋势。高温摩擦时,摩擦随时间变化曲线波动很大,对磨球的受磨损程度也随温度升高而逐渐上升。涂层的磨损机制主要是氧化磨损、粘着磨损和磨粒磨损的共同作用。
论文采用物理沉积技术在M2高速钢制备多元复合CrTiAlN涂层。采用发射扫描电子显微镜、能谱仪、激光共聚焦扫描显微镜和球-盘式高温摩擦磨损试验机等分析手段对涂层的摩擦学行为进行研究。研究结果表明,涂层的摩擦系数随环境温度升高呈上升趋势。室温下涂层的摩擦系数约0.24,摩擦系数随时间变化曲线平缓；200℃时,摩擦初期涂层的摩擦系数随时间变化波动剧烈,半小时后进入稳定摩擦阶段,摩擦系数在0.53左右。同时,CrTiAlN涂层的磨损率也随环境温度升高呈上升趋势。高温摩擦时,摩擦随时间变化曲线波动很大,对磨球的受磨损程度也随温度升高而逐渐上升。涂层的磨损机制主要是氧化磨损、粘着磨损和磨粒磨损的共同作用。
2018, 47(3):954-960.
摘要:
La(Fe,Si)13氢化物目前被认为是最具有应用前景的室温磁制冷材料之一,对于主动式磁蓄冷制冷机而言,理想的磁制冷工质为平行排列的片状块体。本工作在压强高达40MPa的高压氢气气氛下烧结制备了不同颗粒尺寸的厚度为0.8mm的片状LaFe11.44Si1.56氢化物块体,研究了颗粒尺寸及高压烧结时间对氢化物块体的结构及磁热效应的影响。和母合金相比,烧结样品的α-Fe含量有明显增加,而烧结时间和颗粒尺寸对α-Fe析出没有显著影响。烧结样品的居里温度在室温以上,并且随着颗粒尺寸和烧结时间的增加而稍有增加。同时,与母合金相比,烧结块体中的磁滞显著降低,这可以归因于较小的颗粒尺寸和样品中存在大量的微观孔洞,降低了相变过程中的内应力。与颗粒尺寸为110~150μm的样品相比,颗粒尺寸小于40μm的片状块体在磁熵变几乎保持不变的基础上,磁滞显著降低35%。在0~1.5T的外磁场下其磁熵变和体积磁熵变在345K达到最大值8.5J/kg.K和53mJ/cm3.K。
La(Fe,Si)13氢化物目前被认为是最具有应用前景的室温磁制冷材料之一,对于主动式磁蓄冷制冷机而言,理想的磁制冷工质为平行排列的片状块体。本工作在压强高达40MPa的高压氢气气氛下烧结制备了不同颗粒尺寸的厚度为0.8mm的片状LaFe11.44Si1.56氢化物块体,研究了颗粒尺寸及高压烧结时间对氢化物块体的结构及磁热效应的影响。和母合金相比,烧结样品的α-Fe含量有明显增加,而烧结时间和颗粒尺寸对α-Fe析出没有显著影响。烧结样品的居里温度在室温以上,并且随着颗粒尺寸和烧结时间的增加而稍有增加。同时,与母合金相比,烧结块体中的磁滞显著降低,这可以归因于较小的颗粒尺寸和样品中存在大量的微观孔洞,降低了相变过程中的内应力。与颗粒尺寸为110~150μm的样品相比,颗粒尺寸小于40μm的片状块体在磁熵变几乎保持不变的基础上,磁滞显著降低35%。在0~1.5T的外磁场下其磁熵变和体积磁熵变在345K达到最大值8.5J/kg.K和53mJ/cm3.K。
2018, 47(3):961-967.
摘要:
研究了一种镍基合金USC141在700℃长期时效过程中组织与性能的变化。研究结果表明，随时效时间延长，合金的室、高温强度一直保持在较高水平，而晶界碳化物的长大粗化以及逐渐连续成链状，会使得合金的塑性和韧性逐渐下降。时效过程中，合金中M23C6的析出量缓慢增加，而合金中M6C型碳化物的演变过程包括三个阶段：①M6C→M12C转变阶段，主要由Mo和Ni元素的扩散进入引起，碳化物总量显著增加； ②碳化物稳定阶段，碳化物类型以及析出量变化不大；③ M12C进一步析出、粗化阶段，主要由Mo元素的扩散进入引起，晶内新析出呈薄片状的M12C碳化物。合金中的γ′相的析出行为也包括三个阶段：① γ′相快速析出长大阶段，同时颗粒大小趋于均匀化；② γ′相缓慢析出长大阶段，γ′相的尺寸和析出量缓慢增加；③ γ′相粗化、融合阶段，相邻较小尺寸的γ′颗粒接触后融合成较大尺寸γ′颗粒，使得部分γ′相颗粒明显粗化以及总体颗粒尺寸的分布散度显著增加。
研究了一种镍基合金USC141在700℃长期时效过程中组织与性能的变化。研究结果表明，随时效时间延长，合金的室、高温强度一直保持在较高水平，而晶界碳化物的长大粗化以及逐渐连续成链状，会使得合金的塑性和韧性逐渐下降。时效过程中，合金中M23C6的析出量缓慢增加，而合金中M6C型碳化物的演变过程包括三个阶段：①M6C→M12C转变阶段，主要由Mo和Ni元素的扩散进入引起，碳化物总量显著增加； ②碳化物稳定阶段，碳化物类型以及析出量变化不大；③ M12C进一步析出、粗化阶段，主要由Mo元素的扩散进入引起，晶内新析出呈薄片状的M12C碳化物。合金中的γ′相的析出行为也包括三个阶段：① γ′相快速析出长大阶段，同时颗粒大小趋于均匀化；② γ′相缓慢析出长大阶段，γ′相的尺寸和析出量缓慢增加；③ γ′相粗化、融合阶段，相邻较小尺寸的γ′颗粒接触后融合成较大尺寸γ′颗粒，使得部分γ′相颗粒明显粗化以及总体颗粒尺寸的分布散度显著增加。
2018, 47(3):968-971.
摘要:
本文提出了用爆炸烧结将钨铜合金覆层烧结到纯铜表面的方法。即将钨铜合金粉末预压到铜板的表面后,进行通氢烧结,然后通过爆炸压实将混合粉末进一步压实在铜板表面,最后扩散烧结成为钨铜复合材料。文中先采用AUTODYN软件模拟了爆炸压实过程中粉末与铜板中的压力分布,确定了一套可以使覆层粉末中压力分布均匀,有利于钨铜合金粉末的均匀致密化的参数。而后进行爆炸压实试验,制出的试样覆层部分的密度达到了理论密度的99.3%。对爆炸后的试件进行电子探针检测,检测结果表明钨铜粉混合均匀,钨颗粒的尺寸比铜颗粒要大的多。断口分析结果显示钨铜覆层的断口形貌不同于传统的断口形貌。钨铜结合面的形貌分析表明钨铜合金密实的烧结在了铜基体的表面。
本文提出了用爆炸烧结将钨铜合金覆层烧结到纯铜表面的方法。即将钨铜合金粉末预压到铜板的表面后,进行通氢烧结,然后通过爆炸压实将混合粉末进一步压实在铜板表面,最后扩散烧结成为钨铜复合材料。文中先采用AUTODYN软件模拟了爆炸压实过程中粉末与铜板中的压力分布,确定了一套可以使覆层粉末中压力分布均匀,有利于钨铜合金粉末的均匀致密化的参数。而后进行爆炸压实试验,制出的试样覆层部分的密度达到了理论密度的99.3%。对爆炸后的试件进行电子探针检测,检测结果表明钨铜粉混合均匀,钨颗粒的尺寸比铜颗粒要大的多。断口分析结果显示钨铜覆层的断口形貌不同于传统的断口形貌。钨铜结合面的形貌分析表明钨铜合金密实的烧结在了铜基体的表面。
2018, 47(3):972-975.
摘要:
本实验以单晶硅(111)和载玻片为基体,采用离子束辅助沉积技术沉积AlOxNy薄膜,使用XPS、XRD和椭偏仪研究了氮氧比对AlOxNy薄膜的成分、相结构和光学常数的影响。结果表明,随着氮氧比减小,薄膜中氮含量减小,氧含量增加；薄膜由非晶态转变为结晶态,结晶相为AlON。沉积薄膜的消光系数为零,呈现电介质特性。随着氮氧比减小,沉积薄膜的折射率减小。
本实验以单晶硅(111)和载玻片为基体,采用离子束辅助沉积技术沉积AlOxNy薄膜,使用XPS、XRD和椭偏仪研究了氮氧比对AlOxNy薄膜的成分、相结构和光学常数的影响。结果表明,随着氮氧比减小,薄膜中氮含量减小,氧含量增加；薄膜由非晶态转变为结晶态,结晶相为AlON。沉积薄膜的消光系数为零,呈现电介质特性。随着氮氧比减小,沉积薄膜的折射率减小。
2018, 47(3):982-989.
摘要:
以石墨纤维三维五向织物为增强体,铝合金ZL301为基体材料,采用真空辅助压力浸渗法制备了三维五向增强Cf/Al复合材料,研究了不同温度制备的复合材料微观组织特征和界面反应程度,测试了复合材料在室温和高温下的拉伸力学性能并分析了其断口形貌。结果表明：复合材料相对致密度随制备温度提高而增加,纤维局部偏聚现象也明显减少,与此同时,界面反应物Al4C3相随制备温度提高而显著增多,530℃到570℃复合材料室温拉伸极限强度随组织缺陷减少而增加,570℃到600℃复合材料室温极限拉伸强度随界面反应程度增大而显著降低；高温拉伸极限强度随制备温度提高而增加,适当提高界面反应程度有利于提高复合材料高温力学性能,高温拉伸中基体合金回复软化和界面结合强度弱化促进了复合材料断裂过程中的纤维拔出与界面滑移。
以石墨纤维三维五向织物为增强体,铝合金ZL301为基体材料,采用真空辅助压力浸渗法制备了三维五向增强Cf/Al复合材料,研究了不同温度制备的复合材料微观组织特征和界面反应程度,测试了复合材料在室温和高温下的拉伸力学性能并分析了其断口形貌。结果表明：复合材料相对致密度随制备温度提高而增加,纤维局部偏聚现象也明显减少,与此同时,界面反应物Al4C3相随制备温度提高而显著增多,530℃到570℃复合材料室温拉伸极限强度随组织缺陷减少而增加,570℃到600℃复合材料室温极限拉伸强度随界面反应程度增大而显著降低；高温拉伸极限强度随制备温度提高而增加,适当提高界面反应程度有利于提高复合材料高温力学性能,高温拉伸中基体合金回复软化和界面结合强度弱化促进了复合材料断裂过程中的纤维拔出与界面滑移。
2018, 47(3):990-994.
摘要:
U-Co系具有较宽非晶成分区间，但其玻璃形成能力（GFA）较差。本文针对该体系的U69.2Co30.8合金，选择不同类型的元素M（M=Sn、Si、Be、Cu、Pd、Y与Zr）进行微合金化，采用铜辊甩带方法制备U69Co30M1非晶合金条带样品，结合X射线衍射与差示扫描量热技术研究了微合金化对合金GFA的影响。结果表明，Sn添加对U-Co合金的GFA具有明显改善作用，Si次之，Be、Cu影响不大，Pd、Y、Zr起到恶化效果。结合合金熔化行为的改变和GFA与M元素的熔点、电负性、原子尺寸及M-C混合焓等参数的关联性分析，初步揭示出微合金化对U-Co合金GFA的影响机制，其本质应该与改变合金液体稳定性和晶化驱动力有关。
U-Co系具有较宽非晶成分区间，但其玻璃形成能力（GFA）较差。本文针对该体系的U69.2Co30.8合金，选择不同类型的元素M（M=Sn、Si、Be、Cu、Pd、Y与Zr）进行微合金化，采用铜辊甩带方法制备U69Co30M1非晶合金条带样品，结合X射线衍射与差示扫描量热技术研究了微合金化对合金GFA的影响。结果表明，Sn添加对U-Co合金的GFA具有明显改善作用，Si次之，Be、Cu影响不大，Pd、Y、Zr起到恶化效果。结合合金熔化行为的改变和GFA与M元素的熔点、电负性、原子尺寸及M-C混合焓等参数的关联性分析，初步揭示出微合金化对U-Co合金GFA的影响机制，其本质应该与改变合金液体稳定性和晶化驱动力有关。
2018, 47(3):995-1000.
摘要:
采用直流磁控溅射的方法,在烧结NdFeB磁体表面制备了DyZn薄膜,研究了热扩渗处理磁体前后的磁性能、温度稳定性及微观组织结构变化。晶界扩散渗DyZn处理后,磁体在保持剩磁基本不降低的情况下,矫顽力大幅度提升,矫顽力从原来的963.68kA/m提高到1544.60kA/m,增幅达63.31%。晶界扩散处理可以改善磁体的温度稳定性,在293K~453K范围内,剩磁温度系数基本不变,而矫顽力温度系数由-0.5533%/K降低为-0.4885%/K。通过对样品微观组织结构观察发现,Dy元素沿着晶界液相扩散,主要富集在晶界相和晶粒外延层处,晶界相结构与成分的优化,及晶界和晶粒之间(Nd,Dy)2Fe14B过渡层的形成,是矫顽力大幅度提升的主要原因。
采用直流磁控溅射的方法,在烧结NdFeB磁体表面制备了DyZn薄膜,研究了热扩渗处理磁体前后的磁性能、温度稳定性及微观组织结构变化。晶界扩散渗DyZn处理后,磁体在保持剩磁基本不降低的情况下,矫顽力大幅度提升,矫顽力从原来的963.68kA/m提高到1544.60kA/m,增幅达63.31%。晶界扩散处理可以改善磁体的温度稳定性,在293K~453K范围内,剩磁温度系数基本不变,而矫顽力温度系数由-0.5533%/K降低为-0.4885%/K。通过对样品微观组织结构观察发现,Dy元素沿着晶界液相扩散,主要富集在晶界相和晶粒外延层处,晶界相结构与成分的优化,及晶界和晶粒之间(Nd,Dy)2Fe14B过渡层的形成,是矫顽力大幅度提升的主要原因。
2018, 47(3):1001-1006.
摘要:
首先制备出纳米晶组织的Sm5Co19Hf0.4合金和Sm5Co19Hf0.4CNTs0.4合金,对其显微组织、晶体结构和磁性能等进行了系统表征分析。结果表明：Hf元素和碳纳米管CNTs的混合添加不引起Sm5Co19合金Ce5Co19型结构发生相分解,且使纳米晶组织中晶粒细小,晶粒尺寸均匀分布。能谱分析表明,添加的CNTs进入纳米晶Sm5Co19Hf0.4CNTs0.4合金的晶界区域,产生晶界钉扎作用,显著提高纳米晶Sm5Co19合金的矫顽力。晶体结构精修表明,Hf元素进入纳米晶Sm5Co19合金晶胞结构的Sm空位,导致晶格参数a、b、c均减小,而轴比c/a增加,使Hf掺杂的纳米晶合金的磁晶各向异性增大,具有提高纳米晶合金的矫顽力的作用。本文研究结果对设计制备具有高磁晶各向异性、高内禀矫顽力的Sm-Co基合金具有明确指导意义。
首先制备出纳米晶组织的Sm5Co19Hf0.4合金和Sm5Co19Hf0.4CNTs0.4合金,对其显微组织、晶体结构和磁性能等进行了系统表征分析。结果表明：Hf元素和碳纳米管CNTs的混合添加不引起Sm5Co19合金Ce5Co19型结构发生相分解,且使纳米晶组织中晶粒细小,晶粒尺寸均匀分布。能谱分析表明,添加的CNTs进入纳米晶Sm5Co19Hf0.4CNTs0.4合金的晶界区域,产生晶界钉扎作用,显著提高纳米晶Sm5Co19合金的矫顽力。晶体结构精修表明,Hf元素进入纳米晶Sm5Co19合金晶胞结构的Sm空位,导致晶格参数a、b、c均减小,而轴比c/a增加,使Hf掺杂的纳米晶合金的磁晶各向异性增大,具有提高纳米晶合金的矫顽力的作用。本文研究结果对设计制备具有高磁晶各向异性、高内禀矫顽力的Sm-Co基合金具有明确指导意义。
2018, 47(3):1007-1012.
摘要:
研究激光选区熔化(SLM)技术直接成型QSn6.5-0.1锡青铜合金，探讨激光功率、扫描速度和扫描间距对锡青铜致密度的影响。在块体成型探究实验的基础上设计三因素四水平正交工艺实验，研究成型件的致密度、微观组织与显微维氏硬度，结果表明：增大激光功率和选择合适的扫描速度与扫描间距有利于提高锡青铜成型致密度，在优化的工艺参数下成型致密度最高达到98.71%；微观组织具有明显的网络状枝晶结构且分布均匀，主要为含锡高的（α+δ）相和含铜高的α相；成型试样的顶面和侧面显微维氏硬度均值分别为133.87HV和130.69HV，比QSn6.5-0.1锡青铜合金传统铸造的软态（70～90HB）高45%左右。采用优化工艺参数成型出锡青铜三维风轮模型，应用计算机断层扫描技术（MicroCT）研究风轮模型内部成型效果，并对其上表面显微维氏硬度进行测试，发现内部致密性好，显微维氏硬度较高。表明采用激光选区熔化技术可以成型性能较好的QSn6.5-0.1锡青铜合金零件。
研究激光选区熔化(SLM)技术直接成型QSn6.5-0.1锡青铜合金，探讨激光功率、扫描速度和扫描间距对锡青铜致密度的影响。在块体成型探究实验的基础上设计三因素四水平正交工艺实验，研究成型件的致密度、微观组织与显微维氏硬度，结果表明：增大激光功率和选择合适的扫描速度与扫描间距有利于提高锡青铜成型致密度，在优化的工艺参数下成型致密度最高达到98.71%；微观组织具有明显的网络状枝晶结构且分布均匀，主要为含锡高的（α+δ）相和含铜高的α相；成型试样的顶面和侧面显微维氏硬度均值分别为133.87HV和130.69HV，比QSn6.5-0.1锡青铜合金传统铸造的软态（70～90HB）高45%左右。采用优化工艺参数成型出锡青铜三维风轮模型，应用计算机断层扫描技术（MicroCT）研究风轮模型内部成型效果，并对其上表面显微维氏硬度进行测试，发现内部致密性好，显微维氏硬度较高。表明采用激光选区熔化技术可以成型性能较好的QSn6.5-0.1锡青铜合金零件。
2018, 47(3):1013-1019.
摘要:
热电材料是绿色能源转化、温差电技术应用的关键材料。由于热电性能各指标相互抑制，材料热电性能改善遇到瓶颈。材料微结构设计协同调控热电性能为下一代热电材料发展提供了一条明确思路。本文介绍热电材料“多尺度微结构构筑”、 “电子晶体离子液体”、“晶格缺陷工程”、 “马赛克晶体”、“非简谐振动”等改善热电性能的新概念，从原子、纳米、微米等尺度分析能带调控、弱键合、非简谐振动效应、纳米畴散射机制、调幅分解、能量过滤机制、相变现象等物理、化学过程对热电输运行为的影响；阐述热电材料晶体微结构特征，点缺陷、线缺陷、晶界、纳米畴、第二相等结构参量对能带结构、载流子自由程、晶格振动模式等物理参量的影响规律；展望下一代高性能块体热电材料的发展方向。
热电材料是绿色能源转化、温差电技术应用的关键材料。由于热电性能各指标相互抑制，材料热电性能改善遇到瓶颈。材料微结构设计协同调控热电性能为下一代热电材料发展提供了一条明确思路。本文介绍热电材料“多尺度微结构构筑”、 “电子晶体离子液体”、“晶格缺陷工程”、 “马赛克晶体”、“非简谐振动”等改善热电性能的新概念，从原子、纳米、微米等尺度分析能带调控、弱键合、非简谐振动效应、纳米畴散射机制、调幅分解、能量过滤机制、相变现象等物理、化学过程对热电输运行为的影响；阐述热电材料晶体微结构特征，点缺陷、线缺陷、晶界、纳米畴、第二相等结构参量对能带结构、载流子自由程、晶格振动模式等物理参量的影响规律；展望下一代高性能块体热电材料的发展方向。
2018, 47(3):1020-1024.
摘要:
MgB2线带材的加工经历了近十五年的研究与发展,生产出的线带材可以在制冷机、较低磁场下使用,另外生产MgB2线带材的原材料相对低廉,应用前景十分广泛。本文从MgB2传统线带材加工和后续工艺方法的优化出发,概述了MgB2线带材研究的进展,详细介绍了内部镁扩散法,即用中心镁棒代替传统镁粉,使用铜镍材料为包套,钽或铌为阻隔层并与镁之间填充硼粉,热处理后得到致密的MgB2相。论述了未来MgB2线带材加工的研究重点。
MgB2线带材的加工经历了近十五年的研究与发展,生产出的线带材可以在制冷机、较低磁场下使用,另外生产MgB2线带材的原材料相对低廉,应用前景十分广泛。本文从MgB2传统线带材加工和后续工艺方法的优化出发,概述了MgB2线带材研究的进展,详细介绍了内部镁扩散法,即用中心镁棒代替传统镁粉,使用铜镍材料为包套,钽或铌为阻隔层并与镁之间填充硼粉,热处理后得到致密的MgB2相。论述了未来MgB2线带材加工的研究重点。
