2018年第47卷第7期文章目次
2018, 47(7):1951-1957.
摘要:
铁镓(FeGa)薄膜与其它软磁材料相比具有较大的磁致伸缩常数，在设计集成磁性传感器芯片中具有独特的优势，本文通过采用非磁性掺杂和多层膜方法来控制这种合金薄膜的磁学与电学性能参数。我们实验发现在掺杂一定量硼(B)元素后，厚度小于30 nm的FeGa薄膜顽力可以得到显著降低，而对于较厚薄膜在插入超薄Al2 O3中间层后软磁性能可以得到同样程度显著改善，同时饱和磁化(Ms)变化可忽略。对于我们制备的FeGaB (25 nm)/Al2O3(0.5 nm)/FeGaB(25 nm)多层膜，其易轴矫顽力可以小到0.98 Oe，电阻率与50nm单层FeGaB膜相比增加了1.5倍，同时具有吉赫兹高磁导率谱。样品微结构分析表明，磁性颗粒结晶质量和物理尺寸的减小对软磁性改善起到重要作用，另外我们也讨论分析了静磁相互作用和表面形貌对磁畴运动及矫顽力的影响。本文发展的掺杂与多层膜混合方案来来增强电磁性能的方法，也可应用于其他类型的软磁材料系统。
铁镓(FeGa)薄膜与其它软磁材料相比具有较大的磁致伸缩常数，在设计集成磁性传感器芯片中具有独特的优势，本文通过采用非磁性掺杂和多层膜方法来控制这种合金薄膜的磁学与电学性能参数。我们实验发现在掺杂一定量硼(B)元素后，厚度小于30 nm的FeGa薄膜顽力可以得到显著降低，而对于较厚薄膜在插入超薄Al2 O3中间层后软磁性能可以得到同样程度显著改善，同时饱和磁化(Ms)变化可忽略。对于我们制备的FeGaB (25 nm)/Al2O3(0.5 nm)/FeGaB(25 nm)多层膜，其易轴矫顽力可以小到0.98 Oe，电阻率与50nm单层FeGaB膜相比增加了1.5倍，同时具有吉赫兹高磁导率谱。样品微结构分析表明，磁性颗粒结晶质量和物理尺寸的减小对软磁性改善起到重要作用，另外我们也讨论分析了静磁相互作用和表面形貌对磁畴运动及矫顽力的影响。本文发展的掺杂与多层膜混合方案来来增强电磁性能的方法，也可应用于其他类型的软磁材料系统。
2018, 47(7):1958-1964.
摘要:
研究了冷轧变形量和退火温度对Cu-44%Ni合金中立方织构的形成及微观组织演变的影响。结果表明增大变形量和提高退火温度均有利于立方织构的形成,而且在变形量大于90%和退火温度高于900 ℃的条件下,可以得到非常强的立方织构。另一方面,随着变形量的增加,退火孪晶(Σ3晶界)和大角度晶界降低；但是在等温退火中,随着退火温度的增加,Σ3晶界和大角度晶界先迅速的增加,然后逐渐减少。冷轧变形量99%的Cu-44%Ni 合金在1100 ℃高温退火1h后可以获得了99.8%的立方织构,并且大角度晶界和退火孪晶界分别为2.5%和1.3%。
研究了冷轧变形量和退火温度对Cu-44%Ni合金中立方织构的形成及微观组织演变的影响。结果表明增大变形量和提高退火温度均有利于立方织构的形成,而且在变形量大于90%和退火温度高于900 ℃的条件下,可以得到非常强的立方织构。另一方面,随着变形量的增加,退火孪晶(Σ3晶界)和大角度晶界降低；但是在等温退火中,随着退火温度的增加,Σ3晶界和大角度晶界先迅速的增加,然后逐渐减少。冷轧变形量99%的Cu-44%Ni 合金在1100 ℃高温退火1h后可以获得了99.8%的立方织构,并且大角度晶界和退火孪晶界分别为2.5%和1.3%。
2018, 47(7):1965-1972.
摘要:
随着油气需求的不断增长，促进了高酸性气田的不断开发，由于元素硫、CO2，以及地层水等腐蚀因素的耦合作用，给油气田生产带来了很大的腐蚀风险。在本工作中，通过浸泡试验和电化学测量研究了P110油管钢在含有元素硫和二氧化碳的模拟油田地层水中的腐蚀行为。结果表明，P110钢的腐蚀速率随着温度增加而增大，温度升高促进了硫化铁的形成，并且引起了严重的点腐蚀。然而， 不同温度范围内温度变化对腐蚀的影响主要归因于不同的腐蚀控制物质，如低温下的二氧化碳和高温下的元素硫。基于该结果，讨论了元素硫和二氧化碳的耦合效应。
随着油气需求的不断增长，促进了高酸性气田的不断开发，由于元素硫、CO2，以及地层水等腐蚀因素的耦合作用，给油气田生产带来了很大的腐蚀风险。在本工作中，通过浸泡试验和电化学测量研究了P110油管钢在含有元素硫和二氧化碳的模拟油田地层水中的腐蚀行为。结果表明，P110钢的腐蚀速率随着温度增加而增大，温度升高促进了硫化铁的形成，并且引起了严重的点腐蚀。然而， 不同温度范围内温度变化对腐蚀的影响主要归因于不同的腐蚀控制物质，如低温下的二氧化碳和高温下的元素硫。基于该结果，讨论了元素硫和二氧化碳的耦合效应。
2018, 47(7):1973-1979.
摘要:
对铝锂合金电子束焊接头进行焊后热处理,研究了时效处理前后接头各区域的晶间腐蚀、剥蚀和电化学腐蚀行为。结果表明,接头经过时效处理后,焊缝晶界析出的T1(Al2CuLi)相数量增加,并且形成了明显的晶界无沉淀带(Precipitate Free Zone,PFZ)。焊态下接头未出现晶间腐蚀,热影响区和母材区均出现了孔蚀；焊后时效处理增大了接头的晶间腐蚀倾向,热影响区同时发生了孔蚀和晶间腐蚀,母材区出现了严重的晶间腐蚀。焊态下焊缝和热影响区均具有优异的抗剥蚀能力,母材区对剥蚀的敏感性较高；焊后时效处理可提高接头母材区的抗剥蚀能力,但会增大热影响区的剥蚀敏感性。电化学腐蚀测试表明,与时效后的接头焊缝相比,焊态下焊缝的自腐蚀电位较高,腐蚀电流密度小,具有相对较好的耐蚀性。
对铝锂合金电子束焊接头进行焊后热处理,研究了时效处理前后接头各区域的晶间腐蚀、剥蚀和电化学腐蚀行为。结果表明,接头经过时效处理后,焊缝晶界析出的T1(Al2CuLi)相数量增加,并且形成了明显的晶界无沉淀带(Precipitate Free Zone,PFZ)。焊态下接头未出现晶间腐蚀,热影响区和母材区均出现了孔蚀；焊后时效处理增大了接头的晶间腐蚀倾向,热影响区同时发生了孔蚀和晶间腐蚀,母材区出现了严重的晶间腐蚀。焊态下焊缝和热影响区均具有优异的抗剥蚀能力,母材区对剥蚀的敏感性较高；焊后时效处理可提高接头母材区的抗剥蚀能力,但会增大热影响区的剥蚀敏感性。电化学腐蚀测试表明,与时效后的接头焊缝相比,焊态下焊缝的自腐蚀电位较高,腐蚀电流密度小,具有相对较好的耐蚀性。
2018, 47(7):1980-1985.
摘要:
本文研究了冷变形及时效处理对Cu-3Ti-2Mg合金组织与性能的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及电子背散射衍射(EBSD)对Cu-3Ti-2Mg合金的组织和析出相进行了表征，并对其硬度和导电率进行了测试。结果表明：铸态Cu-3Ti-2Mg合金由Cu2Mg相、板条状Cu4Ti相及Cu基体组成。时效处理后析出β"-Cu4Ti相，过时效则会导致亚稳定β"-Cu4Ti相转变为稳定的Cu3Ti相。在本实验范围内，Cu-3Ti-2Mg合金的最佳热处理工艺是 700°C 保温4h后水淬，随后冷变形60%并在450 °C保温2 h炉冷。Cu-3Ti-2Mg合金的导电率及硬度分别是16.7 % IACS和328 HV。
本文研究了冷变形及时效处理对Cu-3Ti-2Mg合金组织与性能的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及电子背散射衍射(EBSD)对Cu-3Ti-2Mg合金的组织和析出相进行了表征，并对其硬度和导电率进行了测试。结果表明：铸态Cu-3Ti-2Mg合金由Cu2Mg相、板条状Cu4Ti相及Cu基体组成。时效处理后析出β"-Cu4Ti相，过时效则会导致亚稳定β"-Cu4Ti相转变为稳定的Cu3Ti相。在本实验范围内，Cu-3Ti-2Mg合金的最佳热处理工艺是 700°C 保温4h后水淬，随后冷变形60%并在450 °C保温2 h炉冷。Cu-3Ti-2Mg合金的导电率及硬度分别是16.7 % IACS和328 HV。
2018, 47(7):1986-1992.
摘要:
使用喷雾转化、煅烧和原位还原碳化技术制备了纳米晶WC-6Co复合粉末。通过XRD研究相组成发现，经过喷雾转化处理后粉末为无定形相、经煅烧后的粉末为WO3与Co3O4相、经还原碳化工艺后的物相是WC与Co相；由于Co对碳化过程的催化作用，将煅烧后的粉末置于氢气气氛中加热至900度还原碳化1个小时，即可将粉末碳化完全，制备出WC与Co相共存的纯净复合粉。文章还研究了还原碳化温度（700-900 ℃）对粉末相组成的影响，并通过SEM和HRTEM观察粉末形貌与微观组织。结果表明：制备的粉末具有球形结构，WC晶粒约0.36 μm，亚晶尺寸约为56 nm，说明WC晶粒是多晶体。同时发现粉末中的WC单颗粒被Co相互粘结在一起，且在WC与WC颗粒的接触部位发现存在烧结颈。文章还讨论了复合粉球形结构的形成过程和机理。
使用喷雾转化、煅烧和原位还原碳化技术制备了纳米晶WC-6Co复合粉末。通过XRD研究相组成发现，经过喷雾转化处理后粉末为无定形相、经煅烧后的粉末为WO3与Co3O4相、经还原碳化工艺后的物相是WC与Co相；由于Co对碳化过程的催化作用，将煅烧后的粉末置于氢气气氛中加热至900度还原碳化1个小时，即可将粉末碳化完全，制备出WC与Co相共存的纯净复合粉。文章还研究了还原碳化温度（700-900 ℃）对粉末相组成的影响，并通过SEM和HRTEM观察粉末形貌与微观组织。结果表明：制备的粉末具有球形结构，WC晶粒约0.36 μm，亚晶尺寸约为56 nm，说明WC晶粒是多晶体。同时发现粉末中的WC单颗粒被Co相互粘结在一起，且在WC与WC颗粒的接触部位发现存在烧结颈。文章还讨论了复合粉球形结构的形成过程和机理。
2018, 47(7):1993-1998.
摘要:
利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了高能球磨制备的Al-Pb纳米相复合结构合金中纳米相Pb的体积分数对其长大行为的影响。结果表明尽管Al-Pb纳米相复合结构中组成相的尺寸均在纳米量级,不同体积分数的纳米相Pb的长大行为均遵循三次方定律。纳米相Pb的粗化速率随其体积分数的增加而增加,增加幅度大于理论在此成分范围内的预测。纳米相Pb的粗化激活能不随合金成分而变化。纳米相Pb的粗化受溶质原子沿溶剂基体的晶界扩散所控制。
利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了高能球磨制备的Al-Pb纳米相复合结构合金中纳米相Pb的体积分数对其长大行为的影响。结果表明尽管Al-Pb纳米相复合结构中组成相的尺寸均在纳米量级,不同体积分数的纳米相Pb的长大行为均遵循三次方定律。纳米相Pb的粗化速率随其体积分数的增加而增加,增加幅度大于理论在此成分范围内的预测。纳米相Pb的粗化激活能不随合金成分而变化。纳米相Pb的粗化受溶质原子沿溶剂基体的晶界扩散所控制。
2018, 47(7):1999-2004.
摘要:
Al/Pb-Ag合金由于具有优秀的导电性和机械性能而有可能被作为一种不溶性阳极应用在电积锌中。本文用循环伏安曲线(CV)、阳极极化曲线、电化学阻抗曲线(EIS)和腐蚀速率测试研究了不同银含量和镀层的Al/Pb-Ag阳极的阳极行为和反应动力学；用X射线衍射仪和扫描电镜观察了阳极氧化膜层的组分和表面形貌。实验结果表明，电镀β-PbO2和高含量的银都能提高阳极的析氧活性、电催化活性以及耐腐蚀性。 Al/Pb-0.75%Ag镀β-PbO2具有最低的析氧过电位，其次是Al/Pb-0.3%Ag镀β-PbO2，再其次是Al/Pb-0.75%Ag，最后是Al/Pb-0.3%Ag。然而，与镀β-PbO2相比，高含量的银更能有助于提高阳极的耐腐蚀性。此外，四种阳极层的物相是α-PbO2，β-PbO2，Pb和PbO。
Al/Pb-Ag合金由于具有优秀的导电性和机械性能而有可能被作为一种不溶性阳极应用在电积锌中。本文用循环伏安曲线(CV)、阳极极化曲线、电化学阻抗曲线(EIS)和腐蚀速率测试研究了不同银含量和镀层的Al/Pb-Ag阳极的阳极行为和反应动力学；用X射线衍射仪和扫描电镜观察了阳极氧化膜层的组分和表面形貌。实验结果表明，电镀β-PbO2和高含量的银都能提高阳极的析氧活性、电催化活性以及耐腐蚀性。 Al/Pb-0.75%Ag镀β-PbO2具有最低的析氧过电位，其次是Al/Pb-0.3%Ag镀β-PbO2，再其次是Al/Pb-0.75%Ag，最后是Al/Pb-0.3%Ag。然而，与镀β-PbO2相比，高含量的银更能有助于提高阳极的耐腐蚀性。此外，四种阳极层的物相是α-PbO2，β-PbO2，Pb和PbO。
2018, 47(7):2005-2010.
摘要:
研究了在优化后的焊接工艺参数下, TC18钛合金厚板电子束焊接接头沿板厚方向(上层、中层、下层)应变速率对显微组织、拉伸性能和应变硬化行为的影响。结果表明：焊接后焊缝微观结构发生了明显变化,熔合区显微组织由粗大的β相和次生α相组成。与母材相比,沿厚度方向的焊接接头表现出较低的强度和塑性,但其硬化能力增强。焊缝下层的强度和延伸率高于中层和上层。当应变速率为1×10-2 s-1时,焊缝的最大屈服强度和极限拉伸强度达到母材的83％。随着应变速率的增加,焊缝的硬化能力下降。拉伸断裂发生在焊缝区,上层的断裂过程为解理断裂,中下层为准解理断裂。
研究了在优化后的焊接工艺参数下, TC18钛合金厚板电子束焊接接头沿板厚方向(上层、中层、下层)应变速率对显微组织、拉伸性能和应变硬化行为的影响。结果表明：焊接后焊缝微观结构发生了明显变化,熔合区显微组织由粗大的β相和次生α相组成。与母材相比,沿厚度方向的焊接接头表现出较低的强度和塑性,但其硬化能力增强。焊缝下层的强度和延伸率高于中层和上层。当应变速率为1×10-2 s-1时,焊缝的最大屈服强度和极限拉伸强度达到母材的83％。随着应变速率的增加,焊缝的硬化能力下降。拉伸断裂发生在焊缝区,上层的断裂过程为解理断裂,中下层为准解理断裂。
2018, 47(7):2011-2016.
摘要:
用于电子封装领域的多层镀钛金刚石/铜复合材料通过放电等离子烧结技术(SPS)和热压法(HP)分别制备获得。通过扫描电子显微镜(SEM)确认了复合材料的结构,同时热导率(TC)和热膨胀系数(CTE)等热性能参数也进行了分析。层状复合材料的热导率理论值参考改良的哈塞尔曼-约翰逊(HJ)模型,同时考虑TiC界面的影响计算,结果为446.66 W?m-1K-1,而热膨胀系数则通过热膨胀仪测试确定。结果显示,经放电等离子烧结的试样与经热压制备的试样相比,缺陷相对较少,界面的结合对于复合材料热导率的影响十分明显。本文提出了一个界面影响的模型示意图,热导率随着碳化物层的厚度增加和气孔的出现而减小。由此可见,实现高热导率的条件是复合材料中的碳化物层较薄同时没有气孔的出现。
用于电子封装领域的多层镀钛金刚石/铜复合材料通过放电等离子烧结技术(SPS)和热压法(HP)分别制备获得。通过扫描电子显微镜(SEM)确认了复合材料的结构,同时热导率(TC)和热膨胀系数(CTE)等热性能参数也进行了分析。层状复合材料的热导率理论值参考改良的哈塞尔曼-约翰逊(HJ)模型,同时考虑TiC界面的影响计算,结果为446.66 W?m-1K-1,而热膨胀系数则通过热膨胀仪测试确定。结果显示,经放电等离子烧结的试样与经热压制备的试样相比,缺陷相对较少,界面的结合对于复合材料热导率的影响十分明显。本文提出了一个界面影响的模型示意图,热导率随着碳化物层的厚度增加和气孔的出现而减小。由此可见,实现高热导率的条件是复合材料中的碳化物层较薄同时没有气孔的出现。
2018, 47(7):2017-2022.
摘要:
采用熔体反应制备了组织均匀的Al-5Nb-RE-B中间合金，研究了该中间合金对A356铝合金的细化效果。结果表面，添加1 wt.%的Al-5Nb-RE-B中间合金后，A356铝合金的晶粒度从原来的800um细化为200um。不同冷速下的研究结果表明，Al-5Nb-RE-B中间合金具有较低的冷速敏感性。
采用熔体反应制备了组织均匀的Al-5Nb-RE-B中间合金，研究了该中间合金对A356铝合金的细化效果。结果表面，添加1 wt.%的Al-5Nb-RE-B中间合金后，A356铝合金的晶粒度从原来的800um细化为200um。不同冷速下的研究结果表明，Al-5Nb-RE-B中间合金具有较低的冷速敏感性。
2018, 47(7):2023-2027.
摘要:
采用电弧熔炼和快冷甩带工艺制备了(Ti0.46Cu0.14Zr0.27Ni0.13)1-xSix非晶钎料,研究了添加一定量的Si对钎料非晶形成能力的影响。结果表明,当Si的含量达到0.5%时钎料的非晶形成能力最强,钎料的润湿面积为3.06 cm2,过冷液相区宽度(?Tx)?Tx=56 ℃,约化玻璃转变温度(Trg)Trg=0.5387,液相线温度为949 ℃。以此非晶合金作为钎料对SiC和TC4进行真空钎焊,所得钎焊接头剪切强度为80 MPa。Si元素的加入显著提高了钎料的非晶形成能力。
采用电弧熔炼和快冷甩带工艺制备了(Ti0.46Cu0.14Zr0.27Ni0.13)1-xSix非晶钎料,研究了添加一定量的Si对钎料非晶形成能力的影响。结果表明,当Si的含量达到0.5%时钎料的非晶形成能力最强,钎料的润湿面积为3.06 cm2,过冷液相区宽度(?Tx)?Tx=56 ℃,约化玻璃转变温度(Trg)Trg=0.5387,液相线温度为949 ℃。以此非晶合金作为钎料对SiC和TC4进行真空钎焊,所得钎焊接头剪切强度为80 MPa。Si元素的加入显著提高了钎料的非晶形成能力。
2018, 47(7):2028-2036.
摘要:
采用多弧离子镀-磁控溅射复合技术在AISI304不锈钢基体表面于Ar和N2混合气氛下共溅射钛靶和石墨靶制备了TiCN薄膜，研究了占空比对TiCN薄膜结构和在3.5 wt.%NaCl 中耐蚀性的影响规律。结果表明:所沉积的TiCN薄膜表面光滑、均匀致密，主要形成具有 Ti-(C,N) 键的fcc-TiN型结构和少量的a-CNx化合物，并随着占空比的增加表现出（111）晶面择优取向。TiCN薄膜相比于基体表现出更好的耐蚀性能，且随着占空比的增大，薄膜的耐蚀性逐渐提高。当占空比为40%时，TiCN薄膜表现出最为优异的抗腐蚀性能，其自腐蚀电流密度(icorr)和极化电阻(Rp)分别为3.262×10-7 A.cm-2和238.4 kΩ.cm2。薄膜的阻抗谱显示腐蚀离子的渗透行为和局部腐蚀过程是影响电极体系腐蚀反应过程中的主要动力学因素，这与极化曲线的分析结果相一致。
采用多弧离子镀-磁控溅射复合技术在AISI304不锈钢基体表面于Ar和N2混合气氛下共溅射钛靶和石墨靶制备了TiCN薄膜，研究了占空比对TiCN薄膜结构和在3.5 wt.%NaCl 中耐蚀性的影响规律。结果表明:所沉积的TiCN薄膜表面光滑、均匀致密，主要形成具有 Ti-(C,N) 键的fcc-TiN型结构和少量的a-CNx化合物，并随着占空比的增加表现出（111）晶面择优取向。TiCN薄膜相比于基体表现出更好的耐蚀性能，且随着占空比的增大，薄膜的耐蚀性逐渐提高。当占空比为40%时，TiCN薄膜表现出最为优异的抗腐蚀性能，其自腐蚀电流密度(icorr)和极化电阻(Rp)分别为3.262×10-7 A.cm-2和238.4 kΩ.cm2。薄膜的阻抗谱显示腐蚀离子的渗透行为和局部腐蚀过程是影响电极体系腐蚀反应过程中的主要动力学因素，这与极化曲线的分析结果相一致。
2018, 47(7):2037-2041.
摘要:
采用一种新的直流电弧等离子体法,通过对熔融的金属进行爆破(或气化),制备出了单相SnO2、In2O3纳米颗粒以及In2O3:Sn (ITO)、SnO2:Sb (ATO)和SnO2:In:Sb (IATO)多元复合纳米颗粒。XRD结果表明,所制备的SnO2和In2O3基多元复合纳米颗粒均为单相结构,没有其它杂相；TEM结果表明,直流电弧等离子体所制备的单相纳米颗粒分散性好,尺寸约20-50nm。该法合成的纳米ITO和ATO颗粒所制备的ITO靶材和SnO2电极密度高、电阻率低,表明所制备的ITO和ATO纳米颗粒可以应用于平板显示和导电电极领域。
采用一种新的直流电弧等离子体法,通过对熔融的金属进行爆破(或气化),制备出了单相SnO2、In2O3纳米颗粒以及In2O3:Sn (ITO)、SnO2:Sb (ATO)和SnO2:In:Sb (IATO)多元复合纳米颗粒。XRD结果表明,所制备的SnO2和In2O3基多元复合纳米颗粒均为单相结构,没有其它杂相；TEM结果表明,直流电弧等离子体所制备的单相纳米颗粒分散性好,尺寸约20-50nm。该法合成的纳米ITO和ATO颗粒所制备的ITO靶材和SnO2电极密度高、电阻率低,表明所制备的ITO和ATO纳米颗粒可以应用于平板显示和导电电极领域。
2018, 47(7):2042-2048.
摘要:
本文主要研究了Mg-40Al与Mg-20Ce固液界面在475°C, 500°C和525°C下保温5min至30min的界面反应和扩散层的生长动力学。结果发现，在扩散层中由于Al元素和Ce元素反应生成Al11Ce3, Al3Ce and Al2Ce金属化合物。金属化合物的体积分数随着扩散温度的升高而增加。扩散层的生长满足抛物线生长规律，扩散层的扩散激活能为42±3.7kJ/mol。实验研究的固液扩散为理解合金熔炼过程中金属化合物的形成提供了理论基础。
本文主要研究了Mg-40Al与Mg-20Ce固液界面在475°C, 500°C和525°C下保温5min至30min的界面反应和扩散层的生长动力学。结果发现，在扩散层中由于Al元素和Ce元素反应生成Al11Ce3, Al3Ce and Al2Ce金属化合物。金属化合物的体积分数随着扩散温度的升高而增加。扩散层的生长满足抛物线生长规律，扩散层的扩散激活能为42±3.7kJ/mol。实验研究的固液扩散为理解合金熔炼过程中金属化合物的形成提供了理论基础。
2018, 47(7):2049-2055.
摘要:
通过真空非自耗熔炼炉制备了低成本Ti-6Al-2.5V-1.5Fe-0.15O合金,利用Gleeble-1500D热模拟机,研究了其热加工参数为：变形温度875℃-1100℃、应变速率0.001s-1-1s-1,变形量为70%时的热变形行为,建立了Ti-6Al-2.5V-1.5Fe-0.15O合金考虑应变量的Arrhenius本构方程,基于动态材料模型建立热加工图。研究结果表明：变形温度升高,应变速率降低,流变应力降低。通过本构方程计算可得两相区平均热激活能为398.824KJ/mol,远大于纯钛自激活能,表明热变形软化机制与动态再结晶有关。单相区热激活能为210.93KJ/mol,略大于纯钛自激活能,以动态回复为主。通过热加工图确定两个失稳区,中等变形温度(950℃-1070℃)高应变速率(0.31-0.1s-1)易发生绝热剪切,结合热加工图确定适合的加工区间：应变速率为0.001-0.01s-1,变形温度为875℃-925℃。
通过真空非自耗熔炼炉制备了低成本Ti-6Al-2.5V-1.5Fe-0.15O合金,利用Gleeble-1500D热模拟机,研究了其热加工参数为：变形温度875℃-1100℃、应变速率0.001s-1-1s-1,变形量为70%时的热变形行为,建立了Ti-6Al-2.5V-1.5Fe-0.15O合金考虑应变量的Arrhenius本构方程,基于动态材料模型建立热加工图。研究结果表明：变形温度升高,应变速率降低,流变应力降低。通过本构方程计算可得两相区平均热激活能为398.824KJ/mol,远大于纯钛自激活能,表明热变形软化机制与动态再结晶有关。单相区热激活能为210.93KJ/mol,略大于纯钛自激活能,以动态回复为主。通过热加工图确定两个失稳区,中等变形温度(950℃-1070℃)高应变速率(0.31-0.1s-1)易发生绝热剪切,结合热加工图确定适合的加工区间：应变速率为0.001-0.01s-1,变形温度为875℃-925℃。
2018, 47(7):2056-2060.
摘要:
本文通过对分离式Hopkinson 拉杆试验装置进行改进，在入射杆与透射杆上加入余波吸收器，消除了动态拉伸过程中反射余波对试件的二次加载，从而发展了动态拉伸复元试验技术。对TC11两相钛合金试件进行动态拉伸复元试验，获得了TC11材料在不同应变率下的等温应力-应变曲线，成功实现了材料的温度软化效应与应变强化、应变率硬化效应的解耦。并且对TC11钛合金开展了不同初始温度下的准静态拉伸试验，采用Johnson-Cook模型描述材料的温度软化效应，并引入绝热动态拉伸过程的绝热温升值对Johnson-Cook模型进行修正，当修正模型计算所得的绝热曲线与试验所得绝热曲线相互吻合时，可以确定TC11钛合金材料在不同应变率动态拉伸条件下塑性耗散功向热量的转化系数，并且发现了应变率500s-1下的转化系数要小于应变率190s-1下的转化系数。
本文通过对分离式Hopkinson 拉杆试验装置进行改进，在入射杆与透射杆上加入余波吸收器，消除了动态拉伸过程中反射余波对试件的二次加载，从而发展了动态拉伸复元试验技术。对TC11两相钛合金试件进行动态拉伸复元试验，获得了TC11材料在不同应变率下的等温应力-应变曲线，成功实现了材料的温度软化效应与应变强化、应变率硬化效应的解耦。并且对TC11钛合金开展了不同初始温度下的准静态拉伸试验，采用Johnson-Cook模型描述材料的温度软化效应，并引入绝热动态拉伸过程的绝热温升值对Johnson-Cook模型进行修正，当修正模型计算所得的绝热曲线与试验所得绝热曲线相互吻合时，可以确定TC11钛合金材料在不同应变率动态拉伸条件下塑性耗散功向热量的转化系数，并且发现了应变率500s-1下的转化系数要小于应变率190s-1下的转化系数。
18 高纯钛压缩孪生行为研究
2018, 47(7):2061-2066.
摘要:
利用背散射电子衍射(EBSD)技术对高纯钛形变组织中{11-22}和{11-24}压缩孪生进行了研究。结果表明：{11-24}孪晶总是伴随{11-22}孪晶在同一晶粒中产生,在变形组织中没有发现单独存在的{11-24}孪晶；这种极少出现的{11-24}压缩孪晶主要由{11-22}孪晶与晶界或{11-22}孪生变体之间交互作用改变了局部应力状态而诱发的。由{11-22}孪晶诱发的{11-24}孪晶更倾向于同其中一个{11-22}孪生变体具有相同的转轴。此外,根据晶体对称性及相同晶粒中{11-22}和{11-24}孪晶之间的取向关系,{11-22}-{11-24}孪晶反应可形成四种不同类型的孪晶反应界面。
利用背散射电子衍射(EBSD)技术对高纯钛形变组织中{11-22}和{11-24}压缩孪生进行了研究。结果表明：{11-24}孪晶总是伴随{11-22}孪晶在同一晶粒中产生,在变形组织中没有发现单独存在的{11-24}孪晶；这种极少出现的{11-24}压缩孪晶主要由{11-22}孪晶与晶界或{11-22}孪生变体之间交互作用改变了局部应力状态而诱发的。由{11-22}孪晶诱发的{11-24}孪晶更倾向于同其中一个{11-22}孪生变体具有相同的转轴。此外,根据晶体对称性及相同晶粒中{11-22}和{11-24}孪晶之间的取向关系,{11-22}-{11-24}孪晶反应可形成四种不同类型的孪晶反应界面。
2018, 47(7):2067-2071.
摘要:
亚氧化钛具电化学窗口宽、耐蚀性好等诸多优点，是非常有应用潜力的污水处理用阳极材料。但目前关于其在污水处理方面的研究主要集中在其电化学性能，还未对其用于污水处理的强化电解性能进行过评价。本文采用强化电解方法测试钛基亚氧化钛电极的寿命和失效前后的形貌和结构变化，分析其电化学性能和表面反应的机理。结果表明，亚氧化钛电极的强化电解寿命320h左右，每12h反置电流可延长电解池整体寿命至840h（电极寿命420h），失效前后的亚氧化钛组成变化不大，涂层出现裂纹和脱落，导致基体钝化，使得槽压迅速上升而发生失效。
亚氧化钛具电化学窗口宽、耐蚀性好等诸多优点，是非常有应用潜力的污水处理用阳极材料。但目前关于其在污水处理方面的研究主要集中在其电化学性能，还未对其用于污水处理的强化电解性能进行过评价。本文采用强化电解方法测试钛基亚氧化钛电极的寿命和失效前后的形貌和结构变化，分析其电化学性能和表面反应的机理。结果表明，亚氧化钛电极的强化电解寿命320h左右，每12h反置电流可延长电解池整体寿命至840h（电极寿命420h），失效前后的亚氧化钛组成变化不大，涂层出现裂纹和脱落，导致基体钝化，使得槽压迅速上升而发生失效。
2018, 47(7):2072-2079.
摘要:
研究了Mg-16Zn-5Al合金在部分重熔过程中的演变演变和相转变。结果表明：Mg-16Zn-5Al合金在440℃重熔30~60min或460℃重熔30min可获得理想的半固态球晶组织，其平均晶粒尺寸为54.9~57.9μm，平均圆整度为1.18~1.29，固相率约为65%。合金在重熔过程中发生的相转变(即：MgZn+τ→α-Mg、α-Mg+MgZn+τ→L、α-Mg→L及α-Mg→L和L→α-Mg)导致了晶粒内部的快速粗化合并、组织分离、球化和后期的吞并粗化，同时晶粒内部的亚晶界和根部重熔对组织的分离起着重要作用。基于LSW理论推导出了某一保温时间段内与扩散系数相关的晶粒粗化因子Mn，用其描述晶粒在相应阶段的主要演变方式。
研究了Mg-16Zn-5Al合金在部分重熔过程中的演变演变和相转变。结果表明：Mg-16Zn-5Al合金在440℃重熔30~60min或460℃重熔30min可获得理想的半固态球晶组织，其平均晶粒尺寸为54.9~57.9μm，平均圆整度为1.18~1.29，固相率约为65%。合金在重熔过程中发生的相转变(即：MgZn+τ→α-Mg、α-Mg+MgZn+τ→L、α-Mg→L及α-Mg→L和L→α-Mg)导致了晶粒内部的快速粗化合并、组织分离、球化和后期的吞并粗化，同时晶粒内部的亚晶界和根部重熔对组织的分离起着重要作用。基于LSW理论推导出了某一保温时间段内与扩散系数相关的晶粒粗化因子Mn，用其描述晶粒在相应阶段的主要演变方式。
2018, 47(7):2080-2086.
摘要:
为研究925合金在均匀化及固溶过程中组织演变规律,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析等对经真空感应熔炼(VIM)和保护气氛下电渣重熔(ESR)双联工艺冶炼的925合金的原始铸态、均匀化态、锻态和固溶态的组织和析出相进行分析。结果表明：铸态组织中含有TiN、MC、γ′相、σ相以及η相；1160℃退火5h可使γ′相、σ相及η相回溶,退火20h偏析基本消除；在950-1070℃固溶过程中,M23C6相在晶界析出量逐渐减少,1040℃以上晶粒急剧长大。
为研究925合金在均匀化及固溶过程中组织演变规律,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析等对经真空感应熔炼(VIM)和保护气氛下电渣重熔(ESR)双联工艺冶炼的925合金的原始铸态、均匀化态、锻态和固溶态的组织和析出相进行分析。结果表明：铸态组织中含有TiN、MC、γ′相、σ相以及η相；1160℃退火5h可使γ′相、σ相及η相回溶,退火20h偏析基本消除；在950-1070℃固溶过程中,M23C6相在晶界析出量逐渐减少,1040℃以上晶粒急剧长大。
2018, 47(7):2087-2092.
摘要:
为了研究清楚稀土微合金化对低合金高强钢冲击韧性影响的机理，利用仪器化冲击试验机对实验钢进行了示波冲击实验。并通过扫描电镜、电子背散射衍射和X射线分析了稀土对低合金高强钢微观结构的影响，包括：组织、晶界特征和残余奥氏体的量。同时采用物理化学相分析和X射线小角度散射技术分析了稀土元素的固溶量及对低合金高强钢中铌钒钛元素析出量及其第二相粒子粒度分布的影响。结果表明，稀土镧可以提高低合金高强钢的冲击功，尤其是在裂纹的扩展阶段，主要原因归结为增加了残余奥氏体的量、增加了大角度晶界尤其是低Σ值晶界的量、减少了第二相粒子的析出量和细化了第二相粒子的尺寸。
为了研究清楚稀土微合金化对低合金高强钢冲击韧性影响的机理，利用仪器化冲击试验机对实验钢进行了示波冲击实验。并通过扫描电镜、电子背散射衍射和X射线分析了稀土对低合金高强钢微观结构的影响，包括：组织、晶界特征和残余奥氏体的量。同时采用物理化学相分析和X射线小角度散射技术分析了稀土元素的固溶量及对低合金高强钢中铌钒钛元素析出量及其第二相粒子粒度分布的影响。结果表明，稀土镧可以提高低合金高强钢的冲击功，尤其是在裂纹的扩展阶段，主要原因归结为增加了残余奥氏体的量、增加了大角度晶界尤其是低Σ值晶界的量、减少了第二相粒子的析出量和细化了第二相粒子的尺寸。
2018, 47(7):2093-2099.
摘要:
以Fe-C-Ce合金为对象,建立多元合金溶质分配系数热力学计算模型,并利用FactSage Equilib模块计算不同铈含量下凝固体系中溶质碳的平衡分配系数,以此研究稀土铈对钢中溶质碳偏析的影响。结果表明：稀土铈对体系的凝固相转变影响较大。铈的添加可促使奥氏体的转变,使L+γ固-液共存区扩大,从而使碳的平均平衡分配系数增大,起到减小钢中碳偏析的作用。改善钢中碳偏析的最适宜铈添加量与碳含量有关。Fe-0.1%C-x%Ce体系最适宜的稀土铈添加量为0.047%~0.057%。Fe-0.25%C-x%Ce体系最适宜的稀土铈添加量为0.03%~0.04%。
以Fe-C-Ce合金为对象,建立多元合金溶质分配系数热力学计算模型,并利用FactSage Equilib模块计算不同铈含量下凝固体系中溶质碳的平衡分配系数,以此研究稀土铈对钢中溶质碳偏析的影响。结果表明：稀土铈对体系的凝固相转变影响较大。铈的添加可促使奥氏体的转变,使L+γ固-液共存区扩大,从而使碳的平均平衡分配系数增大,起到减小钢中碳偏析的作用。改善钢中碳偏析的最适宜铈添加量与碳含量有关。Fe-0.1%C-x%Ce体系最适宜的稀土铈添加量为0.047%~0.057%。Fe-0.25%C-x%Ce体系最适宜的稀土铈添加量为0.03%~0.04%。
2018, 47(7):2100-2106.
摘要:
本文采用三维X射线显微镜对高温热循环后的双层结构热障涂层样品进行了分辨率0.5 μm的高分辨率CT (Computed Tomography)重建，实现了热生长氧化物 (Thermally Grown Oxide，TGO)三维结构分割与可视化，建立了基于真实TGO微结构的热障涂层三维有限元模型，研究了蠕变及热循环次数对热障涂层热应力的影响。有限元分析结果表明：恒温阶段受蠕变的影响，应力大幅度减小，高温蠕变对热障涂层热应力具有释放作用。三维热应力分布结果表明粘结层与TGO界面处应力最大。热障涂层的应力随着热循环次数的增加而增大，但在15个循环之后，应力趋于稳定。
本文采用三维X射线显微镜对高温热循环后的双层结构热障涂层样品进行了分辨率0.5 μm的高分辨率CT (Computed Tomography)重建，实现了热生长氧化物 (Thermally Grown Oxide，TGO)三维结构分割与可视化，建立了基于真实TGO微结构的热障涂层三维有限元模型，研究了蠕变及热循环次数对热障涂层热应力的影响。有限元分析结果表明：恒温阶段受蠕变的影响，应力大幅度减小，高温蠕变对热障涂层热应力具有释放作用。三维热应力分布结果表明粘结层与TGO界面处应力最大。热障涂层的应力随着热循环次数的增加而增大，但在15个循环之后，应力趋于稳定。
2018, 47(7):2107-2112.
摘要:
本文将相图计算和RE-Mg-Ni(RE=Nd, Ce, Y)系储氢电极合金的最大放电容量测试相结合,然后通过矩阵运算的方式构建了合金“电化学相图”,提出了一种储氢电极合金设计的新方法,可快速定位高放电容量区域,为储氢电极合金设计提供指导,缩短研发周期。在本文研究体系中,Nd-Mg-Ni体系具有较高的最大放电容量,Y-Mg-Ni体系次之,其中NdMgNi4合金的最大放电容量为271.06 mAh/g。
本文将相图计算和RE-Mg-Ni(RE=Nd, Ce, Y)系储氢电极合金的最大放电容量测试相结合,然后通过矩阵运算的方式构建了合金“电化学相图”,提出了一种储氢电极合金设计的新方法,可快速定位高放电容量区域,为储氢电极合金设计提供指导,缩短研发周期。在本文研究体系中,Nd-Mg-Ni体系具有较高的最大放电容量,Y-Mg-Ni体系次之,其中NdMgNi4合金的最大放电容量为271.06 mAh/g。
2018, 47(7):2113-2119.
摘要:
采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验，得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线，建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口，对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性，流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征，随着变形温度的升高和应变速率的降低，稳态流变特征逐渐消失，其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高，可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。
采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验，得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线，建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口，对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性，流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征，随着变形温度的升高和应变速率的降低，稳态流变特征逐渐消失，其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高，可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。
2018, 47(7):2216-2224.
摘要:
2060铝锂合金以其轻质高强等特性在航空、航天领域有着广阔的应用前景。本文利用光纤激光填充ER4047焊丝对2060铝锂合金进行了对接试验，研究了焊缝形貌和组织特征、合金元素微观偏析、二次相析出、焊缝的力学性能等，分析了其相互关系。研究结果表明，合理的焊接工艺下焊缝成形良好，沿熔合线分布着非常细小的等轴晶，焊缝中心为大量的等轴树枝晶，柱状晶区域比较窄；焊缝存在较为严重的微观偏析，主要的合金元素Cu、Mg、Si等集中分布在晶界处，Al元素在晶间含量较少；主要强化相T1(Al2CuLi)在焊缝中几乎全部消失，并有一定数量的TB(Al7Cu4Li)相析出；填充ER4047焊丝的焊缝晶间存在大量的共晶体，较多的Mg2Si及AlxCuxMnx二次相等；热影响区(HAZ)中晶粒和二次相尺寸变大，并有θ′(Al2Cu)、TB及未溶解的T1(Al2CuLi)等相共存。最佳工艺下接头的性能测试发现，焊缝区的硬度最小，平均为98.6HV，约为母材硬度的65%；接头抗拉强度达到了354MPa，伸长率为4.9%，分别为母材2060合金的67%和40.8%。焊缝区是接头的最薄弱环节，拉伸断裂优先发生于焊缝下部的粗大的等轴晶区，沿晶界逐渐向上扩展，最终沿柱状晶区断裂，断口表现为韧窝聚集型沿晶断裂。
2060铝锂合金以其轻质高强等特性在航空、航天领域有着广阔的应用前景。本文利用光纤激光填充ER4047焊丝对2060铝锂合金进行了对接试验，研究了焊缝形貌和组织特征、合金元素微观偏析、二次相析出、焊缝的力学性能等，分析了其相互关系。研究结果表明，合理的焊接工艺下焊缝成形良好，沿熔合线分布着非常细小的等轴晶，焊缝中心为大量的等轴树枝晶，柱状晶区域比较窄；焊缝存在较为严重的微观偏析，主要的合金元素Cu、Mg、Si等集中分布在晶界处，Al元素在晶间含量较少；主要强化相T1(Al2CuLi)在焊缝中几乎全部消失，并有一定数量的TB(Al7Cu4Li)相析出；填充ER4047焊丝的焊缝晶间存在大量的共晶体，较多的Mg2Si及AlxCuxMnx二次相等；热影响区(HAZ)中晶粒和二次相尺寸变大，并有θ′(Al2Cu)、TB及未溶解的T1(Al2CuLi)等相共存。最佳工艺下接头的性能测试发现，焊缝区的硬度最小，平均为98.6HV，约为母材硬度的65%；接头抗拉强度达到了354MPa，伸长率为4.9%，分别为母材2060合金的67%和40.8%。焊缝区是接头的最薄弱环节，拉伸断裂优先发生于焊缝下部的粗大的等轴晶区，沿晶界逐渐向上扩展，最终沿柱状晶区断裂，断口表现为韧窝聚集型沿晶断裂。
2018, 47(7):2225-2231.
摘要:
采用Geeble1500型热模拟试验，对MoLa合金进行等温恒应变速率压缩实验，研究其在变形温度800~1150℃，应变速率0.001~10s-1范围内的热变形行为。通过对不同变形参数下的流变曲线分析发现，随应变的增加，流变曲线大多呈现为缓慢上升或保持稳定，但在应变速率为0.001s-1时，1000~1150℃变形温度下流变应力随应变的增加而下降；采用PSO-BP神经网络建立MoLa合金本构模型，经过误差计算得出，该模型的相关系数和平均相对误差分别为：0.995和1.48%，具有良好的精度；基于极性交互模型绘制MoLa合金本征热加工性能参数ξ图，并通过对失稳区和稳定区组织分析发现，失稳区主要以局部流动为失稳形式，稳定区主要以动态回复为变形机制；通过ξ图和组织观察可知，MoLa合金适宜的变形参数范围为：变形温度1100~1150℃，应变速率0.001~0.05s-1。
采用Geeble1500型热模拟试验，对MoLa合金进行等温恒应变速率压缩实验，研究其在变形温度800~1150℃，应变速率0.001~10s-1范围内的热变形行为。通过对不同变形参数下的流变曲线分析发现，随应变的增加，流变曲线大多呈现为缓慢上升或保持稳定，但在应变速率为0.001s-1时，1000~1150℃变形温度下流变应力随应变的增加而下降；采用PSO-BP神经网络建立MoLa合金本构模型，经过误差计算得出，该模型的相关系数和平均相对误差分别为：0.995和1.48%，具有良好的精度；基于极性交互模型绘制MoLa合金本征热加工性能参数ξ图，并通过对失稳区和稳定区组织分析发现，失稳区主要以局部流动为失稳形式，稳定区主要以动态回复为变形机制；通过ξ图和组织观察可知，MoLa合金适宜的变形参数范围为：变形温度1100~1150℃，应变速率0.001~0.05s-1。
2018, 47(7):2120-2125.
摘要:
采用熔盐电解法在纯钛表面渗硼,以硼砂作硼源,无水氯化钙为支持电解质,在电解温度930℃,电解时间1h的条件下,研究不同电流密度对渗层物相、微观结构及渗层厚度的影响,并用循环伏安法对阴极反应机理进行了研究。利用XRD对渗硼试样表面进行物相分析,利用扫描电镜(SEM)观察渗硼试样的断面形貌并采用能谱(EDS)进行元素分析,结果表明：在不同的电流密度下电解渗硼,得到的渗层均由TiB2和TiB组成,且TiB2渗层厚度为1.2~4.5μm,渗层厚度随电流密度非线性变化。循环伏安法结果显示阴极的反应主要是钠离子的还原,钠离子再将B2O3中的B置换出来,高温下B原子向钛基体扩散而形成硼化物渗层。
采用熔盐电解法在纯钛表面渗硼,以硼砂作硼源,无水氯化钙为支持电解质,在电解温度930℃,电解时间1h的条件下,研究不同电流密度对渗层物相、微观结构及渗层厚度的影响,并用循环伏安法对阴极反应机理进行了研究。利用XRD对渗硼试样表面进行物相分析,利用扫描电镜(SEM)观察渗硼试样的断面形貌并采用能谱(EDS)进行元素分析,结果表明：在不同的电流密度下电解渗硼,得到的渗层均由TiB2和TiB组成,且TiB2渗层厚度为1.2~4.5μm,渗层厚度随电流密度非线性变化。循环伏安法结果显示阴极的反应主要是钠离子的还原,钠离子再将B2O3中的B置换出来,高温下B原子向钛基体扩散而形成硼化物渗层。
2018, 47(7):2126-2131.
摘要:
工业纯钛TA1经等径弯曲通道变形(Equal channel angular pressing, ECAP)+冷轧(Cold Rolling, CR)+旋锻(Swaging)的方法制得晶粒尺寸约为120 nm的超细晶工业纯钛，通过单轴拉伸蠕变实验、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等方法，研究室温下超细晶工业纯钛蠕变变形行为及机理。结果表明：在实验应力范围内，超细晶工业纯钛存在明显的室温蠕变现象；随加载应力的上升(640MPa~760MPa)，蠕变量增加，稳态蠕变速率增大(2.8×10-7s-1~1.5×10-4s-1)；在相同蠕变应力水平(0.8σs)下，超细晶工业纯钛稳态蠕变速率(2.8×10-7s-1)低于粗晶工业纯钛(8.6×10-6s-1)，抗蠕变性能优于粗晶工业纯钛；位错滑移机理是其主要蠕变变形机理，蠕变断裂机制为韧性断裂。
工业纯钛TA1经等径弯曲通道变形(Equal channel angular pressing, ECAP)+冷轧(Cold Rolling, CR)+旋锻(Swaging)的方法制得晶粒尺寸约为120 nm的超细晶工业纯钛，通过单轴拉伸蠕变实验、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等方法，研究室温下超细晶工业纯钛蠕变变形行为及机理。结果表明：在实验应力范围内，超细晶工业纯钛存在明显的室温蠕变现象；随加载应力的上升(640MPa~760MPa)，蠕变量增加，稳态蠕变速率增大(2.8×10-7s-1~1.5×10-4s-1)；在相同蠕变应力水平(0.8σs)下，超细晶工业纯钛稳态蠕变速率(2.8×10-7s-1)低于粗晶工业纯钛(8.6×10-6s-1)，抗蠕变性能优于粗晶工业纯钛；位错滑移机理是其主要蠕变变形机理，蠕变断裂机制为韧性断裂。
2018, 47(7):2132-2136.
摘要:
摘 要: 在连接工艺参数为1000℃～1200℃/25MPa/90min情况下，对高铌TiAl合金（TAN）进行直接扩散连接。采用SEM、EDS、XRD和EBSD等方法对连接界面微观组织进行分析，并研究了连接温度对接头界面结构和剪切强度的影响。结果表明：当连接温度T<1100℃时，连接界面清晰垂直，继续升高温度，界面消失；扩散连接过程中，连接界面处出现再结晶现象，随着连接温度的升高，再结晶晶粒不断增多并长大，并且再结晶区域出现大量α2相；当连接温度达到1150℃时，接头平均抗剪强度达到最大值为105MPa。
摘 要: 在连接工艺参数为1000℃～1200℃/25MPa/90min情况下，对高铌TiAl合金（TAN）进行直接扩散连接。采用SEM、EDS、XRD和EBSD等方法对连接界面微观组织进行分析，并研究了连接温度对接头界面结构和剪切强度的影响。结果表明：当连接温度T<1100℃时，连接界面清晰垂直，继续升高温度，界面消失；扩散连接过程中，连接界面处出现再结晶现象，随着连接温度的升高，再结晶晶粒不断增多并长大，并且再结晶区域出现大量α2相；当连接温度达到1150℃时，接头平均抗剪强度达到最大值为105MPa。
2018, 47(7):2137-2143.
摘要:
为改善钛合金耐磨和抗疲劳性能,采用离子渗技术在TC4钛合金表面先渗Zr,再渗N形成梯度ZrN合金化层,并与喷丸强化(SP)后处理复合。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和显微硬度计分析了改性层的组织结构和硬度沿层深的分布,探讨了改性层对TC4钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制。结果表明,TC4钛合金离子渗层由ZrN-TiN复合相表层和富氮的Zr-Ti固溶体次表层组成,表面以ZrN相为主,其硬度较基材提高了3.2倍,合理强度的喷丸后处理未造成渗ZrN层表面明显损伤,并使表层硬度进一步增大,硬度沿层深呈现梯度递减分布。渗ZrN层明显降低了TC4合金的疲劳抗力,此归于ZrN-TiN层韧性低,表面粗糙度大。SP后处理则使渗ZrN的TC4钛合金疲劳抗力显著提高,不仅远高于TC4钛合金基材,而且远大于SP处理状态,原因归于复合处理引入了数值高、分布深的残余压应力场,并使表面粗糙度降低、组织改善,有效抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展。
为改善钛合金耐磨和抗疲劳性能,采用离子渗技术在TC4钛合金表面先渗Zr,再渗N形成梯度ZrN合金化层,并与喷丸强化(SP)后处理复合。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和显微硬度计分析了改性层的组织结构和硬度沿层深的分布,探讨了改性层对TC4钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制。结果表明,TC4钛合金离子渗层由ZrN-TiN复合相表层和富氮的Zr-Ti固溶体次表层组成,表面以ZrN相为主,其硬度较基材提高了3.2倍,合理强度的喷丸后处理未造成渗ZrN层表面明显损伤,并使表层硬度进一步增大,硬度沿层深呈现梯度递减分布。渗ZrN层明显降低了TC4合金的疲劳抗力,此归于ZrN-TiN层韧性低,表面粗糙度大。SP后处理则使渗ZrN的TC4钛合金疲劳抗力显著提高,不仅远高于TC4钛合金基材,而且远大于SP处理状态,原因归于复合处理引入了数值高、分布深的残余压应力场,并使表面粗糙度降低、组织改善,有效抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展。
2018, 47(7):2144-2150.
摘要:
粗大β柱状晶导致的各项异性是电弧增材制造TC4合金面临的主要问题。为解决上述问题,本文采用不同的脉冲频率和热输入成形了多组试样,并结合有限元分析,重点研究了热输入和脉冲频率对成形TC4形貌和组织的影响。结果表明：随着脉冲频率增加,试样宽度先是快速减小,随后略有增加,β晶粒由柱状晶转变为等轴晶,并且得到细化,但α相没有显著变化；提高热输入有利于获得等轴晶,但会增加试样的宽度,还会导致α相变得粗大。试样的宽度由熔池的尺寸决定,主要与平均热输入和峰值阶段输入的热量相关。提高脉冲频率能破碎树枝晶,降低温度梯度,有利于增加形核率,提高热输入也能降低温度梯度,因此能够获得等轴晶。α相形貌主要与相变时的冷却速度相关,降低热输入能增加冷却速度, 细化α相。
粗大β柱状晶导致的各项异性是电弧增材制造TC4合金面临的主要问题。为解决上述问题,本文采用不同的脉冲频率和热输入成形了多组试样,并结合有限元分析,重点研究了热输入和脉冲频率对成形TC4形貌和组织的影响。结果表明：随着脉冲频率增加,试样宽度先是快速减小,随后略有增加,β晶粒由柱状晶转变为等轴晶,并且得到细化,但α相没有显著变化；提高热输入有利于获得等轴晶,但会增加试样的宽度,还会导致α相变得粗大。试样的宽度由熔池的尺寸决定,主要与平均热输入和峰值阶段输入的热量相关。提高脉冲频率能破碎树枝晶,降低温度梯度,有利于增加形核率,提高热输入也能降低温度梯度,因此能够获得等轴晶。α相形貌主要与相变时的冷却速度相关,降低热输入能增加冷却速度, 细化α相。
2018, 47(7):2151-2158.
摘要:
为改善Mg-Zn-Ca合金的非晶形成能力，本文采用铜模喷铸法制备了不同Sr含量的Mg-Zn-Ca-Sr合金2 mm和4mm棒材试样。利用XRD、SEM、DSC和电化学测试方法研究了Sr元素对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力和在模拟体液中耐蚀性的影响。结果表明，Mg65Zn30Ca5-xSrx(x=0,0.5,1.0,1.5, at%)合金的2mm棒材试样组织均为非晶态，而4mm棒材试样均是由非晶和晶体相（Mg和MgZn相）组，但晶体相的体积分数和尺寸随着Sr元素添加量的增加而减少，即合金的非晶形成能力提高，其中，Mg65Zn30Ca4Sr1合金非晶形成能力最强。电化学腐蚀测试结果表明随着Sr含量增多，合金的腐蚀电位向正向移动，腐蚀电流密度减小，合金的耐蚀性逐渐增强，2mm棒材试样中Mg65Zn30Ca4Sr0.5合金的耐蚀性最好，4mm棒材试样中Mg65Zn30Ca4Sr1合金的耐蚀性最强。
为改善Mg-Zn-Ca合金的非晶形成能力，本文采用铜模喷铸法制备了不同Sr含量的Mg-Zn-Ca-Sr合金2 mm和4mm棒材试样。利用XRD、SEM、DSC和电化学测试方法研究了Sr元素对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力和在模拟体液中耐蚀性的影响。结果表明，Mg65Zn30Ca5-xSrx(x=0,0.5,1.0,1.5, at%)合金的2mm棒材试样组织均为非晶态，而4mm棒材试样均是由非晶和晶体相（Mg和MgZn相）组，但晶体相的体积分数和尺寸随着Sr元素添加量的增加而减少，即合金的非晶形成能力提高，其中，Mg65Zn30Ca4Sr1合金非晶形成能力最强。电化学腐蚀测试结果表明随着Sr含量增多，合金的腐蚀电位向正向移动，腐蚀电流密度减小，合金的耐蚀性逐渐增强，2mm棒材试样中Mg65Zn30Ca4Sr0.5合金的耐蚀性最好，4mm棒材试样中Mg65Zn30Ca4Sr1合金的耐蚀性最强。
2018, 47(7):2159-2165.
摘要:
基于Mg-8Sn系镁合金具有较好的强度、耐腐蚀性和塑性加工性,本文采用放电等离子烧结方法(Spark plasma sintering：SPS)在530～590 ℃制备了Mg-8Sn-1Al-1Zn镁合金,对镁合金的微观组织、物相、力学性能和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明：镁合金的显微组织由α-Mg和Mg2Sn相组成,Mg2Sn相在界面处产生。在制备温度为570 ℃时弯曲强度最高,可达215 MPa。当烧结温度为590 ℃时镁合金的耐腐蚀性能最好,其电化学的电极电位和腐蚀电流分别为-1.5218 V和1.9632×10-5 A/cm2,这主要是由于Mg2Sn在颗粒接合边界的存在,对α-Mg起到保护作用。
基于Mg-8Sn系镁合金具有较好的强度、耐腐蚀性和塑性加工性,本文采用放电等离子烧结方法(Spark plasma sintering：SPS)在530～590 ℃制备了Mg-8Sn-1Al-1Zn镁合金,对镁合金的微观组织、物相、力学性能和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明：镁合金的显微组织由α-Mg和Mg2Sn相组成,Mg2Sn相在界面处产生。在制备温度为570 ℃时弯曲强度最高,可达215 MPa。当烧结温度为590 ℃时镁合金的耐腐蚀性能最好,其电化学的电极电位和腐蚀电流分别为-1.5218 V和1.9632×10-5 A/cm2,这主要是由于Mg2Sn在颗粒接合边界的存在,对α-Mg起到保护作用。
2018, 47(7):2166-2171.
摘要:
通过普通凝固方法制备含高体积分数准晶相的Mg-48Zn-13Y准晶中间合金。利用OM,SEM,EDS,XRD及拉伸实验研究了MZY准晶对AM50合金显微组织及力学性能的影响。结果表明：向AM50合金中添加MZY准晶后,组织中可保留Mg3Zn6Y准晶相,并使合金组织得到明显地细化；组织中β-Mg17Al12相的数量减少,且形貌由粗大连续网状向断续条状及颗粒状转变。其中,当MZY准晶加入量为6%时,合金组织最为细小,合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率达到峰值,分别为202.92MPa、100.57MPa和10.8%,其比AM50合金分别提高了24.59%、74.9%和66.15%。外加MZY准晶改善AM50合金力学性能的原因可归结于组织细化、β-Mg17Al12相数量及形貌的改善、以及与镁合金基体具有良好润湿性的准晶相的弥散强化作用。
通过普通凝固方法制备含高体积分数准晶相的Mg-48Zn-13Y准晶中间合金。利用OM,SEM,EDS,XRD及拉伸实验研究了MZY准晶对AM50合金显微组织及力学性能的影响。结果表明：向AM50合金中添加MZY准晶后,组织中可保留Mg3Zn6Y准晶相,并使合金组织得到明显地细化；组织中β-Mg17Al12相的数量减少,且形貌由粗大连续网状向断续条状及颗粒状转变。其中,当MZY准晶加入量为6%时,合金组织最为细小,合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率达到峰值,分别为202.92MPa、100.57MPa和10.8%,其比AM50合金分别提高了24.59%、74.9%和66.15%。外加MZY准晶改善AM50合金力学性能的原因可归结于组织细化、β-Mg17Al12相数量及形貌的改善、以及与镁合金基体具有良好润湿性的准晶相的弥散强化作用。
2018, 47(7):2172-2178.
摘要:
研究并掌握施加超声振动后镁合金板材在各成形参数下的成形规律,对解决温渐进成形带来材料受热不均、随着温度的改变润滑薄膜在局部高温下引起的粘着、模具强度和寿命随温度升高而降低等,完善镁合金超声振动单点渐进成形工艺有着重要的理论和实际应用价值。以方锥盒形件为研究对象,以最大剪切应力、减薄率和成形精度为指标,分析了不同参数：工具头尺寸、板厚和振幅对镁合金板材超声振动单点渐进成形性能的影响。结果表明：施加超声振动后,最大剪切应力和最大减薄率均有明显的降低,成形精度有明显的提高且在工具头直径D=10mm,板厚h=1.0~1.3mm内,振幅f=0.04mm,成形性能改善最为明显。
研究并掌握施加超声振动后镁合金板材在各成形参数下的成形规律,对解决温渐进成形带来材料受热不均、随着温度的改变润滑薄膜在局部高温下引起的粘着、模具强度和寿命随温度升高而降低等,完善镁合金超声振动单点渐进成形工艺有着重要的理论和实际应用价值。以方锥盒形件为研究对象,以最大剪切应力、减薄率和成形精度为指标,分析了不同参数：工具头尺寸、板厚和振幅对镁合金板材超声振动单点渐进成形性能的影响。结果表明：施加超声振动后,最大剪切应力和最大减薄率均有明显的降低,成形精度有明显的提高且在工具头直径D=10mm,板厚h=1.0~1.3mm内,振幅f=0.04mm,成形性能改善最为明显。
2018, 47(7):2179-2184.
摘要:
以获取高性能微弧氧化陶瓷膜,且不降低基体铝合金的抗疲劳性能为目标,采用高速微粒轰击处理工艺和微弧氧化处理工艺制备了未处理、高速微粒轰击处理、微弧氧化处理、高速微粒轰击+微弧氧化处理复合处理4种状态的试样,通过万能疲劳试验机对其疲劳寿命进行了测试；同时,应用透射电镜和XRD残余应力测试仪等分析方法对试样的表层微观组织结构和残余应力进行了观察与测试。结果表明：加载载荷较高时,4种试样疲劳寿命基本相同,寿命较短；加载载荷较低时,微弧氧化处理铝合金的疲劳寿命明显低于未处理试样,高速微粒轰击处理导致的微观组织结构细化和形成的残余压应力可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,使未处理和微弧氧化铝合金的疲劳寿命均得到有效提高,这2种高速颗粒轰击处理过的试样的疲劳寿命均高于未处理试样,这表明高速颗粒轰击强化处理可有效提高低应力水平时微弧氧化铝合金的疲劳寿命。
以获取高性能微弧氧化陶瓷膜,且不降低基体铝合金的抗疲劳性能为目标,采用高速微粒轰击处理工艺和微弧氧化处理工艺制备了未处理、高速微粒轰击处理、微弧氧化处理、高速微粒轰击+微弧氧化处理复合处理4种状态的试样,通过万能疲劳试验机对其疲劳寿命进行了测试；同时,应用透射电镜和XRD残余应力测试仪等分析方法对试样的表层微观组织结构和残余应力进行了观察与测试。结果表明：加载载荷较高时,4种试样疲劳寿命基本相同,寿命较短；加载载荷较低时,微弧氧化处理铝合金的疲劳寿命明显低于未处理试样,高速微粒轰击处理导致的微观组织结构细化和形成的残余压应力可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,使未处理和微弧氧化铝合金的疲劳寿命均得到有效提高,这2种高速颗粒轰击处理过的试样的疲劳寿命均高于未处理试样,这表明高速颗粒轰击强化处理可有效提高低应力水平时微弧氧化铝合金的疲劳寿命。
2018, 47(7):2185-2191.
摘要:
本文对先进航空发动机涡轮盘的典型材料—镍基高温合金GH720Li的蠕变-疲劳特性进行了试验研究。通过对真实涡轮盘上取样的圆棒试验件,开展了650°C不同保持时间下的GH720Li合金蠕变-疲劳试验。结果表明,650°C温度下保持时间对GH720Li合金的蠕变-疲劳特性影响较大,即,在较长的保持时间（>30min）下，蠕变损伤占主导地位，降低了材料的蠕变-疲劳寿命。而后,断口的SEM分析表明：随着保持时间的增加,裂纹形成区由穿晶和沿晶混合断裂向沿晶断裂转化；裂纹扩展区由穿晶断裂向穿晶、沿晶的混合模式转化。最后,基于GH720Li合金的蠕变-疲劳试验数据,分别选取载荷谱转换法和机械功密度法进行GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测,并研究了2种模型的工程适用性。
本文对先进航空发动机涡轮盘的典型材料—镍基高温合金GH720Li的蠕变-疲劳特性进行了试验研究。通过对真实涡轮盘上取样的圆棒试验件,开展了650°C不同保持时间下的GH720Li合金蠕变-疲劳试验。结果表明,650°C温度下保持时间对GH720Li合金的蠕变-疲劳特性影响较大,即,在较长的保持时间（>30min）下，蠕变损伤占主导地位，降低了材料的蠕变-疲劳寿命。而后,断口的SEM分析表明：随着保持时间的增加,裂纹形成区由穿晶和沿晶混合断裂向沿晶断裂转化；裂纹扩展区由穿晶断裂向穿晶、沿晶的混合模式转化。最后,基于GH720Li合金的蠕变-疲劳试验数据,分别选取载荷谱转换法和机械功密度法进行GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测,并研究了2种模型的工程适用性。
2018, 47(7):2192-2197.
摘要:
通过化学热力学从理论上推导高温合金Inconel625切削用刀具材料在高温下可能发生的氧化反应,选用硬质合金(YG8)、涂层硬质合金和陶瓷三种刀具材料,利用高温加热炉对不同刀具材料进行抗氧化实验,并对高温氧化产物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析。结果表明: 在高温氧化试验中,YG8和涂层硬质合金的刀具材料中的WC和Co部分被氧化成WO3、Co3O4,且随着温度的升高,氧化反应更加剧烈；而陶瓷刀具中只有TiC被氧化成了TiO2,表现出较好的抗氧化性能；三种刀具材料的抗氧化性的顺序为：陶瓷刀具＞涂层硬质合金＞YG8。
通过化学热力学从理论上推导高温合金Inconel625切削用刀具材料在高温下可能发生的氧化反应,选用硬质合金(YG8)、涂层硬质合金和陶瓷三种刀具材料,利用高温加热炉对不同刀具材料进行抗氧化实验,并对高温氧化产物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析。结果表明: 在高温氧化试验中,YG8和涂层硬质合金的刀具材料中的WC和Co部分被氧化成WO3、Co3O4,且随着温度的升高,氧化反应更加剧烈；而陶瓷刀具中只有TiC被氧化成了TiO2,表现出较好的抗氧化性能；三种刀具材料的抗氧化性的顺序为：陶瓷刀具＞涂层硬质合金＞YG8。
2018, 47(7):2198-2204.
摘要:
本文对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力σr和显微硬度H,采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明：室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深和更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率；且喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生, 从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。
本文对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力σr和显微硬度H,采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明：室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深和更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率；且喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生, 从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。
2018, 47(7):2205-2209.
摘要:
通过热压缩实验,研究了Cr含量为7 %和20 %的两种新型镍基合金在温度为950-1200 ℃、应变速率为0.01-10 s-1变形条件下的热变形行为,并建立了两种合金的热加工图。结果表明,Cr含量的增加显著提高了合金在低温高应变速率条件下的热变形抗力,增大了合金的热变形激活能；通过对比合金的热加工图可以看出,Cr含量的增加,使合金安全热加工范围缩小。
通过热压缩实验,研究了Cr含量为7 %和20 %的两种新型镍基合金在温度为950-1200 ℃、应变速率为0.01-10 s-1变形条件下的热变形行为,并建立了两种合金的热加工图。结果表明,Cr含量的增加显著提高了合金在低温高应变速率条件下的热变形抗力,增大了合金的热变形激活能；通过对比合金的热加工图可以看出,Cr含量的增加,使合金安全热加工范围缩小。
2018, 47(7):2210-2215.
摘要:
本文基于放电等离子烧结(SPS)技术对烧结态的93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金进行真空循环热处理,并通过光学显微镜、SEM、EDS和三点弯曲实验分析循环热处理对合金的显微组织、成分和力学性能的影响规律。结果表明,随着循环次数的不断增加,粘结相渗入W-W晶粒界面不断增多,W-W连接度和二面角不断降低,显微硬度和晶粒尺寸变化较小,粘结相则因W含量的增加得到了固溶强化。合金的抗弯强度在循环2次后明显提高,当循环次数增加到20次后,合金的平均抗弯强度达到2321 MPa,相比液相烧结后淬火处理的合金提高了约160 MPa,因此SPS循环热处理可以明显改善93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金的组织和力学性能。
本文基于放电等离子烧结(SPS)技术对烧结态的93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金进行真空循环热处理,并通过光学显微镜、SEM、EDS和三点弯曲实验分析循环热处理对合金的显微组织、成分和力学性能的影响规律。结果表明,随着循环次数的不断增加,粘结相渗入W-W晶粒界面不断增多,W-W连接度和二面角不断降低,显微硬度和晶粒尺寸变化较小,粘结相则因W含量的增加得到了固溶强化。合金的抗弯强度在循环2次后明显提高,当循环次数增加到20次后,合金的平均抗弯强度达到2321 MPa,相比液相烧结后淬火处理的合金提高了约160 MPa,因此SPS循环热处理可以明显改善93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金的组织和力学性能。
2018, 47(7):2232-2239.
摘要:
采用电弧离子镀技术在不同直流偏压下沉积Al-Cr-Si-N涂层,研究基体偏压对涂层成分、微观结构和性能的影响。结果表明：Al-Cr-Si-N涂层以密排六方结构和面心立方结构的AlN相为主,随着基体负偏压增加,涂层的衍射峰整体向小角度方向偏移；涂层内残余压应力逐渐增加,最大值为-0.77GPa；涂层硬度和摩擦系数变化不明显。当基体负偏压为-40V时,Al-Cr-Si-N涂层的特征参数H/E和H3/E*2均达最大值,分别为0.1475和0.3681GPa,此时涂层具有最佳的耐磨性能,摩擦系数亦最低。
采用电弧离子镀技术在不同直流偏压下沉积Al-Cr-Si-N涂层,研究基体偏压对涂层成分、微观结构和性能的影响。结果表明：Al-Cr-Si-N涂层以密排六方结构和面心立方结构的AlN相为主,随着基体负偏压增加,涂层的衍射峰整体向小角度方向偏移；涂层内残余压应力逐渐增加,最大值为-0.77GPa；涂层硬度和摩擦系数变化不明显。当基体负偏压为-40V时,Al-Cr-Si-N涂层的特征参数H/E和H3/E*2均达最大值,分别为0.1475和0.3681GPa,此时涂层具有最佳的耐磨性能,摩擦系数亦最低。
2018, 47(7):2240-2244.
摘要:
采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了多壁碳纳米管(CNTS)增强Nb/Nb5Si3复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对Nb/Nb5Si3复合材料的组织和性能的影响。研究表明：Nb/Nb5Si3复合材料的相组成主要为Nb、α-Nb5Si3和γ-Nb5Si3,当CNTS加入量达到2wt.%时开始出现了新相Nb4C3。复合材料的力学性能(压缩强度、断裂韧性)随着碳纳米管含量的增加而增加,加入2wt.%CNTs时达到最大值,压缩强度和断裂韧性提高幅度分别达到56%、31%；随后加入3wt.%CNTs时,压缩强度和断裂韧性都有所降低。复合材料断口的扫描电镜照片表明,复合材料的断裂模式主要为脆性解理断裂并有部分沿晶断裂,复合材料的增韧化作用主要是由于碳纳米管的拔出效应和桥联机制。
采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了多壁碳纳米管(CNTS)增强Nb/Nb5Si3复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对Nb/Nb5Si3复合材料的组织和性能的影响。研究表明：Nb/Nb5Si3复合材料的相组成主要为Nb、α-Nb5Si3和γ-Nb5Si3,当CNTS加入量达到2wt.%时开始出现了新相Nb4C3。复合材料的力学性能(压缩强度、断裂韧性)随着碳纳米管含量的增加而增加,加入2wt.%CNTs时达到最大值,压缩强度和断裂韧性提高幅度分别达到56%、31%；随后加入3wt.%CNTs时,压缩强度和断裂韧性都有所降低。复合材料断口的扫描电镜照片表明,复合材料的断裂模式主要为脆性解理断裂并有部分沿晶断裂,复合材料的增韧化作用主要是由于碳纳米管的拔出效应和桥联机制。
2018, 47(7):2245-2251.
摘要:
铝锂合金被认为是在航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。对1.8mm厚度的2198-T8态铝锂合金薄板进行真空电子束焊接,分析了不同扫描方式对焊缝成形及接头力学性能的影响,以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明：在工作距离为300mm、加速电压U=60kV、聚焦电流If=498mA以及电子束流Ib=6.8mA情况下,不添加扫描可获得成形良好且无宏观气孔缺陷的焊接接头。相同参数条件下对比添加了扫描方式的焊接,得出焊接过程中添加三角波扫描时,焊接接头的硬度值和抗拉强度均得到了提高。焊接接头的平均抗拉强度为323.55MPa,其中最高抗拉强度可达到母材的71.5%,延伸率最高可达母材延伸率的86.8%,焊缝熔合区较整个焊缝区来说最为薄弱。
铝锂合金被认为是在航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。对1.8mm厚度的2198-T8态铝锂合金薄板进行真空电子束焊接,分析了不同扫描方式对焊缝成形及接头力学性能的影响,以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明：在工作距离为300mm、加速电压U=60kV、聚焦电流If=498mA以及电子束流Ib=6.8mA情况下,不添加扫描可获得成形良好且无宏观气孔缺陷的焊接接头。相同参数条件下对比添加了扫描方式的焊接,得出焊接过程中添加三角波扫描时,焊接接头的硬度值和抗拉强度均得到了提高。焊接接头的平均抗拉强度为323.55MPa,其中最高抗拉强度可达到母材的71.5%,延伸率最高可达母材延伸率的86.8%,焊缝熔合区较整个焊缝区来说最为薄弱。
2018, 47(7):2252-2256.
摘要:
相对于电化学超级电容器,静电式电容器具有更高的功率密度和可靠性,但能量密度过低。本文提出制备基于高介电常数薄膜CaCu3Ti4O12(CCTO)的高能量密度MEMS静电式超级电容器。首先,以硅片为基底,通过溶胶-凝胶法在不同烧结温度(700℃、800℃、900℃)下制备CCTO薄膜,分别采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)对薄膜的形貌、组分和结晶状况进行表征,发现在800℃烧结温度下CCTO薄膜结晶状况最佳。然后,利用金属-绝缘层-半导体结构测试其I-V和C-V特性,计算得到薄膜的最大阈值电压和能量密度分别为47V和3.2J/cm3。同时,首次对高介电常数介质膜中存在的介质充电现象进行了研究,并分析了介质充电对静电式超级电容器性能的影响。
相对于电化学超级电容器,静电式电容器具有更高的功率密度和可靠性,但能量密度过低。本文提出制备基于高介电常数薄膜CaCu3Ti4O12(CCTO)的高能量密度MEMS静电式超级电容器。首先,以硅片为基底,通过溶胶-凝胶法在不同烧结温度(700℃、800℃、900℃)下制备CCTO薄膜,分别采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)对薄膜的形貌、组分和结晶状况进行表征,发现在800℃烧结温度下CCTO薄膜结晶状况最佳。然后,利用金属-绝缘层-半导体结构测试其I-V和C-V特性,计算得到薄膜的最大阈值电压和能量密度分别为47V和3.2J/cm3。同时,首次对高介电常数介质膜中存在的介质充电现象进行了研究,并分析了介质充电对静电式超级电容器性能的影响。
2018, 47(7):2257-2261.
摘要:
以含银的铅锌废渣为银源,联合采用氯盐法、St?ber法、溶胶凝胶法以及光沉积法能够制备出银的纳米复合材料Ag@TiO2@SiO2。XRD和TEM的分析表明：Ag@TiO2@SiO2具有核壳结构的纳米材料,Ag以10nm团簇的形式沉积在锐钛矿型TiO2壳层上。XPS分析指出：TiO2以Ti-O-Si键化学吸附在SiO2上,而沉积在TiO2上的银是银的单质。Uv-Vis的分析表明：材料Ag@TiO2@SiO2对光响应范围扩大到可见光区。罗丹明的光降解反应表明,Ag@TiO2@SiO2的光催化性能优良。
以含银的铅锌废渣为银源,联合采用氯盐法、St?ber法、溶胶凝胶法以及光沉积法能够制备出银的纳米复合材料Ag@TiO2@SiO2。XRD和TEM的分析表明：Ag@TiO2@SiO2具有核壳结构的纳米材料,Ag以10nm团簇的形式沉积在锐钛矿型TiO2壳层上。XPS分析指出：TiO2以Ti-O-Si键化学吸附在SiO2上,而沉积在TiO2上的银是银的单质。Uv-Vis的分析表明：材料Ag@TiO2@SiO2对光响应范围扩大到可见光区。罗丹明的光降解反应表明,Ag@TiO2@SiO2的光催化性能优良。
2018, 47(7):2262-2268.
摘要:
轻核聚变反应产生的核能是解决能源问题的有效途径。但核聚变堆中材料的工作环境苛刻，钨凭借其优异性能成为今后核聚变装置中最有前途的备选材料，然而纯钨用于聚变堆时，存在韧脆转变温度较高、再结晶温度低、辐照硬化和脆化以及难加工等问题。因此，引入钨基材料以达到解决上述问题的目的。在此基础上，介绍了钨和钨基材料在等离子体辐照、高热负荷以及高能中子辐照作用下的损伤行为，讨论了损伤机理，并指出了尚需研究的若干关键问题。
轻核聚变反应产生的核能是解决能源问题的有效途径。但核聚变堆中材料的工作环境苛刻，钨凭借其优异性能成为今后核聚变装置中最有前途的备选材料，然而纯钨用于聚变堆时，存在韧脆转变温度较高、再结晶温度低、辐照硬化和脆化以及难加工等问题。因此，引入钨基材料以达到解决上述问题的目的。在此基础上，介绍了钨和钨基材料在等离子体辐照、高热负荷以及高能中子辐照作用下的损伤行为，讨论了损伤机理，并指出了尚需研究的若干关键问题。
2018, 47(7):2269-2274.
摘要:
本文总结了近年来国内外Ni-Ti-Pd和Ni-Ti-Pt高温镍钛形状记忆合金研究进展,分析了化学成分、热机械处理和训练工艺等对高温记忆合金的马氏体相变行为、高温单程和双程记忆性能和循环使用性能稳定性等方面的影响。研究结果表明,Ni-Ti-Pd和Ni-Ti-Pt高温镍钛形状记忆合金的相变温度、滞后宽度、高温马氏体变形与蠕变行为、高温循环特性等受显微组织影响显著。通过采取Sc、B、Cu等元素合金化、固溶和时效、冷轧退火处理,有利于细化晶粒,在基体析出细小弥散沉淀相,如Ti2Ni 和Ti2(Ni,Pd)等,起到固溶强化和沉淀强化作用,改善高温记忆合金高温记忆性能。在一定应力条件下训练处理在基体形成具有特定应力场位错组态易于诱发择优取向的马氏体变体形核,从而提高高温单程和双程记忆性能和功能尺寸稳定性。
本文总结了近年来国内外Ni-Ti-Pd和Ni-Ti-Pt高温镍钛形状记忆合金研究进展,分析了化学成分、热机械处理和训练工艺等对高温记忆合金的马氏体相变行为、高温单程和双程记忆性能和循环使用性能稳定性等方面的影响。研究结果表明,Ni-Ti-Pd和Ni-Ti-Pt高温镍钛形状记忆合金的相变温度、滞后宽度、高温马氏体变形与蠕变行为、高温循环特性等受显微组织影响显著。通过采取Sc、B、Cu等元素合金化、固溶和时效、冷轧退火处理,有利于细化晶粒,在基体析出细小弥散沉淀相,如Ti2Ni 和Ti2(Ni,Pd)等,起到固溶强化和沉淀强化作用,改善高温记忆合金高温记忆性能。在一定应力条件下训练处理在基体形成具有特定应力场位错组态易于诱发择优取向的马氏体变体形核,从而提高高温单程和双程记忆性能和功能尺寸稳定性。
