2018年第47卷第8期文章目次
2018, 47(8):2290-2297.
摘要:
本文主要研究采用BNi2非晶态中间层的CB2耐热钢瞬时液相扩散连接接头组织和性能,及焊后热处理对接头组织和性能的影响。富Cr硼化物(CrB, CrB2, Cr2B3, Cr3B4 and Cr5B3)和Cr-Mo硼化物出现在接头的过渡区和扩散影响区,其尺寸和数量在等温凝固完成时达到最大值。随着连接温度和时间的增加,富Cr的硼化物和Cr-Mo硼化物逐渐减少,而BN相逐渐增加。经过焊后热处理后,接头的富Cr硼化物几乎全部消失,而BN相的尺寸和数量增加。在热处理之前,焊接温度为1150°C ,保温时间1800s的接头有最大的拉伸强度为934 MPa,延伸率为5.3%。通过焊后热处理,断裂发生在母材,延伸率提升到20%,而拉伸强度降低到720 MPa。
本文主要研究采用BNi2非晶态中间层的CB2耐热钢瞬时液相扩散连接接头组织和性能,及焊后热处理对接头组织和性能的影响。富Cr硼化物(CrB, CrB2, Cr2B3, Cr3B4 and Cr5B3)和Cr-Mo硼化物出现在接头的过渡区和扩散影响区,其尺寸和数量在等温凝固完成时达到最大值。随着连接温度和时间的增加,富Cr的硼化物和Cr-Mo硼化物逐渐减少,而BN相逐渐增加。经过焊后热处理后,接头的富Cr硼化物几乎全部消失,而BN相的尺寸和数量增加。在热处理之前,焊接温度为1150°C ,保温时间1800s的接头有最大的拉伸强度为934 MPa,延伸率为5.3%。通过焊后热处理,断裂发生在母材,延伸率提升到20%,而拉伸强度降低到720 MPa。
2018, 47(8):2275-2282.
摘要:
在切削加工粉末高温合金过程中,合金已加工表面承受着严重的塑形变形会出现显微组织结构和力学性能的变化。已加工表面出现的白层体现着加工表面显微结构和力学性能的变化,对合金加工表面质量的影响至关重要。为了揭示粉末高温合金已加工表面显微组织结构和力学性能的变化,开展了切削速度对粉末高温合金FGH95已加工表面白层形成影响的研究。研究发现随着切削速度的提高,FGH95合金已加工表面出现的白层厚度增大。对加工表面进行显微观察发现在表面覆盖着一层致密的、无明显组织特征的白层结构。通过对加工前后材料的XRD测试分析得出FGH95粉末高温合金的基体材料以Ni基固溶体的形式存在,而已加工表面的显微组织结构则明显不同。这说明在切削过程中,粉末高温合金已加工表面发生了Ni基固溶体组织结构的变化。对加工表面进行晶粒度测量发现,切削速度越高晶粒细化现象越明显。对合金切削表面白层进行力学性能测试表明,白层的显微硬度随着切削速度的提高而增大；存在合金已加工表面白层中的残余应力为拉应力,且随着切削速度的提高而增大。粉末高温合金已加工表面显微结构和力学性能变化的研究可以明确合金表面完整性的形成机理,可为表面质量的预测和控制提供理论依据。
在切削加工粉末高温合金过程中,合金已加工表面承受着严重的塑形变形会出现显微组织结构和力学性能的变化。已加工表面出现的白层体现着加工表面显微结构和力学性能的变化,对合金加工表面质量的影响至关重要。为了揭示粉末高温合金已加工表面显微组织结构和力学性能的变化,开展了切削速度对粉末高温合金FGH95已加工表面白层形成影响的研究。研究发现随着切削速度的提高,FGH95合金已加工表面出现的白层厚度增大。对加工表面进行显微观察发现在表面覆盖着一层致密的、无明显组织特征的白层结构。通过对加工前后材料的XRD测试分析得出FGH95粉末高温合金的基体材料以Ni基固溶体的形式存在,而已加工表面的显微组织结构则明显不同。这说明在切削过程中,粉末高温合金已加工表面发生了Ni基固溶体组织结构的变化。对加工表面进行晶粒度测量发现,切削速度越高晶粒细化现象越明显。对合金切削表面白层进行力学性能测试表明,白层的显微硬度随着切削速度的提高而增大；存在合金已加工表面白层中的残余应力为拉应力,且随着切削速度的提高而增大。粉末高温合金已加工表面显微结构和力学性能变化的研究可以明确合金表面完整性的形成机理,可为表面质量的预测和控制提供理论依据。
2018, 47(8):2283-2289.
摘要:
采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM），显微硬度计，磨损试验机与三维轮廓仪等表征氮气流量对CrN薄膜组织结构与摩擦性能的影响。研究结果表明，随着氮气流量的增加，CrN (200)晶面呈择优取向，薄膜的沉积速率随着氮气流量的增加逐渐降低。另外，薄膜的表面粗糙度随着氮气流量的增加呈先降低后增加的趋势。随着氮气流量从15 sccm增加至30 sccm时，薄膜的显微硬度先从527.34 HV增加至1042.26 HV，当氮气流量再增加至35 sccm时，薄膜的显微硬度却降低至918 HV。磨损试验表明，当氮气流量为30 sccm 时薄膜具有最小的摩擦系数0.93和磨损率2.02×10-15m3·(N·m)-1，显示最佳的磨损性能。
采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM），显微硬度计，磨损试验机与三维轮廓仪等表征氮气流量对CrN薄膜组织结构与摩擦性能的影响。研究结果表明，随着氮气流量的增加，CrN (200)晶面呈择优取向，薄膜的沉积速率随着氮气流量的增加逐渐降低。另外，薄膜的表面粗糙度随着氮气流量的增加呈先降低后增加的趋势。随着氮气流量从15 sccm增加至30 sccm时，薄膜的显微硬度先从527.34 HV增加至1042.26 HV，当氮气流量再增加至35 sccm时，薄膜的显微硬度却降低至918 HV。磨损试验表明，当氮气流量为30 sccm 时薄膜具有最小的摩擦系数0.93和磨损率2.02×10-15m3·(N·m)-1，显示最佳的磨损性能。
2018, 47(8):2298-2304.
摘要:
本研究采用真空热压及热等静压方法制备Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料，采用摩擦磨损试验机研究对磨材料为GCr15时，镧含量对Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料的摩擦学性能的影响。研究了镧含量、正应力及旋转速度对纳米复合材料摩擦学行为的影响并揭示其相互作用机理，采用正交试验分析、方差分析及极差分析法来分析镧含量、正应力及旋转速度的相互作用。采用扫描电镜和能谱仪观察并分析磨损表面及磨削的形态及成分组分。研究结果表明镧对纳米复合材料的摩擦磨损性能起到首要作用，当镧的质量分数为0.05%时，复合材料的磨损机理为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损，而当镧的质量分数为0.1%和0.3%时，复合材料的磨损机理为粘着磨损和氧化磨损。
本研究采用真空热压及热等静压方法制备Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料，采用摩擦磨损试验机研究对磨材料为GCr15时，镧含量对Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs/Graphene/La纳米复合材料的摩擦学性能的影响。研究了镧含量、正应力及旋转速度对纳米复合材料摩擦学行为的影响并揭示其相互作用机理，采用正交试验分析、方差分析及极差分析法来分析镧含量、正应力及旋转速度的相互作用。采用扫描电镜和能谱仪观察并分析磨损表面及磨削的形态及成分组分。研究结果表明镧对纳米复合材料的摩擦磨损性能起到首要作用，当镧的质量分数为0.05%时，复合材料的磨损机理为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损，而当镧的质量分数为0.1%和0.3%时，复合材料的磨损机理为粘着磨损和氧化磨损。
2018, 47(8):2305-2311.
摘要:
采用分区成形+整体连接的方式可以有效改善增材制造零件边缘处应力。本文选用一种含B合金钢作为研究对象，对分区成形该合金组织形成机理、成分变化及性能变化进行了研究，验证分区成形该合金的组织、性能相容性。结果表明，该成形方式制备的合金组织由呈条带分布的树枝晶组成，靠近搭接线位置处组织条带出现向生长方向弯曲，整体上而言分区成形不同位置处组织尺寸差异性较小，合金无宏观偏析。合金中组成相由基体相奥氏体相、分布于枝晶间的硼化物+基体相共晶相构成，共晶相形成导致枝晶偏析。性能分析表明，由于硼化物的存在和组织细小，导致合金硬度高、强度高、塑性差，在熔接区域附近显微硬度略低于其他区域，但差异性不大，整体硬度分布较为均匀。
采用分区成形+整体连接的方式可以有效改善增材制造零件边缘处应力。本文选用一种含B合金钢作为研究对象，对分区成形该合金组织形成机理、成分变化及性能变化进行了研究，验证分区成形该合金的组织、性能相容性。结果表明，该成形方式制备的合金组织由呈条带分布的树枝晶组成，靠近搭接线位置处组织条带出现向生长方向弯曲，整体上而言分区成形不同位置处组织尺寸差异性较小，合金无宏观偏析。合金中组成相由基体相奥氏体相、分布于枝晶间的硼化物+基体相共晶相构成，共晶相形成导致枝晶偏析。性能分析表明，由于硼化物的存在和组织细小，导致合金硬度高、强度高、塑性差，在熔接区域附近显微硬度略低于其他区域，但差异性不大，整体硬度分布较为均匀。
2018, 47(8):2312-2317.
摘要:
本文采用放电等离子烧结技术(SPS)和热轧制备了石墨烯/钛基复合材料(GNPs/Ti)。重点研究了轧制变形量对GNPs/Ti复合材料的显微组织及力学性能的影响规律。采用扫描电镜观察不同变形量后的显微组织,结果显示,随着轧制变形量的增加,基体晶粒长径比增大,石墨烯取向性提高。拉伸结果表明,GNPs/Ti复合材料的抗拉强度和断后伸长率随着变形量的增加而增加,最大抗拉强度达到680MPa,相比纯钛提高了33%。采用轧制工艺可以使GNPs/Ti复合材料孔洞减少、GNPs分布具有取向性,从而提高材料的力学性能。
本文采用放电等离子烧结技术(SPS)和热轧制备了石墨烯/钛基复合材料(GNPs/Ti)。重点研究了轧制变形量对GNPs/Ti复合材料的显微组织及力学性能的影响规律。采用扫描电镜观察不同变形量后的显微组织,结果显示,随着轧制变形量的增加,基体晶粒长径比增大,石墨烯取向性提高。拉伸结果表明,GNPs/Ti复合材料的抗拉强度和断后伸长率随着变形量的增加而增加,最大抗拉强度达到680MPa,相比纯钛提高了33%。采用轧制工艺可以使GNPs/Ti复合材料孔洞减少、GNPs分布具有取向性,从而提高材料的力学性能。
2018, 47(8):2318-2321.
摘要:
Hastelloy C-276合金经冷轧10%后进行1100℃不同时间的退火热处理。采用EBSD技术对Σ3n晶界(n=1、2、3)晶界比例进行统计并对随机晶界网络连通性进行表征。结果表明,随着退火时间的延长,Σ3晶界比例基本保持不变,而Σ9和Σ27晶界比例却出现较大幅度的变化,并且其峰值点都出现退火15min条件下。此刻,相应的随机晶界网络连通性被有效阻断。这是由于非共格Σ3晶界的存在,产生了更多的Σ9和Σ27晶界,并且使得这些特殊晶界连接到随机晶界网络当中。而采用Σ(9+27)/Σ3比值可以更好的表征随机晶界网络的连通性。
Hastelloy C-276合金经冷轧10%后进行1100℃不同时间的退火热处理。采用EBSD技术对Σ3n晶界(n=1、2、3)晶界比例进行统计并对随机晶界网络连通性进行表征。结果表明,随着退火时间的延长,Σ3晶界比例基本保持不变,而Σ9和Σ27晶界比例却出现较大幅度的变化,并且其峰值点都出现退火15min条件下。此刻,相应的随机晶界网络连通性被有效阻断。这是由于非共格Σ3晶界的存在,产生了更多的Σ9和Σ27晶界,并且使得这些特殊晶界连接到随机晶界网络当中。而采用Σ(9+27)/Σ3比值可以更好的表征随机晶界网络的连通性。
2018, 47(8):2322-2327.
摘要:
超低密度纳米多孔金块材是惯性约束聚变(ICF)的目标材料。由于结构的不均匀性和有机模板分解造成的碳元素残留等原因,现有的多孔金在ICF应用中有一定的局限性。因此,结合去合金化方法以二氧化硅为模板制备出了具有亚微米级大孔和纳米级小孔的双级孔结构的纳米多孔金块体。然而,模板尺寸的急剧减小使得金含量用量极低而引起样品在干燥过程中严重收缩。因此研究了干燥方式对多孔金体积收缩的影响。结果表明,样品在普通干燥过程中体积收缩高达86.41%,而采用超临界干燥体积收缩被控制到4%以下,密度被控制到0.35g/cm3(孔隙率98.19%)以下。制备的超低密度多孔金明显地缩小了模板留下的大孔(500 nm)和去合金产生的小孔(2-70nm)之间的尺寸差距,有效地提高了结构的均匀性。
超低密度纳米多孔金块材是惯性约束聚变(ICF)的目标材料。由于结构的不均匀性和有机模板分解造成的碳元素残留等原因,现有的多孔金在ICF应用中有一定的局限性。因此,结合去合金化方法以二氧化硅为模板制备出了具有亚微米级大孔和纳米级小孔的双级孔结构的纳米多孔金块体。然而,模板尺寸的急剧减小使得金含量用量极低而引起样品在干燥过程中严重收缩。因此研究了干燥方式对多孔金体积收缩的影响。结果表明,样品在普通干燥过程中体积收缩高达86.41%,而采用超临界干燥体积收缩被控制到4%以下,密度被控制到0.35g/cm3(孔隙率98.19%)以下。制备的超低密度多孔金明显地缩小了模板留下的大孔(500 nm)和去合金产生的小孔(2-70nm)之间的尺寸差距,有效地提高了结构的均匀性。
2018, 47(8):2328-2334.
摘要:
为了探究打磨喷砂预处理SLM成型CoCr合金基底对修复体的金瓷结合的影响机制，进而为SLM成型具有良好力学性能的CoCr合金牙冠牙桥修复体提供参考。采用SLM优化工艺参数成型3组CoCr合金基底试样，分别进行不同的打磨、喷砂预处理以相互对照，之后以相同参数进行烤瓷烧结。采用三点弯曲试验、粗糙度测试、SEM及EDS等测试方法分析不同对照组试样；测试结果表明，经过打磨和喷砂预处理的a组试样的金瓷结合强度达到36.79±0.49MPa，明显高于不打磨而保留SLM成型特征表面b组试样，以及打磨处理而不喷砂的c组试样，三组试样的平均金瓷结合强度均高于ISO9693：1999标准规定的最小值25MPa。a、c组的金瓷结合效果优于b组，3组试样的金瓷结合界面均发生元素扩散，分析还发现3组金瓷剥落面的残留物及其剥落面元素分布有显著差异；最终结论为：打磨、喷砂组合预处理获得的一定粗糙度的基底表面可保证金瓷间强大的化学结合以及可观的机械结合，可以显著提高SLM成型金瓷修复体的性能。
为了探究打磨喷砂预处理SLM成型CoCr合金基底对修复体的金瓷结合的影响机制，进而为SLM成型具有良好力学性能的CoCr合金牙冠牙桥修复体提供参考。采用SLM优化工艺参数成型3组CoCr合金基底试样，分别进行不同的打磨、喷砂预处理以相互对照，之后以相同参数进行烤瓷烧结。采用三点弯曲试验、粗糙度测试、SEM及EDS等测试方法分析不同对照组试样；测试结果表明，经过打磨和喷砂预处理的a组试样的金瓷结合强度达到36.79±0.49MPa，明显高于不打磨而保留SLM成型特征表面b组试样，以及打磨处理而不喷砂的c组试样，三组试样的平均金瓷结合强度均高于ISO9693：1999标准规定的最小值25MPa。a、c组的金瓷结合效果优于b组，3组试样的金瓷结合界面均发生元素扩散，分析还发现3组金瓷剥落面的残留物及其剥落面元素分布有显著差异；最终结论为：打磨、喷砂组合预处理获得的一定粗糙度的基底表面可保证金瓷间强大的化学结合以及可观的机械结合，可以显著提高SLM成型金瓷修复体的性能。
2018, 47(8):2335-2340.
摘要:
采用电子束焊接的方法,实现了15mm TC18钛合金厚板的焊接。利用光学显微镜、扫描电镜及透射电子显微镜对接头的宏观形貌、显微组织及断口特征进行分析,并用电子万能试验机测试了接头的疲劳性能,研究了不同焊接速度(10 mm/s、20mm/s、30mm/s)对TC18钛合金厚板电子束焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊缝熔合区主要由柱状的β相和针状的α马氏体相组成。随着焊接速度的增加,焊缝区上熔宽、中熔宽、下熔宽都呈明显减少,焊缝区晶粒细化,导致焊接接头疲劳性能增加。在Nf =107时,随焊接速度从10mm/s增加到30mm/s,焊缝疲劳极限提高近29%。接头疲劳试验断口可分为疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区三个典型区域,疲劳裂纹都起源于试件表面,随着焊接速度增大,瞬断区占的比例减小,疲劳性能增强。
采用电子束焊接的方法,实现了15mm TC18钛合金厚板的焊接。利用光学显微镜、扫描电镜及透射电子显微镜对接头的宏观形貌、显微组织及断口特征进行分析,并用电子万能试验机测试了接头的疲劳性能,研究了不同焊接速度(10 mm/s、20mm/s、30mm/s)对TC18钛合金厚板电子束焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊缝熔合区主要由柱状的β相和针状的α马氏体相组成。随着焊接速度的增加,焊缝区上熔宽、中熔宽、下熔宽都呈明显减少,焊缝区晶粒细化,导致焊接接头疲劳性能增加。在Nf =107时,随焊接速度从10mm/s增加到30mm/s,焊缝疲劳极限提高近29%。接头疲劳试验断口可分为疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区三个典型区域,疲劳裂纹都起源于试件表面,随着焊接速度增大,瞬断区占的比例减小,疲劳性能增强。
2018, 47(8):2341-2346.
摘要:
为了分析TA7钛合金的热变形工艺参数,通过高温压缩试验对TA7钛合金的高温变形行为进行了研究。试验温度为1123~1273K,应变速率为0.001~1s-1。此外,提出了一种修正并联本构模型用来分析应变速率、变形温度及应变对流动应力的影响。然后,基于动态模型,建立了TA7钛合金的热加工图,并通过微观组织分析对加工图的准确性进行了验证。结果表明,TA7钛合金合理的工艺参数为变形温度1223K,应变速率0.001s-1,而其非稳态区域位于低温高应变速率区。
为了分析TA7钛合金的热变形工艺参数,通过高温压缩试验对TA7钛合金的高温变形行为进行了研究。试验温度为1123~1273K,应变速率为0.001~1s-1。此外,提出了一种修正并联本构模型用来分析应变速率、变形温度及应变对流动应力的影响。然后,基于动态模型,建立了TA7钛合金的热加工图,并通过微观组织分析对加工图的准确性进行了验证。结果表明,TA7钛合金合理的工艺参数为变形温度1223K,应变速率0.001s-1,而其非稳态区域位于低温高应变速率区。
2018, 47(8):2347-2352.
摘要:
截面扁化是管材弯曲成形过程中不可避免的物理现象，而严重的截面扁化会影响弯管件的合理装配，从而制约其广泛应用。本文建立了考虑收缩应变比和弹性模量变化的钛管数控弯曲成形有限元模型，研究了不同几何条件和不同工艺条件下TA18钛管的截面扁化行为。结果表明：同时考虑收缩应变比和弹性模量变化规律可使截面扁化量发生改变，对变化规律无显著影响。获得了合理的几何、工艺参数范围。为研究TA18钛管的成形预测与控制并最终实现精确成形提供了依据。
截面扁化是管材弯曲成形过程中不可避免的物理现象，而严重的截面扁化会影响弯管件的合理装配，从而制约其广泛应用。本文建立了考虑收缩应变比和弹性模量变化的钛管数控弯曲成形有限元模型，研究了不同几何条件和不同工艺条件下TA18钛管的截面扁化行为。结果表明：同时考虑收缩应变比和弹性模量变化规律可使截面扁化量发生改变，对变化规律无显著影响。获得了合理的几何、工艺参数范围。为研究TA18钛管的成形预测与控制并最终实现精确成形提供了依据。
2018, 47(8):2353-2359.
摘要:
本文对5A06铝合金在搅拌摩擦焊接过程中的金属流动规律以及焊后显微组织演变和腐蚀行为进行研究。结果表明：由于受到扭转和漩涡运动的综合作用,前进侧金属被直接卷入搅拌针的螺纹内部,然后被向下挤压进入焊核区。然而,后退侧的金属展现出无序的金属流动模式。通过背散射扫描电子显微分析发现,搅拌区的晶粒在动态再结晶的作用下发生了明显的细化,再结晶后平均晶粒尺寸约为6μm。对搅拌区的扫描电子显微分析结果表明,β相(Al3Mg2)和Al6(Mn, Fe)呈弥散分布,且和母材相比Al6(Mn, Fe)颗粒明显细化。同时,焊缝截面的硬度分布表明焊后5A06铝合金具有软化趋势,最小硬度值为72HV,位于搅拌区和热机影响区的界面处。通过电化学分析和侵泡后的组织观察发现搅拌区的耐腐性明显优于母材,母材的腐蚀电位为-0.725V,而搅拌区域腐蚀电位升高35mV。
本文对5A06铝合金在搅拌摩擦焊接过程中的金属流动规律以及焊后显微组织演变和腐蚀行为进行研究。结果表明：由于受到扭转和漩涡运动的综合作用,前进侧金属被直接卷入搅拌针的螺纹内部,然后被向下挤压进入焊核区。然而,后退侧的金属展现出无序的金属流动模式。通过背散射扫描电子显微分析发现,搅拌区的晶粒在动态再结晶的作用下发生了明显的细化,再结晶后平均晶粒尺寸约为6μm。对搅拌区的扫描电子显微分析结果表明,β相(Al3Mg2)和Al6(Mn, Fe)呈弥散分布,且和母材相比Al6(Mn, Fe)颗粒明显细化。同时,焊缝截面的硬度分布表明焊后5A06铝合金具有软化趋势,最小硬度值为72HV,位于搅拌区和热机影响区的界面处。通过电化学分析和侵泡后的组织观察发现搅拌区的耐腐性明显优于母材,母材的腐蚀电位为-0.725V,而搅拌区域腐蚀电位升高35mV。
2018, 47(8):2360-2364.
摘要:
制备铸态Mg-1Ag-Zn, Mg-3Ag-Zn 和 Mg-5Ag-Zn合金试样，并计算其导热率。随着Ag含量的增加，铸态合金试样的导热率减少。再将其铸态合金的试样以三种不同的定向凝固速率（v=25μm/s, v=50μm/s, v=75μm/s）制备成定向凝固试样，计算其定向凝固试样的导热率。结果显示：随着定向凝固速率的增加，合金的导热率降低。合金中溶质元素的含量与定向凝固速率是影响导热率的重要因素，这两个因素可以增强电子和声子的散射过程，减少自由行程，最终降低合金的导热率。
制备铸态Mg-1Ag-Zn, Mg-3Ag-Zn 和 Mg-5Ag-Zn合金试样，并计算其导热率。随着Ag含量的增加，铸态合金试样的导热率减少。再将其铸态合金的试样以三种不同的定向凝固速率（v=25μm/s, v=50μm/s, v=75μm/s）制备成定向凝固试样，计算其定向凝固试样的导热率。结果显示：随着定向凝固速率的增加，合金的导热率降低。合金中溶质元素的含量与定向凝固速率是影响导热率的重要因素，这两个因素可以增强电子和声子的散射过程，减少自由行程，最终降低合金的导热率。
2018, 47(8):2365-2370.
摘要:
裂尖力学状态是影响核电结构材料应力腐蚀开裂(SCC)扩展速率的主要因素之一。为了搞清SCC不同扩展阶段裂尖驱动力的变化及其对SCC扩展速率的影响,本文建立了SCC扩展不同阶段的有限元模型,详细分析了裂纹初始阶段影响裂尖应力状态的工作载荷、残余应力,以及氧化膜形成过程中产生的膜致应力。结果表明,在SCC裂纹初始阶段,裂尖氧化膜形成所产生的“锲入张力”是SCC的主要驱动力；随着裂纹的扩展,工作载荷和残余应力逐渐成为SCC裂纹扩展的主要驱动力。
裂尖力学状态是影响核电结构材料应力腐蚀开裂(SCC)扩展速率的主要因素之一。为了搞清SCC不同扩展阶段裂尖驱动力的变化及其对SCC扩展速率的影响,本文建立了SCC扩展不同阶段的有限元模型,详细分析了裂纹初始阶段影响裂尖应力状态的工作载荷、残余应力,以及氧化膜形成过程中产生的膜致应力。结果表明,在SCC裂纹初始阶段,裂尖氧化膜形成所产生的“锲入张力”是SCC的主要驱动力；随着裂纹的扩展,工作载荷和残余应力逐渐成为SCC裂纹扩展的主要驱动力。
2018, 47(8):2371-2380.
摘要:
生物可降解镁合金由于具有高比强度、低弹性模量和优良生物相容性而受到广泛关注。然而,其过高的腐蚀速率却限制了其潜在的临床应用。因此,具有高生物相容性的羟基磷灰石(HA)涂层常被用于阻碍镁基体和周围生物环境的相互作用。采用电化学沉积法在Mg-4Zn合金表面制备了HA和掺锶(Sr)HA涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、三维激光扫描显微镜(3D LSM)和亲水角监测系统对材料表面性质进行表征。本研究还探讨了材料动态离子释放、蛋白吸附、细胞吸附、增殖与成骨分化行为。结果显示,HA中引入Sr导致了晶格畸变和结晶度下降。涂覆掺Sr HA的样品中镁离子释放量比其他样品更低,说明耐腐蚀性更好。掺Sr样品表面蛋白吸附与初始细胞吸附的改善是由于其具有更高的表面粗糙度和亲水性。Sr的引入并未显著改变细胞的增殖,却明显提高了成骨分化效果。综上所述,掺Sr HA涂层是一种非常有前景的镁合金保护性生物相容涂层。
生物可降解镁合金由于具有高比强度、低弹性模量和优良生物相容性而受到广泛关注。然而,其过高的腐蚀速率却限制了其潜在的临床应用。因此,具有高生物相容性的羟基磷灰石(HA)涂层常被用于阻碍镁基体和周围生物环境的相互作用。采用电化学沉积法在Mg-4Zn合金表面制备了HA和掺锶(Sr)HA涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、三维激光扫描显微镜(3D LSM)和亲水角监测系统对材料表面性质进行表征。本研究还探讨了材料动态离子释放、蛋白吸附、细胞吸附、增殖与成骨分化行为。结果显示,HA中引入Sr导致了晶格畸变和结晶度下降。涂覆掺Sr HA的样品中镁离子释放量比其他样品更低,说明耐腐蚀性更好。掺Sr样品表面蛋白吸附与初始细胞吸附的改善是由于其具有更高的表面粗糙度和亲水性。Sr的引入并未显著改变细胞的增殖,却明显提高了成骨分化效果。综上所述,掺Sr HA涂层是一种非常有前景的镁合金保护性生物相容涂层。
2018, 47(8):2381-2385.
摘要:
本文以H3PO4+HNO3酸洗与NH4HF2+H3PO4活化为前处理工艺，对AZ31镁合金进行化学镀镍研究。应用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）与X射线光电子能谱分析仪(XPS)等方法对化学镀镍层进行形貌、成分分布、相结构以及元素分析。结果表明：化学镀镍层表面平整光亮，镀层为高磷非晶结构。化学镀镍层表面，镍主要以单质镍（26.75%）、NiO(32.96%)以及Ni(OH)2（40.29%）形式存在，磷主要以单质磷（20.17%）、PO42-（17.37%）以及PO43-（62.46%）形式存在；化学镀镍层内部，镍基本为金属单质镍，磷主要单质磷（74.11%）以及PO42-（25.89%）形式存在。
本文以H3PO4+HNO3酸洗与NH4HF2+H3PO4活化为前处理工艺，对AZ31镁合金进行化学镀镍研究。应用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）与X射线光电子能谱分析仪(XPS)等方法对化学镀镍层进行形貌、成分分布、相结构以及元素分析。结果表明：化学镀镍层表面平整光亮，镀层为高磷非晶结构。化学镀镍层表面，镍主要以单质镍（26.75%）、NiO(32.96%)以及Ni(OH)2（40.29%）形式存在，磷主要以单质磷（20.17%）、PO42-（17.37%）以及PO43-（62.46%）形式存在；化学镀镍层内部，镍基本为金属单质镍，磷主要单质磷（74.11%）以及PO42-（25.89%）形式存在。
2018, 47(8):2386-2391.
摘要:
为探明晶粒尺寸对涡轮盘材料——GH720Li镍基高温合金的蠕变-疲劳寿命的影响机理，本文开展了650℃下不同晶粒尺寸的GH720Li高温合金圆棒蠕变-疲劳试验研究。结果表明，晶粒尺寸对GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命随着晶粒尺寸的减小而增加降低。而后，通过断口的SEM分析研究晶粒尺寸对GH720Li高温合金的蠕变-疲劳损伤影响机制。其失效机制主要为晶界的氧化起裂，而晶界长度随晶粒尺寸变小而增加。最后，本文对基于迟滞能量的损伤方程和机械功密度两种方法进行了修正，GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测与试验结果吻合较好，验证了方法的准确性。
为探明晶粒尺寸对涡轮盘材料——GH720Li镍基高温合金的蠕变-疲劳寿命的影响机理，本文开展了650℃下不同晶粒尺寸的GH720Li高温合金圆棒蠕变-疲劳试验研究。结果表明，晶粒尺寸对GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命随着晶粒尺寸的减小而增加降低。而后，通过断口的SEM分析研究晶粒尺寸对GH720Li高温合金的蠕变-疲劳损伤影响机制。其失效机制主要为晶界的氧化起裂，而晶界长度随晶粒尺寸变小而增加。最后，本文对基于迟滞能量的损伤方程和机械功密度两种方法进行了修正，GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测与试验结果吻合较好，验证了方法的准确性。
2018, 47(8):2392-2403.
摘要:
以AZ91-1.5Si-0.4Ca为对象(以AZ91为参照),通过设计并压铸成型4种厚度的板状试样获得了4个凝固速率。首先对各壁厚试样的凝固速率进行了数值模拟,并对两种合金试样的显微组织、常温和180℃高温拉伸性能、拉伸断口形貌进行了对比研究。结果表明：1)AZ91-1.5Si-0.4Ca中的Si与Mg生成Mg2Si,Ca主要以固溶的形式存在；Si和Ca有一定的晶粒细化效用。2)随着凝固速率增加,AZ91-1.5Si-0.4Ca中的Mg2Si相由粗大的多边形及汉字状向细小的多边形颗粒及短棒转变。3)随着凝固速率增加,两种合金试样的常温和高温力学性能提高,AZ91-1.5Si-0.4Ca常温和高温强度受凝固速率影响大于AZ91,伸长率受凝固速率影响则小于AZ91。当壁厚低于2.5mm时,AZ91-1.5Si-0.4Ca的中温强度高于AZ91；当壁厚低于3mm时,AZ91-1.5Si-0.4Ca的常温强度高于AZ91。
以AZ91-1.5Si-0.4Ca为对象(以AZ91为参照),通过设计并压铸成型4种厚度的板状试样获得了4个凝固速率。首先对各壁厚试样的凝固速率进行了数值模拟,并对两种合金试样的显微组织、常温和180℃高温拉伸性能、拉伸断口形貌进行了对比研究。结果表明：1)AZ91-1.5Si-0.4Ca中的Si与Mg生成Mg2Si,Ca主要以固溶的形式存在；Si和Ca有一定的晶粒细化效用。2)随着凝固速率增加,AZ91-1.5Si-0.4Ca中的Mg2Si相由粗大的多边形及汉字状向细小的多边形颗粒及短棒转变。3)随着凝固速率增加,两种合金试样的常温和高温力学性能提高,AZ91-1.5Si-0.4Ca常温和高温强度受凝固速率影响大于AZ91,伸长率受凝固速率影响则小于AZ91。当壁厚低于2.5mm时,AZ91-1.5Si-0.4Ca的中温强度高于AZ91；当壁厚低于3mm时,AZ91-1.5Si-0.4Ca的常温强度高于AZ91。
2018, 47(8):2404-2410.
摘要:
本文通过自行设计配比一种新型高强塑积富B-Al合金材料。考虑到该种合金材料主要用于乘用车结构件，因此着重研究电阻点焊焊接性。同时借鉴国际焊接性评判标准ISO 14327-2004，设计了复杂焊接条件下的混合水平均匀设计实验。找出了影响该材料点焊熔核飞溅的主要工况因素，并通过建立点焊熔核飞溅边界曲线，从而有效地预测该材料点焊飞溅概率，更进一步的了解点焊熔核质量及点焊飞溅现象与焊接工艺、焊接环境等因素的相互关系，通过建立该材料点焊熔核力矩平衡方程与熔核膨胀应力数值仿真，深入分析点焊飞溅机理，在一定程度上促进了该新型高强塑积合金的实际应用。
本文通过自行设计配比一种新型高强塑积富B-Al合金材料。考虑到该种合金材料主要用于乘用车结构件，因此着重研究电阻点焊焊接性。同时借鉴国际焊接性评判标准ISO 14327-2004，设计了复杂焊接条件下的混合水平均匀设计实验。找出了影响该材料点焊熔核飞溅的主要工况因素，并通过建立点焊熔核飞溅边界曲线，从而有效地预测该材料点焊飞溅概率，更进一步的了解点焊熔核质量及点焊飞溅现象与焊接工艺、焊接环境等因素的相互关系，通过建立该材料点焊熔核力矩平衡方程与熔核膨胀应力数值仿真，深入分析点焊飞溅机理，在一定程度上促进了该新型高强塑积合金的实际应用。
2018, 47(8):2411-2416.
摘要:
本文借助自行设计的磁场发生器,以铍青铜为衬底,采用离子束溅射沉积法在不同稳恒磁场环境下制备Fe-Ga-Al-Y MF样品,其成分为Fe74.34-79.33Ga11.45-13.73Al5.33-6.95Y3.27-4.36。采用原子力显微镜(AFM)与扫描电镜(SEM)观测Fe-Ga-Al-Y MF表面形貌,通过激光微位移传感器和交变梯度磁强计分别对薄膜样品的悬臂梁自由端偏转量与磁滞回线进行测定,研究Fe-Ga-Al-Y MF表面形貌以及成膜时外加稳恒磁场方向及大小对Fe-Ga-Al-Y MF磁性能的影响。研究结果表明：通过IBSD法制备的薄膜样品表面光滑平整,无明显的缺陷,薄膜组织结构均匀致密,具有优异的成膜质量。成膜时施加的稳恒磁场能调控薄膜的易磁化轴方向,Fe-Ga-Al-Y MF的易磁化轴方向与成膜时所施加的稳恒磁场方向一致；成膜时施加与衬底短轴方向平行的稳恒磁场,可以显著提高Fe-Ga-Al-Y MF的饱和磁致伸缩性能,且随着磁场的增大,薄膜的饱和磁致伸缩性能逐渐增加。薄膜面内(沿着x轴方向、y轴方向)的饱和磁化强度、矫顽力也随着磁场的增大而逐渐增大。
本文借助自行设计的磁场发生器,以铍青铜为衬底,采用离子束溅射沉积法在不同稳恒磁场环境下制备Fe-Ga-Al-Y MF样品,其成分为Fe74.34-79.33Ga11.45-13.73Al5.33-6.95Y3.27-4.36。采用原子力显微镜(AFM)与扫描电镜(SEM)观测Fe-Ga-Al-Y MF表面形貌,通过激光微位移传感器和交变梯度磁强计分别对薄膜样品的悬臂梁自由端偏转量与磁滞回线进行测定,研究Fe-Ga-Al-Y MF表面形貌以及成膜时外加稳恒磁场方向及大小对Fe-Ga-Al-Y MF磁性能的影响。研究结果表明：通过IBSD法制备的薄膜样品表面光滑平整,无明显的缺陷,薄膜组织结构均匀致密,具有优异的成膜质量。成膜时施加的稳恒磁场能调控薄膜的易磁化轴方向,Fe-Ga-Al-Y MF的易磁化轴方向与成膜时所施加的稳恒磁场方向一致；成膜时施加与衬底短轴方向平行的稳恒磁场,可以显著提高Fe-Ga-Al-Y MF的饱和磁致伸缩性能,且随着磁场的增大,薄膜的饱和磁致伸缩性能逐渐增加。薄膜面内(沿着x轴方向、y轴方向)的饱和磁化强度、矫顽力也随着磁场的增大而逐渐增大。
2018, 47(8):2417-2421.
摘要:
采用传统的固相法,制备了Y、Mn共掺杂的BaTiO3陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分别对样品的物相、微观结构和化学组分进行表征,并测量了样品的电学参数。结果表明：Y掺杂能有效降低室温电阻,但过量的Y会在晶界处偏析,其与晶界上的Mn相互作用,削弱PTC效应。通过晶粒和晶界的协同作用,可有效调控BaTiO3陶瓷的PTC效应。
采用传统的固相法,制备了Y、Mn共掺杂的BaTiO3陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分别对样品的物相、微观结构和化学组分进行表征,并测量了样品的电学参数。结果表明：Y掺杂能有效降低室温电阻,但过量的Y会在晶界处偏析,其与晶界上的Mn相互作用,削弱PTC效应。通过晶粒和晶界的协同作用,可有效调控BaTiO3陶瓷的PTC效应。
2018, 47(8):2422-2428.
摘要:
基于管材弯曲成形机理及Johnson-Cook损伤理论,利用Deform-3D有限元方法分析了AZ31B镁合金管材大曲率无芯弯曲初始弯曲温度、助推速度及助推形式对损伤及管材壁厚变化影响。结果表明：当助推模和压力模对管材施加的作用一定时,初始弯曲温度过低或过高均不利于镁合金管材弯曲成形,最佳初始弯曲温度为350℃; 在最佳初始弯曲温度条件下,当助推模与压力模同步运动时,仅能改善一侧壁厚变化程度,无法同时改善弯管整体壁厚变化,内外侧壁厚不均匀度较大；当助推模与压力模不同步时,通过合理匹配助推模与压力模二者之间的轴向速度来改变镁合金管材在进给阶段轴向拉伸或压缩变形程度,使得内外侧壁厚均匀度达到较理想效果；当外助推模和压力模同步,内助推模和以上二者等速反向运动时,内外侧壁厚均匀度最佳,获得综合性能良好的镁合金管材弯曲成形质量。
基于管材弯曲成形机理及Johnson-Cook损伤理论,利用Deform-3D有限元方法分析了AZ31B镁合金管材大曲率无芯弯曲初始弯曲温度、助推速度及助推形式对损伤及管材壁厚变化影响。结果表明：当助推模和压力模对管材施加的作用一定时,初始弯曲温度过低或过高均不利于镁合金管材弯曲成形,最佳初始弯曲温度为350℃; 在最佳初始弯曲温度条件下,当助推模与压力模同步运动时,仅能改善一侧壁厚变化程度,无法同时改善弯管整体壁厚变化,内外侧壁厚不均匀度较大；当助推模与压力模不同步时,通过合理匹配助推模与压力模二者之间的轴向速度来改变镁合金管材在进给阶段轴向拉伸或压缩变形程度,使得内外侧壁厚均匀度达到较理想效果；当外助推模和压力模同步,内助推模和以上二者等速反向运动时,内外侧壁厚均匀度最佳,获得综合性能良好的镁合金管材弯曲成形质量。
2018, 47(8):2429-2424.
摘要:
采用Nd：YAG低功率脉冲激光对0.4mm纯钛薄片的微孔进行封焊，研究光斑直径对焊缝成形的影响规律，并分析作用于封接区的激光能量变化。研究表明，当光斑直径不大于0.4mm时小孔能够完全封接，封接区有效厚度随着光斑直径的增大呈先增大后减小的趋势，其最大有效封接厚度约为352μm，封接接头主要由不同形态的α晶粒组成，在封接区边缘存在较大的热影响区。另外，随着光斑直径的增大，封接区上表面熔化面积基本不变，但封接模式由匙孔型向热导型转变，其中热导型模式更适合小孔封接。对作用于封接区的激光能量计算发现，理论能量值与光斑直径成正相关，而实际金属熔化量与光斑直径成反相关，造成此现象的原因是小孔边缘熔化的金属在重力等力的作用下向小孔内流动，从而可以吸收更多的激光能量。
采用Nd：YAG低功率脉冲激光对0.4mm纯钛薄片的微孔进行封焊，研究光斑直径对焊缝成形的影响规律，并分析作用于封接区的激光能量变化。研究表明，当光斑直径不大于0.4mm时小孔能够完全封接，封接区有效厚度随着光斑直径的增大呈先增大后减小的趋势，其最大有效封接厚度约为352μm，封接接头主要由不同形态的α晶粒组成，在封接区边缘存在较大的热影响区。另外，随着光斑直径的增大，封接区上表面熔化面积基本不变，但封接模式由匙孔型向热导型转变，其中热导型模式更适合小孔封接。对作用于封接区的激光能量计算发现，理论能量值与光斑直径成正相关，而实际金属熔化量与光斑直径成反相关，造成此现象的原因是小孔边缘熔化的金属在重力等力的作用下向小孔内流动，从而可以吸收更多的激光能量。
2018, 47(8):2435-2439.
摘要:
本文采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在镍基单晶合金N5基体上制备了双层热障涂层(粘结层+陶瓷层)和三层热障涂层(粘结层+混合层+陶瓷层),并对两组涂层体系的热循环性能进行1100℃保温5min 水冷的热震实验,对其微观组织结构采用扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射进行了分析。研究发现,在粘结层和陶瓷层之间添加的混合层(NiCrAlY+YSZ)能够延缓TGO层的生长,并具有缓解内应力的作用,两者的共同作用使得三层结构的热障涂层表现出更为优异的热匹配性。
本文采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在镍基单晶合金N5基体上制备了双层热障涂层(粘结层+陶瓷层)和三层热障涂层(粘结层+混合层+陶瓷层),并对两组涂层体系的热循环性能进行1100℃保温5min 水冷的热震实验,对其微观组织结构采用扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射进行了分析。研究发现,在粘结层和陶瓷层之间添加的混合层(NiCrAlY+YSZ)能够延缓TGO层的生长,并具有缓解内应力的作用,两者的共同作用使得三层结构的热障涂层表现出更为优异的热匹配性。
2018, 47(8):2440-2445.
摘要:
为研究稀土掺杂对SnO2催化电极的改性机理。本文采用溶胶凝胶法制备了La掺杂Ti/Sb-SnO2电极,以苯酚为目标有机物,考察了电极的电化学性能。极化曲线和Mott-Schottky分析表明: La改性Ti/Sb-SnO2电极的析氧电位先增大后减小,且在2.0V电位下Sn:Sb:La 100:10:1.5电极交换电流密度值最大；改性后电极的平带电势负移,Mott-Schottky拟合直线斜率从2.96降为1.66,活性表面积增大,载流子浓度提升。循环伏安和交流阻抗分析表明: 掺杂后电极电化学反应电阻减小,活性电荷由14.1μF提升至322μF；苯酚直接氧化峰电流增大,峰电位减小。以上结果解释了电极电催化活性提升的内在原因。
为研究稀土掺杂对SnO2催化电极的改性机理。本文采用溶胶凝胶法制备了La掺杂Ti/Sb-SnO2电极,以苯酚为目标有机物,考察了电极的电化学性能。极化曲线和Mott-Schottky分析表明: La改性Ti/Sb-SnO2电极的析氧电位先增大后减小,且在2.0V电位下Sn:Sb:La 100:10:1.5电极交换电流密度值最大；改性后电极的平带电势负移,Mott-Schottky拟合直线斜率从2.96降为1.66,活性表面积增大,载流子浓度提升。循环伏安和交流阻抗分析表明: 掺杂后电极电化学反应电阻减小,活性电荷由14.1μF提升至322μF；苯酚直接氧化峰电流增大,峰电位减小。以上结果解释了电极电催化活性提升的内在原因。
2018, 47(8):2446-2452.
摘要:
非真空环境下烧结不同Te含量的钴基合金粉末，研究其在静态800±5℃75%Na2SO4+25%NaCl下的高温熔盐腐蚀行为，采用OM、SED和 XRD衍射仪分析了合金金相组织、腐蚀产物形貌和物相组成。结果表明：随着钴基合金中含Te质量分数的增加，合金的高温熔盐腐蚀速率逐渐降低；当Te含量为1.6wt%左右时，合金基体表面形成均匀、致密的Cr2O3氧化保护膜及弥散在基体中的新相（CoTeO3、Fe2TeO5）抑制Co原子向晶界扩散，延缓合金基体元素溶解，平均腐蚀速率由不含Te的4.0483mg/(cm2*h)降低至0.216mg/(cm2*h) ，提高合金热腐蚀性能。
非真空环境下烧结不同Te含量的钴基合金粉末，研究其在静态800±5℃75%Na2SO4+25%NaCl下的高温熔盐腐蚀行为，采用OM、SED和 XRD衍射仪分析了合金金相组织、腐蚀产物形貌和物相组成。结果表明：随着钴基合金中含Te质量分数的增加，合金的高温熔盐腐蚀速率逐渐降低；当Te含量为1.6wt%左右时，合金基体表面形成均匀、致密的Cr2O3氧化保护膜及弥散在基体中的新相（CoTeO3、Fe2TeO5）抑制Co原子向晶界扩散，延缓合金基体元素溶解，平均腐蚀速率由不含Te的4.0483mg/(cm2*h)降低至0.216mg/(cm2*h) ，提高合金热腐蚀性能。
2018, 47(8):2453-2457.
摘要:
针对本课题组采用元素混合粉偏扩散-反应合成-粉末烧结方法制备的Fe-40at%Al金属间化合物多孔材料,采用单轴压缩实验研究其压缩应力-应变曲线特征以及孔隙率对其力学性能的影响规律,并通过扫描电镜实验揭示其微观断裂机理。结果表明：FeA1多孔材料的压缩应力-应变曲线可分为弹性、屈服、强化和破坏四个阶段,其中较大孔隙率的FeAl多孔材料表现出明显的非线性弹性特征；随着孔隙率的增大,其压缩屈服极限变化不大,而弹性模量和抗压强度显著降低；其断口特征宏观上表现为脆性断裂,微观上为微观沿晶断裂。比较FeAl多孔材料的理论值E*和实测值E可知,非均匀Plateau多孔结构细观力学模型不适合高密度多孔材料,但可以较好地预测中密度多孔材料的弹性模量。
针对本课题组采用元素混合粉偏扩散-反应合成-粉末烧结方法制备的Fe-40at%Al金属间化合物多孔材料,采用单轴压缩实验研究其压缩应力-应变曲线特征以及孔隙率对其力学性能的影响规律,并通过扫描电镜实验揭示其微观断裂机理。结果表明：FeA1多孔材料的压缩应力-应变曲线可分为弹性、屈服、强化和破坏四个阶段,其中较大孔隙率的FeAl多孔材料表现出明显的非线性弹性特征；随着孔隙率的增大,其压缩屈服极限变化不大,而弹性模量和抗压强度显著降低；其断口特征宏观上表现为脆性断裂,微观上为微观沿晶断裂。比较FeAl多孔材料的理论值E*和实测值E可知,非均匀Plateau多孔结构细观力学模型不适合高密度多孔材料,但可以较好地预测中密度多孔材料的弹性模量。
2018, 47(8):2458-2464.
摘要:
以304不锈钢 /Q245普碳钢焊接界面为研究对象,本文系统地探讨了界面结构不均匀性及其对服役行为的影响。研究过程中首先观察横截面、纵剖面结构的不均匀性,并基于非平衡运动方程,解释界面结构产生不均匀性的机理。进一步,针对界面波的方向特性,测试其剪切行为随定位角变化特征。最后利用SEM观察剪切断口形貌,认识界面结构对其断裂模式影响。研究表明,爆炸焊接装药爆轰压力脉动是导致界面结构不均匀性的根本原因,而界面波延展方向决定了断裂失效模式和损伤裂纹扩展行为；此外,本文获得了界面最优剪切强度承载方向,可指导爆炸复合材料应用于工程实践。
以304不锈钢 /Q245普碳钢焊接界面为研究对象,本文系统地探讨了界面结构不均匀性及其对服役行为的影响。研究过程中首先观察横截面、纵剖面结构的不均匀性,并基于非平衡运动方程,解释界面结构产生不均匀性的机理。进一步,针对界面波的方向特性,测试其剪切行为随定位角变化特征。最后利用SEM观察剪切断口形貌,认识界面结构对其断裂模式影响。研究表明,爆炸焊接装药爆轰压力脉动是导致界面结构不均匀性的根本原因,而界面波延展方向决定了断裂失效模式和损伤裂纹扩展行为；此外,本文获得了界面最优剪切强度承载方向,可指导爆炸复合材料应用于工程实践。
2018, 47(8):2465-2471.
摘要:
采用激光近净成形系统成形了不同ZrO2掺入量的TC4/ZrO2薄壁,研究了扫描速率对金属基陶瓷材料成形热应力的影响,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)对薄壁样件的进行相组成分析、微观组织观察以及元素分布检测。研究表明,相对较低的扫描速度可以减小薄壁件的残余应力,抑制样件的宏观裂纹；XRD结果显示当ZrO2含量达到30%以上时,生成了TiO.325的Ti的非化学计量氧化物；TC4基体的微观组织随着ZrO2掺入量的增多晶粒逐渐从针状过渡到板条状、块状；EDS结果显示当Ti晶粒为板条状,晶界间有ZrO2富集；随着ZrO2含量增多,Ti固溶体中固溶的Zr增多。本研究为最终成形TC4/ZrO2梯度材料提供了可靠的技术支持。
采用激光近净成形系统成形了不同ZrO2掺入量的TC4/ZrO2薄壁,研究了扫描速率对金属基陶瓷材料成形热应力的影响,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)对薄壁样件的进行相组成分析、微观组织观察以及元素分布检测。研究表明,相对较低的扫描速度可以减小薄壁件的残余应力,抑制样件的宏观裂纹；XRD结果显示当ZrO2含量达到30%以上时,生成了TiO.325的Ti的非化学计量氧化物；TC4基体的微观组织随着ZrO2掺入量的增多晶粒逐渐从针状过渡到板条状、块状；EDS结果显示当Ti晶粒为板条状,晶界间有ZrO2富集；随着ZrO2含量增多,Ti固溶体中固溶的Zr增多。本研究为最终成形TC4/ZrO2梯度材料提供了可靠的技术支持。
2018, 47(8):2472-2476.
摘要:
高能粒子加速器的性能很大程度上依赖于超导射频铌腔的内表面状态。本文通过分析化学抛光过程中铌材的抛光速率、表面形貌和氧化状态等参数,确定了超导腔用铌材的表面化学抛光工艺：混合酸(HNO3: HF: H3PO4= 1: 1: 2,体积比)为适合的抛光试剂,抛光速率方程为h = 29.359 × t 0.9247,抛光6 ~ 15 min可移除厚度154 ~ 360 μm,表面粗糙度Ra小于0.65 μm,表面Nb2O5层厚度小于10 nm。同时,利用电子背散射电子衍射技术(EBSD)结合表面形貌讨论了化学抛光机制,发现机加纹路消除后继续延长抛光时间,晶粒内高指数晶面(原子疏排面)会被优先抛光,从而在晶界处形成较深的沟槽,在晶粒内出现尖锐突起。
高能粒子加速器的性能很大程度上依赖于超导射频铌腔的内表面状态。本文通过分析化学抛光过程中铌材的抛光速率、表面形貌和氧化状态等参数,确定了超导腔用铌材的表面化学抛光工艺：混合酸(HNO3: HF: H3PO4= 1: 1: 2,体积比)为适合的抛光试剂,抛光速率方程为h = 29.359 × t 0.9247,抛光6 ~ 15 min可移除厚度154 ~ 360 μm,表面粗糙度Ra小于0.65 μm,表面Nb2O5层厚度小于10 nm。同时,利用电子背散射电子衍射技术(EBSD)结合表面形貌讨论了化学抛光机制,发现机加纹路消除后继续延长抛光时间,晶粒内高指数晶面(原子疏排面)会被优先抛光,从而在晶界处形成较深的沟槽,在晶粒内出现尖锐突起。
2018, 47(8):2477-2482.
摘要:
为了揭示高频振动时效消除残余应力的微观机理,探讨了高频振动载荷作用下的位错密度演化特性对残余应力松弛的影响规律。分别采用Williamson-Hall(WH)法和小孔法分析高频振动前后Cr12MoV钢淬火试样的位错密度和残余应力。在实验研究的基础上,采用微观动力学理论,建立晶粒多自由度系统,分析高频振动激活位错运动的机制,进一步采用晶体塑性理论,建立高频振动作用下的位错密度演化控制方程,分析高频振动时效消除残余应力的微观机理。结果表明：材料内的位错在高频振动的作用下激活运动,产生位错累积和位错湮灭两个演化过程,其中材料内的位错湮灭过程占据主导地位,从而降低了材料内的位错密度；位错密度的降低减小了材料内的晶格畸变程度,从而松弛了材料内的残余应力。
为了揭示高频振动时效消除残余应力的微观机理,探讨了高频振动载荷作用下的位错密度演化特性对残余应力松弛的影响规律。分别采用Williamson-Hall(WH)法和小孔法分析高频振动前后Cr12MoV钢淬火试样的位错密度和残余应力。在实验研究的基础上,采用微观动力学理论,建立晶粒多自由度系统,分析高频振动激活位错运动的机制,进一步采用晶体塑性理论,建立高频振动作用下的位错密度演化控制方程,分析高频振动时效消除残余应力的微观机理。结果表明：材料内的位错在高频振动的作用下激活运动,产生位错累积和位错湮灭两个演化过程,其中材料内的位错湮灭过程占据主导地位,从而降低了材料内的位错密度；位错密度的降低减小了材料内的晶格畸变程度,从而松弛了材料内的残余应力。
2018, 47(8):2483-2488.
摘要:
为了研究超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能的影响，对标准热处理的DD6合金进行1200℃/1h、1200℃/50MPa/1h二种条件高温短时热处理以模拟超温过程。采用SEM观察标准热处理、1200℃/1h、1200℃/50MPa/1h条件下的合金组织，在旋转弯曲疲劳试验机上测试了上述3种条件合金的高周疲劳性能。结果表明：1200℃/1h的超温使DD6合金的 γ" 相尺寸稍微增大，立方化及均匀化程度明显降低，基体通道区域析出少量细小二次 γ" 相，γ/γ" 相界面出现锯齿化现象；1200℃/50MPa/1h的超温使DD6合金 γ" 相尺寸增大，立方化及均化化程度明显降低，基体通道显著变宽，基体通道区域析出大量细小二次 γ" 相，γ" 相产生了轻微的定向粗化；1200℃/1h的超温使合金高周疲劳性能降低，1200℃/50MPa/1h的超温的合金高周疲劳性能与标准热处理合金的相当，合金800℃条件下的疲劳断口呈类解离断裂特征。
为了研究超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能的影响，对标准热处理的DD6合金进行1200℃/1h、1200℃/50MPa/1h二种条件高温短时热处理以模拟超温过程。采用SEM观察标准热处理、1200℃/1h、1200℃/50MPa/1h条件下的合金组织，在旋转弯曲疲劳试验机上测试了上述3种条件合金的高周疲劳性能。结果表明：1200℃/1h的超温使DD6合金的 γ" 相尺寸稍微增大，立方化及均匀化程度明显降低，基体通道区域析出少量细小二次 γ" 相，γ/γ" 相界面出现锯齿化现象；1200℃/50MPa/1h的超温使DD6合金 γ" 相尺寸增大，立方化及均化化程度明显降低，基体通道显著变宽，基体通道区域析出大量细小二次 γ" 相，γ" 相产生了轻微的定向粗化；1200℃/1h的超温使合金高周疲劳性能降低，1200℃/50MPa/1h的超温的合金高周疲劳性能与标准热处理合金的相当，合金800℃条件下的疲劳断口呈类解离断裂特征。
2018, 47(8):2489-2499.
摘要:
针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式简易，精度差，易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷，本文采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制，且使用fluent软件对二者间的流固耦合传热过程进行了数值模拟，并进行了实验验证，给出了其传热过程中轧辊温度场的趋势和规律。结果表明：该方法加热轧辊时，其表面温度分布较均匀，边部与中间的温差最大为6℃，且流体温度与速度对其影响较小；在不同的流体温度和流体速度下，轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升，流体温度升高及速度增大时，轧辊温升变快，且流体温度对轧辊温升的影响大于流体速度对其的影响；得出了在不同加热条件下，轧辊表面的温度值与时间的关系式；对轧辊停止加热后到轧辊表面开始温降有一段延续期，流体的温度越高，延长时间越长；轧辊温升阶段的模拟结果与实验结果相比，流体温度升高，其误差变大，轧辊温度升高，误差也变大，两者间最大误差为16.16%，总体结果较吻合，表明该模型可以正确表示流体加热轧辊的传热过程。
针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式简易，精度差，易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷，本文采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制，且使用fluent软件对二者间的流固耦合传热过程进行了数值模拟，并进行了实验验证，给出了其传热过程中轧辊温度场的趋势和规律。结果表明：该方法加热轧辊时，其表面温度分布较均匀，边部与中间的温差最大为6℃，且流体温度与速度对其影响较小；在不同的流体温度和流体速度下，轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升，流体温度升高及速度增大时，轧辊温升变快，且流体温度对轧辊温升的影响大于流体速度对其的影响；得出了在不同加热条件下，轧辊表面的温度值与时间的关系式；对轧辊停止加热后到轧辊表面开始温降有一段延续期，流体的温度越高，延长时间越长；轧辊温升阶段的模拟结果与实验结果相比，流体温度升高，其误差变大，轧辊温度升高，误差也变大，两者间最大误差为16.16%，总体结果较吻合，表明该模型可以正确表示流体加热轧辊的传热过程。
2018, 47(8):2500-2505.
摘要:
采用传统座滴法研究了低熔点合金(Bi-Sn)和高熵合金(AlCoFeNiCr和CuCoFeNiCr)之间的润湿行为及界面特征。借助扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)分析了Bi-Sn/AlCoFeNiCr和Bi-Sn/CuCoFeNiCr界面微观结构。结果表明：AlCoFeNiCr和CuCoFeNiCr高熵合金都是结构单一的固溶体,但Bi-Sn熔体在CuCoFeNiCr高熵合金基体上的润湿性明显地优于Bi-Sn熔体在AlCoFeNiCr高熵合金基体上的润湿性；Bi-Sn/CuCoFeNiCr界面发生剧烈的化学反应,有大量的界面反应物生成,Bi-Sn熔体中的原子Sn主要是沿着CuCoFeNiCr高熵合金中的富铜相扩散,而Bi-Sn/AlCoFeNiCr界面平直,且随着润湿温度的升高,Bi-Sn熔体中的原子向AlCoFeNiCr高熵合金基体的扩散程度加强并伴随化学反应,出现类似“皮下潜流”现象；由于CuCoFeNiCr高熵合金中富铜相的存在,为Bi-Sn在CuCoFeNiCr高熵合金基体上的铺展提供了“润湿通道”.
采用传统座滴法研究了低熔点合金(Bi-Sn)和高熵合金(AlCoFeNiCr和CuCoFeNiCr)之间的润湿行为及界面特征。借助扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)分析了Bi-Sn/AlCoFeNiCr和Bi-Sn/CuCoFeNiCr界面微观结构。结果表明：AlCoFeNiCr和CuCoFeNiCr高熵合金都是结构单一的固溶体,但Bi-Sn熔体在CuCoFeNiCr高熵合金基体上的润湿性明显地优于Bi-Sn熔体在AlCoFeNiCr高熵合金基体上的润湿性；Bi-Sn/CuCoFeNiCr界面发生剧烈的化学反应,有大量的界面反应物生成,Bi-Sn熔体中的原子Sn主要是沿着CuCoFeNiCr高熵合金中的富铜相扩散,而Bi-Sn/AlCoFeNiCr界面平直,且随着润湿温度的升高,Bi-Sn熔体中的原子向AlCoFeNiCr高熵合金基体的扩散程度加强并伴随化学反应,出现类似“皮下潜流”现象；由于CuCoFeNiCr高熵合金中富铜相的存在,为Bi-Sn在CuCoFeNiCr高熵合金基体上的铺展提供了“润湿通道”.
2018, 47(8):2506-2510.
摘要:
为了研究激光氮化对金属铀表面结构和性质的影响,利用X射线衍射结合原位高温反应器,研究了不同激光氮化工艺后的贫铀表面结构,并对不同温度下UN的氧化过程进行了原位XRD实验分析,获得了相应条件下的氧化动力学曲线。结果显示,激光扫描速率对贫铀表面氮化层的相结构有显著影响,较快的扫描速率能够获得单一的UN结构,较慢的扫描速率将获得UN和U2N3的双相混合层。氧化动力学实验表明,表面激光氮化制备的UN层对基材有很好的保护作用,能够显著降低金属铀的氧化腐蚀速率。较低的温度下UN层的氧化非常缓慢,温度升至180℃以上时氧化速率明显加快,其氧化动力学曲线与贫铀有明显差异,文中对此现象和氮化层的氧化机制进行了分析和讨论。
为了研究激光氮化对金属铀表面结构和性质的影响,利用X射线衍射结合原位高温反应器,研究了不同激光氮化工艺后的贫铀表面结构,并对不同温度下UN的氧化过程进行了原位XRD实验分析,获得了相应条件下的氧化动力学曲线。结果显示,激光扫描速率对贫铀表面氮化层的相结构有显著影响,较快的扫描速率能够获得单一的UN结构,较慢的扫描速率将获得UN和U2N3的双相混合层。氧化动力学实验表明,表面激光氮化制备的UN层对基材有很好的保护作用,能够显著降低金属铀的氧化腐蚀速率。较低的温度下UN层的氧化非常缓慢,温度升至180℃以上时氧化速率明显加快,其氧化动力学曲线与贫铀有明显差异,文中对此现象和氮化层的氧化机制进行了分析和讨论。
2018, 47(8):2511-2517.
摘要:
对电子束焊+近等温成形的TC11/Ti-22Al-25Nb双合金模拟盘在热暴露后进行拉伸、持久试验并通过SEM和TEM观察断口形貌及组织的结果表明：热暴露后的试样在室温拉伸时,均断裂在焊缝位置。经550℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于延性断裂,600℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于脆性解理断裂,裂纹源均起始于试样的表面。随着热暴露温度的升高和时间的延长,室温拉伸强度总体提高,塑性下降,持久时间也降低,元素在焊接连接区域的分布更加均匀,成分曲线表现的更加平缓。
对电子束焊+近等温成形的TC11/Ti-22Al-25Nb双合金模拟盘在热暴露后进行拉伸、持久试验并通过SEM和TEM观察断口形貌及组织的结果表明：热暴露后的试样在室温拉伸时,均断裂在焊缝位置。经550℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于延性断裂,600℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于脆性解理断裂,裂纹源均起始于试样的表面。随着热暴露温度的升高和时间的延长,室温拉伸强度总体提高,塑性下降,持久时间也降低,元素在焊接连接区域的分布更加均匀,成分曲线表现的更加平缓。
2018, 47(8):2518-2524.
摘要:
利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段系统研究了铸态、固溶处理态和挤压态Mg-8Li-4Al-0.3Y合金的微观组织，测试了其室温力学性能。实验结果表明：铸态实验合金主要由ɑ-Mg、β-Li、Al2Y和AlLi相以及MgAlLi2相组成；固溶处理后合金中在相界处分布的MgAlLi2化合物相消失，大量AlLi相发生分解并固溶于合金基体中，仅剩下部分尺寸较大的AlLi相。在挤压过程中合金发生动态再结晶，显微组织明显细化，组织更加均匀。固溶处理后合金基体硬度明显高于铸态合金；与铸态相比，挤压态合金的综合力学性能得到大幅提升，其抗拉强度和延伸率分别达到208 MPa和25.1%。
利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段系统研究了铸态、固溶处理态和挤压态Mg-8Li-4Al-0.3Y合金的微观组织，测试了其室温力学性能。实验结果表明：铸态实验合金主要由ɑ-Mg、β-Li、Al2Y和AlLi相以及MgAlLi2相组成；固溶处理后合金中在相界处分布的MgAlLi2化合物相消失，大量AlLi相发生分解并固溶于合金基体中，仅剩下部分尺寸较大的AlLi相。在挤压过程中合金发生动态再结晶，显微组织明显细化，组织更加均匀。固溶处理后合金基体硬度明显高于铸态合金；与铸态相比，挤压态合金的综合力学性能得到大幅提升，其抗拉强度和延伸率分别达到208 MPa和25.1%。
2018, 47(8):2525-2530.
摘要:
向AZ81镁合金中分别加入0.5%Pb、0.5%Pb+0.5%Sn、0.5%Pb+1.0%Sn合金元素并压铸成型，研究了各成分合金的微观组织和常温、180℃力学性能。结果表明：1）AZ81-0.5Pb-1.0Sn中存在多边形Mg2Sn，主要分布在晶界；同时，Pb和Sn元素的加入在一定程度上减少了晶界上Mg17Al12的数量，有助于提高镁合金的耐中高温性能；2）室温下，压铸AZ81-0.5Pb-(0, 0.5, 1.0)Sn合金抗拉强度和屈服强度随着Sn含量的增加而提高，压铸AZ81-0.5Pb-1.0Sn的抗拉强度为211 MPa、屈服强度为150.5 MPa；3)180℃下，随着Sn含量的增加，抗拉强度和屈服强度均提高，压铸AZ81-0.5Pb-1.0Sn抗拉强度值为200.5 MPa、屈服强度为145.2 MPa；4）添加元素Pb+Sn使压铸AZ81的180℃断裂机制由塑性断裂向脆性断裂转变。
向AZ81镁合金中分别加入0.5%Pb、0.5%Pb+0.5%Sn、0.5%Pb+1.0%Sn合金元素并压铸成型，研究了各成分合金的微观组织和常温、180℃力学性能。结果表明：1）AZ81-0.5Pb-1.0Sn中存在多边形Mg2Sn，主要分布在晶界；同时，Pb和Sn元素的加入在一定程度上减少了晶界上Mg17Al12的数量，有助于提高镁合金的耐中高温性能；2）室温下，压铸AZ81-0.5Pb-(0, 0.5, 1.0)Sn合金抗拉强度和屈服强度随着Sn含量的增加而提高，压铸AZ81-0.5Pb-1.0Sn的抗拉强度为211 MPa、屈服强度为150.5 MPa；3)180℃下，随着Sn含量的增加，抗拉强度和屈服强度均提高，压铸AZ81-0.5Pb-1.0Sn抗拉强度值为200.5 MPa、屈服强度为145.2 MPa；4）添加元素Pb+Sn使压铸AZ81的180℃断裂机制由塑性断裂向脆性断裂转变。
2018, 47(8):2531-2536.
摘要:
通过半连续铸造的方法制备了Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金。采用XRD、OM和SEM分析研究了Al含量对铸态Mg-Al合金的组织结构变化的影响。同时,利用浸泡腐蚀实验和动电位电化学极化曲线研究了Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金的耐蚀行为。最后,通过SEM观察去除腐蚀产物后样品表面形貌,研究了其腐蚀机理。结果表明：三种合金材料的组织都是由α-Mg相和β-Mg17Al12相组成,而且β相含量随着Al含量的增多而增多。从而研究的三种合金中随β相的增多,合金的耐腐蚀性能逐渐增高,即Mg-15%Al合金的耐腐蚀性能最好,Mg-9%Al的最差。铸态Mg-Al合金在3.5%NaCl溶液中浸泡72小时后,表面都可以形成氧化膜,随着Al含量增高,膜层的稳定性增高。
通过半连续铸造的方法制备了Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金。采用XRD、OM和SEM分析研究了Al含量对铸态Mg-Al合金的组织结构变化的影响。同时,利用浸泡腐蚀实验和动电位电化学极化曲线研究了Mg-xAl(x=9, 12, 15)合金的耐蚀行为。最后,通过SEM观察去除腐蚀产物后样品表面形貌,研究了其腐蚀机理。结果表明：三种合金材料的组织都是由α-Mg相和β-Mg17Al12相组成,而且β相含量随着Al含量的增多而增多。从而研究的三种合金中随β相的增多,合金的耐腐蚀性能逐渐增高,即Mg-15%Al合金的耐腐蚀性能最好,Mg-9%Al的最差。铸态Mg-Al合金在3.5%NaCl溶液中浸泡72小时后,表面都可以形成氧化膜,随着Al含量增高,膜层的稳定性增高。
2018, 47(8):2537-2543.
摘要:
V-Ti-Ni合金的显微组织不仅影响氢分离性能,还将影响力学性能以及成形性能。本文研究了多相V100-2x-Tix-Nix (X=10, 15, 20)系列氢分离合金的显微组织、硬度和拉伸性能。V100-2x-Tix-Nix合金铸锭显微组织均由枝晶相V基固溶体和枝晶间相NiTi和NiTi2组成。随着合金中Ti和Ni的含量增加,枝晶间相在合金中体积占比增大,形成连续网状,阻止枝晶臂的连接。在室温下,合金整体硬度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率均随Ti、Ni含量增加而升高。V基固溶体和NiTi2相是影响三种合金的整体硬度的主要因素。三种合金在室温下均属于脆性材料。合金中NiTi相含量对合金的延伸率有较大影响。
V-Ti-Ni合金的显微组织不仅影响氢分离性能,还将影响力学性能以及成形性能。本文研究了多相V100-2x-Tix-Nix (X=10, 15, 20)系列氢分离合金的显微组织、硬度和拉伸性能。V100-2x-Tix-Nix合金铸锭显微组织均由枝晶相V基固溶体和枝晶间相NiTi和NiTi2组成。随着合金中Ti和Ni的含量增加,枝晶间相在合金中体积占比增大,形成连续网状,阻止枝晶臂的连接。在室温下,合金整体硬度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率均随Ti、Ni含量增加而升高。V基固溶体和NiTi2相是影响三种合金的整体硬度的主要因素。三种合金在室温下均属于脆性材料。合金中NiTi相含量对合金的延伸率有较大影响。
2018, 47(8):2544-2548.
摘要:
具有多性能多功能的双金属复合材料是目前材料研究的热点之一。通过固/液复合铸造技术制备了具有“半固态显微组织/枝晶组织”分布特征的包覆型7075/6061复合铸锭,研究了外熔体温度对该复合铸锭界面组织形态与力学性能的影响规律,探讨了该复合铸锭的界面结合机制。结果表明：外熔体温度760 ℃、半固态坯料预热温度300 ℃、保温40 min、空冷条件时,制备的7075/6061双金属复合铸锭的显微组织分布与形态特征较好、抗压强度较高；随着外熔体温度的升高,内层7075合金半固态坯料的近球状α-Al固相颗粒逐渐粗大、球形化逐渐减弱；复合界面处内层半固态坯料局部重熔的现象逐渐增加,界面附近的半固态显微组织形态呈：球状固相颗粒合并长大、非球状化、枝晶化的演变规律；室温压缩时,复合铸锭以圆柱体轴线呈45°角方向裂开,而非复合界面方向。
具有多性能多功能的双金属复合材料是目前材料研究的热点之一。通过固/液复合铸造技术制备了具有“半固态显微组织/枝晶组织”分布特征的包覆型7075/6061复合铸锭,研究了外熔体温度对该复合铸锭界面组织形态与力学性能的影响规律,探讨了该复合铸锭的界面结合机制。结果表明：外熔体温度760 ℃、半固态坯料预热温度300 ℃、保温40 min、空冷条件时,制备的7075/6061双金属复合铸锭的显微组织分布与形态特征较好、抗压强度较高；随着外熔体温度的升高,内层7075合金半固态坯料的近球状α-Al固相颗粒逐渐粗大、球形化逐渐减弱；复合界面处内层半固态坯料局部重熔的现象逐渐增加,界面附近的半固态显微组织形态呈：球状固相颗粒合并长大、非球状化、枝晶化的演变规律；室温压缩时,复合铸锭以圆柱体轴线呈45°角方向裂开,而非复合界面方向。
2018, 47(8):2549-2554.
摘要:
在镁空气电池中,镁负极的极化和腐蚀是衡量镁空气电池的重要指标。本文通过动电位极化法和电化学阻抗谱法,研究了在8% NaCl电解液中,六水合硝酸铈(CeN3O9.6H2O)对AZ31负极抗腐蚀性能的影响。结果表明：电解液中加入CeN3O9.6H2O,在AZ31镁合金表面形成Ce(OH)3保护膜,提高镁合金的耐腐蚀性。随着CeN3O9.6H2O浓度的增大,Ce(OH)3保护膜逐渐致密,AZ镁合金的腐蚀速率降低。当CeN3O9.6H2O浓度达到1.0g/L时,镁合金的腐蚀速率最低,其缓蚀率为70.4%。然而当加入的CeN3O9.6H2O浓度大于1.0g/L时,由于Ce(OH)3保护膜被溶解而导致镁合金的腐蚀速率增大。由浸泡50小时AZ合金的SEM图发现CeN3O9.6H2O在镁合金表面形成Ce(OH)3保护膜,抑制阳极反应。从等效电路图得到Mg2+电荷转移阻力增大了69.5Ω,改善了镁合金的耐腐蚀性能。通过放电测试得到加入CeN3O9.6H2O提高电池的放电性能,放电时间延长近1h。
在镁空气电池中,镁负极的极化和腐蚀是衡量镁空气电池的重要指标。本文通过动电位极化法和电化学阻抗谱法,研究了在8% NaCl电解液中,六水合硝酸铈(CeN3O9.6H2O)对AZ31负极抗腐蚀性能的影响。结果表明：电解液中加入CeN3O9.6H2O,在AZ31镁合金表面形成Ce(OH)3保护膜,提高镁合金的耐腐蚀性。随着CeN3O9.6H2O浓度的增大,Ce(OH)3保护膜逐渐致密,AZ镁合金的腐蚀速率降低。当CeN3O9.6H2O浓度达到1.0g/L时,镁合金的腐蚀速率最低,其缓蚀率为70.4%。然而当加入的CeN3O9.6H2O浓度大于1.0g/L时,由于Ce(OH)3保护膜被溶解而导致镁合金的腐蚀速率增大。由浸泡50小时AZ合金的SEM图发现CeN3O9.6H2O在镁合金表面形成Ce(OH)3保护膜,抑制阳极反应。从等效电路图得到Mg2+电荷转移阻力增大了69.5Ω,改善了镁合金的耐腐蚀性能。通过放电测试得到加入CeN3O9.6H2O提高电池的放电性能,放电时间延长近1h。
2018, 47(8):2555-2560.
摘要:
SP700钛合金具有优异的低温超塑性,本文对光纤激光焊接的SP700钛合金的超塑变形性能、组织演化及变形后的力学性能进行研究。结果发现,800℃锥形件变形时,焊接方向平行轧制方向具有更优的超塑变形性能,最大成形压力为0.8MPa,最大成形高度为75mm,较母材高20mm。随着变形量的增加,焊缝区粗大的柱状晶和焊接接头咬边逐渐消失,晶粒得到细化。经过33%的超塑变形量后,焊接方向平行和垂直轧制方向的抗拉强度均有所下降,但平行轧制方向、775℃成形的抗拉强度下降最小,仅为2.2%。锥形件和盒形件拉伸试样的断裂失效位置均在母材上。
SP700钛合金具有优异的低温超塑性,本文对光纤激光焊接的SP700钛合金的超塑变形性能、组织演化及变形后的力学性能进行研究。结果发现,800℃锥形件变形时,焊接方向平行轧制方向具有更优的超塑变形性能,最大成形压力为0.8MPa,最大成形高度为75mm,较母材高20mm。随着变形量的增加,焊缝区粗大的柱状晶和焊接接头咬边逐渐消失,晶粒得到细化。经过33%的超塑变形量后,焊接方向平行和垂直轧制方向的抗拉强度均有所下降,但平行轧制方向、775℃成形的抗拉强度下降最小,仅为2.2%。锥形件和盒形件拉伸试样的断裂失效位置均在母材上。
2018, 47(8):2561-2566.
摘要:
采用微弧氧化技术在AZ91镁合金表面制备陶瓷涂层，然后在该涂层表面通过磁控溅射镀铜技术制备复合膜层。研究了微弧氧化陶瓷层和复合膜层的表面物相组成、表面粗糙度、表面及截面形貌、表面润湿性及电化学性能。结果表明：AZ91镁合金经微弧氧化处理后由于微弧氧化陶瓷层呈微纳粗糙多孔结构，表现为亲水特性，其物相由MgO、Mg及Mg2SiO4组成；而微弧氧化陶瓷层经磁控溅射镀铜处理后表面获得较为致密的具有疏水特性的铜层，表面粗糙度降低；四探针测试结果说明复合膜层的方阻为16.2mΩ?□-1，导电性良好；动电位极化曲线测试结果说明复合膜层与基体镁合金相比，其腐蚀电流密度降低10%，腐蚀电位提高了0.36V，腐蚀极化电阻提高约80倍；与微弧氧化陶瓷层相比，复合膜层的腐蚀电位提高了0.24V，但其腐蚀电流密度和腐蚀极化电阻有所下降。研究结果表明，微弧氧化与磁控溅射镀铜相结合的复合处理技术可在不降低镁合金陶瓷层耐蚀性的基础上显著提高其表面的导电性能。
采用微弧氧化技术在AZ91镁合金表面制备陶瓷涂层，然后在该涂层表面通过磁控溅射镀铜技术制备复合膜层。研究了微弧氧化陶瓷层和复合膜层的表面物相组成、表面粗糙度、表面及截面形貌、表面润湿性及电化学性能。结果表明：AZ91镁合金经微弧氧化处理后由于微弧氧化陶瓷层呈微纳粗糙多孔结构，表现为亲水特性，其物相由MgO、Mg及Mg2SiO4组成；而微弧氧化陶瓷层经磁控溅射镀铜处理后表面获得较为致密的具有疏水特性的铜层，表面粗糙度降低；四探针测试结果说明复合膜层的方阻为16.2mΩ?□-1，导电性良好；动电位极化曲线测试结果说明复合膜层与基体镁合金相比，其腐蚀电流密度降低10%，腐蚀电位提高了0.36V，腐蚀极化电阻提高约80倍；与微弧氧化陶瓷层相比，复合膜层的腐蚀电位提高了0.24V，但其腐蚀电流密度和腐蚀极化电阻有所下降。研究结果表明，微弧氧化与磁控溅射镀铜相结合的复合处理技术可在不降低镁合金陶瓷层耐蚀性的基础上显著提高其表面的导电性能。
2018, 47(8):2567-2572.
摘要:
采用静电纺丝法制备NiO-ZnO 复合氧化物纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM、TEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征。结果发现当镍与锌质量比为10:1时,NiO-ZnO复合氧化物纳米纤维具有大比表面积71.425m2/g,表面占主导地位的介孔直径约为13.37nm。在电化学测试中,该样品呈现出清晰的氧化还原峰, 在1A/g的电流密度下,放电比电容量为441F/g,这远高于纯NiO纤维的331F/g,循环1000次电容保持率达到81.2%,也远大于纯NiO纤维的70.4%。当电流密度为0.5A/g时,比电容量达到最大为461F/g,表现出优良的充放电性能。
采用静电纺丝法制备NiO-ZnO 复合氧化物纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM、TEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征。结果发现当镍与锌质量比为10:1时,NiO-ZnO复合氧化物纳米纤维具有大比表面积71.425m2/g,表面占主导地位的介孔直径约为13.37nm。在电化学测试中,该样品呈现出清晰的氧化还原峰, 在1A/g的电流密度下,放电比电容量为441F/g,这远高于纯NiO纤维的331F/g,循环1000次电容保持率达到81.2%,也远大于纯NiO纤维的70.4%。当电流密度为0.5A/g时,比电容量达到最大为461F/g,表现出优良的充放电性能。
2018, 47(8):2573-2577.
摘要:
采用化学镀法在碳纤维表面制备无钯镍镀层,用粉末冶金法制备了以镀镍碳纤维为增强相的Sn-3.0Ag-0.5Cu 复合钎料,借助于SEM、EDS、OM等检测手段对其微观组织进行分析,研究镀镍碳纤维含量对复合钎料微观组织和基本性能的影响。结果表明：镀镍碳纤维主要分布在复合钎料的晶界处；随着复合钎料中镀镍碳纤维含量的增加,其弥散度逐渐降低,熔点变化不大；当镀镍碳纤维含量大于1wt%时,镀镍碳纤维在晶界处的团聚现象严重,复合钎料的电阻率显著升高。添加1wt%的镀镍碳纤维有助于减小液态复合钎料在助焊剂界面和Cu基板处的表面张力,降低钎料基体的电流密度,使得复合钎料的润湿性提高,电阻率有所降低。
采用化学镀法在碳纤维表面制备无钯镍镀层,用粉末冶金法制备了以镀镍碳纤维为增强相的Sn-3.0Ag-0.5Cu 复合钎料,借助于SEM、EDS、OM等检测手段对其微观组织进行分析,研究镀镍碳纤维含量对复合钎料微观组织和基本性能的影响。结果表明：镀镍碳纤维主要分布在复合钎料的晶界处；随着复合钎料中镀镍碳纤维含量的增加,其弥散度逐渐降低,熔点变化不大；当镀镍碳纤维含量大于1wt%时,镀镍碳纤维在晶界处的团聚现象严重,复合钎料的电阻率显著升高。添加1wt%的镀镍碳纤维有助于减小液态复合钎料在助焊剂界面和Cu基板处的表面张力,降低钎料基体的电流密度,使得复合钎料的润湿性提高,电阻率有所降低。
2018, 47(8):2578-2584.
摘要:
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术由于高离化率、高离子能量,可制备表面光滑、结构致密的高质量涂层。而沉积温度能够决定沉积粒子的动能和扩散能力,将对涂层生长过程和性能有着显著影响,本文采用HIPIMS技术在不同沉积温度下制备了Al-Cr-Si-N涂层。系统研究了沉积温度对涂层结构、成分、显微形貌、力学和摩擦学性能的影响。结果表明：随着沉积温度由100°C升至350°C,涂层内部开始由非晶向纳米晶转化,300°C时出现FCC-AlN相；涂层平整性和致密性逐步改善,膜/基结合强度逐渐提高,在300°C达到最大值82 N,但温度继续升高至350°C 时,严重的轰击刻蚀作用使临界载荷骤降至18 N；涂层硬度逐渐增加,在350°C达到最大值19 Gpa；涂层内应力整体呈下降趋势,由-0.8 GPa逐渐降低至-0.4 GPa左右。
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术由于高离化率、高离子能量,可制备表面光滑、结构致密的高质量涂层。而沉积温度能够决定沉积粒子的动能和扩散能力,将对涂层生长过程和性能有着显著影响,本文采用HIPIMS技术在不同沉积温度下制备了Al-Cr-Si-N涂层。系统研究了沉积温度对涂层结构、成分、显微形貌、力学和摩擦学性能的影响。结果表明：随着沉积温度由100°C升至350°C,涂层内部开始由非晶向纳米晶转化,300°C时出现FCC-AlN相；涂层平整性和致密性逐步改善,膜/基结合强度逐渐提高,在300°C达到最大值82 N,但温度继续升高至350°C 时,严重的轰击刻蚀作用使临界载荷骤降至18 N；涂层硬度逐渐增加,在350°C达到最大值19 Gpa；涂层内应力整体呈下降趋势,由-0.8 GPa逐渐降低至-0.4 GPa左右。
2018, 47(8):2585-2591.
摘要:
采用铜模吸铸法制备了直径为2mm的Zr70Al8Cu22-xNix（x=8.5,9,9.5,10,10.5,11）合金，通过差示扫描量热法（DSC）、单轴压缩实验等方法研究了Ni/Cu比对Zr基非晶合金热稳定性与力学性能的影响。结果表明，随Ni/Cu比增加，过冷液相区宽度ΔTx基本在80~81K之间，但Ni/Cu比为0.63和0.76时对应较高的ΔTx，在Ni/Cu比为0.76时，热稳定性达到最大值89K，热稳定性较好；随Ni/Cu比增加，塑性应变整体呈下降趋势，但在Ni/Cu比为0.76时出现反常增大，具有良好的塑性，屈服强度整体呈下降趋势，其变化的规律性不强，存在波动性。弹性模量在Ni/Cu比为0.63时达到最大值80GPa，其余Ni/Cu比合金则在58~65GPa范围内变化；总体来讲，Ni/Cu比为0.63时的合金塑性应变、屈服强度及弹性模量E均达到最大值。
采用铜模吸铸法制备了直径为2mm的Zr70Al8Cu22-xNix（x=8.5,9,9.5,10,10.5,11）合金，通过差示扫描量热法（DSC）、单轴压缩实验等方法研究了Ni/Cu比对Zr基非晶合金热稳定性与力学性能的影响。结果表明，随Ni/Cu比增加，过冷液相区宽度ΔTx基本在80~81K之间，但Ni/Cu比为0.63和0.76时对应较高的ΔTx，在Ni/Cu比为0.76时，热稳定性达到最大值89K，热稳定性较好；随Ni/Cu比增加，塑性应变整体呈下降趋势，但在Ni/Cu比为0.76时出现反常增大，具有良好的塑性，屈服强度整体呈下降趋势，其变化的规律性不强，存在波动性。弹性模量在Ni/Cu比为0.63时达到最大值80GPa，其余Ni/Cu比合金则在58~65GPa范围内变化；总体来讲，Ni/Cu比为0.63时的合金塑性应变、屈服强度及弹性模量E均达到最大值。
2018, 47(8):2592-2599.
摘要:
源于自然界非光滑表面的表面织构能够起到捕捉磨屑、储存润滑剂、减小接触面积等积极作用，被认为是一种改善材料摩擦学性能的有效途径，并在改善钛合金摩擦学性能方面取得了有益成果。本文重点关注了钛合金表面织构的设计与加工、减摩与抗磨机理、与表面技术的复合应用，综述了表面织构在改善钛合金的摩擦学性能方面的研究进展，并展望了相关研究思路和方法。
源于自然界非光滑表面的表面织构能够起到捕捉磨屑、储存润滑剂、减小接触面积等积极作用，被认为是一种改善材料摩擦学性能的有效途径，并在改善钛合金摩擦学性能方面取得了有益成果。本文重点关注了钛合金表面织构的设计与加工、减摩与抗磨机理、与表面技术的复合应用，综述了表面织构在改善钛合金的摩擦学性能方面的研究进展，并展望了相关研究思路和方法。
