2018年第47卷第9期文章目次
2018, 47(9):2607-2614.
摘要:
采用机械合金化法制备了Cu-xNb(x=0-30%)合金粉末,通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察和显微硬度测量分析了Nb溶质含量对粉末晶粒细化过程以及力学性能的影响。结果表明,尽管Nb与Cu的平衡固溶度接近为0,经100h球磨后,Nb在Cu中的最大固溶量可达约11wt%。随着Nb含量的增加,Cu-Nb合金粉末的晶粒细化能力提高。这是由于随着偏析至位错处的溶质原子数量增加,合金的回复过程得到抑制,因此有利于晶粒尺寸的减小。Cu-30wt%Nb合金球磨100h后Cu相平均晶粒尺寸减小至约6nm。此外,球磨Cu-Nb合金粉末的显微硬度随着Nb含量的增加而提高,其强化机制主要为细晶强化和固溶强化。
采用机械合金化法制备了Cu-xNb(x=0-30%)合金粉末,通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察和显微硬度测量分析了Nb溶质含量对粉末晶粒细化过程以及力学性能的影响。结果表明,尽管Nb与Cu的平衡固溶度接近为0,经100h球磨后,Nb在Cu中的最大固溶量可达约11wt%。随着Nb含量的增加,Cu-Nb合金粉末的晶粒细化能力提高。这是由于随着偏析至位错处的溶质原子数量增加,合金的回复过程得到抑制,因此有利于晶粒尺寸的减小。Cu-30wt%Nb合金球磨100h后Cu相平均晶粒尺寸减小至约6nm。此外,球磨Cu-Nb合金粉末的显微硬度随着Nb含量的增加而提高,其强化机制主要为细晶强化和固溶强化。
2018, 47(9):2615-2620.
摘要:
本文数值研究了破片冲击载荷作用下Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料的动力学行为及其失效机理。系统考察了强冲击载荷下，Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料的冲击性能、应力分布、失效行为及能量吸收机制。结果表明：在冲击载荷作用下，压缩波在复合材料间由于界面反射转变为拉伸波，导致Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料主要处于拉应力状态。在破片贯穿金属间化合物复合材料的中间阶段，在Al3Ti内形成横向裂纹、倾斜裂纹和垂直裂纹，这些破坏模式可有效地吸收冲击动能。因而，Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料具有优异的动态吸能特性。
本文数值研究了破片冲击载荷作用下Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料的动力学行为及其失效机理。系统考察了强冲击载荷下，Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料的冲击性能、应力分布、失效行为及能量吸收机制。结果表明：在冲击载荷作用下，压缩波在复合材料间由于界面反射转变为拉伸波，导致Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料主要处于拉应力状态。在破片贯穿金属间化合物复合材料的中间阶段，在Al3Ti内形成横向裂纹、倾斜裂纹和垂直裂纹，这些破坏模式可有效地吸收冲击动能。因而，Ti-Al3Ti 金属间化合物复合材料具有优异的动态吸能特性。
2018, 47(9):2621-2625.
摘要:
以往的研究中发现在钼单晶电子束焊接焊缝中形成了离散晶粒。本研究基于有限元模拟对杂散晶粒在钼单晶焊缝中的产生行为进行了分析。利用ANSYS软件,采用双椭球3D移动热源,对钼单晶圆管的电子束焊接接头进行有限元数值模拟。使用了用以描述晶粒离散程度的参数Φ和熔池凝固前方温度梯度G、晶体生长速度V关系的模型。通过不同焊接工艺下的模拟结果提取温度和温度梯度数据,获得G和V,计算得Φ,获得焊接功率和焊接速度对钼单晶焊缝中杂散晶粒形成的影响。
以往的研究中发现在钼单晶电子束焊接焊缝中形成了离散晶粒。本研究基于有限元模拟对杂散晶粒在钼单晶焊缝中的产生行为进行了分析。利用ANSYS软件,采用双椭球3D移动热源,对钼单晶圆管的电子束焊接接头进行有限元数值模拟。使用了用以描述晶粒离散程度的参数Φ和熔池凝固前方温度梯度G、晶体生长速度V关系的模型。通过不同焊接工艺下的模拟结果提取温度和温度梯度数据,获得G和V,计算得Φ,获得焊接功率和焊接速度对钼单晶焊缝中杂散晶粒形成的影响。
2018, 47(9):2626-2630.
摘要:
以偏钨酸铵和硝酸铜为原料,采用EDTA-柠檬酸法制备了含有0~0.8wt.%稀土氧化物( Ce0.8Sm0.2O1.9, SDC)的W-20Cu复合粉体,所制备的复合粉体经压制成型、1250°C烧结2h后获得SDC/W-20Cu复合材料烧结体。对所制备复合粉体进行物相、形貌的表征；研究稀土氧化物的添加对SDC/W-20Cu烧结体的密度、组织结构和物理力学性能的影响。实验结果表明：所制备的W-Cu复合粉体平均粒度为100~200nm；同时,SDC的添加对烧结体的密度和电导率会有轻微的影响,但能够抑制晶粒的长大并明显改善烧结体的力学性能。经1250°C烧结后,SDC/W-20Cu烧结体的相对密度均高于97%；当SDC的添加量为0.6%时,具有最大的抗弯强度和显微硬度,分别是1128MPa和258HV；此外,在室温和600°C的测试条件下,其最大的抗拉强度可以达到580MPa和258MPa。
以偏钨酸铵和硝酸铜为原料,采用EDTA-柠檬酸法制备了含有0~0.8wt.%稀土氧化物( Ce0.8Sm0.2O1.9, SDC)的W-20Cu复合粉体,所制备的复合粉体经压制成型、1250°C烧结2h后获得SDC/W-20Cu复合材料烧结体。对所制备复合粉体进行物相、形貌的表征；研究稀土氧化物的添加对SDC/W-20Cu烧结体的密度、组织结构和物理力学性能的影响。实验结果表明：所制备的W-Cu复合粉体平均粒度为100~200nm；同时,SDC的添加对烧结体的密度和电导率会有轻微的影响,但能够抑制晶粒的长大并明显改善烧结体的力学性能。经1250°C烧结后,SDC/W-20Cu烧结体的相对密度均高于97%；当SDC的添加量为0.6%时,具有最大的抗弯强度和显微硬度,分别是1128MPa和258HV；此外,在室温和600°C的测试条件下,其最大的抗拉强度可以达到580MPa和258MPa。
2018, 47(9):2631-2636.
摘要:
本文主要研究了双辊轧制的低Fe/Si 比Al-Mn合金在不同均匀化处理过程中的微观组织演变情况。当对合金进行550℃/4h的均匀化处理时,合金表面的晶粒组织从典型的纤维组织转变成粗大的长条状再结晶晶粒组织。合金心部的晶粒组织则随着均匀化温度的升高而趋向于等轴化。当对合金进行450℃/4h和500℃/4h的均匀化处理时,粗大的初生相开始破碎,当均匀化温度升高至550℃时,破碎的初生相发生粗化。在450℃/4h和500℃/4h的均匀化处理条件下,弥散相在均匀化过程中的演变主要受形核和长大机制控制,而在550℃/4h的均匀化条件下,弥散相的粗化和回溶成为主要机制。当对合金进行500℃/4h处理时,大量细小的含Zr弥散相从过饱和固溶体中析出。
本文主要研究了双辊轧制的低Fe/Si 比Al-Mn合金在不同均匀化处理过程中的微观组织演变情况。当对合金进行550℃/4h的均匀化处理时,合金表面的晶粒组织从典型的纤维组织转变成粗大的长条状再结晶晶粒组织。合金心部的晶粒组织则随着均匀化温度的升高而趋向于等轴化。当对合金进行450℃/4h和500℃/4h的均匀化处理时,粗大的初生相开始破碎,当均匀化温度升高至550℃时,破碎的初生相发生粗化。在450℃/4h和500℃/4h的均匀化处理条件下,弥散相在均匀化过程中的演变主要受形核和长大机制控制,而在550℃/4h的均匀化条件下,弥散相的粗化和回溶成为主要机制。当对合金进行500℃/4h处理时,大量细小的含Zr弥散相从过饱和固溶体中析出。
2018, 47(9):2637-2641.
摘要:
本文采用超声冲击处理和一种新型的表面复合处理工艺-时效及超声冲击复合工艺,对7A52铝合金激光焊接头进行了处理,对比分析了不同处理手段对接头组织性能的影响,重点研究了时效及超声冲击复合处理对焊接接头微观组织的影响并对其表面硬化机理进了讨论。结果表明,采用两种工艺均在铝合金焊接接头表面成功制备了纳米级晶粒层。通过对比发现,当采用时效及超声冲击复合工艺对焊接接头进行处理时,焊接接头的表面晶粒更加细小、表面硬度以及基体硬度均明显优于超声冲击处理后的焊接接头。超声冲击处理后的焊接接头表面硬化机理为细晶强化,时效及超声冲击复合工艺处理后的焊接接头表层硬化机理则与超声冲击处理有所不同,由细晶强化和析出相强化共同作用,强化效果更佳。
本文采用超声冲击处理和一种新型的表面复合处理工艺-时效及超声冲击复合工艺,对7A52铝合金激光焊接头进行了处理,对比分析了不同处理手段对接头组织性能的影响,重点研究了时效及超声冲击复合处理对焊接接头微观组织的影响并对其表面硬化机理进了讨论。结果表明,采用两种工艺均在铝合金焊接接头表面成功制备了纳米级晶粒层。通过对比发现,当采用时效及超声冲击复合工艺对焊接接头进行处理时,焊接接头的表面晶粒更加细小、表面硬度以及基体硬度均明显优于超声冲击处理后的焊接接头。超声冲击处理后的焊接接头表面硬化机理为细晶强化,时效及超声冲击复合工艺处理后的焊接接头表层硬化机理则与超声冲击处理有所不同,由细晶强化和析出相强化共同作用,强化效果更佳。
2018, 47(9):2642-2646.
摘要:
Sn是一种低熔点金属,其导热性高可用作快中子反应堆中的液体冷却剂。与目前所使用的的液态钠冷却剂相比,Sn具有更好的化学稳定性及遇水或空气不易燃烧的特点。在快中子反应堆中,不锈钢是应用广泛的主回路管道,本文研究了Sn与304不锈钢的化学反应,讨论了温度对304不锈钢在液态Sn中腐蚀行为的影响,结果表明,当温度低于823K时,发生点蚀,当温度高于823K时,发生溶解。
Sn是一种低熔点金属,其导热性高可用作快中子反应堆中的液体冷却剂。与目前所使用的的液态钠冷却剂相比,Sn具有更好的化学稳定性及遇水或空气不易燃烧的特点。在快中子反应堆中,不锈钢是应用广泛的主回路管道,本文研究了Sn与304不锈钢的化学反应,讨论了温度对304不锈钢在液态Sn中腐蚀行为的影响,结果表明,当温度低于823K时,发生点蚀,当温度高于823K时,发生溶解。
2018, 47(9):2647-2651.
摘要:
通过对两端为Cu（或Ni）导体中间层为高Sn合金的三明治结构线型钎焊接头试件加载高密度电流，创新性地实现了纳米SnO2的快速、便捷制备。经SEM、EDX和拉曼光谱分析表征确认所得SnO2为四方金红石结构，具有多种形貌，如枝状、针叶状、草丛状和棉絮状。本研究所发展的制备方法不仅可快速、高效地制备多形貌多尺度SnO2，还可为其它功能金属氧化物材料的制备提供有效的思路参考和技术方法借鉴。
通过对两端为Cu（或Ni）导体中间层为高Sn合金的三明治结构线型钎焊接头试件加载高密度电流，创新性地实现了纳米SnO2的快速、便捷制备。经SEM、EDX和拉曼光谱分析表征确认所得SnO2为四方金红石结构，具有多种形貌，如枝状、针叶状、草丛状和棉絮状。本研究所发展的制备方法不仅可快速、高效地制备多形貌多尺度SnO2，还可为其它功能金属氧化物材料的制备提供有效的思路参考和技术方法借鉴。
2018, 47(9):2652-2656.
摘要:
本文制备了Si含量分别为0，2%及5%的CoCrAlSiY合金涂层，研究了Si元素的添加对合金粉末及涂层的组织、结构及性能的影响，初步探讨了Si元素对涂层高温性能的作用机理。研究结果表明：Si元素主要分布在涂层的β相中，通过影响β相的含量和分布对涂层的高温性能产生影响，Si推进了合金由内氧化向外氧化发生的过程，促进了保护性氧化膜的形成，但Si含量过高，会引起氧化膜的PBR值增加，氧化膜的应力变大，不利于涂层高温抗热震性能的提高。
本文制备了Si含量分别为0，2%及5%的CoCrAlSiY合金涂层，研究了Si元素的添加对合金粉末及涂层的组织、结构及性能的影响，初步探讨了Si元素对涂层高温性能的作用机理。研究结果表明：Si元素主要分布在涂层的β相中，通过影响β相的含量和分布对涂层的高温性能产生影响，Si推进了合金由内氧化向外氧化发生的过程，促进了保护性氧化膜的形成，但Si含量过高，会引起氧化膜的PBR值增加，氧化膜的应力变大，不利于涂层高温抗热震性能的提高。
2018, 47(9):2657-2662.
摘要:
为进一步促进电子封装用低银无铅钎料的发展,本文采用纳米压痕法研究了新型含Pr低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga (SAC-Ga)钎料显微组织与蠕变性能之间的关系。结果表明,SAC-Ga、SAC-Ga-0.06Pr、SAC-Ga-0.5Pr三种钎料的蠕变位移分别为1717 nm、1144 nm、1472 nm；稀土Pr可通过细化Cu6Sn5金属间化合物并促使其均匀分布从而明显提高SAC-Ga钎料的蠕变强度；与SAC-Ga-0.06Pr钎料相比,SAC-Ga-0.5Pr由于过量稀土Pr的表面氧化而导致其蠕变强度有所下降。此外,本文采用Dorn模型研究了含Pr的SAC-Ga钎料的室温蠕变行为并计算了对应的钎料蠕变应力指数n；阐明了Pr对SAC-Ga钎料蠕变强度的强化机理,即当位错遇到细小且均匀分布的Cu6Sn5 金属间化合物时,位错移动只能采用绕过机制,从而提高了含Pr低银钎料的抗蠕变性能。
为进一步促进电子封装用低银无铅钎料的发展,本文采用纳米压痕法研究了新型含Pr低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga (SAC-Ga)钎料显微组织与蠕变性能之间的关系。结果表明,SAC-Ga、SAC-Ga-0.06Pr、SAC-Ga-0.5Pr三种钎料的蠕变位移分别为1717 nm、1144 nm、1472 nm；稀土Pr可通过细化Cu6Sn5金属间化合物并促使其均匀分布从而明显提高SAC-Ga钎料的蠕变强度；与SAC-Ga-0.06Pr钎料相比,SAC-Ga-0.5Pr由于过量稀土Pr的表面氧化而导致其蠕变强度有所下降。此外,本文采用Dorn模型研究了含Pr的SAC-Ga钎料的室温蠕变行为并计算了对应的钎料蠕变应力指数n；阐明了Pr对SAC-Ga钎料蠕变强度的强化机理,即当位错遇到细小且均匀分布的Cu6Sn5 金属间化合物时,位错移动只能采用绕过机制,从而提高了含Pr低银钎料的抗蠕变性能。
2018, 47(9):2663-2667.
摘要:
植入物的表面修饰对于获得生物相容性或功能性界面非常重要。本项研究中， 钛金属表面的MgO薄膜在400?C进行溶胶-凝胶化，观察其微观结构、生物活性、抗菌性能和细胞毒性。结果发现，MgO在空气中老化后转化为Mg（OH）2。扫描电镜观察薄膜无裂纹。在模拟体液试验中显示出良好的生物活性，与成骨细胞有良好的相容性，对大肠杆菌有轻微的抗菌作用。MgO薄膜在钛金属生物医学植入物表面改性中具有潜在的应用前景。
植入物的表面修饰对于获得生物相容性或功能性界面非常重要。本项研究中， 钛金属表面的MgO薄膜在400?C进行溶胶-凝胶化，观察其微观结构、生物活性、抗菌性能和细胞毒性。结果发现，MgO在空气中老化后转化为Mg（OH）2。扫描电镜观察薄膜无裂纹。在模拟体液试验中显示出良好的生物活性，与成骨细胞有良好的相容性，对大肠杆菌有轻微的抗菌作用。MgO薄膜在钛金属生物医学植入物表面改性中具有潜在的应用前景。
2018, 47(9):2668-2674.
摘要:
为了增强界面传热效果，将镓基液态金属（Ga68.5In21.5Sn10）及氮化铝作为导热填料填充到甲基硅油中制备了一种新型复合的热界面材料，并利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）检测材料的微观结构和化学成分以研究其导热原理。合成的AlN掺杂的镓基液态金属硅脂导热率可达5.014w /m·K，分别高于液态金属/甲基硅油二元复合材料和现售高端的导热硅脂产品（x-23-7762）约5%和20%。同时，接触热阻减少了约20%和50%，粘度保持在适当的范围内降低了使用过程中的溢出风险。CPU的实测结果表明新合成的AlN掺杂的镓基液态金属硅脂可以显著降低笔记本核心的工作温度，分析其导热机理后提出传热过程的协同效应原理。实验结果表明该产品是一种理想的导热界面材料且具有广泛的应用前景。
为了增强界面传热效果，将镓基液态金属（Ga68.5In21.5Sn10）及氮化铝作为导热填料填充到甲基硅油中制备了一种新型复合的热界面材料，并利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）检测材料的微观结构和化学成分以研究其导热原理。合成的AlN掺杂的镓基液态金属硅脂导热率可达5.014w /m·K，分别高于液态金属/甲基硅油二元复合材料和现售高端的导热硅脂产品（x-23-7762）约5%和20%。同时，接触热阻减少了约20%和50%，粘度保持在适当的范围内降低了使用过程中的溢出风险。CPU的实测结果表明新合成的AlN掺杂的镓基液态金属硅脂可以显著降低笔记本核心的工作温度，分析其导热机理后提出传热过程的协同效应原理。实验结果表明该产品是一种理想的导热界面材料且具有广泛的应用前景。
2018, 47(9):2675-2681.
摘要:
Zr-4合金包壳包覆的U-Zr合金有望发展成为水冷反应堆的金属型核燃料。而燃料与包壳材料之间的相容性是反应堆安全运行的关键,但是,关于U-Zr合金燃料与Zr-4合金包壳材料界面元素扩散和反应的研究很少。为研究U-Zr合金与Zr-4合金之间的相容性和扩散行为,采用真空热压扩散法制备U-10wt.%Zr/Zr-4扩散偶,随后在高真空中580-1100℃高温热处理样品。采用扫描电镜和透射电镜分析检测扩散偶的界面微观结构和元素分布。系统研究了两种合金之间的相容性。δ-UZr2层和厚约20nm的富铀层形成于热压扩散法制备的样品界面。测量了合金界面扩散系数常数和扩散激活能,分别为4.23(±0.63)×10-6 m2/s和160.73(±1.67) kJ/mol。结果表明U-10wt.%Zr/Zr-4扩散偶的扩散系数大于U-Zr合金的,特别是在低温段。
Zr-4合金包壳包覆的U-Zr合金有望发展成为水冷反应堆的金属型核燃料。而燃料与包壳材料之间的相容性是反应堆安全运行的关键,但是,关于U-Zr合金燃料与Zr-4合金包壳材料界面元素扩散和反应的研究很少。为研究U-Zr合金与Zr-4合金之间的相容性和扩散行为,采用真空热压扩散法制备U-10wt.%Zr/Zr-4扩散偶,随后在高真空中580-1100℃高温热处理样品。采用扫描电镜和透射电镜分析检测扩散偶的界面微观结构和元素分布。系统研究了两种合金之间的相容性。δ-UZr2层和厚约20nm的富铀层形成于热压扩散法制备的样品界面。测量了合金界面扩散系数常数和扩散激活能,分别为4.23(±0.63)×10-6 m2/s和160.73(±1.67) kJ/mol。结果表明U-10wt.%Zr/Zr-4扩散偶的扩散系数大于U-Zr合金的,特别是在低温段。
2018, 47(9):2682-2686.
摘要:
本文主要研究了前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响。通过调整溶液浓度和机械球磨,采用喷雾热分解方法制备了三种不同粒度的前驱粉(7um,2um,<1um)。三种粒度的前驱粉经热处理后的相组分均为Bi-2212,(Sr,Ca)<sub>x</sub>Cu<sub>y</sub>O<sub>d</sub> (AEC)和CuO。研究发现,AEC相的尺寸和含量均随着前驱粉粒度的减小而增加。在平均粒度为2um的前驱粉中,CuO相的含量和大小均为最小。采用这三种不同粒度的前驱粉制备的37芯带材,前驱粉平均粒度为2um的带材具有最高的临界电流,同时相对于另外两根带材,该带材中有最高的Pb-3221相和最少的AEC含量。研究结果表明,前驱粉粒度的大小主要影响了前驱粉中AEC和CuO两种相的大小和含量,进而导致了所制备带材的临界电流及芯丝中非超导相的变化。
本文主要研究了前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响。通过调整溶液浓度和机械球磨,采用喷雾热分解方法制备了三种不同粒度的前驱粉(7um,2um,<1um)。三种粒度的前驱粉经热处理后的相组分均为Bi-2212,(Sr,Ca)<sub>x</sub>Cu<sub>y</sub>O<sub>d</sub> (AEC)和CuO。研究发现,AEC相的尺寸和含量均随着前驱粉粒度的减小而增加。在平均粒度为2um的前驱粉中,CuO相的含量和大小均为最小。采用这三种不同粒度的前驱粉制备的37芯带材,前驱粉平均粒度为2um的带材具有最高的临界电流,同时相对于另外两根带材,该带材中有最高的Pb-3221相和最少的AEC含量。研究结果表明,前驱粉粒度的大小主要影响了前驱粉中AEC和CuO两种相的大小和含量,进而导致了所制备带材的临界电流及芯丝中非超导相的变化。
2018, 47(9):2687-2692.
摘要:
The basic properties, heats of formation, energies of formation, equilibrium concentration of point defects, elastic properties, and electronic structures for point defect structures of B2-NiAl crystal are detailed analyzed by the density functional theory. Compared with B2-NiAl and other B2 intermetallic compounds, purity NiAl has the better ductility and bonding strength. According to the calculated heats of formation, energies of formation, and equilibrium concentration of point defects, the Ni antisite and Ni vacancy are primary defects in B2-NiAl crystal. The calculated G/B0 and Cauchy pressure parameters C12–C44 values confirm that Ni vacancy, Ni antisite, and Al antisite can promote the brittleness of B2-NiAl, and in which Ni vacancy is the primary defect, while Al vacancy with a low concentration can improve ductility of B2-NiAl. The density of state confirms that B2-NiAl intermetallic compounds are conductors, and point defects can promote the stability of the system expect Ni antisite defect.
The basic properties, heats of formation, energies of formation, equilibrium concentration of point defects, elastic properties, and electronic structures for point defect structures of B2-NiAl crystal are detailed analyzed by the density functional theory. Compared with B2-NiAl and other B2 intermetallic compounds, purity NiAl has the better ductility and bonding strength. According to the calculated heats of formation, energies of formation, and equilibrium concentration of point defects, the Ni antisite and Ni vacancy are primary defects in B2-NiAl crystal. The calculated G/B0 and Cauchy pressure parameters C12–C44 values confirm that Ni vacancy, Ni antisite, and Al antisite can promote the brittleness of B2-NiAl, and in which Ni vacancy is the primary defect, while Al vacancy with a low concentration can improve ductility of B2-NiAl. The density of state confirms that B2-NiAl intermetallic compounds are conductors, and point defects can promote the stability of the system expect Ni antisite defect.
2018, 47(9):2693-2698.
摘要:
采用真空感应熔炼与铜模喷铸相结合，制备出不同成分的Cu100-xZrx(x=5, 30, 50)合金。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射技术，对比研究了快冷合金的晶粒形貌、元素分布、相组成及类型等组织演化规律。结合差热分析技术研究了合金实时凝固过程。结果表明，随Zr含量增加，非平衡凝固Cu-Zr合金中初生相体积分数不断提高，分别呈现非小平面→小平面→非小平面的转变。由于铜模激冷效应，Cu70Zr30合金中Cu51Zr14+L→Cu8Zr3包晶转变与Cu50Zr50合金中CuZr→Cu10Zr7+ CuZr2共析转变均受到抑制。热分析曲线中未出现包晶相变峰和共析相变峰，合理解释了Cu-Zr合金非平衡组织的形成。
采用真空感应熔炼与铜模喷铸相结合，制备出不同成分的Cu100-xZrx(x=5, 30, 50)合金。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射技术，对比研究了快冷合金的晶粒形貌、元素分布、相组成及类型等组织演化规律。结合差热分析技术研究了合金实时凝固过程。结果表明，随Zr含量增加，非平衡凝固Cu-Zr合金中初生相体积分数不断提高，分别呈现非小平面→小平面→非小平面的转变。由于铜模激冷效应，Cu70Zr30合金中Cu51Zr14+L→Cu8Zr3包晶转变与Cu50Zr50合金中CuZr→Cu10Zr7+ CuZr2共析转变均受到抑制。热分析曲线中未出现包晶相变峰和共析相变峰，合理解释了Cu-Zr合金非平衡组织的形成。
2018, 47(9):2699-2704.
摘要:
本文从动力学角度研究合金元素Bi对Mg2Si的掺杂情况，采用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法分析了合金元素Bi掺杂Mg2Si的占位情况、结构稳定性、弹性性能和电子结构。计算结果表明：Mg2Si、Mg7Si4Bi、Mg8Si3Bi均可稳定存在于体系中，Bi原子优先占据Mg2Si晶体中Si原子位置，Mg8Si4Bi间隙固溶体是不稳定存在的；Mg2Si、Mg7Si4Bi、Mg8Si3Bi均为脆性相，掺杂合金元素Bi后可以提高Mg2Si的韧性、合金化能力和导电性；Mg2Si的成键本质是金属键、共价键和离子键的结合，Bi原子掺杂Mg2Si后产生Bi-Si和Bi-Mg键合作用，有利于提高体系的稳定性。
本文从动力学角度研究合金元素Bi对Mg2Si的掺杂情况，采用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法分析了合金元素Bi掺杂Mg2Si的占位情况、结构稳定性、弹性性能和电子结构。计算结果表明：Mg2Si、Mg7Si4Bi、Mg8Si3Bi均可稳定存在于体系中，Bi原子优先占据Mg2Si晶体中Si原子位置，Mg8Si4Bi间隙固溶体是不稳定存在的；Mg2Si、Mg7Si4Bi、Mg8Si3Bi均为脆性相，掺杂合金元素Bi后可以提高Mg2Si的韧性、合金化能力和导电性；Mg2Si的成键本质是金属键、共价键和离子键的结合，Bi原子掺杂Mg2Si后产生Bi-Si和Bi-Mg键合作用，有利于提高体系的稳定性。
2018, 47(9):2705-2710.
摘要:
本文利用热模拟试验机对原始组织为魏氏组织的TC17钛合金进行了热压缩试验,采用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了不同变形参数对魏氏组织TC17钛合金材料显微组织与结构的影响。结果表明：在700℃以上进行热压缩变形时,魏氏组织TC17钛合金的材料均发生绝热剪切行为,所形成的ASB中心区域组织主要由动态再结晶形成的等轴状β相晶粒和少量α相组成。随变形温度升高,残余α相略有增加,β相晶粒尺寸增大。不同变形参数对于ASB中心区域β相的取向分布影响甚微,在β相中主要形成高丝织构。同时绝热剪切敏感性的研究表明,魏氏组织TC17钛合金具有较高的绝热剪切敏感性,且随变形温度升高,绝热剪切敏感性增强。
本文利用热模拟试验机对原始组织为魏氏组织的TC17钛合金进行了热压缩试验,采用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了不同变形参数对魏氏组织TC17钛合金材料显微组织与结构的影响。结果表明：在700℃以上进行热压缩变形时,魏氏组织TC17钛合金的材料均发生绝热剪切行为,所形成的ASB中心区域组织主要由动态再结晶形成的等轴状β相晶粒和少量α相组成。随变形温度升高,残余α相略有增加,β相晶粒尺寸增大。不同变形参数对于ASB中心区域β相的取向分布影响甚微,在β相中主要形成高丝织构。同时绝热剪切敏感性的研究表明,魏氏组织TC17钛合金具有较高的绝热剪切敏感性,且随变形温度升高,绝热剪切敏感性增强。
2018, 47(9):2711-2716.
摘要:
本文主要通过SEM和TEM观察固溶时效过程β-CEZ钛合金ω相和α相的组织变化规律。发现β-CEZ合金在固溶处理后析出尺寸约1~2nm的无热ω相，在350℃～500℃时效处理时，ω相辅助形核析出长度约（100～200）nm的针状α相，且随着时效温度升高，α相数量增多，尺寸略有长大。当时效温度达到550℃时，ω相基本消失，α相继续长大到约300nm。当时效温度升高到650℃以后，晶界析出大量的长条状α相，晶内α相长度长大到数微米。
本文主要通过SEM和TEM观察固溶时效过程β-CEZ钛合金ω相和α相的组织变化规律。发现β-CEZ合金在固溶处理后析出尺寸约1~2nm的无热ω相，在350℃～500℃时效处理时，ω相辅助形核析出长度约（100～200）nm的针状α相，且随着时效温度升高，α相数量增多，尺寸略有长大。当时效温度达到550℃时，ω相基本消失，α相继续长大到约300nm。当时效温度升高到650℃以后，晶界析出大量的长条状α相，晶内α相长度长大到数微米。
2018, 47(9):2717-2722.
摘要:
利用综合热分析仪、背散射扫描电镜(BSE)和能谱分析(EDS)对Al2O3/Ti2AlN复合材料在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h空气中连续氧化20h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明：Al2O3/Ti2AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h氧化增重分别为2.78×10-2 kg/m2、10.4 ×10-2 kg/m2、21.9 ×10-2 kg/m2,抛物线速率常数相应为1.08×10-8 kg2/m4s、1.44×10-7 kg2/m4s、6.56×10-7 kg2/m4s,氧化激活能为274 kJ/mol。氧化层主要由TiO2和Al2O3组成的,连续的Al2O3次外层可以提高其抗氧化性能。氧化层结构的改变是由于氧化温度对Ti4+、Al3+由基体表面向外扩散和O2-向内扩散的影响,以及TiO2和Al2O3在不同温度下的形核生长速率导致的。对Al2O3/Ti2AlN而言,控制材料与氧化气氛的界面是提高该材料抗氧化性能的关键。
利用综合热分析仪、背散射扫描电镜(BSE)和能谱分析(EDS)对Al2O3/Ti2AlN复合材料在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h空气中连续氧化20h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明：Al2O3/Ti2AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h氧化增重分别为2.78×10-2 kg/m2、10.4 ×10-2 kg/m2、21.9 ×10-2 kg/m2,抛物线速率常数相应为1.08×10-8 kg2/m4s、1.44×10-7 kg2/m4s、6.56×10-7 kg2/m4s,氧化激活能为274 kJ/mol。氧化层主要由TiO2和Al2O3组成的,连续的Al2O3次外层可以提高其抗氧化性能。氧化层结构的改变是由于氧化温度对Ti4+、Al3+由基体表面向外扩散和O2-向内扩散的影响,以及TiO2和Al2O3在不同温度下的形核生长速率导致的。对Al2O3/Ti2AlN而言,控制材料与氧化气氛的界面是提高该材料抗氧化性能的关键。
2018, 47(9):2723-2727.
摘要:
本文对Zr-8Al合金进行了化学复合镀Ni-P-ZrO2处理，并研究了不同ZrO2粒子加入量制备的复合镀层的显微结构、显微硬度、耐磨性和抗蚀性。结果表明，与单纯化学镀Ni-P镀层相比，Ni-P-ZrO2复合镀层的显微硬度值显著提高，ZrO2的添加量为4g/L获得复合镀层显微硬度最高，耐磨性好；在3.5wt%NaCl溶液中耐蚀性虽有所下降，但腐蚀后镀层完整，仍具有较好的抗蚀性。Zr-8Al合金表面采用4g/LZrO2粒子制备的Ni-P-ZrO2复合镀层兼具很好的耐磨性和较好的耐蚀性，适用于既要耐磨又要抗蚀的空间活动构件。
本文对Zr-8Al合金进行了化学复合镀Ni-P-ZrO2处理，并研究了不同ZrO2粒子加入量制备的复合镀层的显微结构、显微硬度、耐磨性和抗蚀性。结果表明，与单纯化学镀Ni-P镀层相比，Ni-P-ZrO2复合镀层的显微硬度值显著提高，ZrO2的添加量为4g/L获得复合镀层显微硬度最高，耐磨性好；在3.5wt%NaCl溶液中耐蚀性虽有所下降，但腐蚀后镀层完整，仍具有较好的抗蚀性。Zr-8Al合金表面采用4g/LZrO2粒子制备的Ni-P-ZrO2复合镀层兼具很好的耐磨性和较好的耐蚀性，适用于既要耐磨又要抗蚀的空间活动构件。
2018, 47(9):2728-2734.
摘要:
本文采用密度泛函理论方法,研究氧缺陷型金红石相TiO2-x(x=0~0.5)光催化剂晶体结构、能带结构以及光电行为。计算结果表明,金红石型TiO2引入氧缺陷后,在带隙中间形成不同程度的缺陷能级,由Ti 3d和O 2p组成,大大降低了电子从价带跃迁到导带所需要的能量,使TiO2-x的吸收边红移,增强了可见光响应,有利于提高可见光催化活性。随着氧缺陷浓度θ由1.39%升高到25%,TiO2-x的带隙先减小后增大,当θ=6.25%时,禁带宽带减小至1.46 eV。综合紫外-可见吸收光谱结果,6.25%为最佳氧缺陷浓度,电子在晶体中迁移率大,对可见光的吸收强度大,有利于提高TiO2的光催化性能。
本文采用密度泛函理论方法,研究氧缺陷型金红石相TiO2-x(x=0~0.5)光催化剂晶体结构、能带结构以及光电行为。计算结果表明,金红石型TiO2引入氧缺陷后,在带隙中间形成不同程度的缺陷能级,由Ti 3d和O 2p组成,大大降低了电子从价带跃迁到导带所需要的能量,使TiO2-x的吸收边红移,增强了可见光响应,有利于提高可见光催化活性。随着氧缺陷浓度θ由1.39%升高到25%,TiO2-x的带隙先减小后增大,当θ=6.25%时,禁带宽带减小至1.46 eV。综合紫外-可见吸收光谱结果,6.25%为最佳氧缺陷浓度,电子在晶体中迁移率大,对可见光的吸收强度大,有利于提高TiO2的光催化性能。
2018, 47(9):2735-2742.
摘要:
利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）以及电化学测试法和失重法研究了铸态AZ91-3Ca镁合金分别退火处理前后的相组成以及不同退火处理条件下的腐蚀性为。结果表明，铸态AZ91-3Ca镁合金主要由基体α-Mg相和沿着晶界附近分布的网状共晶相组成。共晶相中含有α-Mg相，实心块状β-Mg17Al12相和网状(Mg,Al)2Ca等相。300℃和400℃退火处理后合金的组织结构没有明显变化，但是在较高退火温度500℃下保温2.0 h后，β-Mg17Al12相溶解促进了一种含有Mg，Al，Zn，Ca四种元素的四元相的生成。在500℃保温16.0 h 后，基体中Al元素含量最多，且分布均匀，在NaCl水溶液中耐蚀性能最佳，其自腐蚀电位为-1330mV，电流密度为1.222×10-4 A/cm2，腐蚀速率为0.11mg/cm2h。
利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）以及电化学测试法和失重法研究了铸态AZ91-3Ca镁合金分别退火处理前后的相组成以及不同退火处理条件下的腐蚀性为。结果表明，铸态AZ91-3Ca镁合金主要由基体α-Mg相和沿着晶界附近分布的网状共晶相组成。共晶相中含有α-Mg相，实心块状β-Mg17Al12相和网状(Mg,Al)2Ca等相。300℃和400℃退火处理后合金的组织结构没有明显变化，但是在较高退火温度500℃下保温2.0 h后，β-Mg17Al12相溶解促进了一种含有Mg，Al，Zn，Ca四种元素的四元相的生成。在500℃保温16.0 h 后，基体中Al元素含量最多，且分布均匀，在NaCl水溶液中耐蚀性能最佳，其自腐蚀电位为-1330mV，电流密度为1.222×10-4 A/cm2，腐蚀速率为0.11mg/cm2h。
2018, 47(9):2743-2748.
摘要:
本文研究了FeCrNiAl系高熵合金的高温氧化行为,建立了合金的氧化动力学模型,同时借助XRD、SEM和能谱分析,对合金氧化物相结构及形貌和成分进行表征,分析了合金的氧化机理。研究表明合金在800-1000℃都是完全抗氧化的,随着氧化温度的提高,合金氧化速率先增加后减小,1000℃的平均氧化速率小于800℃的平均氧化速率；各个温度下试样单位面积的氧化增重与氧化时间的关系满足抛物线规律,计算得到合金的氧化激活能为167.507KJ/mol；800℃下枝晶内的氧化产物全部是棒状的金红石结构TiO2,而枝晶间氧化产物则主要是片层状、紧密相连的Cr2O3和TiO2；900℃和950℃下形成的氧化膜中主要氧化物均为TiO2,900℃还含有Cr2O3和Fe2O3,950℃氧化膜中还含有α-Al2O3。在1000℃合金表面仅形成致密的α-Al2O3薄膜,使合金表现出更为优异的抗氧化性能。
本文研究了FeCrNiAl系高熵合金的高温氧化行为,建立了合金的氧化动力学模型,同时借助XRD、SEM和能谱分析,对合金氧化物相结构及形貌和成分进行表征,分析了合金的氧化机理。研究表明合金在800-1000℃都是完全抗氧化的,随着氧化温度的提高,合金氧化速率先增加后减小,1000℃的平均氧化速率小于800℃的平均氧化速率；各个温度下试样单位面积的氧化增重与氧化时间的关系满足抛物线规律,计算得到合金的氧化激活能为167.507KJ/mol；800℃下枝晶内的氧化产物全部是棒状的金红石结构TiO2,而枝晶间氧化产物则主要是片层状、紧密相连的Cr2O3和TiO2；900℃和950℃下形成的氧化膜中主要氧化物均为TiO2,900℃还含有Cr2O3和Fe2O3,950℃氧化膜中还含有α-Al2O3。在1000℃合金表面仅形成致密的α-Al2O3薄膜,使合金表现出更为优异的抗氧化性能。
2018, 47(9):2749-2754.
摘要:
采用混合能量离子注入法在ZrCo及Zr0.7Hf0.3Co合金中引入氦,利用透镜观察氦泡形貌随贮存时间的演化,结果表明Zr0.7Hf0.3Co中氦泡平均尺寸比ZrCo更小,随贮存时间的延长,两者均观察到氦泡的合并与长大。利用氦热释放谱研究贮存时间对氦热释放行为的影响,结果表明当贮存时间达到105天时,ZrCo中氦的总释放量和在较低温度下的释放分数均减少；而Zr0.7Hf0.3Co合金在贮存的175天内,较低温度下释放分数逐渐增加,总释放量无明显变化,这表明Zr0.7Hf0.3Co比ZrCo具有更优异的固氦性能。
采用混合能量离子注入法在ZrCo及Zr0.7Hf0.3Co合金中引入氦,利用透镜观察氦泡形貌随贮存时间的演化,结果表明Zr0.7Hf0.3Co中氦泡平均尺寸比ZrCo更小,随贮存时间的延长,两者均观察到氦泡的合并与长大。利用氦热释放谱研究贮存时间对氦热释放行为的影响,结果表明当贮存时间达到105天时,ZrCo中氦的总释放量和在较低温度下的释放分数均减少；而Zr0.7Hf0.3Co合金在贮存的175天内,较低温度下释放分数逐渐增加,总释放量无明显变化,这表明Zr0.7Hf0.3Co比ZrCo具有更优异的固氦性能。
2018, 47(9):2755-2760.
摘要:
为了控制Zr(-Ti)-Cu-Ni-Al非晶合金中的O含量,进而改善其玻璃形成能力和力学性能,本研究基于稀土元素与O的强相互作用,向合金中添加Y、Gd、La和Ce等元素。使用铜模浇铸制备非晶合金,利用DSC、XRD和TEM对其非晶形成能力和微观结构进行分析,通过压缩试验和SEM对其力学性能及断裂方式进行表征。结果表明：Y的添加对合金的非晶形成能力具有较大的提升,在相对较低真空的气氛下,可制备出直径10 mm以上的块体非晶,压缩断裂强度达1900 MPa。
为了控制Zr(-Ti)-Cu-Ni-Al非晶合金中的O含量,进而改善其玻璃形成能力和力学性能,本研究基于稀土元素与O的强相互作用,向合金中添加Y、Gd、La和Ce等元素。使用铜模浇铸制备非晶合金,利用DSC、XRD和TEM对其非晶形成能力和微观结构进行分析,通过压缩试验和SEM对其力学性能及断裂方式进行表征。结果表明：Y的添加对合金的非晶形成能力具有较大的提升,在相对较低真空的气氛下,可制备出直径10 mm以上的块体非晶,压缩断裂强度达1900 MPa。
2018, 47(9):2761-2766.
摘要:
将添加不同Cu、Nb含量的Zr-Nb-Cu合金在500 ℃/10.3 MPa过热蒸汽条件下腐蚀,用TEM和SEM研究合金腐蚀后生成氧化膜的显微组织。结果表明：添加Nb或Cu元素总含量较低时,Zr-Nb-Cu合金在500 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中会出现较严重的不均匀腐蚀。Zr-0.2Nb-0.2Cu和Zr-0.2Nb-1.0Cu合金表现出较好的耐腐蚀性能；Zr-0.2Nb-Cu合金中的Cu含量达到0.2 wt%后,能够完全抑制不均匀腐蚀现象的发生,但在实验条件下继续提高Cu含量对其耐腐蚀性能的影响作用不大。锆合金腐蚀生成氧化膜中的微结构,特别是微孔洞、微裂纹等缺陷的形成与合金元素及第二相的氧化过程密切相关。Nb元素的存在会延缓Zr2Cu相的氧化及其氧化物的扩散迁移,抑制氧化膜中裂纹的产生,延缓氧化膜中柱状晶向等轴晶形态的转变,从而提高含Cu锆合金的耐腐蚀性能。
将添加不同Cu、Nb含量的Zr-Nb-Cu合金在500 ℃/10.3 MPa过热蒸汽条件下腐蚀,用TEM和SEM研究合金腐蚀后生成氧化膜的显微组织。结果表明：添加Nb或Cu元素总含量较低时,Zr-Nb-Cu合金在500 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中会出现较严重的不均匀腐蚀。Zr-0.2Nb-0.2Cu和Zr-0.2Nb-1.0Cu合金表现出较好的耐腐蚀性能；Zr-0.2Nb-Cu合金中的Cu含量达到0.2 wt%后,能够完全抑制不均匀腐蚀现象的发生,但在实验条件下继续提高Cu含量对其耐腐蚀性能的影响作用不大。锆合金腐蚀生成氧化膜中的微结构,特别是微孔洞、微裂纹等缺陷的形成与合金元素及第二相的氧化过程密切相关。Nb元素的存在会延缓Zr2Cu相的氧化及其氧化物的扩散迁移,抑制氧化膜中裂纹的产生,延缓氧化膜中柱状晶向等轴晶形态的转变,从而提高含Cu锆合金的耐腐蚀性能。
2018, 47(9):2767-2774.
摘要:
本文采用激光熔覆同步送粉技术在Hastelloy N合金表面制备了NiCoCrAlY涂层，研究了Hastelloy N基材和含NiCoCrAlY涂层的Hastelloy N试样在900oC LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为。利用失重腐蚀法评估了试样的耐熔盐腐蚀能力，采用XRD和SEM表征了基材和涂层的物相组成、显微组织和腐蚀形貌，并结合EDS分析了微区成分。结果表明，NiCoCrAlY涂层试样的腐蚀速率仅为Hastelloy N基材的2/3。Hastelloy N基材表现为晶间腐蚀，其中Cr元素沿晶界发生选择性脱溶腐蚀，腐蚀前由γ-Ni和Mo等物相组成，腐蚀后新析出Cr1.12Ni2.88相。NiCoCrAlY涂层表现为均匀腐蚀，其中Al元素充当“消耗品”由涂层均匀向外扩散，形成的腐蚀产物可阻碍涂层中其它元素的扩散从而保护基材，腐蚀前主要由γ-Ni、Al0.983Cr0.017、AlNi3等物相组成，腐蚀后只存在γ-Ni相。NiCoCrAlY涂层显著提高了基材的耐熔盐腐蚀性能。
本文采用激光熔覆同步送粉技术在Hastelloy N合金表面制备了NiCoCrAlY涂层，研究了Hastelloy N基材和含NiCoCrAlY涂层的Hastelloy N试样在900oC LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为。利用失重腐蚀法评估了试样的耐熔盐腐蚀能力，采用XRD和SEM表征了基材和涂层的物相组成、显微组织和腐蚀形貌，并结合EDS分析了微区成分。结果表明，NiCoCrAlY涂层试样的腐蚀速率仅为Hastelloy N基材的2/3。Hastelloy N基材表现为晶间腐蚀，其中Cr元素沿晶界发生选择性脱溶腐蚀，腐蚀前由γ-Ni和Mo等物相组成，腐蚀后新析出Cr1.12Ni2.88相。NiCoCrAlY涂层表现为均匀腐蚀，其中Al元素充当“消耗品”由涂层均匀向外扩散，形成的腐蚀产物可阻碍涂层中其它元素的扩散从而保护基材，腐蚀前主要由γ-Ni、Al0.983Cr0.017、AlNi3等物相组成，腐蚀后只存在γ-Ni相。NiCoCrAlY涂层显著提高了基材的耐熔盐腐蚀性能。
2018, 47(9):2775-2781.
摘要:
为明确Fe2O3固溶对FeTiO3还原过程的影响机理,本文基于粉末煅烧法合成(1-x)FeTiO3?xFe2O3固溶体(0≤x≤1),研究了非等温碳热还原条件下固溶体的还原行为,并采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)对合成固溶体及还原产物进行表征。结果表明,实验合成固溶体质地均匀,纯度较高,且x越大,FeTiO3晶格畸变程度越大。固溶体开始还原温度和还原速率(还原度α的增大速率)均随着x值的增加而增加。固溶Fe2O3能够促进FeTiO3还原,且在还原过程中存在过渡相Fe2TiO4和Fe3Ti3O10。固溶体-石墨交界面首先形成浮士体(FeO)、钛铁尖晶石(Fe2TiO4)和TiO2,进一步还原生成金属Fe和Ti2O3。非等温碳热还原过程动力学计算分析,得出表观活化能为295.54 kJ/mol。
为明确Fe2O3固溶对FeTiO3还原过程的影响机理,本文基于粉末煅烧法合成(1-x)FeTiO3?xFe2O3固溶体(0≤x≤1),研究了非等温碳热还原条件下固溶体的还原行为,并采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)对合成固溶体及还原产物进行表征。结果表明,实验合成固溶体质地均匀,纯度较高,且x越大,FeTiO3晶格畸变程度越大。固溶体开始还原温度和还原速率(还原度α的增大速率)均随着x值的增加而增加。固溶Fe2O3能够促进FeTiO3还原,且在还原过程中存在过渡相Fe2TiO4和Fe3Ti3O10。固溶体-石墨交界面首先形成浮士体(FeO)、钛铁尖晶石(Fe2TiO4)和TiO2,进一步还原生成金属Fe和Ti2O3。非等温碳热还原过程动力学计算分析,得出表观活化能为295.54 kJ/mol。
2018, 47(9):2782-2786.
摘要:
本文采用球磨和固相反应相结合的方法制备了Co1.2Mn0.8B化合物,并对其晶体结构、磁性能和磁热效应进行了研究。结果表明,Co1.2Mn0.8B化合物的物相为Co2B单相结构,具有CuAl2型体心正方晶体结构,空间群为I14/mcm；在居里温度TC=175 K附近,化合物发生了铁磁(FM)-顺磁(PM)二级磁相转变,热滞为0.7 K；Co1.2Mn0.8B化合物在外磁场0~5 T变化下的最大磁熵变ΔSM为1.17 J.(Kg.K)-1,其对应的温度不随外场的变化而变化。该材料在磁制冷和磁热传感器领域具有潜在的参考价值。
本文采用球磨和固相反应相结合的方法制备了Co1.2Mn0.8B化合物,并对其晶体结构、磁性能和磁热效应进行了研究。结果表明,Co1.2Mn0.8B化合物的物相为Co2B单相结构,具有CuAl2型体心正方晶体结构,空间群为I14/mcm；在居里温度TC=175 K附近,化合物发生了铁磁(FM)-顺磁(PM)二级磁相转变,热滞为0.7 K；Co1.2Mn0.8B化合物在外磁场0~5 T变化下的最大磁熵变ΔSM为1.17 J.(Kg.K)-1,其对应的温度不随外场的变化而变化。该材料在磁制冷和磁热传感器领域具有潜在的参考价值。
2018, 47(9):2787-2792.
摘要:
相比不锈钢或Co-Cr合金,钛合金的低塑性以及加工硬化行为的缺失严重限制了其在高强和高塑性环境下的应用。针对这两大缺陷,本文将不锈钢中的TRIP/TWIP效应引入到β钛合金设计中,采用d-电子设计方法和控制合金电子浓度(e/a)的策略,通过控制合金的β稳定性,设计出具有TRIP/TWIP效应,极好的冷加工性能(冷轧变形率>95%),高强(抗拉强度UTS：900~1200MPa),优异塑性(均匀塑性变形能力ε~40%)和良好的加工硬化行为(加工硬化区间超过350MPa)的Ti-Mo基亚稳β钛合金。显微结构分析表明Ti-Mo基合金在塑性变形过程中产生了应力诱发马氏体相变α?和{332}<113>机械孪晶,这导致合金具有以上优异的性能。
相比不锈钢或Co-Cr合金,钛合金的低塑性以及加工硬化行为的缺失严重限制了其在高强和高塑性环境下的应用。针对这两大缺陷,本文将不锈钢中的TRIP/TWIP效应引入到β钛合金设计中,采用d-电子设计方法和控制合金电子浓度(e/a)的策略,通过控制合金的β稳定性,设计出具有TRIP/TWIP效应,极好的冷加工性能(冷轧变形率>95%),高强(抗拉强度UTS：900~1200MPa),优异塑性(均匀塑性变形能力ε~40%)和良好的加工硬化行为(加工硬化区间超过350MPa)的Ti-Mo基亚稳β钛合金。显微结构分析表明Ti-Mo基合金在塑性变形过程中产生了应力诱发马氏体相变α?和{332}<113>机械孪晶,这导致合金具有以上优异的性能。
2018, 47(9):2793-2799.
摘要:
采用Gleeble-3500热模拟试验机研究Ti-22Al-24Nb合金在温度900~1110 ℃和应变速率0.01~10 s-1条件下的热变形行为。分析了该合金的高温流变应力曲线特性和不同相区的热变形激活能，并根据基于Prasad和Murty失稳判据下的加工图及相应的组织特征优化了该合金的热成形工艺参数。结果表明，Ti-22Al-24Nb合金的流变应力对热成形工艺参数敏感；经Arrhenius幂函数方程计算得知，该合金在B2单相区(1050~1110 ℃)的变形激活能为406.25 kJ/mol，与(α2+B2)两相区(900~1050 ℃)的激活能值(603.56 kJ/mol)相差较大，预示着在不同相区之间可能具有不同的变形机制。根据这两种加工图的比较和组织观察可知，Ti-22Al-24Nb合金选择基于Prasad失稳判据下的加工图更为合理；其对应的主要失稳区为900~990 ℃、0.2~10 s-1和1035~1095 ℃、1~10 s-1，且失稳区所预测的组织中主要存在绝热剪切带和局部流变失稳现象；而动态再结晶及胞状亚结构的组织易出现在η峰区，表明该合金较优的热力参数区间是990~1035 ℃、0.01~0.03 s-1，1040~1090 ℃、0.02~1 s-1和1090~1110 ℃、0.01~0.18 s-1。
采用Gleeble-3500热模拟试验机研究Ti-22Al-24Nb合金在温度900~1110 ℃和应变速率0.01~10 s-1条件下的热变形行为。分析了该合金的高温流变应力曲线特性和不同相区的热变形激活能，并根据基于Prasad和Murty失稳判据下的加工图及相应的组织特征优化了该合金的热成形工艺参数。结果表明，Ti-22Al-24Nb合金的流变应力对热成形工艺参数敏感；经Arrhenius幂函数方程计算得知，该合金在B2单相区(1050~1110 ℃)的变形激活能为406.25 kJ/mol，与(α2+B2)两相区(900~1050 ℃)的激活能值(603.56 kJ/mol)相差较大，预示着在不同相区之间可能具有不同的变形机制。根据这两种加工图的比较和组织观察可知，Ti-22Al-24Nb合金选择基于Prasad失稳判据下的加工图更为合理；其对应的主要失稳区为900~990 ℃、0.2~10 s-1和1035~1095 ℃、1~10 s-1，且失稳区所预测的组织中主要存在绝热剪切带和局部流变失稳现象；而动态再结晶及胞状亚结构的组织易出现在η峰区，表明该合金较优的热力参数区间是990~1035 ℃、0.01~0.03 s-1，1040~1090 ℃、0.02~1 s-1和1090~1110 ℃、0.01~0.18 s-1。
2018, 47(9):2800-2806.
摘要:
摘 要: 采用SEM、EDS、XRD等方法研究了超声、电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的组织与性能。研究结果表明，借助于超声、超声-电场外能辅助能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头钎缝组织并使共晶组织比例增加，界面区IMC平均厚度、粗糙度和界面IMC颗粒尺寸降低。超声和电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头强度与其界面IMC层粗糙度密切相关，超声的作用更为显著，在超声-电场外能辅助钎焊接头界面IMC层粗糙度降低中占主导作用，施加超声-电场外能辅助下钎焊接头剪切强度与传统钎焊相比提高24.1%；施加超声、超声-电场外能辅助使Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移，呈界面 (Cu,Ni)6Sn5 IMC解理和钎缝解理+韧窝的脆-韧混合型断裂机制，使接头剪切断口塑性区比例增加，从而提高接头剪切强度。
摘 要: 采用SEM、EDS、XRD等方法研究了超声、电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的组织与性能。研究结果表明，借助于超声、超声-电场外能辅助能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头钎缝组织并使共晶组织比例增加，界面区IMC平均厚度、粗糙度和界面IMC颗粒尺寸降低。超声和电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头强度与其界面IMC层粗糙度密切相关，超声的作用更为显著，在超声-电场外能辅助钎焊接头界面IMC层粗糙度降低中占主导作用，施加超声-电场外能辅助下钎焊接头剪切强度与传统钎焊相比提高24.1%；施加超声、超声-电场外能辅助使Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移，呈界面 (Cu,Ni)6Sn5 IMC解理和钎缝解理+韧窝的脆-韧混合型断裂机制，使接头剪切断口塑性区比例增加，从而提高接头剪切强度。
2018, 47(9):2807-2812.
摘要:
基于目前湿化学法制备铂纳米颗粒存在颗粒形貌难以自由调控、含有表面活性剂及易于团聚等问题,发展了以单层胶体晶体为模板,采用磁控溅射技术沉积一层铂膜,通过改变退火温度可控制备具有不同形貌铂纳米颗粒阵列的方法。当退火温度为300℃,500℃,700℃ 和 900℃时,分别获得了 “帽状”,“杯状”,“米粒状”和“球形”的铂纳米颗粒阵列。此法操作简单、无污染,为各向异性纳米颗粒阵列的制备提供了一种新的思路。进一步研究了不同形貌纳米颗粒阵列的消光光谱。结果表明,样品的消光光谱随着纳米颗粒形貌的变化发生相应的偏移。“帽状”,“杯状”和“米粒状” Pt纳米颗粒的横向局域表面等离子体共振峰从487 nm蓝移至453 nm,而纵向局域表面等离子体共振峰从1201 nm蓝移至898 nm。实现了横向和纵向局域表面等离子体共振峰分别在可见光和近红外较宽波段内移动。这些由各向异性的纳米颗粒产生的光学性质可以使其在热疗、生化传感、光学成像等领域具有重要应用。
基于目前湿化学法制备铂纳米颗粒存在颗粒形貌难以自由调控、含有表面活性剂及易于团聚等问题,发展了以单层胶体晶体为模板,采用磁控溅射技术沉积一层铂膜,通过改变退火温度可控制备具有不同形貌铂纳米颗粒阵列的方法。当退火温度为300℃,500℃,700℃ 和 900℃时,分别获得了 “帽状”,“杯状”,“米粒状”和“球形”的铂纳米颗粒阵列。此法操作简单、无污染,为各向异性纳米颗粒阵列的制备提供了一种新的思路。进一步研究了不同形貌纳米颗粒阵列的消光光谱。结果表明,样品的消光光谱随着纳米颗粒形貌的变化发生相应的偏移。“帽状”,“杯状”和“米粒状” Pt纳米颗粒的横向局域表面等离子体共振峰从487 nm蓝移至453 nm,而纵向局域表面等离子体共振峰从1201 nm蓝移至898 nm。实现了横向和纵向局域表面等离子体共振峰分别在可见光和近红外较宽波段内移动。这些由各向异性的纳米颗粒产生的光学性质可以使其在热疗、生化传感、光学成像等领域具有重要应用。
2018, 47(9):2813-2820.
摘要:
本文以半固态ZCuSn10P1铜合金为研究对象,自主设计了一套一模四件挤压模具并进行了半固态挤压铸造成形实验,研究了成形比压和挤压速率对半固态ZCuSn10P1铜合金挤压铸造组织和性能的影响规律。结果表明：当成形比压由180 MPa增加到250 MPa时,半固态铜合金平均晶粒直径逐渐减小,由89.25 μm减少至77.96 μm,液相率由36.7%减少至22.3%,抗拉强度由318 MPa增加至387 MPa,提高了21.70%,延伸率由4.2%降至2.8%；当挤压速率由11 mm/s增加至15 mm/s时,固相晶粒圆整度由1.54减小至1.32,此时抗拉强度由368 MPa增加至387 MPa,提高了5.16%,延伸率由3.3%降低至2.8%。
本文以半固态ZCuSn10P1铜合金为研究对象,自主设计了一套一模四件挤压模具并进行了半固态挤压铸造成形实验,研究了成形比压和挤压速率对半固态ZCuSn10P1铜合金挤压铸造组织和性能的影响规律。结果表明：当成形比压由180 MPa增加到250 MPa时,半固态铜合金平均晶粒直径逐渐减小,由89.25 μm减少至77.96 μm,液相率由36.7%减少至22.3%,抗拉强度由318 MPa增加至387 MPa,提高了21.70%,延伸率由4.2%降至2.8%；当挤压速率由11 mm/s增加至15 mm/s时,固相晶粒圆整度由1.54减小至1.32,此时抗拉强度由368 MPa增加至387 MPa,提高了5.16%,延伸率由3.3%降低至2.8%。
2018, 47(9):2821-2826.
摘要:
运用分子动力学方法研究了γ-TiAl合金在不同应变比作用下的疲劳裂纹扩展机理。研究表明，疲劳裂纹均先以解理方式扩展，随后通过驱动力驱动无序区域扩展，最后转变为子–母裂纹传播机制扩展，其差别在于不同应变比作用下裂纹扩展方式的转变发生在不同的时刻；在塑性变形中，应变比的不同使得位错在不同时刻被发射出来且沿不同平面滑移，并且位错在滑移时有不同点缺陷形成如空位、双空位、三空位等，同时，应变比的不同也使得堆垛层错沿着不同密排面形成和扩展。
运用分子动力学方法研究了γ-TiAl合金在不同应变比作用下的疲劳裂纹扩展机理。研究表明，疲劳裂纹均先以解理方式扩展，随后通过驱动力驱动无序区域扩展，最后转变为子–母裂纹传播机制扩展，其差别在于不同应变比作用下裂纹扩展方式的转变发生在不同的时刻；在塑性变形中，应变比的不同使得位错在不同时刻被发射出来且沿不同平面滑移，并且位错在滑移时有不同点缺陷形成如空位、双空位、三空位等，同时，应变比的不同也使得堆垛层错沿着不同密排面形成和扩展。
2018, 47(9):2827-2832.
摘要:
为了研究退火处理对CrCuFeMnTi高熵合金组织结构和力学性能的影响，通过真空电弧熔炼法在氩气保护下制备了铸态合金，在不同温度下对合金进行退火处理并观察其组织结构并进行了力学性能测试。结果表明：铸态CrCuFeMnTi高熵合金由一个密排六方和一个面心立方结构固溶体构成，形成由枝晶相和枝晶间相组成的典型枝晶组织形貌；合金在750℃以下退火时，主要以元素的扩散和组织的均匀化为主，经过900℃等温退火处理后，合金中密排六方结构的固溶体逐渐转变成体心立方结构固溶体，该相变过程是由元素扩散引起及控制的；经过750℃以下的退火处理后，合金的硬度和断裂强度均有所提高，但断裂行为均表现出脆性特征。
为了研究退火处理对CrCuFeMnTi高熵合金组织结构和力学性能的影响，通过真空电弧熔炼法在氩气保护下制备了铸态合金，在不同温度下对合金进行退火处理并观察其组织结构并进行了力学性能测试。结果表明：铸态CrCuFeMnTi高熵合金由一个密排六方和一个面心立方结构固溶体构成，形成由枝晶相和枝晶间相组成的典型枝晶组织形貌；合金在750℃以下退火时，主要以元素的扩散和组织的均匀化为主，经过900℃等温退火处理后，合金中密排六方结构的固溶体逐渐转变成体心立方结构固溶体，该相变过程是由元素扩散引起及控制的；经过750℃以下的退火处理后，合金的硬度和断裂强度均有所提高，但断裂行为均表现出脆性特征。
2018, 47(9):2833-2839.
摘要:
本文旨在探讨等通道转角挤压(equal-channel-angular-pressed,简称ECAP) 对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织以及腐蚀行为的影响。通过A路线对铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金进行了1-4道次的剪切挤压变形。采用光学显微组织观察、X射线反射法、电化学等手段研究了挤压道次对镁合金显微组织、织构以及腐蚀行为的影响,也特别关注了ECAP对试样的不同截面方向的显微组织演变以及模拟体液(simulated body fluid,简称SBF)电化学腐蚀行为的影响。实验结果表明：ECAP变形后铸态Mg-3Zn-0.2Ca镁合金晶粒尺寸逐渐细化,变形后镁合金呈现出与ED方向呈一定角度的<0 0 2>面剪切织构；随着挤压道次增加,合金的耐蚀性先增加后降低。等通道转角挤压对合金耐蚀性的影响是晶粒尺寸、晶体缺陷和织构变化的综合效果；ECAP变形后合金不同截面方向呈现不同的耐蚀性,沿TD方向截面的耐蚀性优于另两个方向的截面。
本文旨在探讨等通道转角挤压(equal-channel-angular-pressed,简称ECAP) 对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金的显微组织以及腐蚀行为的影响。通过A路线对铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金进行了1-4道次的剪切挤压变形。采用光学显微组织观察、X射线反射法、电化学等手段研究了挤压道次对镁合金显微组织、织构以及腐蚀行为的影响,也特别关注了ECAP对试样的不同截面方向的显微组织演变以及模拟体液(simulated body fluid,简称SBF)电化学腐蚀行为的影响。实验结果表明：ECAP变形后铸态Mg-3Zn-0.2Ca镁合金晶粒尺寸逐渐细化,变形后镁合金呈现出与ED方向呈一定角度的<0 0 2>面剪切织构；随着挤压道次增加,合金的耐蚀性先增加后降低。等通道转角挤压对合金耐蚀性的影响是晶粒尺寸、晶体缺陷和织构变化的综合效果；ECAP变形后合金不同截面方向呈现不同的耐蚀性,沿TD方向截面的耐蚀性优于另两个方向的截面。
2018, 47(9):2840-2846.
摘要:
为了研究复合型的高能喷丸工艺对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的高温氧化性能，采用0.3N、0.3N+0.1N和0.3N+0.2N的喷丸强度对CoCrAlY涂层进行了表面强化。观察了喷丸强化前后涂层的表面形貌；测量了喷丸前后涂层的表面粗糙度、表面残余应力、涂层的厚度和截面硬度；对比分析了喷丸前后涂层物相变化以及涂层高温氧化性能。研究结果表明：复合喷丸强化比普通高能喷丸强化对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的抗高温氧化性能提升更加明显，0.3N+0.1N的复合喷丸工艺对提升涂层的高温抗氧化性能最好。相较普通喷丸工艺，复合喷丸工艺更能明显降低EB-PVD制备的CoCrAlY涂层表面粗糙度，提高涂层的致密度，改善物相结构，进而提升涂层的抗高温氧化性能。喷丸强度大于等于0.3N时，CoCrAlY涂层表面出现鳞状突出物，导致氧化物在此处择优生长，生成的氧化膜中的应力在此处集中而发生破裂，降低涂层的使用寿命，但复合喷丸能消除该鳞状突出物。
为了研究复合型的高能喷丸工艺对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的高温氧化性能，采用0.3N、0.3N+0.1N和0.3N+0.2N的喷丸强度对CoCrAlY涂层进行了表面强化。观察了喷丸强化前后涂层的表面形貌；测量了喷丸前后涂层的表面粗糙度、表面残余应力、涂层的厚度和截面硬度；对比分析了喷丸前后涂层物相变化以及涂层高温氧化性能。研究结果表明：复合喷丸强化比普通高能喷丸强化对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的抗高温氧化性能提升更加明显，0.3N+0.1N的复合喷丸工艺对提升涂层的高温抗氧化性能最好。相较普通喷丸工艺，复合喷丸工艺更能明显降低EB-PVD制备的CoCrAlY涂层表面粗糙度，提高涂层的致密度，改善物相结构，进而提升涂层的抗高温氧化性能。喷丸强度大于等于0.3N时，CoCrAlY涂层表面出现鳞状突出物，导致氧化物在此处择优生长，生成的氧化膜中的应力在此处集中而发生破裂，降低涂层的使用寿命，但复合喷丸能消除该鳞状突出物。
2018, 47(9):2847-2851.
摘要:
以H2C2O4?2H2O为沉淀剂，NiSO4?6H2O为镍源，第一步通过共沉淀法制得NiC2O4前驱体粉末；然后在H2气氛、中温条件下（250-500℃）煅烧还原，第二步制得高规则度的亚微米球形镍粉。采用扫描电子显微镜、X 射线衍射、激光粒度分析等检测手段对所制备的样品形貌、显微结构进行表征。结果表明：亚微米球形镍粉纯度高，二次颗粒粒径约为40μm左右，由大量大小均匀、分散性好的粒径0.5μm左右的一次颗粒团聚而成，这种结构保证了镍粉具有良好的成形性和烧结活性。随煅烧温度的升高，结晶度逐渐升高；亚微米球形镍粉的最佳制备工艺参数为：镍离子浓度0.7mol.L-1，反应温度40℃和煅烧温度500℃。镍粉的晶粒长大活化能为26.9 kJ?mol-1，其晶粒长大机制为界面扩散控制机制。
以H2C2O4?2H2O为沉淀剂，NiSO4?6H2O为镍源，第一步通过共沉淀法制得NiC2O4前驱体粉末；然后在H2气氛、中温条件下（250-500℃）煅烧还原，第二步制得高规则度的亚微米球形镍粉。采用扫描电子显微镜、X 射线衍射、激光粒度分析等检测手段对所制备的样品形貌、显微结构进行表征。结果表明：亚微米球形镍粉纯度高，二次颗粒粒径约为40μm左右，由大量大小均匀、分散性好的粒径0.5μm左右的一次颗粒团聚而成，这种结构保证了镍粉具有良好的成形性和烧结活性。随煅烧温度的升高，结晶度逐渐升高；亚微米球形镍粉的最佳制备工艺参数为：镍离子浓度0.7mol.L-1，反应温度40℃和煅烧温度500℃。镍粉的晶粒长大活化能为26.9 kJ?mol-1，其晶粒长大机制为界面扩散控制机制。
2018, 47(9):2852-2856.
摘要:
采用氢氧化物共沉淀法合成前驱体Ni0.5Cc0.2Mn0.3H(OH)2,进一步用高温固相法与锂源共混煅烧得到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。初步探讨了前驱体与锂源在高温煅烧过程中的质量变化及煅烧工艺对材料结构和性能的影响。热重分析(TGA)表明在煅烧过程中750℃后材料质量几乎没有变化。X射线衍射(XRD)对750℃-900℃的材料进行结构分析,结果表明所有材料具有良好的α-NaFeO2层状结构和较小的阳离子混排度。扫描电镜(SEM)分析表明材料具有表面光滑,分布均匀的球形结构。横流充放电测试结果表明在850℃煅烧的材料具有最好的电学性能,在0.2C,2.5-4.6V测试条件下,其具有193.7mAh/g的首次放电容量,循环30次后的容量保持率为94.2%,并且具有最好的倍率性能。
采用氢氧化物共沉淀法合成前驱体Ni0.5Cc0.2Mn0.3H(OH)2,进一步用高温固相法与锂源共混煅烧得到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。初步探讨了前驱体与锂源在高温煅烧过程中的质量变化及煅烧工艺对材料结构和性能的影响。热重分析(TGA)表明在煅烧过程中750℃后材料质量几乎没有变化。X射线衍射(XRD)对750℃-900℃的材料进行结构分析,结果表明所有材料具有良好的α-NaFeO2层状结构和较小的阳离子混排度。扫描电镜(SEM)分析表明材料具有表面光滑,分布均匀的球形结构。横流充放电测试结果表明在850℃煅烧的材料具有最好的电学性能,在0.2C,2.5-4.6V测试条件下,其具有193.7mAh/g的首次放电容量,循环30次后的容量保持率为94.2%,并且具有最好的倍率性能。
2018, 47(9):2857-2860.
摘要:
将旋转永磁场应用于金合金的制备过程中，研究不同转速永磁场对金合金二次枝晶臂间距和析出相的影响规律，同时探讨其机理。结果表明：旋转永磁场可以使金合金凝固组织明显细化，显著降低了合金的二次枝晶臂间距，但过高的永磁体转速使合金熔体的集肤效应显著增大，减小了永磁场的作用范围，使熔体心部磁感应强度减小，二次枝晶臂间距反而增大。对金合金施加永磁场提高了枝晶间富金相的面积分数，300r/min时金合金富金相含量最多，为5.07%，比未施加永磁搅拌的金合金高出近59.4%。
将旋转永磁场应用于金合金的制备过程中，研究不同转速永磁场对金合金二次枝晶臂间距和析出相的影响规律，同时探讨其机理。结果表明：旋转永磁场可以使金合金凝固组织明显细化，显著降低了合金的二次枝晶臂间距，但过高的永磁体转速使合金熔体的集肤效应显著增大，减小了永磁场的作用范围，使熔体心部磁感应强度减小，二次枝晶臂间距反而增大。对金合金施加永磁场提高了枝晶间富金相的面积分数，300r/min时金合金富金相含量最多，为5.07%，比未施加永磁搅拌的金合金高出近59.4%。
2018, 47(9):2861-2868.
摘要:
本文通过光学显微镜（OM）、电子背散射（EBSD）及单轴拉-压研究了Y元素含量（1，5 wt.%）、挤压温度（ET）、挤压比（ER）对Mg-Y合金挤压棒材显微组织、织构及拉-压变形行为的影响规律。结果表明：当Y含量由1%增加到5%（ET=300℃，ER=9）：由“双峰”组织变为细小均匀的完全动态再结晶组织；两种棒材横截面（ED面）和纵剖面（TD面）的平均晶粒尺寸相近，约为14.1±1.9μm~16.5±1.6μm；室温拉伸屈服强度（TYS）由173±3MPa降低到125±6MPa，但断裂延伸率则由11.0±2.1%大幅增加到了31.0±1.2%，这主要是由于基面丝织构的显著弱化和织构强度的明显降低（~53%）导致；CYS/TYS由0.87变为1.10，材料由通常的正拉压不对称性变为反拉压不对称性。当ER由9增加到32（ET=300℃）：Mg-1Y的TYS大幅增加到242±1MPa（~40%），同时断裂延伸率增加到12.9±1.5%（~17%），这主要与大挤压比使得动态再结晶趋于完全、晶粒更加细小均匀（~10.1±1.4μm）以及基面丝织构的显著弱化（~75%）密切相关。增加挤压温度（300~400℃）对Mg-1Y棒材（ER=32）的晶粒尺寸和拉伸力学性能的影响较小，但可提高压缩屈服强度（CYS）至236±9MPa（~15%），CYS/TYS由0.85增加到1.02，材料拉压屈服对称。Y含量显著影响材料的变形行为，不同挤压参数的Mg-1Y合金棒材均表现出“S”型压缩曲线，而Mg-5Y则无此现象，变形后组织观察表明“S”型曲线与孪晶主导变形密切相关。
本文通过光学显微镜（OM）、电子背散射（EBSD）及单轴拉-压研究了Y元素含量（1，5 wt.%）、挤压温度（ET）、挤压比（ER）对Mg-Y合金挤压棒材显微组织、织构及拉-压变形行为的影响规律。结果表明：当Y含量由1%增加到5%（ET=300℃，ER=9）：由“双峰”组织变为细小均匀的完全动态再结晶组织；两种棒材横截面（ED面）和纵剖面（TD面）的平均晶粒尺寸相近，约为14.1±1.9μm~16.5±1.6μm；室温拉伸屈服强度（TYS）由173±3MPa降低到125±6MPa，但断裂延伸率则由11.0±2.1%大幅增加到了31.0±1.2%，这主要是由于基面丝织构的显著弱化和织构强度的明显降低（~53%）导致；CYS/TYS由0.87变为1.10，材料由通常的正拉压不对称性变为反拉压不对称性。当ER由9增加到32（ET=300℃）：Mg-1Y的TYS大幅增加到242±1MPa（~40%），同时断裂延伸率增加到12.9±1.5%（~17%），这主要与大挤压比使得动态再结晶趋于完全、晶粒更加细小均匀（~10.1±1.4μm）以及基面丝织构的显著弱化（~75%）密切相关。增加挤压温度（300~400℃）对Mg-1Y棒材（ER=32）的晶粒尺寸和拉伸力学性能的影响较小，但可提高压缩屈服强度（CYS）至236±9MPa（~15%），CYS/TYS由0.85增加到1.02，材料拉压屈服对称。Y含量显著影响材料的变形行为，不同挤压参数的Mg-1Y合金棒材均表现出“S”型压缩曲线，而Mg-5Y则无此现象，变形后组织观察表明“S”型曲线与孪晶主导变形密切相关。
2018, 47(9):2869-2874.
摘要:
研究了相变温度附近等温热处理温度和保温时间对含长周期结构Mg97Zn1Y2合金的组织的影响，并对演变机理进行了探讨。主要研究结论如下：500℃固溶处理时，随着时间的增加，长周期结构有增长的趋势。采用等温热处理可以将Mg97Zn1Y2合金中的枝晶组织转变为球状晶，当合金保温温度范围从540℃~600℃时，组织尺寸由大-小-大的顺序变化，即经过了粗化、分离及球化至最后粗化三个过程。在等温热处理温度为575℃的组织大致演变趋势为：枝晶态-不规则球形+块状-球形状，当保温时间15min，其组织为均匀、圆整的球状晶。
研究了相变温度附近等温热处理温度和保温时间对含长周期结构Mg97Zn1Y2合金的组织的影响，并对演变机理进行了探讨。主要研究结论如下：500℃固溶处理时，随着时间的增加，长周期结构有增长的趋势。采用等温热处理可以将Mg97Zn1Y2合金中的枝晶组织转变为球状晶，当合金保温温度范围从540℃~600℃时，组织尺寸由大-小-大的顺序变化，即经过了粗化、分离及球化至最后粗化三个过程。在等温热处理温度为575℃的组织大致演变趋势为：枝晶态-不规则球形+块状-球形状，当保温时间15min，其组织为均匀、圆整的球状晶。
2018, 47(9):2875-2880.
摘要:
通过低成本的酸刻蚀、表面钝化处理在5A02铝合金基体表面构筑出二元微米级多孔梯田及絮状纳米粒子层结构，研究了该结构经氟硅烷化低表面能处理后的润湿及抗海水腐蚀特性。结果表明，制备表面获得了优异的超疏水特性，其水滴接触角为156.1°，接触角滞后为1.5°。通过电化学测试进一步表明钝化絮状纳米粒子层及超疏水膜层结构有效抑制了基体电化学腐蚀所必需的阴极和阳极反应，同时阻断了腐蚀介质与基体的接触，最终达到铝合金板表面腐蚀防护的目的，对拓宽铝合金材料的工程应用具有深远的意义。
通过低成本的酸刻蚀、表面钝化处理在5A02铝合金基体表面构筑出二元微米级多孔梯田及絮状纳米粒子层结构，研究了该结构经氟硅烷化低表面能处理后的润湿及抗海水腐蚀特性。结果表明，制备表面获得了优异的超疏水特性，其水滴接触角为156.1°，接触角滞后为1.5°。通过电化学测试进一步表明钝化絮状纳米粒子层及超疏水膜层结构有效抑制了基体电化学腐蚀所必需的阴极和阳极反应，同时阻断了腐蚀介质与基体的接触，最终达到铝合金板表面腐蚀防护的目的，对拓宽铝合金材料的工程应用具有深远的意义。
2018, 47(9):2881-2887.
摘要:
本文采用超声波辅助铺展润湿技术,进行了活性钎料在多孔材料石墨表面的动态铺展实验。通过采用高速摄像技术对超声波作用下钎料铺展过程的外部特征进行捕捉、描述和分析,研究了超声波作用下活性钎料在石墨表面的铺展行为及其机理。研究结果表明,超声波在石墨表面振幅衰减很快,这使得超声波作用下的声致铺展作用在石墨表面很难进行,但随着石墨表面的孔洞被钎料填充,振幅衰减逐渐减小,声致铺展作用逐渐加强,在超声波功率足够大的情况下,液态钎料可以在石墨表面铺展。钎料表面氧化膜是阻碍钎料铺展的关键因素,通过施加超声波可去除钎料表面氧化膜促进钎料铺展。
本文采用超声波辅助铺展润湿技术,进行了活性钎料在多孔材料石墨表面的动态铺展实验。通过采用高速摄像技术对超声波作用下钎料铺展过程的外部特征进行捕捉、描述和分析,研究了超声波作用下活性钎料在石墨表面的铺展行为及其机理。研究结果表明,超声波在石墨表面振幅衰减很快,这使得超声波作用下的声致铺展作用在石墨表面很难进行,但随着石墨表面的孔洞被钎料填充,振幅衰减逐渐减小,声致铺展作用逐渐加强,在超声波功率足够大的情况下,液态钎料可以在石墨表面铺展。钎料表面氧化膜是阻碍钎料铺展的关键因素,通过施加超声波可去除钎料表面氧化膜促进钎料铺展。
2018, 47(9):2888-2894.
摘要:
原料粉末对SPS烧结有重要的影响。本文分别采用两类粉末为原料：一类粉末是将球磨前后的W和钛源Ti或TiH2进行机械混合，另一类粉末是将未球磨的W粉和钛源TiH2粉进行机械合金化。之后选用SPS烧结技术（Spark plasma sintering）来制备W10Ti合金。通过XRD、SEM、纳米压痕等检测手段研究了原料粉末对W10Ti合金组织及性能的影响。结果表明：较未球磨W粉，采用球磨W粉所制备的WTi合金组织中无纯钛相，且富钛相含量减少了44%，同时合金的纳米硬度提高了55.7%。细小、均匀的TiH2粉末有利于获得富钛相较少、均匀、细小的微观组织，用其制备的WTi合金致密度高达100%。相比使用Ti粉来制备W10Ti合金，TiH2粉制备的合金电导率、纳米硬度和弹性模量分别提高了7%、46%和34%。而采用机械合金化粉末所制备的合金中条状的富钛相增多，组织更为细小，且该合金的韧性较好，但其致密度及纳米硬度均较低，分别仅为96.8%和2.8GPa。因此，SPS烧结使用的粉末状态是制备高性能WTi合金的关键因素。
原料粉末对SPS烧结有重要的影响。本文分别采用两类粉末为原料：一类粉末是将球磨前后的W和钛源Ti或TiH2进行机械混合，另一类粉末是将未球磨的W粉和钛源TiH2粉进行机械合金化。之后选用SPS烧结技术（Spark plasma sintering）来制备W10Ti合金。通过XRD、SEM、纳米压痕等检测手段研究了原料粉末对W10Ti合金组织及性能的影响。结果表明：较未球磨W粉，采用球磨W粉所制备的WTi合金组织中无纯钛相，且富钛相含量减少了44%，同时合金的纳米硬度提高了55.7%。细小、均匀的TiH2粉末有利于获得富钛相较少、均匀、细小的微观组织，用其制备的WTi合金致密度高达100%。相比使用Ti粉来制备W10Ti合金，TiH2粉制备的合金电导率、纳米硬度和弹性模量分别提高了7%、46%和34%。而采用机械合金化粉末所制备的合金中条状的富钛相增多，组织更为细小，且该合金的韧性较好，但其致密度及纳米硬度均较低，分别仅为96.8%和2.8GPa。因此，SPS烧结使用的粉末状态是制备高性能WTi合金的关键因素。
2018, 47(9):2895-2900.
摘要:
采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验。其变形温度为973-1223K,应变速率为0.001-10s-1,以及应变0.9。试验结果表明：TC17钛合金高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在温度为1123K、1183K和1223K,应变速率为10s-1时,TC17钛合金的流动应力出现了明显的应力不连续屈服现象。利用Zener-Holloman参数建立了TC17钛合金的高温本构方程,与试验结果对比表明：该方程可以准确地描述TC17钛合金的的高温流动行为。基于动态模型,建立了TC17钛合金的热加工图,并结合微观组织分析验证了加工图的准确性。
采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验。其变形温度为973-1223K,应变速率为0.001-10s-1,以及应变0.9。试验结果表明：TC17钛合金高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在温度为1123K、1183K和1223K,应变速率为10s-1时,TC17钛合金的流动应力出现了明显的应力不连续屈服现象。利用Zener-Holloman参数建立了TC17钛合金的高温本构方程,与试验结果对比表明：该方程可以准确地描述TC17钛合金的的高温流动行为。基于动态模型,建立了TC17钛合金的热加工图,并结合微观组织分析验证了加工图的准确性。
2018, 47(9):2901-2908.
摘要:
采用低压化学气相沉积/渗透法(LPCVD/CVI)制备了BNf/BN、BNf/SiBN和BNf/Si3N4纤维束复合材料,研究了BN纤维束及三种纤维束复合材料的微结构、拉伸性能和介电性能。结果显示,BN纤维是由晶化程度较低的h-BN组成,其相结构在制备温度下未发生变化。纤维的表面存在大量50-500nm的微孔缺陷。800 oC处理后纤维束的平均拉伸强度为94MPa。BNf/BN、BNf/SiBN以及BNf/Si3N4拉伸强度依次降低,平均值分别为68.8 MPa、30.6 MPa、26.2MPa,断裂模式均为脆性断裂。原因在于：纤维损伤随制备温度升高而加剧；纤维/基体模量失配,纤维不能有效承载；界面结合强度过高,裂纹不能有效偏转。三种纤维束复合材料的介电常数实部ε’<3.0,介电损耗tanδ<0.04,电磁透波性能良好,其中BNf/BN复合材料具有最佳的综合性能。
采用低压化学气相沉积/渗透法(LPCVD/CVI)制备了BNf/BN、BNf/SiBN和BNf/Si3N4纤维束复合材料,研究了BN纤维束及三种纤维束复合材料的微结构、拉伸性能和介电性能。结果显示,BN纤维是由晶化程度较低的h-BN组成,其相结构在制备温度下未发生变化。纤维的表面存在大量50-500nm的微孔缺陷。800 oC处理后纤维束的平均拉伸强度为94MPa。BNf/BN、BNf/SiBN以及BNf/Si3N4拉伸强度依次降低,平均值分别为68.8 MPa、30.6 MPa、26.2MPa,断裂模式均为脆性断裂。原因在于：纤维损伤随制备温度升高而加剧；纤维/基体模量失配,纤维不能有效承载；界面结合强度过高,裂纹不能有效偏转。三种纤维束复合材料的介电常数实部ε’<3.0,介电损耗tanδ<0.04,电磁透波性能良好,其中BNf/BN复合材料具有最佳的综合性能。
2018, 47(9):2909-2918.
摘要:
铌硅基复合材料具有优异的高温强度和抗蠕变性能,是高推重比航空发动机高压涡轮叶片和导向叶片极具潜力的候选材料,被认为是最有开发应用前景的下一代超高温结构材料。本文主要论述了对Nb-Si系原位复合材料的研究近况,主要是总结通过合金化和制备工艺的改善,以期使室温断裂韧性、高温强度及抗氧化性能获得良好匹配,对进一步提出优化的制备和研究方案奠定了基础。
铌硅基复合材料具有优异的高温强度和抗蠕变性能,是高推重比航空发动机高压涡轮叶片和导向叶片极具潜力的候选材料,被认为是最有开发应用前景的下一代超高温结构材料。本文主要论述了对Nb-Si系原位复合材料的研究近况,主要是总结通过合金化和制备工艺的改善,以期使室温断裂韧性、高温强度及抗氧化性能获得良好匹配,对进一步提出优化的制备和研究方案奠定了基础。
