2019年第48卷第12期文章目次
2019, 48(12):3781-3790.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180580
摘要:
随着制造业高速发展,钎焊技术应用越来越广,并向绿色化、高效化、自动化和高可靠方向发展。钎焊材料形态对钎焊自动化和可靠性起着至关重要的作用。目前有关钎料的研究主要基于成分、性能、工艺性及应用领域等方面。对于钎料形态方面的系统研究还鲜有报道。在钎焊过程中,采用恰当形状的钎料,可以优化工艺和提高钎焊可靠性。本文以钎料几何形态为主线,系统总结了丝状/条状、棒状、粒状、箔带状、粉末状、膏状、药芯型、非晶态及预制成形等钎料的特点、应用范围、主要代表体系、制备方法及发展现状,重点阐述了粉末、药芯型和非晶态等钎料以及常用钎焊方法所适用的钎料形态。研究认为：未来钎焊材料形态发展方向是绿色、高效、低成本并适应新材料、自动化、数字化及智能化需求。
随着制造业高速发展,钎焊技术应用越来越广,并向绿色化、高效化、自动化和高可靠方向发展。钎焊材料形态对钎焊自动化和可靠性起着至关重要的作用。目前有关钎料的研究主要基于成分、性能、工艺性及应用领域等方面。对于钎料形态方面的系统研究还鲜有报道。在钎焊过程中,采用恰当形状的钎料,可以优化工艺和提高钎焊可靠性。本文以钎料几何形态为主线,系统总结了丝状/条状、棒状、粒状、箔带状、粉末状、膏状、药芯型、非晶态及预制成形等钎料的特点、应用范围、主要代表体系、制备方法及发展现状,重点阐述了粉末、药芯型和非晶态等钎料以及常用钎焊方法所适用的钎料形态。研究认为：未来钎焊材料形态发展方向是绿色、高效、低成本并适应新材料、自动化、数字化及智能化需求。
2019, 48(12):3791-3796.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190140
摘要:
通过不同温度和初始氢压下的氢处理实验，研究了TC4合金的吸氢动力学，并研究了氢处理对TC4合金室温微观组织和相组成的影响。结果表明，随着氢处理温度的升高，TC4合金的反应速率常数随之升高，且反应达到平衡所需的时间逐渐缩短。通过求解阿伦尼乌斯方程，得出TC4合金吸氢反应的表观活化能为79.42 kJ/mol。在置氢TC4合金中发现了δ氢化物和α"马氏体。
通过不同温度和初始氢压下的氢处理实验，研究了TC4合金的吸氢动力学，并研究了氢处理对TC4合金室温微观组织和相组成的影响。结果表明，随着氢处理温度的升高，TC4合金的反应速率常数随之升高，且反应达到平衡所需的时间逐渐缩短。通过求解阿伦尼乌斯方程，得出TC4合金吸氢反应的表观活化能为79.42 kJ/mol。在置氢TC4合金中发现了δ氢化物和α"马氏体。
2019, 48(12):3797-3805.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190432
摘要:
采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了焊接接头不同区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热力影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q"相和 β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q"相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。
采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了焊接接头不同区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热力影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q"相和 β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q"相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。
2019, 48(12):3806-3811.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180685
摘要:
分析组成相对钛合金力学性能的贡献对组织设计极为重要。通过真实组织有限元模型定量分析了α<sub>p</sub>和β<sub>t</sub>中的应力和应变,并确定了他们对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金强度和韧性的贡献。结果表明,α<sub>p</sub>和β<sub>t</sub>中的应力呈现正态分布。β<sub>t</sub>的峰值应力和应力峰高远大于α<sub>p</sub>。然而,α<sub>p</sub>具有较大的峰值应变,β<sub>t</sub>具有较大的应变峰高。随着α<sub>p</sub>体积分数从49%降低到12%,β<sub>t</sub>对抗拉强度的贡献从59%增加到92%,对失效应变的贡献从36%增加到75%。然而,随着β<sub>t</sub>贡献的增加,合金抗拉强度增加了17%,失效应变降低了21%。研究结果定量揭示了组成相对强度和韧性的贡献,为钛合金组织设计提供了基础。
分析组成相对钛合金力学性能的贡献对组织设计极为重要。通过真实组织有限元模型定量分析了α<sub>p</sub>和β<sub>t</sub>中的应力和应变,并确定了他们对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金强度和韧性的贡献。结果表明,α<sub>p</sub>和β<sub>t</sub>中的应力呈现正态分布。β<sub>t</sub>的峰值应力和应力峰高远大于α<sub>p</sub>。然而,α<sub>p</sub>具有较大的峰值应变,β<sub>t</sub>具有较大的应变峰高。随着α<sub>p</sub>体积分数从49%降低到12%,β<sub>t</sub>对抗拉强度的贡献从59%增加到92%,对失效应变的贡献从36%增加到75%。然而,随着β<sub>t</sub>贡献的增加,合金抗拉强度增加了17%,失效应变降低了21%。研究结果定量揭示了组成相对强度和韧性的贡献,为钛合金组织设计提供了基础。
2019, 48(12):3812-3818.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20180016
摘要:
采用d-电子合金设计法设计了一种β钛合金,Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe(wt.%)。在450℃~600℃范围内选取了多个时效温度进行时效处理,以研究时效温度对该合金组织演变及力学性能的影响。结果表明,当时效温度为500℃时,在ω辅助形核机制作用下,形成了尺寸和相间距更小的次生α相,在此细小的次生α相对β基体的强化作用下合金抗拉强度达到最大值,为1510MPa；同时,由于晶界α相的析出以及晶界无析出区的形成,导致合金的塑性极差,伸长率仅为4.6%。随着时效温度的升高,晶内细小的次生α相粗化。粗大的次生α相导致其相间距增大,并使可有效阻碍位错运动的α/β相界面减小。时效温度的升高使合金强度降低,但合金塑性提高。当时效温度升高至600℃,在β晶界处形成了向晶内平行生长的板条状次生α相,同时β晶粒内次生α相间距增大,使合金塑性明显提高,伸长率可达12.2%。
采用d-电子合金设计法设计了一种β钛合金,Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe(wt.%)。在450℃~600℃范围内选取了多个时效温度进行时效处理,以研究时效温度对该合金组织演变及力学性能的影响。结果表明,当时效温度为500℃时,在ω辅助形核机制作用下,形成了尺寸和相间距更小的次生α相,在此细小的次生α相对β基体的强化作用下合金抗拉强度达到最大值,为1510MPa；同时,由于晶界α相的析出以及晶界无析出区的形成,导致合金的塑性极差,伸长率仅为4.6%。随着时效温度的升高,晶内细小的次生α相粗化。粗大的次生α相导致其相间距增大,并使可有效阻碍位错运动的α/β相界面减小。时效温度的升高使合金强度降低,但合金塑性提高。当时效温度升高至600℃,在β晶界处形成了向晶内平行生长的板条状次生α相,同时β晶粒内次生α相间距增大,使合金塑性明显提高,伸长率可达12.2%。
2019, 48(12):3819-3823.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180587
摘要:
我们采用未掺杂的粉末制备了MgB<sub>2</sub>块体作对比,研究了石墨烯掺杂对MgB<sub>2</sub>块材微观结构和超导性能的影响,研究了退火温度对石墨烯掺杂MgB<sub>2</sub>块材微观结构和超导性能的影响。对烧结后的样品采用XRD,SEM,SQUID进行了相组成,微观结构和超导性能等分析检测。研究发现石墨烯掺杂明显提高了MgB<sub>2</sub>超导材料的临界电流密度,在20 K和1 T磁场下,最大的临界电流密度达到1.8×10<sub>5</sub>A/cm<sub>2</sub>。
我们采用未掺杂的粉末制备了MgB<sub>2</sub>块体作对比,研究了石墨烯掺杂对MgB<sub>2</sub>块材微观结构和超导性能的影响,研究了退火温度对石墨烯掺杂MgB<sub>2</sub>块材微观结构和超导性能的影响。对烧结后的样品采用XRD,SEM,SQUID进行了相组成,微观结构和超导性能等分析检测。研究发现石墨烯掺杂明显提高了MgB<sub>2</sub>超导材料的临界电流密度,在20 K和1 T磁场下,最大的临界电流密度达到1.8×10<sub>5</sub>A/cm<sub>2</sub>。
2019, 48(12):3824-3828.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180564
摘要:
在MOCVD技术中,金属前驱盐持续稳定蒸发是获得高质量YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜的关键。随着新型高挥发金属有机盐的不断涌现,亟需一种评价金属前驱盐在蒸发过程中稳定性的实用方法。本文基于MOCVD法制备YBCO超导体过程中常用的、具有不同蒸发特性的三种金属前驱盐(Y(DPM)3, Cu(DPM)2, Ba(DPM)2),采用非等温热重分析法对比研究三种金属前驱盐在蒸发过程中的热稳定性和分解动力学特性,并依据典型动力学方法(Ozawa, Kissinger和Friedman法)计算获得各金属前驱盐在蒸发过程中的表观活化能(Ea)及其变化规律,进而分析评价其在蒸发过程中的热稳定性。研究结果表明：Ba(DPM)2金属前驱盐在蒸发过程中会伴随发生热分解反应,且分解过程对温度变化敏感,而Y(DPM)3和Cu(DPM)2可以稳定蒸发。结合TGA-DSC分析证实,采用固相反应动力学方法来评价MOCVD过程中金属前驱盐的热稳定性是可靠的。
在MOCVD技术中,金属前驱盐持续稳定蒸发是获得高质量YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜的关键。随着新型高挥发金属有机盐的不断涌现,亟需一种评价金属前驱盐在蒸发过程中稳定性的实用方法。本文基于MOCVD法制备YBCO超导体过程中常用的、具有不同蒸发特性的三种金属前驱盐(Y(DPM)3, Cu(DPM)2, Ba(DPM)2),采用非等温热重分析法对比研究三种金属前驱盐在蒸发过程中的热稳定性和分解动力学特性,并依据典型动力学方法(Ozawa, Kissinger和Friedman法)计算获得各金属前驱盐在蒸发过程中的表观活化能(Ea)及其变化规律,进而分析评价其在蒸发过程中的热稳定性。研究结果表明：Ba(DPM)2金属前驱盐在蒸发过程中会伴随发生热分解反应,且分解过程对温度变化敏感,而Y(DPM)3和Cu(DPM)2可以稳定蒸发。结合TGA-DSC分析证实,采用固相反应动力学方法来评价MOCVD过程中金属前驱盐的热稳定性是可靠的。
2019, 48(12):3829-3834.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180610
摘要:
本文借助光学显微镜观测手段,通过分析玻璃金属封接过程中平均孔径和孔隙率随封接温度和保温时间的变化,详细研究了热处理制度包括封接温度和保温时间对玻璃金属封接行为的影响。随着封接温度的升高,平均孔径先增大后减小,然而孔隙率先出现增加趋势,当封接温度高于980℃时基本则保持不变。随着封接时间的延长,平均孔径先逐渐增加后迅速降低,孔隙率则显著增加然后缓慢增加,接着迅速降低。另外,封接温度的提高和保温时间的延长都将导致无气泡带的变宽。本文根据封接热处理制度的变化,提出了一种空间气泡演变结构模型。
本文借助光学显微镜观测手段,通过分析玻璃金属封接过程中平均孔径和孔隙率随封接温度和保温时间的变化,详细研究了热处理制度包括封接温度和保温时间对玻璃金属封接行为的影响。随着封接温度的升高,平均孔径先增大后减小,然而孔隙率先出现增加趋势,当封接温度高于980℃时基本则保持不变。随着封接时间的延长,平均孔径先逐渐增加后迅速降低,孔隙率则显著增加然后缓慢增加,接着迅速降低。另外,封接温度的提高和保温时间的延长都将导致无气泡带的变宽。本文根据封接热处理制度的变化,提出了一种空间气泡演变结构模型。
2019, 48(12):3835-3840.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180666
摘要:
氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池（SOFC）。常规的平面SOFC电解质制备技术，如带式流延或丝网印刷，需要在1300℃以上的温度下进行烧结，因此采用传统制备技术获得纳米结构电解质层是一个挑战。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新技术由于可以实现气相沉积可以提供快速、低成本的方法来制备纳米致密结构电解质层，可避免传统技术在长时间高温烧结引起的材料晶体结构变化以及相邻电极材料间的化学反应。PS-PVD技术具有与传统大气等离子喷涂（APS）完全不同的沉积机制。本研究采用该技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层。当电解质层厚度为8.7～12.3 μm时，其泄露率为2.24～2.29 10-8 cm4gf-1s-1.
氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池（SOFC）。常规的平面SOFC电解质制备技术，如带式流延或丝网印刷，需要在1300℃以上的温度下进行烧结，因此采用传统制备技术获得纳米结构电解质层是一个挑战。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新技术由于可以实现气相沉积可以提供快速、低成本的方法来制备纳米致密结构电解质层，可避免传统技术在长时间高温烧结引起的材料晶体结构变化以及相邻电极材料间的化学反应。PS-PVD技术具有与传统大气等离子喷涂（APS）完全不同的沉积机制。本研究采用该技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层。当电解质层厚度为8.7～12.3 μm时，其泄露率为2.24～2.29 10-8 cm4gf-1s-1.
2019, 48(12):3841-3845.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180615
摘要:
特制的氧化钛薄膜由于其特有的优势广泛用于绿色能源领域。在这篇文章中，采用电子束蒸发系统制备氧化钛薄膜并分别在氢气和空气中退火，在氢气中退火的样品由于其稳定性强能在空气中保持淡黄色将近一年。氧化钛薄膜的结构，形貌，光谱和光催化性能被详细讨论。在氢气中退火的薄膜比在空气中退火的薄膜具有更好的光催化性能，结果表明氢气中退火的样品通过Ti3+掺杂能很好地调控电子结构从而提高光催化效率。Ti3+的存在缩小了带隙。
特制的氧化钛薄膜由于其特有的优势广泛用于绿色能源领域。在这篇文章中，采用电子束蒸发系统制备氧化钛薄膜并分别在氢气和空气中退火，在氢气中退火的样品由于其稳定性强能在空气中保持淡黄色将近一年。氧化钛薄膜的结构，形貌，光谱和光催化性能被详细讨论。在氢气中退火的薄膜比在空气中退火的薄膜具有更好的光催化性能，结果表明氢气中退火的样品通过Ti3+掺杂能很好地调控电子结构从而提高光催化效率。Ti3+的存在缩小了带隙。
2019, 48(12):3846-3854.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180628
摘要:
利用热压烧结法，在2400℃烧结温度下，制备了NbMo固溶体（此后记作(Nb,Mo)ss）基陶瓷颗粒增强复合材料。其中，ZrB2陶瓷增强相的体积分数分别为15%，30%，45%和60%。本文研究了在800℃，1000℃和1200℃下，ZrB2含量对复合材料抗氧化性和氧化产物演变的作用。试验结果表明，氧化温度和ZrB2含量均对复合材料的氧化行为有影响。从氧化速率常数角度讲，ZrB2-(Nb,Mo)ss复合材料的抗氧化性随ZrB2含量的增加而提高，随氧化温度的提高而降低。800℃-1000℃的氧化产物中含有膜状Nb2Zr6O17相,能作为屏障阻止氧气向基体扩散，因此在800℃-1000℃时，复合材料氧化速率较低。然而，在1200℃氧化时未发现Nb2Zr6O17相，MoO3的剧烈挥发和ZrO2的体积效应破坏了Nb2Zr6O17保护层，导致了氧化层严重剥落，材料的抗氧化性极差。综上，本文结合观察到的氧化产物形貌，详细阐述了不同ZrB2含量的复合材料在不同温度下的抗氧化机制。
利用热压烧结法，在2400℃烧结温度下，制备了NbMo固溶体（此后记作(Nb,Mo)ss）基陶瓷颗粒增强复合材料。其中，ZrB2陶瓷增强相的体积分数分别为15%，30%，45%和60%。本文研究了在800℃，1000℃和1200℃下，ZrB2含量对复合材料抗氧化性和氧化产物演变的作用。试验结果表明，氧化温度和ZrB2含量均对复合材料的氧化行为有影响。从氧化速率常数角度讲，ZrB2-(Nb,Mo)ss复合材料的抗氧化性随ZrB2含量的增加而提高，随氧化温度的提高而降低。800℃-1000℃的氧化产物中含有膜状Nb2Zr6O17相,能作为屏障阻止氧气向基体扩散，因此在800℃-1000℃时，复合材料氧化速率较低。然而，在1200℃氧化时未发现Nb2Zr6O17相，MoO3的剧烈挥发和ZrO2的体积效应破坏了Nb2Zr6O17保护层，导致了氧化层严重剥落，材料的抗氧化性极差。综上，本文结合观察到的氧化产物形貌，详细阐述了不同ZrB2含量的复合材料在不同温度下的抗氧化机制。
2019, 48(12):3855-3862.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180677
摘要:
通过高精度膨胀法研究了固溶态Ti-1300合金在400～700℃等温条件下相变动力学。研究表明：固溶态Ti-1300合金中亚稳β相的分解动力学可用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程表征,并获得400～700℃温度范围内JMA方程的特征参数K和n,一定程度上反映了合金中亚稳β相的分解机制。当Ti-1300合金在400～420℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为βm→β′+β→α+β；当合金在500 ～700℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为βm→α+β；同时在等温条件下,时效初期α相的形核率较快,且含量迅速增加,后期达到一定量后保持稳定。根据计算和试验结果,得到了Ti-1300合金在500 ～700℃等温条件下亚稳β相的分解的TTT曲线,鼻尖温度约为600℃。
通过高精度膨胀法研究了固溶态Ti-1300合金在400～700℃等温条件下相变动力学。研究表明：固溶态Ti-1300合金中亚稳β相的分解动力学可用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程表征,并获得400～700℃温度范围内JMA方程的特征参数K和n,一定程度上反映了合金中亚稳β相的分解机制。当Ti-1300合金在400～420℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为βm→β′+β→α+β；当合金在500 ～700℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为βm→α+β；同时在等温条件下,时效初期α相的形核率较快,且含量迅速增加,后期达到一定量后保持稳定。根据计算和试验结果,得到了Ti-1300合金在500 ～700℃等温条件下亚稳β相的分解的TTT曲线,鼻尖温度约为600℃。
2019, 48(12):3863-3869.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180679
摘要:
为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,采用三维分子动力学(MD)模拟方法研究了单点金刚石压头与单晶锗表面的接触和滑动过程。研究了压头在滑动切削过程中的材料变形、切削力、切屑堆积、表面形貌尺寸。仿真结果表明,随着垂直载荷的增加,切削力、表面形貌尺寸、切屑堆积在接触过程中逐渐增加,且与切削速度无明显关联。切削过程中切削力波动的根本原因是由于单晶锗晶格破坏引起位错的产生和能量波动。为了验证仿真结果的正确性,使用纳米划痕仪对单晶锗进行了纳米切削实验。实验结果与仿真结果一致,验证了MD模型的正确性和有效性。
为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,采用三维分子动力学(MD)模拟方法研究了单点金刚石压头与单晶锗表面的接触和滑动过程。研究了压头在滑动切削过程中的材料变形、切削力、切屑堆积、表面形貌尺寸。仿真结果表明,随着垂直载荷的增加,切削力、表面形貌尺寸、切屑堆积在接触过程中逐渐增加,且与切削速度无明显关联。切削过程中切削力波动的根本原因是由于单晶锗晶格破坏引起位错的产生和能量波动。为了验证仿真结果的正确性,使用纳米划痕仪对单晶锗进行了纳米切削实验。实验结果与仿真结果一致,验证了MD模型的正确性和有效性。
2019, 48(12):3870-3875.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20180017
摘要:
镍基合金的应力腐蚀开裂是核电站一回路中最重要的潜在安全隐患之一,考虑物理参数的随机性,基于氧化膜破裂理论,研究了镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的分散性规律。为了提高随机参数数值分析的效率,结合MATLAB和ABAQUS子模型技术的优点,完成了MATLAB对ABAQUS 的二次开发,将有限元数值模拟和拉丁超立方抽样方法相结合,获得了弹性模量、屈服强度等随机参数对应力腐蚀裂尖氧化膜和基体金属区域应力应变的影响规律,并验证了方法的可行性。结果表明,随机性的影响不容忽略,屈服应力的随机性对裂尖应力的分散性影响最大,而弹性模量的随机性对裂尖塑性应变分散性的影响最为显著。
镍基合金的应力腐蚀开裂是核电站一回路中最重要的潜在安全隐患之一,考虑物理参数的随机性,基于氧化膜破裂理论,研究了镍基合金应力腐蚀裂尖力学特性的分散性规律。为了提高随机参数数值分析的效率,结合MATLAB和ABAQUS子模型技术的优点,完成了MATLAB对ABAQUS 的二次开发,将有限元数值模拟和拉丁超立方抽样方法相结合,获得了弹性模量、屈服强度等随机参数对应力腐蚀裂尖氧化膜和基体金属区域应力应变的影响规律,并验证了方法的可行性。结果表明,随机性的影响不容忽略,屈服应力的随机性对裂尖应力的分散性影响最大,而弹性模量的随机性对裂尖塑性应变分散性的影响最为显著。
2019, 48(12):3876-3882.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181123
摘要:
Nb/316L不锈钢过渡接头的研究可以为改进超导射频腔氦夹克的材料带来新的突破。本文利用爆炸焊接方式进行了铌和316L不锈钢的连接。为了观察复合材料的性能，对爆炸焊接和热处理后的复合材料进行了结合面微观结构和力学性能研究。微观结构研究表明结合面没有脆性金属间化合物形成且复合材料热处理后没有发现结合面有元素扩散。我们还对复合材料进行了室温和低温环境下的拉伸测试、剪切测试和弯曲测试。拉伸测试结果表明液氮温度下复合材料的强度高于室温环境,同时还观察到在液氮环境下复合材料有分层现象出现。最后我们进行了Nb-316LSS过渡接头的设计、加工和真空检漏，结果表明真空漏率满足工程要求，从而验证了Nb-316LSS复合材料用于SRF超导腔体氦夹克的可行性。
Nb/316L不锈钢过渡接头的研究可以为改进超导射频腔氦夹克的材料带来新的突破。本文利用爆炸焊接方式进行了铌和316L不锈钢的连接。为了观察复合材料的性能，对爆炸焊接和热处理后的复合材料进行了结合面微观结构和力学性能研究。微观结构研究表明结合面没有脆性金属间化合物形成且复合材料热处理后没有发现结合面有元素扩散。我们还对复合材料进行了室温和低温环境下的拉伸测试、剪切测试和弯曲测试。拉伸测试结果表明液氮温度下复合材料的强度高于室温环境,同时还观察到在液氮环境下复合材料有分层现象出现。最后我们进行了Nb-316LSS过渡接头的设计、加工和真空检漏，结果表明真空漏率满足工程要求，从而验证了Nb-316LSS复合材料用于SRF超导腔体氦夹克的可行性。
2019, 48(12):3883-3888.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180976
摘要:
目的：利用阴极微弧沉积技术在预处理后的TiAl合金表面制备了Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>陶瓷涂层,研究了涂层的生长过程和相组成。方法：采用电子扫描电镜(SEM、EDS)、电子透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法,对Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>涂层的生长过程中的微观形貌、组织成分以及晶体结构的演变进行了研究与分析。结果：TiAl合金表面阴极微弧沉积过程中,在阴极表面发生非晶态Al(OH)<sub>3</sub>的吸附、脱水烧结形成Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>陶瓷涂层的沉积。结论：Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>涂层生长分前期Ⅰ、中期Ⅱ和后期Ⅲ三个阶段,前期起弧阻挡层被击穿,涂层生长较慢、组织致密且与基体结合良好；反应中期涂层生长较快,Al(OH)<sub>3</sub>不断吸附和脱水烧结,涂层结晶度提高；反应后期涂层生长速度变缓,表层组织疏松、多孔,相组成为87.5 %的α–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和12.5 %的γ–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。
目的：利用阴极微弧沉积技术在预处理后的TiAl合金表面制备了Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>陶瓷涂层,研究了涂层的生长过程和相组成。方法：采用电子扫描电镜(SEM、EDS)、电子透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法,对Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>涂层的生长过程中的微观形貌、组织成分以及晶体结构的演变进行了研究与分析。结果：TiAl合金表面阴极微弧沉积过程中,在阴极表面发生非晶态Al(OH)<sub>3</sub>的吸附、脱水烧结形成Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>陶瓷涂层的沉积。结论：Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>涂层生长分前期Ⅰ、中期Ⅱ和后期Ⅲ三个阶段,前期起弧阻挡层被击穿,涂层生长较慢、组织致密且与基体结合良好；反应中期涂层生长较快,Al(OH)<sub>3</sub>不断吸附和脱水烧结,涂层结晶度提高；反应后期涂层生长速度变缓,表层组织疏松、多孔,相组成为87.5 %的α–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和12.5 %的γ–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。
2019, 48(12):3889-3894.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180846
摘要:
在应力控制的同相热机械疲劳试验基础上,研究了DD6高温合金同相热机械疲劳损伤机理。基于连续介质损伤力学,建立了反映蠕变损伤和疲劳损伤耦合作用的寿命预测模型,并利用纯蠕变、疲劳的试验数据获取了模型中的损伤参数。进一步,本文开展了带保载时间的DD6高温合金同相热机械疲劳试验,试验寿命在基于耦合损伤的预测寿命的2.3倍分散带内,这表明本文发展的基于耦合损伤的寿命预测模型能够较为准确地预测DD6高温合金同相热机械疲劳寿命，可以为工程应用中DD6高温合金结构的寿命预测提供基础。
在应力控制的同相热机械疲劳试验基础上,研究了DD6高温合金同相热机械疲劳损伤机理。基于连续介质损伤力学,建立了反映蠕变损伤和疲劳损伤耦合作用的寿命预测模型,并利用纯蠕变、疲劳的试验数据获取了模型中的损伤参数。进一步,本文开展了带保载时间的DD6高温合金同相热机械疲劳试验,试验寿命在基于耦合损伤的预测寿命的2.3倍分散带内,这表明本文发展的基于耦合损伤的寿命预测模型能够较为准确地预测DD6高温合金同相热机械疲劳寿命，可以为工程应用中DD6高温合金结构的寿命预测提供基础。
2019, 48(12):3895-3900.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180852
摘要:
用扫描电镜和背散射电子衍射技术观察了低轧制变形量工业纯钛晶粒取向与形状的变化,统计观测分析了变形过程中实际开动的滑移系,研究了变形过程中晶粒间的力学交互作用及其对滑移系开动和取向演变的影响。用Sachs模型和反应应力模型(RS模型)模拟计算了晶粒变形过程中开动的滑移系及取向的演变。结果显示,工业纯钛多晶体中各晶粒的塑性应变并不符合Taylor变形原则,Sachs模型能够部分地揭示滑移系的开动过程和取向演变的趋势。晶粒的塑性变形不仅取决于外应力的作用,晶粒间的反应应力也会对滑移系的开动和取向演变产生重要影响。采用基于晶粒间交互作用的反应应力模型可以更全面的揭示滑移系的开动过程,更准确的预测变形后的晶粒取向。晶粒间反应应力的高低受多种因素影响,其中,晶粒自身取向及其与周围晶粒取向关系对反应应力大小有重要影响。
用扫描电镜和背散射电子衍射技术观察了低轧制变形量工业纯钛晶粒取向与形状的变化,统计观测分析了变形过程中实际开动的滑移系,研究了变形过程中晶粒间的力学交互作用及其对滑移系开动和取向演变的影响。用Sachs模型和反应应力模型(RS模型)模拟计算了晶粒变形过程中开动的滑移系及取向的演变。结果显示,工业纯钛多晶体中各晶粒的塑性应变并不符合Taylor变形原则,Sachs模型能够部分地揭示滑移系的开动过程和取向演变的趋势。晶粒的塑性变形不仅取决于外应力的作用,晶粒间的反应应力也会对滑移系的开动和取向演变产生重要影响。采用基于晶粒间交互作用的反应应力模型可以更全面的揭示滑移系的开动过程,更准确的预测变形后的晶粒取向。晶粒间反应应力的高低受多种因素影响,其中,晶粒自身取向及其与周围晶粒取向关系对反应应力大小有重要影响。
2019, 48(12):3901-3910.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181005
摘要:
本文研究了TC31钛合金在840~960℃ 0.0001~0.1s-1条件下的高温流变行为,分析了变形温度、应变速率、应变量对其流变应力和微观组织的影响。结合Z参数,建立了TC31钛合金的Arrhenius本构方程。结果表明,当温度低于880℃,应变速率高于0.01s-1,材料出现了明显的动态软化现象；当温度高于920℃,应变速率低于0.001s-1时,晶粒粗大导致宏观流变应力增长；应变量、应变速率和变形温度对晶粒尺寸、形状和相含量都有不同程度的影响。此外,本文还证实基于应变修正的Arrhenius本构方程拥有较高的预测精度,经计算得其MSE为2.443,R值为0.9675。
本文研究了TC31钛合金在840~960℃ 0.0001~0.1s-1条件下的高温流变行为,分析了变形温度、应变速率、应变量对其流变应力和微观组织的影响。结合Z参数,建立了TC31钛合金的Arrhenius本构方程。结果表明,当温度低于880℃,应变速率高于0.01s-1,材料出现了明显的动态软化现象；当温度高于920℃,应变速率低于0.001s-1时,晶粒粗大导致宏观流变应力增长；应变量、应变速率和变形温度对晶粒尺寸、形状和相含量都有不同程度的影响。此外,本文还证实基于应变修正的Arrhenius本构方程拥有较高的预测精度,经计算得其MSE为2.443,R值为0.9675。
2019, 48(12):3911-3916.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190192
摘要:
以泡沫铝和金属点阵为代表的金属多孔结构由于具有轻质、高强（比强度、比刚度、能量吸收率）及多功能可设计性等特点，在轻质结构承载领域具有广泛的应用潜力。但泡沫铝的低强度和金属点阵的芯体屈曲很大程度上限制了其工程应用。本文通过激光焊接获得三种不同几何构型的双层金属点阵结构，再将闭孔泡沫铝切割后填充到其孔隙当中获得一种新型泡沫铝填充双层金属点阵结构。采用实验和有限元模拟的方法研究其准静态面外压缩载荷作用下的承载能力、吸能特性及机理、变形破坏模式等行为。结果表明，泡沫铝的填充能够有效改变空心点阵结构的后屈曲行为，提高点阵芯体单元的屈曲稳定性，具有明显的耦合增强效应，表现在承载及能量吸收效率的大幅提升，可达到对应空心结构的十倍以上。
以泡沫铝和金属点阵为代表的金属多孔结构由于具有轻质、高强（比强度、比刚度、能量吸收率）及多功能可设计性等特点，在轻质结构承载领域具有广泛的应用潜力。但泡沫铝的低强度和金属点阵的芯体屈曲很大程度上限制了其工程应用。本文通过激光焊接获得三种不同几何构型的双层金属点阵结构，再将闭孔泡沫铝切割后填充到其孔隙当中获得一种新型泡沫铝填充双层金属点阵结构。采用实验和有限元模拟的方法研究其准静态面外压缩载荷作用下的承载能力、吸能特性及机理、变形破坏模式等行为。结果表明，泡沫铝的填充能够有效改变空心点阵结构的后屈曲行为，提高点阵芯体单元的屈曲稳定性，具有明显的耦合增强效应，表现在承载及能量吸收效率的大幅提升，可达到对应空心结构的十倍以上。
2019, 48(12):3917-3923.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190240
摘要:
通过连续升温热膨胀法(DIL)研究了Ti6Al4V-0.55Fe合金在连续升温过程中的α相回溶（α+β→β）的热膨胀行为和显微组织演化。本文采用了1、5、10、15 K/min的四种升温速率对Ti6Al4V-0.55Fe合金进行热膨胀实验，结果发现：不同升温速率的α相回溶曲线都展现出典型的“S”型曲线，表明α相回溶是一种由形核长大控制的过程。通过Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）方法和Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami(KJMA)模型分别得到α相回溶转变平均相变激活能E和随着α相回溶体积的增大所对应的Avrami指数n，可分为三个阶段，即相变初期（0
通过连续升温热膨胀法(DIL)研究了Ti6Al4V-0.55Fe合金在连续升温过程中的α相回溶（α+β→β）的热膨胀行为和显微组织演化。本文采用了1、5、10、15 K/min的四种升温速率对Ti6Al4V-0.55Fe合金进行热膨胀实验，结果发现：不同升温速率的α相回溶曲线都展现出典型的“S”型曲线，表明α相回溶是一种由形核长大控制的过程。通过Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）方法和Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami(KJMA)模型分别得到α相回溶转变平均相变激活能E和随着α相回溶体积的增大所对应的Avrami指数n，可分为三个阶段，即相变初期（0
2019, 48(12):3924-3929.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180862
摘要:
本文研究了在镁铝质量比为20:80的镁铝合金中加入稀土金属钆后，合金在空气中的氧化与燃烧特性。借助TG-DSC, SEM, XRD, EDS以及高速摄像仪等仪器对Mg-Al-Gd合金的氧化、燃烧过程及产物进行分析。结果表明：相对于不含钆的Mg-Al合金，Mg-Al-Gd合金在空气中的点火温度较低，约为487.6℃。在TG-DSC实验中，镁铝钆合金的氧化分为两个阶段，第一个阶段为镁的氧化反应，第二个阶段为氧化镁、铝以及氧气的反应，反应生成MgAl2O4。当Mg-Al-Gd合金在空气中燃烧时，合金粒子表面会形成一层薄的致密的氧化层，氧化层限制了合金粒子固相或液相的氧化，促进其气相燃烧，同时也导致燃烧出现喷射现象。燃烧没有生成MgAl2O4，而是形成了一种的新的产物AlN。
本文研究了在镁铝质量比为20:80的镁铝合金中加入稀土金属钆后，合金在空气中的氧化与燃烧特性。借助TG-DSC, SEM, XRD, EDS以及高速摄像仪等仪器对Mg-Al-Gd合金的氧化、燃烧过程及产物进行分析。结果表明：相对于不含钆的Mg-Al合金，Mg-Al-Gd合金在空气中的点火温度较低，约为487.6℃。在TG-DSC实验中，镁铝钆合金的氧化分为两个阶段，第一个阶段为镁的氧化反应，第二个阶段为氧化镁、铝以及氧气的反应，反应生成MgAl2O4。当Mg-Al-Gd合金在空气中燃烧时，合金粒子表面会形成一层薄的致密的氧化层，氧化层限制了合金粒子固相或液相的氧化，促进其气相燃烧，同时也导致燃烧出现喷射现象。燃烧没有生成MgAl2O4，而是形成了一种的新的产物AlN。
2019, 48(12):3930-3938.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180863
摘要:
镍基单晶高温合金特殊的两相结构使其具有各向异性的特征。本研究对三种不同取向的DD6镍基单晶高温合金进行了980℃下的蠕变试验，试验表明镍基单晶高温合金蠕变失效机理是材料内部微孔洞的萌生与微裂纹的扩展，其本质是由位错运动造成的。采用透射电镜(TEM)对蠕变初期[001]、[111]和[011]三种取向的单晶合金的位错形貌进行观测，发现其分别符合八面体滑移系开动、六面体滑移系开动与两滑移系同时开动的特征。针对上述微观现象，基于晶体塑性理论建立了考虑Orowan效应与位错阻碍效应的蠕变本构模型与蠕变损伤模型，并根据试验得到的蠕变曲线拟合了模型参数。该模型的有限元模拟结果与单晶材料的蠕变断口形貌相互印证，解释了单晶蠕变的各向异性的力学行为。
镍基单晶高温合金特殊的两相结构使其具有各向异性的特征。本研究对三种不同取向的DD6镍基单晶高温合金进行了980℃下的蠕变试验，试验表明镍基单晶高温合金蠕变失效机理是材料内部微孔洞的萌生与微裂纹的扩展，其本质是由位错运动造成的。采用透射电镜(TEM)对蠕变初期[001]、[111]和[011]三种取向的单晶合金的位错形貌进行观测，发现其分别符合八面体滑移系开动、六面体滑移系开动与两滑移系同时开动的特征。针对上述微观现象，基于晶体塑性理论建立了考虑Orowan效应与位错阻碍效应的蠕变本构模型与蠕变损伤模型，并根据试验得到的蠕变曲线拟合了模型参数。该模型的有限元模拟结果与单晶材料的蠕变断口形貌相互印证，解释了单晶蠕变的各向异性的力学行为。
2019, 48(12):3939-3947.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180869
摘要:
利用Gleeble-3800热压缩模拟试验机,对GH79合金高温热变形行为及变形机理进行了系统的研究。以高温压缩实验为基础,以高温压缩过程的力学行为特征及微观组织演变规律为主线,获得了该合金在不同应变速率、不同变形温度下的应变速率敏感性指数m值、变形激活能Q值、晶粒指数p值的变化规律。分别构建了不同失稳判据下的动态DMM热加工图及包含位错数量的变形机理图。应用热加工图理论分析了该合金的适合成形加工区和流变失稳区,运用变形机理图预测了该合金高温变形过程基于柏氏矢量补偿的晶粒尺寸、模量补偿的流变应力下的位错演变规律及高温变形机理。
利用Gleeble-3800热压缩模拟试验机,对GH79合金高温热变形行为及变形机理进行了系统的研究。以高温压缩实验为基础,以高温压缩过程的力学行为特征及微观组织演变规律为主线,获得了该合金在不同应变速率、不同变形温度下的应变速率敏感性指数m值、变形激活能Q值、晶粒指数p值的变化规律。分别构建了不同失稳判据下的动态DMM热加工图及包含位错数量的变形机理图。应用热加工图理论分析了该合金的适合成形加工区和流变失稳区,运用变形机理图预测了该合金高温变形过程基于柏氏矢量补偿的晶粒尺寸、模量补偿的流变应力下的位错演变规律及高温变形机理。
2019, 48(12):3948-3953.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180926
摘要:
采用摩擦试验方法在模拟压气机环境下对TC4钛合金起燃温度和扩散燃烧条件进行了研究,采用有限元方法计算静子件摩擦生热引发燃烧过程温度及分布特征。结果表明,转子件碰磨环首先发生燃烧,但静子件热量累积是扩散燃烧的必要条件；首次获得TC4钛合金在模拟压气机环境下起燃温度为1266.47℃,与有限元模拟计算起燃温度1210℃误差为3.6%；当TC4钛合金静子件截面总加温面积达到25%,932℃～1210℃高温区域面积达到3.06%,静子件发生扩散燃烧。
采用摩擦试验方法在模拟压气机环境下对TC4钛合金起燃温度和扩散燃烧条件进行了研究,采用有限元方法计算静子件摩擦生热引发燃烧过程温度及分布特征。结果表明,转子件碰磨环首先发生燃烧,但静子件热量累积是扩散燃烧的必要条件；首次获得TC4钛合金在模拟压气机环境下起燃温度为1266.47℃,与有限元模拟计算起燃温度1210℃误差为3.6%；当TC4钛合金静子件截面总加温面积达到25%,932℃～1210℃高温区域面积达到3.06%,静子件发生扩散燃烧。
2019, 48(12):3954-3960.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180929
摘要:
采用循环加卸载的单轴拉伸试验,得到室温下不同延伸率的多晶铍试样的塑性变形、弹性回复变形、非弹性回复变形数据。对非弹性回复变形的数学特征进行了分析,建立相应的表达函数。结果表明：完全卸载条件下,铍非弹性回复变形与塑性变形间呈幂函数关联；非完全卸载条件下,二者关系也可用幂函数描述；幂函数所有两个参数与卸载应力水平呈二次函数关系,两个参数间也线性相关；在同一卸载周期内,非弹性回复变形与塑性变形间呈二次函数关系,其中至少两个函数参数表现出超越具体试样的普适性数学特征；弹性模量(或可能延伸率)与各数学模型参数变化趋势的关联明显。
采用循环加卸载的单轴拉伸试验,得到室温下不同延伸率的多晶铍试样的塑性变形、弹性回复变形、非弹性回复变形数据。对非弹性回复变形的数学特征进行了分析,建立相应的表达函数。结果表明：完全卸载条件下,铍非弹性回复变形与塑性变形间呈幂函数关联；非完全卸载条件下,二者关系也可用幂函数描述；幂函数所有两个参数与卸载应力水平呈二次函数关系,两个参数间也线性相关；在同一卸载周期内,非弹性回复变形与塑性变形间呈二次函数关系,其中至少两个函数参数表现出超越具体试样的普适性数学特征；弹性模量(或可能延伸率)与各数学模型参数变化趋势的关联明显。
2019, 48(12):3961-3968.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180942
摘要:
本文对比研究了YAG/8YSZ双陶瓷和8YSZ单陶瓷热障涂层体系的抗高温氧化性能。采用爆炸喷涂(D-GUN)在310S耐热不锈钢基体上制备粘结层(NiCoCrAlY),用大气等离子喷涂(APS)分别在粘结层试样上制备YAG/8YSZ双陶瓷和8YSZ单陶瓷热障涂层,利用SEM和XRD分析涂层氧化前后截面与表面特征,对比研究2种热障涂层体系在1100 ℃等温氧化不同时间后的氧化增重动力学、YAG陶瓷层微观结构与物相及TGO生长过程和生长动力学。结果表明，YAG陶瓷层在1100 ℃等温氧化200 h后无明显相结构转变，孔隙率稍有降低；YAG/8YSZ双陶瓷层体系较8YSZ单陶瓷层体系氧化增重速率降低1.7倍，TGO生长速率降低1.4倍，粘结层β-NiAl相消耗速度及岛状氧化物生长速度更低，表现出更好的抗高温氧化性能。
本文对比研究了YAG/8YSZ双陶瓷和8YSZ单陶瓷热障涂层体系的抗高温氧化性能。采用爆炸喷涂(D-GUN)在310S耐热不锈钢基体上制备粘结层(NiCoCrAlY),用大气等离子喷涂(APS)分别在粘结层试样上制备YAG/8YSZ双陶瓷和8YSZ单陶瓷热障涂层,利用SEM和XRD分析涂层氧化前后截面与表面特征,对比研究2种热障涂层体系在1100 ℃等温氧化不同时间后的氧化增重动力学、YAG陶瓷层微观结构与物相及TGO生长过程和生长动力学。结果表明，YAG陶瓷层在1100 ℃等温氧化200 h后无明显相结构转变，孔隙率稍有降低；YAG/8YSZ双陶瓷层体系较8YSZ单陶瓷层体系氧化增重速率降低1.7倍，TGO生长速率降低1.4倍，粘结层β-NiAl相消耗速度及岛状氧化物生长速度更低，表现出更好的抗高温氧化性能。
2019, 48(12):3969-3977.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180951
摘要:
利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)调控亚微米级铜晶体的形貌,借助SEM、XRD及激光粒度分析仪对铜晶体微观性能进行了表征,采用Materials Studio软件结合Gibbs-Wulff定律(晶体生长平衡理论)推测PVP分子在Cu各晶面的吸附行为及铜晶体的形貌变化规律,研究结果表明：经PVP改性后,铜晶体由截角八面体转变为近球形。PVP在铜各晶面主要发生化学吸附,吸附强弱顺序为：(111)>(200)>(220)。PVP对亚微米级铜晶体的形貌控制机制在于PVP与Cu形成具有共价性的不稳定配合物,抑制了(111)、(200)和(220)晶面的生长,显露了更多的晶面,导致了Cu晶体更趋近于球形。
利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)调控亚微米级铜晶体的形貌,借助SEM、XRD及激光粒度分析仪对铜晶体微观性能进行了表征,采用Materials Studio软件结合Gibbs-Wulff定律(晶体生长平衡理论)推测PVP分子在Cu各晶面的吸附行为及铜晶体的形貌变化规律,研究结果表明：经PVP改性后,铜晶体由截角八面体转变为近球形。PVP在铜各晶面主要发生化学吸附,吸附强弱顺序为：(111)>(200)>(220)。PVP对亚微米级铜晶体的形貌控制机制在于PVP与Cu形成具有共价性的不稳定配合物,抑制了(111)、(200)和(220)晶面的生长,显露了更多的晶面,导致了Cu晶体更趋近于球形。
2019, 48(12):3978-3989.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180961
摘要:
在阳极氧化纳米多孔Ti基体表面电沉积纳米晶Ni镀层，通过界面互扩散和晶体“钉扎”生长来达到冶金结合，旨在解决Ti基与其表面镀层界面结合力差的难题。采用超声辅助脉冲电沉积技术，通过调整超声振荡频率来影响纳米晶Ni生长织构，以揭示不同择优取向的生长织构与微结构和抗磨性的相关性。利用XRD、FE-SEM、TEM等手段来表征纳米晶Ni的生长织构及微结构；借助纳米压痕与摩擦磨损实验来研究其表面强韧性和抗磨性，分析超声作用对碎化晶粒和改善晶体生长织构方向的协同作用机制。此外，探讨超声振荡作用对电沉积过程中纳米晶Ni动态再结晶生长的影响机理，以及不同择优取向的Ni生长织构与其表面力学性能改善的关联性。结果表明：在纳米多孔Ti基体表面预生长Pd原子来诱发后续的电沉积纳米晶Ni进行异质形核生长，成功实现“钻孔钉扎”生长模式，提高了Ti/Ni间的界面结合力，部分界面达到冶金结合效果；纳米压痕测试结果表明，在Ti基体表面电沉积生长纳米晶Ni镀层，显著提高了其表面的强韧性，硬度与弹性模量可分别达15.6与197.2 GPa；同时，大幅度提高了Ti基体表面抗摩性，摩擦系数比Ti基体降低约1/2，其表面磨损形貌由Ti基表面的切削磨损转变为在轻微磨粒磨损条件下的黏着磨损机制，可有效弥补Ti金属在工程上耐磨性差的缺点。
在阳极氧化纳米多孔Ti基体表面电沉积纳米晶Ni镀层，通过界面互扩散和晶体“钉扎”生长来达到冶金结合，旨在解决Ti基与其表面镀层界面结合力差的难题。采用超声辅助脉冲电沉积技术，通过调整超声振荡频率来影响纳米晶Ni生长织构，以揭示不同择优取向的生长织构与微结构和抗磨性的相关性。利用XRD、FE-SEM、TEM等手段来表征纳米晶Ni的生长织构及微结构；借助纳米压痕与摩擦磨损实验来研究其表面强韧性和抗磨性，分析超声作用对碎化晶粒和改善晶体生长织构方向的协同作用机制。此外，探讨超声振荡作用对电沉积过程中纳米晶Ni动态再结晶生长的影响机理，以及不同择优取向的Ni生长织构与其表面力学性能改善的关联性。结果表明：在纳米多孔Ti基体表面预生长Pd原子来诱发后续的电沉积纳米晶Ni进行异质形核生长，成功实现“钻孔钉扎”生长模式，提高了Ti/Ni间的界面结合力，部分界面达到冶金结合效果；纳米压痕测试结果表明，在Ti基体表面电沉积生长纳米晶Ni镀层，显著提高了其表面的强韧性，硬度与弹性模量可分别达15.6与197.2 GPa；同时，大幅度提高了Ti基体表面抗摩性，摩擦系数比Ti基体降低约1/2，其表面磨损形貌由Ti基表面的切削磨损转变为在轻微磨粒磨损条件下的黏着磨损机制，可有效弥补Ti金属在工程上耐磨性差的缺点。
2019, 48(12):3990-3996.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181000
摘要:
利用平衡态和非平衡态分子动力学模拟的方法计算了锗烯的热导率。首先，应用平衡态方法模拟了锗烯的热导率并进一步计算了热导率分解的各个分量。与石墨烯不同，锗烯热导率较小且 分量占主导。其次，应用非平衡态方法模拟计算了一系列长度的锗烯热导率，通过拟合得到不依赖长度的收敛热导率。最后，比较平衡态和非平衡态两种模拟方法得到的结果。发现不仅在数值上结果是一致的，而且通过拟合声子群速度将平衡态数据转换为长度依赖关系，也可以与非平衡态数据很好的重合。因此，基于平衡态和非平衡态两种方法应用GPUMD程序模拟计算的锗烯热导率都是有效且等价的。
利用平衡态和非平衡态分子动力学模拟的方法计算了锗烯的热导率。首先，应用平衡态方法模拟了锗烯的热导率并进一步计算了热导率分解的各个分量。与石墨烯不同，锗烯热导率较小且 分量占主导。其次，应用非平衡态方法模拟计算了一系列长度的锗烯热导率，通过拟合得到不依赖长度的收敛热导率。最后，比较平衡态和非平衡态两种模拟方法得到的结果。发现不仅在数值上结果是一致的，而且通过拟合声子群速度将平衡态数据转换为长度依赖关系，也可以与非平衡态数据很好的重合。因此，基于平衡态和非平衡态两种方法应用GPUMD程序模拟计算的锗烯热导率都是有效且等价的。
2019, 48(12):3997-4003.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190514
摘要:
采用MOCVD工艺在微米级Ni0.4Zn0.2Mn0.4Ce0.06Fe1.94O4(NZMCF)表面原位生长了纳米级羰基铁(CI)壳层,通过控制沉积温度,调控核壳形貌和吸波性能,得到了具有核壳结构的NZMCF -CI复合吸波剂,利用XRD、SEM、EDS及VNA等分析手段,重点研究了沉积温度对NZMCF -CI核壳粉体微观形貌、晶体结构、电磁参数及吸波性能的影响。结果表明：通过调节沉积温度,可以有效调控核壳粉体的形貌,进而调控吸波性能。沉积温度为220 ℃,NZMCF-CI核壳粉体具有最佳的形貌及吸波性能。利用测得的同轴环样品的电磁参数,计算出NZMCF -CI涂层在厚度为1.8 mm时,反射率最小值为-39.9 dB,小于-10 dB的吸波带宽为14.2 GHz(3.8~18 GHz)。涂层厚度为0.8~2.6mm时,在3.2~ 18 GHz均能实现最小反射率低于-20 dB,在2.5~18 GHz均能实现最小反射率低于-10 dB。仅需要调整厚度,即可以实现2~18 GHz内良好的吸波效果。
采用MOCVD工艺在微米级Ni0.4Zn0.2Mn0.4Ce0.06Fe1.94O4(NZMCF)表面原位生长了纳米级羰基铁(CI)壳层,通过控制沉积温度,调控核壳形貌和吸波性能,得到了具有核壳结构的NZMCF -CI复合吸波剂,利用XRD、SEM、EDS及VNA等分析手段,重点研究了沉积温度对NZMCF -CI核壳粉体微观形貌、晶体结构、电磁参数及吸波性能的影响。结果表明：通过调节沉积温度,可以有效调控核壳粉体的形貌,进而调控吸波性能。沉积温度为220 ℃,NZMCF-CI核壳粉体具有最佳的形貌及吸波性能。利用测得的同轴环样品的电磁参数,计算出NZMCF -CI涂层在厚度为1.8 mm时,反射率最小值为-39.9 dB,小于-10 dB的吸波带宽为14.2 GHz(3.8~18 GHz)。涂层厚度为0.8~2.6mm时,在3.2~ 18 GHz均能实现最小反射率低于-20 dB,在2.5~18 GHz均能实现最小反射率低于-10 dB。仅需要调整厚度,即可以实现2~18 GHz内良好的吸波效果。
2019, 48(12):4004-4009.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181025
摘要:
本文采用机械合金化工艺制备了两种不同形貌特征的高熵合金（Al0.25Cu0.75FeCoNi）颗粒，一种为椭球状颗粒（平均粒径为53μm，无过程控制剂）；另一种为片状颗粒（平均粒径15μm，有过程控制剂）。采用挤压铸造工艺制备了低体积分数（颗粒含量为5 vol.%）的高熵合金颗粒增强铸造铝合金材料，重点分析了不同增强相形貌对复合材料的组织和力学性能的影响规律。结果表明：在复合材料预制块制备过程中，椭球状高熵合金粉体与铝粉容易混合均匀，而片状高熵合金粉体之间易发生团聚。椭球状颗粒与片状颗粒增强的复合材料的抗拉强度分别达到162MPa和174MPa，比铸铝合金实验基体分别提升了12.5%和 20.8%，但伸长率较铸铝合金基体却发生了明显下降。断口分析表明，椭球状颗粒增强复合材料的断裂以基体的撕裂为主；而片状颗粒增强复合材料则以团聚颗粒的破裂为主。
本文采用机械合金化工艺制备了两种不同形貌特征的高熵合金（Al0.25Cu0.75FeCoNi）颗粒，一种为椭球状颗粒（平均粒径为53μm，无过程控制剂）；另一种为片状颗粒（平均粒径15μm，有过程控制剂）。采用挤压铸造工艺制备了低体积分数（颗粒含量为5 vol.%）的高熵合金颗粒增强铸造铝合金材料，重点分析了不同增强相形貌对复合材料的组织和力学性能的影响规律。结果表明：在复合材料预制块制备过程中，椭球状高熵合金粉体与铝粉容易混合均匀，而片状高熵合金粉体之间易发生团聚。椭球状颗粒与片状颗粒增强的复合材料的抗拉强度分别达到162MPa和174MPa，比铸铝合金实验基体分别提升了12.5%和 20.8%，但伸长率较铸铝合金基体却发生了明显下降。断口分析表明，椭球状颗粒增强复合材料的断裂以基体的撕裂为主；而片状颗粒增强复合材料则以团聚颗粒的破裂为主。
2019, 48(12):4010-4015.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180969
摘要:
碳纤维增强铝基复合材料因具备碳纤维与铝的优良性能,高比强度、比模量,良好的热稳定性及性能与功能的可设计性等特点,在光机结构、航空航天结构件等方面具有广阔的应用前景。为了改善碳纤维与铝基体的界面润湿性能和抑制基体与纤维的界面反应,需要在碳纤维表面沉积铜界面层。本文通过对传统电镀装置的改进,采用了超声振荡分散的电镀装置在碳纤维表面沉积了铜界面层,通过对电镀前碳纤维的预处理、电镀液成分的优选调配,解决了碳纤维铜界面层沉积过程中因纤维束丝难以分散而出现的“夹心”问题(束丝内部纤维难以沉积或不能均匀沉积)；在此基础上,详细研究了电镀液添加剂、电镀液PH值、电镀时间等工艺参数对铜界面层的微观结构、铜界面层质量及影响机制,为制备碳纤维增强铝基复合材料提供了一定的技术支持。
碳纤维增强铝基复合材料因具备碳纤维与铝的优良性能,高比强度、比模量,良好的热稳定性及性能与功能的可设计性等特点,在光机结构、航空航天结构件等方面具有广阔的应用前景。为了改善碳纤维与铝基体的界面润湿性能和抑制基体与纤维的界面反应,需要在碳纤维表面沉积铜界面层。本文通过对传统电镀装置的改进,采用了超声振荡分散的电镀装置在碳纤维表面沉积了铜界面层,通过对电镀前碳纤维的预处理、电镀液成分的优选调配,解决了碳纤维铜界面层沉积过程中因纤维束丝难以分散而出现的“夹心”问题(束丝内部纤维难以沉积或不能均匀沉积)；在此基础上,详细研究了电镀液添加剂、电镀液PH值、电镀时间等工艺参数对铜界面层的微观结构、铜界面层质量及影响机制,为制备碳纤维增强铝基复合材料提供了一定的技术支持。
2019, 48(12):4016-4025.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180839
摘要:
本文主要研究在Mg-0.2Zn-0.1Mn中添加微量的Sr后，Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr（x=0.1、0.2、0.3）合金显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的变化。显微组织观察结果表明随着Sr含量增加，晶粒尺寸明显降低；Mg17Sr2相在镁基体中呈颗粒状均匀弥散分布，且Mg17Sr2相体积随着Sr含量增加而长大。室温拉伸试验结果表明微量的Sr能够提高镁合金的抗拉强度和屈服强度，但延伸率却表现出下降的趋势。通过Kokubo模拟体液中的浸泡实验了解镁合金的降解行为。失重实验测得Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr (x=0，0.1，0.2，0.3)腐蚀速率为：6.85、6.01、6.80和7.52mm/a。微量Sr的添加能够提高镁合金的耐腐蚀性能；但随着Sr含量增加，镁合金更容易产生点蚀和晶间腐蚀，反而使镁合金耐腐蚀性能出现降低。这是因为添加微量Sr后镁合金晶粒细化，细小而弥散分布的Mg17Sr2相有助于腐蚀产物膜沉积形成对基体的保护，使得镁合金更耐蚀。而过大的Mg17Sr2相会加剧局部的微电偶腐蚀，破坏腐蚀产物膜，降低镁合金的耐腐蚀性能。结果表明Mg-0.2Zn-0.1Mn-0.1Sr具有最佳的力学性能和耐腐蚀性能配比。
本文主要研究在Mg-0.2Zn-0.1Mn中添加微量的Sr后，Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr（x=0.1、0.2、0.3）合金显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的变化。显微组织观察结果表明随着Sr含量增加，晶粒尺寸明显降低；Mg17Sr2相在镁基体中呈颗粒状均匀弥散分布，且Mg17Sr2相体积随着Sr含量增加而长大。室温拉伸试验结果表明微量的Sr能够提高镁合金的抗拉强度和屈服强度，但延伸率却表现出下降的趋势。通过Kokubo模拟体液中的浸泡实验了解镁合金的降解行为。失重实验测得Mg-0.2Zn-0.1Mn-xSr (x=0，0.1，0.2，0.3)腐蚀速率为：6.85、6.01、6.80和7.52mm/a。微量Sr的添加能够提高镁合金的耐腐蚀性能；但随着Sr含量增加，镁合金更容易产生点蚀和晶间腐蚀，反而使镁合金耐腐蚀性能出现降低。这是因为添加微量Sr后镁合金晶粒细化，细小而弥散分布的Mg17Sr2相有助于腐蚀产物膜沉积形成对基体的保护，使得镁合金更耐蚀。而过大的Mg17Sr2相会加剧局部的微电偶腐蚀，破坏腐蚀产物膜，降低镁合金的耐腐蚀性能。结果表明Mg-0.2Zn-0.1Mn-0.1Sr具有最佳的力学性能和耐腐蚀性能配比。
2019, 48(12):4026-4034.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190306
摘要:
脉冲电子束焊接是指将电子束流调制成脉冲方波的形式进行焊接的一种先进技术。脉冲束流能提高被焊金属蒸发率，从而提高焊接效率、增加焊缝深宽比。本文采用常规直流电子束和不同频率脉冲电子束对1.2 mm薄板TC4钛合金进行了焊接工艺试验，并对接头进行了微观组织与力学性能检测。结果表明：脉冲电子束焊接能够形成无熔合缺陷的焊缝，随着频率的增加，焊缝咬边和背面余高减小，表面成形得到改善；由于焊接热循环变化，脉冲束流可加快熔池冷却速度，细化组织晶粒；直流和脉冲电子束焊接接头拉伸时均断裂在母材区，拉伸强度不低于母材；高频脉冲电子束可提升焊接接头塑性和焊缝区、热影响区的显微硬度，频率为10 kHz时，焊接接头的断后伸长率可达14.9%，约为母材的80%，焊缝区和热影响区的显微硬度分别为375 HV和368 HV。
脉冲电子束焊接是指将电子束流调制成脉冲方波的形式进行焊接的一种先进技术。脉冲束流能提高被焊金属蒸发率，从而提高焊接效率、增加焊缝深宽比。本文采用常规直流电子束和不同频率脉冲电子束对1.2 mm薄板TC4钛合金进行了焊接工艺试验，并对接头进行了微观组织与力学性能检测。结果表明：脉冲电子束焊接能够形成无熔合缺陷的焊缝，随着频率的增加，焊缝咬边和背面余高减小，表面成形得到改善；由于焊接热循环变化，脉冲束流可加快熔池冷却速度，细化组织晶粒；直流和脉冲电子束焊接接头拉伸时均断裂在母材区，拉伸强度不低于母材；高频脉冲电子束可提升焊接接头塑性和焊缝区、热影响区的显微硬度，频率为10 kHz时，焊接接头的断后伸长率可达14.9%，约为母材的80%，焊缝区和热影响区的显微硬度分别为375 HV和368 HV。
2019, 48(12):4035-4038.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190492
摘要:
中国科学院近代物理研究所自主研制运行于45GHz的第四代高电荷态ECR超导离子源,该离子源磁体的核心之一是Nb3Sn六极线圈。为了测试单体六极线圈经过绕制、热处理、环氧浸渍等一系列工艺过程后,电磁性能是否达到设计指标,设计了能够一定程度上模拟六极磁场及其应力分布的Mirror测试结构。由于Mirror结构在室温装配过程中采用Bladder-Key技术对六极线圈施加预应力,为了能够模拟从室温装配到冷却降温的操作流程、验证Ansys有限元仿真方法与实验结果的一致性,依据六极线圈外形尺寸加工了一个模拟线圈。实验结果表明,铝壳和模拟线圈中心处的应变与Ansys仿真计算结果基本一致,最大误差均在10%以内,验证了结构设计的合理性和仿真结果的可信性。
中国科学院近代物理研究所自主研制运行于45GHz的第四代高电荷态ECR超导离子源,该离子源磁体的核心之一是Nb3Sn六极线圈。为了测试单体六极线圈经过绕制、热处理、环氧浸渍等一系列工艺过程后,电磁性能是否达到设计指标,设计了能够一定程度上模拟六极磁场及其应力分布的Mirror测试结构。由于Mirror结构在室温装配过程中采用Bladder-Key技术对六极线圈施加预应力,为了能够模拟从室温装配到冷却降温的操作流程、验证Ansys有限元仿真方法与实验结果的一致性,依据六极线圈外形尺寸加工了一个模拟线圈。实验结果表明,铝壳和模拟线圈中心处的应变与Ansys仿真计算结果基本一致,最大误差均在10%以内,验证了结构设计的合理性和仿真结果的可信性。
2019, 48(12):4039-4045.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180853
摘要:
采用电炉熔炼制备了不同Ga含量的Al-Mg-Ga-Sn合金。通过光学显微镜(OM) 、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其显微组织的形貌和成分进行了表征；在30℃、40℃、70℃、90℃的纯水中进行降解速率的测定；采用电化学工作站测试了室温电化学性能。结果表明：Al-Mg-Ga-Sn合金在Mg+Sn为定值10wt.%的情况下,Ga含量分别为0 wt.%、4 wt.%、8 wt.%、12 wt.%、16 wt.%时,合金组织均有铝基体相和Mg<sub>2</sub>Sn相,且随着Ga含量的增加合金组织中出现了Ga<sub>5</sub>Mg<sub>2</sub>相。Al-Mg-Ga-Sn合金的降解性特点是主要由铝基体相中点蚀开启,由Mg<sub>2</sub>Sn和Ga<sub>5</sub>Mg<sub>2</sub>化合物相的晶间腐蚀加速；不同Ga含量合金的起始降解温度由固溶于铝基体中的低熔点元素(Ga+Sn)的含量决定；相同Ga含量的合金随温度升高降解速率加快,降解反应动力学遵从阿伦尼乌斯公式。室温电化学分析表明：Al-Mg-Ga-Sn合金随Ga含量增加,腐蚀电位不同程度地负移,腐蚀电流逐渐增大。
采用电炉熔炼制备了不同Ga含量的Al-Mg-Ga-Sn合金。通过光学显微镜(OM) 、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其显微组织的形貌和成分进行了表征；在30℃、40℃、70℃、90℃的纯水中进行降解速率的测定；采用电化学工作站测试了室温电化学性能。结果表明：Al-Mg-Ga-Sn合金在Mg+Sn为定值10wt.%的情况下,Ga含量分别为0 wt.%、4 wt.%、8 wt.%、12 wt.%、16 wt.%时,合金组织均有铝基体相和Mg<sub>2</sub>Sn相,且随着Ga含量的增加合金组织中出现了Ga<sub>5</sub>Mg<sub>2</sub>相。Al-Mg-Ga-Sn合金的降解性特点是主要由铝基体相中点蚀开启,由Mg<sub>2</sub>Sn和Ga<sub>5</sub>Mg<sub>2</sub>化合物相的晶间腐蚀加速；不同Ga含量合金的起始降解温度由固溶于铝基体中的低熔点元素(Ga+Sn)的含量决定；相同Ga含量的合金随温度升高降解速率加快,降解反应动力学遵从阿伦尼乌斯公式。室温电化学分析表明：Al-Mg-Ga-Sn合金随Ga含量增加,腐蚀电位不同程度地负移,腐蚀电流逐渐增大。
2019, 48(12):4046-4052.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180867
摘要:
采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响,结合错配度理论、位错密度的变化规律讨论了合金晶粒细化的机理,并从细晶强化和析出强化等方面阐述了合金强化机制。研究发现Mg-13Gd-0.5Zr合金的组成相主要有α-Mg、Mg<sub>5</sub>Gd,Nd的加入在合金中形成了新相Mg<sub>41</sub>Nd<sub>5</sub>,并细化了合金晶粒。Nd的加入显著提高了Mg-13Gd-0.5Zr合金的室温和高温力学性能,当Nd的添加量为2%时,合金在室温和高温下的力学性能达到最大值279(室温)、319 MPa(250 ℃),合金力学性能的提高主要归因于Mg<sub>5</sub>Gd和Mg<sub>41</sub>Nd<sub>5</sub>相的析出强化和细晶强化的双重效果。Mg-13Gd-2Nd-0.5Zr合金在不同温度下的断裂方式主要以脆性断裂为主,随着拉伸温度的升高并由脆性断裂向韧性断裂转变。
采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响,结合错配度理论、位错密度的变化规律讨论了合金晶粒细化的机理,并从细晶强化和析出强化等方面阐述了合金强化机制。研究发现Mg-13Gd-0.5Zr合金的组成相主要有α-Mg、Mg<sub>5</sub>Gd,Nd的加入在合金中形成了新相Mg<sub>41</sub>Nd<sub>5</sub>,并细化了合金晶粒。Nd的加入显著提高了Mg-13Gd-0.5Zr合金的室温和高温力学性能,当Nd的添加量为2%时,合金在室温和高温下的力学性能达到最大值279(室温)、319 MPa(250 ℃),合金力学性能的提高主要归因于Mg<sub>5</sub>Gd和Mg<sub>41</sub>Nd<sub>5</sub>相的析出强化和细晶强化的双重效果。Mg-13Gd-2Nd-0.5Zr合金在不同温度下的断裂方式主要以脆性断裂为主,随着拉伸温度的升高并由脆性断裂向韧性断裂转变。
2019, 48(12):4053-4059.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180918
摘要:
以工业化电子束冷床炉（EB炉）熔炼的TC4钛合金扁锭为研究对象，对其进行热轧变形，研究单向和换向热轧工艺对TC4钛合金板材显微组织与力学性能的影响。结果表明：TC4钛合金扁锭显微组织为魏氏组织，经过热轧塑性变形后，晶界已充分破碎，α相集束发生扭折、变形和破碎，且纵横交错分布，呈网篮状。随着热轧换向次数的增加，片状α相纵横交错越明显，降低了其在轧向和横向的各向异性，换向二次热轧的板材综合性能最优。TC4钛合金的断裂转变形式为单向热轧RD方向的韧性断裂、TD方向的韧性+准解理混合型断裂→换向一次热轧RD方向的韧+脆混合型断裂、TD方向的韧性+准解理混合型断裂→换向两次热轧的韧性断裂。热轧板材主要是α-Ti和β-Ti的基体相。单向热轧板材的晶粒在<0001>方向存在择优取向；换向一次热轧板材的晶粒取向主要介于<0001>和<"1" ?2"1" ?0>晶向之间；换向二次热轧板材晶粒取向向<01"1" ?0>方向移动，其晶粒取向介于<0001>和<01"1" ?0>方向之间。
以工业化电子束冷床炉（EB炉）熔炼的TC4钛合金扁锭为研究对象，对其进行热轧变形，研究单向和换向热轧工艺对TC4钛合金板材显微组织与力学性能的影响。结果表明：TC4钛合金扁锭显微组织为魏氏组织，经过热轧塑性变形后，晶界已充分破碎，α相集束发生扭折、变形和破碎，且纵横交错分布，呈网篮状。随着热轧换向次数的增加，片状α相纵横交错越明显，降低了其在轧向和横向的各向异性，换向二次热轧的板材综合性能最优。TC4钛合金的断裂转变形式为单向热轧RD方向的韧性断裂、TD方向的韧性+准解理混合型断裂→换向一次热轧RD方向的韧+脆混合型断裂、TD方向的韧性+准解理混合型断裂→换向两次热轧的韧性断裂。热轧板材主要是α-Ti和β-Ti的基体相。单向热轧板材的晶粒在<0001>方向存在择优取向；换向一次热轧板材的晶粒取向主要介于<0001>和<"1" ?2"1" ?0>晶向之间；换向二次热轧板材晶粒取向向<01"1" ?0>方向移动，其晶粒取向介于<0001>和<01"1" ?0>方向之间。
2019, 48(12):4060-4067.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180928
摘要:
利用半导体激光器在氮气气氛中对钛合金表面进行氮化,为了研究线能量,激光功率和扫描速度对Ti-6Al-4V合金氮化层表面成形,熔池几何形貌,熔宽,熔深及成形系数的影响,采用光镜,扫描电镜拍摄氮化层表面成形及其横截面形貌,用显微硬度计测量氮化层硬度值。结果表明氮化层表面形貌由表面光滑和表面粗糙型两种区域组成。熔池表面温度较低时,增加激光束与基材的相互作用时间,对表面成形影响不大。相同线能量下随激光功率增大,氮化层熔深熔宽均呈增大趋势,成形系数减小；当激光功率相同时,随扫描速度减小,熔深熔宽均呈增大趋势,成形系数减小；成形系数很小时氮化层会产生沿纵向分布的裂纹。对流形式及强弱导致形成不同的界面形态,如：半球形界面,指状界面和W形界面等,而且熔合界面会发生多次弯曲。
利用半导体激光器在氮气气氛中对钛合金表面进行氮化,为了研究线能量,激光功率和扫描速度对Ti-6Al-4V合金氮化层表面成形,熔池几何形貌,熔宽,熔深及成形系数的影响,采用光镜,扫描电镜拍摄氮化层表面成形及其横截面形貌,用显微硬度计测量氮化层硬度值。结果表明氮化层表面形貌由表面光滑和表面粗糙型两种区域组成。熔池表面温度较低时,增加激光束与基材的相互作用时间,对表面成形影响不大。相同线能量下随激光功率增大,氮化层熔深熔宽均呈增大趋势,成形系数减小；当激光功率相同时,随扫描速度减小,熔深熔宽均呈增大趋势,成形系数减小；成形系数很小时氮化层会产生沿纵向分布的裂纹。对流形式及强弱导致形成不同的界面形态,如：半球形界面,指状界面和W形界面等,而且熔合界面会发生多次弯曲。
2019, 48(12):4068-4073.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180953
摘要:
对机械合金化+热压制备的Cr-12Nb-4.4Ni合金在1200℃下分别热暴露30，50，100h，研究了热暴露不同时间后合金的组织和性能的变化。结果表明：合金由Cr固溶体和NbCr2构成，Ni主要存在于NbCr2中，热暴露过程中物相稳定；随着热暴露时间的延长，合金中Cr固溶体颗粒长大而NbCr2颗粒尺寸变化不大，Ni优先取代Cr的位置，松弛了NbCr2结构，Cr/NbCr2两相界面处压应力的增加，促进了Cr固溶体中位错的出现和NbCr2颗粒中层错/孪晶密度的增加。随着热暴露时间的延长，合金的室温压缩强度，屈服强度和塑性应变虽略有降低，但仍能保持较高的强度和良好的塑性，热暴露100h后，其压缩强度，屈服强度和塑性应变仍有2170MPa，1406MPa和9.5%。Cr-12Nb-4.4Ni合金热暴露100h后仍具有良好的断裂韧性。
对机械合金化+热压制备的Cr-12Nb-4.4Ni合金在1200℃下分别热暴露30，50，100h，研究了热暴露不同时间后合金的组织和性能的变化。结果表明：合金由Cr固溶体和NbCr2构成，Ni主要存在于NbCr2中，热暴露过程中物相稳定；随着热暴露时间的延长，合金中Cr固溶体颗粒长大而NbCr2颗粒尺寸变化不大，Ni优先取代Cr的位置，松弛了NbCr2结构，Cr/NbCr2两相界面处压应力的增加，促进了Cr固溶体中位错的出现和NbCr2颗粒中层错/孪晶密度的增加。随着热暴露时间的延长，合金的室温压缩强度，屈服强度和塑性应变虽略有降低，但仍能保持较高的强度和良好的塑性，热暴露100h后，其压缩强度，屈服强度和塑性应变仍有2170MPa，1406MPa和9.5%。Cr-12Nb-4.4Ni合金热暴露100h后仍具有良好的断裂韧性。
2019, 48(12):4074-4080.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180993
摘要:
通过工艺试验及组织性能分析，研究了变形温度、道次和减薄率、进给比对大长径比铝合金异形件旋压成形的影响，优化的特征旋压温度为370~420 ℃、变形道次为10~12道次、道次减薄率为20~25 %、总减薄率为35~50 %、普旋进给比为2.0~2.5 mm/r、强旋进给比为1.3~1.8 mm/r。采用上述工艺实现了大长径比异形旋压件经历1次装卡由板材直接成形，大幅提升了生产效率，同时满足构件“控形”和“控性”要求，其壁厚差≤0.2 mm，内型面与理论型面单边间隙≤0.1 mm，旋压变形后抗拉强度和延伸率基本不变、而屈服强度提高10.1 %。
通过工艺试验及组织性能分析，研究了变形温度、道次和减薄率、进给比对大长径比铝合金异形件旋压成形的影响，优化的特征旋压温度为370~420 ℃、变形道次为10~12道次、道次减薄率为20~25 %、总减薄率为35~50 %、普旋进给比为2.0~2.5 mm/r、强旋进给比为1.3~1.8 mm/r。采用上述工艺实现了大长径比异形旋压件经历1次装卡由板材直接成形，大幅提升了生产效率，同时满足构件“控形”和“控性”要求，其壁厚差≤0.2 mm，内型面与理论型面单边间隙≤0.1 mm，旋压变形后抗拉强度和延伸率基本不变、而屈服强度提高10.1 %。
2019, 48(12):4081-4081.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181006
摘要:
近年来,由于超声波独特的理化效应,在焊接过程中被广泛采用,在电阻钎焊过程中施加超声波能获得优质接头,但对于其机理还鲜有研究。本研究采用超声辅助电阻钎焊方法实现Zn-2Al钎料与6063铝合金的连接,研究了声场及电场对接头微观组织演变的影响。结果表明,钎焊过程中施加超声振动能够有效促进钎料与母材形成有效连接,减少缺陷从而形成良好冶金性结合的钎焊接头,且钎缝层微观组织更加均匀细小。另外,超声功率和电流强度均对钎焊过程的溶蚀有显著影响,随着超声功率,母材的溶蚀加剧,钎缝中Al含量增加,共析α-Al相增多；而随着电流的增大,初晶α-Al相增多。
近年来,由于超声波独特的理化效应,在焊接过程中被广泛采用,在电阻钎焊过程中施加超声波能获得优质接头,但对于其机理还鲜有研究。本研究采用超声辅助电阻钎焊方法实现Zn-2Al钎料与6063铝合金的连接,研究了声场及电场对接头微观组织演变的影响。结果表明,钎焊过程中施加超声振动能够有效促进钎料与母材形成有效连接,减少缺陷从而形成良好冶金性结合的钎焊接头,且钎缝层微观组织更加均匀细小。另外,超声功率和电流强度均对钎焊过程的溶蚀有显著影响,随着超声功率,母材的溶蚀加剧,钎缝中Al含量增加,共析α-Al相增多；而随着电流的增大,初晶α-Al相增多。
2019, 48(12):4088-4092.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181031
摘要:
将PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)与Bi0.5Sb1.5Te3粉末混合烘干,在液氮下研磨成粉,将粉末经过热压工艺致密化,获得复合热电材料。通过XRD和FESEM表征其相结构和微观形貌,对该样品的电传输性能和热传输性能进行测试,结果表明：在75℃时,质量比90%的Bi0.5Sb1.5Te3复合PEDOT:PSS样品ZT值为0.1,比纯PEDOT:PSS样品高出40倍；复合材料样品Seebeck系数随着Bi0.5Sb1.5Te3的增加大幅提升,无机相连续分布是提高复合材料Seebeck系数的关键。
将PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)与Bi0.5Sb1.5Te3粉末混合烘干,在液氮下研磨成粉,将粉末经过热压工艺致密化,获得复合热电材料。通过XRD和FESEM表征其相结构和微观形貌,对该样品的电传输性能和热传输性能进行测试,结果表明：在75℃时,质量比90%的Bi0.5Sb1.5Te3复合PEDOT:PSS样品ZT值为0.1,比纯PEDOT:PSS样品高出40倍；复合材料样品Seebeck系数随着Bi0.5Sb1.5Te3的增加大幅提升,无机相连续分布是提高复合材料Seebeck系数的关键。
2019, 48(12):4093-4100.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180930
摘要:
利用扫描电子显微镜、金相显微镜等研究了氩气雾化制粉(Argon Atomization，AA )+热等静压(Hot Isothermal Pressing ，HIP)的FGH97合金显微组织、夹杂物、原始颗粒边界（Prior Particle Boundary，PPB）、热诱导孔洞（Thermally induced porosity，TIP）等冶金缺陷，统计分析了室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能及650℃低周疲劳寿命。试验结果表明：AA + HIP +热处理制备的FGH97材料晶粒度为ASTM8-9级，未发现连续网状的PPB，存在极少量的TIP。晶内γ′多数为正方形，尺寸约为200nm，晶界γ′为1.5～2 μm的长方形，未见粗大γ′相及粗大碳化物。650℃/980MPa 持久时间均值449 h。650℃低周疲劳寿命最大值258909周次，均值达到190014周次。室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能以及650℃低周疲劳寿命均满足FGH97合金技术要求。
利用扫描电子显微镜、金相显微镜等研究了氩气雾化制粉(Argon Atomization，AA )+热等静压(Hot Isothermal Pressing ，HIP)的FGH97合金显微组织、夹杂物、原始颗粒边界（Prior Particle Boundary，PPB）、热诱导孔洞（Thermally induced porosity，TIP）等冶金缺陷，统计分析了室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能及650℃低周疲劳寿命。试验结果表明：AA + HIP +热处理制备的FGH97材料晶粒度为ASTM8-9级，未发现连续网状的PPB，存在极少量的TIP。晶内γ′多数为正方形，尺寸约为200nm，晶界γ′为1.5～2 μm的长方形，未见粗大γ′相及粗大碳化物。650℃/980MPa 持久时间均值449 h。650℃低周疲劳寿命最大值258909周次，均值达到190014周次。室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能以及650℃低周疲劳寿命均满足FGH97合金技术要求。
2019, 48(12):4101-4105.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20180861
摘要:
本文以雾化法制备的Ti-45Al-8Nb (at.%) 预合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺技术(SPS)制备了Ti-45Al-8Nb合金,研究了不同烧结温度对合金显微组织及力学性能的影响规律。实验结果表明,在烧结温度范围内(1250℃、1275℃、1300℃),合金均为全片层组织,并具有高抗压强度和压缩率。随着烧结温度的提高,合金中γ相含量升高,α<sub>2</sub>相含量下降。1250℃放电等离子烧结时,合金中并未出现B2相,随着烧结温度的升高,合金中的B2相主要由晶界析出,并呈增多的趋势。分析表明,主要是由于放电等离子烧结过程中使得粉末间产生局部高温形成液相,其后的快速凝固导致高温β相来不及转变而形成的B2相残留。合金总体表现出随着烧结温度的升高,合金的强度和塑性性能下降的趋势。SPS烧结温度为1250℃时,抗压强度和压缩率最佳,分别为2084.20MPa和33.10%。合金SPS烧结温度为1250℃和1275℃时,断裂模式主要为沿片层断裂和穿片层断裂混合方式。SPS烧结温度为1300℃时,断裂则主要以沿片层断裂为主。
本文以雾化法制备的Ti-45Al-8Nb (at.%) 预合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺技术(SPS)制备了Ti-45Al-8Nb合金,研究了不同烧结温度对合金显微组织及力学性能的影响规律。实验结果表明,在烧结温度范围内(1250℃、1275℃、1300℃),合金均为全片层组织,并具有高抗压强度和压缩率。随着烧结温度的提高,合金中γ相含量升高,α<sub>2</sub>相含量下降。1250℃放电等离子烧结时,合金中并未出现B2相,随着烧结温度的升高,合金中的B2相主要由晶界析出,并呈增多的趋势。分析表明,主要是由于放电等离子烧结过程中使得粉末间产生局部高温形成液相,其后的快速凝固导致高温β相来不及转变而形成的B2相残留。合金总体表现出随着烧结温度的升高,合金的强度和塑性性能下降的趋势。SPS烧结温度为1250℃时,抗压强度和压缩率最佳,分别为2084.20MPa和33.10%。合金SPS烧结温度为1250℃和1275℃时,断裂模式主要为沿片层断裂和穿片层断裂混合方式。SPS烧结温度为1300℃时,断裂则主要以沿片层断裂为主。
2019, 48(12):4106-4112.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190237
摘要:
采用粉末冶金法对不同球磨时间的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金机械合金化粉末塑变行为，热压烧结材料的微观组织结构和力学行为进行了研究。研究结果表明：塑性良好的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V粉末随着球磨时间增加首先变形为大尺寸的片状、后经持续的加工硬化破碎成絮状；热压烧结能够制备微观组织可控晶粒细化的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金，合金由单一的Nbss相构成，Ti、Al、Cr、V元素固溶引起Nb晶格尺寸减小0.0685 ?；随着球磨时间增加合金晶粒明显细化进而显著提高了合金的维氏硬度和室温压缩强度，其变化符合材料硬度和强度的Hall-Petch规律。粉末冶金制备Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金的各项力学性能明显优于熔铸法制备合金。
采用粉末冶金法对不同球磨时间的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金机械合金化粉末塑变行为，热压烧结材料的微观组织结构和力学行为进行了研究。研究结果表明：塑性良好的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V粉末随着球磨时间增加首先变形为大尺寸的片状、后经持续的加工硬化破碎成絮状；热压烧结能够制备微观组织可控晶粒细化的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金，合金由单一的Nbss相构成，Ti、Al、Cr、V元素固溶引起Nb晶格尺寸减小0.0685 ?；随着球磨时间增加合金晶粒明显细化进而显著提高了合金的维氏硬度和室温压缩强度，其变化符合材料硬度和强度的Hall-Petch规律。粉末冶金制备Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金的各项力学性能明显优于熔铸法制备合金。
2019, 48(12):4113-4118.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20190255
摘要:
本文以高均匀性Nb47Ti合金棒和高纯无氧铜为原材料，制备了铜比1.3，630芯的NbTi/Cu超导线。提出了一种新型时效热处理工艺“短时预时效热处理+高温长时间时效热处理”，即“405℃/3h + 405℃/3h + 420℃/20h + 420℃/40h + 420℃/80h”工艺，该工艺可显著提高NbTi超导线材的临界电流密度，较普通热处理艺线材提高近17.5%，最高可以达到3208A/mm2。足够的预时效次数（2次）才能使基体中析出足够多的α形核数量，进而才能在较大的最终应变下显著提高临界电流密度。此外，在4.64，5.35，6.25三种预应变条件之下，临界电流密度达到峰值的最终应变都集中在5.0~5.2之间，即，必须将最终应变控制在5.0~5.2。该新型工艺已经应用于大批量生产中，线材各种性能稳定，得到客户的一致认可。
本文以高均匀性Nb47Ti合金棒和高纯无氧铜为原材料，制备了铜比1.3，630芯的NbTi/Cu超导线。提出了一种新型时效热处理工艺“短时预时效热处理+高温长时间时效热处理”，即“405℃/3h + 405℃/3h + 420℃/20h + 420℃/40h + 420℃/80h”工艺，该工艺可显著提高NbTi超导线材的临界电流密度，较普通热处理艺线材提高近17.5%，最高可以达到3208A/mm2。足够的预时效次数（2次）才能使基体中析出足够多的α形核数量，进而才能在较大的最终应变下显著提高临界电流密度。此外，在4.64，5.35，6.25三种预应变条件之下，临界电流密度达到峰值的最终应变都集中在5.0~5.2之间，即，必须将最终应变控制在5.0~5.2。该新型工艺已经应用于大批量生产中，线材各种性能稳定，得到客户的一致认可。
2019, 48(12):4119-4130.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181101
摘要:
NiTi形状记忆合金卓越的功能特性，生物相容性，高阻尼及低刚度，耐腐蚀等性能，深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难，成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术，能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构，在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比；激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响；及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。
NiTi形状记忆合金卓越的功能特性，生物相容性，高阻尼及低刚度，耐腐蚀等性能，深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难，成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术，能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构，在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比；激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响；及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。
2019, 48(12):4131-4140.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20181134
摘要:
材料基因组工程理念的提出,引起了国内外材料领域研究人员的广泛关注。作为材料基因工程的重要组成部分,材料高通量制备与表征技术成为研究的重点。采用高通量制备和高通量表征分析技术能显著提高材料的研发速度。本文简述了材料基因工程的相关理念,介绍了一系列具有代表性的材料高通量制备与表征技术,综述了其研究进展,并讨论了其发展趋势,以期为发展高通量制备与表征技术提供新思路,为进一步发展材料基因工程技术提供参考。
材料基因组工程理念的提出,引起了国内外材料领域研究人员的广泛关注。作为材料基因工程的重要组成部分,材料高通量制备与表征技术成为研究的重点。采用高通量制备和高通量表征分析技术能显著提高材料的研发速度。本文简述了材料基因工程的相关理念,介绍了一系列具有代表性的材料高通量制备与表征技术,综述了其研究进展,并讨论了其发展趋势,以期为发展高通量制备与表征技术提供新思路,为进一步发展材料基因工程技术提供参考。
