2022年第51卷第10期文章目次
2022, 51(10):3533-3541.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210889
摘要:
采用OM、SEM、EBSD、TEM等方法研究了第3代单晶高温合金DD9雀斑铸态、热处理态组织及化学成分特征。结果表明：雀斑是由取向杂乱、细小的等轴晶粒组成，通常平行于晶体生长方向，呈链状分布在铸件的表面，其深度与宽度为400~800 μm；雀斑区域含有大量γ/γ'共晶，且出现一定量的MC、M6C型碳化物和疏松。热处理后雀斑区域等轴晶粒边界出现大尺寸γ'相及颗粒状的M6C相。雀斑区域含有较多Ta、Al等元素，而Re、W等元素含量较少，雀斑区域成分更加接近枝晶间成分。
采用OM、SEM、EBSD、TEM等方法研究了第3代单晶高温合金DD9雀斑铸态、热处理态组织及化学成分特征。结果表明：雀斑是由取向杂乱、细小的等轴晶粒组成，通常平行于晶体生长方向，呈链状分布在铸件的表面，其深度与宽度为400~800 μm；雀斑区域含有大量γ/γ'共晶，且出现一定量的MC、M6C型碳化物和疏松。热处理后雀斑区域等轴晶粒边界出现大尺寸γ'相及颗粒状的M6C相。雀斑区域含有较多Ta、Al等元素，而Re、W等元素含量较少，雀斑区域成分更加接近枝晶间成分。
2022, 51(10):3542-3546.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220197
摘要:
在定向凝固炉中制备了［001］、［011］和［111］3种不同取向的DD15单晶高温合金，研究了980 ℃/300 MPa条件下不同取向的蠕变性能。为对比分析不同蠕变时间后的微观组织，蠕变50和100 h后停止试验。采用扫描电镜和透射电镜分析不同取向的合金组织。结果表明，不同取向合金在垂直于生长方向的截面上具有不同的组织特征，［001］取向γ′相为规则的正方形，［011］取向γ′相为矩形，［111］取向γ′相为多边形。合金在 980 ℃/300 MPa条件下的蠕变性能呈现明显的各向异性，蠕变寿命按［111］、［001］、［011］取向的顺序减小，应变量按［001］、［011］、［111］取向的顺序降低。3种取向合金蠕变曲线的共同特征为具有非常短的蠕变第1阶段，与［001］和［111］ 取向相比，［011］取向合金具有较短的蠕变第3阶段。不同取向合金蠕变后的γ′相具有明显不同的筏排化程度。［001］取向合金的γ′相筏排化速率大于［011］和［111］取向合金。蠕变断裂后，［001］或［111］取向合金的位错密度大于［011］取向合金。
在定向凝固炉中制备了［001］、［011］和［111］3种不同取向的DD15单晶高温合金，研究了980 ℃/300 MPa条件下不同取向的蠕变性能。为对比分析不同蠕变时间后的微观组织，蠕变50和100 h后停止试验。采用扫描电镜和透射电镜分析不同取向的合金组织。结果表明，不同取向合金在垂直于生长方向的截面上具有不同的组织特征，［001］取向γ′相为规则的正方形，［011］取向γ′相为矩形，［111］取向γ′相为多边形。合金在 980 ℃/300 MPa条件下的蠕变性能呈现明显的各向异性，蠕变寿命按［111］、［001］、［011］取向的顺序减小，应变量按［001］、［011］、［111］取向的顺序降低。3种取向合金蠕变曲线的共同特征为具有非常短的蠕变第1阶段，与［001］和［111］ 取向相比，［011］取向合金具有较短的蠕变第3阶段。不同取向合金蠕变后的γ′相具有明显不同的筏排化程度。［001］取向合金的γ′相筏排化速率大于［011］和［111］取向合金。蠕变断裂后，［001］或［111］取向合金的位错密度大于［011］取向合金。
2022, 51(10):3547-3553.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210820
摘要:
传热管是蒸汽发生器（SG）最关键的部件，起到一、二回路换热的作用，是防止放射性泄漏的重要安全屏障。在高温碱性溶液中进行了磨损690合金传热管的慢应变速率拉伸试验（SSRT）。采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射和透射电子显微镜分析了690合金传热管的微动磨损和应力腐蚀裂纹（SCC）萌生行为。结果表明，SSRT试样呈现出典型的穿晶SCC特征，且随磨损深度增加，裂纹萌生数量和平均深度均增加，这可能与磨损表面留下的犁沟、剥层、微裂纹以及数十微米厚的残余应变层有关。基于SCC的滑移溶解/氧化机制，对磨损促进SCC裂纹萌生的过程进行了分析。
传热管是蒸汽发生器（SG）最关键的部件，起到一、二回路换热的作用，是防止放射性泄漏的重要安全屏障。在高温碱性溶液中进行了磨损690合金传热管的慢应变速率拉伸试验（SSRT）。采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射和透射电子显微镜分析了690合金传热管的微动磨损和应力腐蚀裂纹（SCC）萌生行为。结果表明，SSRT试样呈现出典型的穿晶SCC特征，且随磨损深度增加，裂纹萌生数量和平均深度均增加，这可能与磨损表面留下的犁沟、剥层、微裂纹以及数十微米厚的残余应变层有关。基于SCC的滑移溶解/氧化机制，对磨损促进SCC裂纹萌生的过程进行了分析。
2022, 51(10):3554-3562.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210954
摘要:
镍基单晶合金（NSCA）气膜孔结构制备质量已成为制约高性能航空发动机装备应用和发展的关键因素，然而，由于制备过程中形成的微结构变化难以定量表达，很难对不同工艺下的制备质量进行定量评价。利用兰姆波对金属材料微损伤敏感的优势，结合分子动力学模拟分析了不同工艺下制备质量的影响机理，确立了NSCA合理的激发角度 （19.5°）、激发频率（2.05 MHz）及基准特征参数（7.58 e-4/mm）。并通过理论和实验揭示了制备缺陷与二次谐波间的构效关系，为后续工程化应用提供理论依据。
镍基单晶合金（NSCA）气膜孔结构制备质量已成为制约高性能航空发动机装备应用和发展的关键因素，然而，由于制备过程中形成的微结构变化难以定量表达，很难对不同工艺下的制备质量进行定量评价。利用兰姆波对金属材料微损伤敏感的优势，结合分子动力学模拟分析了不同工艺下制备质量的影响机理，确立了NSCA合理的激发角度 （19.5°）、激发频率（2.05 MHz）及基准特征参数（7.58 e-4/mm）。并通过理论和实验揭示了制备缺陷与二次谐波间的构效关系，为后续工程化应用提供理论依据。
2022, 51(10):3722-3731.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210853
摘要:
本工作研究了热处理工艺对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3的γ"相组织的影响规律。主要探究了不同升降温速率的差热分析、干预式冷却实验、过固溶冷速及时效制度对WZ-A3合金的γ"相的回溶与析出行为以及对γ"相的尺寸和微观组织的影响规律。结果表明：过固溶热处理冷却时不同冷速，WZ-A3γ"相的开始析出温度介于1148℃~1165℃，最大析出率温度介于1028℃~1037℃；γ"相二次形核析出温度范围较广，在所进行的不同实验冷速条件下介于885℃~1008℃；采用更慢的冷速能进一步观察到γ"相次第析出；过固溶热处理的温度对冷却析出的二次γ"相的尺寸无明显影响；过固溶热处理后的冷速与冷却析出的γ"相尺寸成反比，采用幂函数y=1490.74x-0.509能较好地反映这一关系，其中，y为γ"相尺寸(nm)，x为冷却速度(℃/min)；700℃和800℃短时时效对二次γ"相尺寸和形貌无明显影响；实验合金二次γ"相在800℃、900℃和1000℃短时时效的粗化速率分别为2.153×10-28m3s-1、1.696×10-27m3s-1和2.331×10-26m3s-1;实验合金γ"相粗化激活能为278KJ/mol。
本工作研究了热处理工艺对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3的γ"相组织的影响规律。主要探究了不同升降温速率的差热分析、干预式冷却实验、过固溶冷速及时效制度对WZ-A3合金的γ"相的回溶与析出行为以及对γ"相的尺寸和微观组织的影响规律。结果表明：过固溶热处理冷却时不同冷速，WZ-A3γ"相的开始析出温度介于1148℃~1165℃，最大析出率温度介于1028℃~1037℃；γ"相二次形核析出温度范围较广，在所进行的不同实验冷速条件下介于885℃~1008℃；采用更慢的冷速能进一步观察到γ"相次第析出；过固溶热处理的温度对冷却析出的二次γ"相的尺寸无明显影响；过固溶热处理后的冷速与冷却析出的γ"相尺寸成反比，采用幂函数y=1490.74x-0.509能较好地反映这一关系，其中，y为γ"相尺寸(nm)，x为冷却速度(℃/min)；700℃和800℃短时时效对二次γ"相尺寸和形貌无明显影响；实验合金二次γ"相在800℃、900℃和1000℃短时时效的粗化速率分别为2.153×10-28m3s-1、1.696×10-27m3s-1和2.331×10-26m3s-1;实验合金γ"相粗化激活能为278KJ/mol。
2022, 51(10):3732-3742.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210786
摘要:
本文通过调控低合金化、低层错能的Ni-Cr-Co基变形高温合金的“γ′相+孪晶”复合结构,分析了孪晶界对晶粒细化和强度提高的贡献以及复合结构对合金强塑性的影响。结果表明,合金在1090 ℃保温1 h的固溶处理后,锻态组织中粗大块状γ′相基本溶解,且此时组织中的孪晶含量高达51.65%。固溶态合金伸长率(42.9%)相比于锻态(26.8%)提升了63.6%,屈服强度为693 MPa(相比于锻态仅下降了3%),其中σ tb=66.98 MPa,其贡献度基本和细晶强化的程度(77.4 MPa)持平。将固溶态合金经700 ℃/8 h/AC处理后的时效态合金孪晶含量为34.41%,同时组织引入大量沉淀强化相γ′相,构成“γ′相+孪晶”复合结构,此时时效态合金硬度、抗拉强度、屈服强度与伸长率(405 Hv,1042 MPa,864 MPa,49.76%)相较于固溶态(324.4 Hv,879 MPa,693 MPa ,42.9%,)均得到进一步提高,其中σ tb=107.94 MPa。低合金化、低层错能的高温合金中的“γ′相+孪晶”复合结构实现了一定的强塑性匹配。
本文通过调控低合金化、低层错能的Ni-Cr-Co基变形高温合金的“γ′相+孪晶”复合结构,分析了孪晶界对晶粒细化和强度提高的贡献以及复合结构对合金强塑性的影响。结果表明,合金在1090 ℃保温1 h的固溶处理后,锻态组织中粗大块状γ′相基本溶解,且此时组织中的孪晶含量高达51.65%。固溶态合金伸长率(42.9%)相比于锻态(26.8%)提升了63.6%,屈服强度为693 MPa(相比于锻态仅下降了3%),其中σ tb=66.98 MPa,其贡献度基本和细晶强化的程度(77.4 MPa)持平。将固溶态合金经700 ℃/8 h/AC处理后的时效态合金孪晶含量为34.41%,同时组织引入大量沉淀强化相γ′相,构成“γ′相+孪晶”复合结构,此时时效态合金硬度、抗拉强度、屈服强度与伸长率(405 Hv,1042 MPa,864 MPa,49.76%)相较于固溶态(324.4 Hv,879 MPa,693 MPa ,42.9%,)均得到进一步提高,其中σ tb=107.94 MPa。低合金化、低层错能的高温合金中的“γ′相+孪晶”复合结构实现了一定的强塑性匹配。
2022, 51(10):3859-3866.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210849
摘要:
本文采用定向凝固技术制备NiAl-32V伪二元亚共晶合金,研究该合金在高温热处理后不同抽拉速率稳态区组织形貌,并分析其热稳定性及组织形貌变化规律。结果表明：该合金初生相组织在900℃(5~100h)组织热稳定性良好；NiAl相共晶层片均有粗化与球化现象,且热处理时间越久,粗化程度越大,球化现象越明显。不同温度(900℃、1000℃、1100℃)5h高温热处理后该合金初生相面积占比也略有变化,所有试样(抽拉速率V=6～150μm/s)NiAl共晶层片均有粗化与球化现象；随着热处理温度的增加,粗化和球化现象愈明显。
本文采用定向凝固技术制备NiAl-32V伪二元亚共晶合金,研究该合金在高温热处理后不同抽拉速率稳态区组织形貌,并分析其热稳定性及组织形貌变化规律。结果表明：该合金初生相组织在900℃(5~100h)组织热稳定性良好；NiAl相共晶层片均有粗化与球化现象,且热处理时间越久,粗化程度越大,球化现象越明显。不同温度(900℃、1000℃、1100℃)5h高温热处理后该合金初生相面积占比也略有变化,所有试样(抽拉速率V=6～150μm/s)NiAl共晶层片均有粗化与球化现象；随着热处理温度的增加,粗化和球化现象愈明显。
2022, 51(10):3563-3573.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210814
摘要:
基于DFT计算O2在α-Mg（0001）和Mg2Ca（0001）上的吸附过程，以探明Mg-Ca合金中的α-Mg和Mg2Ca氧化机理。结果表明，在吸附过程中，O2与α-Mg和Mg2Ca有很强的相互作用，且均为化学吸附，但Mg2Ca的吸附结构不如α-Mg的吸附结构稳定。在氧化过程中，O2与α-Mg和Mg2Ca中的Ca和Mg原子发生反应，形成Mg-Ca-O氧化膜，从而提高Mg-Ca合金的抗氧化性。但Mg2Ca的吸附结构稳定性比α-Mg差，因此Mg2Ca形成的氧化膜对基体的保护作用比α-Mg弱。
基于DFT计算O2在α-Mg（0001）和Mg2Ca（0001）上的吸附过程，以探明Mg-Ca合金中的α-Mg和Mg2Ca氧化机理。结果表明，在吸附过程中，O2与α-Mg和Mg2Ca有很强的相互作用，且均为化学吸附，但Mg2Ca的吸附结构不如α-Mg的吸附结构稳定。在氧化过程中，O2与α-Mg和Mg2Ca中的Ca和Mg原子发生反应，形成Mg-Ca-O氧化膜，从而提高Mg-Ca合金的抗氧化性。但Mg2Ca的吸附结构稳定性比α-Mg差，因此Mg2Ca形成的氧化膜对基体的保护作用比α-Mg弱。
2022, 51(10):3574-3579.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210946
摘要:
在室温下对挤压态AZ31合金沿棒材径向进行拉伸变形（RDT试样）和沿挤压方向进行压缩变形（EDC试样），2种变形应变速率均为10-4 s-1。采用金相显微镜（OM）和背散射电子衍射（EBSD）研究了变形过程中合金的孪生行为。结果表明：拉伸孪晶影响了合金的屈服点，EDC试样的屈服点为139 MPa，高于RDT试样的屈服点88 MPa。2种变形应力状态下，随应变增加，合金的应变硬化速率都是先快速下降，但EDC试样的硬化速率随后明显上升，并一直持续到断裂，而RDT试样则几乎保持稳定的硬化速率。EDC试样硬化速率的升高与合金中产生大量的拉伸孪晶以及孪晶织构诱导的滑移行为有关。基于EBSD测试结果，给出了一种计算晶粒内孪晶体积分数的方法，得出RDT试样在应变为0.04时，（0002）晶粒中拉伸孪晶体积分数约为45%。
在室温下对挤压态AZ31合金沿棒材径向进行拉伸变形（RDT试样）和沿挤压方向进行压缩变形（EDC试样），2种变形应变速率均为10-4 s-1。采用金相显微镜（OM）和背散射电子衍射（EBSD）研究了变形过程中合金的孪生行为。结果表明：拉伸孪晶影响了合金的屈服点，EDC试样的屈服点为139 MPa，高于RDT试样的屈服点88 MPa。2种变形应力状态下，随应变增加，合金的应变硬化速率都是先快速下降，但EDC试样的硬化速率随后明显上升，并一直持续到断裂，而RDT试样则几乎保持稳定的硬化速率。EDC试样硬化速率的升高与合金中产生大量的拉伸孪晶以及孪晶织构诱导的滑移行为有关。基于EBSD测试结果，给出了一种计算晶粒内孪晶体积分数的方法，得出RDT试样在应变为0.04时，（0002）晶粒中拉伸孪晶体积分数约为45%。
2022, 51(10):3580-3587.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210908
摘要:
研究了添加Yb和Zr元素对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响，以及细化变质机理。结果表明，Yb、Zr元素的添加明显细化了α-Al基体，使其从粗大的树枝状晶转变为细小的花瓣状晶，晶粒尺寸明显减小，并且使共晶硅由粗大的针状变质为短棒状，这是由于Yb、Zr吸附在孪晶凹槽处（TPRE）改变共晶硅生长方式，最终改变共晶硅形貌；经热处理（T6）后，大量析出的Al3(Yb, Zr)粒子起到了沉淀强化进而细化晶粒的作用。当Yb质量分数为0.3%、Zr质量分数为0.25%时，合金（T6）的抗拉强度和延伸率为296.3 MPa和9.2%，较未细化变质的合金分别提高了17%和1.1倍。
研究了添加Yb和Zr元素对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响，以及细化变质机理。结果表明，Yb、Zr元素的添加明显细化了α-Al基体，使其从粗大的树枝状晶转变为细小的花瓣状晶，晶粒尺寸明显减小，并且使共晶硅由粗大的针状变质为短棒状，这是由于Yb、Zr吸附在孪晶凹槽处（TPRE）改变共晶硅生长方式，最终改变共晶硅形貌；经热处理（T6）后，大量析出的Al3(Yb, Zr)粒子起到了沉淀强化进而细化晶粒的作用。当Yb质量分数为0.3%、Zr质量分数为0.25%时，合金（T6）的抗拉强度和延伸率为296.3 MPa和9.2%，较未细化变质的合金分别提高了17%和1.1倍。
2022, 51(10):3588-3595.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210938
摘要:
通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜观察，能谱分析以及力学性能实验，研究了添加Sr和Y对A356铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明，相比于单加Sr或Y，复合添加Sr和Y时，共晶Si由板片状或针状完全转变为纤维状，α-Al的等效晶粒直径从42.49 μm减小至26.63 μm，二次枝晶臂间距从22.38 μm减小至13.60 μm，抗拉强度从166.1 MPa增加到185.3 MPa，延伸率从3.6%提高至7.6%，断裂方式也从脆性断裂转变为韧脆型断裂。探讨了Sr和Y复合添加时的细化机理和变质机理，得出α-Al晶粒细化的主要原因是α-Al以Al3Y为基底进行快速非均质形核，变质机理为杂质诱导孪晶并以孪晶凹谷机制进行生长。
通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜观察，能谱分析以及力学性能实验，研究了添加Sr和Y对A356铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明，相比于单加Sr或Y，复合添加Sr和Y时，共晶Si由板片状或针状完全转变为纤维状，α-Al的等效晶粒直径从42.49 μm减小至26.63 μm，二次枝晶臂间距从22.38 μm减小至13.60 μm，抗拉强度从166.1 MPa增加到185.3 MPa，延伸率从3.6%提高至7.6%，断裂方式也从脆性断裂转变为韧脆型断裂。探讨了Sr和Y复合添加时的细化机理和变质机理，得出α-Al晶粒细化的主要原因是α-Al以Al3Y为基底进行快速非均质形核，变质机理为杂质诱导孪晶并以孪晶凹谷机制进行生长。
2022, 51(10):3596-3601.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210935
摘要:
K-TIG （Keyhole TIG）是TIG焊接工艺的一种变体，通过在熔池内部形成小孔，大幅提高焊缝熔深。然而，由于铝合金热导率较高，K-TIG通常被认为不适用于铝合金焊接。采用一种新型双频复合脉冲变极性TIG（DP-VPTIG）焊接工艺，成功实现了7 mm厚2219高强铝合金的稳定全熔透小孔焊接。采用视觉传感技术研究了DP-VPTIG焊接小孔瞬态行为及其动态演变过程。结果表明，熔池表面同时受到向上的电弧压力以及向下的表面张力和静水压力作用。DP-VPTIG低频脉冲峰值阶段，在电弧压力主导作用下熔池表面发生凹陷变形并在熔池内部形成深熔小孔；低频脉冲基值阶段，在表面张力和静水压力的主导作用下，熔池表面上移，小孔闭合。DP-VPTIG焊接过程中低频脉冲的周期性变化激发了熔池内部小孔的周期性“打开”和“闭合”。小孔的形成使电弧沿熔池表面下移，直接加热熔池下部的固态金属，有利于焊缝熔深的提升，且小孔尺寸随低频脉冲频率的增加而减小。
K-TIG （Keyhole TIG）是TIG焊接工艺的一种变体，通过在熔池内部形成小孔，大幅提高焊缝熔深。然而，由于铝合金热导率较高，K-TIG通常被认为不适用于铝合金焊接。采用一种新型双频复合脉冲变极性TIG（DP-VPTIG）焊接工艺，成功实现了7 mm厚2219高强铝合金的稳定全熔透小孔焊接。采用视觉传感技术研究了DP-VPTIG焊接小孔瞬态行为及其动态演变过程。结果表明，熔池表面同时受到向上的电弧压力以及向下的表面张力和静水压力作用。DP-VPTIG低频脉冲峰值阶段，在电弧压力主导作用下熔池表面发生凹陷变形并在熔池内部形成深熔小孔；低频脉冲基值阶段，在表面张力和静水压力的主导作用下，熔池表面上移，小孔闭合。DP-VPTIG焊接过程中低频脉冲的周期性变化激发了熔池内部小孔的周期性“打开”和“闭合”。小孔的形成使电弧沿熔池表面下移，直接加热熔池下部的固态金属，有利于焊缝熔深的提升，且小孔尺寸随低频脉冲频率的增加而减小。
2022, 51(10):3602-3610.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220239
摘要:
利用循环氧化法，研究了不同Si含量（0%，1%，3%，质量分数）的625合金熔覆层在700、800、900 ℃下氧化144 h后的高温氧化行为。用XRD分析了氧化物相。通过SEM/EDS研究了氧化物表面和截面的形貌、元素组成和氧化膜的厚度。结果表明，不同温度下试样的氧化动力学都保持抛物线规律，随着温度的升高，氧化增重逐渐增加。通过观察，在900 ℃时，0% Si含量的625合金熔覆层出现了氧化膜大面积剥落的情况，3% Si含量的合金熔覆层氧化膜保持完整。在700 ℃时，随着Si含量增加，氧化膜表面的氧化颗粒尺寸减小且更加致密，同时促进了Cr2O3氧化物的生成。在700 ℃下，0 % Si含量的试样出现了大片的内氧化区域；1% Si含量的试样基体部分出现了2处条状的含Ni，Cr，Mo的氧化物相区；而3% Si含量的试样氧化后由于生成了富Si的内氧化层，这阻止了内氧化的发生。外层Cr2O3氧化膜和内层SiO2的联合作用既阻止了O阴离子的渗入也抑制了Fe等金属离子的扩散，提高了合金熔覆层的抗氧化性。
利用循环氧化法，研究了不同Si含量（0%，1%，3%，质量分数）的625合金熔覆层在700、800、900 ℃下氧化144 h后的高温氧化行为。用XRD分析了氧化物相。通过SEM/EDS研究了氧化物表面和截面的形貌、元素组成和氧化膜的厚度。结果表明，不同温度下试样的氧化动力学都保持抛物线规律，随着温度的升高，氧化增重逐渐增加。通过观察，在900 ℃时，0% Si含量的625合金熔覆层出现了氧化膜大面积剥落的情况，3% Si含量的合金熔覆层氧化膜保持完整。在700 ℃时，随着Si含量增加，氧化膜表面的氧化颗粒尺寸减小且更加致密，同时促进了Cr2O3氧化物的生成。在700 ℃下，0 % Si含量的试样出现了大片的内氧化区域；1% Si含量的试样基体部分出现了2处条状的含Ni，Cr，Mo的氧化物相区；而3% Si含量的试样氧化后由于生成了富Si的内氧化层，这阻止了内氧化的发生。外层Cr2O3氧化膜和内层SiO2的联合作用既阻止了O阴离子的渗入也抑制了Fe等金属离子的扩散，提高了合金熔覆层的抗氧化性。
2022, 51(10):3611-3618.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210854
摘要:
为了提高爆炸能量的利用率，减少焊接药量，提出采用自约束结构炸药进行爆炸焊接。采用T2铜板和Q345钢板分别作为复板和基板，通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口。采用双层蜂窝结构炸药作为自约束结构焊接炸药，对T2铜与Q345钢的爆炸焊接进行了试验研究。通过力学性能测试和显微组织观察，研究了T2/Q345复合板的结合性能。结果表明：与爆速为2505和3512 m·s-1的单层炸药相比，T2/Q345复合板爆炸焊接采用的双层蜂窝结构炸药量分别减少了54.4%和31.4%；随着传播距离的增加，复合板的结合界面由直线结合向波状结合转变。复合板的抗拉剪切强度为237.0 MPa，满足T2/Q345复合板的结合强度要求。爆炸产生的硬化发生在结合界面附近，采用双层蜂窝结构炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板具有良好的结合性能。
为了提高爆炸能量的利用率，减少焊接药量，提出采用自约束结构炸药进行爆炸焊接。采用T2铜板和Q345钢板分别作为复板和基板，通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口。采用双层蜂窝结构炸药作为自约束结构焊接炸药，对T2铜与Q345钢的爆炸焊接进行了试验研究。通过力学性能测试和显微组织观察，研究了T2/Q345复合板的结合性能。结果表明：与爆速为2505和3512 m·s-1的单层炸药相比，T2/Q345复合板爆炸焊接采用的双层蜂窝结构炸药量分别减少了54.4%和31.4%；随着传播距离的增加，复合板的结合界面由直线结合向波状结合转变。复合板的抗拉剪切强度为237.0 MPa，满足T2/Q345复合板的结合强度要求。爆炸产生的硬化发生在结合界面附近，采用双层蜂窝结构炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板具有良好的结合性能。
2022, 51(10):3619-3625.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210830
摘要:
采用Simufact Additive软件，通过正交实验的方法，对激光选区融化（SLM）制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明，激光功率200 W，扫描速度1200 mm/s，光斑直径0.1 mm，粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通过SLM加工制造了不同孔隙结构的Ti6Al4V样件，通过扫描电镜观察发现，在该工艺下加工出的多孔结构具有较好的保真度。通过压缩实验，比较分析实心及不同孔隙结构的抗压强度及弹性模量，得出复合结构作为种植体的结构模型可以更好满足种植体的力学性能要求。
采用Simufact Additive软件，通过正交实验的方法，对激光选区融化（SLM）制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明，激光功率200 W，扫描速度1200 mm/s，光斑直径0.1 mm，粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通过SLM加工制造了不同孔隙结构的Ti6Al4V样件，通过扫描电镜观察发现，在该工艺下加工出的多孔结构具有较好的保真度。通过压缩实验，比较分析实心及不同孔隙结构的抗压强度及弹性模量，得出复合结构作为种植体的结构模型可以更好满足种植体的力学性能要求。
2022, 51(10):3626-3631.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210828
摘要:
多孔材料是一种新型轻质的结构-功能材料，具有较高的阻尼性能，同时兼具密度小、质量轻等特点，使其具有广阔的应用价值。基于此，选取含有长周期特殊结构相（LPSO相）的Mg97Zn1Y2为基体，以MgCO3为发泡剂，SiC为增粘剂，通过熔体发泡法制备出镁基多孔材料，通过OM、SEM、TEM、XRD及DMA等技术手段，研究多孔Mg97Zn1Y2材料的力学性能、阻尼性能等。结果表明，多孔Mg97Zn1Y2材料主要由镁基体（α-Mg）、LPSO相和SiC相组成，当应变幅值较小时，多孔Mg97Zn1Y2复合材料的阻尼值明显优于Mg97Zn1Y2合金，随着孔隙率的增加，阻尼性能得到改善。孔隙率的增加降低了多孔Mg97Zn1Y2复合材料的抗压缩性能。此外，除了Mg97Zn1Y2合金本身的位错阻尼、界面阻尼和晶界阻尼之外，还有“气相”阻尼，共同影响着多孔Mg97Zn1Y2材料的阻尼性能。
多孔材料是一种新型轻质的结构-功能材料，具有较高的阻尼性能，同时兼具密度小、质量轻等特点，使其具有广阔的应用价值。基于此，选取含有长周期特殊结构相（LPSO相）的Mg97Zn1Y2为基体，以MgCO3为发泡剂，SiC为增粘剂，通过熔体发泡法制备出镁基多孔材料，通过OM、SEM、TEM、XRD及DMA等技术手段，研究多孔Mg97Zn1Y2材料的力学性能、阻尼性能等。结果表明，多孔Mg97Zn1Y2材料主要由镁基体（α-Mg）、LPSO相和SiC相组成，当应变幅值较小时，多孔Mg97Zn1Y2复合材料的阻尼值明显优于Mg97Zn1Y2合金，随着孔隙率的增加，阻尼性能得到改善。孔隙率的增加降低了多孔Mg97Zn1Y2复合材料的抗压缩性能。此外，除了Mg97Zn1Y2合金本身的位错阻尼、界面阻尼和晶界阻尼之外，还有“气相”阻尼，共同影响着多孔Mg97Zn1Y2材料的阻尼性能。
2022, 51(10):3632-3637.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210875
摘要:
用电子背散射衍射仪对具有不同力学特征金丝的微区组织进行表征，采用扫描电镜和光学显微镜观察线弧轮廓、热影响区和焊点形貌，并通过推拉力测试仪测量线弧拉力和焊球剪切力，分析金丝力学特征对球键合质量的影响。结果表明：半硬态1和半硬态2的金丝芯部保持纤维状组织，边缘晶粒为细小的等轴晶，沿径向微区组织形貌有明显差异。打火烧球后形成的热影响区长度短，球颈部的组织有明显的梯度性，键合后弧高较小。软态金丝的组织为粗大的等轴晶，沿径向分布均匀，键合拉力低，易发生滑球现象。半硬态2金丝与焊盘的结合力强，引线键合拉力高，综合键合质量优，是最适合球键合工艺的金丝。
用电子背散射衍射仪对具有不同力学特征金丝的微区组织进行表征，采用扫描电镜和光学显微镜观察线弧轮廓、热影响区和焊点形貌，并通过推拉力测试仪测量线弧拉力和焊球剪切力，分析金丝力学特征对球键合质量的影响。结果表明：半硬态1和半硬态2的金丝芯部保持纤维状组织，边缘晶粒为细小的等轴晶，沿径向微区组织形貌有明显差异。打火烧球后形成的热影响区长度短，球颈部的组织有明显的梯度性，键合后弧高较小。软态金丝的组织为粗大的等轴晶，沿径向分布均匀，键合拉力低，易发生滑球现象。半硬态2金丝与焊盘的结合力强，引线键合拉力高，综合键合质量优，是最适合球键合工艺的金丝。
2022, 51(10):3638-3645.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210028
摘要:
提出了一种新的雾化喷涂沉积（SCD）方法，在Nd-Fe-B磁体表面均匀沉积TbF3粉末，同时通过晶界扩散过程（GBDP）将Tb元素引入到磁体中。用这种方法（SCD+GBDP）处理厚度达5 mm的钕铁硼磁体。研究了TbF3涂层增重比、扩散时间和扩散温度对烧结磁体组织和磁性能的影响。样品扩散温度和时间为940 ℃和10 h，退火温度和时间为480 ℃和5 h。TbF3增重比（w）从0%增加到0.8%时，磁体的矫顽力从1201 kA/m 提高到1930 kA/m，剩磁下降约0.01 T。研究发现，随着TbF3增重比的增加，磁体的矫顽力先增大后减小。SEM结果表明，在Nd2Fe14B晶粒边界区域，Tb取代Nd形成(Nd, Tb)2Fe14B核壳相。晶界相和核壳相中较高的磁晶各向异性对矫顽力的增强有积极的促进作用。核壳相的分布和浓度对矫顽力有密切的影响。当TbF3增重比大于2.4%时，靠近磁体表面区域的晶界扩散明显增强。元素的SEM图像显示，进入磁体的Tb越多，晶核内的Tb浓度就越高。此外，大量Nd-F/Nd-O-F相的形成导致晶界相不像w=0.8% 时的样品那样连续，这可能是导致矫顽力下降的主要原因。
提出了一种新的雾化喷涂沉积（SCD）方法，在Nd-Fe-B磁体表面均匀沉积TbF3粉末，同时通过晶界扩散过程（GBDP）将Tb元素引入到磁体中。用这种方法（SCD+GBDP）处理厚度达5 mm的钕铁硼磁体。研究了TbF3涂层增重比、扩散时间和扩散温度对烧结磁体组织和磁性能的影响。样品扩散温度和时间为940 ℃和10 h，退火温度和时间为480 ℃和5 h。TbF3增重比（w）从0%增加到0.8%时，磁体的矫顽力从1201 kA/m 提高到1930 kA/m，剩磁下降约0.01 T。研究发现，随着TbF3增重比的增加，磁体的矫顽力先增大后减小。SEM结果表明，在Nd2Fe14B晶粒边界区域，Tb取代Nd形成(Nd, Tb)2Fe14B核壳相。晶界相和核壳相中较高的磁晶各向异性对矫顽力的增强有积极的促进作用。核壳相的分布和浓度对矫顽力有密切的影响。当TbF3增重比大于2.4%时，靠近磁体表面区域的晶界扩散明显增强。元素的SEM图像显示，进入磁体的Tb越多，晶核内的Tb浓度就越高。此外，大量Nd-F/Nd-O-F相的形成导致晶界相不像w=0.8% 时的样品那样连续，这可能是导致矫顽力下降的主要原因。
2022, 51(10):3646-3654.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220103
摘要:
利用热化学软件FactSage6.4计算了SiO2-CaO-Al2O3渣系的等温相图，进而通过固定辅料MgO的含量为8%（质量分数，下同）并控制Al2O3含量低于35%，可以得到合理的玻璃渣系液相区温度和矿物学物相组成。采用旋转柱体法和模拟计算相结合的方法研究了温度、二元碱度wCaO/wSiO2和Al2O3含量对SiO2-CaO-Al2O3-MgO熔渣黏度的影响。依据单因素实验结果可知，随温度逐渐升高、Al2O3含量由15%增加至35%以及二元碱度由0.3增加到1.0，熔渣粘度呈减小的变化趋势。通过以铁作为捕集剂的熔炼实验可知，钯的回收率随着废催化剂在物料体系中质量分数的增加而增大，但随着持续增大二元碱度和升高温度，其先增大而后减小。采用选取的Pd/Al2O3废催化剂和实验优化后的玻璃渣组分进行回收实验，即Al2O3和MgO含量分别约为30%和8%、二元碱度为0.5，钯的回收率可达99%，玻璃态尾渣中钯的残留量小于4.50 g/t。
利用热化学软件FactSage6.4计算了SiO2-CaO-Al2O3渣系的等温相图，进而通过固定辅料MgO的含量为8%（质量分数，下同）并控制Al2O3含量低于35%，可以得到合理的玻璃渣系液相区温度和矿物学物相组成。采用旋转柱体法和模拟计算相结合的方法研究了温度、二元碱度wCaO/wSiO2和Al2O3含量对SiO2-CaO-Al2O3-MgO熔渣黏度的影响。依据单因素实验结果可知，随温度逐渐升高、Al2O3含量由15%增加至35%以及二元碱度由0.3增加到1.0，熔渣粘度呈减小的变化趋势。通过以铁作为捕集剂的熔炼实验可知，钯的回收率随着废催化剂在物料体系中质量分数的增加而增大，但随着持续增大二元碱度和升高温度，其先增大而后减小。采用选取的Pd/Al2O3废催化剂和实验优化后的玻璃渣组分进行回收实验，即Al2O3和MgO含量分别约为30%和8%、二元碱度为0.5，钯的回收率可达99%，玻璃态尾渣中钯的残留量小于4.50 g/t。
2022, 51(10):3655-3662.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210813
摘要:
设计并构建多样的金微纳米结构是实现表面增强拉曼光谱（SERS）信号放大的合理途径。利用氯金酸与聚乙二醇（PEG）的氧化还原反应，通过水热合成法制备出金多孔纳米片。PEG在制备过程中既是包裹剂又是还原剂。该制备方法反应温度比较温和，采用一锅法一步合成工艺，成本效益高且环境友好。所制备的金多孔片尺寸多为微米级，清洗后表面没有有机物污染。EDS分析进一步证实所制备的多孔片结构为金单质。结果表明，金多孔纳米片的形貌可通过反应时间、PEG浓度和金离子浓度等实验参数进行调整。金多孔纳米片制备的拉曼光谱基底具有优异的SERS光谱增强效果，并在检测中表现出良好的重现性。另外，所制备的金纳米多孔片基底实现了有机农药福美双和甲拌磷的快速灵敏分析检测。
设计并构建多样的金微纳米结构是实现表面增强拉曼光谱（SERS）信号放大的合理途径。利用氯金酸与聚乙二醇（PEG）的氧化还原反应，通过水热合成法制备出金多孔纳米片。PEG在制备过程中既是包裹剂又是还原剂。该制备方法反应温度比较温和，采用一锅法一步合成工艺，成本效益高且环境友好。所制备的金多孔片尺寸多为微米级，清洗后表面没有有机物污染。EDS分析进一步证实所制备的多孔片结构为金单质。结果表明，金多孔纳米片的形貌可通过反应时间、PEG浓度和金离子浓度等实验参数进行调整。金多孔纳米片制备的拉曼光谱基底具有优异的SERS光谱增强效果，并在检测中表现出良好的重现性。另外，所制备的金纳米多孔片基底实现了有机农药福美双和甲拌磷的快速灵敏分析检测。
2022, 51(10):3663-3678.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210858
摘要:
为了建立合理的能够描述Ti/Ni/Ti层状复合过程的本构方程，在Gleeble-3500热机械模拟机上对Ti/Ni/Ti层状复合材料在变形温度为550~850 ℃，应变速率为0.001~1 s-1，变形量为65%的复合过程中热变形行为进行研究。采用4种本构模型：改进的Johnson-Cook（MJC）模型、应变补偿Arrhenius（SCA）模型、多元非线性回归（DMNR）模型和改进的井上胜郎（MIS）模型对层状复合材料的高温流变行为进行预测。同时，对4种模型的实验值和预测值进行了比较。此外，比较了平均绝对相对误差（AARE）、相关系数（R）和相对误差的准确性，以确定这4种模型的合理性。结果表明，MJC、DMNR和MIS模型都不适合描述Ti/Ni/Ti层状复合材料的流变行为，而SCA模型除了在某些特定变形条件外，其预测值与实验值吻合较好。
为了建立合理的能够描述Ti/Ni/Ti层状复合过程的本构方程，在Gleeble-3500热机械模拟机上对Ti/Ni/Ti层状复合材料在变形温度为550~850 ℃，应变速率为0.001~1 s-1，变形量为65%的复合过程中热变形行为进行研究。采用4种本构模型：改进的Johnson-Cook（MJC）模型、应变补偿Arrhenius（SCA）模型、多元非线性回归（DMNR）模型和改进的井上胜郎（MIS）模型对层状复合材料的高温流变行为进行预测。同时，对4种模型的实验值和预测值进行了比较。此外，比较了平均绝对相对误差（AARE）、相关系数（R）和相对误差的准确性，以确定这4种模型的合理性。结果表明，MJC、DMNR和MIS模型都不适合描述Ti/Ni/Ti层状复合材料的流变行为，而SCA模型除了在某些特定变形条件外，其预测值与实验值吻合较好。
2022, 51(10):3679-3688.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210800
摘要:
通过超晶胞(SC)方法和虚拟晶体近似(VCA)方法的第一性原理计算,研究了金属二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2 的形(0≤x≤1)成能、混合能、晶格常数、体积、弹性常数、熔点、弹性模量、维氏硬度、断裂韧性和态密度。结果表明,二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性随掺杂浓度的增加而降低。Ti1-x(Ta/Nb)xB2的体积随着掺杂浓度的增加而增加,这是因为Ta和Nb的原子半径大于Ti。而Zr1-x(Ta/Nb)xB2的体积逐渐变小,这归因于Ta和Nb的原子半径比Zr小。并且,二硼化物固溶体 (Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2是力学性质稳定的脆性材料。特别地是,Ta和Nb的掺杂剂可明显改善固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的脆性和体积模量以及断裂韧性,但硬度会降低。
通过超晶胞(SC)方法和虚拟晶体近似(VCA)方法的第一性原理计算,研究了金属二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2 的形(0≤x≤1)成能、混合能、晶格常数、体积、弹性常数、熔点、弹性模量、维氏硬度、断裂韧性和态密度。结果表明,二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性随掺杂浓度的增加而降低。Ti1-x(Ta/Nb)xB2的体积随着掺杂浓度的增加而增加,这是因为Ta和Nb的原子半径大于Ti。而Zr1-x(Ta/Nb)xB2的体积逐渐变小,这归因于Ta和Nb的原子半径比Zr小。并且,二硼化物固溶体 (Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2是力学性质稳定的脆性材料。特别地是,Ta和Nb的掺杂剂可明显改善固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的脆性和体积模量以及断裂韧性,但硬度会降低。
2022, 51(10):3689-3698.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210841
摘要:
Ni3Al的高温异常流变行为与超级部分位错的交滑移密切相关,本文利用第一性原理计算探究Re在Ni3Al晶体中的占位倾向及Re效应对Ni3Al中位错形核与运动的影响。由Re占据Ni3Al不同晶格点位所对应的点缺陷形成焓及能量因子,可知单个Re原子在Ni3Al中优先占据Al位,两个Re原子优先占据Al-Al位。通过对Ni3Al晶体和滑移系广义堆垛层错能的计算,发现Re原子占据Al位能促进超级部分位错的交滑移。两个Re原子垂直滑移方向排列比沿着滑移方向排列能有效阻碍位错形核与运动；两个Re原子排布在相邻原子面上比排列在同一个原子面上时会进一步促进螺位错的交滑移。分析缺陷和间的关联能对Ni3Al晶体超级部分位错交滑移的影响,结果表明缺陷和间较弱的交互作用有利于改善高温时Ni3Al的异常流变行为。Re原子优先占据Al位置提高Ni3Al的屈服强度能够归功于间的弱交互作用。
Ni3Al的高温异常流变行为与超级部分位错的交滑移密切相关,本文利用第一性原理计算探究Re在Ni3Al晶体中的占位倾向及Re效应对Ni3Al中位错形核与运动的影响。由Re占据Ni3Al不同晶格点位所对应的点缺陷形成焓及能量因子,可知单个Re原子在Ni3Al中优先占据Al位,两个Re原子优先占据Al-Al位。通过对Ni3Al晶体和滑移系广义堆垛层错能的计算,发现Re原子占据Al位能促进超级部分位错的交滑移。两个Re原子垂直滑移方向排列比沿着滑移方向排列能有效阻碍位错形核与运动；两个Re原子排布在相邻原子面上比排列在同一个原子面上时会进一步促进螺位错的交滑移。分析缺陷和间的关联能对Ni3Al晶体超级部分位错交滑移的影响,结果表明缺陷和间较弱的交互作用有利于改善高温时Ni3Al的异常流变行为。Re原子优先占据Al位置提高Ni3Al的屈服强度能够归功于间的弱交互作用。
2022, 51(10):3699-3706.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210848
摘要:
掺杂第三元素是促进FePt有序相变和降低有序转变温度的重要方法，元素Bi可大幅度降低有序转变温度，在低温下直接合成出高有序的FePt纳米粒子，但Bi促进FePt有序的机理和有序转变中的作用仍然是一个挑战。本文针对该问题，基于第一性原理密度泛函理论研究了Bi元素对FePt的晶格常数、形成能、差分电荷密度、饱和磁化强度和有序转变温度的影响。结果表明Bi原子取代Fe原子比取代Pt原子的替位形成能更低，Bi原子更容易取代Fe原子。Bi原子取代近邻位的替位形成能要比远邻位的替位形成能更低，Bi原子倾向于在FePt晶格内聚集。Fe原子是FePt体系磁性的主要来源，Bi原子对FePt的电子结构和磁性影响很小。掺杂Bi元素后FePt的有序转变温度明显降低，其中双掺杂情况FePt体系的有序转变温度最低为623.32K。空位机制在有序转变中起主导作用，Bi元素降低了FePt的空位形成能，提高体系中Fe原子和Pt原子的空位浓度并促进Fe原子和Pt原子的扩散和迁移，从而促进FePt有序相变。
掺杂第三元素是促进FePt有序相变和降低有序转变温度的重要方法，元素Bi可大幅度降低有序转变温度，在低温下直接合成出高有序的FePt纳米粒子，但Bi促进FePt有序的机理和有序转变中的作用仍然是一个挑战。本文针对该问题，基于第一性原理密度泛函理论研究了Bi元素对FePt的晶格常数、形成能、差分电荷密度、饱和磁化强度和有序转变温度的影响。结果表明Bi原子取代Fe原子比取代Pt原子的替位形成能更低，Bi原子更容易取代Fe原子。Bi原子取代近邻位的替位形成能要比远邻位的替位形成能更低，Bi原子倾向于在FePt晶格内聚集。Fe原子是FePt体系磁性的主要来源，Bi原子对FePt的电子结构和磁性影响很小。掺杂Bi元素后FePt的有序转变温度明显降低，其中双掺杂情况FePt体系的有序转变温度最低为623.32K。空位机制在有序转变中起主导作用，Bi元素降低了FePt的空位形成能，提高体系中Fe原子和Pt原子的空位浓度并促进Fe原子和Pt原子的扩散和迁移，从而促进FePt有序相变。
2022, 51(10):3707-3715.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210798
摘要:
为了掌握非均匀温度场下微观组织的演变规律，本文采用改进的元胞自动机模型，在完成算法验证的基础上，对比微观组织在均匀温度场和非均匀温度场下组织演变的异同，并系统研究微观组织在非均匀温度场中的枝晶形貌、尖端生长速率和域内溶质分布以及多晶组织的演变规律。研究结果表明:该模型仿真结果与CA-FD模型结果误差范围在1.4%以内；枝晶凝固末端尖端速率在温度均匀场内趋于稳定，而在非均匀场内表现为持续上升；固相溶质浓度在非均匀场内随着枝晶臂的延展而增大，在均匀场内则保持不变。对于非均匀温度场内单枝晶生长，冷速达到10K/s时，枝晶臂的长度达到1030μm，较均匀场增加49.3%，当冷速达到30K/s时，枝晶臂长度达到1460μm，同比增加了111.6%；冷速的加强使枝晶内部固相溶质浓度增加，出现更多侧向枝晶臂，使固/液界面区域溶质出现波动，呈现不规则分布；多晶组织在非均匀温度场内平均溶质浓度随冷速的增大而上升，且域内合金在凝固结束后固相分数比例随冷速的增加由45%增加到65%，同时观察到域内溶质富集，多次枝晶臂的产生和枝晶臂粗化等现象。
为了掌握非均匀温度场下微观组织的演变规律，本文采用改进的元胞自动机模型，在完成算法验证的基础上，对比微观组织在均匀温度场和非均匀温度场下组织演变的异同，并系统研究微观组织在非均匀温度场中的枝晶形貌、尖端生长速率和域内溶质分布以及多晶组织的演变规律。研究结果表明:该模型仿真结果与CA-FD模型结果误差范围在1.4%以内；枝晶凝固末端尖端速率在温度均匀场内趋于稳定，而在非均匀场内表现为持续上升；固相溶质浓度在非均匀场内随着枝晶臂的延展而增大，在均匀场内则保持不变。对于非均匀温度场内单枝晶生长，冷速达到10K/s时，枝晶臂的长度达到1030μm，较均匀场增加49.3%，当冷速达到30K/s时，枝晶臂长度达到1460μm，同比增加了111.6%；冷速的加强使枝晶内部固相溶质浓度增加，出现更多侧向枝晶臂，使固/液界面区域溶质出现波动，呈现不规则分布；多晶组织在非均匀温度场内平均溶质浓度随冷速的增大而上升，且域内合金在凝固结束后固相分数比例随冷速的增加由45%增加到65%，同时观察到域内溶质富集，多次枝晶臂的产生和枝晶臂粗化等现象。
2022, 51(10):3716-3721.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210822
摘要:
本文采用包套热挤压工艺制备了Ti-44Al-3Ta-0.3(Cr,W)（at%）棒材，测试了室温~800℃的拉伸性能，通过SEM、XRD、TEM等实验方法研究了棒材挤压态和热处理组织的断裂行为。结果表明，合金的两种组织的屈服强度都随拉伸温度的提高而降低，室温~600℃的峰值应力值则随着温度的提高而提高，挤压组织的极限应变值整体略高于热处理的。合金的脆性-韧性转变(BDT)的温度在800℃附近。挤压态组织的室温断裂主要由沿层和穿层的混合断裂模式控制，断口表面还存在二次裂纹。拉伸温度对两种组织内的晶团尺寸、片层厚度、孪晶以及相变均有影响。
本文采用包套热挤压工艺制备了Ti-44Al-3Ta-0.3(Cr,W)（at%）棒材，测试了室温~800℃的拉伸性能，通过SEM、XRD、TEM等实验方法研究了棒材挤压态和热处理组织的断裂行为。结果表明，合金的两种组织的屈服强度都随拉伸温度的提高而降低，室温~600℃的峰值应力值则随着温度的提高而提高，挤压组织的极限应变值整体略高于热处理的。合金的脆性-韧性转变(BDT)的温度在800℃附近。挤压态组织的室温断裂主要由沿层和穿层的混合断裂模式控制，断口表面还存在二次裂纹。拉伸温度对两种组织内的晶团尺寸、片层厚度、孪晶以及相变均有影响。
2022, 51(10):3743-3751.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210797
摘要:
以Si单质和功能化多壁碳纳米管(CNTs)为原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备了CNTs@SiC同轴核壳结构复合吸波剂。CNTs@SiC的一维管状核壳结构有利于提高材料的介电性能和调节阻抗匹配性能,并能有效提高CNTs的初始氧化温度。Si与CNTs质量比是影响此复合材料电磁特性的关键参数,当m(Si) : m(CNTs) = 1:1.5时,复合材料有最好的吸波性能,当其厚度为1.7mm时,反射率小于-10dB所对应的有效带宽达到4.8GHz；当m(Si) : m(CNTs) = 1:2时,材料在X波段有最好的吸波效果,有效带宽达3GHz。所制备的CNTs@SiC复合材料不仅在常温下具有宽频强吸收的特点,其独特的一维管状核壳结构有望使材料在高温环境下仍具有优异的吸波性能。
以Si单质和功能化多壁碳纳米管(CNTs)为原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备了CNTs@SiC同轴核壳结构复合吸波剂。CNTs@SiC的一维管状核壳结构有利于提高材料的介电性能和调节阻抗匹配性能,并能有效提高CNTs的初始氧化温度。Si与CNTs质量比是影响此复合材料电磁特性的关键参数,当m(Si) : m(CNTs) = 1:1.5时,复合材料有最好的吸波性能,当其厚度为1.7mm时,反射率小于-10dB所对应的有效带宽达到4.8GHz；当m(Si) : m(CNTs) = 1:2时,材料在X波段有最好的吸波效果,有效带宽达3GHz。所制备的CNTs@SiC复合材料不仅在常温下具有宽频强吸收的特点,其独特的一维管状核壳结构有望使材料在高温环境下仍具有优异的吸波性能。
2022, 51(10):3752-3761.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210802
摘要:
通过单向拉伸实验研究了TA32钛合金在温度880~940 ℃、初始应变速率5×10-4~1×10-2 s-1条件下的超塑性变形行为和微观组织演变，构建了修正Johnson-Cook本构模型和BP神经网络本构模型。结果表明，TA32钛合金的流动应力与断后伸长率对温度和应变速率敏感，应变速率敏感性指数随应变量增加而减小，随温度升高而增大。温度升高和变形程度增大促进了α→β相转变和两相晶粒长大，应变速率降低使得两相晶粒有所长大。β相晶粒形貌随变形条件改变有显著变化，α相晶粒则保持等轴状。TA32钛合金的超塑性断裂模式为孔洞生长扩展导致的微孔聚集性断裂。相较于修正Johnson-Cook本构模型，BP神经网络本构模型在大范围变形条件下的预测精度更高。
通过单向拉伸实验研究了TA32钛合金在温度880~940 ℃、初始应变速率5×10-4~1×10-2 s-1条件下的超塑性变形行为和微观组织演变，构建了修正Johnson-Cook本构模型和BP神经网络本构模型。结果表明，TA32钛合金的流动应力与断后伸长率对温度和应变速率敏感，应变速率敏感性指数随应变量增加而减小，随温度升高而增大。温度升高和变形程度增大促进了α→β相转变和两相晶粒长大，应变速率降低使得两相晶粒有所长大。β相晶粒形貌随变形条件改变有显著变化，α相晶粒则保持等轴状。TA32钛合金的超塑性断裂模式为孔洞生长扩展导致的微孔聚集性断裂。相较于修正Johnson-Cook本构模型，BP神经网络本构模型在大范围变形条件下的预测精度更高。
2022, 51(10):3762-3776.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210847
摘要:
随着稀土镁合金商业化应用的增加，利用高丰度稀土元素制备更低成本、更高性能的镁合金具有显著优势，但稀土元素的添加完全改变了基体镁合金的合金化顺序，因此，深入研究Ce元素对镁合金的强化机理很有必要。本文通过第一性原理计算可能存在的Mg-Ce、Al-Ce、Mg-Al强化相的热力学稳定性，采用SEM、XRD、EDS等实验手段分析所制备镁合金样品的物相组成，进而验证第一性原理计算结果，并推导关键稀土中间相的组成及析出顺序。接着，基于错配度理论探讨优先析出的第二相能否成为初生α-Mg的形核核心，揭示Ce元素对镁合金的变质机理；然后以温度为维度，借助Al-Ce、Mg-Al二元相图和Al-Ce-Mn三元相图将不同温度阶段的合金化反应与电负性理论相关联，从而简化多元合金体系中的复杂合金化问题，最终阐明Ce元素对镁合金强化作用机理。研究结果表明，Ce元素添加后将形成大量沿晶界或贯穿晶粒分布的针状或棒状Al11Ce3和Al10Ce2Mn7相，但优先析出的Al11Ce3、Al10Ce2Mn7相并不能作为初生α-Mg的形核核心，晶粒细化机制为晶界位置的第二相阻碍晶粒长大；拉伸实验结果表明，通过调节Ce元素的添加量形成适量Al-Ce相与Mg-Al相混合的结构有利于提高镁合金室温、高温力学性能。
随着稀土镁合金商业化应用的增加，利用高丰度稀土元素制备更低成本、更高性能的镁合金具有显著优势，但稀土元素的添加完全改变了基体镁合金的合金化顺序，因此，深入研究Ce元素对镁合金的强化机理很有必要。本文通过第一性原理计算可能存在的Mg-Ce、Al-Ce、Mg-Al强化相的热力学稳定性，采用SEM、XRD、EDS等实验手段分析所制备镁合金样品的物相组成，进而验证第一性原理计算结果，并推导关键稀土中间相的组成及析出顺序。接着，基于错配度理论探讨优先析出的第二相能否成为初生α-Mg的形核核心，揭示Ce元素对镁合金的变质机理；然后以温度为维度，借助Al-Ce、Mg-Al二元相图和Al-Ce-Mn三元相图将不同温度阶段的合金化反应与电负性理论相关联，从而简化多元合金体系中的复杂合金化问题，最终阐明Ce元素对镁合金强化作用机理。研究结果表明，Ce元素添加后将形成大量沿晶界或贯穿晶粒分布的针状或棒状Al11Ce3和Al10Ce2Mn7相，但优先析出的Al11Ce3、Al10Ce2Mn7相并不能作为初生α-Mg的形核核心，晶粒细化机制为晶界位置的第二相阻碍晶粒长大；拉伸实验结果表明，通过调节Ce元素的添加量形成适量Al-Ce相与Mg-Al相混合的结构有利于提高镁合金室温、高温力学性能。
2022, 51(10):3777-3784.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210792
摘要:
基于航空航天领域对高比强度、耐高温以及耐磨损钛合金材料的迫切需求，本文采用激光熔覆沉积(Laser Cladding Deposition, LCD)技术制备出含硼(B)的TC4钛合金复合材料，并研究了B元素含量对其显微组织和力学性能的影响。结果表明，随着B元素含量增加，可以显著降低LCD成形TC4钛合金的晶粒尺寸，其晶粒尺寸从1294μm降低至28.6μm，在硼元素作用下也逐渐弱化了LCD技术导致的柱状晶现象；当B含量较低时，TC4钛合金LCD成形过程中生成的TiB主要在原始β晶界处富集，随着B元素含量增加，针状TiB逐渐在晶粒内部析出。在LCD成形TC4钛合金复合材料性能方面，随着B含量增加，合金的硬度与强度也逐渐增大，显微硬度从313.23 HV增大至359.24 HV，抗拉强度由848 MPa增加至1119.5 MPa，提升了32.02%。本文研究为增材制造复杂结构高性能钛基合金构件在航空航天领域的应用提供理论支撑。
基于航空航天领域对高比强度、耐高温以及耐磨损钛合金材料的迫切需求，本文采用激光熔覆沉积(Laser Cladding Deposition, LCD)技术制备出含硼(B)的TC4钛合金复合材料，并研究了B元素含量对其显微组织和力学性能的影响。结果表明，随着B元素含量增加，可以显著降低LCD成形TC4钛合金的晶粒尺寸，其晶粒尺寸从1294μm降低至28.6μm，在硼元素作用下也逐渐弱化了LCD技术导致的柱状晶现象；当B含量较低时，TC4钛合金LCD成形过程中生成的TiB主要在原始β晶界处富集，随着B元素含量增加，针状TiB逐渐在晶粒内部析出。在LCD成形TC4钛合金复合材料性能方面，随着B含量增加，合金的硬度与强度也逐渐增大，显微硬度从313.23 HV增大至359.24 HV，抗拉强度由848 MPa增加至1119.5 MPa，提升了32.02%。本文研究为增材制造复杂结构高性能钛基合金构件在航空航天领域的应用提供理论支撑。
2022, 51(10):3785-3792.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210578
摘要:
密排六方结构相具有显著的各向异性特征，室温时TA19钛合金棒材中一次α相含量占70%以上，因此α相织构对TA19钛合金棒材力学性能的好坏起主要作用，有效的织构预测能够大大地降低生产成本，提高生产效率；也能帮助确定织构形成机制。本文采用宏观有限元模型和介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法，并考虑β→α相变过程，模拟了大型TA19钛合金棒材接近实际工艺条件下的锻造过程。首先模拟得到了相变点以上棒材心部、R/2和边部的β相形变织构；然后通过分析不同位置的β相织构特征，根据Burgers取向关系得到了棒材冷却过程中发生β→α相变时不同的变体选择规律，得到α相相变织构；最后结合相变后棒材心部、R/2和边部的α相织构特征，分析了不同初始取向的α晶粒在不同滑移系开动时的取向变化，并模拟得到了最终的α相形变织构。通过最终模拟结果与实际锻造结果对比，发现两者吻合良好。说明本模型对钛合金棒材锻造过程中形变及相变织构的预测具有良好的可靠性，这对钛合金锻造棒材中织构的控制与调整具有重要意义。
密排六方结构相具有显著的各向异性特征，室温时TA19钛合金棒材中一次α相含量占70%以上，因此α相织构对TA19钛合金棒材力学性能的好坏起主要作用，有效的织构预测能够大大地降低生产成本，提高生产效率；也能帮助确定织构形成机制。本文采用宏观有限元模型和介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法，并考虑β→α相变过程，模拟了大型TA19钛合金棒材接近实际工艺条件下的锻造过程。首先模拟得到了相变点以上棒材心部、R/2和边部的β相形变织构；然后通过分析不同位置的β相织构特征，根据Burgers取向关系得到了棒材冷却过程中发生β→α相变时不同的变体选择规律，得到α相相变织构；最后结合相变后棒材心部、R/2和边部的α相织构特征，分析了不同初始取向的α晶粒在不同滑移系开动时的取向变化，并模拟得到了最终的α相形变织构。通过最终模拟结果与实际锻造结果对比，发现两者吻合良好。说明本模型对钛合金棒材锻造过程中形变及相变织构的预测具有良好的可靠性，这对钛合金锻造棒材中织构的控制与调整具有重要意义。
2022, 51(10):3793-3801.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210729
摘要:
采用放电等离子烧结法在1000 ℃制备60NiTi合金,研究烧结压力对60NiTi合金的显微组织、显微硬度和摩擦学性能的影响规律；采用X射线衍射仪、扫描电镜分析60NiTi合金的显微组织,采用显微硬度仪评价60NiTi合金的显微硬度,通过摩擦磨损试验机研究60NiTi合金摩擦学性能,利用三维白光轮廓仪分析磨痕形貌并计算60NiTi合金的磨损体积,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌。试验结果表明:在25MPa烧结压力下,通过放电等离子烧结法制备的60NiTi合金显微组织均匀,主要为NiTi相和Ni3Ti相。随着烧结压力增加,60NiTi合金的显微硬度随之增加,且在50MPa烧结压力时合金的显微硬度达到最大值534 HV0.2kg。60NiTi合金的磨损率和磨痕深度随着烧结压力的增加而减小,60NiTi合金的磨损率和磨痕深度最小值分别为0.76×10-6 mm3/N?m、15 μm,其磨损机制为磨粒磨损与黏着磨损共同作用机制。
采用放电等离子烧结法在1000 ℃制备60NiTi合金,研究烧结压力对60NiTi合金的显微组织、显微硬度和摩擦学性能的影响规律；采用X射线衍射仪、扫描电镜分析60NiTi合金的显微组织,采用显微硬度仪评价60NiTi合金的显微硬度,通过摩擦磨损试验机研究60NiTi合金摩擦学性能,利用三维白光轮廓仪分析磨痕形貌并计算60NiTi合金的磨损体积,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌。试验结果表明:在25MPa烧结压力下,通过放电等离子烧结法制备的60NiTi合金显微组织均匀,主要为NiTi相和Ni3Ti相。随着烧结压力增加,60NiTi合金的显微硬度随之增加,且在50MPa烧结压力时合金的显微硬度达到最大值534 HV0.2kg。60NiTi合金的磨损率和磨痕深度随着烧结压力的增加而减小,60NiTi合金的磨损率和磨痕深度最小值分别为0.76×10-6 mm3/N?m、15 μm,其磨损机制为磨粒磨损与黏着磨损共同作用机制。
2022, 51(10):3802-3807.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210795
摘要:
在室温下对TiNi合金进行轧制，采用OM、XRD、DSC、TEM等分析检测技术，研究了冷轧变形量对TiNi合金显微组织演变、力学性能的影响规律，探讨了合金变形的微观机制。结果表明：TiNi合金在冷轧变形过程中，组织发生了B2奥氏体相向B19’马氏体相的转变；随变形量的增加，组织的不均匀变形增加，出现了纳米晶和非晶相。冷轧后的TiNi合金在拉伸过程中仅表现出奥氏体相、马氏体相的弹性变形和塑性变形阶段，应力诱发马氏体相变阶段消失，表现为连续屈服过程。TiNi合金在不同的应变阶段具有不同的变形机制：当应变量为0<ε≤0.3时，合金的主要变形机制为位错滑移；当应变量ε>0.3时，合金以孪生和位错滑移相结合的变形机制进行变形。
在室温下对TiNi合金进行轧制，采用OM、XRD、DSC、TEM等分析检测技术，研究了冷轧变形量对TiNi合金显微组织演变、力学性能的影响规律，探讨了合金变形的微观机制。结果表明：TiNi合金在冷轧变形过程中，组织发生了B2奥氏体相向B19’马氏体相的转变；随变形量的增加，组织的不均匀变形增加，出现了纳米晶和非晶相。冷轧后的TiNi合金在拉伸过程中仅表现出奥氏体相、马氏体相的弹性变形和塑性变形阶段，应力诱发马氏体相变阶段消失，表现为连续屈服过程。TiNi合金在不同的应变阶段具有不同的变形机制：当应变量为0<ε≤0.3时，合金的主要变形机制为位错滑移；当应变量ε>0.3时，合金以孪生和位错滑移相结合的变形机制进行变形。
2022, 51(10):3808-3818.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210837
摘要:
以SnO2、Bi2Sn2O7为增强相粉体，化学银粉为基体相，采用高能球磨辅助常压烧结工艺制备出系列Bi2Sn2O7改性SnO2增强银基复合材料。考察了Bi2Sn2O7含量、球磨时间、烧结制度对Ag/SnO2-Bi2Sn2O7复合材料物理性能的影响规律。结果表明：随着球磨时间从1h延长至12h，Ag/SnO2-(6 wt.%) Bi2Sn2O7复合粉体从颗粒态向片状结构发生转变，Ag/SnO2-(6 wt.%) Bi2Sn2O7复合材料的电阻率呈逐渐上升趋势而密度呈不断下降趋势。烧结温度的提升和Bi2Sn2O7掺杂量的增加均有助于降低Ag/SnO2-Bi2Sn2O7复合材料的电阻率，且当Bi2Sn2O7掺杂量为12 wt.%、烧结温度900℃时，样品Ag/ (12 wt.%) Bi2Sn2O7的电阻率达到最佳值2.24 μΩ·cm。循环50次的初期电弧烧蚀试验分析可知，相比于纯Ag/SnO2而言，Bi2Sn2O7改性样品表面的烧损面积并未快速扩展至整个表面，且当Bi2Sn2O7含量为6 wt%时，Ag/SnO2-(6 wt.%) Bi2Sn2O7样品表面的烧损面积最小。而当Bi2Sn2O7含量为12 wt.%时, Ag/ (12 wt.%) Bi2Sn2O7表面烧蚀区出现了飞溅现象，这可能归因于其较低的表面硬度(82.38HV0.3)。
以SnO2、Bi2Sn2O7为增强相粉体，化学银粉为基体相，采用高能球磨辅助常压烧结工艺制备出系列Bi2Sn2O7改性SnO2增强银基复合材料。考察了Bi2Sn2O7含量、球磨时间、烧结制度对Ag/SnO2-Bi2Sn2O7复合材料物理性能的影响规律。结果表明：随着球磨时间从1h延长至12h，Ag/SnO2-(6 wt.%) Bi2Sn2O7复合粉体从颗粒态向片状结构发生转变，Ag/SnO2-(6 wt.%) Bi2Sn2O7复合材料的电阻率呈逐渐上升趋势而密度呈不断下降趋势。烧结温度的提升和Bi2Sn2O7掺杂量的增加均有助于降低Ag/SnO2-Bi2Sn2O7复合材料的电阻率，且当Bi2Sn2O7掺杂量为12 wt.%、烧结温度900℃时，样品Ag/ (12 wt.%) Bi2Sn2O7的电阻率达到最佳值2.24 μΩ·cm。循环50次的初期电弧烧蚀试验分析可知，相比于纯Ag/SnO2而言，Bi2Sn2O7改性样品表面的烧损面积并未快速扩展至整个表面，且当Bi2Sn2O7含量为6 wt%时，Ag/SnO2-(6 wt.%) Bi2Sn2O7样品表面的烧损面积最小。而当Bi2Sn2O7含量为12 wt.%时, Ag/ (12 wt.%) Bi2Sn2O7表面烧蚀区出现了飞溅现象，这可能归因于其较低的表面硬度(82.38HV0.3)。
2022, 51(10):3819-3825.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210801
摘要:
制备高效稳定的非贵金属催化剂对于电解水生产高纯度氢气的发展至关重要。本实验通过简单的阳极氧化法和电沉积方法制备NiMo/TNAs复合催化剂,将NiMo合金颗粒通过电沉积方法稳固包覆于TNAs独特的弯曲有序界面上,当沉积电流和电解液Mo离子浓度变化时,NiMo的沉积状态和催化能力也随之改变,经过研究表明,在沉积电流密度15mA.cm-2,Mo离子浓度4g.L-1条件下沉积1min制备的样品具有更高的HER催化性能。通过更大活性表面积,更便捷的离子传输通道和增强的结构稳定性,获得了优异的催化活性的NiMo/TNAs电催化剂。NiMo/TNAs催化剂的起始过电位仅为50mV,分别在110mV和227mV低过电势下获得10mA.cm-2和100mA.cm-2的电流密度。因此得到结论,将NiMo合金颗粒沉积在TNAs纳米阵列,制备NiMo/TNAs催化剂为制备廉价高效电催化剂提供了新途径。
制备高效稳定的非贵金属催化剂对于电解水生产高纯度氢气的发展至关重要。本实验通过简单的阳极氧化法和电沉积方法制备NiMo/TNAs复合催化剂,将NiMo合金颗粒通过电沉积方法稳固包覆于TNAs独特的弯曲有序界面上,当沉积电流和电解液Mo离子浓度变化时,NiMo的沉积状态和催化能力也随之改变,经过研究表明,在沉积电流密度15mA.cm-2,Mo离子浓度4g.L-1条件下沉积1min制备的样品具有更高的HER催化性能。通过更大活性表面积,更便捷的离子传输通道和增强的结构稳定性,获得了优异的催化活性的NiMo/TNAs电催化剂。NiMo/TNAs催化剂的起始过电位仅为50mV,分别在110mV和227mV低过电势下获得10mA.cm-2和100mA.cm-2的电流密度。因此得到结论,将NiMo合金颗粒沉积在TNAs纳米阵列,制备NiMo/TNAs催化剂为制备廉价高效电催化剂提供了新途径。
2022, 51(10):3826-3834.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210825
摘要:
B4C/Al是一种新型金属复合陶瓷材料，相比于传统陶瓷材料，B4C/Al 复合材料具有低密度、高硬度、高韧性、低成本等优点，常被应用于装甲防护领域。为研究B4C/Al复合材料在动态加载下的力学性能，论文通过分离式霍普金森压杆（SHPB）实验和电镜扫描（SEM）等技术，获得了材料在不同冲击速度下的典型波形图、应力应变曲线，以及微观环境下的断口形貌；研究了不同应变率下材料的应力应变曲线特征和破坏模式，同时讨论了Al含量对材料的动态压缩强度的影响规律。研究结果可为B4C/Al复合材料的设计和应用提供参考。
B4C/Al是一种新型金属复合陶瓷材料，相比于传统陶瓷材料，B4C/Al 复合材料具有低密度、高硬度、高韧性、低成本等优点，常被应用于装甲防护领域。为研究B4C/Al复合材料在动态加载下的力学性能，论文通过分离式霍普金森压杆（SHPB）实验和电镜扫描（SEM）等技术，获得了材料在不同冲击速度下的典型波形图、应力应变曲线，以及微观环境下的断口形貌；研究了不同应变率下材料的应力应变曲线特征和破坏模式，同时讨论了Al含量对材料的动态压缩强度的影响规律。研究结果可为B4C/Al复合材料的设计和应用提供参考。
2022, 51(10):3835-3842.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210803
摘要:
随着采矿和城市基建等行业的发展,对矿用WC–Co采掘工具的耐磨性提出了更高的要求。通过添加金刚石增强WC–Co矿用工具的耐磨性是一种可行的新思路。在烧结制备金刚石–WC–Co复合材料的过程中钴相作为催化剂会加速金刚石向石墨转变。为研究Co对复合材料中金刚石石墨化程度的影响,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备金刚石–WC–Co复合材料,分析了复合材料中金刚石石墨化程度并采用砂轮法研究了复合材料的磨损性能和磨损机理。结果表明：金刚石–WC–Co复合材料中金刚石可以起到增韧效果；Co含量增加会促进复合材料致密化进程,同时也会降低复合材料的硬度；随着Co含量增加,复合材料材料耐磨性变差。磨损过程中 WC–Co基体率先被磨损去除,金刚石后被磨损,金刚石会增强材料的耐磨性能。
随着采矿和城市基建等行业的发展,对矿用WC–Co采掘工具的耐磨性提出了更高的要求。通过添加金刚石增强WC–Co矿用工具的耐磨性是一种可行的新思路。在烧结制备金刚石–WC–Co复合材料的过程中钴相作为催化剂会加速金刚石向石墨转变。为研究Co对复合材料中金刚石石墨化程度的影响,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备金刚石–WC–Co复合材料,分析了复合材料中金刚石石墨化程度并采用砂轮法研究了复合材料的磨损性能和磨损机理。结果表明：金刚石–WC–Co复合材料中金刚石可以起到增韧效果；Co含量增加会促进复合材料致密化进程,同时也会降低复合材料的硬度；随着Co含量增加,复合材料材料耐磨性变差。磨损过程中 WC–Co基体率先被磨损去除,金刚石后被磨损,金刚石会增强材料的耐磨性能。
2022, 51(10):3843-3849.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210843
摘要:
本文对TC21钛合金进行线性摩擦焊接试验,采用OM、SEM等测试手段对接头各区域显微组织演变规律进行了分析,并通过显微硬度仪和电子万能试验机对接头显微硬度及拉伸性能进行测试。结果表明：TC21钛合金线性摩擦焊可以得到良好的焊接接头,接头明显分为母材区、热力影响区和焊缝区；焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶过程,形成细小的再结晶晶粒,板条状α相在晶界处析出,针状马氏体α′相在晶粒内部析出,并有少量的残余α相保留至室温；热力影响区主要以变形α相为主,随着向两侧母材靠近,再结晶程度逐渐减弱,α相比例逐渐增加。由于飞边形成阶段及焊后冷却速率大小不同,导致沿着焊缝中心向飞边端部靠近,晶粒尺寸逐渐变大。TC21钛合金线性摩擦焊接头显微硬度呈拱形分布,焊缝中心显微硬度值达到最大值460HV,拉伸性能测试结果表明,接头强度与母材相当。
本文对TC21钛合金进行线性摩擦焊接试验,采用OM、SEM等测试手段对接头各区域显微组织演变规律进行了分析,并通过显微硬度仪和电子万能试验机对接头显微硬度及拉伸性能进行测试。结果表明：TC21钛合金线性摩擦焊可以得到良好的焊接接头,接头明显分为母材区、热力影响区和焊缝区；焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶过程,形成细小的再结晶晶粒,板条状α相在晶界处析出,针状马氏体α′相在晶粒内部析出,并有少量的残余α相保留至室温；热力影响区主要以变形α相为主,随着向两侧母材靠近,再结晶程度逐渐减弱,α相比例逐渐增加。由于飞边形成阶段及焊后冷却速率大小不同,导致沿着焊缝中心向飞边端部靠近,晶粒尺寸逐渐变大。TC21钛合金线性摩擦焊接头显微硬度呈拱形分布,焊缝中心显微硬度值达到最大值460HV,拉伸性能测试结果表明,接头强度与母材相当。
2022, 51(10):3850-3858.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210805
摘要:
以低成本、易变形的Ti-42Al-5Mn合金（原子分数，下同）为研究对象，系统研究了0.5~1.0 at.%W含量对合金凝固组织和元素在相中分配行为的影响。结果表明，采用CaO坩埚一次真空感应熔炼方法制备的合金铸锭不同位置难熔金属W分布均匀且O含量控制在556~660 ppm。W添加后，合金凝固组织得到明显细化，随着W含量的增加，凝固组织中片层组织尺寸降低、含量减少。通过对不同相合金元素分布行为特征分析发现，Al在合金不同相中的富集顺序为：γ＞α2＞βo，Ti、Mn、W的为：βo＞α2＞γ，W添加不能改变Ti、Al元素在相关相中的分配行为，但会在一定程度上改变Mn元素的分配行为。随着W含量的增加，W在βo和α2相中的分配系数线性增加，分别满足kWα2/γ=1.4026CW(at.%)+0.4313，kWβo/γ = 1.3290CW(at.%) +1.8745，且W在βo相中的富集倾向约为Mn的5.6倍，在α2相中的富集倾向约为Mn的7.5倍。
以低成本、易变形的Ti-42Al-5Mn合金（原子分数，下同）为研究对象，系统研究了0.5~1.0 at.%W含量对合金凝固组织和元素在相中分配行为的影响。结果表明，采用CaO坩埚一次真空感应熔炼方法制备的合金铸锭不同位置难熔金属W分布均匀且O含量控制在556~660 ppm。W添加后，合金凝固组织得到明显细化，随着W含量的增加，凝固组织中片层组织尺寸降低、含量减少。通过对不同相合金元素分布行为特征分析发现，Al在合金不同相中的富集顺序为：γ＞α2＞βo，Ti、Mn、W的为：βo＞α2＞γ，W添加不能改变Ti、Al元素在相关相中的分配行为，但会在一定程度上改变Mn元素的分配行为。随着W含量的增加，W在βo和α2相中的分配系数线性增加，分别满足kWα2/γ=1.4026CW(at.%)+0.4313，kWβo/γ = 1.3290CW(at.%) +1.8745，且W在βo相中的富集倾向约为Mn的5.6倍，在α2相中的富集倾向约为Mn的7.5倍。
2022, 51(10):3867-3875.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210819
摘要:
利用Thermal-Calc热力学软件对COST-FB2钢平衡条件下的析出相进行了计算，结合扫描、透射、化学相分析等手段研究了620 ℃不同时效时间下超超临界电站转子用COST-FB2钢的组织、M23C6 碳化物和Laves相的演变，并分析了其变化对性能的影响。结果表明: COST-FB2钢在620 ℃后室温强度和塑性变化不大，高温强度和塑性有波动，冲击性能和硬度在时效前1 000 h下降幅度较大，随着时间的进一步延长有所波动下降的幅度较小。时效 0 ~ 10 000 h 过程中COST-FB2钢中马氏体板条结构比较稳定，位错密度和小角度界面下降，M23C6 碳化物平均粒度增加；Laves相在时效2 000 h开始析出，到时效 10 000 h过程中其尺寸不断增加，10 000 h后平均直径约410 nm，其粗化程度远大于M23C6碳化物；在时效 2 000~6 000 h，Laves相的单位面积数量不断增加，6 000 h以后Laves相的单位面积数量开始下降，时效8 000 h以后趋于平稳。国产COST-FB2钢转子大锻件在620 ℃时效 10 000 h过程中表现出较好的组织和性能稳定性。
利用Thermal-Calc热力学软件对COST-FB2钢平衡条件下的析出相进行了计算，结合扫描、透射、化学相分析等手段研究了620 ℃不同时效时间下超超临界电站转子用COST-FB2钢的组织、M23C6 碳化物和Laves相的演变，并分析了其变化对性能的影响。结果表明: COST-FB2钢在620 ℃后室温强度和塑性变化不大，高温强度和塑性有波动，冲击性能和硬度在时效前1 000 h下降幅度较大，随着时间的进一步延长有所波动下降的幅度较小。时效 0 ~ 10 000 h 过程中COST-FB2钢中马氏体板条结构比较稳定，位错密度和小角度界面下降，M23C6 碳化物平均粒度增加；Laves相在时效2 000 h开始析出，到时效 10 000 h过程中其尺寸不断增加，10 000 h后平均直径约410 nm，其粗化程度远大于M23C6碳化物；在时效 2 000~6 000 h，Laves相的单位面积数量不断增加，6 000 h以后Laves相的单位面积数量开始下降，时效8 000 h以后趋于平稳。国产COST-FB2钢转子大锻件在620 ℃时效 10 000 h过程中表现出较好的组织和性能稳定性。
2022, 51(10):3876-3883.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220141
摘要:
通过对基于冷金属过渡(CMT)的电弧增材制造成形过程中电弧形态、电流电压同步信号和熔池形貌的同步检测分析,研究了电弧不同阶段的熔滴过渡形式和熔池金属的受力状态,探明了悬垂结构成形过程中的熔池金属的受力机制,实现了钛合金螺旋桨的成形,并分析成形后的组织性能。研究结果表明,通过对CMT电弧热输入和电弧力的精细控制,能够在无支撑条件下实现螺旋桨叶片的快速成形,同时获得良好的力学性能。在本研究条件下,钛合金CMT增材制造过程中熔滴过渡主要以短路过渡的形式进行,降低基值和短路阶段的焊接电流能够增加悬垂结构倾角,且当I基值/I峰值小于0.3时,钛合金螺旋桨最大倾角达到53.26°。基于优化后的工艺成形船用Ti6321合金,内部组织致密且无贯穿式的粗大柱状晶,力学性能达到同级别锻件标准,水平方向和竖直方向的各向异性不明显。
通过对基于冷金属过渡(CMT)的电弧增材制造成形过程中电弧形态、电流电压同步信号和熔池形貌的同步检测分析,研究了电弧不同阶段的熔滴过渡形式和熔池金属的受力状态,探明了悬垂结构成形过程中的熔池金属的受力机制,实现了钛合金螺旋桨的成形,并分析成形后的组织性能。研究结果表明,通过对CMT电弧热输入和电弧力的精细控制,能够在无支撑条件下实现螺旋桨叶片的快速成形,同时获得良好的力学性能。在本研究条件下,钛合金CMT增材制造过程中熔滴过渡主要以短路过渡的形式进行,降低基值和短路阶段的焊接电流能够增加悬垂结构倾角,且当I基值/I峰值小于0.3时,钛合金螺旋桨最大倾角达到53.26°。基于优化后的工艺成形船用Ti6321合金,内部组织致密且无贯穿式的粗大柱状晶,力学性能达到同级别锻件标准,水平方向和竖直方向的各向异性不明显。
2022, 51(10):3884-3891.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210844
摘要:
采用硬度测试、拉伸实验和透射电镜等方法分析不同时效制度下2195铝锂合金组织与力学性能的变化。结果表明,单级时效的峰时效制度为160℃ × 56h和 190℃ × 16h,峰值抗拉强度分别为565MPa、541MPa,延伸率分别为6.3%和7.1%。双级峰时效190℃ × 4h + 160℃ × 32h的抗拉强度和延伸率均优于单级峰时效,分别为588MPa和13.5%。双级时效合金基体中细长T1相及密集区对强度提升有重要作用,较窄的晶界无沉淀析出带和晶内胞状区域是合金塑性显著改善的主要因素。采用190℃ × 4h + 160℃ × 32h的双级时效制度可获得比单级时效更优异的综合力学性能。
采用硬度测试、拉伸实验和透射电镜等方法分析不同时效制度下2195铝锂合金组织与力学性能的变化。结果表明,单级时效的峰时效制度为160℃ × 56h和 190℃ × 16h,峰值抗拉强度分别为565MPa、541MPa,延伸率分别为6.3%和7.1%。双级峰时效190℃ × 4h + 160℃ × 32h的抗拉强度和延伸率均优于单级峰时效,分别为588MPa和13.5%。双级时效合金基体中细长T1相及密集区对强度提升有重要作用,较窄的晶界无沉淀析出带和晶内胞状区域是合金塑性显著改善的主要因素。采用190℃ × 4h + 160℃ × 32h的双级时效制度可获得比单级时效更优异的综合力学性能。
2022, 51(10):3892-3899.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210852
摘要:
阴极作为电弧加热发动机的“心脏”,担负着加热工质气体产生推进力的作用,由于卫星服役周期长,点火次数频繁,对阴极材料的寿命及耐烧损性能提出了很高的要求。为寻求耐烧损性能优异的阴极材料,以W-La-Ce-Y与W-La-Y-Zr电极为基础,采用氢还原-中频烧结的方法制备W-La-Ce-Y-Re与W-La-Y-Zr-Re电极材料。模拟发动机实际工况在250A电流下进行燃弧试验,测量燃弧后电极的质量损失并对电极尖端的组织形貌进行观察表征。结果表明,加铼电极在燃弧2h后的烧损质量更少,尖端形貌变化程度更小,耐烧损性能更好。在扫描电镜下观察到铼的加入抑制了尖端表面枝晶的生长,弱化了钨基体晶粒的再结晶程度,并探讨了稀土氧化物的迁移途径;在金相显微镜下观察到加铼电极的再结晶晶粒更细小,铼起到了细化再结晶晶粒的作用。在不同工作电流下测得加铼电极的阴极压降更低,铼的加入提升了电极材料的电子发射性能。
阴极作为电弧加热发动机的“心脏”,担负着加热工质气体产生推进力的作用,由于卫星服役周期长,点火次数频繁,对阴极材料的寿命及耐烧损性能提出了很高的要求。为寻求耐烧损性能优异的阴极材料,以W-La-Ce-Y与W-La-Y-Zr电极为基础,采用氢还原-中频烧结的方法制备W-La-Ce-Y-Re与W-La-Y-Zr-Re电极材料。模拟发动机实际工况在250A电流下进行燃弧试验,测量燃弧后电极的质量损失并对电极尖端的组织形貌进行观察表征。结果表明,加铼电极在燃弧2h后的烧损质量更少,尖端形貌变化程度更小,耐烧损性能更好。在扫描电镜下观察到铼的加入抑制了尖端表面枝晶的生长,弱化了钨基体晶粒的再结晶程度,并探讨了稀土氧化物的迁移途径;在金相显微镜下观察到加铼电极的再结晶晶粒更细小,铼起到了细化再结晶晶粒的作用。在不同工作电流下测得加铼电极的阴极压降更低,铼的加入提升了电极材料的电子发射性能。
2022, 51(10):3900-3904.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210809
摘要:
本文研制了一台中心磁场为1.5T的传导冷却型的无绝缘高温超导二极磁体,它主要由常温铁芯、高温超导双饼线圈以及低温恒温器等组成。铁芯的极头采用圆柱形结构,极头之间的距离为120mm。其中,每个线圈匝数为176匝,磁体的运行电流为286A。线圈冷体由一台GM制冷机进行冷却,运行温度小于20K。本文主要介绍高温超导磁体的设计以及所使用高温超导带材的载流性能,并对无绝缘线圈在装入铁芯前和装入铁芯后的充电和放电特性进行了测试研究。通过测试得到了该磁体充电延迟时间常数,并且测试结果表明,在励磁电流为286A时,中心磁场强度达到了设计要求。
本文研制了一台中心磁场为1.5T的传导冷却型的无绝缘高温超导二极磁体,它主要由常温铁芯、高温超导双饼线圈以及低温恒温器等组成。铁芯的极头采用圆柱形结构,极头之间的距离为120mm。其中,每个线圈匝数为176匝,磁体的运行电流为286A。线圈冷体由一台GM制冷机进行冷却,运行温度小于20K。本文主要介绍高温超导磁体的设计以及所使用高温超导带材的载流性能,并对无绝缘线圈在装入铁芯前和装入铁芯后的充电和放电特性进行了测试研究。通过测试得到了该磁体充电延迟时间常数,并且测试结果表明,在励磁电流为286A时,中心磁场强度达到了设计要求。
2022, 51(10):3905-3909.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210788
摘要:
Ag基焊料因其良好的加工性能和力学性能成为硬钎焊主要连接材料之一,研究了稀土元素Pr对BAg30焊料组织和性能的影响。结果表明：微量的稀土元素Pr可以促使焊料的熔化温度提高~3℃,提高焊料在钢基板表面的润湿铺展面积,显著提高焊点的抗拉强度,但是过量的稀土元素会降低焊料的润湿性和焊点剪切强度。通过优化分析证实稀土元素Pr的最佳添加量(质量分数)为0.12%左右。对BAg30-xPr焊料组织SEM分析,发现稀土元素Pr(≤0.12%)显著细化焊料基体组织,当稀土元素含量大于0.12%,焊料的组织得到显著的粗化。对BAg30-1.0Pr焊料进行元素分析,证实元素在焊料内部均匀分布,存在PrCu6相。
Ag基焊料因其良好的加工性能和力学性能成为硬钎焊主要连接材料之一,研究了稀土元素Pr对BAg30焊料组织和性能的影响。结果表明：微量的稀土元素Pr可以促使焊料的熔化温度提高~3℃,提高焊料在钢基板表面的润湿铺展面积,显著提高焊点的抗拉强度,但是过量的稀土元素会降低焊料的润湿性和焊点剪切强度。通过优化分析证实稀土元素Pr的最佳添加量(质量分数)为0.12%左右。对BAg30-xPr焊料组织SEM分析,发现稀土元素Pr(≤0.12%)显著细化焊料基体组织,当稀土元素含量大于0.12%,焊料的组织得到显著的粗化。对BAg30-1.0Pr焊料进行元素分析,证实元素在焊料内部均匀分布,存在PrCu6相。
2022, 51(10):3910-3921.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210711
摘要:
氧化铝/氧化铝复合材料(Al2O3/Al2O3)是20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料，已经发展为与SiC/SiC、C/SiC等非氧化物陶瓷基复合材料并列的一类陶瓷基复合材料。与非氧化物陶瓷基复合材料相比，Al2O3/Al2O3具有长时抗氧化、高温耐腐蚀、低成本等独特优势，已经在航空发动机、地面燃气轮机等军民两用热结构材料领域展现出广阔的应用前景。本文从材料应用的角度出发，系统分析阐述了目前在Al2O3/Al2O3占主导地位的多孔基体Al2O3/Al2O3(P-Al2O3/Al2O3)的增韧机制、成型工艺和性能特点，重点归纳了国外近年来P-Al2O3/Al2O3的工程化应用进展及前景，最后指出了P-Al2O3/Al2O3存在的局限性并展望了未来发展方向，旨在为国内Al2O3/Al2O3体系发展提供借鉴和参考。
氧化铝/氧化铝复合材料(Al2O3/Al2O3)是20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料，已经发展为与SiC/SiC、C/SiC等非氧化物陶瓷基复合材料并列的一类陶瓷基复合材料。与非氧化物陶瓷基复合材料相比，Al2O3/Al2O3具有长时抗氧化、高温耐腐蚀、低成本等独特优势，已经在航空发动机、地面燃气轮机等军民两用热结构材料领域展现出广阔的应用前景。本文从材料应用的角度出发，系统分析阐述了目前在Al2O3/Al2O3占主导地位的多孔基体Al2O3/Al2O3(P-Al2O3/Al2O3)的增韧机制、成型工艺和性能特点，重点归纳了国外近年来P-Al2O3/Al2O3的工程化应用进展及前景，最后指出了P-Al2O3/Al2O3存在的局限性并展望了未来发展方向，旨在为国内Al2O3/Al2O3体系发展提供借鉴和参考。
2022, 51(10):3922-3928.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211012
摘要:
金属钽是一种具有优异耐腐蚀性、生物相容性和介电性能的难熔金属材料,因而被广泛应用于高温技术、电子技术、耐腐工程、原子能以及医疗等行业。增材制造技术能够实现复杂钽金属零件的一体化成形,并且材料利用率高、可实现个性化定制。本文介绍了增材制造用球形金属钽粉的研究现状,评述了钽金属粉末及增材制造成形后的组织和性能研究及应用进展,分析了钽金属增材制造技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展进行了展望。
金属钽是一种具有优异耐腐蚀性、生物相容性和介电性能的难熔金属材料,因而被广泛应用于高温技术、电子技术、耐腐工程、原子能以及医疗等行业。增材制造技术能够实现复杂钽金属零件的一体化成形,并且材料利用率高、可实现个性化定制。本文介绍了增材制造用球形金属钽粉的研究现状,评述了钽金属粉末及增材制造成形后的组织和性能研究及应用进展,分析了钽金属增材制造技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展进行了展望。
2022, 51(10):3929-3936.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220294
摘要:
TiAl基合金具有密度低、弹性模量大、比强度高等特点,是航空发动机用镍基高温合金最有竞争力的替代材料之一。本文从扩散渗、激光熔覆、双辉等离子渗金属、大气等离子喷涂、物理气相沉积等制备技术出发,概述了TiAl基合金高温抗氧化涂层的研究进展,并根据航空发动机性能持续提高对材料的高要求,提出了实现TiAl合金在先进发动机上应用的研究方向。
TiAl基合金具有密度低、弹性模量大、比强度高等特点,是航空发动机用镍基高温合金最有竞争力的替代材料之一。本文从扩散渗、激光熔覆、双辉等离子渗金属、大气等离子喷涂、物理气相沉积等制备技术出发,概述了TiAl基合金高温抗氧化涂层的研究进展,并根据航空发动机性能持续提高对材料的高要求,提出了实现TiAl合金在先进发动机上应用的研究方向。
2022, 51(10):3937-3942.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220100
摘要:
采用激光沉积制备了原位TiC-TiB2/Al-12Si混杂铝基复合材料，通过XRD、OM、SEM、TEM和电化学测试分析了复合材料的微观组织和耐蚀性能。结果表明，原位TiC为细小弥散分布的多边形状、TiB2为短棒状，两者均可作为Al的异质形核核心而细化晶粒。在3.5% NaCl溶液中，随着原位TiC-TiB2增强相含量的增加，复合材料的自腐蚀电位正移，自腐蚀电流密度降低，阻抗模量值及相位角值增大，表明复合材料的耐蚀性增强。
采用激光沉积制备了原位TiC-TiB2/Al-12Si混杂铝基复合材料，通过XRD、OM、SEM、TEM和电化学测试分析了复合材料的微观组织和耐蚀性能。结果表明，原位TiC为细小弥散分布的多边形状、TiB2为短棒状，两者均可作为Al的异质形核核心而细化晶粒。在3.5% NaCl溶液中，随着原位TiC-TiB2增强相含量的增加，复合材料的自腐蚀电位正移，自腐蚀电流密度降低，阻抗模量值及相位角值增大，表明复合材料的耐蚀性增强。
2022, 51(10):3943-3948.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220130
摘要:
为提高AlN涂层的稳定性和阻氚性能，提出“Ti-AlN”复合结构涂层。采用磁控溅射法在316L不锈钢基体表面制备了结构致密、总厚度约500 nm的Ti/AlN/Ti/AlN复合涂层。对涂层样品进行不同的真空热处理后，采用SEM、XRD、AES等手段分析涂层样品在热处理前后的微观形貌和结构变化，并对样品在200-600 ℃的阻氘性能进行测试和分析。结果表明，仅热处理温度为760 ℃时，Ti-AlN界面反应生成少量的Al3Ti相。在所有涂层样品中，热处理温度为700 ℃、升温速率为1.5 ℃/min的复合涂层表现出最优的阻氘性能，其600 ℃的PRF（Permeation Reduction Factor）高达536。当热处理温度升高至760 ℃或升温速率达到2.5 ℃/min时，表层AlN层的开裂程度更为严重，并导致涂层的阻氘性能显著降低。另外，所有涂层样品的PRF（阻氘性能）均随渗透温度的降低而急剧减小，表明氘气渗透过程中的温度变化会导致复合涂层阻氘性能失效。
为提高AlN涂层的稳定性和阻氚性能，提出“Ti-AlN”复合结构涂层。采用磁控溅射法在316L不锈钢基体表面制备了结构致密、总厚度约500 nm的Ti/AlN/Ti/AlN复合涂层。对涂层样品进行不同的真空热处理后，采用SEM、XRD、AES等手段分析涂层样品在热处理前后的微观形貌和结构变化，并对样品在200-600 ℃的阻氘性能进行测试和分析。结果表明，仅热处理温度为760 ℃时，Ti-AlN界面反应生成少量的Al3Ti相。在所有涂层样品中，热处理温度为700 ℃、升温速率为1.5 ℃/min的复合涂层表现出最优的阻氘性能，其600 ℃的PRF（Permeation Reduction Factor）高达536。当热处理温度升高至760 ℃或升温速率达到2.5 ℃/min时，表层AlN层的开裂程度更为严重，并导致涂层的阻氘性能显著降低。另外，所有涂层样品的PRF（阻氘性能）均随渗透温度的降低而急剧减小，表明氘气渗透过程中的温度变化会导致复合涂层阻氘性能失效。
