2022年第51卷第12期文章目次
2022, 51(12):4369-4375.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220181
摘要:
在变形温度为193~298 K、应变速率为2000~3000 s-1的范围内，对Ti6321钛合金进行动态压缩试验，研究温度和应变速率对材料力学性能和变形行为的影响。采用光学显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）表征和分析了合金的微观结构演变。结果表明，随着温度的降低和应变速率的增加，Ti6321钛合金的动态屈服强度和平均流动应力均增大，而断裂应变明显降低。采用Johnson-Cook本构方程预测了Ti6321钛合金在低温高应变速率下的力学行为，拟合结果与实验结果吻合较好。微观结构分析表明，随着变形温度的降低，｛112
在变形温度为193~298 K、应变速率为2000~3000 s-1的范围内，对Ti6321钛合金进行动态压缩试验，研究温度和应变速率对材料力学性能和变形行为的影响。采用光学显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）表征和分析了合金的微观结构演变。结果表明，随着温度的降低和应变速率的增加，Ti6321钛合金的动态屈服强度和平均流动应力均增大，而断裂应变明显降低。采用Johnson-Cook本构方程预测了Ti6321钛合金在低温高应变速率下的力学行为，拟合结果与实验结果吻合较好。微观结构分析表明，随着变形温度的降低，｛112
2022, 51(12):4376-4384.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220001
摘要:
采用真空电子束焊接工艺对热连轧成型的8 mm厚新型Ti-Al-Nb-Zr-Mo系钛合金无缝管进行了环缝焊接试验，并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明，该无缝管母材基体主要由初生α相、β转变组织和魏氏组织组成；焊接接头的熔合区由针状马氏体α′相、块状α相和魏氏组织组成，针状马氏体α′的尺寸从上至下逐渐减小；热影响区由初生α相和针状马氏体α′相组成。焊接接头显微硬度平均值大小依次为：熔合区>热影响区>母材，热影响区的显微硬度从近熔合区侧到近母材侧逐渐降低。焊接接头抗拉强度约为893 MPa， 断裂均发生在母材基体上，拉伸试样断后伸长率可达10%。熔合区的冲击功约可以达到母材的80%，弯曲试样弯曲角度可以达到180°并且无裂纹产生。
采用真空电子束焊接工艺对热连轧成型的8 mm厚新型Ti-Al-Nb-Zr-Mo系钛合金无缝管进行了环缝焊接试验，并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明，该无缝管母材基体主要由初生α相、β转变组织和魏氏组织组成；焊接接头的熔合区由针状马氏体α′相、块状α相和魏氏组织组成，针状马氏体α′的尺寸从上至下逐渐减小；热影响区由初生α相和针状马氏体α′相组成。焊接接头显微硬度平均值大小依次为：熔合区>热影响区>母材，热影响区的显微硬度从近熔合区侧到近母材侧逐渐降低。焊接接头抗拉强度约为893 MPa， 断裂均发生在母材基体上，拉伸试样断后伸长率可达10%。熔合区的冲击功约可以达到母材的80%，弯曲试样弯曲角度可以达到180°并且无裂纹产生。
2022, 51(12):4385-4388.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220454
摘要:
一种具有双态组织的近α钛合金经压缩变形后微观组织呈现出不均匀性。利用电子背散射衍射技术分析了局部织构对组织形貌的影响，通过取向数据处理研究了初生α相（αp）和β相微织构。结果表明，局部组织不均匀性和局部织构之间具有紧密联系。引入角θ定量分析αp相与相邻β相偏离Burgers取向关系程度，发现在具有粗大β晶粒的区域内具有较小θ角的αp/β界面体积分数高于完全再结晶的β晶粒区域。αp相和β相之间的取向关系不仅影响原始β晶粒变形过程中再结晶，还通过影响变体选择对转变α相形貌产生影响。
一种具有双态组织的近α钛合金经压缩变形后微观组织呈现出不均匀性。利用电子背散射衍射技术分析了局部织构对组织形貌的影响，通过取向数据处理研究了初生α相（αp）和β相微织构。结果表明，局部组织不均匀性和局部织构之间具有紧密联系。引入角θ定量分析αp相与相邻β相偏离Burgers取向关系程度，发现在具有粗大β晶粒的区域内具有较小θ角的αp/β界面体积分数高于完全再结晶的β晶粒区域。αp相和β相之间的取向关系不仅影响原始β晶粒变形过程中再结晶，还通过影响变体选择对转变α相形貌产生影响。
2022, 51(12):4389-4397.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220033
摘要:
高强高韧损伤容限钛合金是高强钛合金的重要研究方向，本文重点研究、评述了1200 MPa级高强高韧损伤容限钛合金Ti-5321的拉伸强度与冲击韧性、断裂韧性的关系。Ti-5321合金的微观组织明显影响合金的强度和韧性。片层组织具有较好的强度、塑性、断裂韧性、冲击韧性匹配，而双态组织也有较好的强度、塑性、断裂韧性匹配，但冲击韧性低。结合微观组织演变分析了强度、断裂韧性、冲击韧性的变化规律，并提出了高强高韧损伤容限钛合金的研究方向。
高强高韧损伤容限钛合金是高强钛合金的重要研究方向，本文重点研究、评述了1200 MPa级高强高韧损伤容限钛合金Ti-5321的拉伸强度与冲击韧性、断裂韧性的关系。Ti-5321合金的微观组织明显影响合金的强度和韧性。片层组织具有较好的强度、塑性、断裂韧性、冲击韧性匹配，而双态组织也有较好的强度、塑性、断裂韧性匹配，但冲击韧性低。结合微观组织演变分析了强度、断裂韧性、冲击韧性的变化规律，并提出了高强高韧损伤容限钛合金的研究方向。
2022, 51(12):4398-4409.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220616
摘要:
钛具有高强度，低密度，耐腐蚀等特性，并在多个领域得到应用。多年来，钛的同素异构体的晶体结构和结构转变受到了学者的广泛关注。除了密排六方结构的平衡相（α-Ti），面心立方结构的高温相（β-Ti）和六方结构的高压相（ω-Ti）外，学者通过各种方法尝试在极端条件下制备钛的其他亚稳相结构。在过去的几十年中，人们在超高压条件下发现了γ-Ti和δ-Ti，并通过高压扭转实验、激光冲击实验和超薄薄膜实验等方法制备了在室温条件下可以稳定存在的ω-Ti和fcc-Ti。综述了钛的同素异构体（不包括合金）的晶体结构和结构转变类型，并介绍了不同结构钛的稳定性以及结构转变机理。
钛具有高强度，低密度，耐腐蚀等特性，并在多个领域得到应用。多年来，钛的同素异构体的晶体结构和结构转变受到了学者的广泛关注。除了密排六方结构的平衡相（α-Ti），面心立方结构的高温相（β-Ti）和六方结构的高压相（ω-Ti）外，学者通过各种方法尝试在极端条件下制备钛的其他亚稳相结构。在过去的几十年中，人们在超高压条件下发现了γ-Ti和δ-Ti，并通过高压扭转实验、激光冲击实验和超薄薄膜实验等方法制备了在室温条件下可以稳定存在的ω-Ti和fcc-Ti。综述了钛的同素异构体（不包括合金）的晶体结构和结构转变类型，并介绍了不同结构钛的稳定性以及结构转变机理。
2022, 51(12):4570-4578.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210953
摘要:
采用含0.25wt.%C的Ti-6Al-4V预合金粉末进行激光熔化沉积实验,研究了激光功率对Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V-0.25C合金微观结构为等轴晶粒形貌,晶粒内部形成了层状α+β结构,并且平均晶粒尺寸和α板条尺寸均随着激光功率的增加而逐渐增加。此外,随着激光功率的增加,合金拉伸性能得到明显提升,特别是在激光功率为1500 W时制备的合金样品,极限抗拉强度和伸长率分别为1191 MPa和8.3%。一方面,这是由于激光功率增加使得合金孔隙率显著降低；另一方面,Ti-6Al-4V合金中含有微量的C元素,在冷却/凝固过程中,大多数的C原子固溶在Ti基体中,造成固溶强化。
采用含0.25wt.%C的Ti-6Al-4V预合金粉末进行激光熔化沉积实验,研究了激光功率对Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V-0.25C合金微观结构为等轴晶粒形貌,晶粒内部形成了层状α+β结构,并且平均晶粒尺寸和α板条尺寸均随着激光功率的增加而逐渐增加。此外,随着激光功率的增加,合金拉伸性能得到明显提升,特别是在激光功率为1500 W时制备的合金样品,极限抗拉强度和伸长率分别为1191 MPa和8.3%。一方面,这是由于激光功率增加使得合金孔隙率显著降低；另一方面,Ti-6Al-4V合金中含有微量的C元素,在冷却/凝固过程中,大多数的C原子固溶在Ti基体中,造成固溶强化。
2022, 51(12):4579-4585.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211023
摘要:
本文采用钨极氩弧焊(TIG)对Ti-6Al-4V/TiAl3叠层复合材料进行平板对接焊,研究了不同焊接参数对接头组织和力学性能的影响。经热轧处理的Ti-6Al-4V /TiAl3叠层复合材料,可通过TIG焊实现可靠连接,避免接头脆化现象发生。板材底部的金属间化合物在焊接过程中受热辐射影响发生熔化,液态TiAl3和Ti反应生成Ti3Al、TiAl等,使金属间化合物周围产生Ti原子贫化区,加速了Ti原子的扩散迁移,导致接头侧面形貌分为两部分：上部为熔化再凝固的焊缝区,底部为由热辐射引起扩散连接。整体接头无明显缺陷,焊缝区为α相和针状马氏体组成的网状组织,焊接接头抗拉强度为343MPa,约为母材的90％,断口呈韧脆混合型断裂。
本文采用钨极氩弧焊(TIG)对Ti-6Al-4V/TiAl3叠层复合材料进行平板对接焊,研究了不同焊接参数对接头组织和力学性能的影响。经热轧处理的Ti-6Al-4V /TiAl3叠层复合材料,可通过TIG焊实现可靠连接,避免接头脆化现象发生。板材底部的金属间化合物在焊接过程中受热辐射影响发生熔化,液态TiAl3和Ti反应生成Ti3Al、TiAl等,使金属间化合物周围产生Ti原子贫化区,加速了Ti原子的扩散迁移,导致接头侧面形貌分为两部分：上部为熔化再凝固的焊缝区,底部为由热辐射引起扩散连接。整体接头无明显缺陷,焊缝区为α相和针状马氏体组成的网状组织,焊接接头抗拉强度为343MPa,约为母材的90％,断口呈韧脆混合型断裂。
2022, 51(12):4586-4593.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220146
摘要:
本文对TiB改性钛合金进行了950℃的α+β两相区热压缩变形,研究了α板条的球化机制及其在不同变形量下晶体取向的变化。变形过程中α板条内部发生连续的取向积累,随着变形量的增大有大量亚结构产生,α板条的球化是连续动态再结晶的过程。α板条的球化伴随着α相与β相间Burgers取向关系被破坏,随着变形量的增大,大量非Burgersα相的产生使α相织构得到显著弱化。在动态再结晶和交滑移的协同作用下,随变形量的增大β相织构呈先增强后减弱的趋势。
本文对TiB改性钛合金进行了950℃的α+β两相区热压缩变形,研究了α板条的球化机制及其在不同变形量下晶体取向的变化。变形过程中α板条内部发生连续的取向积累,随着变形量的增大有大量亚结构产生,α板条的球化是连续动态再结晶的过程。α板条的球化伴随着α相与β相间Burgers取向关系被破坏,随着变形量的增大,大量非Burgersα相的产生使α相织构得到显著弱化。在动态再结晶和交滑移的协同作用下,随变形量的增大β相织构呈先增强后减弱的趋势。
2022, 51(12):4594-4601.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211006
摘要:
金属人工骨植入体的设计以正泊松比多孔结构为主，而少有针对超材料负泊松比多孔结构的设计研究。本文设计不同变形机理、不同孔隙率下的负泊松比多孔骨结构材料，借助选区激光融化成型技术制备医用Ti6Al4V负泊松比多孔植入物样件，进行微观材料表征和可制造性评测，以及通过压缩试验揭示强度、弹性模量等力学性能与胞元结构类型、结构参数间的影响规律，评测不同结构与人骨力学性能的匹配程度。结果表明：各结构都具有较高的可制造性，成型质量与结构特征和孔隙率相关；负泊松比结构力学性能高度依赖于结构设计及孔隙率；所设计的负泊松比结构通过改变支柱直径能够将实体金属弹性模量降低至与人体骨骼相近的范围内，并有望通过调整结构参数进一步实现植入体力学性能的广跨度调控。
金属人工骨植入体的设计以正泊松比多孔结构为主，而少有针对超材料负泊松比多孔结构的设计研究。本文设计不同变形机理、不同孔隙率下的负泊松比多孔骨结构材料，借助选区激光融化成型技术制备医用Ti6Al4V负泊松比多孔植入物样件，进行微观材料表征和可制造性评测，以及通过压缩试验揭示强度、弹性模量等力学性能与胞元结构类型、结构参数间的影响规律，评测不同结构与人骨力学性能的匹配程度。结果表明：各结构都具有较高的可制造性，成型质量与结构特征和孔隙率相关；负泊松比结构力学性能高度依赖于结构设计及孔隙率；所设计的负泊松比结构通过改变支柱直径能够将实体金属弹性模量降低至与人体骨骼相近的范围内，并有望通过调整结构参数进一步实现植入体力学性能的广跨度调控。
2022, 51(12):4733-4744.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210872
摘要:
增材制造技术是近年来迅速发展起来的一种快速成型技术,由于其诸多优点,如制造周期短、成本低、可制造复杂零件等而被广泛应用。本文介绍了增材制造的分类以及冶金组织特征,增材制造过程特殊的超常冶金过程,导致钛合金冶金组织存在(1)显著的粗大柱状晶,且随着制造方法的改变,柱状晶尺寸发生变化；(2)组织分布存在不均匀,包括相分布和晶粒尺寸分布不均性等。围绕增材制造冶金组织问题, 系统阐述了改善冶金组织的方法,主要包括改变工艺参数,外场辅助,如磁场、超声场,在线轧制塑性变形,添加形核剂来细化晶粒等。论文系统阐述,将为未来增材制造组织改善提供借鉴。
增材制造技术是近年来迅速发展起来的一种快速成型技术,由于其诸多优点,如制造周期短、成本低、可制造复杂零件等而被广泛应用。本文介绍了增材制造的分类以及冶金组织特征,增材制造过程特殊的超常冶金过程,导致钛合金冶金组织存在(1)显著的粗大柱状晶,且随着制造方法的改变,柱状晶尺寸发生变化；(2)组织分布存在不均匀,包括相分布和晶粒尺寸分布不均性等。围绕增材制造冶金组织问题, 系统阐述了改善冶金组织的方法,主要包括改变工艺参数,外场辅助,如磁场、超声场,在线轧制塑性变形,添加形核剂来细化晶粒等。论文系统阐述,将为未来增材制造组织改善提供借鉴。
2022, 51(12):4783-4787.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220330
摘要:
本文利用单向拉伸分别测试了高温钛合金Ti65板材原始态、时效态和热变形条件下强度的各向异性,并通过光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和扫描电镜(SEM)观察了各状态的微观组织。结果表明：原始态Ti65板材RD方向具有最高强度,45°方向的强度最低,主要原因是含有沿着RD方向被拉长的α相和较强的晶体学织构：(0001)∥RD-TD面和<10-10>∥RD的轧制织构。经过790℃的时效后,因为α相发生了一定的粗化,纤维组织弱化导致Ti65板材TD方向拥有最高强度。在790℃中热拉伸强度大幅度降低,且各向异性发生明显变化,TD方向强度明显高于其它两个方向,主要因为α相中各滑移系的临界剪切应力随温度的升高而大幅度降低,且不同滑移系的降幅不同。另外高温变形中存在着更强的回复和再结晶。断口观察发现,室温下Ti65板材断裂机制是以韧窝为主的韧性断裂,而790℃的断裂是由分散的微孔洞相互连接的断裂机制。
本文利用单向拉伸分别测试了高温钛合金Ti65板材原始态、时效态和热变形条件下强度的各向异性,并通过光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和扫描电镜(SEM)观察了各状态的微观组织。结果表明：原始态Ti65板材RD方向具有最高强度,45°方向的强度最低,主要原因是含有沿着RD方向被拉长的α相和较强的晶体学织构：(0001)∥RD-TD面和<10-10>∥RD的轧制织构。经过790℃的时效后,因为α相发生了一定的粗化,纤维组织弱化导致Ti65板材TD方向拥有最高强度。在790℃中热拉伸强度大幅度降低,且各向异性发生明显变化,TD方向强度明显高于其它两个方向,主要因为α相中各滑移系的临界剪切应力随温度的升高而大幅度降低,且不同滑移系的降幅不同。另外高温变形中存在着更强的回复和再结晶。断口观察发现,室温下Ti65板材断裂机制是以韧窝为主的韧性断裂,而790℃的断裂是由分散的微孔洞相互连接的断裂机制。
2022, 51(12):4410-4420.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220159
摘要:
研究了Ba-Nd复合变质对Mg-3Si-4Zn铸造合金组织及力学性能的影响，用OM、SEM、EDS、XRD等方法对微观结构进行了表征，通过硬度测试研究了材料的力学性能。结果表明，当单一变质剂Ba在Mg-3Si-4Zn合金中的添加量为1.2%（质量分数）时，变质效果最好。形成的BaMg2Si2相可以作为初生Mg2Si的异质形核核心，使初生Mg2Si细化。Ba-Nd复合变质是通过在Mg-3Si-4Zn-1.2Ba合金中加入变质剂Nd来完成的。通过Miedema模型和对吉布斯自由能的线性拟合，发现由于Nd和/或Ba原子能与Si原子形成更加稳定的化合物NdSi、NdSi2、Ba2Si、BaSi2，防止Si原子在凝固的初始阶段与Mg原子结合，因此初生Mg2Si的生长速度被抑制，微观结构中初生Mg2Si相变小。当Nd含量为2.0%时，Ba-Nd复合变质效果最好，即初生Mg2Si由平均面积约为 600 μm2 的树枝状变为平均边长约5 μm的近似方形的组织，共晶Mg2Si由平均面积约444 μm2 的复杂粗大汉字状变为平均面积约89 μm2的简单汉字状组织。合金硬度由575.75 MPa提高到612.11 MPa，提高了6.31%。
研究了Ba-Nd复合变质对Mg-3Si-4Zn铸造合金组织及力学性能的影响，用OM、SEM、EDS、XRD等方法对微观结构进行了表征，通过硬度测试研究了材料的力学性能。结果表明，当单一变质剂Ba在Mg-3Si-4Zn合金中的添加量为1.2%（质量分数）时，变质效果最好。形成的BaMg2Si2相可以作为初生Mg2Si的异质形核核心，使初生Mg2Si细化。Ba-Nd复合变质是通过在Mg-3Si-4Zn-1.2Ba合金中加入变质剂Nd来完成的。通过Miedema模型和对吉布斯自由能的线性拟合，发现由于Nd和/或Ba原子能与Si原子形成更加稳定的化合物NdSi、NdSi2、Ba2Si、BaSi2，防止Si原子在凝固的初始阶段与Mg原子结合，因此初生Mg2Si的生长速度被抑制，微观结构中初生Mg2Si相变小。当Nd含量为2.0%时，Ba-Nd复合变质效果最好，即初生Mg2Si由平均面积约为 600 μm2 的树枝状变为平均边长约5 μm的近似方形的组织，共晶Mg2Si由平均面积约444 μm2 的复杂粗大汉字状变为平均面积约89 μm2的简单汉字状组织。合金硬度由575.75 MPa提高到612.11 MPa，提高了6.31%。
2022, 51(12):4421-4428.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220028
摘要:
镁锶系列镁合金是最有前景的生物可降解金属材料之一。锶具有促进成骨和再生的作用，具有良好的生物相容性。但是镁锶合金具有强度不足、降解快速等缺点。添加适量的人体营养元素Zn在Mg-2Sr合金中，通过锌在镁合金中的固溶作用来细化晶粒以提高Mg-2Sr合金的强度和塑性。在模拟体液浸泡降解过程中，Mg-2Sr-2Zn合金生成的腐蚀保护层较致密，阻碍了浸泡过程中氯离子渗透，从而具有较好的耐蚀性。
镁锶系列镁合金是最有前景的生物可降解金属材料之一。锶具有促进成骨和再生的作用，具有良好的生物相容性。但是镁锶合金具有强度不足、降解快速等缺点。添加适量的人体营养元素Zn在Mg-2Sr合金中，通过锌在镁合金中的固溶作用来细化晶粒以提高Mg-2Sr合金的强度和塑性。在模拟体液浸泡降解过程中，Mg-2Sr-2Zn合金生成的腐蚀保护层较致密，阻碍了浸泡过程中氯离子渗透，从而具有较好的耐蚀性。
2022, 51(12):4429-4435.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220009
摘要:
难熔金属碳化物改性是提升陶瓷基复合材料抗氧化性能的有效途径。然而，ZrC-HfC-TaC改性对循环氧化烧蚀性能的影响却鲜有报道。利用前驱体浸渍裂解结合化学气相沉积工艺构筑了ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料，剖析了1600 ℃/5 h循环静态氧化后材料的力学强度、化学组成以及微观结构的变化，根据表征结果提出了改性后材料的抗氧化机理，并利用1700 ℃/4000 s循环氧乙块焰烧蚀试验验证了ZrC-HfC-TaC改性对提升循环氧化烧蚀性能的有效性。研究表明，经过ZrC-HfC-TaC改性的C/SiC复合材料具备优异的高温循环氧化烧蚀性能。
难熔金属碳化物改性是提升陶瓷基复合材料抗氧化性能的有效途径。然而，ZrC-HfC-TaC改性对循环氧化烧蚀性能的影响却鲜有报道。利用前驱体浸渍裂解结合化学气相沉积工艺构筑了ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料，剖析了1600 ℃/5 h循环静态氧化后材料的力学强度、化学组成以及微观结构的变化，根据表征结果提出了改性后材料的抗氧化机理，并利用1700 ℃/4000 s循环氧乙块焰烧蚀试验验证了ZrC-HfC-TaC改性对提升循环氧化烧蚀性能的有效性。研究表明，经过ZrC-HfC-TaC改性的C/SiC复合材料具备优异的高温循环氧化烧蚀性能。
2022, 51(12):4436-4445.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220131
摘要:
采用超声振动辅助半固态搅拌法在不同搅拌速度下制备了钛颗粒增强AM60镁基复合材料。显微组织结果表明，加入Ti颗粒后，晶粒尺寸增大，Ti颗粒界面处析出Al8Mn5相，Ti颗粒与Mg基体的界面结构为结合良好的共格界面。拉伸试验结果表明，TiP/AM60复合材料的抗拉强度高于AM60镁合金基体。随着搅拌速度从300 r/min增加到900 r/min，抗拉强度和伸长率均先增大后减小。当搅拌速度为 600 r/min时，TiP/AM60复合材料的抗拉强度和伸长率分别达到最大值183 MPa和14.3%。与AM60基体合金相比，复合材料的抗拉强度提高了15%，延伸率提高了51%。
采用超声振动辅助半固态搅拌法在不同搅拌速度下制备了钛颗粒增强AM60镁基复合材料。显微组织结果表明，加入Ti颗粒后，晶粒尺寸增大，Ti颗粒界面处析出Al8Mn5相，Ti颗粒与Mg基体的界面结构为结合良好的共格界面。拉伸试验结果表明，TiP/AM60复合材料的抗拉强度高于AM60镁合金基体。随着搅拌速度从300 r/min增加到900 r/min，抗拉强度和伸长率均先增大后减小。当搅拌速度为 600 r/min时，TiP/AM60复合材料的抗拉强度和伸长率分别达到最大值183 MPa和14.3%。与AM60基体合金相比，复合材料的抗拉强度提高了15%，延伸率提高了51%。
2022, 51(12):4446-4451.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220119
摘要:
采用Ni-Ti复合箔片作为中间层，在990 ℃、低连接压力（0.1 MPa）下，通过瞬时液相（TLP）扩散连接制备了Ti3Al/Ti2AlNb异种合金接头。分析了保温时间（10~90 min）对Ti3Al/Ti2AlNb接头微观结构及力学性能的影响，并研究了TLP扩散连接接头的界面演变和形成机制。结果表明，Ti3Al/Ti2AlNb接头具有典型的“Ti3Al | Al0.5Nb0.5Ti3 | 残余 Ni | NiTi | NiTi2 | 残余 Ti | Al0.5Nb0.5Ti3 | Ti2AlNb”多层梯度结构。随着保温时间的延长，接头的抗剪切强度先增大后减小，当保温时间达到60 min时，Ti3Al/Ti2AlNb接头的抗剪切强度最大，达到167±12 MPa。另外，接头的断裂主要发生在Ti2AlNb/Ti附近的NiTi2层，并向Ti层延伸，呈现出脆性断裂的特征。
采用Ni-Ti复合箔片作为中间层，在990 ℃、低连接压力（0.1 MPa）下，通过瞬时液相（TLP）扩散连接制备了Ti3Al/Ti2AlNb异种合金接头。分析了保温时间（10~90 min）对Ti3Al/Ti2AlNb接头微观结构及力学性能的影响，并研究了TLP扩散连接接头的界面演变和形成机制。结果表明，Ti3Al/Ti2AlNb接头具有典型的“Ti3Al | Al0.5Nb0.5Ti3 | 残余 Ni | NiTi | NiTi2 | 残余 Ti | Al0.5Nb0.5Ti3 | Ti2AlNb”多层梯度结构。随着保温时间的延长，接头的抗剪切强度先增大后减小，当保温时间达到60 min时，Ti3Al/Ti2AlNb接头的抗剪切强度最大，达到167±12 MPa。另外，接头的断裂主要发生在Ti2AlNb/Ti附近的NiTi2层，并向Ti层延伸，呈现出脆性断裂的特征。
2022, 51(12):4452-4463.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220020
摘要:
熔融氯化盐是下一代聚光式太阳能热发电站（第3代CSP）候选传热和储热介质，含MgCl2的熔融氯化盐对金属传热管道和储热容器腐蚀后在其表面形成MgO，MgO对管道耐腐蚀性能影响尚不清楚。通过对比碳钢和3种Fe-Cr-Ni合金在固态（345 ℃）和熔融NaCl-MgCl2（445和545 ℃）中的腐蚀行为，分析了MgO对4种试样在不同温度下的腐蚀行为机理。结果表明，在固态NaCl-MgCl2中，碳钢表面MgO壳致密且连续，可以保护试样免受腐蚀。在熔融NaCl-MgCl2中，4种试样表面也生成了致密的MgO壳，但它因热应力作用而开裂和剥落，熔融盐沿着氧化膜裂纹渗入MgO/基体界面，发生化学-电化学联合腐蚀反应，不能保护试样免受该熔盐腐蚀。
熔融氯化盐是下一代聚光式太阳能热发电站（第3代CSP）候选传热和储热介质，含MgCl2的熔融氯化盐对金属传热管道和储热容器腐蚀后在其表面形成MgO，MgO对管道耐腐蚀性能影响尚不清楚。通过对比碳钢和3种Fe-Cr-Ni合金在固态（345 ℃）和熔融NaCl-MgCl2（445和545 ℃）中的腐蚀行为，分析了MgO对4种试样在不同温度下的腐蚀行为机理。结果表明，在固态NaCl-MgCl2中，碳钢表面MgO壳致密且连续，可以保护试样免受腐蚀。在熔融NaCl-MgCl2中，4种试样表面也生成了致密的MgO壳，但它因热应力作用而开裂和剥落，熔融盐沿着氧化膜裂纹渗入MgO/基体界面，发生化学-电化学联合腐蚀反应，不能保护试样免受该熔盐腐蚀。
2022, 51(12):4464-4474.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220074
摘要:
从2A97-T3铝锂合金激光焊接头的上水平面、横截面、纵截面和下水平面进行取样，对接头的微观组织和织构进行了分析。利用电子背散射衍射（EBSD）技术的多种表征方法，如OIM、PF、IPF、取向角分布、ODF、晶粒形貌图，并结合激光焊过程的数值模拟，研究了激光焊作用下接头微观组织的演变机理。结果表明，由于薄板冷轧工艺和激光焊加工的非平衡特性，导致接头不同截面的晶粒形态、取向和微观织构存在明显差异。这种组织的不均匀性是接头性能各向异性的根本来源。因此，有必要对接头的不同截面进行分析，进而对微观组织和织构获得全面性和空间性的认识。激光诱导下，热影响区发生了动态再结晶和亚结构晶粒的形成和长大，焊缝区则产生了微观组织的重熔现象，该过程会导致母材原有织构特征在热影响区减弱、在焊缝区消失。
从2A97-T3铝锂合金激光焊接头的上水平面、横截面、纵截面和下水平面进行取样，对接头的微观组织和织构进行了分析。利用电子背散射衍射（EBSD）技术的多种表征方法，如OIM、PF、IPF、取向角分布、ODF、晶粒形貌图，并结合激光焊过程的数值模拟，研究了激光焊作用下接头微观组织的演变机理。结果表明，由于薄板冷轧工艺和激光焊加工的非平衡特性，导致接头不同截面的晶粒形态、取向和微观织构存在明显差异。这种组织的不均匀性是接头性能各向异性的根本来源。因此，有必要对接头的不同截面进行分析，进而对微观组织和织构获得全面性和空间性的认识。激光诱导下，热影响区发生了动态再结晶和亚结构晶粒的形成和长大，焊缝区则产生了微观组织的重熔现象，该过程会导致母材原有织构特征在热影响区减弱、在焊缝区消失。
2022, 51(12):4475-4482.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220076
摘要:
利用Cu元素的含量变化研究了Al8Cu4Er相的形成与演变规律及其对Al-Zn-Mg-Er-Sc-Zr合金腐蚀性能的影响。结果表明：随着Cu含量的增加，合金晶粒得到显著细化，但同时固溶态合金不同类型的残余相增多；Al8Cu4Er相与Al-Fe相存在伴生关系，二者通过Cu与Fe交互作用实现相的转化，且可表述为如下关系式：
利用Cu元素的含量变化研究了Al8Cu4Er相的形成与演变规律及其对Al-Zn-Mg-Er-Sc-Zr合金腐蚀性能的影响。结果表明：随着Cu含量的增加，合金晶粒得到显著细化，但同时固溶态合金不同类型的残余相增多；Al8Cu4Er相与Al-Fe相存在伴生关系，二者通过Cu与Fe交互作用实现相的转化，且可表述为如下关系式：
2022, 51(12):4483-4487.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220127
摘要:
研究了商用Zr702在沸腾硝酸中应用于乏核燃料后处理工业的应力腐蚀开裂（SCC）行为和应力腐蚀敏感性（ISCC）。使用独立设计的慢应变率拉伸（SSRT）系统在沸腾的硝酸中获得应变率为10-5 s-1的Zr702的应力-应变曲线。进行微观表征以及数值分析以量化Zr702的SCC行为。结果表明，随着HNO3浓度的增加，Zr702的ISCC由5%明显增加到26.67%。商用Zr702在沸腾HNO3溶液中力学性能的急剧下降归因于试样表面的解理断裂，并且解理裂纹的深度随着HNO3浓度的增加而增加。最后，提出了预测商业Zr702在沸腾HNO3溶液中SCC行为的模型和方程。HNO3浓度、ISCC、断裂应力（σSCC）和解理裂纹深度（dcc）之间的定量关系可以使用高阶回归方程来描述和预测。
研究了商用Zr702在沸腾硝酸中应用于乏核燃料后处理工业的应力腐蚀开裂（SCC）行为和应力腐蚀敏感性（ISCC）。使用独立设计的慢应变率拉伸（SSRT）系统在沸腾的硝酸中获得应变率为10-5 s-1的Zr702的应力-应变曲线。进行微观表征以及数值分析以量化Zr702的SCC行为。结果表明，随着HNO3浓度的增加，Zr702的ISCC由5%明显增加到26.67%。商用Zr702在沸腾HNO3溶液中力学性能的急剧下降归因于试样表面的解理断裂，并且解理裂纹的深度随着HNO3浓度的增加而增加。最后，提出了预测商业Zr702在沸腾HNO3溶液中SCC行为的模型和方程。HNO3浓度、ISCC、断裂应力（σSCC）和解理裂纹深度（dcc）之间的定量关系可以使用高阶回归方程来描述和预测。
2022, 51(12):4488-4495.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220144
摘要:
将微量镍元素合金化添加到Zr-4合金中，制备了合金板材试样。利用板材试样研究了微量镍元素的添加对Zr-4合金微观结构、耐腐蚀及吸氢性能的影响。结果表明，将镍元素含量由海绵锆原料中的0.001%（质量分数）以下添加至0.005%，可大幅提升其400 ℃蒸汽下耐腐蚀性能，同时对吸氢性能没有明显影响。微量镍元素的添加，不仅使Zr(Fe, Ni)2结构的第二相粒子明显增加，同时还促进了硅在第二相粒子周围的偏聚，这可以阻止或延缓细小第二相粒子被氧化的进程。进一步采用相同合金成分制备的锆管（Φ63.5 mm×10.92 mm），也呈现出了优异的耐疖状腐蚀和耐均匀腐蚀性能。
将微量镍元素合金化添加到Zr-4合金中，制备了合金板材试样。利用板材试样研究了微量镍元素的添加对Zr-4合金微观结构、耐腐蚀及吸氢性能的影响。结果表明，将镍元素含量由海绵锆原料中的0.001%（质量分数）以下添加至0.005%，可大幅提升其400 ℃蒸汽下耐腐蚀性能，同时对吸氢性能没有明显影响。微量镍元素的添加，不仅使Zr(Fe, Ni)2结构的第二相粒子明显增加，同时还促进了硅在第二相粒子周围的偏聚，这可以阻止或延缓细小第二相粒子被氧化的进程。进一步采用相同合金成分制备的锆管（Φ63.5 mm×10.92 mm），也呈现出了优异的耐疖状腐蚀和耐均匀腐蚀性能。
2022, 51(12):4496-4501.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210986
摘要:
为了研究双相高熵合金（HEA）在高温变形过程中的微观组织演变，在900至1050 ℃的温度下进行了不同应变速率的压缩试验。选择了4种典型的流动曲线，并对相应的微观组织进行了分析，以研究双相HEA的动态再结晶（DRX）和织构演变。结果表明，在应变速率为0.1和0.01 s-1时，变形试样的流动曲线完全不同。力学流动曲线的差异与DRX和织构演化过程有关。在1050 ℃和0.1 s-1下压缩后，获得了结合<110>和<100>的双组分组织结构，这是因为高温下扩散控制的溶质阻力占主导地位。此外，bcc相的影响依赖于界面边界和颗粒周围的应变不均匀性，因为没有发生相变，大部分应变由fcc相容纳。
为了研究双相高熵合金（HEA）在高温变形过程中的微观组织演变，在900至1050 ℃的温度下进行了不同应变速率的压缩试验。选择了4种典型的流动曲线，并对相应的微观组织进行了分析，以研究双相HEA的动态再结晶（DRX）和织构演变。结果表明，在应变速率为0.1和0.01 s-1时，变形试样的流动曲线完全不同。力学流动曲线的差异与DRX和织构演化过程有关。在1050 ℃和0.1 s-1下压缩后，获得了结合<110>和<100>的双组分组织结构，这是因为高温下扩散控制的溶质阻力占主导地位。此外，bcc相的影响依赖于界面边界和颗粒周围的应变不均匀性，因为没有发生相变，大部分应变由fcc相容纳。
2022, 51(12):4502-4507.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220102
摘要:
使用银钎剂（由K2B4O7、H3BO3、KF或KHF2组成）去除304不锈钢表面氧化膜，研究了银钎剂对304不锈钢表面氧化膜的去除机理。结果表明，700 ℃时，在钎剂成分中某一成分的单独作用下，K2B4O7和KF不能去除304不锈钢表面氧化膜；在任意2种成分的协同作用下，只有K2B4O7与H3BO3的混合物在700 ℃下不能熔化，其余二元混合物均能与钢板表面氧化物反应；自由能（ΔGmθ）和反应平衡常数（Kθ）的计算结果显示，钎剂去除氧化膜的主要原因是该过程中钎剂中的F替代氧化物中的O，该反应的平衡常数达到 1.3×10167，自由能小于零，反应可以进行。XRD结果显示，在2θ=18°位置的峰形发生改变，说明KF被KHF2替代后，钎剂去除氧化膜的机理发生变化。含有KF和KHF2的3号钎剂在540 ℃时可以有效去除钢板表面氧化膜，与钎剂的反应产物具有非晶结构特征。
使用银钎剂（由K2B4O7、H3BO3、KF或KHF2组成）去除304不锈钢表面氧化膜，研究了银钎剂对304不锈钢表面氧化膜的去除机理。结果表明，700 ℃时，在钎剂成分中某一成分的单独作用下，K2B4O7和KF不能去除304不锈钢表面氧化膜；在任意2种成分的协同作用下，只有K2B4O7与H3BO3的混合物在700 ℃下不能熔化，其余二元混合物均能与钢板表面氧化物反应；自由能（ΔGmθ）和反应平衡常数（Kθ）的计算结果显示，钎剂去除氧化膜的主要原因是该过程中钎剂中的F替代氧化物中的O，该反应的平衡常数达到 1.3×10167，自由能小于零，反应可以进行。XRD结果显示，在2θ=18°位置的峰形发生改变，说明KF被KHF2替代后，钎剂去除氧化膜的机理发生变化。含有KF和KHF2的3号钎剂在540 ℃时可以有效去除钢板表面氧化膜，与钎剂的反应产物具有非晶结构特征。
2022, 51(12):4508-4518.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211151
摘要:
讨论了U-2Nb合金的等温转变动力学行为。通过金相定量测量，构建了其宏观动力学曲线，即时间-温度-相转变（TTT）曲线。对比之前在类似合金上的工作，发现了较大的差异。该差异主要归因于2种不同的相转变机制，即单析出反应和不连续析出反应，它们分别在较高温度（550~647 ℃）和较低温度范围（450~550 ℃）下发生。此外，讨论了通过单析出反应进行的针状α析出物在其长度方向上的生长速率。最后，运用Zener-Hillert 模型模拟了单析出反应受扩散控制时的生长速率并与实验数据进行了对比。
讨论了U-2Nb合金的等温转变动力学行为。通过金相定量测量，构建了其宏观动力学曲线，即时间-温度-相转变（TTT）曲线。对比之前在类似合金上的工作，发现了较大的差异。该差异主要归因于2种不同的相转变机制，即单析出反应和不连续析出反应，它们分别在较高温度（550~647 ℃）和较低温度范围（450~550 ℃）下发生。此外，讨论了通过单析出反应进行的针状α析出物在其长度方向上的生长速率。最后，运用Zener-Hillert 模型模拟了单析出反应受扩散控制时的生长速率并与实验数据进行了对比。
2022, 51(12):4519-4526.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210957
摘要:
使用ProCAST软件模拟热控法细晶整体叶盘的铸造，将传统的Udimet720Li变形高温合金作为整体叶盘铸造材料，模拟整体叶盘的凝固过程、孔隙率分布、应力分布和晶粒生长情况，研究该高γ′含量高温合金用于细晶整体叶盘铸造的凝固行为和组织特征。整体叶盘的凝固始于叶片尖端，结束于冒口中心位置。整体叶盘的主体区域孔隙率为1.5%~3%，凝固过程中由于缩松偏聚，部分区域会形成孔隙率相对较大的区域。确立评估该材料整体叶盘铸件孔隙缺陷的安全阈值为13 (K·Sec)0.5/cm，用于评估铸造工艺参数的可行性。整体叶盘各位置的最大切应力、有效塑性应变和热裂指数均为0，但在叶片尖端和边缘棱角区域存在有效应力大于1200 MPa的应力集中现象。整体叶盘平均晶粒直径为0.88 mm，满足热控法应达到的水平，但热控法不易控制晶粒度的均匀性，更应该结合动力学方法，提高晶粒度的均匀性。
使用ProCAST软件模拟热控法细晶整体叶盘的铸造，将传统的Udimet720Li变形高温合金作为整体叶盘铸造材料，模拟整体叶盘的凝固过程、孔隙率分布、应力分布和晶粒生长情况，研究该高γ′含量高温合金用于细晶整体叶盘铸造的凝固行为和组织特征。整体叶盘的凝固始于叶片尖端，结束于冒口中心位置。整体叶盘的主体区域孔隙率为1.5%~3%，凝固过程中由于缩松偏聚，部分区域会形成孔隙率相对较大的区域。确立评估该材料整体叶盘铸件孔隙缺陷的安全阈值为13 (K·Sec)0.5/cm，用于评估铸造工艺参数的可行性。整体叶盘各位置的最大切应力、有效塑性应变和热裂指数均为0，但在叶片尖端和边缘棱角区域存在有效应力大于1200 MPa的应力集中现象。整体叶盘平均晶粒直径为0.88 mm，满足热控法应达到的水平，但热控法不易控制晶粒度的均匀性，更应该结合动力学方法，提高晶粒度的均匀性。
2022, 51(12):4527-4532.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210945
摘要:
采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法（GGA）研究了氧分子在 Fe31MnC(001) 表面的三种不同吸附位（顶位，桥位和面心间位）的吸附行为和C对Fe31Mn磁性的影响。通过吸附能结果发现，氧分子倾向于垂直吸附在四配位饱和的空穴位，而氧原子强烈吸附在相邻的四配位空穴中。以Mn为表层原子的表面均发生了氧分子的解离吸附，桥位吸附对应的吸附结构最稳定。C原子增加了基体的磁化强度杂化，抑制近邻Fe和Mn原子之间的反铁磁相互作用。
采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法（GGA）研究了氧分子在 Fe31MnC(001) 表面的三种不同吸附位（顶位，桥位和面心间位）的吸附行为和C对Fe31Mn磁性的影响。通过吸附能结果发现，氧分子倾向于垂直吸附在四配位饱和的空穴位，而氧原子强烈吸附在相邻的四配位空穴中。以Mn为表层原子的表面均发生了氧分子的解离吸附，桥位吸附对应的吸附结构最稳定。C原子增加了基体的磁化强度杂化，抑制近邻Fe和Mn原子之间的反铁磁相互作用。
2022, 51(12):4533-4541.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210967
摘要:
在微电子封装领域,键合Ag线具有较好的电学性能优势被广泛应用,但纯银线因存在强度低、高温易失效等缺点不能满足大功率器件的使用,因此本工作拟通过设计等原子比AgAuPd中熵合金作为替代纯Ag线的新型键合材料。本文通过SQS模型构建了等原子比AgAuPd中熵合金晶体模型,利用第一性原理计算了AgAuPd中熵合金在不同压力下的弹性性质(弹性常数、弹性模量、剪切模量)、热力学性质和电子结构。预测出AgAuPd中熵合金随压力的增加具有较好的结构稳定性、良好的塑性、高温稳定性以及优良的导电性,具有成为键合材料的潜力。利用第一性原理计算AgAuPd中熵合金加压下的力学、热力学和电学性质,对开发新型键合Ag基丝具有一定的理论指导意义。
在微电子封装领域,键合Ag线具有较好的电学性能优势被广泛应用,但纯银线因存在强度低、高温易失效等缺点不能满足大功率器件的使用,因此本工作拟通过设计等原子比AgAuPd中熵合金作为替代纯Ag线的新型键合材料。本文通过SQS模型构建了等原子比AgAuPd中熵合金晶体模型,利用第一性原理计算了AgAuPd中熵合金在不同压力下的弹性性质(弹性常数、弹性模量、剪切模量)、热力学性质和电子结构。预测出AgAuPd中熵合金随压力的增加具有较好的结构稳定性、良好的塑性、高温稳定性以及优良的导电性,具有成为键合材料的潜力。利用第一性原理计算AgAuPd中熵合金加压下的力学、热力学和电学性质,对开发新型键合Ag基丝具有一定的理论指导意义。
2022, 51(12):4542-4550.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210975
摘要:
材料是核聚变堆应用的瓶颈问题之一。本文根据核聚变堆领域的要求使用低活化材料以及考虑到未来工程应用需要降低成本，选用低活化、低成本的Fe、Cr、V元素，依据最小吉布斯自由能准则设计出非等原子比Fe36.41Cr28.06V35.53单相中熵合金。采用真空熔炼的方法制备出该合金，并对其进行适当的热机处理。发现非等比Fe36.41Cr28.06V35.53合金在不同热机处理过程中没有发生相变，均为单相bcc固溶体，说明该合金相结构非常稳定。同时也与依据最小吉布斯自由能准则设计的结果吻合得非常好。Fe36.41Cr28.06V35.53合金的硬度高于传统耐热合金，在不同热机加工状态下合金的压缩塑性均大于50%，实现了强度和塑性的良好配合。在压缩变形过程中，由于偏析元素与位错的相互作用，合金的压缩应力—应变曲线出现锯齿流变行为。对Fe36.41Cr28.06V35.53合金进行了详细的微观组织表征，解释了该合金性能优异的微观机制。
材料是核聚变堆应用的瓶颈问题之一。本文根据核聚变堆领域的要求使用低活化材料以及考虑到未来工程应用需要降低成本，选用低活化、低成本的Fe、Cr、V元素，依据最小吉布斯自由能准则设计出非等原子比Fe36.41Cr28.06V35.53单相中熵合金。采用真空熔炼的方法制备出该合金，并对其进行适当的热机处理。发现非等比Fe36.41Cr28.06V35.53合金在不同热机处理过程中没有发生相变，均为单相bcc固溶体，说明该合金相结构非常稳定。同时也与依据最小吉布斯自由能准则设计的结果吻合得非常好。Fe36.41Cr28.06V35.53合金的硬度高于传统耐热合金，在不同热机加工状态下合金的压缩塑性均大于50%，实现了强度和塑性的良好配合。在压缩变形过程中，由于偏析元素与位错的相互作用，合金的压缩应力—应变曲线出现锯齿流变行为。对Fe36.41Cr28.06V35.53合金进行了详细的微观组织表征，解释了该合金性能优异的微观机制。
2022, 51(12):4551-4560.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210995
摘要:
为了探讨LaS/CeS与γ?Fe两相之间的异相界面性质，本文采用边?边匹配(E2EM)模型计算了LaS/CeS与γ?Fe两相之间晶体学上的原子匹配情况，基于晶体学计算结果，采用基于密度泛函理论的第一性原理，从原子尺度计算了LaS/CeS与γ?Fe之间的界面结合性质与界面能。晶体学计算表明，LaS/CeS与γ?Fe之间沿匹配列的原子间距错配度最小值为10.63 %/10.52 %，密排面间距错配度最小值为2.04 %/3.32 %；LaS与γ?Fe之间粗略的位向关系为：LaS∥γ-Fe & LaS∥γ-Fe和LaS∥γ-Fe & LaS∥γ-Fe ;CeS与γ?Fe之间粗略的位向关系为：CeS∥γ-Fe & CeS∥γ-Fe和CeS∥γ-Fe & CeS∥γ-Fe。基于预测的晶体学位向关系，采用相干界面近似构建了6种不同终端界面模型，第一性原理计算表明，LaS/CeS与γ?Fe之间原子匹配错配度最低界面的粘附功为4.78J·m?2/3.65J·m?2，界面结合强度较高，界面键合以金属键为主。异相界面能计算表明，LaS/CeS与γ?Fe两相之间的原子匹配错配度越小，界面能越低，原子匹配错配度最小时，界面能分别为?0.58J·m?2/?3.43J·m?2，计算结果能够为LaS/CeS与γ?Fe之间的晶体学匹配提供能量学依据。
为了探讨LaS/CeS与γ?Fe两相之间的异相界面性质，本文采用边?边匹配(E2EM)模型计算了LaS/CeS与γ?Fe两相之间晶体学上的原子匹配情况，基于晶体学计算结果，采用基于密度泛函理论的第一性原理，从原子尺度计算了LaS/CeS与γ?Fe之间的界面结合性质与界面能。晶体学计算表明，LaS/CeS与γ?Fe之间沿匹配列的原子间距错配度最小值为10.63 %/10.52 %，密排面间距错配度最小值为2.04 %/3.32 %；LaS与γ?Fe之间粗略的位向关系为：LaS∥γ-Fe & LaS∥γ-Fe和LaS∥γ-Fe & LaS∥γ-Fe ;CeS与γ?Fe之间粗略的位向关系为：CeS∥γ-Fe & CeS∥γ-Fe和CeS∥γ-Fe & CeS∥γ-Fe。基于预测的晶体学位向关系，采用相干界面近似构建了6种不同终端界面模型，第一性原理计算表明，LaS/CeS与γ?Fe之间原子匹配错配度最低界面的粘附功为4.78J·m?2/3.65J·m?2，界面结合强度较高，界面键合以金属键为主。异相界面能计算表明，LaS/CeS与γ?Fe两相之间的原子匹配错配度越小，界面能越低，原子匹配错配度最小时，界面能分别为?0.58J·m?2/?3.43J·m?2，计算结果能够为LaS/CeS与γ?Fe之间的晶体学匹配提供能量学依据。
2022, 51(12):4561-4569.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211047
摘要:
针对工业生产的C-Mn低温钢，研究稀土Ce加入量0、6 ug/g、9 ug/g和13 ug/g时对钢材强度和低温韧性的影响。通过拉伸实验和冲击实验，并结合扫描电镜对不同稀土Ce含量下试样断口形貌-夹杂物进行分析观察。研究结果表明：随着稀土Ce含量的增加，C-Mn低温钢的屈服强度和抗拉强度呈缓慢增加的趋势，而延伸率呈先增加后降低的趋势，并且发现当稀土Ce为9 ug/g时，产品的强-塑性最佳。当稀土Ce加入量为9 ug/g时，获得了最优的低温韧性，主要原因为适量稀土Ce的加入，有效改质夹杂物，形成细小含Ce稀土夹杂物，增强低温环境下钢的抗断裂能力。此外，本文还对比了添加9 ug/g（±1 ug/g）Ce与0 Ce工业规模化生产同规格钢带-40℃的低温韧性得出，含9 ug/g Ce钢带的冲击功比0 Ce的能提高10J左右。
针对工业生产的C-Mn低温钢，研究稀土Ce加入量0、6 ug/g、9 ug/g和13 ug/g时对钢材强度和低温韧性的影响。通过拉伸实验和冲击实验，并结合扫描电镜对不同稀土Ce含量下试样断口形貌-夹杂物进行分析观察。研究结果表明：随着稀土Ce含量的增加，C-Mn低温钢的屈服强度和抗拉强度呈缓慢增加的趋势，而延伸率呈先增加后降低的趋势，并且发现当稀土Ce为9 ug/g时，产品的强-塑性最佳。当稀土Ce加入量为9 ug/g时，获得了最优的低温韧性，主要原因为适量稀土Ce的加入，有效改质夹杂物，形成细小含Ce稀土夹杂物，增强低温环境下钢的抗断裂能力。此外，本文还对比了添加9 ug/g（±1 ug/g）Ce与0 Ce工业规模化生产同规格钢带-40℃的低温韧性得出，含9 ug/g Ce钢带的冲击功比0 Ce的能提高10J左右。
2022, 51(12):4602-4609.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211037
摘要:
为研究CeO2稀土添加对Ni-Mo-P化学镀层结构及性能的影响，采用化学复合镀技术，在GH4169镍基高温合金表面制备Ni-Mo-P镀层、Ni-Mo-P/CeO2复合镀层，并对其进行400℃热处理。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对镀层组织结构、元素组成、相结构进行分析。采用显微硬度计、纳米压痕仪、球-盘式摩擦磨损试验机、三维表面轮廓仪对镀层力学性能和摩擦学性能进行分析。结果表明:Ni-Mo-P镀层分布有典型的球状结构，为纳米晶和非晶混合的混晶态结构，结晶化程度只有16%。加入CeO2颗粒后Ni-Mo-P/CeO2复合镀层内分布有孔洞，镀层粗糙度增加，镀层结晶化程度提高至51%。400℃热处理后镀层内析出纳米晶Ni3P相，镀层结晶度增大，镀层内孔洞消失，组织致密度获得改善。添加CeO2颗粒使镀层的硬度有所降低，热处理可明显提高镀层的硬度；热处理后Ni-Mo-P镀层硬度从镀态的645HV上升至1378HV，Ni-Mo-P/CeO2复合镀层硬度由镀态的546HV提高至1141HV。400℃热处理可以明显提高镀层的耐磨性能；CeO2颗粒的添加提高了镀层的韧性，抑制了磨损过程中裂纹的产生，使得复合镀层具有优良的耐磨性能。
为研究CeO2稀土添加对Ni-Mo-P化学镀层结构及性能的影响，采用化学复合镀技术，在GH4169镍基高温合金表面制备Ni-Mo-P镀层、Ni-Mo-P/CeO2复合镀层，并对其进行400℃热处理。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对镀层组织结构、元素组成、相结构进行分析。采用显微硬度计、纳米压痕仪、球-盘式摩擦磨损试验机、三维表面轮廓仪对镀层力学性能和摩擦学性能进行分析。结果表明:Ni-Mo-P镀层分布有典型的球状结构，为纳米晶和非晶混合的混晶态结构，结晶化程度只有16%。加入CeO2颗粒后Ni-Mo-P/CeO2复合镀层内分布有孔洞，镀层粗糙度增加，镀层结晶化程度提高至51%。400℃热处理后镀层内析出纳米晶Ni3P相，镀层结晶度增大，镀层内孔洞消失，组织致密度获得改善。添加CeO2颗粒使镀层的硬度有所降低，热处理可明显提高镀层的硬度；热处理后Ni-Mo-P镀层硬度从镀态的645HV上升至1378HV，Ni-Mo-P/CeO2复合镀层硬度由镀态的546HV提高至1141HV。400℃热处理可以明显提高镀层的耐磨性能；CeO2颗粒的添加提高了镀层的韧性，抑制了磨损过程中裂纹的产生，使得复合镀层具有优良的耐磨性能。
2022, 51(12):4610-4617.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211051
摘要:
分别采用0.3MPa、0.45MPa和0.6MPa喷丸压力对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用扫描电子显微镜（SEM）观察合金表面形貌、强化层组织结构，通过金相显微镜（OM）、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳实验，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。且合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3MPa～0.6MPa范围内，疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感，且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时，喷丸产生的效果最优，疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。
分别采用0.3MPa、0.45MPa和0.6MPa喷丸压力对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用扫描电子显微镜（SEM）观察合金表面形貌、强化层组织结构，通过金相显微镜（OM）、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳实验，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。且合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3MPa～0.6MPa范围内，疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感，且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时，喷丸产生的效果最优，疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。
2022, 51(12):4618-4623.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220415
摘要:
采用99.999％高纯Ar作为保护气体进行Zr-702锆板的TIG焊接实验,采用静态等温失重法,研究了Zr-702焊接接头在250 ℃,15%(ω)硫酸介质中浸泡时长对其腐蚀性能的影响,探究其腐蚀机理。研究结果表明：在相同温度与浓度,不同浸泡时长的硫酸介质中,焊接接头的腐蚀速率均大于母材的腐蚀速率,当浸泡时长为2天时,焊接接头与母材均具有良好的耐腐蚀性能；当浸泡时长大幅增加至180天时,焊接接头与母材腐蚀速率均有明显升高,浸泡时长对焊接接头与母材的腐蚀速率影响较大；通过对浸泡时长为180天的试样进行成分组织性能表征分析可知,焊接接头焊缝区和热影响区均析出大量氢化锆,母材或母材区氢化锆数量相对较少；Zr-702的母材在硫酸介质中的腐蚀为均匀腐蚀和氢腐蚀共同作用,焊接接头因各区存在明显组织梯度而存在电位差,故其腐蚀为电偶腐蚀和氢脆联合作用的局部腐蚀。
采用99.999％高纯Ar作为保护气体进行Zr-702锆板的TIG焊接实验,采用静态等温失重法,研究了Zr-702焊接接头在250 ℃,15%(ω)硫酸介质中浸泡时长对其腐蚀性能的影响,探究其腐蚀机理。研究结果表明：在相同温度与浓度,不同浸泡时长的硫酸介质中,焊接接头的腐蚀速率均大于母材的腐蚀速率,当浸泡时长为2天时,焊接接头与母材均具有良好的耐腐蚀性能；当浸泡时长大幅增加至180天时,焊接接头与母材腐蚀速率均有明显升高,浸泡时长对焊接接头与母材的腐蚀速率影响较大；通过对浸泡时长为180天的试样进行成分组织性能表征分析可知,焊接接头焊缝区和热影响区均析出大量氢化锆,母材或母材区氢化锆数量相对较少；Zr-702的母材在硫酸介质中的腐蚀为均匀腐蚀和氢腐蚀共同作用,焊接接头因各区存在明显组织梯度而存在电位差,故其腐蚀为电偶腐蚀和氢脆联合作用的局部腐蚀。
2022, 51(12):4624-4631.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220275
摘要:
为获得更高质量的Cu/Al异质金属接头，开展了Cu/Al电流辅助大功率超声波焊接工艺试验，研究了辅助电流对Cu/Al超声波焊接的界面温度、材料塑性流动、界面中间相分布及接头力学性能的影响。结果表明，复合焊件成型良好，其接头抗拉剪力为3030 N，接头的断裂模式为韧性-脆性复合断裂。在同样的焊接时间0.2 s内，随着电流的增大，Cu/Al界面温度增加，金属塑性流动以及界面扩散也随之增强，这说明辅助电流能明显促进界面冶金；相比长时间0.4 s的超声波焊接，辅助电流能在保证界面温度、材料塑性变形的前提下，能明显减薄了界面IMC层的厚度，这是电流增强Cu/Al接头的主要物理机制。研究结果为优化Cu/Al复合焊接头强度提供了参考。
为获得更高质量的Cu/Al异质金属接头，开展了Cu/Al电流辅助大功率超声波焊接工艺试验，研究了辅助电流对Cu/Al超声波焊接的界面温度、材料塑性流动、界面中间相分布及接头力学性能的影响。结果表明，复合焊件成型良好，其接头抗拉剪力为3030 N，接头的断裂模式为韧性-脆性复合断裂。在同样的焊接时间0.2 s内，随着电流的增大，Cu/Al界面温度增加，金属塑性流动以及界面扩散也随之增强，这说明辅助电流能明显促进界面冶金；相比长时间0.4 s的超声波焊接，辅助电流能在保证界面温度、材料塑性变形的前提下，能明显减薄了界面IMC层的厚度，这是电流增强Cu/Al接头的主要物理机制。研究结果为优化Cu/Al复合焊接头强度提供了参考。
2022, 51(12):4632-4639.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210927
摘要:
以Ti、B4C和Al-12Si粉末为原材料,通过超声辅助激光沉积制备了原位TiC-TiB2/Al-12Si铝基复合材料。采用XRD、EDS分析了复合材料的物相组成,通过OM、SEM观察了复合材料的微观组织,利用摩擦磨损试验机和三维轮廓仪测试了复合材料的磨损性能。结果表明,随Ti+B4C含量的增加,ɑ-Al晶粒细化,原位生成的TiB2呈棒状,且可成为ɑ-Al的异质形核核心；原位生成的TiC为150nm多边形形貌。随Ti+B4C含量的增加,原位TiC-TiB2/Al-12Si铝基复合材料的耐磨性提高；未加入Ti+B4C的Al-12Si合金磨损机制为粘着磨损；当Ti+B4C的加入量为8wt.%时,磨损机制为磨粒磨损；当Ti+B4C的加入量为10wt.%时,其磨损机制转变为粘着磨损。
以Ti、B4C和Al-12Si粉末为原材料,通过超声辅助激光沉积制备了原位TiC-TiB2/Al-12Si铝基复合材料。采用XRD、EDS分析了复合材料的物相组成,通过OM、SEM观察了复合材料的微观组织,利用摩擦磨损试验机和三维轮廓仪测试了复合材料的磨损性能。结果表明,随Ti+B4C含量的增加,ɑ-Al晶粒细化,原位生成的TiB2呈棒状,且可成为ɑ-Al的异质形核核心；原位生成的TiC为150nm多边形形貌。随Ti+B4C含量的增加,原位TiC-TiB2/Al-12Si铝基复合材料的耐磨性提高；未加入Ti+B4C的Al-12Si合金磨损机制为粘着磨损；当Ti+B4C的加入量为8wt.%时,磨损机制为磨粒磨损；当Ti+B4C的加入量为10wt.%时,其磨损机制转变为粘着磨损。
2022, 51(12):4640-4645.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210929
摘要:
为研究γ′相形态与二次相对Co-8.8Al-9.8W合金塑性变形行为的影响,添加钼(Mo)制备得到具有不同形态的γ′相与二次相的合金,采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)等技术对合金组织形态以及室温压缩行为进行研究。结果表明：两种合金抗压强度与塑性变形能力均处于相同水平,但具有立方状γ′相的0Mo合金的硬度显著高于具有球状γ′相的2Mo合金；0Mo合金在压缩过程中表现出为解理断裂,而2Mo合金为准解理断裂；球状γ′相在应力作用下发生了筏化,并且沿变形方向偏聚,立方状γ′相的形态与分布都无明显变化；2Mo合金中的富W二次相对位错运动有阻碍作用。
为研究γ′相形态与二次相对Co-8.8Al-9.8W合金塑性变形行为的影响,添加钼(Mo)制备得到具有不同形态的γ′相与二次相的合金,采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)等技术对合金组织形态以及室温压缩行为进行研究。结果表明：两种合金抗压强度与塑性变形能力均处于相同水平,但具有立方状γ′相的0Mo合金的硬度显著高于具有球状γ′相的2Mo合金；0Mo合金在压缩过程中表现出为解理断裂,而2Mo合金为准解理断裂；球状γ′相在应力作用下发生了筏化,并且沿变形方向偏聚,立方状γ′相的形态与分布都无明显变化；2Mo合金中的富W二次相对位错运动有阻碍作用。
2022, 51(12):4646-4657.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210978
摘要:
镁合金作为“新型可降解医用植入金属材料”在骨移植/血管支撑等医用领域具备巨大的发展潜力。然而，选择性溶解和偶发性氢聚集仍是影响镁合金临床应用的关键因素。在本研究中，采用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、静态浸泡及动电位电化学测试等手段，深入探究轧制形变量的改变所诱导的显微组织以及膜层结构变化对热轧镁合金在生理环境中降解性能的影响机制。结果表明:不同轧制形变量镁合金的降解产物层均主要由Mg(OH)2、MgCO3、CaHPO4以及HA所组成。随着轧制形变量的增大，Mg-Zn-Sr-Zr-Mn合金的组织结构逐渐变的均匀，降解速率由1.03 mm·y-1降至0.24 mm·y-1。这是由于随轧制形变量的增大，基体晶粒显著细化，导致更多晶界的产生，阻碍腐蚀裂纹的扩展，并在腐蚀介质侵蚀过程中起到屏障作用。此外，轧制形变量的增大使合金中的第二相破碎以及弥散分布，降低了合金内部电偶腐蚀密度和强度，促进腐蚀的均匀发生，减少点蚀坑的产生。最后，热轧能改善腐蚀膜层的缺陷，在为合金表面提供更多的氧化膜形核点位的同时，还可以减少氧化膜的开裂，其致密性及稳定性随轧制形变量的增大而大幅度提升，进一步减缓了腐蚀离子的渗透。
镁合金作为“新型可降解医用植入金属材料”在骨移植/血管支撑等医用领域具备巨大的发展潜力。然而，选择性溶解和偶发性氢聚集仍是影响镁合金临床应用的关键因素。在本研究中，采用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、静态浸泡及动电位电化学测试等手段，深入探究轧制形变量的改变所诱导的显微组织以及膜层结构变化对热轧镁合金在生理环境中降解性能的影响机制。结果表明:不同轧制形变量镁合金的降解产物层均主要由Mg(OH)2、MgCO3、CaHPO4以及HA所组成。随着轧制形变量的增大，Mg-Zn-Sr-Zr-Mn合金的组织结构逐渐变的均匀，降解速率由1.03 mm·y-1降至0.24 mm·y-1。这是由于随轧制形变量的增大，基体晶粒显著细化，导致更多晶界的产生，阻碍腐蚀裂纹的扩展，并在腐蚀介质侵蚀过程中起到屏障作用。此外，轧制形变量的增大使合金中的第二相破碎以及弥散分布，降低了合金内部电偶腐蚀密度和强度，促进腐蚀的均匀发生，减少点蚀坑的产生。最后，热轧能改善腐蚀膜层的缺陷，在为合金表面提供更多的氧化膜形核点位的同时，还可以减少氧化膜的开裂，其致密性及稳定性随轧制形变量的增大而大幅度提升，进一步减缓了腐蚀离子的渗透。
2022, 51(12):4658-4665.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210947
摘要:
为了提高Y-Gd-Hf-O压制式高温阴极的热发射性能，制备了Y2O3/HfO2摩尔比不同的S2O3掺杂Y-Gd-Hf-O直热式压制阴极。测试结果显示，当比值为5/2时，热发射能力最好，1500 ℃下发射电流为2.79 A/cm2。阴极支取直流发射电流密度1.0 A/cm2，在1500 ℃的工作温度下，已经稳定工作了1320 h，并在该温度下经过696 h的10 W连续电子轰击后，发射电流仍保持为初始值的86%，表现出良好的耐电子轰击能力。XPS结合深度刻蚀表明，发射活性层主要集中在距表面50 nm深度范围内。表层SEM、EDS分析表明，阴极经过激活、老炼，活性物质粒径变大，Y/Hf原子比低于初始值，且随着Y2O3含量的提高，阴极表层n型半导体Y2O3-x的含量相应地增加，对改善阴极表面的导电性、降低逸出功和提高阴极的热发射性能有促进作用
为了提高Y-Gd-Hf-O压制式高温阴极的热发射性能，制备了Y2O3/HfO2摩尔比不同的S2O3掺杂Y-Gd-Hf-O直热式压制阴极。测试结果显示，当比值为5/2时，热发射能力最好，1500 ℃下发射电流为2.79 A/cm2。阴极支取直流发射电流密度1.0 A/cm2，在1500 ℃的工作温度下，已经稳定工作了1320 h，并在该温度下经过696 h的10 W连续电子轰击后，发射电流仍保持为初始值的86%，表现出良好的耐电子轰击能力。XPS结合深度刻蚀表明，发射活性层主要集中在距表面50 nm深度范围内。表层SEM、EDS分析表明，阴极经过激活、老炼，活性物质粒径变大，Y/Hf原子比低于初始值，且随着Y2O3含量的提高，阴极表层n型半导体Y2O3-x的含量相应地增加，对改善阴极表面的导电性、降低逸出功和提高阴极的热发射性能有促进作用
2022, 51(12):4666-4674.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211038
摘要:
本文采用真空感应熔炼和快速凝固法制备了组织性能优异的新型Cu-Fe-(C)复相合金材料,并通过OM、TEM以及力学性能测试分别对熔铸态、超低温深冷轧态、时效态组织和变形行为进行了研究。结果表明,添加溶质元素C有利于避免Cu-3Fe合金铸态晶界偏析,降低晶内γ-Fe相尺寸,增加其在基体内的数量密度,使得该合金屈服强度较低,而延伸率却较高；超低温深冷轧变形可使Cu-Fe-(C)合金基体内γ-Fe相发生γ-Fe→α-Fe马氏体转变,屈服强度提升至520MPa以上,但是C元素的引入,会使合金残留部分细小γ-Fe相而维持高塑性；进一步经不同温度1h时效时,两种合金均随温度升高逐渐发生回复再结晶导致硬度降低,不过Cu-Fe-C合金经400℃/1h处理后发生再结晶的同时,还会析出更多更细小的α-Fe沉淀相,并残留较多位错,最终导致其具有较高的强度和延伸率。此外,本文对不同状态的沉淀相分布进行了统计和理论强度计算,深入分析了合金强度差异的本质原因。
本文采用真空感应熔炼和快速凝固法制备了组织性能优异的新型Cu-Fe-(C)复相合金材料,并通过OM、TEM以及力学性能测试分别对熔铸态、超低温深冷轧态、时效态组织和变形行为进行了研究。结果表明,添加溶质元素C有利于避免Cu-3Fe合金铸态晶界偏析,降低晶内γ-Fe相尺寸,增加其在基体内的数量密度,使得该合金屈服强度较低,而延伸率却较高；超低温深冷轧变形可使Cu-Fe-(C)合金基体内γ-Fe相发生γ-Fe→α-Fe马氏体转变,屈服强度提升至520MPa以上,但是C元素的引入,会使合金残留部分细小γ-Fe相而维持高塑性；进一步经不同温度1h时效时,两种合金均随温度升高逐渐发生回复再结晶导致硬度降低,不过Cu-Fe-C合金经400℃/1h处理后发生再结晶的同时,还会析出更多更细小的α-Fe沉淀相,并残留较多位错,最终导致其具有较高的强度和延伸率。此外,本文对不同状态的沉淀相分布进行了统计和理论强度计算,深入分析了合金强度差异的本质原因。
2022, 51(12):4675-4681.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211027
摘要:
针对U71Mn轨道表面磨损及激光再制造的表面耐磨性不足、气孔缺陷易发等再制造难点,提出并验证了脉冲激光熔覆制备轨道表面FeCrNiB覆层的工艺与方法。试验结果表明：熔覆层顶部主要分布细小致密的等轴晶、中部交错存在较多的树枝晶,树枝晶晶粒具备长大条件已存在初次晶臂和二次晶臂,覆层低部呈现出的胞状晶组织,大致垂直于界面；熔覆层中Cr7C3硬质相和纳米级极细粒状和片状珠光体组织的存在,使熔覆层具有较高硬度及耐磨性,熔覆层的平均硬度由310 HV0.2提升至750HV0.2；在同等的摩擦磨损条件下,熔覆层的耐磨性提高了5倍；对接试样的抗拉强度略小于基体抗拉强度,但仍能满足钢轨使用要求。
针对U71Mn轨道表面磨损及激光再制造的表面耐磨性不足、气孔缺陷易发等再制造难点,提出并验证了脉冲激光熔覆制备轨道表面FeCrNiB覆层的工艺与方法。试验结果表明：熔覆层顶部主要分布细小致密的等轴晶、中部交错存在较多的树枝晶,树枝晶晶粒具备长大条件已存在初次晶臂和二次晶臂,覆层低部呈现出的胞状晶组织,大致垂直于界面；熔覆层中Cr7C3硬质相和纳米级极细粒状和片状珠光体组织的存在,使熔覆层具有较高硬度及耐磨性,熔覆层的平均硬度由310 HV0.2提升至750HV0.2；在同等的摩擦磨损条件下,熔覆层的耐磨性提高了5倍；对接试样的抗拉强度略小于基体抗拉强度,但仍能满足钢轨使用要求。
2022, 51(12):4682-4688.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211034
摘要:
为了研究硬面涂层在不同介质中的摩擦行为，以WC-12Co、WC-10Co4Cr和Cr3C2-25NiCr硬面材料为原料，采用超音速火焰喷涂制备得到了三种不同成分的硬面涂层。通过显微硬度计、摩擦磨损仪和扫描电镜等对涂层性能分析，结果表明，涂层中的孔隙率和粘结相的含量密切相关，当粘结相含量为12wt.%（Co）时，其孔隙度为1.11%；粘结相含量为14wt.%（CoCr）时，其孔隙度为0.98%；粘结相含量为25wt.%（NiCr）时，其孔隙度降低为0.92%。空气中，WC-10Co4Cr的硬度最高，其摩擦系数最小；Cr3C2-25NiCr的硬度最小，其摩擦系数最大。1mol/L HCl的环境中，NiCr的耐腐蚀性能最好，使Cr3C2-25NiCr涂层的摩擦系数稳定；而纯Co和CoCr的耐腐蚀性能较差，使WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的摩擦系数呈现出波浪状的变化规律。1mol/L NaOH的环境的摩擦过程中，硬质相的腐蚀会使涂层表面的硬度下降，使摩擦系数增加。
为了研究硬面涂层在不同介质中的摩擦行为，以WC-12Co、WC-10Co4Cr和Cr3C2-25NiCr硬面材料为原料，采用超音速火焰喷涂制备得到了三种不同成分的硬面涂层。通过显微硬度计、摩擦磨损仪和扫描电镜等对涂层性能分析，结果表明，涂层中的孔隙率和粘结相的含量密切相关，当粘结相含量为12wt.%（Co）时，其孔隙度为1.11%；粘结相含量为14wt.%（CoCr）时，其孔隙度为0.98%；粘结相含量为25wt.%（NiCr）时，其孔隙度降低为0.92%。空气中，WC-10Co4Cr的硬度最高，其摩擦系数最小；Cr3C2-25NiCr的硬度最小，其摩擦系数最大。1mol/L HCl的环境中，NiCr的耐腐蚀性能最好，使Cr3C2-25NiCr涂层的摩擦系数稳定；而纯Co和CoCr的耐腐蚀性能较差，使WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的摩擦系数呈现出波浪状的变化规律。1mol/L NaOH的环境的摩擦过程中，硬质相的腐蚀会使涂层表面的硬度下降，使摩擦系数增加。
2022, 51(12):4689-4696.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210970
摘要:
本文在CDPF催化剂上,通过掺杂10、20和30 g/L不同浓度的La2O3的助剂制备了不同的CDPF样品,采用XRD、XPS、H2-TPR等表征方法以及活性评价技术,研究掺杂不同浓度La2O3的CDPF载体表面催化剂的理化特性和催化活性的关系。结果表明：随着La2O3的掺杂浓度的增加,样品的结晶度先增加再减小；样品表面的Pt原子浓度先降低再升高；样品对CO的氧化活性呈下降趋势；样品对C3H8的特征温度T10和T50均呈先增加再降低,然后再增加的趋势；样品对NO2产率的T10呈增加趋势。
本文在CDPF催化剂上,通过掺杂10、20和30 g/L不同浓度的La2O3的助剂制备了不同的CDPF样品,采用XRD、XPS、H2-TPR等表征方法以及活性评价技术,研究掺杂不同浓度La2O3的CDPF载体表面催化剂的理化特性和催化活性的关系。结果表明：随着La2O3的掺杂浓度的增加,样品的结晶度先增加再减小；样品表面的Pt原子浓度先降低再升高；样品对CO的氧化活性呈下降趋势；样品对C3H8的特征温度T10和T50均呈先增加再降低,然后再增加的趋势；样品对NO2产率的T10呈增加趋势。
2022, 51(12):4697-4704.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211050
摘要:
为了探究MnCo2O4尖晶石涂层作为固体氧化物燃料电池的金属连接体表面涂层的性能,使用溶胶-凝胶法制备出纯净的前驱体粉末,再使用电泳沉积方法制备出致密的MnCo2O4尖晶石涂层,利用SEM、EDS和XRD等表征手段观察分析MnCo2O4尖晶石涂层的相结构和微观组织形貌。采用“四探针法”测量MnCo2O4尖晶石涂层800℃氧化200h前后的面比电阻使用拉拔法完成不同界面粗糙度下的涂层结合强度测试,并用有限元仿真加以验证。结果显示,MnCo2O4尖晶石涂层结构均匀,致密度较好。相较于AISI430不锈钢基体来说,在800℃空气中氧化200h,抗氧化性提高了接近3倍。且中温面比电阻小于SOFC金属连接体规定的极限值。此外,基体表面粗糙度可以有效的增加涂层与基体的机械咬合作用,但同时也会导致应力集中,出现缺陷,从而降低了结合强度。
为了探究MnCo2O4尖晶石涂层作为固体氧化物燃料电池的金属连接体表面涂层的性能,使用溶胶-凝胶法制备出纯净的前驱体粉末,再使用电泳沉积方法制备出致密的MnCo2O4尖晶石涂层,利用SEM、EDS和XRD等表征手段观察分析MnCo2O4尖晶石涂层的相结构和微观组织形貌。采用“四探针法”测量MnCo2O4尖晶石涂层800℃氧化200h前后的面比电阻使用拉拔法完成不同界面粗糙度下的涂层结合强度测试,并用有限元仿真加以验证。结果显示,MnCo2O4尖晶石涂层结构均匀,致密度较好。相较于AISI430不锈钢基体来说,在800℃空气中氧化200h,抗氧化性提高了接近3倍。且中温面比电阻小于SOFC金属连接体规定的极限值。此外,基体表面粗糙度可以有效的增加涂层与基体的机械咬合作用,但同时也会导致应力集中,出现缺陷,从而降低了结合强度。
2022, 51(12):4705-4713.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210997
摘要:
铁基可降解金属因其良好的生物相容性和优异的机械性能,在骨科植入物领域具有广阔的应用前景,但必须突破其降解速率过慢的瓶颈问题。本研究通过电化学技术对3D打印多孔铁锰合金(Fe-30Mn)支架表面进行去合金化处理。通过扫描电镜观察发现,以盐酸和氯化钠分别作为去合金化处理介质溶液,可以在支架表面形成多微孔网络结构和片状纳米结构。接触角和粗糙度测试显示,两种微纳结构的构建均显著改善了Fe-30Mn支架表面亲水性,并提升了其表面粗糙度,多微孔网络结构更加粗糙并且亲水性更好。利用静态浸泡法和电化学耐腐蚀实验评估合金化处理前后支架的腐蚀速率,发现表面微纳结构的形成可加速Fe-30Mn支架的降解。建立体外成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,经合金化处理的两种支架均能支撑细胞的贴附和增殖,具有良好的细胞相容性。本研究结果表明,经电化学去合金化处理后,Fe-30Mn支架的降解速度得以增强,同时保持了良好的生物相容性,有望在骨修复领域得到较好应用。
铁基可降解金属因其良好的生物相容性和优异的机械性能,在骨科植入物领域具有广阔的应用前景,但必须突破其降解速率过慢的瓶颈问题。本研究通过电化学技术对3D打印多孔铁锰合金(Fe-30Mn)支架表面进行去合金化处理。通过扫描电镜观察发现,以盐酸和氯化钠分别作为去合金化处理介质溶液,可以在支架表面形成多微孔网络结构和片状纳米结构。接触角和粗糙度测试显示,两种微纳结构的构建均显著改善了Fe-30Mn支架表面亲水性,并提升了其表面粗糙度,多微孔网络结构更加粗糙并且亲水性更好。利用静态浸泡法和电化学耐腐蚀实验评估合金化处理前后支架的腐蚀速率,发现表面微纳结构的形成可加速Fe-30Mn支架的降解。建立体外成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,经合金化处理的两种支架均能支撑细胞的贴附和增殖,具有良好的细胞相容性。本研究结果表明,经电化学去合金化处理后,Fe-30Mn支架的降解速度得以增强,同时保持了良好的生物相容性,有望在骨修复领域得到较好应用。
2022, 51(12):4714-4725.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211000
摘要:
采用温压成形和真空烧结制备316L奥氏体不锈钢，研究烧结温度对材料相组织和硬度、抗拉强度等力学性能的影响，结合腐蚀失重曲线、阳极极化曲线、Nyquist图、Mott-Schottky曲线分析研究温压烧结316L不锈钢在3.5 wt. % NaCl溶液中的浸泡腐蚀行为。利用扫描和激光共聚焦电子显微镜分析表征拉伸断口形貌及浸泡腐蚀形貌，X射线光电子能谱分析仪分析浸泡腐蚀600 h后的元素价态及钝化膜成分。结果表明:115 ℃温压成形、1290 ℃真空烧结的316L不锈钢密度达到最高（7.203 g/cm3），伸长率（65.46%）、抗拉强度(420.368 MPa)和硬度(63.1 HRB)最大；拉伸试样断口呈现明显的韧性断裂，韧窝深、数量多，韧性较好；亦在600 h浸泡腐蚀后，呈现最小的腐蚀电流密度(5.068×10-5 A?cm-2)和载流子密度(7.23×1019 cm-3)，最高的电荷转移电阻(8111 Ω?cm-2)和钝化膜电阻(14780 Ω?cm-2)，耐腐蚀性能最优。
采用温压成形和真空烧结制备316L奥氏体不锈钢，研究烧结温度对材料相组织和硬度、抗拉强度等力学性能的影响，结合腐蚀失重曲线、阳极极化曲线、Nyquist图、Mott-Schottky曲线分析研究温压烧结316L不锈钢在3.5 wt. % NaCl溶液中的浸泡腐蚀行为。利用扫描和激光共聚焦电子显微镜分析表征拉伸断口形貌及浸泡腐蚀形貌，X射线光电子能谱分析仪分析浸泡腐蚀600 h后的元素价态及钝化膜成分。结果表明:115 ℃温压成形、1290 ℃真空烧结的316L不锈钢密度达到最高（7.203 g/cm3），伸长率（65.46%）、抗拉强度(420.368 MPa)和硬度(63.1 HRB)最大；拉伸试样断口呈现明显的韧性断裂，韧窝深、数量多，韧性较好；亦在600 h浸泡腐蚀后，呈现最小的腐蚀电流密度(5.068×10-5 A?cm-2)和载流子密度(7.23×1019 cm-3)，最高的电荷转移电阻(8111 Ω?cm-2)和钝化膜电阻(14780 Ω?cm-2)，耐腐蚀性能最优。
2022, 51(12):4726-4732.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210974
摘要:
针对核电站对中子屏蔽材料结构功能一体化的需求，开展了Gd含量对06Cr19Ni10不锈钢热中子屏蔽性能及微观组织的影响研究，通过热中子屏蔽计算仿真分析，并以此为指导开展了不同Gd含量的Gd-06Cr19Ni10熔炼和轧制试验，采用OM、SEM等方法对不锈钢试样进行分析检测，结果表明：Gd的添加可以细化06Cr19Ni10不锈钢晶粒，但易形成脆性的Ni-Gd第二相，随着Gd含量的提高，Ni-Gd第二相面积百分数也明显增加，使得06Cr19Ni10不锈钢塑性下降，轧制性能明显降低。结合热中子屏蔽计算分析和轧制试验结果，认为Gd含量为1.7wt.%左右时Gd-06Cr19Ni10可以获得较为均衡的热中子屏蔽性能和材料轧制性能。
针对核电站对中子屏蔽材料结构功能一体化的需求，开展了Gd含量对06Cr19Ni10不锈钢热中子屏蔽性能及微观组织的影响研究，通过热中子屏蔽计算仿真分析，并以此为指导开展了不同Gd含量的Gd-06Cr19Ni10熔炼和轧制试验，采用OM、SEM等方法对不锈钢试样进行分析检测，结果表明：Gd的添加可以细化06Cr19Ni10不锈钢晶粒，但易形成脆性的Ni-Gd第二相，随着Gd含量的提高，Ni-Gd第二相面积百分数也明显增加，使得06Cr19Ni10不锈钢塑性下降，轧制性能明显降低。结合热中子屏蔽计算分析和轧制试验结果，认为Gd含量为1.7wt.%左右时Gd-06Cr19Ni10可以获得较为均衡的热中子屏蔽性能和材料轧制性能。
2022, 51(12):4745-4756.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210880
摘要:
与传统铝合金相比,铝锂合金拥有更低的密度、更高的比强度、更好的耐腐蚀性,在航空、航天和航海领域得到了广泛应用。铝锂合金的优异性能归因于在铝基体中添加元素锂。但铝锂合金存在常温延伸率低、回弹大和各向异性强等问题,这些问题严重限制了铝锂合金的应用。为解决铝锂合金常温成形性差的问题,国内外学者针对铝锂合金热成形工艺开展了大量研究。本文首先介绍铝锂合金的发展,随后基于基础实验、失稳理论以及损伤理论三个方面介绍铝锂合金热成形研究进展,了解铝锂合金高温宏微观变形机理以及损伤演化规律,从而实现铝锂合金零件在高温条件下成形成性一体化控制；最后对航空铝锂合金热成形的发展趋势进行了展望。本文可为航空铝锂合金材料热成形生产工艺的制定提供一定的理论参考。
与传统铝合金相比,铝锂合金拥有更低的密度、更高的比强度、更好的耐腐蚀性,在航空、航天和航海领域得到了广泛应用。铝锂合金的优异性能归因于在铝基体中添加元素锂。但铝锂合金存在常温延伸率低、回弹大和各向异性强等问题,这些问题严重限制了铝锂合金的应用。为解决铝锂合金常温成形性差的问题,国内外学者针对铝锂合金热成形工艺开展了大量研究。本文首先介绍铝锂合金的发展,随后基于基础实验、失稳理论以及损伤理论三个方面介绍铝锂合金热成形研究进展,了解铝锂合金高温宏微观变形机理以及损伤演化规律,从而实现铝锂合金零件在高温条件下成形成性一体化控制；最后对航空铝锂合金热成形的发展趋势进行了展望。本文可为航空铝锂合金材料热成形生产工艺的制定提供一定的理论参考。
2022, 51(12):4757-4772.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210890
摘要:
镁合金和铝合金（Mg合金和Al合金）都具有很多优良的特性，在现代工业中占有越来越重要的地位，实现Mg/Al异种金属的可靠焊接对于轻量化的发展具有重要意义。然而，在Mg/Al异种金属焊接过程中存在一些亟待解决的问题，例如Mg合金和Al合金易氧化、易形成气孔和连续分布的金属间化合物（IMCs）等严重影响接头性能。本文分析了Mg/Al异种金属的焊接性，回顾了Mg/Al异种金属焊接技术的研究进展，阐述了Mg-Al IMCs的改善和消除，并对Mg/Al异种金属焊接提出了展望。
镁合金和铝合金（Mg合金和Al合金）都具有很多优良的特性，在现代工业中占有越来越重要的地位，实现Mg/Al异种金属的可靠焊接对于轻量化的发展具有重要意义。然而，在Mg/Al异种金属焊接过程中存在一些亟待解决的问题，例如Mg合金和Al合金易氧化、易形成气孔和连续分布的金属间化合物（IMCs）等严重影响接头性能。本文分析了Mg/Al异种金属的焊接性，回顾了Mg/Al异种金属焊接技术的研究进展，阐述了Mg-Al IMCs的改善和消除，并对Mg/Al异种金属焊接提出了展望。
2022, 51(12):4773-4782.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220297
摘要:
银薄膜/涂层是一种在高新技术领域极具潜力的新材料,近年来在现代工业中得到了广泛的应用。采用磁控溅射制备的银薄膜/涂层具有优异的附着力,通过选择相应的沉积参数可以实现对银薄膜/涂层微观结构及性能的调控。本文综述了磁控溅射沉积银薄膜/涂层的主要制备工艺,评述了银薄膜/涂层在其主要应用领域内的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。
银薄膜/涂层是一种在高新技术领域极具潜力的新材料,近年来在现代工业中得到了广泛的应用。采用磁控溅射制备的银薄膜/涂层具有优异的附着力,通过选择相应的沉积参数可以实现对银薄膜/涂层微观结构及性能的调控。本文综述了磁控溅射沉积银薄膜/涂层的主要制备工艺,评述了银薄膜/涂层在其主要应用领域内的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。
2022, 51(12):4788-4792.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220396
摘要:
传统T6热处理的ZL114A合金难以满足航空航天领域日益提高的性能要求。为此，本文设计了新型低温-高温双级固溶热处理工艺，对比研究了单级固溶和双级固溶对后续时效组织和力学性能的影响。结果表明，双级固溶处理将基体中Mg溶解度从0.43 wt.%提高到0.54 wt.%，从而显著提高Mg2Si时效析出相的数目密度，并将单级固溶难以消除的长条状π-Fe（FeMg3Si6Al8）相转变成球状β-Fe（FeSiAl5）相，同时提高共晶硅颗粒的圆整度。由此，ZL114A合金的力学性能得到明显改善，其中抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到347 MPa、287 MPa和7.7%。
传统T6热处理的ZL114A合金难以满足航空航天领域日益提高的性能要求。为此，本文设计了新型低温-高温双级固溶热处理工艺，对比研究了单级固溶和双级固溶对后续时效组织和力学性能的影响。结果表明，双级固溶处理将基体中Mg溶解度从0.43 wt.%提高到0.54 wt.%，从而显著提高Mg2Si时效析出相的数目密度，并将单级固溶难以消除的长条状π-Fe（FeMg3Si6Al8）相转变成球状β-Fe（FeSiAl5）相，同时提高共晶硅颗粒的圆整度。由此，ZL114A合金的力学性能得到明显改善，其中抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到347 MPa、287 MPa和7.7%。
