2022年第51卷第6期文章目次
2022, 51(6):1933-1941.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210010
摘要:
通过喷雾造粒法制备出含不同粘接相的B0（不含粘接相）、B1（氧化铝）、B2（钇铝石榴石）和B3（镁铝尖晶石）4种YSZ（Y2O3 partially stabilized ZrO2）基团聚颗粒，对4种团聚颗粒的流动性、松装密度及粒径分布进行了研究。利用等离子喷涂技术制备了上述4组高温封严涂层，测量了各组粉末的沉积效率，分析了不同粘接相的粘接机理。结果表明，与B0型团聚粉末相比，B1、B2和B3型团聚粉末的流动性分别降低了6.94%、5.15%和25.2%，松装密度分别减少了2.85%、2.19%和7.67%，大粒度的团聚粉末所占比例分别提高了15.82%、6.65%和29.75%；B1、B2和B3型团聚粉末的沉积效率分别提高了75.80%，181.49%和59.21%。粘接相熔融后对未熔融YSZ粒子和未烧损聚苯酯粒子的黏附和包裹作用是提高涂层沉积效率的主要原因。由于钇铝石榴石粘接相熔点最低、粒度适中，得到的B2型团聚颗粒流动性最好，松装密度最大，大颗粒所占比例最小，因此B2型涂层具有最高的沉积效率。
通过喷雾造粒法制备出含不同粘接相的B0（不含粘接相）、B1（氧化铝）、B2（钇铝石榴石）和B3（镁铝尖晶石）4种YSZ（Y2O3 partially stabilized ZrO2）基团聚颗粒，对4种团聚颗粒的流动性、松装密度及粒径分布进行了研究。利用等离子喷涂技术制备了上述4组高温封严涂层，测量了各组粉末的沉积效率，分析了不同粘接相的粘接机理。结果表明，与B0型团聚粉末相比，B1、B2和B3型团聚粉末的流动性分别降低了6.94%、5.15%和25.2%，松装密度分别减少了2.85%、2.19%和7.67%，大粒度的团聚粉末所占比例分别提高了15.82%、6.65%和29.75%；B1、B2和B3型团聚粉末的沉积效率分别提高了75.80%，181.49%和59.21%。粘接相熔融后对未熔融YSZ粒子和未烧损聚苯酯粒子的黏附和包裹作用是提高涂层沉积效率的主要原因。由于钇铝石榴石粘接相熔点最低、粒度适中，得到的B2型团聚颗粒流动性最好，松装密度最大，大颗粒所占比例最小，因此B2型涂层具有最高的沉积效率。
2022, 51(6):1942-1948.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210370
摘要:
为了提高镁合金的耐腐蚀性能，基于层状双氢氧化物（LDHs）膜在ZK60镁合金表面制备了超疏水（SH）涂层。涂层制备过程中引入电场辅助，研究了工作电流密度对涂层性能的影响。结果表明，工作电流密度显著影响LDHs膜的微观结构，这对SH涂层的疏水性具有重要影响。当工作电流密度为25 mA/cm2时，SH涂层表面呈现均匀的微纳米结构，并表现出超疏水性。超疏水涂层的腐蚀电流密度（Icorr=9×10-7 A·cm-2）比ZK60基体的腐蚀电流密度（Icorr=3×10-5 A·cm-2）低了2个数量级，表现出优异的耐腐蚀性。
为了提高镁合金的耐腐蚀性能，基于层状双氢氧化物（LDHs）膜在ZK60镁合金表面制备了超疏水（SH）涂层。涂层制备过程中引入电场辅助，研究了工作电流密度对涂层性能的影响。结果表明，工作电流密度显著影响LDHs膜的微观结构，这对SH涂层的疏水性具有重要影响。当工作电流密度为25 mA/cm2时，SH涂层表面呈现均匀的微纳米结构，并表现出超疏水性。超疏水涂层的腐蚀电流密度（Icorr=9×10-7 A·cm-2）比ZK60基体的腐蚀电流密度（Icorr=3×10-5 A·cm-2）低了2个数量级，表现出优异的耐腐蚀性。
2022, 51(6):1949-1956.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210279
摘要:
室温下，对923 及1023 K退火1 h所得的不同原始晶粒尺寸的工业纯钛进行ECAP变形。通过TEM、EBSD、室温拉伸和显微硬度测试研究原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响。探讨纯钛ECAP变形孪生行为和变形机制。结果表明，退火温度越高，原始晶粒尺寸越大。1道次变形后，1023 K退火纯钛的晶粒细化效果更显著。4道次变形后，923 K退火纯钛的组织更细小均匀。随着变形道次的增加，屈服强度不断增大，1道次变形后增幅最大，约为100%，且原始晶粒尺寸越大，强度增幅越大。纯钛ECAP变形机制包括位错滑移和孪生，原始晶粒尺寸越大，孪晶数量越多。
室温下，对923 及1023 K退火1 h所得的不同原始晶粒尺寸的工业纯钛进行ECAP变形。通过TEM、EBSD、室温拉伸和显微硬度测试研究原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响。探讨纯钛ECAP变形孪生行为和变形机制。结果表明，退火温度越高，原始晶粒尺寸越大。1道次变形后，1023 K退火纯钛的晶粒细化效果更显著。4道次变形后，923 K退火纯钛的组织更细小均匀。随着变形道次的增加，屈服强度不断增大，1道次变形后增幅最大，约为100%，且原始晶粒尺寸越大，强度增幅越大。纯钛ECAP变形机制包括位错滑移和孪生，原始晶粒尺寸越大，孪晶数量越多。
2022, 51(6):1957-1963.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210316
摘要:
利用OM、ECC、EBSD、TEM等表征技术和显微硬度实验研究了经β固溶处理的商业纯钛板材在β→α相变过程中不同冷却介质对其组织演变、变体选择、织构遗传及力学性能的影响。结果表明：随着冷却速率的降低，相变组织依次呈细针状α′马氏体（水冷和液氮冷）、Widmanst?tten组织（空冷）及粗大晶粒（炉冷），且冷却速率越快，则转变组织越细，进而其硬度值越高。在β→α冷却过程中，只有炉冷条件下由于出现了部分不满足Burgers关系的取向，导致其并不严格遵循Burgers取向关系。与原始组织相比，水冷和液氮冷条件下由于出现新的织构成分（<0001>//TD、<11
利用OM、ECC、EBSD、TEM等表征技术和显微硬度实验研究了经β固溶处理的商业纯钛板材在β→α相变过程中不同冷却介质对其组织演变、变体选择、织构遗传及力学性能的影响。结果表明：随着冷却速率的降低，相变组织依次呈细针状α′马氏体（水冷和液氮冷）、Widmanst?tten组织（空冷）及粗大晶粒（炉冷），且冷却速率越快，则转变组织越细，进而其硬度值越高。在β→α冷却过程中，只有炉冷条件下由于出现了部分不满足Burgers关系的取向，导致其并不严格遵循Burgers取向关系。与原始组织相比，水冷和液氮冷条件下由于出现新的织构成分（<0001>//TD、<11
2022, 51(6):1964-1971.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210311
摘要:
等通道转角挤压（equal channel angular pressing，ECAP）成功对选择激光熔化（selective laser melting， SLM）制备的纯钛进行了改性处理。采用两通道夹角Φ=120°，ψ=20°的模具，在室温下对SLM制备的纯钛进行单道次变形改性处理，并对其显微组织和力学性能进行了评价。结果表明：SLM+ECAP纯钛试样组织细化，晶粒尺寸由13 μm减小到7 μm，位错密度增加。ECAP变形过程中，孪生和连续动态再结晶同时存在，拉伸与压缩孪晶的出现和位错密度的增加共同促使SLM+ECAP纯钛试样显微硬度增加了13%，屈服强度和极限抗拉强度分别提高了18%和20.4%，而延伸率略有减小。
等通道转角挤压（equal channel angular pressing，ECAP）成功对选择激光熔化（selective laser melting， SLM）制备的纯钛进行了改性处理。采用两通道夹角Φ=120°，ψ=20°的模具，在室温下对SLM制备的纯钛进行单道次变形改性处理，并对其显微组织和力学性能进行了评价。结果表明：SLM+ECAP纯钛试样组织细化，晶粒尺寸由13 μm减小到7 μm，位错密度增加。ECAP变形过程中，孪生和连续动态再结晶同时存在，拉伸与压缩孪晶的出现和位错密度的增加共同促使SLM+ECAP纯钛试样显微硬度增加了13%，屈服强度和极限抗拉强度分别提高了18%和20.4%，而延伸率略有减小。
2022, 51(6):1972-1978.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210354
摘要:
通过电化学腐蚀、摩擦学测试以及扫描电镜（SEM）观察等方法，研究了新型生物医用Ti-20Zr-10Nb合金的腐蚀、磨损以及腐蚀磨损行为。动电位极化实验结果表明，与静态腐蚀相比，腐蚀电位（Ecorr）向负值偏移，腐蚀电流密度（icorr）增加了2个数量级。磨损和腐蚀磨损结果显示，Ti-20Zr-10Nb合金的磨损体积随载荷的增加而增大。研究结果表明，机械磨损在腐蚀磨损中对材料的流失贡献大于腐蚀的贡献。电化学腐蚀条件下的摩擦系数均低于纯磨损条件下获得的摩擦系数。通过观察腐蚀磨损后的形貌可知，磨粒磨损为腐蚀磨损中的主要磨损机制。此外还验证了磨粒的添加对磨损和腐蚀磨损行为的影响，发现磨粒的添加会增加材料的流失。
通过电化学腐蚀、摩擦学测试以及扫描电镜（SEM）观察等方法，研究了新型生物医用Ti-20Zr-10Nb合金的腐蚀、磨损以及腐蚀磨损行为。动电位极化实验结果表明，与静态腐蚀相比，腐蚀电位（Ecorr）向负值偏移，腐蚀电流密度（icorr）增加了2个数量级。磨损和腐蚀磨损结果显示，Ti-20Zr-10Nb合金的磨损体积随载荷的增加而增大。研究结果表明，机械磨损在腐蚀磨损中对材料的流失贡献大于腐蚀的贡献。电化学腐蚀条件下的摩擦系数均低于纯磨损条件下获得的摩擦系数。通过观察腐蚀磨损后的形貌可知，磨粒磨损为腐蚀磨损中的主要磨损机制。此外还验证了磨粒的添加对磨损和腐蚀磨损行为的影响，发现磨粒的添加会增加材料的流失。
2022, 51(6):1979-1985.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210007
摘要:
利用有限元模拟和喷丸实验研究了喷丸强度对TA15钛合金热挤压型材表面完整性的影响规律。对比了由数值模拟和喷丸实验得到的表面粗糙度和残余应力分布结果，验证了所建立的喷丸有限元模型的可靠性；研究了喷丸强度对材料表层显微硬度和微观组织的影响。实验结果表明，喷丸处理在TA15钛合金型材表层产生了最大数值为558~764 MPa且深度为115~151 μm的残余压应力层，材料表层发生塑性变形，位错密度增大，晶粒细化，表层硬度提高，形成了深度为100~150 μm的硬化层，同时表面粗糙度增大。最大残余压应力、压应力层深度和表层硬度随喷丸强度的增大而增大，但强度超过0.188 mmA后增加不明显，材料表面出现裂纹，且在0.222 mmA强度下，材料表面因折叠缺陷而发生残余应力松弛，降低了材料表面完整性。
利用有限元模拟和喷丸实验研究了喷丸强度对TA15钛合金热挤压型材表面完整性的影响规律。对比了由数值模拟和喷丸实验得到的表面粗糙度和残余应力分布结果，验证了所建立的喷丸有限元模型的可靠性；研究了喷丸强度对材料表层显微硬度和微观组织的影响。实验结果表明，喷丸处理在TA15钛合金型材表层产生了最大数值为558~764 MPa且深度为115~151 μm的残余压应力层，材料表层发生塑性变形，位错密度增大，晶粒细化，表层硬度提高，形成了深度为100~150 μm的硬化层，同时表面粗糙度增大。最大残余压应力、压应力层深度和表层硬度随喷丸强度的增大而增大，但强度超过0.188 mmA后增加不明显，材料表面出现裂纹，且在0.222 mmA强度下，材料表面因折叠缺陷而发生残余应力松弛，降低了材料表面完整性。
2022, 51(6):1986-1992.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210383
摘要:
制备的3D-Pb-Ca-Sn阳极有望成为性能优良的铜电积阳极材料。在160 g/L H2SO4溶液中、45 ℃条件下，采用恒流极化、电化学阻抗谱、阳极极化和双斜率Tafel曲线等方法研究了3D-Pb-Ca-Sn和传统Pb-Ca-Sn阳极的电化学性能。此外，还对2种阳极氧化层的微观形貌、元素分布和物相组成进行了研究。结果表明， 3D-Pb-Ca-Sn阳极具有优良的三维通孔结构，增加了阳极的析氧表面积；因此，与传统的Pb-Ca-Sn阳极相比，3D-Pb-Ca-Sn阳极具有更低的阳极电位、更高的交换电流密度和更好的电催化活性，且其氧化层中β-PbO2含量更高，而PbSO4含量更低。
制备的3D-Pb-Ca-Sn阳极有望成为性能优良的铜电积阳极材料。在160 g/L H2SO4溶液中、45 ℃条件下，采用恒流极化、电化学阻抗谱、阳极极化和双斜率Tafel曲线等方法研究了3D-Pb-Ca-Sn和传统Pb-Ca-Sn阳极的电化学性能。此外，还对2种阳极氧化层的微观形貌、元素分布和物相组成进行了研究。结果表明， 3D-Pb-Ca-Sn阳极具有优良的三维通孔结构，增加了阳极的析氧表面积；因此，与传统的Pb-Ca-Sn阳极相比，3D-Pb-Ca-Sn阳极具有更低的阳极电位、更高的交换电流密度和更好的电催化活性，且其氧化层中β-PbO2含量更高，而PbSO4含量更低。
2022, 51(6):1993-1998.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210301
摘要:
通过低温水热法，在图案化的p型硅衬底上合成氧化锌（ZnO）纳米棒阵列薄膜，制备出具有p-Si/n-ZnO纳米棒（NR）阵列结构的异质结太阳能电池（HSCs）。通过直流磁控溅射技术，分别在前后面板溅射沉积ITO和Al膜接触电极层。研究ZnO籽晶层的退火温度、ZnO纳米棒阵列水热合成的时间等因素对ZnO纳米棒阵列的晶体结构、表面形貌和光学性能的影响。p-Si/n-ZnO纳米棒阵列HSCs的最佳短路电流密度和总能量转换效率分别为11.475 mA·cm-2和2.0%。相比p-Si/n-ZnO薄膜HSCs，p-Si/n-ZnO纳米棒阵列HSCs的光伏性能得到了有效提高。
通过低温水热法，在图案化的p型硅衬底上合成氧化锌（ZnO）纳米棒阵列薄膜，制备出具有p-Si/n-ZnO纳米棒（NR）阵列结构的异质结太阳能电池（HSCs）。通过直流磁控溅射技术，分别在前后面板溅射沉积ITO和Al膜接触电极层。研究ZnO籽晶层的退火温度、ZnO纳米棒阵列水热合成的时间等因素对ZnO纳米棒阵列的晶体结构、表面形貌和光学性能的影响。p-Si/n-ZnO纳米棒阵列HSCs的最佳短路电流密度和总能量转换效率分别为11.475 mA·cm-2和2.0%。相比p-Si/n-ZnO薄膜HSCs，p-Si/n-ZnO纳米棒阵列HSCs的光伏性能得到了有效提高。
2022, 51(6):1999-2004.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20210009
摘要:
TiC/Hastelloy复合材料是极具应用前景的中温固体氧化物燃料电池连接体材料，而抗氧化性能是影响其应用的关键性能之一。通过无压反应渗透工艺分别制备出含有50vol%和58vol%金属基体的TiC/Hastelloy复合材料。高金属含量使复合材料中的Cr含量增加，促进连续Cr2O3氧化层的形成，抑制Ni和Ti原子的外扩散，进而优化复合材料的抗氧化性能。氧化膜中Ti和Ni的氧化物含量降低，复合材料的氧化增重由2.03 mg·cm-2降低到0.55 mg·cm-2。同时，为了抑制Cr挥发，在含有58vol%金属基体的TiC/Hastelloy复合材料中引入Co。在氧化过程中，Co和金属基体中的Fe在Cr2O3氧化层中具有较快的扩散速率，可以在Cr2O3氧化层外侧原位形成CoFe2O4层。
TiC/Hastelloy复合材料是极具应用前景的中温固体氧化物燃料电池连接体材料，而抗氧化性能是影响其应用的关键性能之一。通过无压反应渗透工艺分别制备出含有50vol%和58vol%金属基体的TiC/Hastelloy复合材料。高金属含量使复合材料中的Cr含量增加，促进连续Cr2O3氧化层的形成，抑制Ni和Ti原子的外扩散，进而优化复合材料的抗氧化性能。氧化膜中Ti和Ni的氧化物含量降低，复合材料的氧化增重由2.03 mg·cm-2降低到0.55 mg·cm-2。同时，为了抑制Cr挥发，在含有58vol%金属基体的TiC/Hastelloy复合材料中引入Co。在氧化过程中，Co和金属基体中的Fe在Cr2O3氧化层中具有较快的扩散速率，可以在Cr2O3氧化层外侧原位形成CoFe2O4层。
2022, 51(6):2005-2010.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210915
摘要:
在室温条件下研究了大晶粒纯镁疲劳变形过程中有可能激活的滑移系统及滑移迹线。结果表明，经过疲劳变形后大量的纵横交叉滑移迹线在样品表面产生，基于晶粒取向与滑移迹线方向的综合判定，这种纵横交叉滑移迹线是由反复疲劳变形过程中基体的基面滑移与同一区域内｛10
在室温条件下研究了大晶粒纯镁疲劳变形过程中有可能激活的滑移系统及滑移迹线。结果表明，经过疲劳变形后大量的纵横交叉滑移迹线在样品表面产生，基于晶粒取向与滑移迹线方向的综合判定，这种纵横交叉滑移迹线是由反复疲劳变形过程中基体的基面滑移与同一区域内｛10
2022, 51(6):2011-2019.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210343
摘要:
研究了微量Gd的添加对Mg-8Zn-1Mn-3Sn合金显微组织及性能的影响。结果表明，Mg-8Zn-1Mn-3Sn-xGd主要由α-Mg基体、MgZn2、Mg7Zn3、Mg2Sn相、MgSnGd相组成。MgSnGd相为高温相，在合金凝固过程中最先形成，改变了凝固过程，使晶界处半连续第二相转变为断网状。MgSnGd相与α-Mg基体存在共格位向关系，能作为异质形核核心细化合金晶粒。Mg-8Zn-1Mn-3Sn-0.5Gd合金的综合力学性能最佳，合金力学性能得到显著提高的机制为通过添加Gd元素细化晶粒组织、MgSnGd相钉扎晶界阻碍位错运动以及晶界第二相形貌转变。
研究了微量Gd的添加对Mg-8Zn-1Mn-3Sn合金显微组织及性能的影响。结果表明，Mg-8Zn-1Mn-3Sn-xGd主要由α-Mg基体、MgZn2、Mg7Zn3、Mg2Sn相、MgSnGd相组成。MgSnGd相为高温相，在合金凝固过程中最先形成，改变了凝固过程，使晶界处半连续第二相转变为断网状。MgSnGd相与α-Mg基体存在共格位向关系，能作为异质形核核心细化合金晶粒。Mg-8Zn-1Mn-3Sn-0.5Gd合金的综合力学性能最佳，合金力学性能得到显著提高的机制为通过添加Gd元素细化晶粒组织、MgSnGd相钉扎晶界阻碍位错运动以及晶界第二相形貌转变。
2022, 51(6):2020-2026.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210360
摘要:
基于电子背散射衍射技术（EBSD）和薄膜材料晶粒生长模型理论，对高压阳极铝箔在不同升温速率下退火的晶粒尺寸及其生长动力学进行了研究。结果表明：依据典型的等温晶粒生长方程，可以计算得出晶粒生长指数n=4，活化能Qg=129 kJ/mol，速率常数K=1.28×10-8 m4·s-1。基于薄膜材料的晶粒生长模型和能量各向异性特性，解释了（001）取向晶粒得以快速生长的原因，且发现这些快速生长的晶粒与S晶粒呈40°<111>取向关系。
基于电子背散射衍射技术（EBSD）和薄膜材料晶粒生长模型理论，对高压阳极铝箔在不同升温速率下退火的晶粒尺寸及其生长动力学进行了研究。结果表明：依据典型的等温晶粒生长方程，可以计算得出晶粒生长指数n=4，活化能Qg=129 kJ/mol，速率常数K=1.28×10-8 m4·s-1。基于薄膜材料的晶粒生长模型和能量各向异性特性，解释了（001）取向晶粒得以快速生长的原因，且发现这些快速生长的晶粒与S晶粒呈40°<111>取向关系。
2022, 51(6):2027-2032.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210369
摘要:
研究了Plasma-GMAW复合焊接过程中的电弧特性以及熔滴过渡行为。结果表明，不同电流的等离子弧通过改变GMAW电弧的导电以及受力状态来影响GMAW电弧形态以及熔滴过渡行为。等离子弧电流较小时，GMAW电弧的等离子流效应对GMAW电弧形态影响显著，基值时期的GMAW电弧基本沿焊丝轴线燃弧，峰值时期由于在焊接方向上同时受到方向相反的2个力而被压缩，熔滴所受的等离子流力以及等离子流力垂直向下的分力因此增加，对熔滴过渡的促进作用增强，熔滴更易从焊丝脱落。等离子弧电流增加，氛围中金属蒸气增多，电荷流效应对GMAW电弧的影响增强，基值时期GMAW电弧偏向等离子弧方向燃弧，由于焊接电弧存在热惯性，MIG电弧在峰值时仍偏向等离子弧，熔滴所受等离子流力垂直向下的分力因此减小，熔滴脱离焊丝的时间增加。
研究了Plasma-GMAW复合焊接过程中的电弧特性以及熔滴过渡行为。结果表明，不同电流的等离子弧通过改变GMAW电弧的导电以及受力状态来影响GMAW电弧形态以及熔滴过渡行为。等离子弧电流较小时，GMAW电弧的等离子流效应对GMAW电弧形态影响显著，基值时期的GMAW电弧基本沿焊丝轴线燃弧，峰值时期由于在焊接方向上同时受到方向相反的2个力而被压缩，熔滴所受的等离子流力以及等离子流力垂直向下的分力因此增加，对熔滴过渡的促进作用增强，熔滴更易从焊丝脱落。等离子弧电流增加，氛围中金属蒸气增多，电荷流效应对GMAW电弧的影响增强，基值时期GMAW电弧偏向等离子弧方向燃弧，由于焊接电弧存在热惯性，MIG电弧在峰值时仍偏向等离子弧，熔滴所受等离子流力垂直向下的分力因此减小，熔滴脱离焊丝的时间增加。
2022, 51(6):2033-2038.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210395
摘要:
为了研究冷却速率对Al-Cu二元合金凝固组织和性能的影响，通过楔形铜模铸造制备了Al-6%Cu合金铸锭。结果表明，当冷却速率从100 K/s降低到2 K/s时，铸锭晶粒形态的转变过程为：全部柱状晶→柱状晶与等轴晶混合→全部等轴晶。同时，靠近模壁处的柱状晶宽度从244.7 μm增加到408.2 μm，铸锭心部等轴晶的平均晶粒尺寸从629.8 μm减小到152.8 μm，并且平均枝晶臂间距从10.1 μm增加到52.8 μm。计算得出Al-6%Cu合金平均枝晶臂间距和冷却速率经验公式中的参数，其中A和n的值分别为78.75和0.41。当冷却速率从100 K/s降低到25 K/s时，共晶Al2Cu的形态从骨骼状变为片层状，在共晶Al2Cu附近的α-Al的形态呈蜂窝状。当冷却速率由2 K/s增加到100 K/s时，Al-6%Cu合金的硬度由618 MPa增加到726 MPa。
为了研究冷却速率对Al-Cu二元合金凝固组织和性能的影响，通过楔形铜模铸造制备了Al-6%Cu合金铸锭。结果表明，当冷却速率从100 K/s降低到2 K/s时，铸锭晶粒形态的转变过程为：全部柱状晶→柱状晶与等轴晶混合→全部等轴晶。同时，靠近模壁处的柱状晶宽度从244.7 μm增加到408.2 μm，铸锭心部等轴晶的平均晶粒尺寸从629.8 μm减小到152.8 μm，并且平均枝晶臂间距从10.1 μm增加到52.8 μm。计算得出Al-6%Cu合金平均枝晶臂间距和冷却速率经验公式中的参数，其中A和n的值分别为78.75和0.41。当冷却速率从100 K/s降低到25 K/s时，共晶Al2Cu的形态从骨骼状变为片层状，在共晶Al2Cu附近的α-Al的形态呈蜂窝状。当冷却速率由2 K/s增加到100 K/s时，Al-6%Cu合金的硬度由618 MPa增加到726 MPa。
2022, 51(6):2039-2045.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210338
摘要:
通过溶胶-凝胶法结合热处理合成了导电SrVO3粉末。在溶胶配制过程，对Sr:V摩尔比进行精确调控，再通过对凝胶热分解行为的表征，确定其煅烧温度和除去残余碳，从而获得前驱体粉末，再将其在H2中还原以获得最终产物。研究了煅烧温度、Sr:V摩尔比对产物形貌、结构和组成的影响，并采用标准直流四探针技术对样品的电导率进行测试。结果表明，当Sr:V摩尔比为1:1.06，煅烧温度500 ℃，再在850 ℃氢气还原，可以制备没有残余碳或钒的氧化物杂质的单相SrVO3粉末。SrVO3粉末的电导率达到714.3 S/cm，比石墨粉末的电导率（500 S/cm）高。
通过溶胶-凝胶法结合热处理合成了导电SrVO3粉末。在溶胶配制过程，对Sr:V摩尔比进行精确调控，再通过对凝胶热分解行为的表征，确定其煅烧温度和除去残余碳，从而获得前驱体粉末，再将其在H2中还原以获得最终产物。研究了煅烧温度、Sr:V摩尔比对产物形貌、结构和组成的影响，并采用标准直流四探针技术对样品的电导率进行测试。结果表明，当Sr:V摩尔比为1:1.06，煅烧温度500 ℃，再在850 ℃氢气还原，可以制备没有残余碳或钒的氧化物杂质的单相SrVO3粉末。SrVO3粉末的电导率达到714.3 S/cm，比石墨粉末的电导率（500 S/cm）高。
2022, 51(6):2046-2055.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210288
摘要:
通过热压缩模拟试验研究了Al-xMg-2.8Zn合金在变形温度为300~490 ℃、应变速率为0.001~5 s-1条件下的热变形行为。修正了应变-应力曲线中由于变形热引起的流动软化现象后，利用Arrhenius本构方程和热加工图预测并分析了Al-xMg-8Zn合金的热变形行为。结果表明，随着Mg含量的增加，应变速率的升高，或者变形温度的降低，流变应力随之增大。结合热加工图和微观组织观察，确定了合金的最佳热加工参数范围。通过对比发现，随着Mg含量的增加，最佳热变形温度和应变速率范围均变大，变形失稳区域向高温和低应变速率区域扩展。
通过热压缩模拟试验研究了Al-xMg-2.8Zn合金在变形温度为300~490 ℃、应变速率为0.001~5 s-1条件下的热变形行为。修正了应变-应力曲线中由于变形热引起的流动软化现象后，利用Arrhenius本构方程和热加工图预测并分析了Al-xMg-8Zn合金的热变形行为。结果表明，随着Mg含量的增加，应变速率的升高，或者变形温度的降低，流变应力随之增大。结合热加工图和微观组织观察，确定了合金的最佳热加工参数范围。通过对比发现，随着Mg含量的增加，最佳热变形温度和应变速率范围均变大，变形失稳区域向高温和低应变速率区域扩展。
2022, 51(6):2056-2062.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210285
摘要:
基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法，研究了Si、Ni、Mn、Cr、Mo在NbC/fcc-Fe界面的偏析行为，以及B对合金元素界面偏析行为的影响。结果表明，Cr和Mo可以稳定存在于界面和NbC中； Mo 更倾向于在界面和 NbC 中偏析； Ni和Mn在界面上有轻微的偏析倾向。另外，Mo 容易偏析到 NbC 中形成复合碳化物。当Mo/Nb含量比小于2/3时，(Nb, Mo)C复合碳化物更稳定，结合能更大，这应该与Mo和C、Fe之间的强电子相互作用有关。当 B 掺杂到界面时， Mo 和 Cr 向界面偏析的趋势被抑制。特别是B抑制了界面处Mo的偏析，从而提高了材料的耐蚀性。此外，B可使Ni、Mn趋于均匀分布在基体中。
基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法，研究了Si、Ni、Mn、Cr、Mo在NbC/fcc-Fe界面的偏析行为，以及B对合金元素界面偏析行为的影响。结果表明，Cr和Mo可以稳定存在于界面和NbC中； Mo 更倾向于在界面和 NbC 中偏析； Ni和Mn在界面上有轻微的偏析倾向。另外，Mo 容易偏析到 NbC 中形成复合碳化物。当Mo/Nb含量比小于2/3时，(Nb, Mo)C复合碳化物更稳定，结合能更大，这应该与Mo和C、Fe之间的强电子相互作用有关。当 B 掺杂到界面时， Mo 和 Cr 向界面偏析的趋势被抑制。特别是B抑制了界面处Mo的偏析，从而提高了材料的耐蚀性。此外，B可使Ni、Mn趋于均匀分布在基体中。
2022, 51(6):2063-2072.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210449
摘要:
通过热压缩实验，研究了Incoloy825合金在变形量为60％,温度为950~1150℃和应变速率0.001~1s-1范围内热变形行为。基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数模型，建立该合金的本构方程模型。采用金相显微镜（OM）和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了合金的组织演变规律。结果表明，随着变形温度的升高或应变速率的降低，DRX的百分含量增加。热变形过程中DRX既包括晶界弓起形核机制的不连续动态再结晶（DDRX）也包括渐进式亚晶旋转形核机制的连续动态再结晶（CDRX）。随着变形温度的升高或应变速率的降低DDRX增强而CDRX减弱。此外随着温度的升高或应变速率的降低，低角度晶界逐渐向高角度晶界转化。同时随机分布的Σ3孪晶界趋于均匀化，且对动态再结晶起促进作用。
通过热压缩实验，研究了Incoloy825合金在变形量为60％,温度为950~1150℃和应变速率0.001~1s-1范围内热变形行为。基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数模型，建立该合金的本构方程模型。采用金相显微镜（OM）和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了合金的组织演变规律。结果表明，随着变形温度的升高或应变速率的降低，DRX的百分含量增加。热变形过程中DRX既包括晶界弓起形核机制的不连续动态再结晶（DDRX）也包括渐进式亚晶旋转形核机制的连续动态再结晶（CDRX）。随着变形温度的升高或应变速率的降低DDRX增强而CDRX减弱。此外随着温度的升高或应变速率的降低，低角度晶界逐渐向高角度晶界转化。同时随机分布的Σ3孪晶界趋于均匀化，且对动态再结晶起促进作用。
2022, 51(6):2073-2083.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210468
摘要:
SiCp/Al复合材料由性能差异巨大的碳化硅颗粒与铝合金基体组成，切削过程复杂，影响加工质量因素多，材料仿真建模困难。本文提出了虑及颗粒随机分布特性、形状、粒径、体积分数等因素的SiCp/Al复合材料参数化建模方法，研究了不同体积分数SiCp/Al复合材料的去除过程、切削力、表面形貌及损伤等，并进行了试验验证。仿真分析与试验结果表明，参数化建模效果较好。SiCp/Al复合材料具有表面损伤严重、切削力大、基体涂覆掩盖表面缺陷、实际切削深度小等特点，不能单纯以表面粗糙度评价SiCp/Al复合材料的加工质量。粒径大、体积分数高的SiCp/Al切削力、比磨削能更低，表面质量更差，实际切削深度更小，铝合金涂覆现象更严重且覆盖层易脱落。SiC粒径对表面损伤、切削力、比磨削能有重要影响。本文可为SiCp/Al复合材料表面去除特点研究与工程应用提供一定的借鉴。
SiCp/Al复合材料由性能差异巨大的碳化硅颗粒与铝合金基体组成，切削过程复杂，影响加工质量因素多，材料仿真建模困难。本文提出了虑及颗粒随机分布特性、形状、粒径、体积分数等因素的SiCp/Al复合材料参数化建模方法，研究了不同体积分数SiCp/Al复合材料的去除过程、切削力、表面形貌及损伤等，并进行了试验验证。仿真分析与试验结果表明，参数化建模效果较好。SiCp/Al复合材料具有表面损伤严重、切削力大、基体涂覆掩盖表面缺陷、实际切削深度小等特点，不能单纯以表面粗糙度评价SiCp/Al复合材料的加工质量。粒径大、体积分数高的SiCp/Al切削力、比磨削能更低，表面质量更差，实际切削深度更小，铝合金涂覆现象更严重且覆盖层易脱落。SiC粒径对表面损伤、切削力、比磨削能有重要影响。本文可为SiCp/Al复合材料表面去除特点研究与工程应用提供一定的借鉴。
2022, 51(6):2084-2089.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210491
摘要:
本文从降温过程的玻璃形成能力(GFA)和升温过程的玻璃稳定性(GS)出发，构建出基于玻璃转变温度Tg衍生的复特征温度参数三角形，从而推导出判定GFA & GS的准则并从二温度参数和三温度参数对准则均衡贡献的角度，进一步对准则进行了修订：GTg=Tg/Tl+Tx/Tg+(Tx-Tg)/(Tl-Tg)和GTgm=Tg/Tl+(Tx/Tg)/2+((Tx-Tg)/(Tl-Tg))^0.3。通过大量金属玻璃、氧化物玻璃和有机化合物玻璃形成物从GFA和GS两方面验证了准则的可靠性，并与当前基于特征温度的判定准则进行了对比分析，结果表明新提出的准则在评判GFA & GS具有广泛应用性，尤其是修订后的准则在金属玻璃的GFA和GS判定方面表现最优，可以作为一个可靠的准则。
本文从降温过程的玻璃形成能力(GFA)和升温过程的玻璃稳定性(GS)出发，构建出基于玻璃转变温度Tg衍生的复特征温度参数三角形，从而推导出判定GFA & GS的准则并从二温度参数和三温度参数对准则均衡贡献的角度，进一步对准则进行了修订：GTg=Tg/Tl+Tx/Tg+(Tx-Tg)/(Tl-Tg)和GTgm=Tg/Tl+(Tx/Tg)/2+((Tx-Tg)/(Tl-Tg))^0.3。通过大量金属玻璃、氧化物玻璃和有机化合物玻璃形成物从GFA和GS两方面验证了准则的可靠性，并与当前基于特征温度的判定准则进行了对比分析，结果表明新提出的准则在评判GFA & GS具有广泛应用性，尤其是修订后的准则在金属玻璃的GFA和GS判定方面表现最优，可以作为一个可靠的准则。
2022, 51(6):2090-2096.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210493
摘要:
本文通过真空熔炼、冷变形、固溶处理制备得到 β 钛合金。利用六面顶压机对 β 钛合金进行高压时效处理，研究高压时效的参数对 β 钛合金显微组织、显微硬度、弹性模量的影响，并对其进行时效动力学分析。研究结果发现：制备得到等轴的 β 钛合金。时效压力、时间对显微组织的影响显著。常压时效析出相很少，高压下析出的 α 相和马氏体相很多。高压时效的压力、时间对显微硬度、弹性模量的影响显著。随着压力的增大，显微硬度先减小后增大，弹性模量增大；随着时间的增大，显微硬度和弹性模量呈先增大后减小趋势。
本文通过真空熔炼、冷变形、固溶处理制备得到 β 钛合金。利用六面顶压机对 β 钛合金进行高压时效处理，研究高压时效的参数对 β 钛合金显微组织、显微硬度、弹性模量的影响，并对其进行时效动力学分析。研究结果发现：制备得到等轴的 β 钛合金。时效压力、时间对显微组织的影响显著。常压时效析出相很少，高压下析出的 α 相和马氏体相很多。高压时效的压力、时间对显微硬度、弹性模量的影响显著。随着压力的增大，显微硬度先减小后增大，弹性模量增大；随着时间的增大，显微硬度和弹性模量呈先增大后减小趋势。
2022, 51(6):2097-2104.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210744
摘要:
本文建立变壁厚回字形结构多材质复合铸型，首先通过对A356铝合金在多材质复合铸型的充型、凝固过程模拟仿真，获得多材质复合铸型铸件充型时间和温度场结果，锆英砂与石英砂、铬铁矿砂与石英砂过度处凝固时间成阶梯状递减；且锆英砂与石英砂过度处与铬铁矿砂与石英砂过渡处铸件凝固时间更短，金属液凝固速度更快。其次通过对石英砂、铬铁矿砂、锆英砂复合铸型在重力铸造下A356铝合金铸件进行电子背散射衍射分析（EBSD）、电子显微探针分析（EPMA）、抗拉强度及扫描断口分析。结果表明：在相同壁厚时，铬铁矿砂、锆英砂型铸件的晶粒尺寸细小、Al、Mg、Si等元素集中度低、力学性能增大，断口呈现韧性断裂的特征；同时随着壁厚减小，同种材质砂型铸件晶粒尺寸细小、元素集中度低、力学性能增大，断口呈现韧性断裂的特征。
本文建立变壁厚回字形结构多材质复合铸型，首先通过对A356铝合金在多材质复合铸型的充型、凝固过程模拟仿真，获得多材质复合铸型铸件充型时间和温度场结果，锆英砂与石英砂、铬铁矿砂与石英砂过度处凝固时间成阶梯状递减；且锆英砂与石英砂过度处与铬铁矿砂与石英砂过渡处铸件凝固时间更短，金属液凝固速度更快。其次通过对石英砂、铬铁矿砂、锆英砂复合铸型在重力铸造下A356铝合金铸件进行电子背散射衍射分析（EBSD）、电子显微探针分析（EPMA）、抗拉强度及扫描断口分析。结果表明：在相同壁厚时，铬铁矿砂、锆英砂型铸件的晶粒尺寸细小、Al、Mg、Si等元素集中度低、力学性能增大，断口呈现韧性断裂的特征；同时随着壁厚减小，同种材质砂型铸件晶粒尺寸细小、元素集中度低、力学性能增大，断口呈现韧性断裂的特征。
2022, 51(6):2105-2114.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210507
摘要:
本文采用激光立体成形技术(Laser Solid Forming，LSF)，基于Mo当量混合Ti、Al、Mo粉末沉积新型Ti-6Al-xMo(x＝2、3、4)钛合金，研究了其显微组织形成与室温拉伸性能。结果表明：三种合金的凝固组织均呈现沿<100>方向生长的粗大柱状晶，顶部为细小等轴晶，且随着Mo含量的增加，柱状晶宽度逐渐减小，等轴晶层厚度逐渐增大；初生β晶粒中的微观结构是由初生α板条和残余β相组成的，还存在晶界α和α束域，通过电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)分析发现三种成分均出现12种α变体且出现变体占优现象；随着Mo含量的增加，Ti-6Al-xMo强度硬度增加，延伸率减小，初生α板条宽度和面积比减小，增加到Ti-6Al-4Mo时，晶内出现次生α相。相比之下激光立体成形Ti-6Al-2Mo、Ti-6Al-3Mo分别具有抗拉强度962MPa、延伸率11.5%和抗拉强度982 MPa、延伸率9.2%的优异室温拉伸性能。
本文采用激光立体成形技术(Laser Solid Forming，LSF)，基于Mo当量混合Ti、Al、Mo粉末沉积新型Ti-6Al-xMo(x＝2、3、4)钛合金，研究了其显微组织形成与室温拉伸性能。结果表明：三种合金的凝固组织均呈现沿<100>方向生长的粗大柱状晶，顶部为细小等轴晶，且随着Mo含量的增加，柱状晶宽度逐渐减小，等轴晶层厚度逐渐增大；初生β晶粒中的微观结构是由初生α板条和残余β相组成的，还存在晶界α和α束域，通过电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)分析发现三种成分均出现12种α变体且出现变体占优现象；随着Mo含量的增加，Ti-6Al-xMo强度硬度增加，延伸率减小，初生α板条宽度和面积比减小，增加到Ti-6Al-4Mo时，晶内出现次生α相。相比之下激光立体成形Ti-6Al-2Mo、Ti-6Al-3Mo分别具有抗拉强度962MPa、延伸率11.5%和抗拉强度982 MPa、延伸率9.2%的优异室温拉伸性能。
2022, 51(6):2115-2121.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210506
摘要:
利用METCO 6P-Ⅱ火焰喷涂制备NiCrFeAl/h-BN.SiO2可磨耗封严涂层,采用SiO2对NiCrFeAl/h-BN进行改性,改善涂层的可磨耗性。采用不同氧气/乙炔流量比(氧燃比)制备可磨耗封严涂层,并对涂层抗冲刷性能进行评价。结果显示：NiCrFeAl在喷涂过程中熔化并包覆h-BN和SiO2粒子；随氧燃比的升高,金属相熔化更加充分,h-BN和SiO2粒子在涂层中分布的均匀性提高,涂层表面洛氏硬度由50.8 HR15Y提高到70.3 HR15Y,结合强度升高；涂层冲刷后形貌表现出粘着磨损和磨粒磨损特征,冲刷表面粗糙度随氧燃比升高而降低,金属相对非金属相的充分包裹提高了涂层的内聚力,涂层质量损失降低,抗冲刷性能提高。
利用METCO 6P-Ⅱ火焰喷涂制备NiCrFeAl/h-BN.SiO2可磨耗封严涂层,采用SiO2对NiCrFeAl/h-BN进行改性,改善涂层的可磨耗性。采用不同氧气/乙炔流量比(氧燃比)制备可磨耗封严涂层,并对涂层抗冲刷性能进行评价。结果显示：NiCrFeAl在喷涂过程中熔化并包覆h-BN和SiO2粒子；随氧燃比的升高,金属相熔化更加充分,h-BN和SiO2粒子在涂层中分布的均匀性提高,涂层表面洛氏硬度由50.8 HR15Y提高到70.3 HR15Y,结合强度升高；涂层冲刷后形貌表现出粘着磨损和磨粒磨损特征,冲刷表面粗糙度随氧燃比升高而降低,金属相对非金属相的充分包裹提高了涂层的内聚力,涂层质量损失降低,抗冲刷性能提高。
2022, 51(6):2122-2129.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210500
摘要:
钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。
钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。
2022, 51(6):2130-2136.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210492
摘要:
在变形温度为850~1050℃、应变速率为0.001~10s-1和最大高度下压量为60%的条件下 ,采用Gleeble-3800热模拟试验机对TA5钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。基于实验数据,分析TA5钛合金的流变应力曲线,计算出不同工艺参数下的材料参数(变形激活能、Z参数以及功率耗散系数),建立了基于响应面法的工艺参数和材料参数的预测模型,最后对响应面模型进行多目标可视化优化,得到优化后的工艺参数。结果表明：TA5钛合金的流变应力具有负温度相关性和正应变速率敏感性。基于响应面法所建立的预测模型具有较高精度,且优化后的加工参数范围为(850~990℃/0.004~0.15s-1)。经组织验证,该区域主要的变形机制为动态回复和动态再结晶。
在变形温度为850~1050℃、应变速率为0.001~10s-1和最大高度下压量为60%的条件下 ,采用Gleeble-3800热模拟试验机对TA5钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。基于实验数据,分析TA5钛合金的流变应力曲线,计算出不同工艺参数下的材料参数(变形激活能、Z参数以及功率耗散系数),建立了基于响应面法的工艺参数和材料参数的预测模型,最后对响应面模型进行多目标可视化优化,得到优化后的工艺参数。结果表明：TA5钛合金的流变应力具有负温度相关性和正应变速率敏感性。基于响应面法所建立的预测模型具有较高精度,且优化后的加工参数范围为(850~990℃/0.004~0.15s-1)。经组织验证,该区域主要的变形机制为动态回复和动态再结晶。
2022, 51(6):2137-2143.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210471
摘要:
利用EBSD、扫描电镜和透射电镜观测时效处理后合金的次生α相尺寸、形貌和分布，对时效态合金进行室温拉伸实验，研究次生α相对新型近β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr合金强度和塑性的影响。结果表明：时效温度由520℃升高至560℃，晶内析出的αi相尺寸变化不大但间距明显减小，时效温度继续升高，αi相宽度和间距明显增大。时效时间由4h延长至8h，αi相宽度增大但间距减小，时效时间延长至12h，αi相无明显变化。建立次生α相与合金强度的关系式，并计算次生α相对合金强度的影响项，二者相吻合，表明αi相间距是影响该合金强度的主要因素。经560℃/8h时效处理后，αi相间距最窄，抗拉强度为最高的1502MPa。晶内和晶界析出的次生α相联合影响合金塑性。经560℃/8h时效处理后，形成最小间距的αi相和连续的αGB相，合金塑性最差。经过680℃/8h时效处理后，形成沿晶界分布且向晶内平行生长的αWGB相，此外αGB相不连续且αi相间距最大，合金塑性大幅度提高。
利用EBSD、扫描电镜和透射电镜观测时效处理后合金的次生α相尺寸、形貌和分布，对时效态合金进行室温拉伸实验，研究次生α相对新型近β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr合金强度和塑性的影响。结果表明：时效温度由520℃升高至560℃，晶内析出的αi相尺寸变化不大但间距明显减小，时效温度继续升高，αi相宽度和间距明显增大。时效时间由4h延长至8h，αi相宽度增大但间距减小，时效时间延长至12h，αi相无明显变化。建立次生α相与合金强度的关系式，并计算次生α相对合金强度的影响项，二者相吻合，表明αi相间距是影响该合金强度的主要因素。经560℃/8h时效处理后，αi相间距最窄，抗拉强度为最高的1502MPa。晶内和晶界析出的次生α相联合影响合金塑性。经560℃/8h时效处理后，形成最小间距的αi相和连续的αGB相，合金塑性最差。经过680℃/8h时效处理后，形成沿晶界分布且向晶内平行生长的αWGB相，此外αGB相不连续且αi相间距最大，合金塑性大幅度提高。
2022, 51(6):2144-2150.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210448
摘要:
文中采用SEM、EBSD及TEM等表征手段分析了惯性摩擦焊接头在焊态及焊后热处理态下的微观组织形貌与分布特征，并研究了焊后热处理态下的接头力学性能。结果表明，焊缝区为单一等轴α晶粒，在焊态下由板条状马氏体α′相+晶界片状αp相+亚稳态β相构成，并伴随着(0001)//ND丝织构。热处理后转变为晶界片状αp相+晶内片状αs+β相，在原有丝织构的基础上形成了(21 ?1 ?3)[21 ?1 ?9]取向织构；焊缝区显微硬度最高，随着向母材区过度显微硬度逐渐降低，焊后热处理可降低焊缝区硬度，使接头硬度分布较为均匀。接头在室温下的拉伸试验均断裂于远离焊缝中心的母材区。
文中采用SEM、EBSD及TEM等表征手段分析了惯性摩擦焊接头在焊态及焊后热处理态下的微观组织形貌与分布特征，并研究了焊后热处理态下的接头力学性能。结果表明，焊缝区为单一等轴α晶粒，在焊态下由板条状马氏体α′相+晶界片状αp相+亚稳态β相构成，并伴随着(0001)//ND丝织构。热处理后转变为晶界片状αp相+晶内片状αs+β相，在原有丝织构的基础上形成了(21 ?1 ?3)[21 ?1 ?9]取向织构；焊缝区显微硬度最高，随着向母材区过度显微硬度逐渐降低，焊后热处理可降低焊缝区硬度，使接头硬度分布较为均匀。接头在室温下的拉伸试验均断裂于远离焊缝中心的母材区。
2022, 51(6):2151-2160.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211001
摘要:
本文采用选区激光熔化(SLM)工艺制备了Ti6Al4V合金,并系统研究了激光能量密度(LED)对其致密度、显微硬度、压缩强度和塑性的影响。获得了SLM制备Ti6Al4V合金的最佳LED工艺窗口为84.8–163.6 J/mm3。在最佳LED窗口内,在不同N2浓度(3 vol.%、10 vol.%、30 vol.%)工作气氛中,以气–液反应方式SLM制备了TiN为增强相的Ti6Al4V基复合材料。该新工艺制备复合材料的原理为：钛合金高温熔池附近的N2裂解为N原子/离子,N与熔融状态的Ti原位反应生成均匀分散的TiN增强相,并与熔化–凝固过程中的Ti合金基体复合,最终以SLM逐层成形的方式制备出TiN增强钛基复合材料。本文探究了N2浓度对钛基复合材料组织结构和力学性能的影响规律。其中,3 vol.%的N2工作气氛中SLM成形的复合材料的强度和塑性同时得到提升,阐述了其强韧化机理。
本文采用选区激光熔化(SLM)工艺制备了Ti6Al4V合金,并系统研究了激光能量密度(LED)对其致密度、显微硬度、压缩强度和塑性的影响。获得了SLM制备Ti6Al4V合金的最佳LED工艺窗口为84.8–163.6 J/mm3。在最佳LED窗口内,在不同N2浓度(3 vol.%、10 vol.%、30 vol.%)工作气氛中,以气–液反应方式SLM制备了TiN为增强相的Ti6Al4V基复合材料。该新工艺制备复合材料的原理为：钛合金高温熔池附近的N2裂解为N原子/离子,N与熔融状态的Ti原位反应生成均匀分散的TiN增强相,并与熔化–凝固过程中的Ti合金基体复合,最终以SLM逐层成形的方式制备出TiN增强钛基复合材料。本文探究了N2浓度对钛基复合材料组织结构和力学性能的影响规律。其中,3 vol.%的N2工作气氛中SLM成形的复合材料的强度和塑性同时得到提升,阐述了其强韧化机理。
2022, 51(6):2161-2166.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210443
摘要:
利用3D打印技术制作仿天然骨的多孔钛骨科植入物具有广阔的前景，等离子抛光技术作为表面技术的一种，可有效去除3D打印多孔钛零件表面附着的颗粒物，降低表面粗糙度。本文分析了不同等离子抛光时间下多孔钛零件外表面及内层孔结构外表面的表面形貌，并测量了其表面粗糙度值。通过实验可得，抛光时间越长，表面越顺滑，表面粗糙度值越低，抛光时间是影响表面粗糙度值的重要因素。根据抛光时间与表面粗糙度值的拟合曲线，得出了在保证零件内外表面的表面粗糙度值在最优值范围下的抛光时间区间。
利用3D打印技术制作仿天然骨的多孔钛骨科植入物具有广阔的前景，等离子抛光技术作为表面技术的一种，可有效去除3D打印多孔钛零件表面附着的颗粒物，降低表面粗糙度。本文分析了不同等离子抛光时间下多孔钛零件外表面及内层孔结构外表面的表面形貌，并测量了其表面粗糙度值。通过实验可得，抛光时间越长，表面越顺滑，表面粗糙度值越低，抛光时间是影响表面粗糙度值的重要因素。根据抛光时间与表面粗糙度值的拟合曲线，得出了在保证零件内外表面的表面粗糙度值在最优值范围下的抛光时间区间。
2022, 51(6):2167-2174.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210916
摘要:
镁合金具有高比强度与良好的生物相容性,是一种理想的骨植入材料。因镁合金降解速率过快在临床应用中受到限制,通过SLM可对其合金化并改善耐蚀性能。利用SLM成型Mg-1Zn-xGd(x=0、0.25、0.5、1、2 wt%)合金,测试镁合金在模拟体液中浸泡72 h平均腐蚀速率变化趋势,采用SEM、EDS与TEM检测手段辅助分析腐蚀机理。实验结果表明,Gd含量对镁合金腐蚀速率影响显著,添加0~2 wt% Gd后镁合金降解速率呈先降低后升高趋势,在添加0.5 wt% Gd时镁合金具有最佳耐腐蚀性能。腐蚀反应产生的表面钝化膜能够一定程度减缓腐蚀的进行,添加过量Gd后沿晶界析出Mg5Gd相增多加剧了镁合金腐蚀。
镁合金具有高比强度与良好的生物相容性,是一种理想的骨植入材料。因镁合金降解速率过快在临床应用中受到限制,通过SLM可对其合金化并改善耐蚀性能。利用SLM成型Mg-1Zn-xGd(x=0、0.25、0.5、1、2 wt%)合金,测试镁合金在模拟体液中浸泡72 h平均腐蚀速率变化趋势,采用SEM、EDS与TEM检测手段辅助分析腐蚀机理。实验结果表明,Gd含量对镁合金腐蚀速率影响显著,添加0~2 wt% Gd后镁合金降解速率呈先降低后升高趋势,在添加0.5 wt% Gd时镁合金具有最佳耐腐蚀性能。腐蚀反应产生的表面钝化膜能够一定程度减缓腐蚀的进行,添加过量Gd后沿晶界析出Mg5Gd相增多加剧了镁合金腐蚀。
2022, 51(6):2175-2184.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210439
摘要:
本文通过挤压+等通道转角挤压(ECAP)复合加工工艺制备了超细晶Mg-2.5Zn-1Ca合金,采用OM、SEM、XRD、EBSD等手段分析变形过程中微观结构演变特征,结合力学性能变化,研究变形过程中合金强化机理。结果表明,经挤压+ECAP变形后,晶粒与第二相颗粒明显细化,其中挤压+2道次ECAP后获得了均匀的细晶组织,平均晶粒尺寸约1.1μm；同时,细小的Ca2Mg6Zn3颗粒弥散分布于基体中。晶粒细化是剧烈塑性变形、动态再结晶和细小弥散的Ca2Mg6Zn3相共同作用的结果。ECAP变形使合金的力学性能显著提高,2道次有最高的抗拉强度和延伸率,分别为275MPa和17%。随着ECAP变形道次的增加,织构强度逐渐减弱,基面织构逐渐转变为一种新的织构,并且ECAP变形合金有较高的非基面施密特因子,组织均匀细化,使得材料有更好的延伸率。
本文通过挤压+等通道转角挤压(ECAP)复合加工工艺制备了超细晶Mg-2.5Zn-1Ca合金,采用OM、SEM、XRD、EBSD等手段分析变形过程中微观结构演变特征,结合力学性能变化,研究变形过程中合金强化机理。结果表明,经挤压+ECAP变形后,晶粒与第二相颗粒明显细化,其中挤压+2道次ECAP后获得了均匀的细晶组织,平均晶粒尺寸约1.1μm；同时,细小的Ca2Mg6Zn3颗粒弥散分布于基体中。晶粒细化是剧烈塑性变形、动态再结晶和细小弥散的Ca2Mg6Zn3相共同作用的结果。ECAP变形使合金的力学性能显著提高,2道次有最高的抗拉强度和延伸率,分别为275MPa和17%。随着ECAP变形道次的增加,织构强度逐渐减弱,基面织构逐渐转变为一种新的织构,并且ECAP变形合金有较高的非基面施密特因子,组织均匀细化,使得材料有更好的延伸率。
2022, 51(6):2185-2191.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210442
摘要:
采用冷坩埚真空感应熔炼方法进行NiTiNb形状记忆合金的制备,研究了冷坩埚熔炼过程中合金成分与微观组织的主要影响因素,分析了熔炼过程元素损耗的特征及主要原因,并提出了提高合金成分控制精度的方法。研究表明：较高的加热功率和多次熔炼有利于各组元的充分合金化；合金中C、O等杂质的含量随熔炼时间的延长而增加,随真空度的提高而降低,且真空度的影响大于熔炼时间；较慢的熔体冷却速度会导致铸锭中出现柱状晶区,且冷速越慢柱状晶区与凝壳区尺寸均会相应增大；熔炼前期Ni和Ti剧烈反应所引发的飞溅将会加剧合金元素的损耗,通过对合金原料进行补偿修正可大幅提高成分的控制精度。
采用冷坩埚真空感应熔炼方法进行NiTiNb形状记忆合金的制备,研究了冷坩埚熔炼过程中合金成分与微观组织的主要影响因素,分析了熔炼过程元素损耗的特征及主要原因,并提出了提高合金成分控制精度的方法。研究表明：较高的加热功率和多次熔炼有利于各组元的充分合金化；合金中C、O等杂质的含量随熔炼时间的延长而增加,随真空度的提高而降低,且真空度的影响大于熔炼时间；较慢的熔体冷却速度会导致铸锭中出现柱状晶区,且冷速越慢柱状晶区与凝壳区尺寸均会相应增大；熔炼前期Ni和Ti剧烈反应所引发的飞溅将会加剧合金元素的损耗,通过对合金原料进行补偿修正可大幅提高成分的控制精度。
2022, 51(6):2192-2198.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210510
摘要:
通过在金属铜箔上均匀排布碳纳米管宏观膜(Carbon nanotubes (CNTs) macrofilm, CMF),制成复合集流体(Cu-CMF),改善活性物质与集流体的结合性,降低电池界面电阻,在活性材料石墨中掺杂还原氧化石墨烯(rGO),增大了活性物质石墨颗粒间的接触位点,最后获得高比容量和化学稳定性的电池。采用扫描电子显微镜和电化学测试等表征技术进行表征,结果表明,基于Cu-CMF复合集流体掺杂rGO的石墨电极,在2 C倍率下发挥102.7 mAh g-1的比容量,是未掺杂基于铜箔集流体的石墨电极(27.4 mAh g-1)的3.7倍,表现出优异的倍率性能。
通过在金属铜箔上均匀排布碳纳米管宏观膜(Carbon nanotubes (CNTs) macrofilm, CMF),制成复合集流体(Cu-CMF),改善活性物质与集流体的结合性,降低电池界面电阻,在活性材料石墨中掺杂还原氧化石墨烯(rGO),增大了活性物质石墨颗粒间的接触位点,最后获得高比容量和化学稳定性的电池。采用扫描电子显微镜和电化学测试等表征技术进行表征,结果表明,基于Cu-CMF复合集流体掺杂rGO的石墨电极,在2 C倍率下发挥102.7 mAh g-1的比容量,是未掺杂基于铜箔集流体的石墨电极(27.4 mAh g-1)的3.7倍,表现出优异的倍率性能。
2022, 51(6):2199-2208.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210484
摘要:
利用激光熔覆技术在AISI 304不锈钢表面制备了AlCoCrFeNiSix（x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）高熵合金涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、维氏硬度计和电化学工作站等，分析了Si元素对AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层微观组织和性能的影响。结果表明：AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层由体心立方（BCC）固溶体晶粒构成。随着Si元素含量的增加，Si元素置换固溶使晶格收缩，晶粒逐步细化，纳米尺度球状AlNi相在晶粒内脱溶，少量的Cr23C6碳化物沿晶界析出。微观组织的演化导致涂层的显微硬度升高，最大硬度达到848.1 HV0.3。AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层的热力学腐蚀倾向和均匀腐蚀速率均低于基材AISI 304不锈钢。Si元素的掺杂提高了钝化膜的修复能力和稳定性，使腐蚀机制从自催化发展的点蚀转变为晶间腐蚀。
利用激光熔覆技术在AISI 304不锈钢表面制备了AlCoCrFeNiSix（x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5）高熵合金涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、维氏硬度计和电化学工作站等，分析了Si元素对AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层微观组织和性能的影响。结果表明：AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层由体心立方（BCC）固溶体晶粒构成。随着Si元素含量的增加，Si元素置换固溶使晶格收缩，晶粒逐步细化，纳米尺度球状AlNi相在晶粒内脱溶，少量的Cr23C6碳化物沿晶界析出。微观组织的演化导致涂层的显微硬度升高，最大硬度达到848.1 HV0.3。AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层的热力学腐蚀倾向和均匀腐蚀速率均低于基材AISI 304不锈钢。Si元素的掺杂提高了钝化膜的修复能力和稳定性，使腐蚀机制从自催化发展的点蚀转变为晶间腐蚀。
2022, 51(6):2209-2214.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210485
摘要:
通过添加钛箔中间层,研究了镁/铝合金异种金属电阻搭接接头的微观组织与力学性能。研究结果表明,添加0.2mm厚度钛箔中间层可以大幅提高镁/铝异种金属电阻点焊接头的结合强度,接头的最大拉剪力随焊接电流的增大先增大后减小；当焊接电流为14kA时,最大拉剪力达到最大为2.2kN。铝钛界面处有TiAl3生成,接头断裂在镁侧热影响区上,经过换算接头的剪切强度能够达到156MPa。通过SEM和EDS分析,添加钛中间层阻断了镁合金和铝合金的相互扩散,钛中间层阻碍了Mg-Al金属间化合物的生成,从而大大提高接头的结合强度。
通过添加钛箔中间层,研究了镁/铝合金异种金属电阻搭接接头的微观组织与力学性能。研究结果表明,添加0.2mm厚度钛箔中间层可以大幅提高镁/铝异种金属电阻点焊接头的结合强度,接头的最大拉剪力随焊接电流的增大先增大后减小；当焊接电流为14kA时,最大拉剪力达到最大为2.2kN。铝钛界面处有TiAl3生成,接头断裂在镁侧热影响区上,经过换算接头的剪切强度能够达到156MPa。通过SEM和EDS分析,添加钛中间层阻断了镁合金和铝合金的相互扩散,钛中间层阻碍了Mg-Al金属间化合物的生成,从而大大提高接头的结合强度。
2022, 51(6):2215-2223.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210490
摘要:
针对一种新型粉末高温合金WZ-A3进行了一系列的热挤压工艺试验,探究了挤压温度、挤压速度、挤压比对棒材显微组织的影响以及棒材的整体组织均匀性。结果表明：在恒定挤压速度35 mm/s、挤压比4.7:1条件下,挤压温度为1110 ℃时,合金棒材已发生完全动态再结晶,当挤压温度继续增加,晶粒发生明显长大。在恒定挤压温度1110 ℃、挤压速度35 mm/s条件下,挤压比为2.1:1时,合金再结晶不完全而且存在较多原始颗粒边界；当挤压比增加至4:1~4.7:1时,再结晶程度完全充分,PPB也完全消除。在恒定挤压温度1130 ℃、挤压比4.7:1条件下,在20~50 mm/s范围内随着挤压速度的增加,晶粒呈长大趋势。在挤压温度1110 ℃、挤压速度35 mm/s、挤压比4.7:1条件下整个挤压棒材的组织较为均匀,从棒材头部到尾部,晶粒略微细化,并且棒材边缘的组织较心部和1/2R更细小。
针对一种新型粉末高温合金WZ-A3进行了一系列的热挤压工艺试验,探究了挤压温度、挤压速度、挤压比对棒材显微组织的影响以及棒材的整体组织均匀性。结果表明：在恒定挤压速度35 mm/s、挤压比4.7:1条件下,挤压温度为1110 ℃时,合金棒材已发生完全动态再结晶,当挤压温度继续增加,晶粒发生明显长大。在恒定挤压温度1110 ℃、挤压速度35 mm/s条件下,挤压比为2.1:1时,合金再结晶不完全而且存在较多原始颗粒边界；当挤压比增加至4:1~4.7:1时,再结晶程度完全充分,PPB也完全消除。在恒定挤压温度1130 ℃、挤压比4.7:1条件下,在20~50 mm/s范围内随着挤压速度的增加,晶粒呈长大趋势。在挤压温度1110 ℃、挤压速度35 mm/s、挤压比4.7:1条件下整个挤压棒材的组织较为均匀,从棒材头部到尾部,晶粒略微细化,并且棒材边缘的组织较心部和1/2R更细小。
2022, 51(6):2224-2230.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210509
摘要:
气膜冷却孔是航空航天高温部件常见冷却设计，但属于典型结构疲劳危险点。为了优化气膜冷却孔热-机械性能，本文通过疲劳试验和有限元建模分析，研究GH4169合金相同底孔尺寸下的气膜冷却孔疲劳性能。研究表明：相同底孔直径下，90°圆孔疲劳寿命远低于倾斜圆孔、扇形孔和扇形后倾孔；相同孔倾角下，孔形对疲劳寿命影响较小；90°圆孔发生单断口疲劳断裂，断口与加载方向基本垂直，而倾斜圆孔、扇形孔、扇形后倾孔在孔根部附近发生疲劳断裂，断口向孔轴方向倾斜，除主断口外在孔根部均出现亚断口；90°圆孔断口疲劳裂纹在孔壁中间萌生，而倾斜圆孔和扇形孔疲劳裂纹在孔口部位萌生，且呈现多源萌生特征；裂纹萌生区平整光滑，随着裂纹扩展断口表面韧窝明显增多；孔轴倾角和孔口形状对孔周应力分布及最大应力水平具有显著影响。
气膜冷却孔是航空航天高温部件常见冷却设计，但属于典型结构疲劳危险点。为了优化气膜冷却孔热-机械性能，本文通过疲劳试验和有限元建模分析，研究GH4169合金相同底孔尺寸下的气膜冷却孔疲劳性能。研究表明：相同底孔直径下，90°圆孔疲劳寿命远低于倾斜圆孔、扇形孔和扇形后倾孔；相同孔倾角下，孔形对疲劳寿命影响较小；90°圆孔发生单断口疲劳断裂，断口与加载方向基本垂直，而倾斜圆孔、扇形孔、扇形后倾孔在孔根部附近发生疲劳断裂，断口向孔轴方向倾斜，除主断口外在孔根部均出现亚断口；90°圆孔断口疲劳裂纹在孔壁中间萌生，而倾斜圆孔和扇形孔疲劳裂纹在孔口部位萌生，且呈现多源萌生特征；裂纹萌生区平整光滑，随着裂纹扩展断口表面韧窝明显增多；孔轴倾角和孔口形状对孔周应力分布及最大应力水平具有显著影响。
2022, 51(6):2231-2239.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210497
摘要:
树枝状纳米球独特的三维中心辐射状孔道结构使其具有出色的比表面积和孔体积。客体物质可负载于多级孔道内,形成新型的载体/递送/反应平台。本文首次设计构筑了一类具有高稳定性的多功能复合材料—树枝状硅钛杂化纳米球负载金纳米颗粒催化剂。使经过系列化学反应及改性过程,树枝状硅钛杂化纳米球依旧保持中心辐射状纹理结构,孔道内成功负载了锐钛矿二氧化钛和超细金纳米粒子。相较于树枝状二氧化硅纳米球负载金纳米颗粒材料(对比样),设计合成的催化剂展现出更加优越的多功能催化性能。在模拟太阳光下,其光解水产氢量为210.01 μmmol.g-1,约为对比样的10倍。无光条件下,其降解对硝基苯酚的表观动力学常数为2.150×10-3 s-1,约是对比样的19倍(0.111×10-3 s-1)。
树枝状纳米球独特的三维中心辐射状孔道结构使其具有出色的比表面积和孔体积。客体物质可负载于多级孔道内,形成新型的载体/递送/反应平台。本文首次设计构筑了一类具有高稳定性的多功能复合材料—树枝状硅钛杂化纳米球负载金纳米颗粒催化剂。使经过系列化学反应及改性过程,树枝状硅钛杂化纳米球依旧保持中心辐射状纹理结构,孔道内成功负载了锐钛矿二氧化钛和超细金纳米粒子。相较于树枝状二氧化硅纳米球负载金纳米颗粒材料(对比样),设计合成的催化剂展现出更加优越的多功能催化性能。在模拟太阳光下,其光解水产氢量为210.01 μmmol.g-1,约为对比样的10倍。无光条件下,其降解对硝基苯酚的表观动力学常数为2.150×10-3 s-1,约是对比样的19倍(0.111×10-3 s-1)。
2022, 51(6):2240-2249.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210501
摘要:
本文将CuSn10P1铜合金进行半固态触变反挤压成形实验。研究冷轧变形量、等温温度及等温时间对CuSn10P1铜合金的微观组织演变和力学性能的影响规律。结果表明：半固态触变反挤压能够有效地改善铜合金半固态成形件中的液相偏聚现象，冷轧变形量及等温处理工艺对半固态触变反挤压锡青铜微观组织和力学性能影响较大。随冷轧变形量增加，平均晶粒尺寸先减小后增大，成形件抗拉强度先升高后降低。随等温温度的升高和等温时间的延长，晶粒尺寸逐渐增大，成形件抗拉强度先升高后降低。当冷轧变形量30%、等温温度900℃、等温时间20min时，半固态触变反挤压CuSn10P1铜合金成形件的组织和性能较好且各部位均匀。成形件纵向各位置组织的液相率分别为14.41%、14.37%、14.33%、14.30%，晶粒尺寸为60.60 μm、60.28 μm、59.51 μm、61.10 μm，形状因子分别为1.29、1.24、1.26、1.27，成形件抗拉强度为407 MPa，延伸率为7.6%。
本文将CuSn10P1铜合金进行半固态触变反挤压成形实验。研究冷轧变形量、等温温度及等温时间对CuSn10P1铜合金的微观组织演变和力学性能的影响规律。结果表明：半固态触变反挤压能够有效地改善铜合金半固态成形件中的液相偏聚现象，冷轧变形量及等温处理工艺对半固态触变反挤压锡青铜微观组织和力学性能影响较大。随冷轧变形量增加，平均晶粒尺寸先减小后增大，成形件抗拉强度先升高后降低。随等温温度的升高和等温时间的延长，晶粒尺寸逐渐增大，成形件抗拉强度先升高后降低。当冷轧变形量30%、等温温度900℃、等温时间20min时，半固态触变反挤压CuSn10P1铜合金成形件的组织和性能较好且各部位均匀。成形件纵向各位置组织的液相率分别为14.41%、14.37%、14.33%、14.30%，晶粒尺寸为60.60 μm、60.28 μm、59.51 μm、61.10 μm，形状因子分别为1.29、1.24、1.26、1.27，成形件抗拉强度为407 MPa，延伸率为7.6%。
2022, 51(6):2250-2257.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210452
摘要:
为探究溶解氧（DO）对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb（质量分数%，下同）合金在400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响，本研究将合金样品放入静态高压釜和动态高压釜中进行400 ℃/10.3 MPa/除氧和300 ppb DO过热蒸汽腐蚀试验。采用腐蚀增重曲线表征合金的耐腐蚀性能，利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析了锆合金在两种腐蚀环境下氧化膜的显微组织以及氧化膜/金属（O/M）界面特性。结果表明:DO会加速Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb合金的腐蚀，在300 ppb DO条件下腐蚀250 d的增重比除氧条件下高17%；在除氧条件下O/M界面处的过渡层比300 ppb DO条件下的更薄，过渡层中检测到约为100 nm的ZrO层，而在300 ppb DO条件下没有检测到ZrO层，更厚的过渡层和ZrO层的存在一定程度上可以为Zr氧化过程中的应力释放提供更充足的时间，减少了裂纹的产生，起到延缓锆合金腐蚀的作用，这与除氧条件腐蚀后期其有较好的耐腐蚀性能相对应。
为探究溶解氧（DO）对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb（质量分数%，下同）合金在400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响，本研究将合金样品放入静态高压釜和动态高压釜中进行400 ℃/10.3 MPa/除氧和300 ppb DO过热蒸汽腐蚀试验。采用腐蚀增重曲线表征合金的耐腐蚀性能，利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析了锆合金在两种腐蚀环境下氧化膜的显微组织以及氧化膜/金属（O/M）界面特性。结果表明:DO会加速Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.3Nb合金的腐蚀，在300 ppb DO条件下腐蚀250 d的增重比除氧条件下高17%；在除氧条件下O/M界面处的过渡层比300 ppb DO条件下的更薄，过渡层中检测到约为100 nm的ZrO层，而在300 ppb DO条件下没有检测到ZrO层，更厚的过渡层和ZrO层的存在一定程度上可以为Zr氧化过程中的应力释放提供更充足的时间，减少了裂纹的产生，起到延缓锆合金腐蚀的作用，这与除氧条件腐蚀后期其有较好的耐腐蚀性能相对应。
2022, 51(6):2258-2266.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210462
摘要:
为了研究SAF2507双相不锈钢（SAF2507 DSS）螺旋桨叶片在含硫酸盐还原菌( SRB)和铁氧化菌(IOB)海水中的耐腐蚀性能，提出一种二次急冷淬火成形技术来成形SAF2507 DSS螺旋桨叶片。同时根据螺旋桨叶片在不同二次急冷淬火成形温度下析出相的类型和析出规律，研究螺旋桨叶片在含SRB和IOB海水中的腐蚀性能。结果表明，当二次急冷淬火成形温度在700℃时，螺旋桨叶片表面析出少量的χ相；达到850℃时，χ相停止析出并完全转化成σ相，析出的σ相达到最大值；超过850℃时，析出的σ相开始急剧减少，到950℃时仅有少量的σ相析出。螺旋桨叶片在不同二次急冷淬火成形温度下，腐蚀电流密度、交流阻抗等电化学性能变化规律与螺旋桨叶片表层χ相和σ相的析出规律、以及χ相和σ相自身的耐腐蚀特征相吻合。二次急冷淬火成形温度在750℃-1050℃之间，螺旋桨叶片的耐腐蚀性能随热成形温度的升高呈增强—降低—增强规律变化，850℃时螺旋桨叶片的耐腐蚀性能最差。螺旋桨叶片二次急冷淬火成形后富Fe的表面特征，在SRB+IOB的作用下，螺旋桨叶片表面钝化膜被破坏，导致耐腐蚀性能降低。
为了研究SAF2507双相不锈钢（SAF2507 DSS）螺旋桨叶片在含硫酸盐还原菌( SRB)和铁氧化菌(IOB)海水中的耐腐蚀性能，提出一种二次急冷淬火成形技术来成形SAF2507 DSS螺旋桨叶片。同时根据螺旋桨叶片在不同二次急冷淬火成形温度下析出相的类型和析出规律，研究螺旋桨叶片在含SRB和IOB海水中的腐蚀性能。结果表明，当二次急冷淬火成形温度在700℃时，螺旋桨叶片表面析出少量的χ相；达到850℃时，χ相停止析出并完全转化成σ相，析出的σ相达到最大值；超过850℃时，析出的σ相开始急剧减少，到950℃时仅有少量的σ相析出。螺旋桨叶片在不同二次急冷淬火成形温度下，腐蚀电流密度、交流阻抗等电化学性能变化规律与螺旋桨叶片表层χ相和σ相的析出规律、以及χ相和σ相自身的耐腐蚀特征相吻合。二次急冷淬火成形温度在750℃-1050℃之间，螺旋桨叶片的耐腐蚀性能随热成形温度的升高呈增强—降低—增强规律变化，850℃时螺旋桨叶片的耐腐蚀性能最差。螺旋桨叶片二次急冷淬火成形后富Fe的表面特征，在SRB+IOB的作用下，螺旋桨叶片表面钝化膜被破坏，导致耐腐蚀性能降低。
2022, 51(6):2258-2266.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210463
摘要:
利用铜模吸铸法制备直径为6 mm的(Zr0.55Cu0.3Al0.1Ni0.05)98Er2非晶合金试棒，探究在过冷液相区等温温度和时间对其热稳定性的影响以及采用连续加热和等温加热研究其晶化动力学行为。结果表明：随等温热处理温度的升高，(Zr0.55Cu0.3Al0.1Ni0.05)98Er2非晶合金出现晶化现象的等温热处理时间越短；根据Kissinger方程得出该非晶合金的晶化激活能Ex为337.39 KJ/mol；两种实验方法所得的实验数据非常接近，可为相互印证。对于(Zr0.55Cu0.3Al0.1Ni0.05)98Er2非晶合金进行超塑性成型来说；超塑性成型加热参数同时位于两条TTT曲线的右下方时，更有利于其超塑性的成型和得到具有单一非晶相的成型件。
利用铜模吸铸法制备直径为6 mm的(Zr0.55Cu0.3Al0.1Ni0.05)98Er2非晶合金试棒，探究在过冷液相区等温温度和时间对其热稳定性的影响以及采用连续加热和等温加热研究其晶化动力学行为。结果表明：随等温热处理温度的升高，(Zr0.55Cu0.3Al0.1Ni0.05)98Er2非晶合金出现晶化现象的等温热处理时间越短；根据Kissinger方程得出该非晶合金的晶化激活能Ex为337.39 KJ/mol；两种实验方法所得的实验数据非常接近，可为相互印证。对于(Zr0.55Cu0.3Al0.1Ni0.05)98Er2非晶合金进行超塑性成型来说；超塑性成型加热参数同时位于两条TTT曲线的右下方时，更有利于其超塑性的成型和得到具有单一非晶相的成型件。
2022, 51(6):2273-2279.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210877
摘要:
研究了快淬速度（v=15、20、25、30和35 m/s）和热处理对熔体快淬法制备的成分为Nd26Pr3FebalCo4Ga0.42B0.92的快淬薄带的微观结构和磁性能的影响。v<25m/s 时，薄带自由面具有明显的取向，c轴垂直于薄带表面；随着快淬速度的提升，取向度明显降低。提高快淬速度可以细化晶粒，提升至v>25 m/s以上时非晶含量明显提升，当v<25 m/s时初始磁化曲线表现为一步磁化过程，退磁曲线的方形度较好；当v>25 m/s时向两步磁化转变，退磁曲线出现明显塌腰；在v=25 m/s时取得最佳磁性能，分别为Br=0.91T，μ0Hcj=1.70 T，（BH）max=108.22 kJ/m3。对快淬薄带进行适当的晶化退火处理后，快淬带中的非晶含量显著减少，v≤25 m/s的快淬薄带的磁性能有所改善；v>25 m/s时退磁曲线塌腰消失，矫顽力大幅提升，方形度明显改善；在v=35 m/s制备的快淬薄带取得最高矫顽力，μ0Hcj = 2.10 T；v=30 m/s时取得最佳磁性能，分别为Br=0.91T，μ0Hcj=1.82 T，（BH）max=141.61 kJ/m3。快淬薄带形貌沿厚度方向变化，热处理前其贴辊面一侧以非晶及细晶为主，自由面晶粒较大；热处理后贴辊面一侧的非晶含量显著减少。
研究了快淬速度（v=15、20、25、30和35 m/s）和热处理对熔体快淬法制备的成分为Nd26Pr3FebalCo4Ga0.42B0.92的快淬薄带的微观结构和磁性能的影响。v<25m/s 时，薄带自由面具有明显的取向，c轴垂直于薄带表面；随着快淬速度的提升，取向度明显降低。提高快淬速度可以细化晶粒，提升至v>25 m/s以上时非晶含量明显提升，当v<25 m/s时初始磁化曲线表现为一步磁化过程，退磁曲线的方形度较好；当v>25 m/s时向两步磁化转变，退磁曲线出现明显塌腰；在v=25 m/s时取得最佳磁性能，分别为Br=0.91T，μ0Hcj=1.70 T，（BH）max=108.22 kJ/m3。对快淬薄带进行适当的晶化退火处理后，快淬带中的非晶含量显著减少，v≤25 m/s的快淬薄带的磁性能有所改善；v>25 m/s时退磁曲线塌腰消失，矫顽力大幅提升，方形度明显改善；在v=35 m/s制备的快淬薄带取得最高矫顽力，μ0Hcj = 2.10 T；v=30 m/s时取得最佳磁性能，分别为Br=0.91T，μ0Hcj=1.82 T，（BH）max=141.61 kJ/m3。快淬薄带形貌沿厚度方向变化，热处理前其贴辊面一侧以非晶及细晶为主，自由面晶粒较大；热处理后贴辊面一侧的非晶含量显著减少。
2022, 51(6):2280-2287.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210476
摘要:
具有较高磁导率和饱和磁化强度FeSiAl合金（FSA）粉末在微波吸收材料中占据重要地位，但较差的抗盐雾腐蚀性能限制其在极端环境（海洋和湿热等）中的进一步应用。为此，采用了St?ber工艺和催化化学气相沉积技术依次在FSA表面原位沉积了SiO2和碳层以获得了多壳层FSA@SiO2@C复合结构，并研究了其耐蚀电磁性能。SiO2层和碳层均匀的包覆于FSA表面，并与基体紧密结合，SiO2层厚度约为100 nm，碳层厚度约为 5 nm。SiO2@C多壳层结构将FSA的腐蚀速率从2.66×10-12降低至1.52×10-12m/s，显著提升了FSA的盐雾抗腐蚀性能。当匹配厚度为3 mm时，FSA@SiO2@C复合结构的吸收性能相较于FSA明显提升，吸收带宽从4.2 GHz拓宽5.84 GHz，RLmin为-21.65 dB（7.41GHz）小于纯FSA的-19.03 dB（5.93 GHz）。多壳层复合结构可显著提升FSA的耐蚀和微波吸收性能，为抗腐蚀、高效吸波多功能磁性金属吸波材料提供了一条可行的设计思路。
具有较高磁导率和饱和磁化强度FeSiAl合金（FSA）粉末在微波吸收材料中占据重要地位，但较差的抗盐雾腐蚀性能限制其在极端环境（海洋和湿热等）中的进一步应用。为此，采用了St?ber工艺和催化化学气相沉积技术依次在FSA表面原位沉积了SiO2和碳层以获得了多壳层FSA@SiO2@C复合结构，并研究了其耐蚀电磁性能。SiO2层和碳层均匀的包覆于FSA表面，并与基体紧密结合，SiO2层厚度约为100 nm，碳层厚度约为 5 nm。SiO2@C多壳层结构将FSA的腐蚀速率从2.66×10-12降低至1.52×10-12m/s，显著提升了FSA的盐雾抗腐蚀性能。当匹配厚度为3 mm时，FSA@SiO2@C复合结构的吸收性能相较于FSA明显提升，吸收带宽从4.2 GHz拓宽5.84 GHz，RLmin为-21.65 dB（7.41GHz）小于纯FSA的-19.03 dB（5.93 GHz）。多壳层复合结构可显著提升FSA的耐蚀和微波吸收性能，为抗腐蚀、高效吸波多功能磁性金属吸波材料提供了一条可行的设计思路。
2022, 51(6):2288-2301.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210479
摘要:
质子导体氧化物在600 °C下具有较高的质子导电性，在应用于开发低成本、耐用的中低温固体氧化物电池方面具有显著的优势。目前，BaZr1-xYxO3-δ (BZY)，BaCe0.7-xZrxY0.2O3-δ (BCZY)和BaCe0.7-xZrxY0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb)等基于Ba、Ce、Zr、Y和Yb的ABO3型钙钛矿结构的质子导体电解质材料具有最优异的电化学性能。但是这些材料的烧结性能，电导性能和稳定性难以兼得，从而严重限制了它们的应用。为了在较低的烧结温度下获得具有高导电率和长期稳定的致密的电解质，最常用的方法是在质子导体氧化物中添加烧结助剂。而最近报道的研究论文中，烧结助剂对质子导体导电性的影响存在较大的差异。所以本综述全面讨论了近年来烧结助剂改性的质子导电氧化物的研究进展，并详细总结了不同烧结助剂对质子导电氧化物相对密度、晶粒生长、烧结行为、体电导率和晶界电导率的影响，进而提出一些潜在的研究思路。
质子导体氧化物在600 °C下具有较高的质子导电性，在应用于开发低成本、耐用的中低温固体氧化物电池方面具有显著的优势。目前，BaZr1-xYxO3-δ (BZY)，BaCe0.7-xZrxY0.2O3-δ (BCZY)和BaCe0.7-xZrxY0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb)等基于Ba、Ce、Zr、Y和Yb的ABO3型钙钛矿结构的质子导体电解质材料具有最优异的电化学性能。但是这些材料的烧结性能，电导性能和稳定性难以兼得，从而严重限制了它们的应用。为了在较低的烧结温度下获得具有高导电率和长期稳定的致密的电解质，最常用的方法是在质子导体氧化物中添加烧结助剂。而最近报道的研究论文中，烧结助剂对质子导体导电性的影响存在较大的差异。所以本综述全面讨论了近年来烧结助剂改性的质子导电氧化物的研究进展，并详细总结了不同烧结助剂对质子导电氧化物相对密度、晶粒生长、烧结行为、体电导率和晶界电导率的影响，进而提出一些潜在的研究思路。
2022, 51(6):2302-2315.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210478
摘要:
激光增材制造通常被称为激光3D打印,它是20世纪80年代发展起来的快速成型技术(Rapid Prototyping,RP),可以直接将复杂的3D Computer Aided Design (CAD)结构模型加工成实际物体。激光增材制造技术的出现为开发复杂几何图形提供了一个平台,并在原产品的设计空间内降低了产品的成本和生产时间。吸能材料和结构,主要依靠在碰撞中快速地吸收撞击能量,减少撞击物的撞击加速度,最大限度地降低被撞物的伤害。近年来,新型吸能结构材料和功能材料层出不穷,同时由于增材制造技术自身的低成本、生产周期短、可制造精密复杂结构的特性,两者得到了完美的结合。由于吸能结构在众多研究领域中得到广泛的关注,几乎所有的主要行业都在享受着吸能结构所带来的好处。因此,本文旨在对吸能结构的各种晶格形态、设计和增材制造技术进行全面综述。此外,本文还介绍了该结构的优越性能、应用和面临的挑战。
激光增材制造通常被称为激光3D打印,它是20世纪80年代发展起来的快速成型技术(Rapid Prototyping,RP),可以直接将复杂的3D Computer Aided Design (CAD)结构模型加工成实际物体。激光增材制造技术的出现为开发复杂几何图形提供了一个平台,并在原产品的设计空间内降低了产品的成本和生产时间。吸能材料和结构,主要依靠在碰撞中快速地吸收撞击能量,减少撞击物的撞击加速度,最大限度地降低被撞物的伤害。近年来,新型吸能结构材料和功能材料层出不穷,同时由于增材制造技术自身的低成本、生产周期短、可制造精密复杂结构的特性,两者得到了完美的结合。由于吸能结构在众多研究领域中得到广泛的关注,几乎所有的主要行业都在享受着吸能结构所带来的好处。因此,本文旨在对吸能结构的各种晶格形态、设计和增材制造技术进行全面综述。此外,本文还介绍了该结构的优越性能、应用和面临的挑战。
2022, 51(6):2316-2322.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210873
摘要:
TiAl合金已成为航空航天工程升级换代的关键材料，然而其铸态晶粒尺寸粗大，室温塑性和强度低，限制其进一步工程应用。本文采用真空感应凝壳熔炼工艺系制备铸锭，系统研究TiB2和Ni元素共同添加对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明，TiB2及Ni合金化后，合金的凝固路径和初生相并未改变，晶粒尺寸从700μm细化至100μm，生成片状TiB2和富镍τ3相。T4822-( Ni, TiB2)合金的室温拉伸强度与基体合金相近，断裂伸长率提高30%。700-900℃时，T4822-(Ni, TiB2)合金的抗拉强度始终高于基体合金，在900℃时抗拉强度达到365MPa，较基体合金提高9%。800℃和900℃时T4822-(Ni, TiB2)合金的断裂伸长率分别达到25.3%和36.1%，远高于基体合金。晶粒尺寸的细化和晶界处的块状γ相是T4822-(Ni, TiB2)合金塑性提升的主要原因，其良好的高温强度则可以归因于片层团内部和界面处的硬质硼化物和富镍τ3相。
TiAl合金已成为航空航天工程升级换代的关键材料，然而其铸态晶粒尺寸粗大，室温塑性和强度低，限制其进一步工程应用。本文采用真空感应凝壳熔炼工艺系制备铸锭，系统研究TiB2和Ni元素共同添加对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明，TiB2及Ni合金化后，合金的凝固路径和初生相并未改变，晶粒尺寸从700μm细化至100μm，生成片状TiB2和富镍τ3相。T4822-( Ni, TiB2)合金的室温拉伸强度与基体合金相近，断裂伸长率提高30%。700-900℃时，T4822-(Ni, TiB2)合金的抗拉强度始终高于基体合金，在900℃时抗拉强度达到365MPa，较基体合金提高9%。800℃和900℃时T4822-(Ni, TiB2)合金的断裂伸长率分别达到25.3%和36.1%，远高于基体合金。晶粒尺寸的细化和晶界处的块状γ相是T4822-(Ni, TiB2)合金塑性提升的主要原因，其良好的高温强度则可以归因于片层团内部和界面处的硬质硼化物和富镍τ3相。
2022, 51(6):2323-2328.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210925
摘要:
本文研究了置氢0.55wt.%的电弧增材制造TC4钛合金经过HVC氢处理后组织的演变规律。结论表明,电弧增材制造技术制备的TC4钛合金,组织形貌为粗大的柱状β晶,且晶粒内部为片层α集束。经过置氢处理后,由于氢的扩散和对晶界腐蚀的作用,使β晶内部片层α集束变的更加细小,且有氢化物的产生。随后在810℃温度下对置氢钛合金进行淬火,组织中生成了α′ 、α″和亚稳相βM。并在后续的时效除氢过程中,随着马氏体、亚稳相和氢化物的分解,使钛合金组织中柱状β晶内的片层α晶粒得到显著细化,形成交错分布的细针状组织。
本文研究了置氢0.55wt.%的电弧增材制造TC4钛合金经过HVC氢处理后组织的演变规律。结论表明,电弧增材制造技术制备的TC4钛合金,组织形貌为粗大的柱状β晶,且晶粒内部为片层α集束。经过置氢处理后,由于氢的扩散和对晶界腐蚀的作用,使β晶内部片层α集束变的更加细小,且有氢化物的产生。随后在810℃温度下对置氢钛合金进行淬火,组织中生成了α′ 、α″和亚稳相βM。并在后续的时效除氢过程中,随着马氏体、亚稳相和氢化物的分解,使钛合金组织中柱状β晶内的片层α晶粒得到显著细化,形成交错分布的细针状组织。
