2024年第53卷第11期文章目次
2024, 53(11):3017-3025.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240073
摘要:
高熵合金（HEA）AlCoCrFeNi作为一类新型合金材料，具有高稳定性、优异的比强度和耐腐蚀性等特点，在铝基复合材料（AMC）领域备受关注。为了研究AlCoCrFeNi HEA颗粒对铝合金微观结构和力学性能的影响，采用高能超声铸造工艺制备了AlCoCrFeNi HEA颗粒增强ADC12复合材料。随后，研究了添加HEA对ADC12合金微观结构和力学性能的影响。结果表明，添加的HEA颗粒与铝基体紧密结合。基体中的Al2Cu以及硅相得到了细化。同时，添加了HEA颗粒的合金抗拉伸强度和显微硬度得到了显著提高。与基体相比，含12%（质量分数）HEA 复合材料的屈服强度和极限拉伸强度分别提高了16.9%和21.9%。在 20 N载荷下，复合材料的磨损率也因显微硬度的提高而降低，这主要归因于载荷传递强化、位错增殖和显微结构优化。
高熵合金（HEA）AlCoCrFeNi作为一类新型合金材料，具有高稳定性、优异的比强度和耐腐蚀性等特点，在铝基复合材料（AMC）领域备受关注。为了研究AlCoCrFeNi HEA颗粒对铝合金微观结构和力学性能的影响，采用高能超声铸造工艺制备了AlCoCrFeNi HEA颗粒增强ADC12复合材料。随后，研究了添加HEA对ADC12合金微观结构和力学性能的影响。结果表明，添加的HEA颗粒与铝基体紧密结合。基体中的Al2Cu以及硅相得到了细化。同时，添加了HEA颗粒的合金抗拉伸强度和显微硬度得到了显著提高。与基体相比，含12%（质量分数）HEA 复合材料的屈服强度和极限拉伸强度分别提高了16.9%和21.9%。在 20 N载荷下，复合材料的磨损率也因显微硬度的提高而降低，这主要归因于载荷传递强化、位错增殖和显微结构优化。
2024, 53(11):3175-3184.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230570
摘要:
本文采用真空电弧熔炼炉制备FeCrMnxAlCu(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)高熵合金。通过XRD、SEM、EDS等设备检测分析了合金的微观组织和化学成分。同时，采用电化学极化曲线法和浸泡试验检测了合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的耐腐蚀性。腐蚀后采用XPS设备对合金表面进行分析。微观组织表征结果表明，所制备的高熵合金呈现典型的枝晶和枝晶间组织，并具有FCC+BCC双相结构。腐蚀测试结果表明，在3.5 wt.% NaCl溶液中，高熵合金的耐蚀性能随着Mn含量增加先升高后下降，但与无Mn合金相比，含Mn的合金仍表现出更好的耐蚀性能。其中，FeCrMnAlCu高熵合金的耐蚀性能最好，表现出较正的自腐蚀电位（Ecorr＝-0.417 V）和较小的自腐蚀电流密度（Icorr＝2.120×10-6 A?cm-2）。此外，FeCrMnxAlCu高熵合金表现出活化行为，并形成不连续且松散的腐蚀产物膜。
本文采用真空电弧熔炼炉制备FeCrMnxAlCu(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)高熵合金。通过XRD、SEM、EDS等设备检测分析了合金的微观组织和化学成分。同时，采用电化学极化曲线法和浸泡试验检测了合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的耐腐蚀性。腐蚀后采用XPS设备对合金表面进行分析。微观组织表征结果表明，所制备的高熵合金呈现典型的枝晶和枝晶间组织，并具有FCC+BCC双相结构。腐蚀测试结果表明，在3.5 wt.% NaCl溶液中，高熵合金的耐蚀性能随着Mn含量增加先升高后下降，但与无Mn合金相比，含Mn的合金仍表现出更好的耐蚀性能。其中，FeCrMnAlCu高熵合金的耐蚀性能最好，表现出较正的自腐蚀电位（Ecorr＝-0.417 V）和较小的自腐蚀电流密度（Icorr＝2.120×10-6 A?cm-2）。此外，FeCrMnxAlCu高熵合金表现出活化行为，并形成不连续且松散的腐蚀产物膜。
2024, 53(11):3194-3204.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230581
摘要:
本文制备了五种不同V含量的CrMoNbTiVx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8）难熔高熵合金，研究了合金的相组成、微观组织特征及在800 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明：不同V含量CrMoNbTiVx合金在铸态时均为单一体心立方结构，形成了典型的枝晶状组织。在800 ℃氧化20 h和100 h后，CrMoNbTi合金的氧化增重分别为0.25 mg/cm2和0.50 mg/cm2，CrMoNbTiV0.8合金的氧化增重分别为1.49 mg/cm2和3.36 mg/cm2。随V含量的降低，CrMoNbTiVx合金的氧化增重越少，氧化层表面越平整。CrMoNbTiV0.8和CrMoNbTi合金氧化100 h后的表面高度差分别为24.80 μm和3.37 μm。V含量不同，合金的氧化产物也不相同，针状V2Nb6O19氧化物显著降低CrMoNbTiVx合金的抗氧化性能。V含量下降能促进氧化层中形成TiO2 、CrVNbO6和Ti4Cr3Nb3O2致密氧化物，提高CrMoNbTiVx难熔高熵合金高温抗氧化性能。随V含量减少，CrMoNbTiVx合金氧化层中V2Nb6O19、CrVNbO6和V2O5含量均减少，不含V的CrMoNbTi合金氧化层由致密的TiO2和Ti4Cr3Nb3O2组成，合金的抗氧化性能明显提高。
本文制备了五种不同V含量的CrMoNbTiVx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8）难熔高熵合金，研究了合金的相组成、微观组织特征及在800 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明：不同V含量CrMoNbTiVx合金在铸态时均为单一体心立方结构，形成了典型的枝晶状组织。在800 ℃氧化20 h和100 h后，CrMoNbTi合金的氧化增重分别为0.25 mg/cm2和0.50 mg/cm2，CrMoNbTiV0.8合金的氧化增重分别为1.49 mg/cm2和3.36 mg/cm2。随V含量的降低，CrMoNbTiVx合金的氧化增重越少，氧化层表面越平整。CrMoNbTiV0.8和CrMoNbTi合金氧化100 h后的表面高度差分别为24.80 μm和3.37 μm。V含量不同，合金的氧化产物也不相同，针状V2Nb6O19氧化物显著降低CrMoNbTiVx合金的抗氧化性能。V含量下降能促进氧化层中形成TiO2 、CrVNbO6和Ti4Cr3Nb3O2致密氧化物，提高CrMoNbTiVx难熔高熵合金高温抗氧化性能。随V含量减少，CrMoNbTiVx合金氧化层中V2Nb6O19、CrVNbO6和V2O5含量均减少，不含V的CrMoNbTi合金氧化层由致密的TiO2和Ti4Cr3Nb3O2组成，合金的抗氧化性能明显提高。
2024, 53(11):3224-3232.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230588
摘要:
利用铜模铸造方法制备了ZrxTiNiCuBe(x=1.5、2、2.5、3、3.5at.%)高熵非晶合金,采用差示扫描量热仪(DSC)对其晶化动力学进行了研究。结果表明,ZrxTiNiCuBe高熵非晶合金的变温晶化为多级晶化过程,与升温速率具有明显动力学效应。利用Kissinger方程计算的变温晶化激活能,均表现为Eg>Ex>Ep1,Ep1
利用铜模铸造方法制备了ZrxTiNiCuBe(x=1.5、2、2.5、3、3.5at.%)高熵非晶合金,采用差示扫描量热仪(DSC)对其晶化动力学进行了研究。结果表明,ZrxTiNiCuBe高熵非晶合金的变温晶化为多级晶化过程,与升温速率具有明显动力学效应。利用Kissinger方程计算的变温晶化激活能,均表现为Eg>Ex>Ep1,Ep1
2024, 53(11):3001-3009.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240111
摘要:
研究了预变形对近β钛合金Ti-5Al-3Mo-3V-2Cr-2Zr-1Nb-1Fe（质量分数，%）在时效处理中相变、微观组织及强化响应的影响。结果表明，合金经预变形后再进行时效处理可以获得明显细化的α相与更好的时效强化效果。由于中间相O′、ω和O′′的形成抑制了长程应力诱导马氏体相变机制和机械孪晶，合金变形主要是通过位错滑移机制。预变形过程中会产生大量晶格缺陷，随着预变形量的增大，位错数量密度逐渐上升。这些由预变形产生的晶格缺陷会在时效初期部分湮灭，但是仍然能够促进α相析出，实现α相细化。与未预变形的样品相比，预变形量为5%的样品在600 ℃时效后α相的平均宽度会下降57%，而且数量密度由7.0±1 laths/μm2上升至22.0±3 laths/μm2。当预变形量较大时，如12%和20%，会形成板条状的α相，这说明钛合金经预变形后再时效处理可以获得细化的α相与更好的强化效果。
研究了预变形对近β钛合金Ti-5Al-3Mo-3V-2Cr-2Zr-1Nb-1Fe（质量分数，%）在时效处理中相变、微观组织及强化响应的影响。结果表明，合金经预变形后再进行时效处理可以获得明显细化的α相与更好的时效强化效果。由于中间相O′、ω和O′′的形成抑制了长程应力诱导马氏体相变机制和机械孪晶，合金变形主要是通过位错滑移机制。预变形过程中会产生大量晶格缺陷，随着预变形量的增大，位错数量密度逐渐上升。这些由预变形产生的晶格缺陷会在时效初期部分湮灭，但是仍然能够促进α相析出，实现α相细化。与未预变形的样品相比，预变形量为5%的样品在600 ℃时效后α相的平均宽度会下降57%，而且数量密度由7.0±1 laths/μm2上升至22.0±3 laths/μm2。当预变形量较大时，如12%和20%，会形成板条状的α相，这说明钛合金经预变形后再时效处理可以获得细化的α相与更好的强化效果。
2024, 53(11):3010-3016.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240083
摘要:
对Zr基大块金属玻璃（BMG）进行了室温下三点弯曲疲劳实验，旨在探究其在循环载荷下的疲劳行为。结果表明，根据确定的应力幅度-破坏循环（S-N）曲线，Zr基BMG的疲劳极限为442 MPa。为评估P-S-N曲线，提出了一种基于最大似然原理的估算方法，利用统计原理预测材料疲劳寿命，减少了所需样本数量，降低了实验成本。实验结果与美国测试和材料协会（ASTM）标准相符，证明了估算方法的可靠性和准确性。
对Zr基大块金属玻璃（BMG）进行了室温下三点弯曲疲劳实验，旨在探究其在循环载荷下的疲劳行为。结果表明，根据确定的应力幅度-破坏循环（S-N）曲线，Zr基BMG的疲劳极限为442 MPa。为评估P-S-N曲线，提出了一种基于最大似然原理的估算方法，利用统计原理预测材料疲劳寿命，减少了所需样本数量，降低了实验成本。实验结果与美国测试和材料协会（ASTM）标准相符，证明了估算方法的可靠性和准确性。
2024, 53(11):3026-3034.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240078
摘要:
针对细丝基金属增材制造（MAM）工艺参数与沉积层单道几何特征和表面粗糙度之间的关系，提出了基于MAM工艺的机器学习预测模型。实验研究了激光功率、送丝速度和扫描速度对单道轨宽度、高度和表面粗糙度的影响规律。结果表明，激光功率对单道宽度影响显著，对高度影响不大。随着送丝速度的增加，单道的宽度和高度增加，特别是高度。扫描速度越快，单道宽度越小，而高度变化不大。采用支持向量回归（SVR）和人工神经网络回归（ANN）方法建立预测模型。SVR和ANN回归模型均具有较好的预测效果，均方根误差较小，相关系数R2较高。与ANN模型相比，SVR模型在预测单道几何特性和表面粗糙度方面都有更好的效果。在此基础上制造了多层薄壁零件，验证了模型的准确性。
针对细丝基金属增材制造（MAM）工艺参数与沉积层单道几何特征和表面粗糙度之间的关系，提出了基于MAM工艺的机器学习预测模型。实验研究了激光功率、送丝速度和扫描速度对单道轨宽度、高度和表面粗糙度的影响规律。结果表明，激光功率对单道宽度影响显著，对高度影响不大。随着送丝速度的增加，单道的宽度和高度增加，特别是高度。扫描速度越快，单道宽度越小，而高度变化不大。采用支持向量回归（SVR）和人工神经网络回归（ANN）方法建立预测模型。SVR和ANN回归模型均具有较好的预测效果，均方根误差较小，相关系数R2较高。与ANN模型相比，SVR模型在预测单道几何特性和表面粗糙度方面都有更好的效果。在此基础上制造了多层薄壁零件，验证了模型的准确性。
2024, 53(11):3035-3045.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240020
摘要:
探讨了粉末填充电阻缝焊增材制造方法制备SiCp/Al复合材料。研究了焊接速度对试样显微组织和力学性能的影响，揭示了单道多层沉积层的成形及断裂机理。结果表明：SiC颗粒分布在Al基质上，存在团聚和气孔缺陷。孔隙率随焊接速度的增加而升高，RSAM-24试样组织最致密，密度和孔隙率分别为2.706 g/cm3和1.672%。试样的力学性能随焊接速度的增加而降低，焊接速度为24 cm/min时试样的力学性能最佳，平均硬度、抗拉伸强度和延伸率分别为463.736 MPa、52.16 MPa和2.2%。拉伸试样主要沿层间结合界面和Al基体与SiC颗粒结合界面处开裂，断裂方式为韧性断裂。
探讨了粉末填充电阻缝焊增材制造方法制备SiCp/Al复合材料。研究了焊接速度对试样显微组织和力学性能的影响，揭示了单道多层沉积层的成形及断裂机理。结果表明：SiC颗粒分布在Al基质上，存在团聚和气孔缺陷。孔隙率随焊接速度的增加而升高，RSAM-24试样组织最致密，密度和孔隙率分别为2.706 g/cm3和1.672%。试样的力学性能随焊接速度的增加而降低，焊接速度为24 cm/min时试样的力学性能最佳，平均硬度、抗拉伸强度和延伸率分别为463.736 MPa、52.16 MPa和2.2%。拉伸试样主要沿层间结合界面和Al基体与SiC颗粒结合界面处开裂，断裂方式为韧性断裂。
2024, 53(11):3046-3052.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240042
摘要:
采用从头算分子动力学和统计物理方法，从原子尺度上研究了铍中杂质Fe、Al和Mn的局域结构和动力学过程。以杂质原子为中心的径向分布函数分析表明，Fe和Mn周围的铍原子密度分别比Al周围的铍原子密度高8.4%和8.6%。杂质原子平方位移的测度统计表明，熔融铍中Al原子的扩散系数分别比Fe和Mn原子大114%和133%。杂质原子速度自相关函数的统计分析表明，Fe和Mn原子在第一配位层与铍原子发生强烈碰撞，表明它们在中心位置被周围的铍原子紧密包围和束缚，而Al周围的铍原子排列松散，与Al的结合力较弱。杂质活度系数分析表明，当Fe或Mn进入熔体铍时，它降低了体系的自由能，而当Al进入时，它增加了体系能量。综上所述，BeAl原子间作用力较弱，因此它们不会形成金属间化合物，并且Al在铍中扩散迅速。而Be-Fe和Be-Mn具有很强的原子间作用力，并且倾向于形成更多的BeFe和BeMn键以降低体系的自由能，因此Fe、Mn在铍中扩散缓慢。从头算分子动力学可用于预测铍真空蒸馏的最佳实验温度。
采用从头算分子动力学和统计物理方法，从原子尺度上研究了铍中杂质Fe、Al和Mn的局域结构和动力学过程。以杂质原子为中心的径向分布函数分析表明，Fe和Mn周围的铍原子密度分别比Al周围的铍原子密度高8.4%和8.6%。杂质原子平方位移的测度统计表明，熔融铍中Al原子的扩散系数分别比Fe和Mn原子大114%和133%。杂质原子速度自相关函数的统计分析表明，Fe和Mn原子在第一配位层与铍原子发生强烈碰撞，表明它们在中心位置被周围的铍原子紧密包围和束缚，而Al周围的铍原子排列松散，与Al的结合力较弱。杂质活度系数分析表明，当Fe或Mn进入熔体铍时，它降低了体系的自由能，而当Al进入时，它增加了体系能量。综上所述，BeAl原子间作用力较弱，因此它们不会形成金属间化合物，并且Al在铍中扩散迅速。而Be-Fe和Be-Mn具有很强的原子间作用力，并且倾向于形成更多的BeFe和BeMn键以降低体系的自由能，因此Fe、Mn在铍中扩散缓慢。从头算分子动力学可用于预测铍真空蒸馏的最佳实验温度。
2024, 53(11):3053-3063.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240105
摘要:
采用静电层自组装法制备了核壳MoSi2@Nb粉体。采用表面活性剂SDS（CHSO4Na）和CTAB（C19H42BrN）对2种颗粒表面进行改性，使其带电，并用Zeta电位计测试悬浮液的Zeta电位。采用扫描电镜、透射电镜和能谱仪对合成材料的物相、形貌、结构和元素分布进行了表征。结果表明：当SDS浓度为2 mmol/L，CTAB浓度为3 mmol/L，Nb悬浮液pH值为5时，二次包覆后涂层效果较好。在200 ℃氩气中煅烧2 h后，Nb与MoSi2的界面处发现了NbSi2相，表明Nb具有高活性并与Si反应。在1450 ℃单轴压力40 MPa下放电等离子烧结2 h后，MoSi2@Nb材料中仍保留了核壳结构。然而，Nb与MoSi2反应强烈，大部分Nb相发生反应，这个问题在后续研究中亟待解决。与MoSi2材料的断裂韧性（KIC=3.32 MPa·m0.5）相比，MoSi2@Nb材料的KIC显著提高至5.75 MPa·m0.5。
采用静电层自组装法制备了核壳MoSi2@Nb粉体。采用表面活性剂SDS（CHSO4Na）和CTAB（C19H42BrN）对2种颗粒表面进行改性，使其带电，并用Zeta电位计测试悬浮液的Zeta电位。采用扫描电镜、透射电镜和能谱仪对合成材料的物相、形貌、结构和元素分布进行了表征。结果表明：当SDS浓度为2 mmol/L，CTAB浓度为3 mmol/L，Nb悬浮液pH值为5时，二次包覆后涂层效果较好。在200 ℃氩气中煅烧2 h后，Nb与MoSi2的界面处发现了NbSi2相，表明Nb具有高活性并与Si反应。在1450 ℃单轴压力40 MPa下放电等离子烧结2 h后，MoSi2@Nb材料中仍保留了核壳结构。然而，Nb与MoSi2反应强烈，大部分Nb相发生反应，这个问题在后续研究中亟待解决。与MoSi2材料的断裂韧性（KIC=3.32 MPa·m0.5）相比，MoSi2@Nb材料的KIC显著提高至5.75 MPa·m0.5。
2024, 53(11):3064-3076.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240163
摘要:
工业模压生产深井字形WC-Co硬质合金块是一个难以解决的技术难题，主要是所用石蜡基成形剂不合适造成的。采用有机高分子树脂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂这4种改性剂对成形剂石蜡做了改性，研究了树脂种类的定性筛选和4种石蜡改性剂组合的正交实验，以得到改性剂的优化定量比例。结果表明，树脂中小分子插入石蜡支晶间隙可能是树脂和石蜡相容性提高的一个重要原因。通过正交实验，确定了成型剂的最佳配方为：100份58#石蜡、15份EVA-2、4份DPHP、4份油酸酰胺和2份硬脂酸。该优化配方在一家中国公司的工业生产中得到了应用，生产出了质量合格的深井形状硬质合金产品，其中WC质量分数为90%，Co质量分数为10%。
工业模压生产深井字形WC-Co硬质合金块是一个难以解决的技术难题，主要是所用石蜡基成形剂不合适造成的。采用有机高分子树脂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂这4种改性剂对成形剂石蜡做了改性，研究了树脂种类的定性筛选和4种石蜡改性剂组合的正交实验，以得到改性剂的优化定量比例。结果表明，树脂中小分子插入石蜡支晶间隙可能是树脂和石蜡相容性提高的一个重要原因。通过正交实验，确定了成型剂的最佳配方为：100份58#石蜡、15份EVA-2、4份DPHP、4份油酸酰胺和2份硬脂酸。该优化配方在一家中国公司的工业生产中得到了应用，生产出了质量合格的深井形状硬质合金产品，其中WC质量分数为90%，Co质量分数为10%。
2024, 53(11):3077-3083.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240103
摘要:
在真空热熔W/CuCrZr复合板的基础上进行了爆炸焊接，采用金相显微镜、扫描电镜及能量色散X射线光谱对结合界面进行微观形貌观察，同时结合有限元计算探索了热熔爆炸W/CuCrZr复合板界面的演化机制。结果表明：热熔爆炸焊接W/CuCrZr 复合板的界面结合良好，具有3~8 μm交叉熔融区，但W侧产生了裂纹。数值模拟再现了热熔爆炸焊接过程中结合界面压力、应力、应变及内能变化规律，实验产生裂纹的位置和数值模拟计算的高应力位置吻合，热熔爆炸焊接界面附近的高压、高温进一步促进了界面的结合。
在真空热熔W/CuCrZr复合板的基础上进行了爆炸焊接，采用金相显微镜、扫描电镜及能量色散X射线光谱对结合界面进行微观形貌观察，同时结合有限元计算探索了热熔爆炸W/CuCrZr复合板界面的演化机制。结果表明：热熔爆炸焊接W/CuCrZr 复合板的界面结合良好，具有3~8 μm交叉熔融区，但W侧产生了裂纹。数值模拟再现了热熔爆炸焊接过程中结合界面压力、应力、应变及内能变化规律，实验产生裂纹的位置和数值模拟计算的高应力位置吻合，热熔爆炸焊接界面附近的高压、高温进一步促进了界面的结合。
2024, 53(11):3101-3110.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240027
摘要:
亚稳β型TB18钛合金具有较高的固溶-时效强化效应和良好的强度韧性匹配潜力,成为制备先进航空构件的优选材料。通过研究经过不同固溶温度、固溶时间、固溶后缓冷热处理后TB18钛合金的微观组织和力学性能变化规律,阐明固溶处理对TB18钛合金微观组织-力学性能间交互作用的影响机理。结果表明,经过β单相区固溶和时效处理后,β基体中析出片层和针状αs相,片层状αs相有利于提升TB18钛合金的韧性,片层厚度越大,TB18钛合金的断裂韧性越好。固溶温度过高或固溶保温时间过长将导致TB18钛合金β晶粒发生粗化,使材料强度和塑性下降。将固溶后缓冷冷却速率由0.25 ℃/min提升至1 ℃/min,经过时效处理的TB18钛合金内分布均匀细密的αs相,抗拉强度提高达到1343 MPa,延伸率为5.0%。当固溶制度为870 ℃/2 h/Air cooling(AC)时,TB18钛合金可在530 ℃/4 h/AC条件下时效后获得良好的强韧性匹配,抗拉强度为1315 MPa,屈服强度为1225 MPa,延伸率为8.5%,冲击韧性为29.2 J/cm2，断裂韧度值为88.4 MPa.m1/2。
亚稳β型TB18钛合金具有较高的固溶-时效强化效应和良好的强度韧性匹配潜力,成为制备先进航空构件的优选材料。通过研究经过不同固溶温度、固溶时间、固溶后缓冷热处理后TB18钛合金的微观组织和力学性能变化规律,阐明固溶处理对TB18钛合金微观组织-力学性能间交互作用的影响机理。结果表明,经过β单相区固溶和时效处理后,β基体中析出片层和针状αs相,片层状αs相有利于提升TB18钛合金的韧性,片层厚度越大,TB18钛合金的断裂韧性越好。固溶温度过高或固溶保温时间过长将导致TB18钛合金β晶粒发生粗化,使材料强度和塑性下降。将固溶后缓冷冷却速率由0.25 ℃/min提升至1 ℃/min,经过时效处理的TB18钛合金内分布均匀细密的αs相,抗拉强度提高达到1343 MPa,延伸率为5.0%。当固溶制度为870 ℃/2 h/Air cooling(AC)时,TB18钛合金可在530 ℃/4 h/AC条件下时效后获得良好的强韧性匹配,抗拉强度为1315 MPa,屈服强度为1225 MPa,延伸率为8.5%,冲击韧性为29.2 J/cm2，断裂韧度值为88.4 MPa.m1/2。
2024, 53(11):3111-3120.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230537
摘要:
利用先进的Gleeble热模拟技术和电子背散射衍射（EBSD）等表征手段研究了一种Ni-Mo系高温合金（Hastelloy B3合金）在变形温度950 ℃~1250 ℃、变形速率0.01~5 s-1条件下的热变形行为和微观组织演变。基于峰值应力构建了该合金的Arrhenius双曲-正弦本构模型。根据加工硬化率-应变量曲线确定Hastelloy B3合金的动态再结晶（DRX）临界应变，并基于Avrami方程建立其DRX体积分数模型。结果表明:DRX行为倾向于高温和低速率的变形参数下发生。通过EBSD对该合金变形组织的晶界角度和位错密度进行分析可知，位错易在原始晶粒边界处聚集形成小角度晶界进而演变为大角度晶界，因而Hastelloy B3合金的主要DRX机制被确定为不连续动态再结晶（DDRX）为主，连续动态再结晶（CDRX）为辅。
利用先进的Gleeble热模拟技术和电子背散射衍射（EBSD）等表征手段研究了一种Ni-Mo系高温合金（Hastelloy B3合金）在变形温度950 ℃~1250 ℃、变形速率0.01~5 s-1条件下的热变形行为和微观组织演变。基于峰值应力构建了该合金的Arrhenius双曲-正弦本构模型。根据加工硬化率-应变量曲线确定Hastelloy B3合金的动态再结晶（DRX）临界应变，并基于Avrami方程建立其DRX体积分数模型。结果表明:DRX行为倾向于高温和低速率的变形参数下发生。通过EBSD对该合金变形组织的晶界角度和位错密度进行分析可知，位错易在原始晶粒边界处聚集形成小角度晶界进而演变为大角度晶界，因而Hastelloy B3合金的主要DRX机制被确定为不连续动态再结晶（DDRX）为主，连续动态再结晶（CDRX）为辅。
2024, 53(11):3121-3128.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240213
摘要:
提出一种耦合镦、剪、挤等多种变形于一体的膨胀-等通道转角挤压工艺（Expansion-Equal channel angular Pressing，Exp-ECAP）。450℃下采用单道次Exp-ECAP挤压结合退火热处理成功制备钛铝双金属复合棒材。利用SEM、EDS、XRD、EBSD和剪切试验研究了钛铝双金属复合棒材界面微观组织和结合性能。结果表明，在Exp-ECAP变形剧烈剪切应力和退火高温条件下，钛铝双金属复合棒材获得了良好的界面结合，钛、铝两种基体元素通过相互扩散形成了厚度约为1.27μm的冶金结合层，界面层内生成的新相以金属间化合物TiAl为主，并含有少量不均匀分布的Ti3Al（靠近钛侧）和TiAl3（靠近铝侧）。Ti/Al界面层金属通过发生相变反应和部分再结晶产生了大量等轴、细小的超细晶组织，晶粒随机生长，无明显的择优取向。钛铝双金属复合棒材平均剪切强度为66.29 MPa，剪切破坏主要发生在TiAl相层，表现出脆性断裂的特征。
提出一种耦合镦、剪、挤等多种变形于一体的膨胀-等通道转角挤压工艺（Expansion-Equal channel angular Pressing，Exp-ECAP）。450℃下采用单道次Exp-ECAP挤压结合退火热处理成功制备钛铝双金属复合棒材。利用SEM、EDS、XRD、EBSD和剪切试验研究了钛铝双金属复合棒材界面微观组织和结合性能。结果表明，在Exp-ECAP变形剧烈剪切应力和退火高温条件下，钛铝双金属复合棒材获得了良好的界面结合，钛、铝两种基体元素通过相互扩散形成了厚度约为1.27μm的冶金结合层，界面层内生成的新相以金属间化合物TiAl为主，并含有少量不均匀分布的Ti3Al（靠近钛侧）和TiAl3（靠近铝侧）。Ti/Al界面层金属通过发生相变反应和部分再结晶产生了大量等轴、细小的超细晶组织，晶粒随机生长，无明显的择优取向。钛铝双金属复合棒材平均剪切强度为66.29 MPa，剪切破坏主要发生在TiAl相层，表现出脆性断裂的特征。
2024, 53(11):3129-3135.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230532
摘要:
本文通过对一种传统镍基单晶高温合金在不同热处理工艺条件下的固溶和时效进行实验,研究了固溶时间和长期时效对合金微观组织和性能的影响。结果表明：镍基单晶高温合金较佳的热处理工艺为1310℃/4h(空冷)+1130℃/4h(空冷)+899℃/16h(空冷)。经过固溶处理后,极大程度避免析出不利TCP相,获得尺寸较小、立方度较高的强化相γ′的微观组织。不同热处理制度下,合金持久断裂寿命和延展率相差较小。变形过程中,脆性针状TCP相优先破碎,不是裂纹萌生处。而枝晶间的薄弱的碳化物/基体界面提供了裂纹的源头。
本文通过对一种传统镍基单晶高温合金在不同热处理工艺条件下的固溶和时效进行实验,研究了固溶时间和长期时效对合金微观组织和性能的影响。结果表明：镍基单晶高温合金较佳的热处理工艺为1310℃/4h(空冷)+1130℃/4h(空冷)+899℃/16h(空冷)。经过固溶处理后,极大程度避免析出不利TCP相,获得尺寸较小、立方度较高的强化相γ′的微观组织。不同热处理制度下,合金持久断裂寿命和延展率相差较小。变形过程中,脆性针状TCP相优先破碎,不是裂纹萌生处。而枝晶间的薄弱的碳化物/基体界面提供了裂纹的源头。
2024, 53(11):3136-3148.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230542
摘要:
通过用户自定义NiTi合金子程序对负泊松比结构的凹凸型自扩张支架进行有限元模拟分析，通过控制变量法研究了不同几何参数条件下，支架在自膨胀过程中状态和应力演化情况。结果表明：随着周向支撑单元数量Nc和支撑圈倾斜杆与水平方向的夹角θ改变，凹凸型支架与之对应的支撑性能出现完全相反的变化。支架轴向距离在向四周扩张过程中变化的大小主要与参数h/l和θ呈负相关。凹凸型支架处于病变股动脉时的扩张率可以达到90.3%，高于现有自膨胀医疗支架。本凹凸型支架在股动脉中工作时可以实现均匀的扩张，直接避免了中间狭小而两端宽的情况出现。进行了Goodman疲劳曲线和疲劳因子评估，符合国家对医用支架的服役寿命要求。
通过用户自定义NiTi合金子程序对负泊松比结构的凹凸型自扩张支架进行有限元模拟分析，通过控制变量法研究了不同几何参数条件下，支架在自膨胀过程中状态和应力演化情况。结果表明：随着周向支撑单元数量Nc和支撑圈倾斜杆与水平方向的夹角θ改变，凹凸型支架与之对应的支撑性能出现完全相反的变化。支架轴向距离在向四周扩张过程中变化的大小主要与参数h/l和θ呈负相关。凹凸型支架处于病变股动脉时的扩张率可以达到90.3%，高于现有自膨胀医疗支架。本凹凸型支架在股动脉中工作时可以实现均匀的扩张，直接避免了中间狭小而两端宽的情况出现。进行了Goodman疲劳曲线和疲劳因子评估，符合国家对医用支架的服役寿命要求。
2024, 53(11):3149-3157.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230546
摘要:
12Cr12Mo不锈钢是航汽轮机静叶环的重要材料，厚板12Cr12Mo不锈钢焊接接头会出现显微组织和性能不均匀性问题。本文采用电子束焊接制备厚板12Cr12Mo不锈钢对接接头，对接头进行组织和力学性能研究。结果表明：焊接接头沿着熔深方向产生了组织和性能的不均匀性，焊缝区中主要为淬火马氏体，热影响区为马氏体和回火索氏体的混合组织，母材区为回火索氏体。焊缝区和热影响区的大角度晶界含量都随着熔深的增加而减小，焊缝区的晶粒尺寸随着熔深的增加而减小；热影响区不同厚度位置的晶粒尺寸相同，但小于焊缝区和母材晶粒尺寸。随着焊缝接头熔深的增加，拉伸强度和硬度逐渐增加，但延伸率不断降低，分层拉伸试样断裂位置出现在焊缝区，拉伸断口的韧窝随熔深的增加逐渐变小和变浅，焊缝不同区域的热输入和冷却速度引起组织演变不同是导致组织和力学性能不均匀性的主要原因。
12Cr12Mo不锈钢是航汽轮机静叶环的重要材料，厚板12Cr12Mo不锈钢焊接接头会出现显微组织和性能不均匀性问题。本文采用电子束焊接制备厚板12Cr12Mo不锈钢对接接头，对接头进行组织和力学性能研究。结果表明：焊接接头沿着熔深方向产生了组织和性能的不均匀性，焊缝区中主要为淬火马氏体，热影响区为马氏体和回火索氏体的混合组织，母材区为回火索氏体。焊缝区和热影响区的大角度晶界含量都随着熔深的增加而减小，焊缝区的晶粒尺寸随着熔深的增加而减小；热影响区不同厚度位置的晶粒尺寸相同，但小于焊缝区和母材晶粒尺寸。随着焊缝接头熔深的增加，拉伸强度和硬度逐渐增加，但延伸率不断降低，分层拉伸试样断裂位置出现在焊缝区，拉伸断口的韧窝随熔深的增加逐渐变小和变浅，焊缝不同区域的热输入和冷却速度引起组织演变不同是导致组织和力学性能不均匀性的主要原因。
2024, 53(11):3158-3168.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230548
摘要:
选区激光熔化(SLM)制备热电材料Cu2Se的主要问题包括激光的高能密度热源作用下Se元素易发生烧损、难以找到市售用于3d打印的Cu2Se粉末等,目前鲜有学者采用SLM进行中温热电材料Cu2Se的制备。本研究采用激光诱导高温自蔓延反应+球磨法自主制备了流动性良好的可用于SLM增材制造的Cu2Se粉末。在优化工艺参数下获得了表面平整、力学性能良好、热电性能优异的Cu2Se热电材料增材件。SLM制备的Cu2Se块体在水平与垂直方向上的晶粒生长具有明显各向异性。垂直截面中晶粒主要为沿沉积方向生长的细长的长度尺寸约为几百微米的柱状晶,水平截面为尺寸约为几十微米的等轴晶。水平截面上晶界处存在纳米尺度的微孔缺陷。673 K的温度下垂直和水平方向测得的热电优值分别为0.74和0.33。沿垂直和水平方向最大抗压强度分别为125.08 MPa和42.69 MPa。增材件平均显微硬度为62.5 HV。本研究制备的Cu2Se沿垂直方向与传统方式制备的Cu2Se材料热电性能相当,力学性能良好,表明采用SLM制备Cu2Se热电材料可行。研究结果为中温热电材料Cu2Se及其器件的制备提供了一种新的选择。
选区激光熔化(SLM)制备热电材料Cu2Se的主要问题包括激光的高能密度热源作用下Se元素易发生烧损、难以找到市售用于3d打印的Cu2Se粉末等,目前鲜有学者采用SLM进行中温热电材料Cu2Se的制备。本研究采用激光诱导高温自蔓延反应+球磨法自主制备了流动性良好的可用于SLM增材制造的Cu2Se粉末。在优化工艺参数下获得了表面平整、力学性能良好、热电性能优异的Cu2Se热电材料增材件。SLM制备的Cu2Se块体在水平与垂直方向上的晶粒生长具有明显各向异性。垂直截面中晶粒主要为沿沉积方向生长的细长的长度尺寸约为几百微米的柱状晶,水平截面为尺寸约为几十微米的等轴晶。水平截面上晶界处存在纳米尺度的微孔缺陷。673 K的温度下垂直和水平方向测得的热电优值分别为0.74和0.33。沿垂直和水平方向最大抗压强度分别为125.08 MPa和42.69 MPa。增材件平均显微硬度为62.5 HV。本研究制备的Cu2Se沿垂直方向与传统方式制备的Cu2Se材料热电性能相当,力学性能良好,表明采用SLM制备Cu2Se热电材料可行。研究结果为中温热电材料Cu2Se及其器件的制备提供了一种新的选择。
2024, 53(11):3169-3174.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230551
摘要:
低密度铌合金具有密度低、熔点高、耐腐蚀性好等特点,广泛应用于航空航天、核工程、高温结构等领域。为研究不同变形工艺对低密度铌合金组织及性能的影响,本文分别对低密度铌合金进行了轧制和挤压变形,通过OM、SEM观察,力学性能测试等方法进行了探究。结果表明：采用轧制变形时,变形量大,微观组织较均匀,第二相弥散分布,强度较高的同时塑性较好,断后伸长率可达37%；采用挤压变形时,易应力集中而开裂,变形不易深入,微观组织不易均匀,强度较高,但塑性仅有15%,对变形组织对性能的影响进行了分析,可指导铌合金的加工。
低密度铌合金具有密度低、熔点高、耐腐蚀性好等特点,广泛应用于航空航天、核工程、高温结构等领域。为研究不同变形工艺对低密度铌合金组织及性能的影响,本文分别对低密度铌合金进行了轧制和挤压变形,通过OM、SEM观察,力学性能测试等方法进行了探究。结果表明：采用轧制变形时,变形量大,微观组织较均匀,第二相弥散分布,强度较高的同时塑性较好,断后伸长率可达37%；采用挤压变形时,易应力集中而开裂,变形不易深入,微观组织不易均匀,强度较高,但塑性仅有15%,对变形组织对性能的影响进行了分析,可指导铌合金的加工。
2024, 53(11):3185-3193.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230563
摘要:
本文以四种不同Sc/Zr比的Al-5.0Mg-3.0Zn合金为研究对象，研究了不同Sc/Zr比对时效态合金微观组织及力学性能的影响。利用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和室温拉伸实验方法，探究了Sc、Zr微合金化对合金析出强化相T-Mg32(Al, Zn)49相的影响，并对不同强化机制对屈服强度的贡献进行了定量计算。研究结果表明：合金中析出了大量弥散分布的T相，不同Sc/Zr比对T相析出未产生显著影响，四种合金中T相尺寸、数量密度和体积分数差异不大，且该相均与Al基体完全共格；与基础合金相比，复合添加Sc、Zr合金中的晶粒明显细化，位错密度更高。合金中主要的强化机制为T相的析出强化，其对屈服强度的贡献为283~297MPa；固溶强化对合金屈服强度的贡献为33~40MPa；复合添加Sc、Zr通过细晶强化提高了合金的屈服强度约30MPa；复合添加Sc、Zr并未改变合金的拉伸断裂方式。四种强化机制共同作用下Sc/Zr比为0.9和1.2合金的抗拉强度为551~552MPa，屈服强度为461~463MPa，延伸率为17.7~18.0%。
本文以四种不同Sc/Zr比的Al-5.0Mg-3.0Zn合金为研究对象，研究了不同Sc/Zr比对时效态合金微观组织及力学性能的影响。利用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和室温拉伸实验方法，探究了Sc、Zr微合金化对合金析出强化相T-Mg32(Al, Zn)49相的影响，并对不同强化机制对屈服强度的贡献进行了定量计算。研究结果表明：合金中析出了大量弥散分布的T相，不同Sc/Zr比对T相析出未产生显著影响，四种合金中T相尺寸、数量密度和体积分数差异不大，且该相均与Al基体完全共格；与基础合金相比，复合添加Sc、Zr合金中的晶粒明显细化，位错密度更高。合金中主要的强化机制为T相的析出强化，其对屈服强度的贡献为283~297MPa；固溶强化对合金屈服强度的贡献为33~40MPa；复合添加Sc、Zr通过细晶强化提高了合金的屈服强度约30MPa；复合添加Sc、Zr并未改变合金的拉伸断裂方式。四种强化机制共同作用下Sc/Zr比为0.9和1.2合金的抗拉强度为551~552MPa，屈服强度为461~463MPa，延伸率为17.7~18.0%。
2024, 53(11):3205-3210.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230575
摘要:
TiN涂层因良好的耐腐蚀、导电性能在金属双极板改性领域被广泛应用。TiN沉积过程中易受制备条件影响而形成非金属空位，进而影响涂层性能。因此，本文利用第一性原理方法计算了含有不同非金属空位量的TiNx体系的电子结构，展开了非金属空位对各TiNx体系的晶体结构、能带结构、态密度、自由电子相对浓度及电荷布居影响研究。分析结果表明，随着非金属空位的形成，各TiNx体系稳定性逐渐下降，非金属空位形成能逐渐升高。经计算，各TiNx体系的自由电子相对浓度大小排序如下：TiN0.25＞TiN＞TiN0.5＞TiN0.75。TiNx体系的导电能力主要由Ti原子3d轨道状态的金属化、N原子2p轨道贡献的减少以及N原子缺失导致晶胞体积减小等三个因素共同影响。
TiN涂层因良好的耐腐蚀、导电性能在金属双极板改性领域被广泛应用。TiN沉积过程中易受制备条件影响而形成非金属空位，进而影响涂层性能。因此，本文利用第一性原理方法计算了含有不同非金属空位量的TiNx体系的电子结构，展开了非金属空位对各TiNx体系的晶体结构、能带结构、态密度、自由电子相对浓度及电荷布居影响研究。分析结果表明，随着非金属空位的形成，各TiNx体系稳定性逐渐下降，非金属空位形成能逐渐升高。经计算，各TiNx体系的自由电子相对浓度大小排序如下：TiN0.25＞TiN＞TiN0.5＞TiN0.75。TiNx体系的导电能力主要由Ti原子3d轨道状态的金属化、N原子2p轨道贡献的减少以及N原子缺失导致晶胞体积减小等三个因素共同影响。
2024, 53(11):3211-3216.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230577
摘要:
本文研究了氧化物纤维增强陶瓷基复合材料在室温~1400℃条件下,其力学性能和微观结构随温度的变化规律。分别以氧化铝纤维和石英纤维作为增强体,采用溶胶-凝胶成型工艺制备出了氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料(Al2O3f/SiO2)和石英纤维增强二氧化硅复合材料(SiO2f/SiO2)两种氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。分别研究了其在室温~1400 ℃温度条件下的拉伸强度及压缩强度,并采用电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对复合材料的微观形貌和晶相结构进行了表征。结果表明,在室温~1000 ℃条件下,氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料的力学性能远高于石英纤维增强二氧化硅复合材料。而当温度升高到1200 ℃及以上温度时,复合材料力学性能急剧下降,基体中的二氧化硅颗粒与氧化铝纤维之间发生强结合。当温度进一步提升到1300~1400℃时生成了莫来石相和α-方石英相,界面消失导致的脆性断裂是复合材料高温失效的主要机理。
本文研究了氧化物纤维增强陶瓷基复合材料在室温~1400℃条件下,其力学性能和微观结构随温度的变化规律。分别以氧化铝纤维和石英纤维作为增强体,采用溶胶-凝胶成型工艺制备出了氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料(Al2O3f/SiO2)和石英纤维增强二氧化硅复合材料(SiO2f/SiO2)两种氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。分别研究了其在室温~1400 ℃温度条件下的拉伸强度及压缩强度,并采用电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对复合材料的微观形貌和晶相结构进行了表征。结果表明,在室温~1000 ℃条件下,氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料的力学性能远高于石英纤维增强二氧化硅复合材料。而当温度升高到1200 ℃及以上温度时,复合材料力学性能急剧下降,基体中的二氧化硅颗粒与氧化铝纤维之间发生强结合。当温度进一步提升到1300~1400℃时生成了莫来石相和α-方石英相,界面消失导致的脆性断裂是复合材料高温失效的主要机理。
2024, 53(11):3217-3223.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230586
摘要:
采用数值模拟方法研究了变曲率网格式镁合金壁板级进压弯成形壁板曲率半径变化规律。完成了实验研究，获得了几种规格的变曲率网格式镁合金壁板部件，壁板曲率半径范围为205.67~72.56mm。确定了合适的变曲率网格式镁合金壁板级进压弯成形工艺参数。结果表明，壁板部件曲率半径与压下量有关，随着压下高度增大，壁板曲率半径随之减小。随着压下高度增大，模拟结果与实验结果的绝对偏差减小，相对误差随之增大。随着壁板曲率半径增大，绝对偏差增大，相对误差随之减小。对于镁合金变曲率内网格壁板，壁板曲率半径模拟值与实验值的最大相对误差为5.22%。对于镁合金变曲率外网格壁板，壁板曲率半径模拟值与实验值的最大相对误差为5.51 %。采用母线直线度方法来评价镁合金壁板蒙皮表面内凹缺陷程度，随着壁板曲率半径减小，母线直线度偏差随之增大，母线直线度系数随之增大。当壁板曲率半径为72.56 mm时，母线直线度偏差最大值为0.083mm，对应母线直线度系数最大值为0.237%。
采用数值模拟方法研究了变曲率网格式镁合金壁板级进压弯成形壁板曲率半径变化规律。完成了实验研究，获得了几种规格的变曲率网格式镁合金壁板部件，壁板曲率半径范围为205.67~72.56mm。确定了合适的变曲率网格式镁合金壁板级进压弯成形工艺参数。结果表明，壁板部件曲率半径与压下量有关，随着压下高度增大，壁板曲率半径随之减小。随着压下高度增大，模拟结果与实验结果的绝对偏差减小，相对误差随之增大。随着壁板曲率半径增大，绝对偏差增大，相对误差随之减小。对于镁合金变曲率内网格壁板，壁板曲率半径模拟值与实验值的最大相对误差为5.22%。对于镁合金变曲率外网格壁板，壁板曲率半径模拟值与实验值的最大相对误差为5.51 %。采用母线直线度方法来评价镁合金壁板蒙皮表面内凹缺陷程度，随着壁板曲率半径减小，母线直线度偏差随之增大，母线直线度系数随之增大。当壁板曲率半径为72.56 mm时，母线直线度偏差最大值为0.083mm，对应母线直线度系数最大值为0.237%。
2024, 53(11):3233-3240.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230622
摘要:
通过微弧氧化脉冲形式的创新提高制备膜层的性能，采用微弧氧化高低频耦合脉冲制备TiO2膜层,低压、高频脉冲促使电解液中负离子团高速附着至阳极,有效提高膜层防腐性能。膜层表面微孔数量减小,膜层孔隙率由2.72%降低至0.896%,膜层厚度增加至23.76μm,Ti元素含量由30.02%增加到42.48%,纳米颗粒悬浊液中施加高频脉冲Nb元素含量增加至10.62%。膜层由锐钛矿型TiO2、金红石型TiO2、Al2TiO5、Nb2O5及Nb-Ti化合物组成,高频作用下Nb峰值显著增加。腐蚀电流密度由7.995×10-7 A/cm2降低至3.249×10-7 A/cm2。悬浊液中高频脉冲促进纳米颗粒沉积至膜层,低压、高频产生的加速电磁场,促使负离子团向阳极沉积,提高了膜层性能。
通过微弧氧化脉冲形式的创新提高制备膜层的性能，采用微弧氧化高低频耦合脉冲制备TiO2膜层,低压、高频脉冲促使电解液中负离子团高速附着至阳极,有效提高膜层防腐性能。膜层表面微孔数量减小,膜层孔隙率由2.72%降低至0.896%,膜层厚度增加至23.76μm,Ti元素含量由30.02%增加到42.48%,纳米颗粒悬浊液中施加高频脉冲Nb元素含量增加至10.62%。膜层由锐钛矿型TiO2、金红石型TiO2、Al2TiO5、Nb2O5及Nb-Ti化合物组成,高频作用下Nb峰值显著增加。腐蚀电流密度由7.995×10-7 A/cm2降低至3.249×10-7 A/cm2。悬浊液中高频脉冲促进纳米颗粒沉积至膜层,低压、高频产生的加速电磁场,促使负离子团向阳极沉积,提高了膜层性能。
2024, 53(11):3241-3245.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230617
摘要:
采用粉末装管法制备了多芯Bi2Sr2CaCu2Ox(Bi-2212)线材，在一个标准大气压、氧气气氛条件下对两端封闭和两端开口的线材进行热处理，制备了不同熔化-淬火态及晶化生长后的样品。系统研究了线材内部气体含量对线材直径、微观形貌以及超导相形成的影响。结果表明:纯氧气氛下烧结的线材芯丝内部残留大量孔洞，大尺寸孔洞形成于线材熔化阶段，并会部分保留到最终线材内部。气体压力促使熔化的液相进入Ag层填充缺陷，导致芯丝之间熔连合并，造成线材织构下降。
采用粉末装管法制备了多芯Bi2Sr2CaCu2Ox(Bi-2212)线材，在一个标准大气压、氧气气氛条件下对两端封闭和两端开口的线材进行热处理，制备了不同熔化-淬火态及晶化生长后的样品。系统研究了线材内部气体含量对线材直径、微观形貌以及超导相形成的影响。结果表明:纯氧气氛下烧结的线材芯丝内部残留大量孔洞，大尺寸孔洞形成于线材熔化阶段，并会部分保留到最终线材内部。气体压力促使熔化的液相进入Ag层填充缺陷，导致芯丝之间熔连合并，造成线材织构下降。
2024, 53(11):3084-3100.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240063
摘要:
镁及镁合金具有优异的生物安全性、独特的生物可降解性和良好的载荷传递性等优点，在医用植入领域应用前景广阔。良好的耐蚀性是镁及镁合金作为医用植入物重要的前提条件之一。然而，镁合金耐蚀性差，在生理环境中因过快腐蚀而迅速降解，导致其尚未完成服役就失去了固定支撑作用，严重限制了临床应用。对镁合金进行表面改性处理，改善其表面耐蚀性和生物相容性，已成为医用镁合金表面改性的研究热点。围绕改善医用镁合金表面耐蚀性研究进展，介绍了医用镁合金的发展历程及特点，并从微弧氧化和离子注入等表面改性技术的原理，以及表面改性后镁合金表面微观结构和性能等方面进行综述。讨论了多种涂层的形成机制并分析其结构和性能，阐述了涂层对镁合金降解速率的影响规律，旨在明确医用镁合金表面改性在实施和应用过程中存在的关键问题及可能的解决途径，并就医用镁合金表面改性的发展方向提出了建议。
镁及镁合金具有优异的生物安全性、独特的生物可降解性和良好的载荷传递性等优点，在医用植入领域应用前景广阔。良好的耐蚀性是镁及镁合金作为医用植入物重要的前提条件之一。然而，镁合金耐蚀性差，在生理环境中因过快腐蚀而迅速降解，导致其尚未完成服役就失去了固定支撑作用，严重限制了临床应用。对镁合金进行表面改性处理，改善其表面耐蚀性和生物相容性，已成为医用镁合金表面改性的研究热点。围绕改善医用镁合金表面耐蚀性研究进展，介绍了医用镁合金的发展历程及特点，并从微弧氧化和离子注入等表面改性技术的原理，以及表面改性后镁合金表面微观结构和性能等方面进行综述。讨论了多种涂层的形成机制并分析其结构和性能，阐述了涂层对镁合金降解速率的影响规律，旨在明确医用镁合金表面改性在实施和应用过程中存在的关键问题及可能的解决途径，并就医用镁合金表面改性的发展方向提出了建议。
2024, 53(11):3246-3258.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230616
摘要:
材料疲劳延寿以及复杂形状零部件加工等工业需求不断提高,对激光冲击过程中的具体工艺方法进行合理改进和优化已尤为迫切。本文针对激光冲击处理在航空制造等重大工业应用领域所面临的具体需求,综述了最新发展的若干工艺改进方法。所涉及工艺优化策略摆脱激光冲击对高性能激光器的设备依赖,从非激光参数调整的角度实现更具经济性和可行性的表面防护与加工的应用目标。所指非激光参数包括吸收层、约束层以及激光与材料离焦状态等可调节指标,该类指标工艺设定区间广泛且易控,并体现出良好的异形构件适应性。
材料疲劳延寿以及复杂形状零部件加工等工业需求不断提高,对激光冲击过程中的具体工艺方法进行合理改进和优化已尤为迫切。本文针对激光冲击处理在航空制造等重大工业应用领域所面临的具体需求,综述了最新发展的若干工艺改进方法。所涉及工艺优化策略摆脱激光冲击对高性能激光器的设备依赖,从非激光参数调整的角度实现更具经济性和可行性的表面防护与加工的应用目标。所指非激光参数包括吸收层、约束层以及激光与材料离焦状态等可调节指标,该类指标工艺设定区间广泛且易控,并体现出良好的异形构件适应性。
2024, 53(11):3259-3270.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230606
摘要:
Cf/C复合材料具有低密度、高热导率、优秀的抗侵蚀性能和良好的抗热震性能等优点，在高超声速飞行器、飞机刹车盘和火箭喷管等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而，由于Cf/C复合材料的高氧化敏感性，其易产生严重的化学烧蚀和服役性能退化等问题。在Cf/C复合材料表面制备ZrB2-SiC基超高温陶瓷基涂层是上述问题的最有效解决方案。基于此，本文综述了ZrB2-SiC基超高温陶瓷涂层的组成/结构设计和抗氧化性能及强化机理的研究现状，系统地分析了ZrB2-SiC基陶瓷涂层常用制备方法的原理和优缺点，并且对本领域研究的未来发展方向进行了展望。
Cf/C复合材料具有低密度、高热导率、优秀的抗侵蚀性能和良好的抗热震性能等优点，在高超声速飞行器、飞机刹车盘和火箭喷管等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而，由于Cf/C复合材料的高氧化敏感性，其易产生严重的化学烧蚀和服役性能退化等问题。在Cf/C复合材料表面制备ZrB2-SiC基超高温陶瓷基涂层是上述问题的最有效解决方案。基于此，本文综述了ZrB2-SiC基超高温陶瓷涂层的组成/结构设计和抗氧化性能及强化机理的研究现状，系统地分析了ZrB2-SiC基陶瓷涂层常用制备方法的原理和优缺点，并且对本领域研究的未来发展方向进行了展望。
2024, 53(11):3271-3280.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230625
摘要:
耐事故核燃料能显著增强轻水核反应堆在失水事故下抵御堆芯熔化的能力,是核燃料技术变革和核电安全技术提升的重要方向。在现役锆合金包壳表面涂覆Cr涂层,形成具备良好结合力、优异耐高温高压水腐蚀性能和抗高温氧化性能的新型包壳材料,是最有望在短期内获得实际工程应用的耐事故核燃料解决方案。本文综述了Cr涂层锆合金在高温蒸汽环境中氧化行为研究进展,重点关注Cr涂层的氧化动力学、Cr涂层微观组织对抗氧化性能的影响,以及长时间氧化后Cr涂层的失效机理和Cr-Zr互扩散行为。此外,总结了增强Cr涂层抗氧化性能和抑制Cr-Zr互扩散的策略,并展望了未来的发展方向,以期为Cr涂层核燃料包壳的优化设计和工程应用提供参考。
耐事故核燃料能显著增强轻水核反应堆在失水事故下抵御堆芯熔化的能力,是核燃料技术变革和核电安全技术提升的重要方向。在现役锆合金包壳表面涂覆Cr涂层,形成具备良好结合力、优异耐高温高压水腐蚀性能和抗高温氧化性能的新型包壳材料,是最有望在短期内获得实际工程应用的耐事故核燃料解决方案。本文综述了Cr涂层锆合金在高温蒸汽环境中氧化行为研究进展,重点关注Cr涂层的氧化动力学、Cr涂层微观组织对抗氧化性能的影响,以及长时间氧化后Cr涂层的失效机理和Cr-Zr互扩散行为。此外,总结了增强Cr涂层抗氧化性能和抑制Cr-Zr互扩散的策略,并展望了未来的发展方向,以期为Cr涂层核燃料包壳的优化设计和工程应用提供参考。
