2024年第53卷第4期文章目次
2024, 53(4):947-953.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230381
摘要:
通过2个电子参数（结合次数Bot和d轨道能级Mdt）提出了新设计的α型钛（α-Ti）合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bot值（3.847）以及不同的Mdt值（2.430，2.426，2.422）。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度（σUTS）、断裂应变（?f）和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明，3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600 μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σUTS和?f值为801 MPa和16%，Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σUTS和?f值为708 MPa和15%，Ti-5Al-2.5Sn合金的σUTS和?f值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8 ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σUTS、?f和耐热盐腐蚀结果表明，新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。
通过2个电子参数（结合次数Bot和d轨道能级Mdt）提出了新设计的α型钛（α-Ti）合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bot值（3.847）以及不同的Mdt值（2.430，2.426，2.422）。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度（σUTS）、断裂应变（?f）和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明，3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600 μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σUTS和?f值为801 MPa和16%，Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σUTS和?f值为708 MPa和15%，Ti-5Al-2.5Sn合金的σUTS和?f值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8 ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σUTS、?f和耐热盐腐蚀结果表明，新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。
2024, 53(4):954-962.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230376
摘要:
通过向电解液中添加有机酸植酸，提升了TC4钛合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能和热稳定性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和热冲击实验等技术手段，分析了植酸对涂层形成、形貌和性能的影响。结果显示，植酸的添加使放电微孔更加细小，提高了涂层的形成效率并优化了相结构。通过动电位极化测试，发现添加植酸显著提高了微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。将电解液中的植酸浓度调整为12 mL/L（最佳植酸浓度）后，腐蚀电流密度由8.406×10-5 A·cm-2降低至2.580×10-6 A·cm-2。循环高温氧化试验结果表明，TC4钛合金的耐热冲击性能和高温抗氧化性能得到了改善。
通过向电解液中添加有机酸植酸，提升了TC4钛合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能和热稳定性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和热冲击实验等技术手段，分析了植酸对涂层形成、形貌和性能的影响。结果显示，植酸的添加使放电微孔更加细小，提高了涂层的形成效率并优化了相结构。通过动电位极化测试，发现添加植酸显著提高了微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。将电解液中的植酸浓度调整为12 mL/L（最佳植酸浓度）后，腐蚀电流密度由8.406×10-5 A·cm-2降低至2.580×10-6 A·cm-2。循环高温氧化试验结果表明，TC4钛合金的耐热冲击性能和高温抗氧化性能得到了改善。
2024, 53(4):970-977.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230498
摘要:
为满足航空航天领域对快速制备高强韧复杂钛合金零件的需求，采用激光熔覆成形新型高强韧Ti-5321（Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe）合金，具有成形快、效率高、成形构件性能良好等优势。通过对Ti-5321合金进行简单退火和多重热处理（β相区固熔缓冷加时效，BASCA），揭示了其显微组织的演变规律，并探究不同组织对断裂韧性的影响。结果表明：简单退火后，合金呈细长针片状α交织成的网篮组织，其抗拉伸强度为1102 MPa，断裂韧性为68.1 MPa·m1/2。经BASCA热处理后，细长针片状α相全部转变为粗大的片层α相和超细针状α相，且合金的抗拉伸强度提高至1309 MPa，而断裂韧性降低至45.5 MPa·m1/2。BASCA热处理能够提高合金强度，但会降低合金韧性。这是由于网篮组织中细长的针片状α相能够大大增加裂纹扩展阻力，增大裂纹扩展路径曲折程度，从而提高合金的韧性。而BASCA热处理组织中大片层α相具有一定的方向性，裂纹只有在穿过不同β晶粒的大片层α相时才会发生偏转；且裂纹扩展主要发生在超细针状α相中，而超细针状α相尺寸过于细小，不能阻碍裂纹的发展或使裂纹偏转，因此经BASCA热处理后合金的韧性变差。
为满足航空航天领域对快速制备高强韧复杂钛合金零件的需求，采用激光熔覆成形新型高强韧Ti-5321（Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe）合金，具有成形快、效率高、成形构件性能良好等优势。通过对Ti-5321合金进行简单退火和多重热处理（β相区固熔缓冷加时效，BASCA），揭示了其显微组织的演变规律，并探究不同组织对断裂韧性的影响。结果表明：简单退火后，合金呈细长针片状α交织成的网篮组织，其抗拉伸强度为1102 MPa，断裂韧性为68.1 MPa·m1/2。经BASCA热处理后，细长针片状α相全部转变为粗大的片层α相和超细针状α相，且合金的抗拉伸强度提高至1309 MPa，而断裂韧性降低至45.5 MPa·m1/2。BASCA热处理能够提高合金强度，但会降低合金韧性。这是由于网篮组织中细长的针片状α相能够大大增加裂纹扩展阻力，增大裂纹扩展路径曲折程度，从而提高合金的韧性。而BASCA热处理组织中大片层α相具有一定的方向性，裂纹只有在穿过不同β晶粒的大片层α相时才会发生偏转；且裂纹扩展主要发生在超细针状α相中，而超细针状α相尺寸过于细小，不能阻碍裂纹的发展或使裂纹偏转，因此经BASCA热处理后合金的韧性变差。
2024, 53(4):1002-1010.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230024
摘要:
对TC4钛合金和Al6061铝合金的异种金属进行了热等静压扩散连接实验，研究了TC4/Al6061连接接头的界面特征、形成机制和力学性能，并通过热力学分析解释相关实验现象。结果表明，热等静压扩散连接及后续退火处理后，两侧母材元素发生了明显的互扩散，其中Si、Mg元素在化学势驱动力作用下分别富集于扩散过渡区和Al侧界面。接头界面发生冶金反应生成TiAl3、TiAl、Ti3Al等金属间化合物，通过有效生成热模型计算表明TiAl3相优先生成。硬度实验表明界面生成的Ti-Al金属间化合物具有较高的硬度。拉伸实验显示接头最大抗拉伸强度达到了144 MPa。
对TC4钛合金和Al6061铝合金的异种金属进行了热等静压扩散连接实验，研究了TC4/Al6061连接接头的界面特征、形成机制和力学性能，并通过热力学分析解释相关实验现象。结果表明，热等静压扩散连接及后续退火处理后，两侧母材元素发生了明显的互扩散，其中Si、Mg元素在化学势驱动力作用下分别富集于扩散过渡区和Al侧界面。接头界面发生冶金反应生成TiAl3、TiAl、Ti3Al等金属间化合物，通过有效生成热模型计算表明TiAl3相优先生成。硬度实验表明界面生成的Ti-Al金属间化合物具有较高的硬度。拉伸实验显示接头最大抗拉伸强度达到了144 MPa。
2024, 53(4):1058-1064.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230150
摘要:
本文对整体叶盘材料Ti60钛合金进行激光增材修复，研究其显微组织及力学性能。结果表明，热影响区组织呈现由基体区双态组织向修复区网篮组织的过渡特征，平均宽度约为900 μm。修复区主要由贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶组成，柱状晶内为分布均匀的α相网篮组织。三个区域内均弥散分布着Ti3(Sn, Al)小平面相，尺寸相近，其形貌和含量却因制备工艺凝固速度的不同而差异明显。三个区域硬度相当。拉伸试样断口特征表明激光增材修复Ti60钛合金的断裂机制为混合型断裂，平均抗拉强度和屈服强度分别为992.4 MPa和916.6 MPa，优于Ti60钛合金锻件强度标准，断后伸长率和断面收缩率的平均值为8.5%和14.6%，与Ti60钛合金锻件标准相差不大，达到实际工程应用要求。
本文对整体叶盘材料Ti60钛合金进行激光增材修复，研究其显微组织及力学性能。结果表明，热影响区组织呈现由基体区双态组织向修复区网篮组织的过渡特征，平均宽度约为900 μm。修复区主要由贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶组成，柱状晶内为分布均匀的α相网篮组织。三个区域内均弥散分布着Ti3(Sn, Al)小平面相，尺寸相近，其形貌和含量却因制备工艺凝固速度的不同而差异明显。三个区域硬度相当。拉伸试样断口特征表明激光增材修复Ti60钛合金的断裂机制为混合型断裂，平均抗拉强度和屈服强度分别为992.4 MPa和916.6 MPa，优于Ti60钛合金锻件强度标准，断后伸长率和断面收缩率的平均值为8.5%和14.6%，与Ti60钛合金锻件标准相差不大，达到实际工程应用要求。
2024, 53(4):1120-1129.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230061
摘要:
使用Gleeble-1500热力学模拟实验机对纯钛在相变点前后进行热压缩变形,研究热压缩对相变的影响。研究发现应力作用在相变点附近时,相变首先发生在板条之间,新形成的β晶粒多为球状或短棒状。随着压缩量的增大,相邻的β晶核逐渐连接并变为条状组织。相变存在临界值,当压缩温度分别为860℃、890℃和920℃时,压缩量达到40%、30%和20%时,相变趋于饱和,取而代之的是动态再结晶的大量发生。温度越高,形变促进相变的现象就越明显,当压缩温度在相变点之后时,很小的压缩量就可以使相变大量发生。
使用Gleeble-1500热力学模拟实验机对纯钛在相变点前后进行热压缩变形,研究热压缩对相变的影响。研究发现应力作用在相变点附近时,相变首先发生在板条之间,新形成的β晶粒多为球状或短棒状。随着压缩量的增大,相邻的β晶核逐渐连接并变为条状组织。相变存在临界值,当压缩温度分别为860℃、890℃和920℃时,压缩量达到40%、30%和20%时,相变趋于饱和,取而代之的是动态再结晶的大量发生。温度越高,形变促进相变的现象就越明显,当压缩温度在相变点之后时,很小的压缩量就可以使相变大量发生。
2024, 53(4):933-946.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230402
摘要:
基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，在计算中加入Hubbard项进行校正，探究了CO和CO2分子在UO2 (111)表面的吸附和解离，分析了不同构型下的静态和动态吸附机理，吸附位点包括顶位、空位、桥位。在静态计算中，探究了吸附过程中多种吸附参数的变化，如吸附构型、吸附能、电荷转移等。利用第一性原理分子动力学（AIMD），探究了特定构型下CO2分子的解离过程及差分电荷密度变化。结果表明，CO分子的吸附可分为2种类型：（1）自发吸附，包括化学和物理吸附；（2）非自发吸附。CO2分子的吸附仅表现为自发吸附的化学吸附及非自发吸附，无物理吸附。CO和CO2分子的最优吸附构型均为短桥位垂直（B-short-Ver）吸附。此外，0 K下CO2分子在UO2 (111)表面的B-short-Ver和长桥位垂直吸附构型吸附后会自发解离。AIMD模拟结果表明，这2种构型在300 K下均发生解离。
基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，在计算中加入Hubbard项进行校正，探究了CO和CO2分子在UO2 (111)表面的吸附和解离，分析了不同构型下的静态和动态吸附机理，吸附位点包括顶位、空位、桥位。在静态计算中，探究了吸附过程中多种吸附参数的变化，如吸附构型、吸附能、电荷转移等。利用第一性原理分子动力学（AIMD），探究了特定构型下CO2分子的解离过程及差分电荷密度变化。结果表明，CO分子的吸附可分为2种类型：（1）自发吸附，包括化学和物理吸附；（2）非自发吸附。CO2分子的吸附仅表现为自发吸附的化学吸附及非自发吸附，无物理吸附。CO和CO2分子的最优吸附构型均为短桥位垂直（B-short-Ver）吸附。此外，0 K下CO2分子在UO2 (111)表面的B-short-Ver和长桥位垂直吸附构型吸附后会自发解离。AIMD模拟结果表明，这2种构型在300 K下均发生解离。
2024, 53(4):963-969.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230021
摘要:
为提高AgCl纳米粒子（NPs）的分散性和光稳定性，将AgCl NPs锚定在凹凸棒石（ATP）表面制备了ATP-AgCl复合材料，研究了其微观形貌、晶体结构及抗菌性能。结果表明：ATP的引入有效避免了AgCl NPs的团聚，AgCl NPs的粒径从5~10 μm显著减小到3~20 nm。由于纳米粒子的小尺寸效应，ATP-AgCl复合材料表现出与纯AgCl相媲美的抗菌活性，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到99.98%和99.88%。此外，ATP的引入还显著改善了AgCl NPs的光稳定性，复合材料经24 h阳光暴晒后仍保持原始的灰白色。
为提高AgCl纳米粒子（NPs）的分散性和光稳定性，将AgCl NPs锚定在凹凸棒石（ATP）表面制备了ATP-AgCl复合材料，研究了其微观形貌、晶体结构及抗菌性能。结果表明：ATP的引入有效避免了AgCl NPs的团聚，AgCl NPs的粒径从5~10 μm显著减小到3~20 nm。由于纳米粒子的小尺寸效应，ATP-AgCl复合材料表现出与纯AgCl相媲美的抗菌活性，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到99.98%和99.88%。此外，ATP的引入还显著改善了AgCl NPs的光稳定性，复合材料经24 h阳光暴晒后仍保持原始的灰白色。
2024, 53(4):978-987.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230356
摘要:
根据熔池尺寸特征空间分布规律，提出了一种基于边缘迭代模型的熔池宽度预测方法。为了获得精确的熔池宽度，采用数学形态学的方法对熔池图像进行去噪，并用手动阈值的方法对熔池图像进行粗分割。之后利用Canny算法提取出熔池边缘。最后，使用边缘迭代模型进行边缘迭代，得到精分割后的熔池宽度。对比实验结果表明，该算法具有良好的检测精度和鲁棒性，且简易高效。
根据熔池尺寸特征空间分布规律，提出了一种基于边缘迭代模型的熔池宽度预测方法。为了获得精确的熔池宽度，采用数学形态学的方法对熔池图像进行去噪，并用手动阈值的方法对熔池图像进行粗分割。之后利用Canny算法提取出熔池边缘。最后，使用边缘迭代模型进行边缘迭代，得到精分割后的熔池宽度。对比实验结果表明，该算法具有良好的检测精度和鲁棒性，且简易高效。
2024, 53(4):988-993.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230023
摘要:
采用Navier-Stokes方程和直接模拟蒙特卡罗方法相结合的方式模拟了反应腔内的气体流动，并结合Langmuir探针检测设备分析了气体流速与等离子体密度的关系。结果表明，流体均匀性对等离子体的均匀性有显著影响。在6.5 Pa的压力下，等离子体密度和流速呈正相关，与在大气压下的实验结果一致，说明提高流体均匀性可以提高等离子体的氧化均匀性。
采用Navier-Stokes方程和直接模拟蒙特卡罗方法相结合的方式模拟了反应腔内的气体流动，并结合Langmuir探针检测设备分析了气体流速与等离子体密度的关系。结果表明，流体均匀性对等离子体的均匀性有显著影响。在6.5 Pa的压力下，等离子体密度和流速呈正相关，与在大气压下的实验结果一致，说明提高流体均匀性可以提高等离子体的氧化均匀性。
2024, 53(4):994-1001.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230019
摘要:
以铜/钢复合管为研究对象，利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟，分析了焊接动态过程和边界效应问题，并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明，在爆轰波作用下，复管与基管发生倾斜碰撞，碰撞区域压力稳定在107 kPa的数量级，在碰撞区附近出现1条塑性变形带，且复管和基管上的剪切应力相反，界面形态随着爆炸波的传播从直线变为波状，这与试验中获得的T2/316L双金属复合管的实际界面形态一致，说明有限元模型能够有效模拟双金属复合管爆炸焊接过程。数值模拟过程中边缘动态参数值均小于正常值，存在边界效应，增加复管和炸药的长度可以消除边界效应。
以铜/钢复合管为研究对象，利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟，分析了焊接动态过程和边界效应问题，并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明，在爆轰波作用下，复管与基管发生倾斜碰撞，碰撞区域压力稳定在107 kPa的数量级，在碰撞区附近出现1条塑性变形带，且复管和基管上的剪切应力相反，界面形态随着爆炸波的传播从直线变为波状，这与试验中获得的T2/316L双金属复合管的实际界面形态一致，说明有限元模型能够有效模拟双金属复合管爆炸焊接过程。数值模拟过程中边缘动态参数值均小于正常值，存在边界效应，增加复管和炸药的长度可以消除边界效应。
2024, 53(4):1011-1020.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230552
摘要:
为改善Ni3Al基合金的纳米切削表面质量以获得更好的服役状态，结合纳米级分子动力学模拟和微观切削实验，探讨了加载温度（300~1050 K）与切削力、表面形貌的关联性。分子动力学模拟结果显示，在纳米切削Ni3Al基合金过程中，加载温度为750 K时的切削力波动相对于其他温度最小；当加载温度在600~750 K时，影响表面形貌的凸起原子数量最少，即表明加载温度为750 K左右时，Ni3Al基合金可以获得较高的表面质量。Ni3Al基合金微观切削实验表明，当加载温度在600~750 K时，加工表面轮廓可以获得较高的平整度，间接验证了在Ni3Al基合金纳米切削的分子动力学仿真结果的可行性。研究结果表明，选取合适的加载温度是改善Ni3Al基合金纳米切削加工表面质量的有效途径。
为改善Ni3Al基合金的纳米切削表面质量以获得更好的服役状态，结合纳米级分子动力学模拟和微观切削实验，探讨了加载温度（300~1050 K）与切削力、表面形貌的关联性。分子动力学模拟结果显示，在纳米切削Ni3Al基合金过程中，加载温度为750 K时的切削力波动相对于其他温度最小；当加载温度在600~750 K时，影响表面形貌的凸起原子数量最少，即表明加载温度为750 K左右时，Ni3Al基合金可以获得较高的表面质量。Ni3Al基合金微观切削实验表明，当加载温度在600~750 K时，加工表面轮廓可以获得较高的平整度，间接验证了在Ni3Al基合金纳米切削的分子动力学仿真结果的可行性。研究结果表明，选取合适的加载温度是改善Ni3Al基合金纳米切削加工表面质量的有效途径。
2024, 53(4):1021-1031.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230091
摘要:
梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。因此本研究通过选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形了两种梯度差的AlSi10Mg变杆径梯度体心立方(Body-centered cubic, BCC)和金刚石(Diamond, Diam)结构,以研究梯度差对压缩性能的影响,并对两种单胞构型进行对比。准静态单轴压缩实验和有限元分析(Finite element analysis, FEA)的结果表明,在同相对密度下,当单胞构型相同时,随着梯度差的增加单位体积吸能量明显增加。而梯度差相同时,Diam梯度点阵结构的压缩模量、屈服强度、抗压强度和最大峰值应力均高于BCC,同时其单位体积吸能量和吸能效率也高于BCC。
梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。因此本研究通过选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形了两种梯度差的AlSi10Mg变杆径梯度体心立方(Body-centered cubic, BCC)和金刚石(Diamond, Diam)结构,以研究梯度差对压缩性能的影响,并对两种单胞构型进行对比。准静态单轴压缩实验和有限元分析(Finite element analysis, FEA)的结果表明,在同相对密度下,当单胞构型相同时,随着梯度差的增加单位体积吸能量明显增加。而梯度差相同时,Diam梯度点阵结构的压缩模量、屈服强度、抗压强度和最大峰值应力均高于BCC,同时其单位体积吸能量和吸能效率也高于BCC。
2024, 53(4):1032-1041.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230131
摘要:
本文基于XRD、XPS、H2-TPR等表征方法以及活性评价方法,研究了不同浓度La2O3掺杂CDPF样品水热老化状态下的理化特性与催化活性,结果表明：随着La2O3掺杂浓度增加,CDPF老化样品衍射特征峰位向大角度偏移程度以及结晶度均呈先降低后增加的趋势。La2O3掺杂能够较好地抑制样品在高温水热老化过程中的烧结和畸变,并且可以有效抑制活性位数量的减少,使CDPF表面Pt原子浓度基本保持不变,对CO、C3H8和NO催化性能的劣化率降低,并且随掺杂浓度的增大,CDPF抗老化性能有增强的趋势。
本文基于XRD、XPS、H2-TPR等表征方法以及活性评价方法,研究了不同浓度La2O3掺杂CDPF样品水热老化状态下的理化特性与催化活性,结果表明：随着La2O3掺杂浓度增加,CDPF老化样品衍射特征峰位向大角度偏移程度以及结晶度均呈先降低后增加的趋势。La2O3掺杂能够较好地抑制样品在高温水热老化过程中的烧结和畸变,并且可以有效抑制活性位数量的减少,使CDPF表面Pt原子浓度基本保持不变,对CO、C3H8和NO催化性能的劣化率降低,并且随掺杂浓度的增大,CDPF抗老化性能有增强的趋势。
2024, 53(4):1042-1050.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230064
摘要:
利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、光学显微镜（Optical Microscope，OM）、拉伸、蠕变、疲劳试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）在两种热处理状态下的显微组织和力学性能,为双性能热处理研究提供组织与力学性能依据。结果表明：FGH4113A合金在双性能热处理中，过固溶与亚固溶态组织与力学性能具有明显的双模特性；室温下，亚固溶态相比过固溶态屈服强度高10.6%，800℃下，过固溶态相比亚固溶态屈服强度高11.7%；与同样是亚固溶或过固溶的其它合金相比，FGH4113A的拉伸强度优于ME3合金，与LSHR合金相当；FGH4113A合金在750℃/450MPa的蠕变变形以位错滑移机制主导，弥散分布的小尺寸硼化物有助于蠕变性能的提高，其蠕变性能全面超过ME3合金，与LSHR合金相当；过固溶态的粗晶组织在裂纹扩展中具有更长的滑移带，在循环载荷中具有较低的累积损伤，抗裂纹扩展能力优于亚固溶态；过固溶态的裂纹扩展断口呈现穿晶断裂特征，亚固溶态由于细晶粒边界的一次γˊ的存在降低了晶界的抗裂纹扩展能力，断口较粗糙，呈现沿晶-穿晶混合断裂特征。
利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、光学显微镜（Optical Microscope，OM）、拉伸、蠕变、疲劳试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）在两种热处理状态下的显微组织和力学性能,为双性能热处理研究提供组织与力学性能依据。结果表明：FGH4113A合金在双性能热处理中，过固溶与亚固溶态组织与力学性能具有明显的双模特性；室温下，亚固溶态相比过固溶态屈服强度高10.6%，800℃下，过固溶态相比亚固溶态屈服强度高11.7%；与同样是亚固溶或过固溶的其它合金相比，FGH4113A的拉伸强度优于ME3合金，与LSHR合金相当；FGH4113A合金在750℃/450MPa的蠕变变形以位错滑移机制主导，弥散分布的小尺寸硼化物有助于蠕变性能的提高，其蠕变性能全面超过ME3合金，与LSHR合金相当；过固溶态的粗晶组织在裂纹扩展中具有更长的滑移带，在循环载荷中具有较低的累积损伤，抗裂纹扩展能力优于亚固溶态；过固溶态的裂纹扩展断口呈现穿晶断裂特征，亚固溶态由于细晶粒边界的一次γˊ的存在降低了晶界的抗裂纹扩展能力，断口较粗糙，呈现沿晶-穿晶混合断裂特征。
2024, 53(4):1051-1057.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230101
摘要:
铁镍基合金长期服役于较高温度下，因此高温下的组织稳定性是合金的重要指标之一。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子探针(EPMA)、化学相分析等手段对750 ℃不同时效时间下新型铁镍基高温合金21Cr-32Fe-41Ni组织与性能演变规律进行研究。结果表明,长期时效后合金中析出相主要有γ′相、σ相、α-Cr相以及MC相。在时效500 h内,基体中弥散分布的球形γ′相的质量分数和尺寸快速增加。时效时间从500 h增加至2000 h,γ′相的质量分数和尺寸增加速率逐渐降低。在长期时效过程中,σ相沿晶呈块状或条状分布,并与α-Cr相同时在晶内以针状或条状析出。随时效时间增加,σ相和α-Cr相数量增加,逐渐粗化。沿晶不连续分布的σ相逐渐相连,存在向网状分布发展的趋势。随时效时间增加至2000 h,合金强度先升高后降低,在时效500 h后达到峰值,硬度保持增加趋势。
铁镍基合金长期服役于较高温度下，因此高温下的组织稳定性是合金的重要指标之一。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子探针(EPMA)、化学相分析等手段对750 ℃不同时效时间下新型铁镍基高温合金21Cr-32Fe-41Ni组织与性能演变规律进行研究。结果表明,长期时效后合金中析出相主要有γ′相、σ相、α-Cr相以及MC相。在时效500 h内,基体中弥散分布的球形γ′相的质量分数和尺寸快速增加。时效时间从500 h增加至2000 h,γ′相的质量分数和尺寸增加速率逐渐降低。在长期时效过程中,σ相沿晶呈块状或条状分布,并与α-Cr相同时在晶内以针状或条状析出。随时效时间增加,σ相和α-Cr相数量增加,逐渐粗化。沿晶不连续分布的σ相逐渐相连,存在向网状分布发展的趋势。随时效时间增加至2000 h,合金强度先升高后降低,在时效500 h后达到峰值,硬度保持增加趋势。
2024, 53(4):1065-1074.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230744
摘要:
为实现对高V、N微合金钢轧制-冷却工艺过程中组织、析出相的精准控制,利用Gleeble-1500D热模拟实验机研究了轧后不同冷速下实验钢的热膨胀曲线、相变规律、过冷奥氏体动态连续冷却转变曲线(动态CCT曲线),并着重研究了微观组织演变行为、显微硬度和纳米碳氮化物析出行为对冷却速率的敏感性。结果表明：冷却速率低于3 ℃/s时,实验钢显微组织由铁素体和珠光体组成；当冷却速率位于3 ℃/s时,发生贝氏体相变,基体组织由铁素体、珠光体和贝氏体组成；冷却速率为8 ℃/s时,珠光体组织消失,马氏体组织开始出现,基体组织由沿晶铁素体、贝氏体和马氏体组成；当冷却速率达到20 ℃/s时,基体组织中马氏体占主,并由少量先共析铁素体和贝氏体组成。此外,冷却速率对纳米碳氮化物的析出行为也具有显著影响,冷速处于1 ℃/s以内时,多边形铁素体中纳米析出相直径和数密度具有较强的冷却速率敏感性,纳米析出相直径随冷速提升显著降低,数密度随冷速提升而提高；冷速由1 ℃/s增加至3 ℃/s时,纳米析出相直径进一步降低,而数密度趋于稳定；当冷速继续增至5 ℃/s时,纳米析出相直径保持稳定,数密度呈现下降趋势。研究还发现,贝氏体组织中纳米析出相较少,贝氏体不利于纳米相析出。基于上述组织演变与析出规律的研究,工业化试制出了屈服强度700MPa以上、满足抗震要求的高V、N微合金钢。
为实现对高V、N微合金钢轧制-冷却工艺过程中组织、析出相的精准控制,利用Gleeble-1500D热模拟实验机研究了轧后不同冷速下实验钢的热膨胀曲线、相变规律、过冷奥氏体动态连续冷却转变曲线(动态CCT曲线),并着重研究了微观组织演变行为、显微硬度和纳米碳氮化物析出行为对冷却速率的敏感性。结果表明：冷却速率低于3 ℃/s时,实验钢显微组织由铁素体和珠光体组成；当冷却速率位于3 ℃/s时,发生贝氏体相变,基体组织由铁素体、珠光体和贝氏体组成；冷却速率为8 ℃/s时,珠光体组织消失,马氏体组织开始出现,基体组织由沿晶铁素体、贝氏体和马氏体组成；当冷却速率达到20 ℃/s时,基体组织中马氏体占主,并由少量先共析铁素体和贝氏体组成。此外,冷却速率对纳米碳氮化物的析出行为也具有显著影响,冷速处于1 ℃/s以内时,多边形铁素体中纳米析出相直径和数密度具有较强的冷却速率敏感性,纳米析出相直径随冷速提升显著降低,数密度随冷速提升而提高；冷速由1 ℃/s增加至3 ℃/s时,纳米析出相直径进一步降低,而数密度趋于稳定；当冷速继续增至5 ℃/s时,纳米析出相直径保持稳定,数密度呈现下降趋势。研究还发现,贝氏体组织中纳米析出相较少,贝氏体不利于纳米相析出。基于上述组织演变与析出规律的研究,工业化试制出了屈服强度700MPa以上、满足抗震要求的高V、N微合金钢。
2024, 53(4):1075-1085.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230104
摘要:
本文研究了基板预热温度对选区激光熔化制备AlSi9Mg1ScZr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35℃、85℃、135℃三种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预热温度和激光扫描热输入的共同影响,使合金在打印过程产生了原位时效效应,在保留细小枝晶和Si网格的同时促进了元素从过饱和固溶体中析出。相比基板预热35℃的样品,纳米尺度的Mg2Si相和Si相在α-Al基体及枝晶界析出的数量显著增加,起到了提高强度的作用；但微米尺度富Fe相的析出对塑性产生了负面影响。在基板预热温度设置为135℃时,制备的AlSi9Mg1ScZr合金在0°方向上屈服强度高达360 MPa、抗拉强度高达502 MPa、伸长率为7%；90°方向上屈服强度高达331 MPa、抗拉强度高达511 MPa、伸长率为5.4%。本研究通过提高基板预热温度,在SLM过程中实现了SLM样品的原位时效,改善了SLM制备AlSi9Mg1ScZr合金的微观组织,在不经过后续热处理的情况下,大幅降低了残余应力,得到了超高强度的AlSi9Mg1ScZr合金样品。
本文研究了基板预热温度对选区激光熔化制备AlSi9Mg1ScZr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35℃、85℃、135℃三种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预热温度和激光扫描热输入的共同影响,使合金在打印过程产生了原位时效效应,在保留细小枝晶和Si网格的同时促进了元素从过饱和固溶体中析出。相比基板预热35℃的样品,纳米尺度的Mg2Si相和Si相在α-Al基体及枝晶界析出的数量显著增加,起到了提高强度的作用；但微米尺度富Fe相的析出对塑性产生了负面影响。在基板预热温度设置为135℃时,制备的AlSi9Mg1ScZr合金在0°方向上屈服强度高达360 MPa、抗拉强度高达502 MPa、伸长率为7%；90°方向上屈服强度高达331 MPa、抗拉强度高达511 MPa、伸长率为5.4%。本研究通过提高基板预热温度,在SLM过程中实现了SLM样品的原位时效,改善了SLM制备AlSi9Mg1ScZr合金的微观组织,在不经过后续热处理的情况下,大幅降低了残余应力,得到了超高强度的AlSi9Mg1ScZr合金样品。
2024, 53(4):1086-1094.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230011
摘要:
采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B4C复合钎料对高性能B4C-TiB2-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接，分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为，研究了钎焊温度、保温时间以及B4C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明：钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性，界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间，反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长，BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚，钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织，钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B4C含量的增加，接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低，钎缝区域组织得到细化，接头强度先升高后降低。当添加B4C颗粒含量为1wt.%，钎焊温度890℃，保温时间15 min时，钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。
采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B4C复合钎料对高性能B4C-TiB2-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接，分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为，研究了钎焊温度、保温时间以及B4C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明：钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性，界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间，反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长，BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚，钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织，钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B4C含量的增加，接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低，钎缝区域组织得到细化，接头强度先升高后降低。当添加B4C颗粒含量为1wt.%，钎焊温度890℃，保温时间15 min时，钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。
2024, 53(4):1095-1102.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230582
摘要:
采用热分解法制备Ti/IrO2-PbO2阳极,深入研究硫酸、硝酸、盐酸、草酸、盐酸/草酸蚀刻顺序对Ti/IrO2-PbO2阳极性能的影响规律,借助场发射扫描电子显微镜、X射线衍射、循环伏安法、线性扫描伏安法、电化学交流阻抗谱、加速寿命试验等考察钛基体及氧化物涂层的形貌、结构及电化学行为。结果表明：钛基体在双酸中的腐蚀效果优于单酸,获得更致密更均匀的表面结构。双酸腐蚀使钛表面拥有完整的TiHx晶型,有助于提高涂层负载量,增强活性层与基体的结合力。改变双酸蚀刻顺序对阳极电化学性能有一定的影响。草酸/盐酸蚀刻剂处理Ti/IrO2-PbO2阳极具有最佳的电催化活性与最长的加速寿命。
采用热分解法制备Ti/IrO2-PbO2阳极,深入研究硫酸、硝酸、盐酸、草酸、盐酸/草酸蚀刻顺序对Ti/IrO2-PbO2阳极性能的影响规律,借助场发射扫描电子显微镜、X射线衍射、循环伏安法、线性扫描伏安法、电化学交流阻抗谱、加速寿命试验等考察钛基体及氧化物涂层的形貌、结构及电化学行为。结果表明：钛基体在双酸中的腐蚀效果优于单酸,获得更致密更均匀的表面结构。双酸腐蚀使钛表面拥有完整的TiHx晶型,有助于提高涂层负载量,增强活性层与基体的结合力。改变双酸蚀刻顺序对阳极电化学性能有一定的影响。草酸/盐酸蚀刻剂处理Ti/IrO2-PbO2阳极具有最佳的电催化活性与最长的加速寿命。
2024, 53(4):1103-1110.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230068
摘要:
为了提高W形金属密封环的成形质量，本文对W形金属密封环的超声振动滚压成形过程进行了研究。基于ABAQUS/Explicit有限元仿真软件，搭建了W形金属密封环超声振动辅助滚压成形三维有限元模型，研究了超声频率对环件不均匀变形的影响。结果表明：随着超声频率的增加，环件的应力不均匀度呈现先增后减的规律；环件的应变不均匀度呈现先略微减小，然后激增，再减小的规律；壁厚不均匀度呈现先减小，后增大，再减小的趋势。其中在超声频率为30kHz与40kHz时环件变形不均匀程度显著增大，这是由于环件产生了起皱现象造成的；通过对截面的应力、应变和壁厚不均匀分析，证明了波峰与波谷位置是成形过程中的关键部位。
为了提高W形金属密封环的成形质量，本文对W形金属密封环的超声振动滚压成形过程进行了研究。基于ABAQUS/Explicit有限元仿真软件，搭建了W形金属密封环超声振动辅助滚压成形三维有限元模型，研究了超声频率对环件不均匀变形的影响。结果表明：随着超声频率的增加，环件的应力不均匀度呈现先增后减的规律；环件的应变不均匀度呈现先略微减小，然后激增，再减小的规律；壁厚不均匀度呈现先减小，后增大，再减小的趋势。其中在超声频率为30kHz与40kHz时环件变形不均匀程度显著增大，这是由于环件产生了起皱现象造成的；通过对截面的应力、应变和壁厚不均匀分析，证明了波峰与波谷位置是成形过程中的关键部位。
2024, 53(4):1111-1119.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230070
摘要:
针对选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金焊接过程中氢气孔敏感性高的问题，采用固溶脱氢与真空固溶脱氢的方法对比了脱氢处理对合金激光焊接接头孔隙缺陷的影响，分析了不同状态下激光焊焊缝气孔分布、组织演变及力学行为。结果表明，固溶处理能够有效减少选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金激光焊焊缝气孔率，且真空固溶处理效果最好，气孔率从沉积态激光焊接焊缝的2.64%降到真空固溶态焊缝的0.14%；通过对接头组织的演变与基板物相形态、成分的变化分析阐述了孔隙出现的原因，揭示了真空热处理是解决由于基板中预先存在的较高含量的氢导致焊缝氢气孔形成的有效方法。固溶后母材硬度明显下降，各试板焊缝的平均硬度为80HV，较为一致；固溶态试板焊接接头抗拉强度为143MPa，低于沉积态接头，但延伸率增加到了24%，表现为韧性断裂特征。
针对选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金焊接过程中氢气孔敏感性高的问题，采用固溶脱氢与真空固溶脱氢的方法对比了脱氢处理对合金激光焊接接头孔隙缺陷的影响，分析了不同状态下激光焊焊缝气孔分布、组织演变及力学行为。结果表明，固溶处理能够有效减少选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金激光焊焊缝气孔率，且真空固溶处理效果最好，气孔率从沉积态激光焊接焊缝的2.64%降到真空固溶态焊缝的0.14%；通过对接头组织的演变与基板物相形态、成分的变化分析阐述了孔隙出现的原因，揭示了真空热处理是解决由于基板中预先存在的较高含量的氢导致焊缝氢气孔形成的有效方法。固溶后母材硬度明显下降，各试板焊缝的平均硬度为80HV，较为一致；固溶态试板焊接接头抗拉强度为143MPa，低于沉积态接头，但延伸率增加到了24%，表现为韧性断裂特征。
2024, 53(4):1130-1137.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230063
摘要:
采用电沉积方法在Q235钢上制备Ni-Go复合镀层,研究添加稀土铈对复合镀层形貌、性能的影响。结果表明,当铈浓度为0.8 g.L-1时,得到的复合镀层沉积速率增加到7.142 g.dm-2.h-1,,硬度达到608.8 HV,磨损量最小,摩擦系数最低为0.387,自腐蚀电位Ecorr(-0.3993 V)更正,同时腐蚀电流Icorr(3.258.10-6 A.cm-2)最小,腐蚀速率最低,复合镀层的耐腐蚀性能最优。研究发现,加入稀土铈后,Ni-1.0GO复合镀层的类似珊瑚状的微大尺寸的凸聚体变成了尺寸较小的珊瑚珠状的小凸聚体,镀层组织得到明显细化。在铈浓度为0.8 g.L-1时,Ni-1.0GO-0.8RE复合镀层的组织致密性最好,各种性能达到最佳,主要在于稀土铈提高镀液中微粒的分散能力和阴极极化率的效果,提高氢离子在阴极的析出电位,从而抑制析氢反应的发生,使得复合镀层的性能得到进一步提高。
采用电沉积方法在Q235钢上制备Ni-Go复合镀层,研究添加稀土铈对复合镀层形貌、性能的影响。结果表明,当铈浓度为0.8 g.L-1时,得到的复合镀层沉积速率增加到7.142 g.dm-2.h-1,,硬度达到608.8 HV,磨损量最小,摩擦系数最低为0.387,自腐蚀电位Ecorr(-0.3993 V)更正,同时腐蚀电流Icorr(3.258.10-6 A.cm-2)最小,腐蚀速率最低,复合镀层的耐腐蚀性能最优。研究发现,加入稀土铈后,Ni-1.0GO复合镀层的类似珊瑚状的微大尺寸的凸聚体变成了尺寸较小的珊瑚珠状的小凸聚体,镀层组织得到明显细化。在铈浓度为0.8 g.L-1时,Ni-1.0GO-0.8RE复合镀层的组织致密性最好,各种性能达到最佳,主要在于稀土铈提高镀液中微粒的分散能力和阴极极化率的效果,提高氢离子在阴极的析出电位,从而抑制析氢反应的发生,使得复合镀层的性能得到进一步提高。
2024, 53(4):1138-1148.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230045
摘要:
为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同晶粒度基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。利用扫描电子显微镜和EDS能谱仪对预处理后基体的表面形貌和钴含量以及涂层形貌进行分析,采用拉曼光谱、X 射线衍射光谱对涂层物相结构进行分析表征,并利用固体颗粒冲刷评价金刚石涂层的抗冲刷性能。结果表明:酸处理对Co的去除起着重要作用,WC晶粒越小所需酸处理的时间越长,碱处理对WC的刻蚀能力表现出先增大后减小的趋势,在3min时达到最大Co暴露量。由此分别确定了WC-6%Co(0.2,0.4,1.0 μm)基体三步法最佳工艺,三步法预处理后的基体均获得均匀致密,晶粒取向为(111)面,抗冲刷性能优异,膜基结合性能好的金刚石涂层。
为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同晶粒度基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。利用扫描电子显微镜和EDS能谱仪对预处理后基体的表面形貌和钴含量以及涂层形貌进行分析,采用拉曼光谱、X 射线衍射光谱对涂层物相结构进行分析表征,并利用固体颗粒冲刷评价金刚石涂层的抗冲刷性能。结果表明:酸处理对Co的去除起着重要作用,WC晶粒越小所需酸处理的时间越长,碱处理对WC的刻蚀能力表现出先增大后减小的趋势,在3min时达到最大Co暴露量。由此分别确定了WC-6%Co(0.2,0.4,1.0 μm)基体三步法最佳工艺,三步法预处理后的基体均获得均匀致密,晶粒取向为(111)面,抗冲刷性能优异,膜基结合性能好的金刚石涂层。
2024, 53(4):1149-1154.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230087
摘要:
本文采用粉末烧结-溶解法成功制备了孔隙率为63%~78%,孔径1.3~2.2mm的多孔CoCrNi中熵合金,借助SEM和XRD对试样的孔形貌和物相组成进行分析,并对试样进行轴向准静态压缩实验研究。结果表明：多孔CoCrNi中熵合金的弹性模量和屈服平台应力均随孔隙率、孔径的增大而减小；相对孔隙率而言,孔径对力学性能的影响程度较低；不同孔隙率的多孔CoCrNi中熵合金其致密应变下单位体积的能量吸收值为34.8~14.3MJ/m3,约为泡沫铝的3.8倍,且5种孔隙率的理想吸能效率(I)都接近0.8,说明该多孔CoCrNi中熵合金有潜力成为一种理想的吸能材料。
本文采用粉末烧结-溶解法成功制备了孔隙率为63%~78%,孔径1.3~2.2mm的多孔CoCrNi中熵合金,借助SEM和XRD对试样的孔形貌和物相组成进行分析,并对试样进行轴向准静态压缩实验研究。结果表明：多孔CoCrNi中熵合金的弹性模量和屈服平台应力均随孔隙率、孔径的增大而减小；相对孔隙率而言,孔径对力学性能的影响程度较低；不同孔隙率的多孔CoCrNi中熵合金其致密应变下单位体积的能量吸收值为34.8~14.3MJ/m3,约为泡沫铝的3.8倍,且5种孔隙率的理想吸能效率(I)都接近0.8,说明该多孔CoCrNi中熵合金有潜力成为一种理想的吸能材料。
2024, 53(4):1155-1162.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220981
摘要:
本研究采用热轧+电脉冲处理的方式实现了Cu-14Sn-0.3Ti合金强度与延伸率的协同提升，Cu-14Sn-0.3Ti合金在经过70%热轧+10 min电脉冲处理后，延伸率由4.7%提升至40%，强度由298 MPa提升至530 MPa。通过调控热轧及电脉冲处理工艺，研究了形变储能，脉冲电流对减少层错，促进孪晶生长的影响。结果表明，Cu-14Sn-0.3Ti合金的强度与密度随着形变储能的增加而提升。在焦耳热和电子分风力的共同作用下，Cu-14Sn-0.3Ti合金组织中的δ相发生溶解，层错减少。电脉冲处理后孪晶的形成为位错的运动提供了额外的滑移系，提升了Cu-14Sn-0.3Ti合金的延伸率。一方面孪晶的出现对晶粒进行了分割，细化了晶粒，另一方面，孪晶界的产生阻碍了Cu-14Sn-0.3Ti合金形变时位错的运动，使得Cu-14Sn-0.3Ti合金的强度得到提升。
本研究采用热轧+电脉冲处理的方式实现了Cu-14Sn-0.3Ti合金强度与延伸率的协同提升，Cu-14Sn-0.3Ti合金在经过70%热轧+10 min电脉冲处理后，延伸率由4.7%提升至40%，强度由298 MPa提升至530 MPa。通过调控热轧及电脉冲处理工艺，研究了形变储能，脉冲电流对减少层错，促进孪晶生长的影响。结果表明，Cu-14Sn-0.3Ti合金的强度与密度随着形变储能的增加而提升。在焦耳热和电子分风力的共同作用下，Cu-14Sn-0.3Ti合金组织中的δ相发生溶解，层错减少。电脉冲处理后孪晶的形成为位错的运动提供了额外的滑移系，提升了Cu-14Sn-0.3Ti合金的延伸率。一方面孪晶的出现对晶粒进行了分割，细化了晶粒，另一方面，孪晶界的产生阻碍了Cu-14Sn-0.3Ti合金形变时位错的运动，使得Cu-14Sn-0.3Ti合金的强度得到提升。
2024, 53(4):1163-1169.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230051
摘要:
电致变色材料在智能显示和军事伪装等领域具有非常重要的应用前景。为了改善NiO薄膜在碱性电解液中变色响应时间长,循环稳定性差的问题,本文采用水热法制备了锶离子掺杂纳米片状NiO电致变色薄膜,离子掺杂引起的晶格畸变与微纳结构的协同作用,使NiO薄膜展现出了优异的电致变色性能。锶离子掺杂一方面改善了NiO薄膜的电化学特性,从而缩短了电致变色响应时间(着色时间约为4.5 s,褪色时间约为2.7 s),提高了着色效率(CE, 85.2 cm2C-1)。另一方面为NiO晶体结构提供了支撑,增强了电致变色过程中晶体结构的稳定性,从而显著提升了薄膜的循环稳定性(循环次数超过了10000次)。本文的研究结果对促进电致变色材料的工程化应用具有一定的借鉴和指导意义。
电致变色材料在智能显示和军事伪装等领域具有非常重要的应用前景。为了改善NiO薄膜在碱性电解液中变色响应时间长,循环稳定性差的问题,本文采用水热法制备了锶离子掺杂纳米片状NiO电致变色薄膜,离子掺杂引起的晶格畸变与微纳结构的协同作用,使NiO薄膜展现出了优异的电致变色性能。锶离子掺杂一方面改善了NiO薄膜的电化学特性,从而缩短了电致变色响应时间(着色时间约为4.5 s,褪色时间约为2.7 s),提高了着色效率(CE, 85.2 cm2C-1)。另一方面为NiO晶体结构提供了支撑,增强了电致变色过程中晶体结构的稳定性,从而显著提升了薄膜的循环稳定性(循环次数超过了10000次)。本文的研究结果对促进电致变色材料的工程化应用具有一定的借鉴和指导意义。
2024, 53(4):1170-1180.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230132
摘要:
本文综合研究了海洋大气环境下镁合金腐蚀行为的研究进展,比较分析了各种因素对腐蚀行为的影响,对当前研究进展进行总结并对未来研究方向进行展望。在海洋大气环境下,表面薄电解质溶液膜的包覆是镁合金发生电化学腐蚀的主要原因,且多发生局部腐蚀。相比于内陆大气环境,海洋大气中含有较多无机盐气溶胶颗粒,导致点蚀成为主要的局部腐蚀形式。相对湿度的升高会导致薄电解质膜厚度增加,进而加速整体腐蚀速率。随气温上升,镁合金的大气腐蚀速率线性增加,而空气中的CO2可以抑制NaCl对镁合金的侵蚀。该领域未来需更多关注具体使役环境下合金的腐蚀机理,以及各种环境因素对腐蚀行为的协同作用机制,以指导海洋用镁合金材料的设计和制备。
本文综合研究了海洋大气环境下镁合金腐蚀行为的研究进展,比较分析了各种因素对腐蚀行为的影响,对当前研究进展进行总结并对未来研究方向进行展望。在海洋大气环境下,表面薄电解质溶液膜的包覆是镁合金发生电化学腐蚀的主要原因,且多发生局部腐蚀。相比于内陆大气环境,海洋大气中含有较多无机盐气溶胶颗粒,导致点蚀成为主要的局部腐蚀形式。相对湿度的升高会导致薄电解质膜厚度增加,进而加速整体腐蚀速率。随气温上升,镁合金的大气腐蚀速率线性增加,而空气中的CO2可以抑制NaCl对镁合金的侵蚀。该领域未来需更多关注具体使役环境下合金的腐蚀机理,以及各种环境因素对腐蚀行为的协同作用机制,以指导海洋用镁合金材料的设计和制备。
2024, 53(4):1181-1194.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230067
摘要:
小型化、多功能电子产品的发展使器件在封装和组装过程中面临热损伤和基板翘曲等问题。为了减小电子封装和组装过程对芯片和器件的热影响，需要研究和开发低熔点的互连材料。锡铋（Sn-Bi）合金钎料由于低熔点、低成本、良好的润湿性和机械强度等特性受到了广泛关注，但是其中脆性Bi相的偏析却不利于器件的长期服役可靠性。通过在Sn-Bi钎料中添加合金元素构成Sn-xBi-yM形式的合金钎料可以有效改善Sn-Bi合金钎料及其焊点的服役可靠性。本文从钎料合金化的角度出发，分析并总结了不同合金元素对Sn-Bi钎料的熔点、润湿性、微观组织、机械性能、界面反应及可靠性的影响。并根据现有的研究成果，展望了锡铋合金钎料未来的发展方向。
小型化、多功能电子产品的发展使器件在封装和组装过程中面临热损伤和基板翘曲等问题。为了减小电子封装和组装过程对芯片和器件的热影响，需要研究和开发低熔点的互连材料。锡铋（Sn-Bi）合金钎料由于低熔点、低成本、良好的润湿性和机械强度等特性受到了广泛关注，但是其中脆性Bi相的偏析却不利于器件的长期服役可靠性。通过在Sn-Bi钎料中添加合金元素构成Sn-xBi-yM形式的合金钎料可以有效改善Sn-Bi合金钎料及其焊点的服役可靠性。本文从钎料合金化的角度出发，分析并总结了不同合金元素对Sn-Bi钎料的熔点、润湿性、微观组织、机械性能、界面反应及可靠性的影响。并根据现有的研究成果，展望了锡铋合金钎料未来的发展方向。
2024, 53(4):1195-1206.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230127
摘要:
强度-塑性倒置普遍存在于传统均匀或随机微观结构的金属材料,而梯度纳米结构材料由于其晶粒尺寸呈梯度变化,变形过程中不同特征尺寸的结构相互协调,使其具有优异的综合力学性能。近年来,由不同性质的非均质区域构成异质结构的设计理论、制备方法和变形机理逐步完善。本文总结了梯度结构、双峰结构、谐波结构、异质层状结构、分散纳米域和层状纳米孪晶结构等异质结构金属材料的分类及制备方法。结合梯度纳米结构金属在应力加载过程中非均匀塑性变形行为,总结其强塑性机制,包括梯度塑性、几何必须位错、机械驱动的晶粒粗化、表面残余应力和表面扰动和剪切带行为等,并讨论其未来发展所面临的挑战。
强度-塑性倒置普遍存在于传统均匀或随机微观结构的金属材料,而梯度纳米结构材料由于其晶粒尺寸呈梯度变化,变形过程中不同特征尺寸的结构相互协调,使其具有优异的综合力学性能。近年来,由不同性质的非均质区域构成异质结构的设计理论、制备方法和变形机理逐步完善。本文总结了梯度结构、双峰结构、谐波结构、异质层状结构、分散纳米域和层状纳米孪晶结构等异质结构金属材料的分类及制备方法。结合梯度纳米结构金属在应力加载过程中非均匀塑性变形行为,总结其强塑性机制,包括梯度塑性、几何必须位错、机械驱动的晶粒粗化、表面残余应力和表面扰动和剪切带行为等,并讨论其未来发展所面临的挑战。
2024, 53(4):1207-1216.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230086
摘要:
对湿度的精密监测关系着一些潮解材料的保存,电子仪器的测量精准度等各个方面。高性能湿度传感器在现代工业、农业、医疗等领域均具有广泛的用途。湿度敏感材料包括介电材料、半导体材料、金属材料等。作为一种特殊的含有自发电极化的介电材料,铁电材料在湿敏传感器领域的应用越来越受到人们的关注。理论上,铁电材料的电极化对于表面的极性水分子具有强的吸附作用,同时,表面附着的极性水分子也可以反过来影响铁电材料的铁电极化、介电、电阻抗等性能。因此,铁电材料在高性能湿敏传感器件中具有重要的应用前景,铁电湿敏材料具有灵敏度高、响应快、稳定性好等优点。本文综述了铁电湿敏材料的发展历史和现状,详细总结了铁电材料湿度传感的物理机制。将铁电湿敏材料按类别、性质分为铁电纳米、铁电陶瓷、铁电薄膜、铁电单晶四大部分,分别综述了它们湿敏特性的研究进展及影响湿敏性能的各种因素,以期为未来新型铁电材料的湿敏研究提供一些科学参考。
对湿度的精密监测关系着一些潮解材料的保存,电子仪器的测量精准度等各个方面。高性能湿度传感器在现代工业、农业、医疗等领域均具有广泛的用途。湿度敏感材料包括介电材料、半导体材料、金属材料等。作为一种特殊的含有自发电极化的介电材料,铁电材料在湿敏传感器领域的应用越来越受到人们的关注。理论上,铁电材料的电极化对于表面的极性水分子具有强的吸附作用,同时,表面附着的极性水分子也可以反过来影响铁电材料的铁电极化、介电、电阻抗等性能。因此,铁电材料在高性能湿敏传感器件中具有重要的应用前景,铁电湿敏材料具有灵敏度高、响应快、稳定性好等优点。本文综述了铁电湿敏材料的发展历史和现状,详细总结了铁电材料湿度传感的物理机制。将铁电湿敏材料按类别、性质分为铁电纳米、铁电陶瓷、铁电薄膜、铁电单晶四大部分,分别综述了它们湿敏特性的研究进展及影响湿敏性能的各种因素,以期为未来新型铁电材料的湿敏研究提供一些科学参考。
2024, 53(4):1217-1228.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230136
摘要:
近年来,随着难熔金属的研究与深入,传统工艺难以满足在制备难熔金属及其复杂结构的需求。鉴于难熔金属材料的高熔点和优异的高温力学性能,将其与选区激光熔化技术相结合,将为难熔金属的设计提供更大的弹性和可加工性。本文对难熔金属材料的选区激光熔化技术进行了总结。按照材料分类,对钨合金、多孔钽、钼合金以及难熔高熵合金进行评述。因为选区激光熔化难熔金属对低熔点元素、加工参数等敏感,故总结了这些因素对工艺控制和最终零件质量的影响。最后,归纳了当前研究的优势和不足,并对今后的发展趋势进行了展望。
近年来,随着难熔金属的研究与深入,传统工艺难以满足在制备难熔金属及其复杂结构的需求。鉴于难熔金属材料的高熔点和优异的高温力学性能,将其与选区激光熔化技术相结合,将为难熔金属的设计提供更大的弹性和可加工性。本文对难熔金属材料的选区激光熔化技术进行了总结。按照材料分类,对钨合金、多孔钽、钼合金以及难熔高熵合金进行评述。因为选区激光熔化难熔金属对低熔点元素、加工参数等敏感,故总结了这些因素对工艺控制和最终零件质量的影响。最后,归纳了当前研究的优势和不足,并对今后的发展趋势进行了展望。
