2024年第53卷第5期文章目次
2024, 53(5):1229-1235.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230778
摘要:
为了制备出优异、经济友好的钨重合金，在1450~1510 ℃的烧结温度范围内，通过球磨和液相烧结制备了93W-4.6Ni-2.4Fe（质量分数）合金。进一步研究了试样的微观结构和断裂模式。结果表明，在不同烧结温度下，烧结的试样表现出相似的两相显微结构和韧性断裂模式。随着烧结温度的升高，钨颗粒尺寸也逐渐增大。当烧结温度达到或超过1480 ℃时，合金相对密度达到99.0%以上。1480 ℃烧结时可获得具有最佳抗拉伸强度（940 MPa）和延伸率（32.6%）组合的试样。在1480 ℃下烧结的试样具有优异的延展性，这与γ相的网络结构、韧窝的均匀分布以及两相的协同作用有关。试样的高强度归因于细化的钨颗粒尺寸和球形的钨颗粒。
为了制备出优异、经济友好的钨重合金，在1450~1510 ℃的烧结温度范围内，通过球磨和液相烧结制备了93W-4.6Ni-2.4Fe（质量分数）合金。进一步研究了试样的微观结构和断裂模式。结果表明，在不同烧结温度下，烧结的试样表现出相似的两相显微结构和韧性断裂模式。随着烧结温度的升高，钨颗粒尺寸也逐渐增大。当烧结温度达到或超过1480 ℃时，合金相对密度达到99.0%以上。1480 ℃烧结时可获得具有最佳抗拉伸强度（940 MPa）和延伸率（32.6%）组合的试样。在1480 ℃下烧结的试样具有优异的延展性，这与γ相的网络结构、韧窝的均匀分布以及两相的协同作用有关。试样的高强度归因于细化的钨颗粒尺寸和球形的钨颗粒。
2024, 53(5):1236-1244.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230049
摘要:
以金属粉末为原料，采用放电等离子烧结技术制备新型含α-Al2O3的WMoNbTaV难熔高熵合金，研究了烧结温度对合金致密化行为、相结构、显微组织和耐磨性能的影响。结果表明：在1800~1900 ℃烧结时，WMoNbTaV-Al2O3高熵合金基体具有单一bcc相结构，Al2O3的平均晶粒尺寸为1.15 μm。随着烧结温度升高，合金的晶粒尺寸增大，致密度和显微硬度也在不断增高，在1900 ℃烧结时硬度达到7967.4 MPa。1900 ℃烧结得到的合金具有优异的耐磨性，磨损量仅为1800 ℃烧结合金的一半。且WMoNbTaV-Al2O3高熵合金的耐磨性远高于纯W材料。当磨料粒度为37.5 μm时，1900 ℃烧结的合金磨损量为0.9 mg，磨损性能是纯W材料的83倍。
以金属粉末为原料，采用放电等离子烧结技术制备新型含α-Al2O3的WMoNbTaV难熔高熵合金，研究了烧结温度对合金致密化行为、相结构、显微组织和耐磨性能的影响。结果表明：在1800~1900 ℃烧结时，WMoNbTaV-Al2O3高熵合金基体具有单一bcc相结构，Al2O3的平均晶粒尺寸为1.15 μm。随着烧结温度升高，合金的晶粒尺寸增大，致密度和显微硬度也在不断增高，在1900 ℃烧结时硬度达到7967.4 MPa。1900 ℃烧结得到的合金具有优异的耐磨性，磨损量仅为1800 ℃烧结合金的一半。且WMoNbTaV-Al2O3高熵合金的耐磨性远高于纯W材料。当磨料粒度为37.5 μm时，1900 ℃烧结的合金磨损量为0.9 mg，磨损性能是纯W材料的83倍。
2024, 53(5):1245-1251.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230777
摘要:
弥散强化在改善合金性能方面发挥着重要作用，而碳化物和氧化物陶瓷作为常用的弥散强化颗粒，其稳定性对于应用于恶劣环境的核反应堆中的合金非常重要，因此研究SiC、TiC、ZrC、Al2O3、Y2O3 和 ZrO2的抗辐射性具有重要意义。利用 SRIM 程序模拟了不同能量、不同类型的入射离子对不同材料的影响，分析了不同辐照剂量下氧化锆的辐照损伤。结果表明，随着入射离子能量的增加，入射离子在靶材中的分布趋于均匀，入射离子的停止位置和靶材的损伤深度有所增加。入射离子的种类不同，对靶材的损伤程度也大不相同，不利于对比材料的抗辐射能力。在相同的辐照条件下，入射离子的分布随辐照剂量的增加保持不变，但辐照损伤会不断累积直至饱和。在6种物质中，氧化锆和碳化锆的抗辐射性能较好。对氧化锆增强的钨合金在700 ℃进行碳离子辐照实验，发现氧化锆具有良好的辐照性能。
弥散强化在改善合金性能方面发挥着重要作用，而碳化物和氧化物陶瓷作为常用的弥散强化颗粒，其稳定性对于应用于恶劣环境的核反应堆中的合金非常重要，因此研究SiC、TiC、ZrC、Al2O3、Y2O3 和 ZrO2的抗辐射性具有重要意义。利用 SRIM 程序模拟了不同能量、不同类型的入射离子对不同材料的影响，分析了不同辐照剂量下氧化锆的辐照损伤。结果表明，随着入射离子能量的增加，入射离子在靶材中的分布趋于均匀，入射离子的停止位置和靶材的损伤深度有所增加。入射离子的种类不同，对靶材的损伤程度也大不相同，不利于对比材料的抗辐射能力。在相同的辐照条件下，入射离子的分布随辐照剂量的增加保持不变，但辐照损伤会不断累积直至饱和。在6种物质中，氧化锆和碳化锆的抗辐射性能较好。对氧化锆增强的钨合金在700 ℃进行碳离子辐照实验，发现氧化锆具有良好的辐照性能。
2024, 53(5):1321-1331.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230729
摘要:
采用机械球磨和放电等离子烧结法（SPS）制备了W-0.5wt.%ZrC-(1, 3)wt.%Re（WZC1R，WZC3R）和W-0.5wt.%HfC-(1, 3)wt.%Re（WHC1R，WHC3R）四种钨基材料，并对其微结构、力学性能和高温稳定性进行了测试与分析。WZC3R合金在500 ℃时的极限抗拉强度（UTS）高达728 MPa，600 ℃时UTS维持653 MPa，比SPS制备的纯W提升近2.1倍。弥散分布的纳米尺寸ZrC颗粒起到钉扎晶界和位错的作用，提升材料强度，此外抑制晶粒粗化带来细晶强化。WHC3R在400 ℃时，其延伸率为13.9%，韧脆转变温度（DBTT）介于300 和400 ℃，比SPS制备的W-ZrC和纯W分别降低200 ℃和300 ℃。固溶元素Re通过增加可动滑移面的数量，降低引发塑性变形所需的临界应力，从而改善钨材料的韧性。SPS制备的四种钨基材料展现出优异的热稳定性，1600 ℃真空退火1小时后，试样的晶粒尺寸和维氏显微硬度均未显著变化。其原因是Re溶质原子使钨产生晶格畸变，抑制高温下钨原子的扩散，阻碍晶界迁移，减缓钨晶粒粗化的动力学过程，从而提升材料的高温稳定性。
采用机械球磨和放电等离子烧结法（SPS）制备了W-0.5wt.%ZrC-(1, 3)wt.%Re（WZC1R，WZC3R）和W-0.5wt.%HfC-(1, 3)wt.%Re（WHC1R，WHC3R）四种钨基材料，并对其微结构、力学性能和高温稳定性进行了测试与分析。WZC3R合金在500 ℃时的极限抗拉强度（UTS）高达728 MPa，600 ℃时UTS维持653 MPa，比SPS制备的纯W提升近2.1倍。弥散分布的纳米尺寸ZrC颗粒起到钉扎晶界和位错的作用，提升材料强度，此外抑制晶粒粗化带来细晶强化。WHC3R在400 ℃时，其延伸率为13.9%，韧脆转变温度（DBTT）介于300 和400 ℃，比SPS制备的W-ZrC和纯W分别降低200 ℃和300 ℃。固溶元素Re通过增加可动滑移面的数量，降低引发塑性变形所需的临界应力，从而改善钨材料的韧性。SPS制备的四种钨基材料展现出优异的热稳定性，1600 ℃真空退火1小时后，试样的晶粒尺寸和维氏显微硬度均未显著变化。其原因是Re溶质原子使钨产生晶格畸变，抑制高温下钨原子的扩散，阻碍晶界迁移，减缓钨晶粒粗化的动力学过程，从而提升材料的高温稳定性。
2024, 53(5):1332-1342.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230682
摘要:
因其优异的综合理化性能，铌（Nb）被广泛应用于航空航天、核能和超导领域。其涂层制备方法中，熔盐电沉积技术沉积速率快、阴极电流效率高、绕镀性好，有望实现大规模工业化生产和应用。当前广泛使用的氟化物支持电解质体系毒性大、环保性差，亟待开展更环保的全氯化物支持电解质体系的开发工作。为实现支持电解质熔盐物性的调控和络合离子的稳定化，本文在NaCl-KCl体系中添加CsCl，制备全氯化物支持电解质体系，研究CsCl对支持电解质熔盐物理性质及Nb涂层电沉积行为的影响。结果表明，NaCl-KCl-CsCl三元混合熔盐的共晶温度约为485℃，随CsCl含量增加，熔盐的初晶温度先降低后增大，密度增大，电导率和表面张力减小。CsCl通过改变熔盐的初晶温度和电导率影响熔盐中离子的传质速度，进而影响电沉积Nb涂层的表面质量，其优选含量约为60wt.%。CsCl的添加可使熔盐中含氧络合离子NbOF63-的还原电位负于NbF72-，有助于获得不含氧杂质的Nb涂层。
因其优异的综合理化性能，铌（Nb）被广泛应用于航空航天、核能和超导领域。其涂层制备方法中，熔盐电沉积技术沉积速率快、阴极电流效率高、绕镀性好，有望实现大规模工业化生产和应用。当前广泛使用的氟化物支持电解质体系毒性大、环保性差，亟待开展更环保的全氯化物支持电解质体系的开发工作。为实现支持电解质熔盐物性的调控和络合离子的稳定化，本文在NaCl-KCl体系中添加CsCl，制备全氯化物支持电解质体系，研究CsCl对支持电解质熔盐物理性质及Nb涂层电沉积行为的影响。结果表明，NaCl-KCl-CsCl三元混合熔盐的共晶温度约为485℃，随CsCl含量增加，熔盐的初晶温度先降低后增大，密度增大，电导率和表面张力减小。CsCl通过改变熔盐的初晶温度和电导率影响熔盐中离子的传质速度，进而影响电沉积Nb涂层的表面质量，其优选含量约为60wt.%。CsCl的添加可使熔盐中含氧络合离子NbOF63-的还原电位负于NbF72-，有助于获得不含氧杂质的Nb涂层。
2024, 53(5):1343-1348.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230734
摘要:
为研究Mo-14Re钼铼合金高温流变行为及其跨尺度表征,本研究采用Gleeble热模拟试验机对钼铼合金棒材进行了高温压缩试验,选取的温度为1400℃、1500℃、1600℃,应变速率为0.01 /s、0.1 /s、1 /s、10 /s。研究表明,高温和低应变率变形时,应变率敏感因子逐渐增大,材料塑性流动性能也就越好,且变形过程中应力硬化和软化两种现象同时存在。在此基础上,建立了跨尺度本构模型,流变应力表征考虑了与不动位错的阻力、热激活、晶界效应的微观剪切应力,微观组织演变考虑了晶粒尺寸、位错密度、动态再结晶率以及裂纹体积分数等微观组织演变。随后基于遗传算法确定了模型中的材料参数,屈服应力、晶粒尺寸和流变应力的模型计算值与试验结果吻合情况良好,可知该模型可以描述Mo-14Re钼铼合金在高温变形时流变行为及其微观组织演变。
为研究Mo-14Re钼铼合金高温流变行为及其跨尺度表征,本研究采用Gleeble热模拟试验机对钼铼合金棒材进行了高温压缩试验,选取的温度为1400℃、1500℃、1600℃,应变速率为0.01 /s、0.1 /s、1 /s、10 /s。研究表明,高温和低应变率变形时,应变率敏感因子逐渐增大,材料塑性流动性能也就越好,且变形过程中应力硬化和软化两种现象同时存在。在此基础上,建立了跨尺度本构模型,流变应力表征考虑了与不动位错的阻力、热激活、晶界效应的微观剪切应力,微观组织演变考虑了晶粒尺寸、位错密度、动态再结晶率以及裂纹体积分数等微观组织演变。随后基于遗传算法确定了模型中的材料参数,屈服应力、晶粒尺寸和流变应力的模型计算值与试验结果吻合情况良好,可知该模型可以描述Mo-14Re钼铼合金在高温变形时流变行为及其微观组织演变。
2024, 53(5):1349-1354.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230740
摘要:
本文以离心干燥制备含镧钼酸铵为原料，将其焙解为含镧三氧化钼。通过XRD和TG-MS对含镧钼酸铵在空气中的热分解过程进行了分析，并研究了不同焙解温度制备含镧三氧化钼的形貌及理化性能。结果表明，含镧钼酸铵为非晶态、中空近球形颗粒，在热分解过程中经历了3个阶段：室温至196.5℃，离心干燥粉发生从非晶态到晶态的转变；196.5～337.8℃，铵根离子完全分解，有亚稳态β-MoO3生成；337.8～410.1℃，β-MoO3发生相变生成α-MoO3。含镧三氧化钼“遗传”了离心干燥粉形貌，为近球形，随着焙解温度升高，颗粒表面越粗糙，破碎颗粒增多，内部小颗粒由不规则的粘结颗粒向规则的片状转变。焙解温度对含镧三氧化钼杂质元素含量影响不大，但随着温度升高，含镧三氧化钼的粒度和松装密度稍有减小。
本文以离心干燥制备含镧钼酸铵为原料，将其焙解为含镧三氧化钼。通过XRD和TG-MS对含镧钼酸铵在空气中的热分解过程进行了分析，并研究了不同焙解温度制备含镧三氧化钼的形貌及理化性能。结果表明，含镧钼酸铵为非晶态、中空近球形颗粒，在热分解过程中经历了3个阶段：室温至196.5℃，离心干燥粉发生从非晶态到晶态的转变；196.5～337.8℃，铵根离子完全分解，有亚稳态β-MoO3生成；337.8～410.1℃，β-MoO3发生相变生成α-MoO3。含镧三氧化钼“遗传”了离心干燥粉形貌，为近球形，随着焙解温度升高，颗粒表面越粗糙，破碎颗粒增多，内部小颗粒由不规则的粘结颗粒向规则的片状转变。焙解温度对含镧三氧化钼杂质元素含量影响不大，但随着温度升高，含镧三氧化钼的粒度和松装密度稍有减小。
2024, 53(5):1355-1362.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230648
摘要:
钼铼合金具有优良的力学性能和机加工性能,是电子、核工业等领域关键的结构材料。在钼铼合金中加入氧化锆,形成弥散强化作用,并结合形变强化来提高材料的力学性能。研究发现,合金粉粒度随着ZrO2含量的增加而减小,在含量为0.7%时晶粒尺寸最细小均匀；ZrO2颗粒在合金的变形和断裂过程中表现出钉扎效应,显著提升合金的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率等力学性能；ZrO2强化钼铼合金的抗拉强度和断后延伸率在ZrO2含量为0.7%时达到最高值,随后减少；ZrO2基本弥散分布在晶界处并与钼基体形成良好结合界面,可以抑制晶界的迁移,提高钼合金的变形抗力。
钼铼合金具有优良的力学性能和机加工性能,是电子、核工业等领域关键的结构材料。在钼铼合金中加入氧化锆,形成弥散强化作用,并结合形变强化来提高材料的力学性能。研究发现,合金粉粒度随着ZrO2含量的增加而减小,在含量为0.7%时晶粒尺寸最细小均匀；ZrO2颗粒在合金的变形和断裂过程中表现出钉扎效应,显著提升合金的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率等力学性能；ZrO2强化钼铼合金的抗拉强度和断后延伸率在ZrO2含量为0.7%时达到最高值,随后减少；ZrO2基本弥散分布在晶界处并与钼基体形成良好结合界面,可以抑制晶界的迁移,提高钼合金的变形抗力。
2024, 53(5):1363-1370.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230154
摘要:
本文以制备高密度和高热值的活性合金为目标,开展了W-Ce合金的探索研究。以W粉为原料,通过等静压压制制备多孔W骨架,随后对骨架进行烧结,提高骨架强度,最后通过液相熔渗Ce制备出了高密度W为骨架、活性Ce为填充相的W-Ce合金材料。研究了不同W骨架制备工艺得到的W-Ce合金的组织、性能、反应活性,结果表明：W-Ce合金致密度均在95%以上；合金相组成为W、Ce两个单质相,未形成金属间化合物；动态压缩强度范围为621 MPa~905 MPa,动态压缩塑性在20%~30%之间；W-Ce合金具有较低的反应阈值。
本文以制备高密度和高热值的活性合金为目标,开展了W-Ce合金的探索研究。以W粉为原料,通过等静压压制制备多孔W骨架,随后对骨架进行烧结,提高骨架强度,最后通过液相熔渗Ce制备出了高密度W为骨架、活性Ce为填充相的W-Ce合金材料。研究了不同W骨架制备工艺得到的W-Ce合金的组织、性能、反应活性,结果表明：W-Ce合金致密度均在95%以上；合金相组成为W、Ce两个单质相,未形成金属间化合物；动态压缩强度范围为621 MPa~905 MPa,动态压缩塑性在20%~30%之间；W-Ce合金具有较低的反应阈值。
2024, 53(5):1371-1377.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230797
摘要:
采用Gleeble-1500D研究了高密度Ni-42W-10Co-1Mo(wt.%)中/重合金(MHA)在1150~1300°C和应变速率0.001~1s?1下流变行为和微观组织演化规律。研究结果表明,该合金初始组织由面心立方基体和初生σ相构成。流变应力对变形温度和应变速率敏感,在1150℃变形,应力-应变曲线呈现出典型的动态回复软化特征,而在1200-1350℃变形呈现出典型动态再结晶软化特征。基于应力-应变曲线建立Arrhenius本构方程,计算得到Ni-42W-10Co-1Mo合金热变形激活能为446.2 kJ/mol。基于动态材料模型构建该合金热加工图,发现在1300℃高应变速率下存在失稳区。通过微观组织观察,揭示其动态再结晶机制主要为不连续动态再结晶,σ相促进动态再结晶优先在其周围形核。最终优化获得了Ni-42W-10Co-1Mo合金最佳的热加工窗口：1250–1300°C,应变速率0.1–0.01s?1。
采用Gleeble-1500D研究了高密度Ni-42W-10Co-1Mo(wt.%)中/重合金(MHA)在1150~1300°C和应变速率0.001~1s?1下流变行为和微观组织演化规律。研究结果表明,该合金初始组织由面心立方基体和初生σ相构成。流变应力对变形温度和应变速率敏感,在1150℃变形,应力-应变曲线呈现出典型的动态回复软化特征,而在1200-1350℃变形呈现出典型动态再结晶软化特征。基于应力-应变曲线建立Arrhenius本构方程,计算得到Ni-42W-10Co-1Mo合金热变形激活能为446.2 kJ/mol。基于动态材料模型构建该合金热加工图,发现在1300℃高应变速率下存在失稳区。通过微观组织观察,揭示其动态再结晶机制主要为不连续动态再结晶,σ相促进动态再结晶优先在其周围形核。最终优化获得了Ni-42W-10Co-1Mo合金最佳的热加工窗口：1250–1300°C,应变速率0.1–0.01s?1。
2024, 53(5):1378-1384.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230771
摘要:
本文研究了不同热处理温度对冷轧态Ni42W10Co1Mo合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着热处理温度的升高,合金中TCP相由σ相向μ相转变,μ相再向σ相转变,基体组织由条带状变形组织逐渐转变为均匀的等轴晶。经900℃热处理,析出相主要以针状与块状μ相析出为主,同时还有少量颗粒状μ相,发生明显再结晶现象。经1200℃热处理,颗粒状σ相大量析出,基体组织完成静态再结晶过程。TCP相的析出消耗了基体中固溶强化元素W,导致合金的室温屈服强度下降,屈服强度由初始态合金的1564MPa下降至1200℃热处理后的479MPa。小尺寸的σ相能阻碍裂纹的扩展,有利于提升合金的塑性,经1200℃热处理合金延伸率达到了72.4%。然而较大尺寸的μ相对合金的塑性产生不利影响,经900℃热处理后合金延伸率仅有7.1%。
本文研究了不同热处理温度对冷轧态Ni42W10Co1Mo合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着热处理温度的升高,合金中TCP相由σ相向μ相转变,μ相再向σ相转变,基体组织由条带状变形组织逐渐转变为均匀的等轴晶。经900℃热处理,析出相主要以针状与块状μ相析出为主,同时还有少量颗粒状μ相,发生明显再结晶现象。经1200℃热处理,颗粒状σ相大量析出,基体组织完成静态再结晶过程。TCP相的析出消耗了基体中固溶强化元素W,导致合金的室温屈服强度下降,屈服强度由初始态合金的1564MPa下降至1200℃热处理后的479MPa。小尺寸的σ相能阻碍裂纹的扩展,有利于提升合金的塑性,经1200℃热处理合金延伸率达到了72.4%。然而较大尺寸的μ相对合金的塑性产生不利影响,经900℃热处理后合金延伸率仅有7.1%。
12 弥散强化钼合金的研究进展
2024, 53(5):1458-1470.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230688
摘要:
钼及其合金是一类具有高熔点、高强度、高硬度和高导热性等优异特性的难熔金属,广泛应用于航空航天、核能、电子和化工等领域。然而,钼及其合金也存在一些固有缺陷,如高温强度不足、室温延性低、再结晶温度低、抗辐照性能差等。为了提升钼及其合金的性能,研究人员采用了多种方法,其中弥散第二相颗粒是一种简单高效的强化手段。本文综述了已报道的不同金属碳化物和氧化物强化相对钼合金微观结构和力学性能影响的工作结果。分析了氧化物和碳化物的颗粒形貌、尺寸、分布、体积分数以及与钼基体的界面结构对钼合金力学性能的影响,讨论了不同掺杂技术获得高性能钼合金材料的特点,阐述了弥散强化钼合金在工业应用和生产等方面面临的挑战和机遇。本文力求为弥散强化钼合金的设计提供科学依据,扩展钼合金在各领域的广泛应用。
钼及其合金是一类具有高熔点、高强度、高硬度和高导热性等优异特性的难熔金属,广泛应用于航空航天、核能、电子和化工等领域。然而,钼及其合金也存在一些固有缺陷,如高温强度不足、室温延性低、再结晶温度低、抗辐照性能差等。为了提升钼及其合金的性能,研究人员采用了多种方法,其中弥散第二相颗粒是一种简单高效的强化手段。本文综述了已报道的不同金属碳化物和氧化物强化相对钼合金微观结构和力学性能影响的工作结果。分析了氧化物和碳化物的颗粒形貌、尺寸、分布、体积分数以及与钼基体的界面结构对钼合金力学性能的影响,讨论了不同掺杂技术获得高性能钼合金材料的特点,阐述了弥散强化钼合金在工业应用和生产等方面面临的挑战和机遇。本文力求为弥散强化钼合金的设计提供科学依据,扩展钼合金在各领域的广泛应用。
2024, 53(5):1252-1261.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230036
摘要:
钎焊铝蜂窝夹层结构板常用于高速列车的地板和船舶的甲板。其中四层铝复合板（4343/3003/6111/3003）作为该蜂窝结构的面板常暴露于腐蚀性环境中。经过成分优化的6111铝合金作为四层铝复合板的主要支撑层材料，其组织结构和表面状态对腐蚀 性能有很大影响。采用不同粒度的砂纸磨削6111铝合金，研究了不同程度磨削后6111铝合金的微观组织和表面腐蚀行为。结果表明：6111合金中的AlFeSi(Mn, Cu)相的电位高于基体电位，这种相作为阴极与相邻基体形成多级体系，加剧了表面腐蚀。同时，较光滑的表面具有更好的耐腐蚀性。当表面粗糙度从18.03 μm降至0.92 μm时，表面几何体积由0.629 mm3减少至0.029 mm3，金属间化合物AlFeSi(Mn，Cu)粒子的平均数量由1631 mm-2减少至917 mm-2，其面积分数由3.93%降至0.92%。相应地，平均腐蚀深度由237 μm降至95 μm。
钎焊铝蜂窝夹层结构板常用于高速列车的地板和船舶的甲板。其中四层铝复合板（4343/3003/6111/3003）作为该蜂窝结构的面板常暴露于腐蚀性环境中。经过成分优化的6111铝合金作为四层铝复合板的主要支撑层材料，其组织结构和表面状态对腐蚀 性能有很大影响。采用不同粒度的砂纸磨削6111铝合金，研究了不同程度磨削后6111铝合金的微观组织和表面腐蚀行为。结果表明：6111合金中的AlFeSi(Mn, Cu)相的电位高于基体电位，这种相作为阴极与相邻基体形成多级体系，加剧了表面腐蚀。同时，较光滑的表面具有更好的耐腐蚀性。当表面粗糙度从18.03 μm降至0.92 μm时，表面几何体积由0.629 mm3减少至0.029 mm3，金属间化合物AlFeSi(Mn，Cu)粒子的平均数量由1631 mm-2减少至917 mm-2，其面积分数由3.93%降至0.92%。相应地，平均腐蚀深度由237 μm降至95 μm。
2024, 53(5):1262-1267.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230510
摘要:
固溶处理是常见的提升7050铝合金综合性能的热处理手段，但由于7050合金存在一定的淬火敏感性，淬火水温是影响其性能的一个重要因素，不同的淬火水温会影响合金获得的固溶体饱和度和析出相尺寸，进而影响合金性能。研究了固溶处理时，冷却水温度对7050铝合金组织性能的影响。结果表明，随着淬火水温的升高，通过EBSD分析得出合金的大角度晶界比例逐渐提升，位错主要集中在大角度晶界和晶界密集的区域，合金中晶界处不断产生析出相并长大，合金硬度呈现先增加后降低的趋势，耐腐蚀性能随着淬火水温的升高持续变差。50 ℃水温淬火时合金具有良好的综合性能，显微硬度为1707.16 MPa，腐蚀电位为?0.927 V。
固溶处理是常见的提升7050铝合金综合性能的热处理手段，但由于7050合金存在一定的淬火敏感性，淬火水温是影响其性能的一个重要因素，不同的淬火水温会影响合金获得的固溶体饱和度和析出相尺寸，进而影响合金性能。研究了固溶处理时，冷却水温度对7050铝合金组织性能的影响。结果表明，随着淬火水温的升高，通过EBSD分析得出合金的大角度晶界比例逐渐提升，位错主要集中在大角度晶界和晶界密集的区域，合金中晶界处不断产生析出相并长大，合金硬度呈现先增加后降低的趋势，耐腐蚀性能随着淬火水温的升高持续变差。50 ℃水温淬火时合金具有良好的综合性能，显微硬度为1707.16 MPa，腐蚀电位为?0.927 V。
2024, 53(5):1268-1276.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230516
摘要:
熔融氯化物盐是优异的传热流体和热能储存介质，在太阳能发电领域具有广泛的应用价值。但在实际工作环境下，熔融氯化物盐对金属管道（Inconel 625合金）有较强的腐蚀性，Inconel 625焊丝通常作为修补材料在太阳能管道修补上使用。为了解决熔融氯化物盐对Inconel 625熔敷金属的强腐蚀性问题，采用MAG焊堆焊出Inconel 625熔敷金属，探究在KCl-MgCl2熔盐中加入纳米级MgO颗粒与MgCl2·6H2O原位自生MgO对KCl-MgCl2盐腐蚀性的影响。结果表明：Inconel 625熔敷金属在KCl-MgCl2、KCl-MgCl2+5% MgO和KCl-MgCl2+5% MgCl2·6H2O（质量分数）中经过72 h的腐蚀后，试样的质量损失分别为0.00714、0.00512和0.00308 g·cm-2。Inconel 625熔敷金属在原位自生MgO熔盐中的腐蚀速率同比降低56.86%和39.85%。熔盐中加入纳米MgO颗粒虽然能够缓解氯化物熔盐的腐蚀性，但熔盐发生团聚或沉降现象，导致MgO和MgCr2O4保护壳层分布不均匀；在熔盐中添加MgCl2·6H2O使其原位生成MgO，生成的MgO和MgCr2O4保护壳层更加均匀，能够阻碍腐蚀性介质侵蚀，是降低氯化物熔盐腐蚀性的有效方法。
熔融氯化物盐是优异的传热流体和热能储存介质，在太阳能发电领域具有广泛的应用价值。但在实际工作环境下，熔融氯化物盐对金属管道（Inconel 625合金）有较强的腐蚀性，Inconel 625焊丝通常作为修补材料在太阳能管道修补上使用。为了解决熔融氯化物盐对Inconel 625熔敷金属的强腐蚀性问题，采用MAG焊堆焊出Inconel 625熔敷金属，探究在KCl-MgCl2熔盐中加入纳米级MgO颗粒与MgCl2·6H2O原位自生MgO对KCl-MgCl2盐腐蚀性的影响。结果表明：Inconel 625熔敷金属在KCl-MgCl2、KCl-MgCl2+5% MgO和KCl-MgCl2+5% MgCl2·6H2O（质量分数）中经过72 h的腐蚀后，试样的质量损失分别为0.00714、0.00512和0.00308 g·cm-2。Inconel 625熔敷金属在原位自生MgO熔盐中的腐蚀速率同比降低56.86%和39.85%。熔盐中加入纳米MgO颗粒虽然能够缓解氯化物熔盐的腐蚀性，但熔盐发生团聚或沉降现象，导致MgO和MgCr2O4保护壳层分布不均匀；在熔盐中添加MgCl2·6H2O使其原位生成MgO，生成的MgO和MgCr2O4保护壳层更加均匀，能够阻碍腐蚀性介质侵蚀，是降低氯化物熔盐腐蚀性的有效方法。
2024, 53(5):1277-1286.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230545
摘要:
采用热压+热轧复合法在500 ℃制备了3层、5层和7层配置的Ti/Al多层复合材料（LMCs），研究了拉伸和埃里克森杯突试验过程中复合板的裂纹萌生和扩展行为，分析了界面约束效应对复合板力学性能和冲压成形性能的影响机理。结果表明，复合板界面具有微米级厚度的金属间相，导致其具有较强的界面结合。随复合板层数的增加，其屈服强度（YS）和极限抗拉强度（UTS）增加，延伸率（EL）和韧性降低，且由于热轧形成了强基面织构，复合板力学性能的各向异性明显增加。同时，复合板的加工硬化指数（n）和塑性应变比（r）均降低，屈强比（σs/σb）增大，这些均导致了复合板的冲压成形性能变差。对于层数较少的复合板，在断裂过程中界面脱粘起了主要作用。由于界面结合不佳，界面易发生分层，通过抑制裂纹萌生、促进裂纹偏转和钝化、降低裂纹扩展的驱动力，有效地延缓了复合板的断裂失效。
采用热压+热轧复合法在500 ℃制备了3层、5层和7层配置的Ti/Al多层复合材料（LMCs），研究了拉伸和埃里克森杯突试验过程中复合板的裂纹萌生和扩展行为，分析了界面约束效应对复合板力学性能和冲压成形性能的影响机理。结果表明，复合板界面具有微米级厚度的金属间相，导致其具有较强的界面结合。随复合板层数的增加，其屈服强度（YS）和极限抗拉强度（UTS）增加，延伸率（EL）和韧性降低，且由于热轧形成了强基面织构，复合板力学性能的各向异性明显增加。同时，复合板的加工硬化指数（n）和塑性应变比（r）均降低，屈强比（σs/σb）增大，这些均导致了复合板的冲压成形性能变差。对于层数较少的复合板，在断裂过程中界面脱粘起了主要作用。由于界面结合不佳，界面易发生分层，通过抑制裂纹萌生、促进裂纹偏转和钝化、降低裂纹扩展的驱动力，有效地延缓了复合板的断裂失效。
2024, 53(5):1287-1295.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230026
摘要:
采用自行设计的感应线圈、刚性拘束工装与实验室现有感应加热装置结合，以5 mm厚TC4钛合金为母材进行局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接（TSCB），探究了不同加热温度和热处理对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明，加热温度过低（900 ℃）会导致原子扩散不充分，加热温度过高（990 ℃，超过β→α相变温度）会形成的粗大魏氏体组织，导致接头力学性能降低。随着温度的升高，热拘束应力场对接头施加的压力先升高后降低，接头的连接质量也先升高后降低。只有加热温度为950 ℃即稍低于β→α相变温度时，组织分布最均匀，等轴α相晶粒最明显，且原子扩散更充分，应力场对接头施加的压力最高，接头力学性能最好。经650 ℃/3 h退火热处理后，发生了α→β相变，晶格的畸变程度降低，晶粒细化。TSCB接头残余应力状态由拉应力转变为压应力。残余应力显著降低，应力得到释放，从而提高了TSCB接头的力学性能，解决了TSCB接头塑性较低的问题。
采用自行设计的感应线圈、刚性拘束工装与实验室现有感应加热装置结合，以5 mm厚TC4钛合金为母材进行局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接（TSCB），探究了不同加热温度和热处理对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明，加热温度过低（900 ℃）会导致原子扩散不充分，加热温度过高（990 ℃，超过β→α相变温度）会形成的粗大魏氏体组织，导致接头力学性能降低。随着温度的升高，热拘束应力场对接头施加的压力先升高后降低，接头的连接质量也先升高后降低。只有加热温度为950 ℃即稍低于β→α相变温度时，组织分布最均匀，等轴α相晶粒最明显，且原子扩散更充分，应力场对接头施加的压力最高，接头力学性能最好。经650 ℃/3 h退火热处理后，发生了α→β相变，晶格的畸变程度降低，晶粒细化。TSCB接头残余应力状态由拉应力转变为压应力。残余应力显著降低，应力得到释放，从而提高了TSCB接头的力学性能，解决了TSCB接头塑性较低的问题。
2024, 53(5):1385-1390.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230521
摘要:
本研究以共晶型Al-14Cu-7Ce合金作为研究对象，通过调整Mg元素的添加量，探究其微观组织演变与导热和力学性能的变化规律。结果表明，铸态Al-14Cu-7Ce合金主要由α-Al和Al8CeCu4两相组成，其微观组织由粗大的共晶组织(α-Al+ Al8CeCu4)构成。添加少量Mg元素可细化该共晶组织，提高其力学性能。当Mg元素的添加量为1.0%时，合金的屈服强度和抗拉强度分别提升至164 MPa和263 MPa，提升幅度为29%和19%，断后延伸率提升至4.5%，提升幅度为约41%，导热率为130.2 W/(m·K)，下降幅度约为12%。随着Mg元素进一步添加至2.0%，合金的力学性能指标有所下降，其屈服强度和抗拉强度分别降至151 MPa和249 MPa，其断后延伸率降为3.9%，导热率降至108.3 W/(m·K)。合金导热率下降主要原因是固溶的Mg原子形成散射源，阻碍电子在晶格内的运动，减小了电子和声子的平均自由程。当Mg添加量达到2.0%时，Mg与Al和Cu元素发生冶金反应生成Al2MgCu相，以鱼骨状共晶组织(α-Al+ Al2MgCu)形式分布于晶界处，增加合金中第二相的体积分数，进一步恶化合金的导电导热性能。而合金的力学性能下降主要由于存在 (α-Al+ Al8CeCu4)和(α-Al+ Al2MgCu)两种共晶组织，增加相界面处微裂纹萌生的位点。综上所述，添加1.0%Mg元素可获得兼具高强度和高导热的Al-Cu-Ce共晶合金。
本研究以共晶型Al-14Cu-7Ce合金作为研究对象，通过调整Mg元素的添加量，探究其微观组织演变与导热和力学性能的变化规律。结果表明，铸态Al-14Cu-7Ce合金主要由α-Al和Al8CeCu4两相组成，其微观组织由粗大的共晶组织(α-Al+ Al8CeCu4)构成。添加少量Mg元素可细化该共晶组织，提高其力学性能。当Mg元素的添加量为1.0%时，合金的屈服强度和抗拉强度分别提升至164 MPa和263 MPa，提升幅度为29%和19%，断后延伸率提升至4.5%，提升幅度为约41%，导热率为130.2 W/(m·K)，下降幅度约为12%。随着Mg元素进一步添加至2.0%，合金的力学性能指标有所下降，其屈服强度和抗拉强度分别降至151 MPa和249 MPa，其断后延伸率降为3.9%，导热率降至108.3 W/(m·K)。合金导热率下降主要原因是固溶的Mg原子形成散射源，阻碍电子在晶格内的运动，减小了电子和声子的平均自由程。当Mg添加量达到2.0%时，Mg与Al和Cu元素发生冶金反应生成Al2MgCu相，以鱼骨状共晶组织(α-Al+ Al2MgCu)形式分布于晶界处，增加合金中第二相的体积分数，进一步恶化合金的导电导热性能。而合金的力学性能下降主要由于存在 (α-Al+ Al8CeCu4)和(α-Al+ Al2MgCu)两种共晶组织，增加相界面处微裂纹萌生的位点。综上所述，添加1.0%Mg元素可获得兼具高强度和高导热的Al-Cu-Ce共晶合金。
2024, 53(5):1391-1400.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230334
摘要:
本文基于XRD、XPS、H2-TPR等理化特性表征方法与催化剂活性评价方法，研究了掺杂不同双金属氧化物催化型颗粒捕集器（CDPF）样品水热老化状态下的理化特性与催化活性。结果表明：掺杂Ce-Zr双金属氧化物的CDPF样品物相结构和晶胞参数稳定性较好，掺杂Zr-Fe双金属氧化物的CDPF样品能较好地抑制老化后载体表面贵金属分散度的降低程度。掺杂Fe-Ce和Zr-Fe的CDPF样品在高温老化过程中分散的金属氧化物会再次发生固溶而形成较多的固溶体，带来更多氧空位。经历高温水热老化后，CDPF样品的还原峰均不同程度地向高温方向迁移，其中掺杂Fe-Ce的CDPF样品还原峰迁移幅度较低，掺杂Ce-Zr的CDPF样品还原峰向迁移幅度较大。掺杂Fe-Ce和Zr-Fe的CDPF样品老化后对CO的氧化活性较高，劣化程度较小，并且保持较好的NO催化选择性。掺杂Ce-Zr的CDPF样品老化后对C3H8氧化活性略有下降。
本文基于XRD、XPS、H2-TPR等理化特性表征方法与催化剂活性评价方法，研究了掺杂不同双金属氧化物催化型颗粒捕集器（CDPF）样品水热老化状态下的理化特性与催化活性。结果表明：掺杂Ce-Zr双金属氧化物的CDPF样品物相结构和晶胞参数稳定性较好，掺杂Zr-Fe双金属氧化物的CDPF样品能较好地抑制老化后载体表面贵金属分散度的降低程度。掺杂Fe-Ce和Zr-Fe的CDPF样品在高温老化过程中分散的金属氧化物会再次发生固溶而形成较多的固溶体，带来更多氧空位。经历高温水热老化后，CDPF样品的还原峰均不同程度地向高温方向迁移，其中掺杂Fe-Ce的CDPF样品还原峰迁移幅度较低，掺杂Ce-Zr的CDPF样品还原峰向迁移幅度较大。掺杂Fe-Ce和Zr-Fe的CDPF样品老化后对CO的氧化活性较高，劣化程度较小，并且保持较好的NO催化选择性。掺杂Ce-Zr的CDPF样品老化后对C3H8氧化活性略有下降。
2024, 53(5):1401-1408.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230153
摘要:
使用产量与性能稳定的工业化生产的黑色二氧化钛制备成QDSSCs的光阳极，通过性能表征与理论计算研究，与常见的Anatase TiO2，Rutile TiO2展开了全面对比。结果表明，由于氧空位的引入导致Magonelli Ti8O15的导带底下降，带隙收缩，吸收光谱范围由紫外光扩展至可见光与近红外，而且吸光度也极大提高。其阻抗也随之减小，明显低于Anatase TiO2，Rutile TiO2。这导致其组装的QDSSCs的性能获得极大提升，尤其是FF与Jsc表现最为显著，最终获得了PCE 5.3%优异成绩。这项工作进一步丰富了黑色二氧化钛的研究，在工业化生产黑色二氧化钛组装太阳能电池领域取得了阶段性成果，为太阳能电池的生产提供了新的可能。
使用产量与性能稳定的工业化生产的黑色二氧化钛制备成QDSSCs的光阳极，通过性能表征与理论计算研究，与常见的Anatase TiO2，Rutile TiO2展开了全面对比。结果表明，由于氧空位的引入导致Magonelli Ti8O15的导带底下降，带隙收缩，吸收光谱范围由紫外光扩展至可见光与近红外，而且吸光度也极大提高。其阻抗也随之减小，明显低于Anatase TiO2，Rutile TiO2。这导致其组装的QDSSCs的性能获得极大提升，尤其是FF与Jsc表现最为显著，最终获得了PCE 5.3%优异成绩。这项工作进一步丰富了黑色二氧化钛的研究，在工业化生产黑色二氧化钛组装太阳能电池领域取得了阶段性成果，为太阳能电池的生产提供了新的可能。
2024, 53(5):1409-1416.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230163
摘要:
采用Gleeble-3800热模拟机对TB15钛合金进行等温恒应变速率热压缩试验，研究其在变形温度为810～930℃、应变速率为0.001～10s-1和高度压下量为60%条件下的热变形行为；建立了物理、支持向量回归(SVR)和响应面三种本构关系模型来预测TB15钛合金的流动应力，同时对比了三种本构模型的预测精度。结果表明:TB15钛合金的流动应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小，峰值应力的变化对应变速率的敏感性更高；物理本构模型、SVR本构模型和响应面本构模型相关系数R均大于0.98，但是响应面本构模型的R值达到了0.993，而且响应面本构模型的相对误差在±5%范围内的预测值频率达到了67.9%，大于物理本构模型的58.6%。同时经过方差分析得到所构建的响应面本构模型的显著性检验值P<0.0001，表明响应面本构模型预测的流动应力与变形温度、应变速率和应变之间的回归关系显著，比物理本构模型和SVR本构模型有更高的精度，能够更好的预测TB15钛合金的流动应力。
采用Gleeble-3800热模拟机对TB15钛合金进行等温恒应变速率热压缩试验，研究其在变形温度为810～930℃、应变速率为0.001～10s-1和高度压下量为60%条件下的热变形行为；建立了物理、支持向量回归(SVR)和响应面三种本构关系模型来预测TB15钛合金的流动应力，同时对比了三种本构模型的预测精度。结果表明:TB15钛合金的流动应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小，峰值应力的变化对应变速率的敏感性更高；物理本构模型、SVR本构模型和响应面本构模型相关系数R均大于0.98，但是响应面本构模型的R值达到了0.993，而且响应面本构模型的相对误差在±5%范围内的预测值频率达到了67.9%，大于物理本构模型的58.6%。同时经过方差分析得到所构建的响应面本构模型的显著性检验值P<0.0001，表明响应面本构模型预测的流动应力与变形温度、应变速率和应变之间的回归关系显著，比物理本构模型和SVR本构模型有更高的精度，能够更好的预测TB15钛合金的流动应力。
2024, 53(5):1417-1428.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230167
摘要:
随着氮氧化物危害的日益加剧，脱硝催化剂的发展已成为对其进行治理的关键因素。本文通过水热、煅烧两步法制备了Ni0.09Ti0.91O2纳米管负载铜的脱硝催化剂，研究了该类催化剂的结构和脱硝性能。采用N2物理吸附、X射线衍射、扫描电子电镜、透射电镜等方法确定了催化剂的结构，Ni0.09Ti0.91O2纳米管为锐钛矿结构，铜原子团簇分布在纳米管表面，氮气吸脱附实验测定Ni0.09Ti0.91O2负载铜前后的比表面积分别为263.51和216.5422 m2 g-1，纳米管表面铜分散均匀，提高了其催化脱硝性能，Ni0.09Ti0.91O2纳米管负载7 wt%铜催化剂的脱硝效率接近100%，而且具有良好的抗中毒性能。原位漫反射红外光谱测试表明其 NH3-SCR 过程遵循L-H机制，作为对比文章同时研究了Ni0.09Ti0.91O2纳米颗粒负载铜的脱硝性能。Ni0.09Ti0.91O2纳米管负载7 wt%铜催化剂显示出良好的应用前景。
随着氮氧化物危害的日益加剧，脱硝催化剂的发展已成为对其进行治理的关键因素。本文通过水热、煅烧两步法制备了Ni0.09Ti0.91O2纳米管负载铜的脱硝催化剂，研究了该类催化剂的结构和脱硝性能。采用N2物理吸附、X射线衍射、扫描电子电镜、透射电镜等方法确定了催化剂的结构，Ni0.09Ti0.91O2纳米管为锐钛矿结构，铜原子团簇分布在纳米管表面，氮气吸脱附实验测定Ni0.09Ti0.91O2负载铜前后的比表面积分别为263.51和216.5422 m2 g-1，纳米管表面铜分散均匀，提高了其催化脱硝性能，Ni0.09Ti0.91O2纳米管负载7 wt%铜催化剂的脱硝效率接近100%，而且具有良好的抗中毒性能。原位漫反射红外光谱测试表明其 NH3-SCR 过程遵循L-H机制，作为对比文章同时研究了Ni0.09Ti0.91O2纳米颗粒负载铜的脱硝性能。Ni0.09Ti0.91O2纳米管负载7 wt%铜催化剂显示出良好的应用前景。
2024, 53(5):1429-1436.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230169
摘要:
TiO2负极因其在锂离子电池充放电过程中具有良好的结构稳定性和安全性而受到广泛的关注。然而，TiO2固有的导电性差限制了其在高电流密度下的容量及循环稳定性。本文，通过真空机械压注法和随后的退火处理成功制备了同轴氧化铟锡-TiO2纳米管复合物(ITO-TiO2NTs)。作为锂离子电池的负极材料，在0.2 A g?1的电流密度下，ITO-TiO2NTs在350次循环后表现出295.9 mAh g?1的高容量。ITO在三维结构中充当导电电芯的角色，提高整体的导电性，促进电子和锂离子快速传输，从而提高复合材料循环稳定性和倍率性能。本文所提出的真空机械压注法对TiO2纳米管阵列薄膜材料的复合改性提供了简单、高效的方法，具有重要意义。
TiO2负极因其在锂离子电池充放电过程中具有良好的结构稳定性和安全性而受到广泛的关注。然而，TiO2固有的导电性差限制了其在高电流密度下的容量及循环稳定性。本文，通过真空机械压注法和随后的退火处理成功制备了同轴氧化铟锡-TiO2纳米管复合物(ITO-TiO2NTs)。作为锂离子电池的负极材料，在0.2 A g?1的电流密度下，ITO-TiO2NTs在350次循环后表现出295.9 mAh g?1的高容量。ITO在三维结构中充当导电电芯的角色，提高整体的导电性，促进电子和锂离子快速传输，从而提高复合材料循环稳定性和倍率性能。本文所提出的真空机械压注法对TiO2纳米管阵列薄膜材料的复合改性提供了简单、高效的方法，具有重要意义。
2024, 53(5):1437-1443.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230162
摘要:
本文以Zn-3Cu合金为研究对象。研究了轧制变形量对Zn-3Cu合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。研究结果表明，随着轧制变形量的增加，Zn-3Cu合金基体晶粒细化程度不断加深，合金中的CuZn5相沿着轧制方向不断被拉长并出现部分断裂。Zn-3Cu合金的强度先增后减，塑性不断增强，60%变形量的Zn-3Cu合金具有最高的屈服强度，达到了263.1 ± 4.9 MPa。 随着变形量增加，轧态Zn-3Cu合金的耐腐蚀性能逐渐减弱，铸态Zn-3Cu合金表现优异的耐腐蚀性能。
本文以Zn-3Cu合金为研究对象。研究了轧制变形量对Zn-3Cu合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。研究结果表明，随着轧制变形量的增加，Zn-3Cu合金基体晶粒细化程度不断加深，合金中的CuZn5相沿着轧制方向不断被拉长并出现部分断裂。Zn-3Cu合金的强度先增后减，塑性不断增强，60%变形量的Zn-3Cu合金具有最高的屈服强度，达到了263.1 ± 4.9 MPa。 随着变形量增加，轧态Zn-3Cu合金的耐腐蚀性能逐渐减弱，铸态Zn-3Cu合金表现优异的耐腐蚀性能。
2024, 53(5):1444-1448.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230273
摘要:
本文以8μm不锈钢纤维毛毡为原料，利用体积称重法和高温烧结工艺制备出具有不同孔隙率、平均孔径和厚度的不锈钢纤维多孔材料。通过结构优化设计了正梯度结构、反梯度结构和薄膜复合结构，对三种结构进行了隔声性能的测试，分别研究了三种结构的隔声特性。隔声结果表明，不锈钢纤维多孔材料具有一定的隔声性能，厚度为20mm，孔隙率为85%，在50~6400Hz频率范围内，不锈钢纤维多孔材料的平均隔声量为18.92 dB；其孔隙率越低，平均孔径越小，厚度越厚，材料的隔声性能越好；设计的正梯度和反梯度结构的隔声性能比单层不锈钢纤维多孔材料的隔声性能差；添加金属薄膜的不锈钢纤维多孔复合材料在中高频处的隔声性能有很大提高，厚度为20mm，平均隔声量达27.86dB，最高处提高16.96dB。
本文以8μm不锈钢纤维毛毡为原料，利用体积称重法和高温烧结工艺制备出具有不同孔隙率、平均孔径和厚度的不锈钢纤维多孔材料。通过结构优化设计了正梯度结构、反梯度结构和薄膜复合结构，对三种结构进行了隔声性能的测试，分别研究了三种结构的隔声特性。隔声结果表明，不锈钢纤维多孔材料具有一定的隔声性能，厚度为20mm，孔隙率为85%，在50~6400Hz频率范围内，不锈钢纤维多孔材料的平均隔声量为18.92 dB；其孔隙率越低，平均孔径越小，厚度越厚，材料的隔声性能越好；设计的正梯度和反梯度结构的隔声性能比单层不锈钢纤维多孔材料的隔声性能差；添加金属薄膜的不锈钢纤维多孔复合材料在中高频处的隔声性能有很大提高，厚度为20mm，平均隔声量达27.86dB，最高处提高16.96dB。
2024, 53(5):1449-1457.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230266
摘要:
TC21合金具备较高的强度和断裂韧性，然而其拉伸和冲击韧性的内在控制机理差异还不明确。本文通过调控固溶温度和冷却速率制备出不同显微组织，研究其拉伸和冲击性能。结果表明，拉伸和冲击韧性表现出不同的变化规律，塑性较好的双态组织的冲击韧性比塑性最差的全片层组织的冲击韧性低，说明拉伸性能和冲击韧性的内在控制机理有所不同，时效后的性能（时效后塑性无明显变化但冲击韧性显著下降）进一步证实了这一点。拉伸变形时，试样在发生颈缩前整个区域均发生塑性变形，双态组织中αp和βt之间发生的协调变形得以充分发挥，而全片层组织集束尺寸较大且其内部片层α取向一致，位错滑移长度较大，易发生塑性应变局域化，造成其强塑性匹配差于双态组织。冲击时，高应变速率作用下裂纹在缺口根部快速萌生和扩展，塑性变形集中在裂纹尖端附近小范围内，造成双态组织中αp和βt之间的协调变形不能充分发挥，而全片层组织的集束尺寸较大，导致集束界面对塑性变形的影响较小，此时片层α和β成为控制塑性变形的有效单元，粗片层α和β具有较好的塑性变形能力，造成其获得较高的萌生功，和拉伸表现出较差的塑性相悖，此外，大角度α集束界面造成裂纹偏转而形成曲折的路径，最终造成其冲击韧性高于双态组织。为获得拉伸性能和冲击韧性的良好匹配，可通过热处理调制出由含量较少的αp和内部形成粗大片层α和β的βt所构成的双态组织。
TC21合金具备较高的强度和断裂韧性，然而其拉伸和冲击韧性的内在控制机理差异还不明确。本文通过调控固溶温度和冷却速率制备出不同显微组织，研究其拉伸和冲击性能。结果表明，拉伸和冲击韧性表现出不同的变化规律，塑性较好的双态组织的冲击韧性比塑性最差的全片层组织的冲击韧性低，说明拉伸性能和冲击韧性的内在控制机理有所不同，时效后的性能（时效后塑性无明显变化但冲击韧性显著下降）进一步证实了这一点。拉伸变形时，试样在发生颈缩前整个区域均发生塑性变形，双态组织中αp和βt之间发生的协调变形得以充分发挥，而全片层组织集束尺寸较大且其内部片层α取向一致，位错滑移长度较大，易发生塑性应变局域化，造成其强塑性匹配差于双态组织。冲击时，高应变速率作用下裂纹在缺口根部快速萌生和扩展，塑性变形集中在裂纹尖端附近小范围内，造成双态组织中αp和βt之间的协调变形不能充分发挥，而全片层组织的集束尺寸较大，导致集束界面对塑性变形的影响较小，此时片层α和β成为控制塑性变形的有效单元，粗片层α和β具有较好的塑性变形能力，造成其获得较高的萌生功，和拉伸表现出较差的塑性相悖，此外，大角度α集束界面造成裂纹偏转而形成曲折的路径，最终造成其冲击韧性高于双态组织。为获得拉伸性能和冲击韧性的良好匹配，可通过热处理调制出由含量较少的αp和内部形成粗大片层α和β的βt所构成的双态组织。
2024, 53(5):1296-1309.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230543
摘要:
钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异，已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而，较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理（LST）技术在不改变材料体积的情况下增强表面性能，成为钛合金表面改性的一种有利手段。综述了利用LST技术对钛及其合金材料进行表面改性的研究进展和应用现状。分析了激光相变硬化、激光表面重熔、激光冲击喷丸、激光表面合金化、激光熔覆和复合LST的机理、工艺参数、表面特性和微观结构。总结了LST在航空航天、医学等领域的应用，介绍了现有的局限性，提出了未来的研究方向，并对LST在钛及其合金材料上的发展趋势进行了展望，以推进LST创新，为钛合金在多领域中的应用开辟新途径。
钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异，已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而，较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理（LST）技术在不改变材料体积的情况下增强表面性能，成为钛合金表面改性的一种有利手段。综述了利用LST技术对钛及其合金材料进行表面改性的研究进展和应用现状。分析了激光相变硬化、激光表面重熔、激光冲击喷丸、激光表面合金化、激光熔覆和复合LST的机理、工艺参数、表面特性和微观结构。总结了LST在航空航天、医学等领域的应用，介绍了现有的局限性，提出了未来的研究方向，并对LST在钛及其合金材料上的发展趋势进行了展望，以推进LST创新，为钛合金在多领域中的应用开辟新途径。
2024, 53(5):1310-1320.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230027
摘要:
镁合金凭借与人骨相近的弹性模量、体内自发的可降解性及优异的生物相容性，在生物医用领域表现出巨大的发展潜力。然而，镁合金室温塑性成形差及绝对抗拉强度/屈服强度低，限制了其广泛应用。热变形作为一种有效改善镁合金力学性能的方式，具有细化晶粒及破坏连续大尺寸第二相等特征，通过引入高密度位错进而显著提高材料强度和塑性。因此，从热变形医用镁合金组织演变特征出发，以变形方式为分类依据，综述了近年来医用镁合金热变形的研究动态。概述了轧制、锻造、挤压、高压扭转等4种典型热变形工艺的差异性特征。在此基础上，阐述了不同热变形工艺下医用镁合金的晶粒细化机制，动态再结晶过程和位错增殖对力学性能的影响规律。进一步归纳了热变形医用镁合金微观组织结构及力学性能的本质关联。
镁合金凭借与人骨相近的弹性模量、体内自发的可降解性及优异的生物相容性，在生物医用领域表现出巨大的发展潜力。然而，镁合金室温塑性成形差及绝对抗拉强度/屈服强度低，限制了其广泛应用。热变形作为一种有效改善镁合金力学性能的方式，具有细化晶粒及破坏连续大尺寸第二相等特征，通过引入高密度位错进而显著提高材料强度和塑性。因此，从热变形医用镁合金组织演变特征出发，以变形方式为分类依据，综述了近年来医用镁合金热变形的研究动态。概述了轧制、锻造、挤压、高压扭转等4种典型热变形工艺的差异性特征。在此基础上，阐述了不同热变形工艺下医用镁合金的晶粒细化机制，动态再结晶过程和位错增殖对力学性能的影响规律。进一步归纳了热变形医用镁合金微观组织结构及力学性能的本质关联。
29 Co基赫斯勒合金研究进展
2024, 53(5):1471-1485.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220037
摘要:
Co基赫斯勒合金是一类具有高度有序晶体结构的金属间化合物，其化学组成常用Co2XY表示，其中X为过渡金属元素，Y为主族元素。相比于其他材料，它具有更高的自旋极化率、更高的居里温度以及更低的阻尼因子。基于这些优良特性使得Co基赫斯勒合金在自旋阀、隧道结及半导体自旋场效应管等自旋电子学器件中具有巨大的应用前景。本文回顾了近年来国际上关于的Co基赫斯勒合金在垂直磁各向异性和自旋轨道转矩上的研究，从合金成分、微观结构、磁性层的厚度、缓冲层的材料、氧化物层的材料、元素扩散等方面总结了垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素。对垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素的总结有助于我们更好地理解其深层物理机制以及在未来研究中的挑战与前景。
Co基赫斯勒合金是一类具有高度有序晶体结构的金属间化合物，其化学组成常用Co2XY表示，其中X为过渡金属元素，Y为主族元素。相比于其他材料，它具有更高的自旋极化率、更高的居里温度以及更低的阻尼因子。基于这些优良特性使得Co基赫斯勒合金在自旋阀、隧道结及半导体自旋场效应管等自旋电子学器件中具有巨大的应用前景。本文回顾了近年来国际上关于的Co基赫斯勒合金在垂直磁各向异性和自旋轨道转矩上的研究，从合金成分、微观结构、磁性层的厚度、缓冲层的材料、氧化物层的材料、元素扩散等方面总结了垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素。对垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素的总结有助于我们更好地理解其深层物理机制以及在未来研究中的挑战与前景。
2024, 53(5):1486-1492.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230568
摘要:
镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能，是航空发动机涡轮叶片和导向叶片等部件的首选材料，承受高温度和高应力的严苛服役环境。目前，高冷效叶片的结构设计中采用多种复杂冷却结构以提高其承温能力，其中以层板冷却和双层壁冷却为代表的微型冷却结构是其主流发展方向。但由于这类复杂涡轮叶片中存在超薄壁结构，已成为叶片制造的关键点和难点。本文综述了镍基单晶高温合金薄壁结构的发展趋势，分析了薄壁受限空间的缺陷产生及枝晶生长规律，阐述了薄壁结构对力学性能的影响，展望了先进涡轮叶片的制备及其组织控制的发展趋势。
镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能，是航空发动机涡轮叶片和导向叶片等部件的首选材料，承受高温度和高应力的严苛服役环境。目前，高冷效叶片的结构设计中采用多种复杂冷却结构以提高其承温能力，其中以层板冷却和双层壁冷却为代表的微型冷却结构是其主流发展方向。但由于这类复杂涡轮叶片中存在超薄壁结构，已成为叶片制造的关键点和难点。本文综述了镍基单晶高温合金薄壁结构的发展趋势，分析了薄壁受限空间的缺陷产生及枝晶生长规律，阐述了薄壁结构对力学性能的影响，展望了先进涡轮叶片的制备及其组织控制的发展趋势。
2024, 53(5):1493-1502.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230137
摘要:
为合成高性能富镍正极,需采用较优的煅烧温度、煅烧时间、降温程序等锂化特定形态的氢氧化物前驱体,以可控形成具有较优晶体结构及晶粒形态的正极材料。然而,由于煅烧过程涉及参数多且变化范围大,合理设计制备具有理想结构和形态的富镍正极所需煅烧工艺仍然具有挑战性。为此,需深入理解前驱体和锂盐高温煅烧为正极过程的物相、结构、形貌等的演变方式及形成规律,以为富镍正极煅烧工艺设计及材料定向调控提供参考。本文首先介绍了前驱体高温锂化过程物相、结构演变及反应机制,包括从热力学相平衡角度简要分析的相组成变化、基于原位测试及理论计算分析的前驱体锂化过程反应机制及物相演变以及降温过程发生的显著影响富镍正极材料性能的表面重构现象。其次,介绍了前驱体锂化过程的形貌影响因素及演变方式。最后,对富镍正极煅烧过程面临的问题进行了探讨。本文系统总结前驱体煅烧过程结构演变及调控规律,以期为相关专业人员开发富镍正极提供参考。
为合成高性能富镍正极,需采用较优的煅烧温度、煅烧时间、降温程序等锂化特定形态的氢氧化物前驱体,以可控形成具有较优晶体结构及晶粒形态的正极材料。然而,由于煅烧过程涉及参数多且变化范围大,合理设计制备具有理想结构和形态的富镍正极所需煅烧工艺仍然具有挑战性。为此,需深入理解前驱体和锂盐高温煅烧为正极过程的物相、结构、形貌等的演变方式及形成规律,以为富镍正极煅烧工艺设计及材料定向调控提供参考。本文首先介绍了前驱体高温锂化过程物相、结构演变及反应机制,包括从热力学相平衡角度简要分析的相组成变化、基于原位测试及理论计算分析的前驱体锂化过程反应机制及物相演变以及降温过程发生的显著影响富镍正极材料性能的表面重构现象。其次,介绍了前驱体锂化过程的形貌影响因素及演变方式。最后,对富镍正极煅烧过程面临的问题进行了探讨。本文系统总结前驱体煅烧过程结构演变及调控规律,以期为相关专业人员开发富镍正极提供参考。
2024, 53(5):1503-1516.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230152
摘要:
电致变色材料能够在外加电场作用下稳定可逆地改变其光学性质，在节能窗、智能显示和军事伪装防护等领域具有重要的应用前景。通过多组分协同的方法，能够将更多功能或新特征集成到电致变色器件中，使其朝着多功能一体化方向发展，从而进一步拓宽其应用领域。本文详细梳理了近十年来电致变色器件功能化设计的最新研究成果，探讨了功能化器件的集成模式、工作机理和设计策略，阐述了其在智能窗、储能器、传感器和军事伪装方面的应用前景，详细分析了功能化电致变色器件目前存在的关键问题和面临的重大挑战，并提出了新的解决思路和发展方向，对指导电致变色器件功能化的研究具有重要意义。
电致变色材料能够在外加电场作用下稳定可逆地改变其光学性质，在节能窗、智能显示和军事伪装防护等领域具有重要的应用前景。通过多组分协同的方法，能够将更多功能或新特征集成到电致变色器件中，使其朝着多功能一体化方向发展，从而进一步拓宽其应用领域。本文详细梳理了近十年来电致变色器件功能化设计的最新研究成果，探讨了功能化器件的集成模式、工作机理和设计策略，阐述了其在智能窗、储能器、传感器和军事伪装方面的应用前景，详细分析了功能化电致变色器件目前存在的关键问题和面临的重大挑战，并提出了新的解决思路和发展方向，对指导电致变色器件功能化的研究具有重要意义。
