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  • 2025年第54卷第12期文章目次
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    • >高温合金
    • 基于热变形图方法的GH4706合金微观组织均匀化控制

      2025, 54(12):3000-3009. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240716

      摘要 (26) HTML (75) PDF 10.83 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:GH4706合金在950~1150 ℃的温度范围内和0.001~1 s-1的应变率范围内,在1.2的真应变下进行了热压缩试验。使用动态再结晶分数、平均晶粒尺寸和晶粒分布标准偏差的云图确定了最佳热变形温度和应变率范围。基于流动应力曲线绘制了0.4~0.9真应变下的加工图,以确定在不同温度和应变率下最佳微观组织均匀化效率相对应的应变。结果表明:在最佳参数范围内,在1150 ℃和0.01 s-1条件下,约为0.6的真应变具有最高的微观组织均匀化效率。实验获得的晶粒取向扩展图证明了此结论。本研究为GH4706合金的微观组织均匀化控制提供了一种有效的方法,为确定工程中锻件局部最小应变阈值提供了有效参考。

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    • 从焊态到热处理态的新型含氮镍基熔敷金属显微组织演变特征及力学性能

      2025, 54(12):3010-3023. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240744

      摘要 (13) HTML (34) PDF 13.73 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用气体保护金属极弧焊制备了新型含氮镍基熔敷金属,然后分别对其进行固溶处理、固溶和时效处理。研究了不同状态下的熔覆金属微观结构和拉伸性能的变化。结果表明,添加W和N元素后,沉积金属的高温抗拉伸强度表现良好。合金样品的晶粒尺寸较大,且在晶界处出现了花瓣状的Laves相。固溶处理后的样品晶粒尺寸减小,Laves相消失,但金属的屈服强度和伸长率都有所下降。固溶和时效处理后的样品晶粒尺寸更加均匀,晶体内析出了纳米级M(C, N)相,晶界处形成了M23C6相,样品的屈服强度和极限抗拉伸强度均高于其他样品,但塑性最低。主要变形机制是单位位错a/2<110>切削析出相。

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    • 热处理对Inconel 718高温合金断裂特征和锯齿屈服的影响

      2025, 54(12):3054-3059. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20240696

      摘要 (13) HTML (37) PDF 3.03 M (101) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于断裂特征和锯齿屈服在镍基高温合金应用中的影响逐渐突出,探讨了Inconel 718高温合金的热拉伸性能,包括断裂行为、力学性能和塑性行为。该实验选用了3种热处理制度和2种拉伸方向。结果表明,不同的热处理方式使得晶粒尺寸有差异。大尺寸晶粒使纵断面不平整,并且减少了晶界和碳化物的数量,限制了韧窝生成,最终降低了材料塑性。晶界的减少会减少位错,增加达到锯齿屈服平衡条件对热活化能的需求,并改变锯齿类型。另外,热处理也会使沉淀物不同。碳化物可以促进韧窝的形成。针状δ相在晶界和孪晶界析出,并略向轧向倾斜。因此,针状δ相沿横向的钉扎效应显著,这会对韧窝聚集和位错运动产生影响,最终在断裂特征、力学性能和锯齿屈服方面表现出各向异性。

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    • ZGH451镍基高温合金SLM成形开裂机制分析

      2025, 54(12):3097-3104. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240487

      摘要 (18) HTML (27) PDF 3.24 M (96) 评论 (0) 收藏

      摘要:以SLM成形ZGH451镍基高温合金为研究对象,揭示凝固液膜导致裂纹萌生的机制,澄清合金元素、织构对裂纹缺陷产生的作用。结果表明:ZGH451镍基高温合金SLM成形过程中产生的裂纹主要分为内部凝固裂纹和边缘冷裂纹2类。在凝固末期枝晶间存在低熔点相液膜,凝固前沿高熔点Cr元素颗粒会阻碍熔体补缩,枝晶间液膜在补缩不足和枝晶热应力的双重作用下发生破裂导致材料心部凝固裂纹的形成。合金轮廓区域冷却速率高、热应力大,累积的残余应力超过材料强度极限或晶界结合强度导致冷裂纹形成。输入激光能量密度低于45 J/mm3时合金中未熔合缺陷沿建造方向密集分布,超过 140 J/mm3时锁孔与气孔形成概率陡增,这些缺陷会在应力作用下诱发裂纹。枝晶间析出的WC等颗粒越多、晶粒取向差越大合金裂纹敏感性越高。沉积态ZGH451镍基高温合金以γγ ′相为主,样品在(100)晶面具有择优取向,晶粒平均纵横比达到11.25,组织织构显著加剧了晶粒边缘与尖端应力集中,促进裂纹的萌生、改变裂纹延伸方向。

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    • W-Re合金热稳定性与高温抗氧化行为

      2025, 54(12):3113-3122. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240509

      摘要 (26) HTML (18) PDF 4.10 M (86) 评论 (0) 收藏

      摘要:高温合金在核聚变等领域的发展中有着十分重要的位置,为研究钨铼(W-3%Re)合金在高温下的稳定性能及抗氧化性能,将钨(W)及W-3%Re合金试样置于(500、700、900 ℃)高温环境下进行6 h的热稳定性实验;并在不同温度(700、800、900 ℃)下进行18 h的氧化实验。利用XRD、SEM、LSM800全自动3D形貌分析仪和Hysitron TI Premier纳米压痕仪等微尺度分析表征方法,分析氧化过程中氧化膜物相组成、氧化动力学规律、氧化产物及表面形貌、硬度等。结果表明,随着氧化时间的延长,合金质量随之增加;使得W-3%Re合金能更快地形成氧化膜,表面氧化层逐渐变厚,提高了W-3%Re合金的高温抗氧化性能。相比于W,W-3%Re合金中的氧化物化学稳定性更高,在700 ℃下恒温氧化18 h,表现出较低的氧化速率常数,此时的W-3%Re合金为弱抗氧化级,在氧化过程中氧化层的致密度得到一定提高。由此表明,Re元素的加入提高了材料W的高温抗氧化性能。

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    • 激光熔化沉积制备Ni基合金复合涂层组织与耐磨损性能研究

      2025, 54(12):3174-3185. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240539

      摘要 (15) HTML (21) PDF 17.44 M (93) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过激光熔化沉积技术在304NG不锈钢基体上制备Nb和WC复合强化的4级Ni基合金复合涂层,研究了Nb和WC的质量分数对该涂层微观组织、显微硬度、耐磨损性能的影响规律。结果表明:涂层与基体结合情况良好,无明显裂纹、气孔等缺陷。合金元素Nb的加入生成了新的硬质相NbC、Nb6C5,使共晶组织更加致密的同时也提升涂层的硬度和耐磨损性能。综合分析,添加10wt% Nb+15wt% WC的涂层表现出最优的耐磨损性能,连续的共晶组织由长条状、网状转变为分离的短条状、块状、粒状、鱼骨状4种形状,同时WC的加入使涂层的磨损机制由磨粒磨损、黏着磨损转变为疲劳磨损。

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    • 退火温度对L-PBF成形镍基粉末高温合金组织和力学性能的影响

      2025, 54(12):3186-3191. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240541

      摘要 (17) HTML (22) PDF 6.22 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对激光粉末床熔化(laser powder bed fusion,L-PBF)成形FGH4096M镍基粉末高温合金进行不同温度的退火处理,采用SEM、EBSD等分析了合金的微观组织结构,并对其进行了拉伸测试,进而研究退火工艺对激光粉末床熔化成形FGH4096M镍基粉末高温合金中显微组织的演变及力学性能的影响。结果表明:随着退火温度的升高,成形态合金中胞状晶组织和柱状晶组织出现了消失的趋势,当退火温度为900 ℃时,开始发现有大量γ′相析出;其硬度值先升高后降低,抗拉强度和屈服强度均呈现先上升后降低趋势,但其断后延伸率在逐渐降低。通过对晶粒取向差分布分析,可知退火能够消除部分残余应力。这一研究成果为激光粉末床熔化成形镍基粉末高温合金性能的提升提供了有效的数据支撑。

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    • >材料科学
    • ReC掺杂TaWHf合金的高温力学性能

      2025, 54(12):2985-2992. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250168

      摘要 (65) HTML (31) PDF 3.02 M (108) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了掺杂Re (1wt%)和C (0.01wt%)的Ta-8W-2Hf合金在室温、1300 ℃和1500 ℃下的高温力学性能。结果表明,再结晶后的TaWHfReC合金中含有细小的弥散析出相Ta2C,显著提高了合金的力学性能。在1300和1500 ℃的高温下,TaWHfReC合金的强度远高于TaWHf合金。在1300 ℃时,TaWHf合金的抗拉伸强度为322 MPa,而TaWHfReC合金的抗拉伸强度达到了392 MPa。当温度升至1500 ℃时,析出相强化在TaWHfReC合金中仍然有效,其抗拉伸强度达到268 MPa。此外,在1300 ℃下,TaWHfReC合金的延伸率为23.5%,几乎是TaWHf合金的两倍。TaWHfReC合金在高温下力学性能的显著提升主要归因于位错与细小的Ta2C析出相之间的相互作用。细小且弥散的颗粒有效抑制了位错的运动,并在高温下表现出显著的强化效果。

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    • 氧气/氩气流量比对柔性和刚性衬底上的非晶Ga2O3薄膜性能的影响

      2025, 54(12):2993-2999. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240726

      摘要 (11) HTML (14) PDF 5.67 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用射频磁控溅射沉积技术在柔性聚酰亚胺、刚性石英玻璃和硅片衬底上于室温条件下制备了非晶Ga2O3薄膜,研究并阐明了氧气/氩气流量比对非晶Ga2O3薄膜的结构、光学、表面形貌及化学键结构特性的影响规律。结果表明,非晶Ga2O3薄膜在300~2000 nm波长范围内的平均光学透过率大于80%。当非晶Ga2O3薄膜生长过程中氧气/氩气流量比从0升高到0.25时,由于薄膜中氧空位缺陷浓度降低,非晶Ga2O3薄膜的光学带宽从4.97 eV增加到5.13 eV;非晶Ga2O3薄膜的光学折射率和表面粗糙度均随着氧气/氩气流量比达到0.25时最优。同时,X射线光电子能谱测试结果表明,随着氧气/氩气流量比从0升高到0.25,非晶Ga2O3薄膜O 1s峰中氧空位和氧-镓化学键的比例逐渐降低,从而证实了升高薄膜生长过程中的氧气/氩气流量比,能够降低非晶Ga2O3薄膜中的氧空位缺陷浓度,以获得最优化的非晶Ga2O3薄膜性能,为实现高性能的柔性和刚性基于非晶Ga2O3薄膜的日盲深紫外探测器件奠定研究基础。

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    • 水合肼还原氢氧化镍合成镍金属颗粒

      2025, 54(12):3024-3031. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240777

      摘要 (20) HTML (15) PDF 7.74 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:用氢氧化镍在水溶液中被还原制备了窄粒度分布的微细镍粉,分析了镍颗粒的形成和还原途径,讨论了水合肼与氢氧化镍摩尔比、水合肼浓度和表面活性剂PEG6000的添加量对镍颗粒的粒径大小、表面形貌和分散性的影响。结果表明:镍颗粒在氢氧化镍表面完成形核,反应过程中氢氧化镍逐渐溶解。随着水合肼与氢氧化镍反应摩尔比的提高,镍颗粒的粒径先变小后变大;随着水合肼浓度的提高,镍颗粒的粒径变小;少量添加表面活性剂PEG6000使镍颗粒的分散性得到改善,更高的表面活性剂添加量使镍一次颗粒趋于保留氢氧化镍的形貌。通过调节表面活性剂添加量可以使平均粒径控制在1~2 μm。

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    • TA1/Q235复合板爆炸焊接数值模拟及实验

      2025, 54(12):3032-3047. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240670

      摘要 (23) HTML (18) PDF 10.26 M (98) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步降低临界装药厚度,提高爆炸焊接钛/钢复合板结合质量,在爆炸焊接下限原理指导下,采用低爆速53#药,进行了条件为复板厚度分别为1、2、4 mm,间距分别为3、6、8 mm的TA1/Q235爆炸焊接试验。计算了钛钢爆炸焊接的可焊性窗口并构建了动静态工艺参数之间的定量关系。提出了β-Vp高速倾斜碰撞模型,采用光滑粒子流体动力学方法对爆炸焊接试验进行二维数值模拟,揭示了典型波形形貌特征的生长演化机制。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和电子背向散射衍射仪等微观形貌表征工具,结合剪切性能、弯曲性能、冲击韧性等力学性能测试,研究了TA1/Q235爆炸焊接复合板的界面微观组织形貌和力学性能。结果表明,界面结合质量优良,呈现典型的波形形貌,界面剪切强度平均值在330 MPa以上,冲击韧性平均值在81 J以上,试样均能实现180°弯曲且无明显的分层和裂纹等缺陷。

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    • 乙炔气体对等离子体增强化学气相沉积DLC膜力学性能的影响

      2025, 54(12):3048-3053. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240677

      摘要 (16) HTML (8) PDF 2.77 M (78) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高2024铝合金的机械性能,采用等离子体增强化学气相沉积技术在2024铝合金表面沉积类金刚石碳(DLC)薄膜。通过场发射扫描电子显微镜、纳米压痕测试仪和摩擦磨损试验仪研究了乙炔气体对DLC薄膜的微观结构、硬度、耐磨性和粘附性的影响。结果表明,DLC薄膜的厚度随着乙炔比例的增加而逐渐增厚,且DLC薄膜与基体间存在明显过渡层。当氩气与乙炔气体的比例为1:3时,由于薄膜内sp3和sp2键含量的变化,DLC薄膜的硬度显著提高,同时,DLC薄膜的摩擦系数下降。

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    • Mg-Ca合金在空气和火焰环境下的高温抗氧化性

      2025, 54(12):3060-3064. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240672

      摘要 (12) HTML (20) PDF 1.17 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了Mg-Ca合金在空气和火焰环境下的氧化行为和机理。结果表明,对于空气中的氧化,高Ca含量Mg-Ca合金表面形成的具有Ca积聚层的Mg-Ca-O氧化膜和低的Mg蒸汽压,表现出良好的保护效果。然而,Mg2Ca上氧化膜的脱落导致了进一步的氧化。因此,高Ca含量的Mg-Ca合金仅显示出良好的保护效果。对于在火焰环境下的氧化,熔融合金释放出了Ca原子并向外扩散,在高Ca含量的Mg-Ca合金中形成具有高Ca含量积聚层的Mg-Ca-O氧化膜。尽管熔融合金中Mg蒸汽压很高,但具有高Ca积聚层的Mg-Ca-O氧化膜仍显示出优异的保护效果。

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    • 激光钎涂金刚石残余应力的有限元分析及实验研究

      2025, 54(12):3077-3083. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240371

      摘要 (17) HTML (12) PDF 1.37 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于宏观形貌将金刚石模型简化为六八面体,建立了激光钎涂金刚石的有限元模型,并对此模型进行了钎料爬升方面的优化。得到了金刚石涂层最大残余应力的分布特征,并结合实验探究了最大残余应力对涂层表面缺陷的作用机制。拉曼光谱对金刚石焊后残余应力的实测趋势与计算结果吻合较好,金刚石焊后残余应力为压应力。最后,结合耐磨实验探究了金刚石焊后残余应力对涂层耐磨失效的影响机制。结果表明,金刚石受到适当的残余压应力有助于提高钎料层对金刚石的把持力,随着金刚石焊后残余应力的提高,涂层耐磨性能呈现先增强后下降的趋势。

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    • 空心阴极真空电弧焊钛合金接头焊接特性

      2025, 54(12):3084-3090. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240470

      摘要 (19) HTML (18) PDF 2.01 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用空心阴极真空电弧技术焊接TC4钛合金,研究空心阴极真空电弧的伏安特性、发射光谱等物理特性,分析不同气体流量下焊缝的微观组织特征,测试焊缝的力学性能。结果表明:气体流量影响空心阴极真空电弧的物理特性,当气体流量降低时,电弧伏安特性曲线上升,电弧中心区域出现快电子主导的蓝色形态,电弧离子浓度增强;TC4钛合金母材的显微组织为(α+β)的两相组织;焊接热影响区的显微组织为等轴初生α+针状马氏体α′相组织与等轴初生α相+含针状马氏体α′相的转变β相组织的混合物,焊接热循环影响热影响区2种组织的分布;焊缝为针状马氏体α′组成网篮组织;随着气体流量的减小,焊接能量密度增加,马氏体晶粒粗化并且分布散乱;焊接接头的抗拉强度高于母材。

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    • Mg-Bi合金中超-细混晶结构的构筑及其强韧化机制

      2025, 54(12):3091-3096. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240480

      摘要 (10) HTML (9) PDF 1.09 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:为制备出由超细晶(<1 μm)和细晶(1~10 μm)构成的超-细混晶结构镁合金,基于低温等径角挤压(ECAP)加工在制备超-细混晶结构金属材料方面的巨大潜力以及细晶Mg-Bi基合金优异的低温塑性变形性能,本研究选取细晶Mg-6Bi合金为坯料,提出逆温度场等径角挤压(ITF-ECAP)技术,实现了细晶Mg-6Bi合金的低温(<100 ℃)多道次强塑性变形加工。微观组织与力学性能结果表明,细晶Mg-6Bi合金在多道次ITF-ECAP加工过程中,优先在初始晶界处发生动态再结晶,同时有大量亚微米级Mg3Bi2相析出。4道次ITF-ECAP加工后,Mg-6Bi合金中形成了由平均晶粒尺寸(AGS)约为 600 nm的超细晶区和AGS约为2 μm的细晶区构成的超-细混晶结构,其超细晶区体积分数约占72.5%。归因于细晶强化、沉淀强化、位错强化与背应力强化共同作用的结果,超-细混晶结构Mg-6Bi合金兼具优异的强度和塑性,其屈服强度和延伸率分别达到(315.6±3.6) MPa与(22.3±1.0)%。

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    • Ni中间层厚度对Zr-4/Nb/Ni/316SS扩散连接接头微观组织和性能的影响

      2025, 54(12):3105-3112. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240495

      摘要 (12) HTML (13) PDF 1.74 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了不同厚度Ni中间层对Zr-4/Nb/Ni/316SS扩散连接接头微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明,接头的典型界面组织为Zr-4/β-(Zr,Nb)/Nb/Ni3Nb/Ni/316SS。接头的抗剪强度随着Ni中间层厚度的增加先上升后下降,当Ni中间层为30 μm厚时,接头抗剪强度达到最大值380 MPa。为明确Ni中间层厚度对接头力学性能的作用机制,提取了接头界面的微观组织结构特征,并使用Abaqus模拟了接头界面残余应力分布情况。结合模拟结果对不同接头的力学性能和断裂情况进行对比分析,发现Ni中间层越厚,缓解残余应力的效果越好,但过厚的Ni中间层由于其良好的延展性会降低接头抗剪强度。最后,采用全浸腐蚀法研究了接头的耐腐蚀性能,结果发现接头的腐蚀速率随着Ni中间层厚度的减小而降低,当Ni中间层厚度为10 μm时,接头的耐腐蚀性能最佳。综上所述,建议将Ni中间层厚度控制在10~30 μm之间,以兼顾接头的力学性能和耐腐蚀性能。

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    • ZrC-SiC基体弥散包覆颗粒模拟核燃料芯块的SPS制备

      2025, 54(12):3123-3127. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240518

      摘要 (9) HTML (22) PDF 2.86 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了ZrC-SiC复合基体弥散包覆颗粒燃料模拟芯块样品,研究了不同三重结构各向同性(TRISO)颗粒体积含量对烧结芯块样品微观形貌和烧结致密化过程的影响,并对芯块中TRISO颗粒分布情况进行了检测表征。结果表明:在1900 ℃/30 MPa/10 min烧结条件下,可以获得TRISO颗粒体积分数最高达到40%、颗粒分布均匀、微观结构完整、基体致密性较好的弥散包覆颗粒燃料芯块样品。当TRISO颗粒体积分数不高于40%时,颗粒体积分数对芯块样品的烧结致密化过程基本没有影响。

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    • 均质与变密度增材制造Ti6Al4V合金极小曲面力学性能与吸能特性研究

      2025, 54(12):3128-3138. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240422

      摘要 (17) HTML (22) PDF 3.12 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于金刚石型极小曲面(D-TPMS)点阵结构,采用了线性梯度壁厚的调控方法,设计了均质以及变密度的2类极小曲面点阵结构模型,并采用选择性激光熔化技术进行制备。通过实验分析了相对密度、打印方向以及模型类型对力学性能与吸能特性的影响规律,并采用有限元方法验证了变密度点阵结构的应力分布和破坏机制。结果表明:均质极小曲面点阵结构的破坏形式为45o剪切断裂,且发生在塑性变形初期;变密度极小曲面点阵结构的破坏形式为层间坍塌,整体结构具有较为优异的承载及吸能能力。当极小曲面点阵结构的相对密度为0.275时,均质极小曲面点阵结构的极限抗压强度可达193.8 MPa,发生破坏时变形量为7.7%,累计吸能值为11.76 MJ/m3,而变密度极小曲面点阵结构的极限抗压强度可达221.4 MPa,在变形量为50%时仍保持结构完整,累计吸能值可达77.52 MJ/m3,是均质结构的6.59倍。因此,变密度极小曲面点阵结构具有良好的吸能效果与优异的承载性能,在防撞吸能领域具有较大应用前景。

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    • Y-Hf共掺杂AlCrFeNiCu高熵合金涂层的组织与高温抗氧化性能

      2025, 54(12):3139-3146. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240528

      摘要 (8) HTML (11) PDF 8.29 M (81) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用高速激光熔覆技术在锆合金棒表面制备了Y-Hf共掺杂的AlCrFeNiCu高熵合金涂层。对涂层的组织结构、显微硬度和耐高温氧化性进行了测试和分析。结果表明:涂层底部与基体之间存在元素的相互扩散,热影响区宽约35 μm,涂层的组织主要由黑色的枝晶区和灰白色的枝晶间区组成。涂层成分均匀,硬度高达830 HV,高熵合金特有的固溶强化、晶格畸变和慢扩散效应是涂层具有高硬度的主要原因。在1200 ℃下氧化90 min后仍能保持涂层的结构完整性,涂层具有较低的氧化速率,氧化过程遵循生长动力学曲线,表面的氧化物主要由Al2O3和Cr2O3组成,提高了锆合金的高温抗氧化性。

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    • 激光表面重熔对双态组织TC4合金力学性能和摩擦学性能的影响

      2025, 54(12):3147-3155. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240534

      摘要 (13) HTML (21) PDF 8.15 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:TC4合金是应用最广泛的航空材料之一,激光表面重熔(laser surface remelting, LSR)技术可有效提升材料力学性能,但是LSR对于双态组织TC4合金力学性能的增强机理尚不明确。本文在TC4试样的正面和背面进行LSR处理,随后进行力学性能和磨损性能测试,利用TEM、EBSD、SEM等仪器进行系统表征,讨论了层状异构和双相结构起到的增强协同作用机制。结果表明:重熔层由粗大板条马氏体(coarse lath martensite, CLM)和杂乱无章的细小板条马氏体(fine lath martensite, FLM),以及部分平行分布的压缩孪晶组成。在发生塑性形变时,位错在CLM中产生、缠绕和塞积,FLM和孪晶包裹在CLM周围,限制了CLM中位错滑移的传递,最终使双态组织TC4钛合金的屈服强度显著增加到(879±6) MPa,抗拉强度显著增加到(1035±11) MPa,磨损时的疲劳裂纹数量显著减少。

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    • 烧结温度对SPS制备ZrW2O8/Al复合材料组织与性能的影响

      2025, 54(12):3156-3163. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240537

      摘要 (6) HTML (12) PDF 3.39 M (79) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用放电等离子烧结法,分别在不同烧结温度下制备50%ZrW2O8/Al复合材料,并研究了复合材料的微观组织、物相组成、致密度、热膨胀系数及热导率。结果表明:不同温度制备的复合材料均含有γ-ZrW2O8。随着烧结温度从475 ℃逐渐提高到575 ℃,复合材料的密度和γ-ZrW2O8含量均逐渐升高。经25~300 ℃第1次热膨胀实验去应力后,复合材料中γ相含量显著减少。第2次热膨胀实验测得,随烧结温度升高,热膨胀系数先增大后减小,525 ℃样品最高(4.6×10-6 K-1)。ZrW2O8/Al复合材料的烧结致密度显著影响其性能,525 ℃烧结复合材料的致密度高(92.9%)、热导率最大(31.9 W/m·K)。525 ℃是兼顾复合材料的成分稳定和烧结致密度的最优烧结温度。

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    • Fe含量对增材制造TC4钛合金组织与性能的影响

      2025, 54(12):3164-3173. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240538

      摘要 (11) HTML (25) PDF 8.69 M (92) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过激光熔化沉积(laser melting deposition,LMD)钛基粉末制备出成型致密且无组织缺陷的沉积态试样,研究Fe含量对沉积态TC4钛合金试样的微观组织、相的种类与含量和力学性能的影响规律。结果表明:随着Fe的加入,α-Ti的尺寸减小,网篮组织得到细化,沉积态试样在成型方向上由粗壮的柱状晶转变成细小均匀的等轴晶。其中加入3wt% Fe试样的平均晶粒尺寸最小为160.6 μm,相较于未添加Fe的试样减小约76%;结合XRD结果可得,试样的微观组织均由较多的α-Ti和少量的β-Ti组成,随着Fe的加入,β-Ti含量略有增加;添加Fe能够显著提高试样的拉伸性能,其中加入3wt% Fe试样的抗拉强度和屈服强度与TC4相比分别提高了15.5%和18.0%,断后延伸率提高约60%,然而添加Fe的沉积态试样的冲击韧性略有下降。

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    • 金属铍静态再结晶动力学研究

      2025, 54(12):3192-3202. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240551

      摘要 (11) HTML (15) PDF 7.51 M (85) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过硬度法测量金属铍不同应变温度(250~450 ℃)、应变速率(10–1~10–4 s–1)、真应变(0.16~0.92)压缩后再结晶分数,研究其在680~880 ℃退火静态再结晶组织演化及动力学。结果表明:降低应变温度和提高应变速率均可以促进铍再结晶进行;增加应变量,铍再结晶晶粒细化,再结晶速率也加快,但真应变大于0.60后,增加应变量对提高铍再结晶速率的影响变小;提高退火温度,铍再结晶速率明显加快,特别是退火温度从750 ℃提高到780 ℃时,铍再结晶速率急剧增加。880 ℃时,铍完成再结晶时间仅需约5 min。铍680~750 ℃的静态再结晶激活能为396.56 kJ·mol–1,而780~880 ℃时激活能仅为72.93 kJ·mol–1。建立具有修正Avrami指数n的铍静态再结晶动力学模型,模型计算值与实验值符合较好,能够较准确预测铍等温形变(250~450 ℃)后的静态再结晶分数,满足工程应用。

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    • 纳米纤维状LSCF@GDC复合氧电极在可逆固体氧化物燃料电池中的应用

      2025, 54(12):3203-3209. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240581

      摘要 (21) HTML (15) PDF 2.57 M (81) 评论 (0) 收藏

      摘要:可逆固体氧化物燃料电池(reversible solid oxide fuel cell, RSOFC)在理论层面能实现较高的能量转换效率,进一步提升电流密度以增加产氢量和输出电流是其广泛应用的要点。然而,氧电极催化活性不足已成为可逆固体氧化物电池应用的阻碍。本实验运用静电纺丝技术制备了具有可逆氧析出/还原电催化活性的复合型La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) @ (Ce0.80Gd0.20)O2-δ(GDC)纳米纤维。结果表明,相较于传统溶胶-凝胶法合成的氧电极材料,本研究的三维纳米纤维结构氧电极大幅降低了电池极化阻抗,提升了放电功率密度和电解电流密度,并在长期测试中呈现出较好的可逆性和稳定性,证实了电极形貌工程调控在扩大催化界面和反应位点方面的优势。

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    • 镍基变形高温合金GH4350的微观结构特征和强化机制

      2025, 54(12):3065-3076. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240656

      摘要 (11) HTML (29) PDF 2.94 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:GH4350(AEREX 350)是一种紧固件用镍基变形高温合金,最高使用温度可达750 ℃。GH4350具备高抗拉伸强度的同时,能抗疲劳、抗应力断裂、抗应力松弛和耐腐蚀,并具备低膨胀系数和缺口敏感性。该合金主要通过固溶强化以及γ′相沉淀强化,在γ′相析出的同时也会析出少量η相。研究指出,该合金的微观结构对热处理条件十分敏感,包括温度和时间,γ′相在某些热处理条件下会转变为η相,从而可能降低合金的性能。本文概述了GH4350的元素组成特点、受热处理调控的微观结构特征以及强化机制,旨在理解该合金性能优异的原因,并指导新型合金或性能优化型合金的开发,以进一步提高其承温能力。

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    • TiAl基合金片层结构不连续粗化行为的研究进展

      2025, 54(12):3210-3217. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240522

      摘要 (9) HTML (33) PDF 3.17 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:TiAl合金由于其优异的比强度、比刚度、耐蚀性和抗氧化性,在高温结构材料领域有着良好的应用前景。片层结构是TiAl合金重要的微观结构形态,其不连续粗化行为直接影响合金的综合性能。本文介绍了TiAl合金片层结构的粗化类型,分析了不连续粗化的热力学及动力学,综述了近年来TiAl合金片层结构不连续粗化行为的研究进展,总结了化学成分及含量、微观组织特征、热处理工艺(如循环热处理周期、温度、时间、冷却速率等)、增材制造技术及应力等因素对不连续粗化的影响,展望了未来TiAl合金片层结构的设计与优化的发展方向。

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    • 冷喷涂制备钛基复合涂层的研究进展

      2025, 54(12):3218-3232. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240483

      摘要 (20) HTML (22) PDF 3.62 M (97) 评论 (0) 收藏

      摘要:冷喷涂过程的低温特性带来了热输入小与涂层氧含量极低的特性,在制备氧化敏感的钛基涂层上有着极大的优势。结合冷喷涂在制备颗粒增强复合涂层方面的便利性,不仅能够弥补纯钛或钛合金材料耐磨性差的缺点,制备兼具良好力学性能与耐蚀耐磨的高性能涂层,而且在结构涂层与功能涂层的制备上也有很大的潜力。本文根据现有的研究报道,对冷喷涂钛基复合涂层制备过程中的沉积行为和机制进行总结;通过分析孔隙率和沉积效率,阐明强化相对冷喷涂钛基复合涂层的微观组织影响规律;揭示了强化相对钛基复合涂层的力学性能和摩擦磨损性能的作用机制。最后,对冷喷涂钛基复合涂层在未来的应用进行了展望,并列举了几个值得深入研究的方向。

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