郭子龙 , 李昭希 , 郭伟 , 刘朋坤 , 李京龙 , 熊江涛
2025, 54(9):2177-2188. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240452
摘要:采用BNi-5中间层进行GH5188的瞬态液相(TLP)扩散连接。针对GH5188合金及TLP连接机理进行参数选择及优化,研究了接头的组织演变和力学性能。结果表明,相对完整的等温凝固区(ISZ)保证了母材(BM)的可靠连接。在1110 ℃至1190 ℃范围内,较高的连接温度使ISZ增宽,促进了接头成分的均匀化,提高了力学性能。然而,析出相的增加对接头的力学性能产生了不利影响。在1130 ℃时获得了最大的剪切强度,达到482 MPa,占BM强度的84.6%。在5 MPa至15 MPa的压力范围内,非等温凝固区(ASZ)中的析出相和部分熔化产生的空隙均有所增加。相反,它们的尺寸随着连接压力的升高而显著减小,导致合金力学性能呈上升趋势。在15 MPa的连接压力下获得了最大的剪切强度,为490 MPa。接头表现出典型的混合断裂模式,小而脆的M23C6相和空隙显著影响力学性能。纳米压痕测试表明ASZ是裂纹的潜在来源。
2025, 54(9):2273-2280. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240184
摘要:为探究Re、Ru元素之间复杂的交互作用机制,借助高通量计算建立了包含成分、微观组织参数、动力学参数、物性参数及宏观性能的数据集,有效降低了实验成本和时间。结果表明,Re、Ru的加入分别通过降低有效扩散系数和合金堆垛层错能以提高合金的蠕变寿命。Ru元素降低合金堆垛层错能、降低γ'相反相畴界能以及Ru的固溶强化作用共同影响合金的屈服强度,使屈服强度未发生显著变化。同时,在研究的4种合金体系中,Re元素显著促进tcp相析出,而Ru元素的加入并未对tcp相的析出起抑制或促进作用,并通过元素分配行为及镍基高温合金相稳定结构图分析Ru对tcp相的析出起抑制还是促进作用。
王强 , 张兵 , 瞿宗宏 , 张曾雯 , 赖运金 , 高欢 , 李少强 , 杨奔 , 王快社
2025, 54(9):2290-2300. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240197
摘要:对热等静压态(hot isostatic pressure,HIP)FGH4097合金进行热处理,采用SEM和TEM等分析手段,研究了合金中γ′相在固溶和冷却过程中的溶解和析出行为。结果表明:固溶过程中,位错辅助Al、Ti原子扩散,促进γ′相分裂溶解,其中次生γ′相从中心分裂成细小的γ′相优先溶解,初生γ′相通过γ/γ′相界面向内分裂成尺寸较小的γ′相而后溶解;基于JMAK方程,建立了描述γ′相溶解的动力学方程,线性拟合相关系数R=0.9933,平均相对误差(average relative error,AARE)值为10.01%,可预测γ′相在850~1200 ℃范围内的面积分数;冷却过程中,在位错作用下,初生γ′相优先在晶界析出,沿着垂直于晶界方向不规则生长,导致弯曲晶界生成;次生γ′相在晶内析出。随着中间温度(middle temperature,MT)从1200 ℃降低至850 ℃,晶内析出的γ′相尺寸从76 nm增加到521 nm,合金显微硬度从471.45 HV减小到394.18 HV,表明合金的显微硬度随γ′相尺寸的增大而减小。
2025, 54(9):2336-2344. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240240
摘要:通过制备不同B含量的GH4738合金,利用SEM、TEM及EPMA分析研究了B含量对GH4738镍基高温合金持久性能的影响。结果表明,B含量对晶界M23C6型碳化物的含量及分布有显著的改善作用,提高了晶界M23C6的析出量和弥散分布的均匀性;B元素主要偏聚于合金中碳化物处,可能作为碳化物形成元素参与碳化物析出;B含量对合金γ′强化相的析出无影响;随着B含量的提高,合金的持久性能不断提高,持久寿命提高了8~12倍,持久塑性提高了2~4倍;持久断裂形式由脆性沿晶断裂转变为混合断裂;B含量对合金拉伸性能影响较小,由于晶粒尺寸的略微增大使合金强度小幅度下降。
李昌民 , 罗恒军 , 赵宁 , 郭士琦 , 魏明刚 , 向伟 , 崔明亮 , 谢静 , 黄亮
2025, 54(9):2189-2198. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240451
摘要:在700–950 ℃、0.001–1 s-1的等温压缩条件下,研究了挤压态Ti-6554合金的热变形行为。计算了不同变形条件下的温升,对曲线进行了温升修正,建立了基于温升修正的挤压态Ti-6554合金的应变补偿本构模型。分析了不同条件下的微观组织演化规律,揭示了动态再结晶(DRX)机制。结果表明,流动应力随着应变速率的增加和变形温度的降低逐渐下降。变形温升随着应变速率的增加和变形温度的降低逐渐增加。在700 ℃/1 s-1时,温升达到100 ℃。修正后的曲线值高于测量值,应变补偿本构模型预测精度较高。在两相区变形时析出了α相,进而促进了β相的DRX过程。低应变速率下,随着变形温度升高,动态再结晶体积分数增加。DRX机制包含连续DRX和非连续DRX。
2025, 54(9):2211-2219. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240453
摘要:基于临界成分的多元合金化原则,结合电子浓度、钼当量和Bo-Md等衡量β相稳定性的参数设计了一种近β型Ti-5.5V-4Mo-2.2Cr-Fe-3.6Al合金。对均匀化处理后的试样进行轧程中间退火处理,最后对合金进行时效处理。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、背散射电子衍射和透射电子显微镜等技术分析合金在不同状态下的组织,同时对合金的室温拉伸性能进行测试。结果表明,在轧制过程中合金发生马氏体相变,由于马氏体具有阻碍晶界迁移的作用,经过轧程中间退火后的合金获得了极其细小的晶粒组织。中间退火后合金的晶粒度为38 μm,晶粒细化使得退火处理后的合金具有良好的强塑性匹配,屈服强度达到1050 MPa,同时延伸率达到15%。经过时效处理后合金的组织中析出了大量细小而弥散的α相,细小α相的析出进一步提高了合金的性能,使合金强度突破1500 MPa并具有5%的延伸率。
赵鹏程 , 王博 , 张鹏 , 朱彬 , 陈威 , 曹龙 , 吴浩 , 车伟
2025, 54(9):2265-2272. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240172
摘要:针对Ti-55531合金大规格棒材室温力学性能的各向异性,尤其是塑性各向异性较大的问题进行研究,采用室温拉伸和断裂韧性测试,并结合OM、SEM及EBSD等微观表征手段,对棒材初始组织、断口形貌及裂纹扩展路径等进行系统表征与分析,揭示了Ti-55531合金棒材力学性能各向异性的原因,研究表明:由于β相的<110>织构导致不同加载方向{101}<111>滑移系的Schmid因子不同,出现屈服强度差异;Ti-55531合金的拉伸塑性与断裂韧性存在明显关联,表明室温塑性的各向异性与裂纹扩展阶段密切相关,并受合金组织特征的影响;Ti-55531合金室温塑性的各向异性主要取决于β晶粒的形貌,并受β相取向织构和等轴αp分布等因素的影响。
2025, 54(9):2281-2289. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240189
摘要:利用微观组织分析和数值模拟的方法研究了TC17合金的等温转变过程。结果表明,TC17合金首先在晶界或靠近晶界的部位析出α相,随着时效时间的增加,晶粒内部析出大量的针状α相,随着时效温度的降低,析出的α相逐渐变得细小;随着时效温度的降低,析出α相的速率呈现先增大后减小的趋势,在时效温度为600~650 ℃时,相变驱动力和溶质原子的扩散速度达到了最大的匹配度,此时析出α相的速率达到了最大。数值模拟结果表明在等温温度为650 ℃时析出α相的速度最快,该结果和实验结果具有很好的吻合度。
张元东 , 赵张龙 , 曹胜 , 冯凯凯 , 李璞 , 查小晖 , 李倩 , 辛社伟
2025, 54(9):2325-2335. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240214
摘要:进行了Ti-5Al-6.5Mo-1.5Fe低成本钛合金不同锻造参数下微观组织与拉伸性能演化的分析研究,发现合金在不同锻造参数下的组织性能之间存在明显关联。结果表明:合金在两相区锻造时,组织中等轴初生α相(αp)含量随温度升高逐渐降低、尺寸减小,抗拉强度和塑性略有波动;随锻造变形量增大,组织中αp相形态发生明显改变,合金抗拉强度和塑性稳定性较好,αp相内部呈现出连续的取向差累积,促进了球化和再结晶,β相在变形力作用下取向逐渐转变为Cube织构{001}<100>。在单相区锻造时,原始αp相完全消失,β晶粒粗大,长条状晶界α相(αGB)析出,晶内次生α相(αs)增多,合金拉伸塑性急剧下降。组织内可协调变形的等轴αp相和显著提高强度的纳米级αs相的共存可同时实现高强度和高韧性,使得合金在两相区锻造能够获得更好的力学性能,而β粗晶是造成合金单相区锻造后塑性下降的主要原因,试样拉伸断裂机制从两相区锻造变形后的单一韧窝断裂转变为β单相区锻造后的解理-韧窝混合断裂。
2025, 54(9):2199-2204. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240449
摘要:以AZ31镁合金为研究对象,利用单道次热轧制造出具有双峰晶粒结构的镁合金,并探讨该结构如何提高合金的强度和塑性。结果表明,在350~450 ℃的轧制温度下,尤其是在大变形(≥40%)条件下,双峰晶粒结构的形成更为明显。双峰晶粒结构的优化比例和分布在同时提高合金的强度和延展性方面起着关键作用。在轧制变形量为40%、轧制速度75 m/min和轧制温度400 ℃的条件下制备出的轧制板材具有双峰晶粒结构,达到了258.3 MPa的抗拉伸强度和17.1%的延伸率。因此,调整轧制参数,包括温度、变形量和轧制速度,对于优化双峰晶粒结构至关重要,从而实现改善塑性和保持高强度之间的平衡。
王小聪 , 薛森森 , 周韦光 , 陈耀 , 孟智娟 , 宁方坤 , 马立东
2025, 54(9):2241-2246. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240464
摘要:镁合金由于其各向异性特征,在数值模拟计算中难以准确预测镁合金板材弯曲回弹过程。为了更准确地分析镁合金V型辊弯成形回弹,利用Matlab应用误差优化函数优化ABAQUS仿真软件中Hill’48屈服准则所需的各向异性势值参数。采用优化后的Hill’48屈服准则模型对镁合金V型辊弯成形回弹进行数值模拟研究,将其结果与实验结果进行对比。结果表明,采用优化后的Hill’48屈服准则后回弹变化率与辊弯成形实验成型件的回弹变化率误差在2%以内。采用各向异性势值优化后的Hill’48屈服准则可以提高镁合金V型辊弯成形的回弹预测精度。
2025, 54(9):2345-2351. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240160
摘要:研究了添加1wt%的Sn对均匀态Mg-6Zn-0.25Ca合金耐腐蚀性能的影响。通过OM、XRD、SEM、析氢、失重以及极化曲线实验来分析Mg-6Zn-Sn-0.25Ca以及Mg-6Zn-0.25Ca 2种合金的耐腐蚀性能。结果表明,Mg-6Zn-0.25Ca合金主要第二相是Mg2Ca相,再加入Sn元素后,Mg-6Zn-Sn-0.25Ca合金中第二相的主要存在方式为Mg2Sn相、Mg2Ca相和少量CaMgSn相。加入Sn元素后,合金第二相分布更加均匀;合金的平均晶粒尺寸由145.6 μm下降到了114.2 μm,因为高熔点的Mg2Sn相可以作为α-Mg基体非自发结晶的异质形核核心,从而细化晶粒尺寸。在两者共同作用下,合金因腐蚀而产生的腐蚀产物氧化膜更加绵密,阻止了析氢反应的继续进行。此外,极化曲线表明,Mg-6Zn-0.25Ca合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为–1.729 V和2.106×10–5 A/cm2,添加1wt% Sn元素后,自腐蚀电位升高到–1.525 V,自腐蚀电流密度减小为8.561×10–6 A/cm2,增强了Mg-6Zn-Sn-0.25Ca合金的耐蚀能力。
2025, 54(9):2352-2360. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240218
摘要:原位合金化通过成分设计将现有商业粉进行混合配比作为粉末原料进行选区激光熔化(SLM)制造合金零件,该技术有望解决预合金粉末制备难的问题。本研究以Mg、Y、Sm、Zn、Zr单质粉末为原材料,采用SLM原位合金化方法制备了Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr多组元稀土镁合金熔道和块体样品。对不同工艺参数下样品的成形性、相对致密度、表面形貌、微观组织和显微硬度进行了研究,并与预合金试样进行了对比。结果表明,单道次熔道在激光功率80 W时可获得稳定光滑熔道,熔池为传导模式。块体样品在激光功率为80 W、扫描速度300 mm/s时相对致密度最大为98.71%,孔隙和未熔颗粒最少,显微硬度为98.97 HV。原位合金化样品的物相由Mg基体、Y-Zr-O稀土氧化物和共晶相(Mg,Zn)3(Y,Sm)组成,微观组织为细小的等轴晶。
葛树瑾 , 陈帅峰 , 邓偲瀛 , 郑黎 , 宋鸿武 , 张士宏
2025, 54(9):2361-2367. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240220
摘要:本研究在150 ℃下对AZ31镁合金轧制薄板(2 mm)进行不同路径的等通道弯曲变形实验。系统对比研究5道次同一路径、绕法向旋转路径及绕轧向旋转路径下等通道弯曲变形板材微观组织及力学性能演变。结果表明:经过5道次等通道弯曲变形后,板材内部引入了大量拉伸孪晶(ETW)以及一定量的压缩孪晶(CTW)和二次孪晶(DTW),能够有效改善基面织构,经过退火处理后,镁合金薄板材的延伸率都有明显提升。特别地,绕轧向旋转5道次等通道弯曲变形后,板材中ETW面积占比可达28.74%,退火后板材的断裂延伸率达到28.8%,抗拉强度为235.7 MPa。相比初始板材,断裂延伸率相对提升率为57.4%,而抗拉强度仅下降了3.8%。
2025, 54(9):2205-2210. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240492
摘要:研究了不同中间退火热处理对Al-5.6Mg合金轧制薄板表面组织和阳极氧化膜组织的影响。结果表明:在中间退火过程中,用连续退火代替箱式退火,试样表面晶粒尺寸可减小约60%,Mg析出相(Mg2Al3)尺寸可减小约67%;在晶粒尺寸、析出相和织构的共同影响下,经连续中间退火和低温稳定化退火后阳极氧化,获得了最高的光泽度。均匀的微观结构有利于减少氧化膜的不均匀溶解,获得厚度均匀、光泽度高的阳极氧化膜。
吴道高 , 张璐 , 徐明磊 , 冯京 , 李栓 , 张小伟 , 王志强 , 杨宏博 , 董瑞锋 , 陈西浩 , 王宁
2025, 54(9):2220-2230. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240809
摘要:AlSc合金靶材制备的AlScN压电薄膜是5G射频滤波芯片的核心材料。AlSc合金的热物性及其焊接工艺与应用之间存在密切联系。通过真空熔炼法制备了不同Sc含量的Al-xSc(x=5,10,15,20,25,at%)合金,其纯度影响因素主要来源于Sc原材和生产过程。结果表明,随着Sc含量由5at%增加至20at%,合金中Al3Sc相体积分数由26.9%增加至80.2%,平均尺寸由12.9 μm增加至67.7 μm;AlSc合金的线性热膨胀系数和导热率均呈现下降的趋势。基于实验和第一性原理计算结果,有效介质模型和Turner模型能够分别有效预测Al-xSc合金的导热系数和热膨胀系数,其中Turner模型特征参数k0最优取值为50,模型预测值与实验值相吻合。
郭叙言 , 熊壮壮 , 王桂香 , 周强 , 武艳雄 , 孔德龙 , 马福秋 , 巫瑞智
2025, 54(9):2231-2240. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240460
摘要:研究了一种简单、高效、环保的防腐技术,通过在工件表面沉积Cu-Ni合金涂层来阻止腐蚀介质,从而保护碳钢表面免受腐蚀。使用扫描电子显微镜、X射线能量色散光谱、维氏硬度计、摩擦磨损试验机和电化学测试研究了电流密度和Cu2+浓度对涂层成分、形态和组成的影响。结果表明,涂层表面出现花椰菜状富镍突起结构。较低的电流密度和Cu2+浓度通过影响晶粒微观结构和Cu/Ni含量来影响涂层的维氏硬度和耐磨性,从而导致硬度和耐磨性能的降低。当电流密度为10 mA·cm–2,Cu2+浓度为0.1 mol·L–1时,沉积样品的腐蚀电流密度达到1.389×10-5 A·cm–2。经过24 h的盐雾试验后,镀层表面腐蚀损伤明显小于未覆盖镀层样品。对沉积机理的研究表明,Cu2+在扩散控制下经历瞬时形核,倾向于垂直生长并形成花椰菜状突起,而Ni2+则受电化学控制,在表面均匀放电。
邢全义 , 周舸 , 张浩宇 , 车欣 , 王文静子 , 陈立佳
2025, 54(9):2247-2255. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240455
摘要:对自主设计的Al8Si0.4Mg0.4Fe合金进行了Sr变质处理及固溶+时效处理,以调节其组织和性能。结果表明:变质处理后,合金的室温抗拉伸强度变化不大,断裂伸长率略有提高(1.82%至3.34%),电导率由变质处理前的40.1% IACS显著提高到42.0% IACS。将变质处理后的合金在515 ℃固溶处理8 h,然后在180、200、220和240 ℃时效处理6 h。随着时效温度的升高,材料的电导率由41.4% IACS单调增加到45.5% IACS,室温抗拉伸强度先升高后降低。在200 ℃时,合金的电导率与室温抗拉伸强度表现出良好的协调性,电导率为42.5% IACS,室温抗拉伸强度为282.9 MPa。当时效温度继续升高时,合金产生过时效现象。虽然电导率仍在上升,但室温抗拉伸强度急剧下降,在时效温度240 ℃时仅为177.1 MPa。
2025, 54(9):2256-2264. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240458
摘要:磨损、腐蚀、疲劳构成了机械零件失效的3种形式,其中机械零件的磨损造成的能源消耗和经济损失尤为严重。通过等离子堆焊的方法制备Fe-Cr-C-B-Ti-Y系耐磨熔覆金属。采用MLS-23型橡胶轮式湿砂磨损试验机分析了熔覆金属的磨损性能。采用XRD、SEM、EBSD和TEM分析了熔覆金属的物相组成和显微组织,并对合金的强化机理和磨损机理进行了探讨。结果表明:Fe-Cr-C-B-Ti-Y熔覆金属中显微组织由奥氏体γ-Fe+M23(C,B)6共晶碳化物+TiC硬质相组成。随着Y2O3添加量的增多,熔覆金属的硬度与磨损量呈现先增加后减小的变化趋势。当Y2O3含量为0.4wt%时,TiC硬质相与M23(C,B)6共晶碳化物析出量最多,组织晶粒最为细小。熔覆金属成型性最好,润湿角最小,为52.2°。此时,熔覆金属的洛氏硬度值为89.7 HRC,磨损失重为0.27 g。熔覆金属的磨损机制主要为磨粒磨损,材料的去除过程为显微切削与犁沟。
胡丽娟 , 王子璇 , 强媛媛 , 林家茂 , 石进 , 姚美意 , 谢耀平
2025, 54(9):2301-2312. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240202
摘要:采用有限元方法探究材料弹性模量对种植体及骨组织应力应变分布的影响,同时根据牙科制造商和临床统计数据,建立种植体和下颌骨模型;通过拉伸试验获得制备的Zr30Ti、Zr22Nb相关材料参数,并选择弹性模量为110 GPa的Ti6Al4V和30 GPa的Zr24Nb作为对比;骨组织采用更接近真实特性的正交异性材料模型;施加垂直和倾斜载荷,根据ISO14801标准,倾斜角度为30°。研究均以Ti6Al4V为参照,结果表明:种植体弹性模量降低对其在倾斜载荷下的承载能力不利,Zr30Ti(76 GPa)、Zr22Nb(59 GPa)、Zr24Nb(30 GPa)的应力增幅分别为2.98%、5.47%、14.55%,但最大应力仍小于其强度(分别为952、611、800 MPa)。种植体传递的应力主要由皮质骨承担,倾斜载荷下Zr30Ti、Zr22Nb、Zr24Nb在皮质骨中产生的最大应力增幅分别为17.59%、31.92%、79.14%,皮质骨过载风险随种植体弹性模量降低而增加,但其中Zr30Ti、Zr22Nb在皮质骨中产生的应力仍小于皮质骨强度,具有良好的应用安全性。种植体向皮质骨传递的应力随弹性模量的降低数值增大且更为均匀,倾斜载荷下Zr30Ti、Zr22Nb、Zr24Nb在种植体-骨界面的皮质骨平均Mises应力增幅分别为12.75%、122.94%、155.11%,界面上种植体-骨的应力差降低幅度分别为16.82%、29.45%、65.41%。弹性模量较低的种植体内部变形区较大,倾斜载荷下Zr30Ti、Zr22Nb、Zr24Nb种植体颈部的内部最大应变分别是Ti6Al4V的2倍、2.6倍、4.9倍,且与骨组织模量差较小,种植体和皮质骨在界面处的变形更协调,从而促进应力向皮质骨传递,减小界面应力差。随着弹性模量的降低,松质骨植入位置底部的应力逐渐减小、整体应力向上部集中,Zr30Ti、Zr22Nb锆合金种植体的松质骨应力分布更为均匀。
2025, 54(9):2313-2318. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240208
摘要:系统性研究了Ti0.8Zr0.2Mn1.2Cr0.6(V-Fe)0.2合金储氢性能及其稀土改性作用,结果表明Ti0.8Zr0.2Mn1.2Cr0.6(V-Fe)0.2合金具有优良的综合储氢性能,在室温下储氢容量达到2wt%以上,添加稀土La或Ce改性后,活化性能进一步提高,添加5wt% Ce的合金一次吸放氢即可活化,并且具有良好的吸放氢循环稳定性,经过100次吸放氢循环后,吸氢速度无明显变化,容量保持率为99%。使用该合金为介质设计制造了容量大于180 N·m3的列管式储氢装置,与燃料电池构成的氢-电联用示范系统可进行稳定的发电供能,充满氢气一次可发电200 kW·h以上。
郑铮辉 , 赖陈 , 董丽然 , 董帝 , 熊宁 , 王滢 , 苗国威 , 张迎晓 , 王金淑
2025, 54(9):2319-2324. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240212
摘要:研究了W-4Re-0.27HfC(wt%)合金在1800、1900、2000 ℃下的蠕变性能,结合扫描电子显微镜(SEM)、背向散射电子衍射(EBSD)、第一性原理计算(DFT)等方法,分析了蠕变后W-4Re-0.27HfC合金的晶粒尺寸、晶粒类型、位错密度、断口形貌等,讨论了W-4Re-0.27HfC合金蠕变失效的机制。结果表明,蠕变温度为1800、1900、2000 ℃时,稳态蠕变速率分别为9.8×10-6、1.0×10-5、2.1×10-5 s-1。随着蠕变温度的升高,小角度晶界占比下降而大角度晶界占比增高,平均晶粒尺寸增加。蠕变过程中晶粒发生塑性变形,大角度晶界在塑性变形阶段变形相容性差,促进形成孔洞,加速蠕变失效。蠕变过程中第二相粒子HfC氧化严重,DFT计算结果表明HfC氧化后与基体间的界面结合能将从–11.221 J/m2降低至–3.935 J/m2,降低第二相的强化作用。
2025, 54(9):2368-2376. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240224
摘要:采用机械合金化-放电等离子烧结(MA-SPS)法制备W23.5Ta23.5Cr23.5V23.5Ti6难熔高熵合金,探索球磨时间对合金的元素分布及组织结构的影响。研究发现,经过40 h球磨后的粉末,颗粒尺寸大小一致,为3.65±1.91 μm,并呈现等轴颗粒形貌,经1500 ℃的SPS烧结,得到了致密的、组织均匀的合金。其中bcc结构的WTaCrVTix固溶体连续分布,W、Ta、Cr和V的原子比接近等原子比;少量的Laves相弥散分布在基体中;fcc结构的TiO颗粒的平均尺寸为1.08±0.38 μm,均匀分布在基体中。合金的室温/高温压缩屈服强度和显微硬度分别为2870、1954 MPa和873.4±7.6 HV。
王岚 , 杨超 , 蒋百灵 , 孙添钰 , 李嘉桐 , 董丹 , 郝娟
2025, 54(9):2377-2383. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240242
摘要:本研究通过向非晶碳基镀层中适量掺杂金属Ti纳米晶,以达到提升镀层导电性和耐蚀性的目的。实验采用磁控溅射系统和自研的高频振荡脉冲电场制备多组含有不同Ti掺杂量的碳基镀层,研究Ti纳米晶的添加对非晶碳基镀层导电性与耐蚀性的影响规律。实验结果表明:随着Ti靶电流由0.35 A增加至0.7 A时,镀层中Ti的掺杂量随之提高,Ti原子分数可达8.20%,碳基镀层由非晶结构转变为Ti纳米晶/非晶碳基复合结构。另一方面,实验结果证实Ti的适量掺杂有利于镀层致密性、导电性、疏水性及耐腐蚀性的提升。当Ti靶电流为0.7 A时,镀层方阻值最低,为4.5 Ω/□,Ti靶电流为0.9 A时,镀层的水接触角最大为97.75°,腐蚀电流密度最小为1.408×10-5 A·cm-2。
魏永强 , 张晓晓 , 张华森 , 顾艳阳 , 刘畅 , 吕怿东 , 韦春贝 , 钟素娟
2025, 54(9):2384-2394. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240755
摘要:采用电弧离子镀技术和高功率脉冲磁控溅射复合方法,在M2高速钢和单晶硅片上沉积TiZrN/TiN纳米多层膜。研究脉冲偏压幅值对TiZrN/TiN纳米多层膜微观结构、元素成分、相结构、膜基结合力、纳米硬度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的影响规律。研究发现,随着脉冲偏压幅值的增加,在脉冲偏压幅值为–500 V时薄膜粗糙度减小到0.345 μm,薄膜厚度呈波动变化的趋势,TiZrN/TiN纳米多层膜的择优取向从(111)晶面转变为(220)晶面。当脉冲偏压幅值为–200 V时,TiZrN/TiN纳米多层膜与基体的结合力等级为HF2;薄膜的纳米硬度和弹性模量分别增加到47.02 GPa和382.28 GPa,硬度是高速钢基体(~9 GPa)的5.2倍;摩擦磨损测试结果表明,此时薄膜的耐磨损性能较好,磨损率降低到4.38×10-8 mm3·N-1·m-1;同时电化学腐蚀测试发现TiZrN/TiN纳米多层膜的自腐蚀电流密度降到最低0.566 μA/cm2,约为高速钢基体(9.654 μA/cm2)的 1/17,薄膜腐蚀速率最慢。采用电弧离子镀和高功率脉冲磁控溅射复合方法,可以减小薄膜表面粗糙度;通过调控脉冲偏压幅值,改变离子能量,TiZrN/TiN纳米多层膜的硬度、耐磨损和耐腐蚀性能相较于高速钢基体有显著提升。
杨伊航 , 杨芳 , 刘吉星 , 张胜楠 , 闫果 , 张平祥
2025, 54(9):2395-2402. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240226
摘要:由于薄膜材料所具有特殊的维度效应、界面效应等使其相比于块体材料具有独特的优势。铁硫族超导体Fe(Se,Te)由于具有简单的晶体结构,更加有利于对于超导机理的研究。研究发现在SrTiO3(STO)衬底上生长的单层FeSe超导薄膜显著提高了超导转变温度(Tc),这使得FeSe超导薄膜的研究成为理解非常规超导体机制的新方向。此外,在FeSe多层膜的研究中也发现了相比于块体材料临界转变温度提升的现象。本文从Fe(Se,Te)超导薄膜的制备和应力效应、界面效应等因素对Tc增强两方面综述了近年来的研究成果。
李浪 , 谢发勤 , 吴向清 , 赫家禹 , 李国佼 , 张涛 , 周恺 , 王少青
2025, 54(9):2403-2415. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240221
摘要:热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)可有效降低先进涡轮和发动机热端部件的实际工作温度并提升其服役可靠性和耐久性。氧化钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ)TBCs是目前主流的热障涂层体系,但随着推重比的不断升高,对YSZ TBCs的性能提出了更高的要求。激光重熔作为表面强化技术的重要手段,被诸多研究者证明可用于强化YSZ TBCs并提升其综合性能。本文综述了激光重熔对热喷涂YSZ TBCs微观组织结构和性能的影响与强化机制,包括微观形貌、相组成以及抗热冲击性能、抗高温氧化性能、抗熔融氧化物(CMAS)腐蚀破坏性能和抗冲蚀性能等。最后对该技术的发展趋势进行了展望,对热喷涂YSZ TBCs的激光重熔研究和应用具有一定的参考和借鉴意义。
2025, 54(9):2416-2428. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240619
摘要:提高粉末高温合金等难变形合金的热加工性能是提高合金成形性、成材率和发展高性能合金的重要途径。合金制备工艺中的热挤压可以有效改善显微组织,提高合金的热加工性能。本文综述了近年来粉末高温合金热挤压工艺参数的研究进展,系统地探讨了热挤压参数对挤压过程和组织的影响,总结了热挤压参数选择与优化的研究工作。目前,挤压速度和挤压比对合金组织的影响、热挤压过程的数值模拟以及挤压结构的优化等需要进一步研究。借此为理解热挤压过程以及后续工程实践提供参考,并为调控合金组织、优化热加工工艺和提高热加工性能提供一定的理论指导和技术支持。
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