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  • 2021年第50卷第10期文章目次
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    • >材料科学
    • 热腐蚀对GH4169高温合金 δ 相析出和拉伸性能的影响

      2021, 50(10):3427-3436.

      摘要 (736) HTML (247) PDF 22.43 M (890) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别在650、750、850 ℃热处理条件下,研究了高温合金GH4169在75Na2SO4+25NaCl (质量分数)熔盐环境下的热腐蚀行为,之后进行组织表征和力学性能测试。结果表明:随着热处理温度的不断升高,高温合金的抗拉极限强度(UTS)和屈服强度(YS)都出现急剧退化,伸长率显著提高。但在750 ℃条件下,晶界处析出的针状δ相能提高高温合金的强度,导致合金出现沿晶脆性断裂现象,降低了合金的塑性。在650和750 ℃下,腐蚀机理符合II型热腐蚀,但在850 ℃条件下符合I型热腐蚀,2种不同类型腐蚀都促进了基体δ相的析出。

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    • 基于元胞自动机的TA15板材累积叠轧微观组织预测

      2021, 50(10):3437-3445.

      摘要 (532) HTML (258) PDF 8.88 M (546) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究累积叠轧过程中TA15钛合金微观组织的演变规律,首先利用DEFORM有限元软件模拟了不同累积叠轧工艺对板材成形热参数的影响,在此基础上通过元胞自动机模拟了TA15钛合金累积叠轧后组织的动态球化过程。结果表明,在累积叠轧过程中,通过减少单道次变形、降低轧制速度并保持一定的温度,可有效地改善TA15钛合金的微观组织和性能。将元胞自动机动态球化模型导入Deform-3D软件,成功地模拟了在热压缩和累积叠轧过程中微观组织的演变。

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    • 挤压态AZ31镁合金的拉压不对称性及微观组织

      2021, 50(10):3446-3453.

      摘要 (646) HTML (277) PDF 22.01 M (773) 评论 (0) 收藏

      摘要:在考虑滑移和孪生两大塑性变形机制的基础上,通过修正的粘塑性自洽(VPSC)模型,模拟挤压态AZ31镁合金轴向拉-压过程中的力学行为及微观组织。结合EBSD实验与模拟,分析了不同变形机制对初始挤压态丝织构镁合金产生拉压不对称的机理以及塑性变形过程中的微观组织。结果表明,轴向拉伸变形初期以基面滑移系为主,由于基面滑移的施密特因子较低,导致屈服应力较高;随着应变的增加,棱柱面滑移成为主导变形机制,应变硬化率降低,应力-应变曲线较平稳;轴向压缩变形初期,临界剪切应力较低的拉伸孪晶大量开启导致屈服应力较低;随着拉伸孪晶相对活性的快速降低,应变硬化率迅速提高;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪晶开始启动,塑性变形积累的应力得到释放,导致应变硬化率降低。另外,从典型晶粒的颜色和孪晶迹线方面解释了沿ED方向压缩时孪晶体积分数较小的原因。

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    • 相同速度比搅拌摩擦加工对Al-Mg-Si合金搅拌区微观组织演变、力学性能和腐蚀行为的影响

      2021, 50(10):3454-3461.

      摘要 (516) HTML (246) PDF 28.15 M (701) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用搅拌摩擦加工技术对2 mm厚Al-Mg-Si(6061-T6)合金板材进行加工。研究了具有相同速度比的搅拌摩擦加工对搅拌区微观组织演变、显微硬度分布、拉伸性能和腐蚀行为的影响。结果表明,加工区微观组织如晶粒形貌、平均晶粒尺寸、晶界分布和析出相演变特征具有明显差异,进而对力学性能和腐蚀行为产生显著影响。加工区等轴再结晶晶粒平均尺寸随着加工速度增加而逐渐减小。转速8000 r/min和加工速度800 mm/min工艺下制备的加工区平均晶粒明显细化,析出相分布也更加接近于母材分布特征。最终,该加工区除了耐腐蚀性能轻微改变之外,展现出了较优的力学性能。加工区最大抗拉强度和延伸率分别达281.5 MPa和34.8%,分别为母材的86.3%和122.1%。高速搅拌摩擦加工对腐蚀性能改善不明显,但可有效改善Al-Mg-Si合金的力学性能。

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    • 喷丸预处理对Ti6Al4V合金低温等离子体氮化的影响

      2021, 50(10):3462-3469.

      摘要 (469) HTML (261) PDF 4.43 M (540) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善钛合金表面耐磨性能,同时达到防止薄壁零部件变形和节约能源的目的,以Ti6Al4V钛合金为对象,研究了喷丸强化预处理对钛合金低温渗氮层及耐磨性的改善作用。结果表明,喷丸强化预处理能够有效促进钛合金表面低温离子渗氮过程,在500 ℃低温渗氮试验条件下,随着喷丸预处理强度的增大,钛合金渗氮效率逐步提高,渗氮层的表面硬度、承载能力和表观韧性逐步增加,使得渗氮层的耐磨性能逐步提高。当喷丸预处理强度增加到0.25 mmA时,Ti6Al4V钛合金渗氮层的表面硬度比单纯渗氮处理试样提高32.7%,磨损率降低42.3%,使钛合金基体的磨损率降低70.5%,较好地实现了喷丸预处理促进钛合金低温离子渗氮的目标。

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    • K417G高温合金中Mn的存在形式和分布及Mn含量对高温持久性能的影响

      2021, 50(10):3470-3476.

      摘要 (489) HTML (272) PDF 19.40 M (717) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了Mn含量在0.09%~0.35%(质量分数)范围内变化对K417G高温合金的高温持久性能的影响,并且探究了Mn的存在形式和分布情况。结果表明,Mn固溶于γ基体中,并偏聚于γ+γ'共晶帽前沿的γ'贫化区的基体中。Mn元素促进了Al和Ti元素向枝晶间区域的偏析,从而增加了枝晶间区域γ+γ'共晶的体积分数,减小了枝晶干中γ'相的尺寸。随着Mn含量的增加,在950 ℃/235 MPa的条件下,合金的持久寿命和塑性均大大降低。Mn含量最小的合金具有最佳的高温持久性能。

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    • Er元素对定向凝固Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金微观组织和共晶相形貌的影响

      2021, 50(10):3477-3484.

      摘要 (421) HTML (267) PDF 2.61 M (469) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用定向凝固方法制备了Al-Zn-Mg-Cu-Zr-xEr(x=0,0.1,0.2,0.5,质量分数,%)4种合金棒。利用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、能谱分析(EDS)和其他方法研究了铸态合金的微观组织和第二相形貌。结果表明:Er元素能增加Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金定向凝固组织的枝晶数量,并能减小合金的一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距。适量Er元素能减少合金第二相的含量并有利于形成圆形第二相。生成的Al8Cu4Er相会降低T相(AlZnMgCu)中的Cu含量,起到圆润T相边界的作用,改变了T相的形貌和内部结构,并且Al8Cu4Er相能充当T相的形核位置,使得一部分T相围绕该相生长。Er的添加会提高合金的显微硬度。

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    • 非晶TiO2 纳米管形貌对其作为超级电容器电化学性能的影响

      2021, 50(10):3485-3494.

      摘要 (431) HTML (244) PDF 14.67 M (567) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用改进的两步电化学阳极氧化和电化学氢化法制备了不同管径、长度和壁厚的氢化无定型TiO2纳米管阵列(H@am-TNAs)。结果表明,电化学氢化对TiO2纳米管阵列的结构影响不大。经过电化学氢化后,纳米管在100 mV·s-1时的比电容为4.05 mF·cm-2,比未氢化的管长和管径相同的TiO2纳米管的比电容大20倍。纳米管的比电容不仅与管长有关,还受管径的影响。通过指数函数拟合,纳米管的长径比呈线性关系。面积电容/长径比达到0.056,几乎相当于锐钛矿相TiO2纳米管。阳极化处理后的纳米管具有最小的电荷转移阻力和最佳的离子扩散/输运动力学,具有最高的面积容量。此外,为了研究H@am-TNAs纳米管的电化学性能的润湿性,相同的H@am-TNAs电极在C-VC-P测试前,在电解液中浸泡不同时间,结果表明,比电容随着浸泡时间的增加而减小。

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    • 不同孔隙率规则多孔钛的变形失效特征

      2021, 50(10):3495-3503.

      摘要 (429) HTML (226) PDF 10.32 M (574) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计和制备了孔隙率不同的3组规则多孔钛试样,采用分离式霍普金森压杆实验装置,开展了应变率范围在600~2100 s-1的单轴压缩实验,研究了加载过程中整个试样和局部孔洞的变形失效特征。结果表明,试样展示出2种典型的变形模式:压缩变形模式和连通断裂模式。压缩变形模式主要发生在低孔隙率的试样,试样的外表面胞壁出现局部塌陷,而连通断裂模式易发生在高孔隙率的试样中,常在试样的一个或多个孔层出现连通的断裂。另外,2种变形模式下的局部孔洞也呈现出不同的形状变化特征,且在孔洞最小曲率的位置都形成明显的应力集中,相应的应力集中因子随试样孔隙率的增大而增大。微结构分析显示:剪切带是试样失效的主要机制,试样的断口容易产生韧窝和韧性条纹。

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    • 冷轧对纯镍N6组织和力学性能的影响

      2021, 50(10):3504-3511.

      摘要 (503) HTML (312) PDF 7.18 M (520) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了冷变形对纯镍N6组织和力学性能演变的影响。对纯镍N6试样进行了冷轧变形(20%、30%、50%、70%、90%)。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、显微硬度测量和拉伸试验对冷轧试样的组织和力学性能进行了表征。结果表明,纯镍N6的晶粒得到了细化,不规则取向晶粒转变为与轧制方向平行的条状晶粒。纯镍N6在轧制压下量为90%时,晶粒尺寸达到微纳米级别,其中晶粒直径主要在10 μm以下,占全部晶粒尺寸的94%。轧制试样中低角度晶界分布均匀,与相邻点的10°错向角比例较高。随着冷轧压下量的增加,抗拉伸强度和显微硬度升高,伸长率降低。当冷轧程度为90%时,抗拉强度为837 MPa,显微硬度为2479 MPa,分别是退火态的2.32倍和2.7倍。纯镍N6在不同轧制压下量的断口形貌均包括等轴韧窝、棱纹和台阶断口,为韧性断裂。

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    • 典型Cu-Ni-P合金体系物相提取合成多孔结构Ni-P颗粒

      2021, 50(10):3512-3519.

      摘要 (457) HTML (248) PDF 7.40 M (524) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于不同Ni、P原子比设计合成了Cu-Ni-P系列合金,并针对其特有的微观组织及物相提取过程进行了研究。研究发现,Cu-xNi-4.5P合金铸锭内含有Cu和多种Ni-P物相,如Ni5P4、Ni12P5及Ni3P。经过熔体旋淬处理后,其薄带试样中磷化物主要以Ni12P5和Ni3P形式存在。此外,对比发现,合金内镍含量的增加在一定程度上促使了磷化物相的粗化。通过调控合金的凝固行为及物相提取工艺,可获得多级孔结构的Ni-P颗粒,其孔洞是由于腐蚀过程中铜基体、共晶组织内及固溶部分的铜被去除而形成的。通过对典型合金进行物相提取,实现了可控合成磷化物,这对于拓展功能性磷化物的应用具有促进作用。

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    • 表面涂层对用于骨组织工程的多孔镁支架的影响

      2021, 50(10):3520-3526.

      摘要 (396) HTML (250) PDF 3.25 M (508) 评论 (0) 收藏

      摘要:多孔镁(Mg)支架有利于生物植入,但是由于Mg的高活性,植入后降解速度过快,不利于新骨的形成。为了有效地控制镁支架的降解,研究了3种不同表面涂层对多孔镁支架的影响。通过能量色散光谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)和红外傅里叶变换光谱(FTIR)证实支架表面的组成为纯Mg,氧化镁(MgO),磷酸氢钙(DCPD)和硬脂酸(SA)。结果表明,从表面形貌可以看出,SA涂层更光滑,更致密。模拟体液(SBF)的体外降解实验表明,与未涂覆的Mg支架相比,表面涂层可以有效地减慢支架的降解,并且DCPD涂层和SA涂层优于MgO涂层。在第15周时,浸泡在SBF中的DCPD和SA涂层支架的降解率为70%,这可以为新骨的生长提供一定的时间。

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    • 热浸镀锡铜磷钎料的性能

      2021, 50(10):3527-3531.

      摘要 (516) HTML (273) PDF 2.40 M (582) 评论 (0) 收藏

      摘要:以Cu93P钎料为基体,在其表面热浸镀锡,制备CuPSn钎料,采用扫描电镜、万能力学试验机、显微硬度计、差热分析仪、箱式电阻炉和体视显微镜分析锡镀层的界面形貌,钎料的抗拉强度、显微硬度、熔化温度和润湿性。结果表明:在Cu93P钎料表面热浸镀锡过程中,液态锡与钎料发生了界面反应,生成Cu6Sn5金属间化合物,即钎料基体与锡镀层形成良好的冶金结合;随着热浸镀温度的升高和时间的延长,CuPSn钎料的抗拉强度和显微硬度均呈降低趋势,抗拉强度的降低源于界面处产生的Cu6Sn5脆性化合物和孔洞,显微硬度的降低源于热浸镀的去应力退火作用;Cu93P钎料表面热浸镀锡可降低钎料的熔化温度,提高钎料的润湿性,Cu93P钎料表面热浸镀5.20%(质量分数)锡之后,Cu88.16P6.64Sn5.20在纯铜板上的润湿铺展面积比基体Cu93P钎料增加43.15%。

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    • 层错能和温度对不同Co含量的镍基高温合金蠕变性能的影响

      2021, 50(10):3532-3537.

      摘要 (504) HTML (264) PDF 2.19 M (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了2种不同Co含量的镍基高温合金分别在650 °C/630 MPa,725 °C/630 MPa和760 °C/630 MPa条件下的蠕变变形组织。通过透射电镜分析了温度和层错能对蠕变变形机制的影响。结果表明,对于所选取的高温合金来说,温度的提升可以有效促使蠕变变形机制由层错转变为孪晶。这表明孪晶的形成更大程度上取决于温度。此外,合金Co含量的提升以及层错能的下降都会使层错和孪晶延伸并穿过γ基体和γ′析出相,该方式提升了材料的蠕变抗力以及蠕变寿命。

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    • 金包银复合键合丝的组织演变及变形行为

      2021, 50(10):3538-3542.

      摘要 (412) HTML (258) PDF 5.44 M (490) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用金相显微镜、双束离子显微镜、高低温拉力仪及纳米压痕仪对不同真应变条件的金包银复合键合丝的组织和力学性能进行表征,研究了金包银复合键合丝的组织结构演变、力学性能及变形行为特点。结果表明:金包银复合键合丝的银合金芯材沿着拉伸方向从胞状树枝晶演变为纤维组织,靠近界面的过渡层始终保持细小的等轴晶或球状晶粒,金包覆层在变形过程中均匀连续。各组分在变形过程中尺寸变化不一致,拟合后的尺寸变化常数与试样直径的变化不成正比。显微硬度、抗拉强度、延伸率均随着变形量的增加而增大。在单轴拉伸过程中,金包银复合键合丝组分之间相互制约,使单向拉应变变为复杂的二维应力状态,交替变化的应力状态可抑制裂纹的形核,提高材料的塑性和韧性。

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    • 利用选区激光熔化技术制备梯度结构的Ti-6Al-4V合金

      2021, 50(10):3543-3549.

      摘要 (575) HTML (282) PDF 18.49 M (688) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用选区激光熔化技术(SLM)制备了梯度Ti-6Al-4V合金。随着样品沉积厚度的逐渐增加,控制激光功率或扫描速率逐步升高或降低,以此研究了梯度结构Ti-6Al-4V合金的相变及结构演变。结果表明:由于选取激光熔化过程中的高冷却速率,SLM制备的Ti-6Al-4V合金的主要组织结构为初始β柱状晶里的针状马氏体。β柱状晶会随着激光功率的增加或扫描速率的降低而增宽。激光功率和扫描速率的变化会引起马氏体择优取向的变动。最后,由于局部不同的能量变化,随样品沉积厚度增加而逐步升高或降低的扫描速率会引发2种不同的空洞缺陷。

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    • Nb42Ti21Co37包共晶合金定向凝固组织演化规律研究

      2021, 50(10):3577-3584.

      摘要 (618) HTML (203) PDF 1.26 M (598) 评论 (0) 收藏

      摘要:包共晶转变兼具共晶转变和包晶转变双重特征,存在于众多的工业合金中。然而,迄今为止尚未建立起相对完整的包共晶凝固理论模型,关于其凝固机理的相关研究较少。基于此,本文针对Nb42Ti21Co37包共晶合金开展了不同抽拉速度(V=1, 3, 5, 15, 30, 70 μm/s)下的定向凝固实验,旨在研究不同抽拉速度下合金的微观组织演化规律,并构建相应的凝固机制。研究结果表明:Nb42Ti21Co37包共晶合金常规铸态和定向凝固组织中均含有α-Nb、Co6Nb7和TiCo+Co6Nb7包共晶相,随着抽拉速率的逐渐增加,初生相α-Nb依次经历了圆球状→花瓣状→团簇状→枝晶状的转变;伴随着上述过程,淬火界面经历了胞状界面到胞枝晶状界面的转变,并且,在抽拉速率V=70 μm/s时固/液界面消失;其次,定向凝固稳态生长区内包共晶的组织逐渐细化,其层间距与生长速率呈指数线性关系,即λ=-1+5×e2.5;当抽拉速率低于5μm/s时,合金的定向凝固过程与平衡凝固相类似;另外,各相在稳定生长区的生长机制为共生生长,随着抽拉速率的增加,包共晶组织的定向排列性逐渐变差。

    • 轧制工艺对TC4合金板材织构演变及组织性能的影响

      2021, 50(10):3585-3590.

      摘要 (793) HTML (230) PDF 864.62 K (807) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了顺向冷轧和换向冷轧两种轧制方式对TC4板材显微组织、织构和力学性能的影响规律。研究结果表明:两种轧制工艺的晶粒都有所细化;顺向冷轧微观组织仍存在带状组织,α晶粒呈现出方向性的拉长;换向冷轧晶粒破碎的更加均匀,退火后形成的细小等轴α晶粒。换向冷轧工艺的塑性指标显著优于顺向冷轧,强度指标略低于顺向冷轧,但是板材的RD和TD之间的差值明显减少。原始冷轧板材主要存在(-12-10)<10-10>棱锥型织构,强度较高;顺向冷轧遗传了原始板材的织构组分;换向轧制促进(0001)的强基面织构向ND-TD面和RD-TD面发生漫射,并存在一定角度的偏转,有效降低棱锥型织构强度,促进织构组分重新分配,显著改善板材的各向异性。

    • Zr-4合金板材冷轧过程材料变形晶体塑性分析与织构演变

      2021, 50(10):3591-3599.

      摘要 (635) HTML (217) PDF 1.74 M (589) 评论 (0) 收藏

      摘要:选取厚度为3.6mm具有典型双峰织构的Zr-4合金板材,利用电子背散射衍射(EBSD)技术对板材冷轧后的织构进行表征,利用粘塑性自洽(VPSC)模型对板材冷轧后的变形机理进行分析。VPSC模型预测了轧制道次数量、每道次压下量以及总变形量对冷轧织构以及变形机理的影响规律,结果表明Zr-4合金板材在冷轧后,织构保持典型的基面双峰织构;轧制道次数、单道次压下量对冷轧后的织构以及变形机理无明显影响;总变形量对冷轧后的织构有明显影响,随着轧制总变形量减小,大部分晶粒的c轴由法向(ND)向宽向(TD)转动;当变形量低于临近变形量39%时,法向科恩系数(Fn)随着变形量的增大而快速增大,柱面滑移开启快速降低,当变形量超过39%时,法向科恩系数(Fn)的增长趋于平缓,柱面滑移的开启趋于稳定。

    • TC18钛合金棒材锻造织构的模拟

      2021, 50(10):3600-3608.

      摘要 (622) HTML (197) PDF 1.19 M (594) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过三向锻造方式模拟TC18钛合金棒材锻造过程织构形成的规律和不均匀性。首先用有限元法模拟了三向锻造时样品不同区域的温度、等效应力和等效应变的不均匀性。然后模拟了对应b相(BCC结构)不同位置,不同锻造阶段、不同初始织构的影响。结果表明,在三向锻造的顺序锻造过程中,心部织构变化程度远大于边部。三向锻造后心部出现立方压缩织构和黄铜型拉伸织构,边部出现较弱的{100}和{111}压缩织构。初始织构有显著的影响,随机分布的初始织构下,最后一次压缩决定最终织构;偏离随机分布的弱织构时,最终织构也接近随机状态;但不同类型的强初始织构存在时,三向锻造后都难以彻底改变初始织构的影响,最终织构都有初始织构的特征。最后进行了三向压缩时不同形变量的组合对织构的影响模拟,确定出了特殊织构形成的条件。本文还给出横向位置变化和轴向位置变化时织构变化的差异。

    • 基于DMNR模型建立EB炉熔炼TC4钛合金的双重多元非线性回归本构方程

      2021, 50(10):3609-3620.

      摘要 (541) HTML (187) PDF 1.57 M (667) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过热模拟压缩实验研究EB炉熔炼TC4钛合金在应变速率为0.01 s-1-10 s-1,变形温度为800 ℃-1100℃条件下的热变形行为,计算合金在不同变形条件下的应变速率敏感性指数m,并基于DMNR模型建立EB炉熔炼TC4钛合金的双重多元非线性回归本构方程。结果表明:在变形开始阶段,加工硬化占主导作用,流动应力随着应变的增加而增加,当达到峰值应力时,软化作用比较明显,位错开始发生滑移和攀移,流动应力随着应变的增加而降低。在低温小应变速率下m值较大,在高温大应变速率下m值较小,m值越大,对应的显微组织越均匀。采用所建立的非线性回归本构方程能够较好地预测EB炉熔炼TC4钛合金的流动应力,预测值与实测值之间的平均绝对相对误差为5.83% ,相关系数为0.98。

    • >材料工艺
    • 氧化石墨烯调控GO/TiO2陶瓷膜层自封孔效应研究

      2021, 50(10):3621-3626.

      摘要 (574) HTML (208) PDF 651.68 K (589) 评论 (0) 收藏

      摘要:自封孔是提高微弧氧化膜层耐磨性和耐蚀性等综合性能的重要技术之一。针对物理封孔因封孔剂稳定性和膨胀作用限制膜层服役安全性等问题,本论文利用氧化石墨烯电性调控微弧氧化陶瓷膜层孔结构,制备具有减摩效应的GO/TiO2微弧氧化自封孔陶瓷膜层,研究了氧化石墨烯浓度对微弧氧化陶瓷膜层孔结构和减摩性的影响。研究发现,通过氧化石墨烯改变电解液导电性等参数影响反应过程,从而实现对GO/TiO2陶瓷膜层孔结的调控。氧化石墨烯浓度为5g/L时制备出了孔隙率、孔径和平均摩擦系数分别为3.6%、2.5μm和0.1的自封孔陶瓷膜层,相较于传统微弧氧化膜层分别下降了83.2%、78.4%和87.5%。研究认为通过控制氧化石墨烯浓度可以实现对微弧氧化陶瓷膜层表面孔结构的调控,为制备具有减摩效应的自封孔微弧氧化膜层提供了新思路。

    • CC/PANI/TiO2复合材料的制备及其光催化性能研究

      2021, 50(10):3627-3633.

      摘要 (616) HTML (201) PDF 760.11 K (603) 评论 (0) 收藏

      摘要:先采用原位聚合的方法在碳布上负载聚苯胺,然后利用溶剂热法在制备的碳布/聚苯胺(CC/PANI)复合材料上生长二氧化钛纳米片,得到了可便捷分离的CC/PANI/TiO2复合光催化材料。通过SEM、XRD、UV、FTIR、XPS等手段对所制备的样品进行了形貌和结构表征,并比较了CC/PANI/TiO2复合材料和纯TiO2紫外-可见光条件下催化降解RhB的活性差异,结果表明CC/PANI/TiO2复合材料具有比TiO2更优异的光催化活性。光致发光光谱说明CC/PANI/TiO2复合材料的发光强度比纯TiO2的弱,有效抑制了光生载流子的复合;瞬态光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)证明CC/PANI/TiO2纳米复合材料更有效促进电子-空穴对分离和提高转移效率;活性物质捕捉实验证实?OH和?O2-是复合材料光催化降解RhB过程中的主要活性物质。CC/PANI/TiO2复合材料循环利用6次后,仍然具有较高的催化活性,显示了其在污水处理领域中的良好应用前景。

    • 液相对ZnO陶瓷放电等离子体烧结过程的影响

      2021, 50(10):3634-3639.

      摘要 (597) HTML (196) PDF 1.26 M (651) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用放电等离子体烧结技术制备了ZnO陶瓷,主要研究了液相(醋酸溶液)的添加对烧结过程的影响。结果表明,通过对初始粉料添加微量的2 mol/L的醋酸溶液,在等离子体烧结过程中,ZnO陶瓷试样在52 oC开始收缩,115 oC开始致密化,160 oC致密度可达95%以上,200 oC度即可完成致密化。在250 ℃烧结5 min后,晶粒尺寸从初始粉体的200 nm增长到600 nm。X衍射结果表明,在液相辅助等离子烧结过程中,ZnO陶瓷中未出现明显杂相,并且晶粒生长表现出沿外施压力垂直的方向取向生长。通过计算发现液相辅助等离子体烧结ZnO陶瓷,其晶粒生长活化能仅为78.8 kJ/mol,约为传统高温烧结的三分之一。ZnO陶瓷试样的室温阻抗结果表明,晶界阻抗随烧结温度的升高而下降,从120 oC烧结试样的9.82×106 W下降到250 oC烧结试样的2.75×103 W。

    • Si对AlCoCrFeNi高熵合金热腐蚀行为的影响研究

      2021, 50(10):3640-3647.

      摘要 (561) HTML (196) PDF 1.04 M (549) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用真空电弧熔炼法制备了AlCoCrFeNiSix(x=0, 0.2, 0.5, 0.8, 1.0)高熵合金,利用75% Na2SO4 + 25% NaCl(质量分数)热盐涂覆的方法,对比研究了Si的添加及其含量对等摩尔比AlCoCrFeNi高熵合金在950℃下热腐蚀行为的影响。结果表明:经100h热腐蚀后,由于发生Al的选择性氧化,合金表层相组成由BCC转变为FCC。适量Si的添加,会促使合金表面快速生成单一Al2O3膜,提高合金的热腐蚀抗力。但随着Si含量的增加,合金表面生成了由Al2O3和富Cr-Fe-Co-Si的尖晶石氧化物组成的混合氧化产物,且在氧化膜生长应力和腐蚀性介质(氧化-硫化-氯化)的协同作用下,组织疏松易脱落,合金发生严重的内氧化和内硫化。

    • 超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性研究I:盘体用合金粉末

      2021, 50(10):3648-3656.

      摘要 (639) HTML (193) PDF 879.45 K (611) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果,分别选用GH4169和K418作为盘体心部和轮盘边缘部位材料,DZ4125作为叶片材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备高温合金粉末,筛分至53-105μm粒度范围,采用差示扫描量热分析(DSC)、场发射扫描电镜(FESEM)、电子探针(EPMA)、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对高温合金粉末的相变温度、显微组织、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行了系统表征。结果表明:K418合金固液温度范围比G4169合金窄,K418合金的γ′和MC碳化物的开始析出温度均比GH4169高,过渡区(GH4169+K418)混合成分合金主要强化相的析出温度介于GH4169和K418两种合金之间。GH4169和K418合金粉末形貌主要为球形和近球形。表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构,所含元素中偏析倾向较强的元素有Ti、Nb、Zr和Mo,均富集分布于枝晶间,而偏析倾向弱的元素包括Ni、Cr、Fe和Al,高温合金粉末元素偏析类型与铸造镍基高温合金相近,但粉末组织更为细小均匀。激光衍射和动态图像分析法测得的粉末粒度值接近,GH4169的D50分别为79.1μm和76.2μm,K418的D50分别为67.8μm和65.6μm。动态图像法测得2种合金均具有较好的球形度,GH4169和K418的SPHT均值分别为0.91和0.90。所选GH4169和K418高温合金粉末具有相近的松装密度、振实密度和流动性,其松装和振实密度分别达到合金理论密度的50%和60%,压缩度在13.3~15.5%范围,粉末具有较好的流动性(18.5~20.4 s?(50 g)-1)。

    • 基于Ti中间层的SiCp/6061-T6Al MMCs低功率激光-TIG复合焊组织与性能

      2021, 50(10):3657-3663.

      摘要 (618) HTML (216) PDF 905.64 K (517) 评论 (0) 收藏

      摘要:以0.1mm厚的Ti箔做中间夹层,使用低功率激光-TIG复合焊的方式对SiCp/6061-T6Al MMCs 进行焊接,并对接头的宏观形貌、显微组织、物相、电阻率、抗拉强度及断口形貌进行分析。结果表明:激光功率对焊缝的成形有着较大影响;Ti箔的加入基本抑制了焊缝中针状Al4C3生成,并生成TiC增强相以及条状TiAl3;焊缝区为等轴晶组织,熔合区为柱状晶组织,热影响区组织变化不明显;随着激光功率的增加接头的电阻率呈现出增加的趋势,并明显高于母材;在554W时接头的抗拉强度可达196.98MPa,是母材强度的54.71%。接头断口中几乎没有气孔,韧窝中的第二相粒子以TiC为主,接头呈现出以脆性断裂为主的脆-韧性混合断裂特征。

    • 一种典型近α型钛合金绝热剪切带组织特征研究

      2021, 50(10):3664-3669.

      摘要 (608) HTML (205) PDF 1.02 M (613) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用帽形试样对一种典型近α型Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金在不同应变率条件下的绝热剪切特征开展了研究,结果表明:合金的动态应力应变曲线呈现典型的三阶段特征,分别对应于应变硬化、热软化和剪切局部化阶段,最终形成绝热剪切带(ASB)。在近剪切带处,初生α相和次生α相在过渡区内发生扭曲变形,甚至断裂,出现孪晶变形特征,近剪切带区域微观取向差增大,利于位错滑移/孪晶取向的α相优先发生塑性变形,形成亚结构,晶粒碎化,发生动态再结晶;随着应变率的提高,剪切带宽度呈增大趋势,且出现旋涡结构以协调和适应变形;通过纳米压痕试验,分析了ASB及其附近与基体α相、β相的弹性模量和显微硬度,表明该合金的绝热剪切带为一条软化带,影响区的宽度在ASB附近30μm以内。

    • 去合金化制备纳米片阵列和纳米球颗粒多孔锡

      2021, 50(10):3670-3676.

      摘要 (598) HTML (208) PDF 1.38 M (641) 评论 (0) 收藏

      摘要:以Mg89Sn11(二元合金)为前驱体合金,在腐蚀介质中通过去合金化方法成功制备了纳米片阵列和纳米颗粒形貌的多孔锡。通过调整腐蚀介质和腐蚀时间研究了纳米多孔锡的形貌结构以及去合金化程度的影响因素。结果表明,在酸性腐蚀介质中去合金化,能够获得双连续结构的纳米多孔锡结构。其中,在0.1%H3PO4溶液中,孔壁由不连续的纳米球颗粒堆积而成,而在0.1mol/L HCl溶液中,孔壁为纳米片结构,形成了纳米片阵列的多孔锡;而在中性的NaCl溶液中,同样成功制备出了均匀的纳米片状阵列多孔锡。在5%的NaCl中,随着去合金化时间的延长,多孔形貌从均匀的纳米片阵列多孔转变为团簇状的纳米多孔形貌。去合金化1h时,表面形成了均匀的纳米片阵列多孔结构,6h后表面开始生成不连续的团簇状多孔形貌,并最终演化为连续起伏的片状纳米锡多孔结构,其孔径平均尺寸保持在50nm。通过对去合金化工艺进行调整,制备了不同形貌的纳米多孔锡结构。

    • Zr-Sn-Nb合金1000~1250℃蒸汽氧化行为

      2021, 50(10):3677-3683.

      摘要 (581) HTML (203) PDF 1.56 M (579) 评论 (0) 收藏

      摘要:核反应堆包壳管在失水事故中会因剧烈的高温蒸汽氧化而破裂,从而引起核燃料泄露的严重后果。为此,本文研究了Zr-Sn-Nb核包壳合金1000~1250℃蒸汽氧化行为。采用增重法计算了蒸汽氧化试样单位面积的质量变化,通过扫描电子显微镜观察了蒸汽氧化试样截面形貌并测量了氧稳定α相层(α-Zr(O))和氧化锆层(ZrO2)厚度,得到Zr-Sn-Nb合金氧化增重和α-Zr(O)、ZrO2层生长动力学曲线。结果表明:1000℃蒸汽氧化时,α-Zr(O) 层生长动力学曲线始终服从抛物线规律;氧化1500s后,氧化增重和ZrO2层生长动力学曲线由抛物线转变为直线规律,ZrO2层内产生大量裂纹。1100~1250℃蒸汽氧化时,氧化增重和α-Zr(O)、ZrO2层生长动力学曲线均服从抛物线规律, ZrO2层结构始终保持完整。Zr-Sn-Nb合金的抗氧化性能优于Zr-4合金,其ZrO2层和α-Zr(O)层生长速度慢于Zr-4合金。

    • 高致密度激光选区熔化Inconel 718合金中的微小孔隙缺陷和拉伸性能

      2021, 50(10):3684-3692.

      摘要 (709) HTML (191) PDF 1.35 M (576) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用激光选区熔化技术制备了高致密度Inconel 718合金试样,研究了工艺参数(激光功率,扫描速度)对合金试样致密度的影响规律,分析了孔隙缺陷的形成原因,对比研究了微小孔隙缺陷存在条件下的拉伸性能变化,并比较了热处理对不同致密度合金力学性能影响。实验结果表明:工艺参数的改变决定了激光与粉末相互作用的模式,在较高激光功率、低扫描速度条件下发生了“匙孔”模式,气孔较多,致密度降低;当功率减小或者扫描速度增大会由“匙孔”模式向“热传导”模式转变,气孔较少,致密度会升高;但是当激光功率过小或者扫描速度过大时产生未熔合孔隙缺陷,使得材料的致密度出现大幅度减小的现象。拉伸测试结果表明,激光选区熔化成形Inconel 718合金的强度并不会随着致密度的增大呈严格单调增大的变化趋势,微小孔隙缺陷的形貌、数量和尺寸也会对拉伸性能产生影响。SIDA热处理可以大幅提高激光选区熔化成形Inconel 718合金的显微硬度及抗拉强度,但塑性呈显著降低。

    • 烧结温度对多孔Inconel625合金性能的影响

      2021, 50(10):3693-3697.

      摘要 (474) HTML (193) PDF 721.70 K (547) 评论 (0) 收藏

      摘要:Inconel625有着优异的耐蚀性与高温力学性能,被广泛用于航空航天、石油化工、核工业等领域。多孔材料有着轻质化与优良的透过性能常被用于过滤材料。本文旨在制备出耐蚀性良好的过滤材料,利用粉末冶金技术制备出兼具Inconel625合金本身特性与功能特性的多孔Inconel625合金。实验采用100~200μm粒度的合金粉末,通过模压-气氛烧结的工艺制备了多孔Inconel625合金,并对不同烧结温度下的合金做了形貌表征与性能评价。结果表明,在1240℃烧结温度下合金烧结颈发育良好,孔隙球化率高,此时透气度满足服役性能需求,可作为高温气液过滤材料使用,该温度下合金剪切性能达到最优,最大剪切力为51.0KN,也为后续进一步的研究提供了参考依据。

    • 羟基磷灰石/氧化石墨烯/氢氧化镁复合涂层镁-钙合金的耐蚀性及骨折修复效果研究

      2021, 50(10):3698-3706.

      摘要 (529) HTML (187) PDF 1.43 M (671) 评论 (0) 收藏

      摘要:镁金属在生理环境中的降解速率和生物活性改善有助于其在生物医用领域的应用推广,合金化处理和表面改性是两种有效的途径。本文针对镁-钙合金(ZQ)提出一种新的改性方法,利用水热处理、电泳沉积和电化学沉积的结合,在其表面上构建羟基磷灰石/氧化石墨烯/氢氧化镁(HA/GO/ Mg(OH)2)复合涂层。扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)分析证实,该复合涂层样品(ZQ-HEP)表面逐层形成了外层纳米薄片HA、中层絮片状GO、及内层Mg(OH)2纳米片的复合涂层。体外电化学耐腐蚀性测试分析表明,涂层化的ZQ-HEP比未处理ZQ样品在磷酸缓冲盐溶液(PBS)中有更优的耐蚀性。通过构建的体内兔股骨髁骨折模型,评价表面改性前后ZQ样品的骨折修复效果。术后大体观察、影像学和组织学分析证实,体内生理环境下ZQ-HEP螺钉比ZQ螺钉能降低析氢速率,减少皮下气肿现象。同时,ZQ-HEP螺钉因其更优的耐蚀性,在术后4周内可较好地保持其材料的完整性,同时介导更多的新骨长入,进而实现骨折的快速愈合。本研究提出的GO/HA/ Mg(OH)2复合涂层构建策略,可在调控镁金属降解速率的同时,显著提升其成骨修复效果,具有良好的临床应用前景。

    • CrFeMnVCu系高熵合金的微观组织和性能

      2021, 50(10):3707-3713.

      摘要 (539) HTML (201) PDF 1.29 M (608) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文在CrMnFeV四元合金的基础上添加奥氏体形成元素Cu元素,同时降低Mn元素含量,并采用电弧熔炼+铜模吸铸工艺制备了CrMnFeVCu系高熵合金,并系统研究了合金的成分设计和元素配比对高熵合金组织和性能的影响机理。结果表明,CrMnFeV四元合金由BCC固溶体和极少量B2颗粒组成,CrMnxFeVCu0.2x (x= 0.3、0.5、0.7、1)合金由BCC结构的树枝晶相和FCC结构的枝晶间相组成,且随着Cu含量的增加,FCC枝晶间相的体积分数和尺寸逐渐增大,相形态从颗粒状逐渐转变为长条状和块状。压缩试验表明,CrMn0.3FeVCu0.06合金的屈服强度最高(1273 MPa),且塑性优异(εf = 50.7%),随着Cu含量的增加,合金的力学性能逐渐降低,这主要归因于CrMnxFeVCu0.2x合金中主要的强化机制是位错强化和第二相强化,而FCC相尺寸的增大会降低第二相强化的效果。

    • 喷丸对钨面对等离子体材料表面强化研究

      2021, 50(10):3714-3719.

      摘要 (504) HTML (192) PDF 948.22 K (535) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用机械喷丸技术对钨核聚变面对等离子体材料进行表面强化研究,结合喷丸前后钨性能改善进行强化效果分析及喷丸参数的优化。主要包括微观形貌、晶粒细化、表面粗糙度、表面硬化和表面残余压应力等表征参数。其结果显示,对钨脆而硬的材料而言,在100%覆盖率情况下,0.3MPa喷丸压力、0.4mm陶瓷丸、100mm垂直喷丸距离是比较合适的喷丸参数,其材料表面性能提高显著。表面硬度提高高达53.3%,残余压应力提高8.3倍,表面细化晶粒现象明显,而且对表面粗糙度影响不大,最高1.5μm左右。

    • Ag37.5Cu48.8Zn5.5Mn8.2钎焊Cu3Ag0.5Zr合金接头组织和性能研究

      2021, 50(10):3720-3728.

      摘要 (552) HTML (201) PDF 1.33 M (588) 评论 (0) 收藏

      摘要:制造氢氧催化燃烧换热器所用材料逐渐向高强高导铜合金过渡,而换热器翅片和隔板的钎焊关系到换热器的热效率、服役安全性和可靠性。本文就高强高导Cu3Ag0.5Zr合金翅片与隔板的钎焊展开研究。使用箔带Ag37.5Cu48.8Zn5.5Mn8.2作为钎料,对钎缝宽度为50-200 μm的Cu3Ag0.5Zr合金接头进行钎焊,钎焊温度为840℃-900℃,保温时间为5 min-20 min。通过水淬快速冷却的方法将保温阶段钎缝处固液界面形貌保留下来,利用扫描电镜和能谱仪对接头钎缝组织和剪切断口形貌进行研究,利用万能力学试验机对接头剪切性能进行测试。研究表明:钎缝组织的形成经历了母材向钎料区溶解、富Cu相等温凝固和降温凝固三个阶段,形成了三种钎缝组织。分别为:富Ag相呈网状分布于母材和钎料区富Cu相之间、钎料区AgCu共晶组织、共晶组织和富铜相组成钎料区组织,另外CuZr相分布于界面区和钎料区,钎料区中Mn固溶于富Ag相和富Cu相中,其中CuZr相和Mn元素和接头剪切强度有一定的相关性,钎缝组织中的CuZr相对削弱了接头剪切强度,Mn元素则强化了接头剪切性能。钎焊温度、保温时间和钎缝宽度通过影响钎缝处钎焊组织、CuZr相和钎料区Mn元素含量,影响接头剪切性能。当钎缝宽度为100 μm,在870℃保温5 min时,接头剪切强度达到最大,为308.29 MPa。

    • 烧结工艺及热挤压对纳米Al2O3p/7075铝基构型复合材料组织与性能的影响

      2021, 50(10):3729-3738.

      摘要 (554) HTML (204) PDF 2.28 M (558) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用粉末冶金与热挤压工艺制备了 10 wt%纳米Al2O3p/7075铝基构型复合材料。研究了真空与非真空下不同烧结温度、不同挤压比对复合材料微观组织、致密度、弹性模量、硬度和压缩强度的影响。结果表明:随烧结温度升高,挤压比4:1与8:1构型复合材料的硬度皆为先增加后降低,整体相对基体材料硬度均明显提高;复合材料经过挤压过后材料的致密度均在98 %以上;挤压比4:1,烧结温度为620℃、630 ℃、640℃时,相对于基体复合材料抗压强度分别提高了15.3%,17.2%,14.0%,随温度先增大后降低;挤压比8:1时,相对基体复合材料抗压强度分别提高了33.2%,34.1%,31.1%,强度随温度先增大后降低。而构型复合材料综上实验中弹性模量变化不大。

    • 高纯纳米硅的规模化可控制备及其电化学性能

      2021, 50(10):3739-3744.

      摘要 (515) HTML (183) PDF 898.14 K (564) 评论 (0) 收藏

      摘要:硅以具有已知元素中最高的嵌锂容量成为锂离子电池负极材料研究的热点之一。但是,硅在嵌脱锂过程中的巨大体积膨胀(~300%)制约了其在锂离子电池中的应用。纳米化是解决硅嵌脱锂体积膨胀的一种有效方案。本研究采用高能电子束和机械研磨两步法,以冶金硅为原料制得了可用于高储能锂离子电池的纳米硅。通过SEM分析,发现在高能电子束的作用下熔融硅蒸发后先沉积成线径在40nm左右的硅纳米纤维,进而成硅纳米线束状。对沉积硅机械研磨后纳米硅颗粒尺寸分布较为均匀。电化学分析表明,纳米硅在纯度达到99.96%以上的情况下,充放电密度为100mAh/g时,首圈可逆容量为1292.4mAh/g,电荷转移阻抗拟合值为51.36Ω。实验结果表明,此种方法可以较好的实现纳米硅的可控和规模化制备,为硅在锂离子电池未来工业化生产方面具有一定的指导意义。

    • 连续Cf/Al复合材料板双辊铸轧制备及力学性能研究

      2021, 50(10):3745-3750.

      摘要 (546) HTML (180) PDF 1.17 M (537) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用电镀工艺制备了表面镀镍碳纤维,通过双辊铸轧短流程成型工艺成功制备了连续碳纤维增强铝基(Cf/Al)复合材料板,研究了浇注温度对铸轧复合材料板的微观组织、界面特征、断口形貌和力学性能的影响。结果表明,浇注温度为963~983K,轧制速度为2.7m/min,辊缝为2.0mm的条件下可制备出表面平整、无明显表面缺陷的Cf/Al铸轧复合材料板;其中,浇注温度为973K时,碳纤维与铝基体之间界面结合良好;纤维表面金属镍层明显改善了碳纤维与铝基体之间的浸润性,镍镀层还有效抑制了Al4C3脆性相的产生,使Cf/Al复合材料板力学性能大幅提升,其中浇注温度973K铸轧的Cf/Al复合材料板抗拉强度比初始的38.2MPa提高了87.4%。

    • Ni–xCr粘结剂对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

      2021, 50(10):3751-3756.

      摘要 (524) HTML (217) PDF 692.80 K (538) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用粉末冶金工艺制备了Ni–xCr(wt%,x=0、10、20、30)粘结剂含量为18wt%和38wt%的Ti(C,N)基金属陶瓷,以研究Ni–xCr粘结剂成分及含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。除Ni–30Cr粘结剂含量为38wt%的金属陶瓷外,在其它金属陶瓷中仅观察到了Ni基粘结相和Ti基碳氮化物陶瓷晶粒,而未观察到高Mo高Cr白色组织。粘结剂中含Cr时,陶瓷晶粒的黑芯中易出现非常细小的白色颗粒,特别是粘结剂含量为38wt%时,黑芯中通常出现大量的白色颗粒;并且,粘结剂中Cr含量高时,陶瓷晶粒的灰色外环明显变厚。不管粘结剂含量高低,金属陶瓷的硬度随着粘结剂中Cr含量增加而增加,且粘结剂含量为38wt%时增幅更明显。金属陶瓷的横向断裂强度和断裂韧性在粘结剂含量为18wt%时随着粘结剂中Cr含量增加而下降,而在粘结剂含量为38wt%时随着粘结剂中Cr含量增加先增加后下降,以Ni–10Cr作粘结剂时达到峰值。陶瓷晶粒细化致使沿晶断裂几率增加而穿晶断裂几率下降;通过陶瓷晶粒细化、裂纹偏转、裂纹桥联和诱发微裂纹等机制的协同作用,可显著提高Ti(C,N)基金属陶瓷的横向断裂强度和断裂韧性。

    • 不同锂源对高温固相法制备NCM811正极材料储锂性能的影响

      2021, 50(10):3757-3764.

      摘要 (621) HTML (225) PDF 3.31 M (574) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用4种不同的锂盐(LiOH.H2O、Li2CO3、LiNO3、CH3COOLi),以高温固相法制备了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。利用X射线粉末衍射(XRD)和场发射电子显微镜(FESEM)对所制LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的微观结构进行了表征,发现所有合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2样品尺寸均为微米级大小,具有层状结构(R-3m空间群)。电化学测试结果表明采用不同锂源制备的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2样品的电化学性能差别很大。其中采用LiOH?H2O为锂源,经500 °C预烧结6 h后,在800 °C下烧结16 h获得的样品锂镍混排程度最低,电化学性能最佳。例如,在0.1 C(1 C=180 mA/g)倍率下其可逆比容量高达206.2 mA.h/g,在10 C大倍率下,其可逆比容量仍保持有80.9 mA.h/g;在0.5 C倍率下100次充放电循环过程中,最高放电比容量为176.2 mA.h/g,平均放电比容量为140.1 mA.h/g。动力学及电极稳定性分析发现,LiOH?H2O制备的样品的电化学可逆性最好,Li+扩散系数最大,充放电循环过程中结构稳定性最好。

    • 烧结钕铁硼(Al+Cu)含量对晶界扩散的影响

      2021, 50(10):3765-3770.

      摘要 (656) HTML (186) PDF 650.64 K (617) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究对(Al+Cu)含量分别为0.25%的钕铁硼基体和0.5%基体进行Dy晶界扩散,并分析了矫顽力、Dy含量分布和微观结构。通过比较两种磁体的成分、性能发现,在Dy增加量基本相同的情况下,高(Al+Cu)磁体扩散后的矫顽力提高量相较于低(Al+Cu)磁体高37kA/m~43kA/m。进一步进行成分、矫顽力的梯度分析发现,基体的(Al+Cu)含量变化并没有改变扩散后磁体内部Dy元素随扩散深度的浓度分布,但是矫顽力梯度分析结果显示高(Al+Cu)的各片层矫顽力提升量均比低(Al+Cu)片层高40 kA/m~80 kA/m。后续的EPMA的Dy面分布图显示,高(Al+Cu)基体扩散后Dy在晶界处富集条纹更清晰、连续,而TEM的EDX分析结果也显示高(Al+Cu)样品中晶界附近Dy含量更高。(Al+Cu)含量的提高,使得晶界相的流动性增强,Dy更加连续包裹主相晶粒,使得Dy增加量相同的情况下进一步提升矫顽力。

    • 钛合金线性摩擦焊接头焊接缺陷分析

      2021, 50(10):3771-3776.

      摘要 (547) HTML (189) PDF 1.36 M (543) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文选用几种不同工艺参数对TC17钛合金进行线性摩擦焊试验。采用填埋热电偶的方法测量焊接过程中界面温度,运用光学显微镜、扫描电子显微镜等测试手段对接头焊接缺陷进行深入分析,利用显微硬度仪测量了两种不同参数下接头的显微硬度分布。研究表明:当振幅a=1mm时,焊接过程中热输入严重不足,无法得到良好的焊接接头,焊接过程中界面最高温度仅达到相变点附近,而采用a=3mm焊接时,界面温度可以达到1170℃。振幅a=1mm得到的TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头界面会出现孔洞、磨损颗粒、氧化物及夹杂、局部未焊合等焊接缺陷。显微硬度测试结果表明:在a=3mm参数下接头焊缝中心显微硬度值最低,相反残留氧化物及夹杂的存在使得振幅a=1mm时得到的接头焊缝中心显微硬度值达到最大。

    • >评述
    • 高温镍基合金电渣重熔过程中的AlTi成分控制

      2021, 50(10):3550-3561.

      摘要 (595) HTML (288) PDF 9.88 M (591) 评论 (0) 收藏

      摘要:电渣重熔过程中Al和Ti的氧化导致电渣锭轴向成分不均匀,从而对电渣锭的耐腐蚀性能和力学性能产生不利影响。为了控制电渣铸锭中Al和Ti含量的均匀性,需要明确高温电渣重熔过程中Al和Ti含量的变化,并通过优化渣体系比例和冶炼条件来减少合金中Al和Ti的氧化。在现有文献的基础上,以CaF2-CaO-Al2O3-MgO-TiO2这一低氟渣系和Incoloy825合金为例,综述了电渣重熔过程中Al和Ti元素控制的研究现状。应用离子与分子共存理论(IMCT),结合FactSage软件,总结了渣的热力学和动力学研究方法。讨论了温度和渣成分对合金中平衡Al、Ti含量的影响。基于膜渗透理论,提出了预测合金中Al和Ti含量的动力学模型,得到了电渣过程中Al和Ti含量随时间变化的数学方程式以及渣-金属反应速率的限制方法。确定电渣重熔Incoloy825合金时TiO2的最佳添加量约为10%。用IMCT和FactSage对渣-金平衡实验结果进行了比较和分析。FactSage计算结果比IMCT计算结果更准确。TiO2含量越高,计算结果与实验结果之间的偏差越小。

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    • 超声表面滚压技术制备梯度纳米结构材料

      2021, 50(10):3562-3576.

      摘要 (447) HTML (292) PDF 3.64 M (580) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了超声表面滚压技术(USRP)在制备梯度纳米结构材料中的应用。USRP技术能在材料表面构建梯度纳米结构层并引入残余压应力,同时显著降低材料表面粗糙度并提升表面均匀性。讨论了与USRP加工工艺及过程密切相关的微观结构演变和表面特性,分析了不同材料体系及工艺参数对USRP处理的影响规律。研究表明,采用合适的USRP处理工艺可改善材料表面的力学性能,即硬度,强度,耐磨性及抗疲劳性能等,而腐蚀/氧化行为则更依赖于材料的组织结构、表面完整性、应力状态、不同的腐蚀介质及服役环境等因素的综合作用。此外,对USRP制备梯度纳米结构材料面临的一些基础科学问题和工业应用探索进行了讨论和展望。

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    • 基于稀土离子荧光特性的智能温敏涂层研究现状

      2021, 50(10):3777-3785.

      摘要 (594) HTML (183) PDF 853.93 K (631) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能温敏涂层是一种新兴的功能性涂层,其具有实时检测温度变化的功能,可以达到涂层使用过程中温度异常的及时发现,及时处理。减少了外部测温装置检测的误差以及测温时的不便利性。本文详细介绍了航空发动机温度检测的研究现状,并介绍了稀土离子检测温度时所利用上转换发光的原理,其测温优势在于实时检测,没有外接测温等方式对工件的形状尺寸要求,没有测温延迟。但不同稀土离子的测温温度段存在较大不同,无法兼顾所有的温度范围。还介绍了基于稀土荧光离子的温敏热障涂层的应用原理,该涂层在应用于航空发动机测温以及热障涂层性能检测等方面具有较大优势。总结了国内外学者研究的不同的材料体系及其温度检测范围,分析了温敏热障涂层目前的应用现状以及未来发展趋势。

    • 机械超材料研究进展

      2021, 50(10):3786-3796.

      摘要 (630) HTML (182) PDF 1.51 M (758) 评论 (0) 收藏

      摘要:机械超材料因其具有与直觉相悖的力学性能而受到学者的广泛关注。其独特新颖的性能与自身结构紧密相关,通过设计和制备不同的结构,能够使材料具有许多独特的力学性能。目前,制备工艺的发展和进步使得制备具有任意复杂微米或纳米结构的材料成为现实。本文综述了机械超材料领域中较为常见的几种性能:轻质超强、负泊松比、负可压缩性、负热膨胀性和超流体的研究进展,总结了机械超材料发展的限制因素,并对该领域的发展方向及研究重点进行了展望。

    • TiAl合金粉末热等静压技术研究进展

      2021, 50(10):3797-3808.

      摘要 (709) HTML (186) PDF 1.13 M (728) 评论 (0) 收藏

      摘要:TiAl合金具有高熔点、低密度、高比强度,良好的高温抗氧化、抗蠕变等性能,在航空航天及汽车发动机等领域应用前景广阔。粉末热等静压技术能够实现复杂形状TiAl合金零件的一体化成形,并且获得的零件晶粒尺寸细小、成分均匀、力学性能优异。本文介绍了TiAl合金雾化粉末制备原理与粉末热等静压致密化技术,评述了TiAl合金雾化粉末及经过热等静压和热处理后组织性能的研究进展,分析了TiAl合金粉末热等静压技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展提出展望。

    • >研究快报
    • 热蒸发法制备金属碲纳米线

      2021, 50(10):3809-3813.

      摘要 (645) HTML (213) PDF 626.96 K (514) 评论 (0) 收藏

      摘要:在真空管式炉内,以Bi2Te3为蒸发源,在蒸发温度560 ℃,保温时间2h条件下,采用热蒸发法在涂有Au溶胶的石英基片上制备出了大量碲纳米线。通过XRD、SEM、HRTEM等仪器对碲纳米线的组织结构和微观形貌进行了表征与分析。结果表明,制备出的碲纳米线为沿(101)方向取向生长的三方单晶碲纳米线,直径范围在40~100nm之间,生长机制符合VLS生长机制。蒸发源材料和Au溶胶是热蒸发法制备碲纳米线的关键因素。

    • 700℃超超临界汽轮机用镍基转子锻件的试制

      2021, 50(10):3814-3818.

      摘要 (799) HTML (401) PDF 924.52 K (576) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了快速实现突破、掌握大吨位镍基合金转子锻件的制造关键技术并积累关键数据,中国一重开展了700℃超超临界汽轮机转子用大截面镍基合金转子锻件的试制。通过多次镦拔的自由锻造方式完成了直径>?600mm的试制件的制造。经过检测,锻态晶粒度可达4~6级,性能热处理态晶粒度可保持在1~2级,试制锻件室温抗拉强度>1000MPa,屈服强度>600MPa,冲击AKV>45J,700℃抗拉强度>800MPa,屈服强度>500MPa,室温和700℃的延伸率和断面伸缩率均在20%以上,实现了大截面镍基合金锻件的均质化制造。

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