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  • 2021年第50卷第12期文章目次
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    • >材料科学
    • 采用动态图像分析技术对高温合金粉末形状定量表征

      2021, 50(12):4193-4200.

      摘要 (573) HTML (259) PDF 2.45 M (570) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和动态图像分析(DIA)技术,选用8个形状参数对高温合金粉末形状进行了定性及定量表征。结果表明,Krumbein球形度(SPHT_K),长宽比(AR),紧凑度(Compct)和Krumbein圆润度(RDNS_C)对高温合金粉末形状具有显著的区分度,可以作为粉末形状表征的关键参数使用。此外,发现圆度(C)、球形度(SPHT)、SPHT_K三者之间的区分度依次增加,尤其是SPHT_K的区分度最高。通过对比8个形状表征参数的区分度差异,发现C、SPHT,凹凸度(Conv_A)和坚固性(Solid)的区分度并不显著。最终,将SPHT_K,AR,Compct和RDNS_C 4个参数组合用于定量表征高温合金粉末颗粒形状变化,为雾化参数的有效调整提供粉末形状的定量表征依据,促进增材制造和先进粉末冶金技术的研发。

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    • 粉末冶金高钨合金钢热变形行为与加工图

      2021, 50(12):4201-4208.

      摘要 (368) HTML (220) PDF 7.08 M (455) 评论 (0) 收藏

      摘要:在温度为900~1100 ℃、应变速率为0.001~1 s-1的变形条件下,利用Gleeble热模拟试验机研究了粉末冶金工艺制备的新型高钨合金钢的热变形行为。结果表明:高钨合金钢的流变应力随应变率的降低和变形温度的升高而降低。构建高钨合金钢的Arrhenius双曲正弦函数本构方程及热加工图,得到高温变形激活能为377 kJ/mol,最佳变形工艺参数区间为1000~1100 ℃/0.001~0.01 s-1。高温变形过程中,试样中有富钨μ相析出,在变形鼓胀区有微孔洞与微裂纹产生,数量随变形应变率的升高和温度的降低而增加,裂纹沿析出相萌生并扩展。同时μ相的析出提高了合金钢的高温强度。

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    • 转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物及低熔点共晶的影响

      2021, 50(12):4209-4217.

      摘要 (325) HTML (238) PDF 12.83 M (557) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物和低熔点共晶的影响,并用电子背散射衍射表征了铝侧和镁侧界面微观结构。结果表明,当采用375 r/min的低转速时,镁侧界面上部出现由Mg固溶体和Al12Mg17相组成的共晶层,平均厚度为38.83 μm。在镁侧界面上部还发现一层厚度为12.3 μm的连续柱状Al3Mg2层,垂直于Al3Mg2层与共晶层的边界。在镁侧界面的中部和底部,只有Al3Mg2层和Al12Mg17层,其厚度沿厚度方向从上到下依次减小。此外,铝侧和镁侧界面的Al3Mg2层具有较高的平均晶粒取向差,这为铝和镁原子间的扩散提供了一条途径。当转速为600 r/min时,Mg固溶体与Al12Mg17相组成的共晶层沿厚度方向分布在镁侧界面上,共晶层厚度较低转速(375 r/min)时显著增加。镁侧界面上部的Al3Mg2层和共晶层的平均厚度分别为32.89和68.92 μm。最后,由转速引起的应变速率对金属间化合物的生长起着重要作用。

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    • 钛铝复合板热加工图及热轧实验

      2021, 50(12):4218-4223.

      摘要 (342) HTML (184) PDF 5.20 M (468) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了爆炸焊接钛铝复合板在变形温度为300~500 ℃、应变速率为0.1~10 s-1条件下的热变形行为,利用动态材料模型构建了钛铝复合板热加工图,并基于热加工图进行了钛铝复合板热轧工艺验证实验。结果表明:钛铝复合板属于正应变速率敏感材料;在热加工图中变形温度为420~460 ℃、应变速率为1.6~6.3 s-1时,功率耗散效率达到0.64~0.72,该区域对应的工艺参数适合进行钛铝复合板热轧;热轧后实验板材界面结合良好,具有良好的力学性能和钣金成形性能。钛铝复合板在热轧过程中的变形机制为:变形抗力低、流动快的铝层在自身发生塑性变形的同时牵引着钛层一起发生塑性变形,其中铝层是热变形,钛层为冷变形。

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    • 高压时效处理对Cu-51.15W-0.24Cr合金组织和性能的影响

      2021, 50(12):4224-4229.

      摘要 (292) HTML (212) PDF 2.30 M (392) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对Cu-W合金的强度和导热导电性偏低问题,对Cu48.61W51.15Cr0.24合金进行了高压时效处理,并对比了高压时效处理和常压时效处理后合金的微观组织,硬度,热导率以及导电率。结果表明:高压时效处理能增大Cu48.61W51.15Cr0.24合金的致密度,使组织中析出的Cr相更加弥散细小,改善合金的硬度及导热导电性能。该合金经960 ℃/1 h固溶后,再在3 GPa压力下500 ℃时效1 h处理可获得较高的硬度、热扩散系数及较低的电阻率,其值分别为1540 MPa、0.5236 cm2·s-1和4.458×10-8 Ω·m,较相同工艺常压时效处理后的硬度和热扩散系数分别增加了17.56%和10.74%,而电阻率却降低了4.85%。因此,高压时效处理是提高Cu-51.15W-0.24Cr合金力学性能、降低电阻率的有效途径。

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    • 晶界添加Ho63.3Fe36.7 NdFeB再生磁体组织与性能的影响

      2021, 50(12):4230-4235.

      摘要 (345) HTML (229) PDF 2.44 M (487) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用一种高效、绿色的物理方法对NdFeB废旧磁体表面进行清理并回收利用。通过晶界添加低熔点Ho63.3Fe36.7合金制备NdFeB再生磁体。在未添加Ho63.3Fe36.7的磁体中,没有足够的富Nd相隔离Nd2Fe14B相,从而导致磁体性能较差;随着Ho63.3Fe36.7合金的加入,晶界相变得清晰且连续。在质量分数2%Ho63.3Fe36.7添加量下,钕铁硼再生磁体获得最佳磁性能[(BH)max+Hcj=1756.07]。此时矫顽力增加123 kA/m(约提高9.1%),磁体的最大能积由290.94 kJ/m3下降到281.07 kJ/m3,而剩磁少量下降。通过对再生磁体显微组织和成分的分析可知,磁体晶界处形成了(Nd, Pr, Ho)2Fe14B壳层,这能够提高磁体的矫顽力。而X射线衍射分析表明,磁体I(006)/I(105)的衍射峰强度比从0.92提高到1.32。这说明磁体取向度提高,可以减弱对剩磁的影响,从而使得再生磁体在保持剩磁的同时提高磁体的矫顽力。

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    • TC4钛合金活性激光焊焊缝成形及组织性能

      2021, 50(12):4236-4244.

      摘要 (335) HTML (223) PDF 8.38 M (471) 评论 (0) 收藏

      摘要:选取CaF2、NaF和Na2SiF6作为活性剂对TC4钛合金进行活性激光焊接,在焊接过程中利用高速摄像机采集焊件上方的光致等离子体图像,焊后借助光学显微镜测量焊缝熔深和熔宽,利用EBSD观察分析焊缝显微组织,采用能谱仪测试焊缝元素组成,测试接头硬度和抗拉强度。结果表明,由于活性剂改变了焊件表面状态和压缩光致等离子体面积从而提高了激光吸收率,这使得焊缝熔化区面积增加;活性剂均可以使未熔透焊缝的熔深增加,正面熔宽减小,熔透焊缝正面熔宽减小,中部和背面熔宽均增加,3种活性剂中Na2SiF6对TC4钛合金激光焊焊缝成形的影响最明显;活性剂对焊缝下部显微组织影响不大,涂敷CaF2和NaF后,焊缝上部β柱状晶的生长方向与未涂敷焊缝β柱状晶生长方向都指向焊缝表面,涂敷Na2SiF6焊缝上部β柱状晶的生长方向指向焊缝中心。涂覆CaF2焊缝针状马氏体α′形态变化不明显,涂敷NaF的针状马氏体α′变得稍细,而涂敷Na2SiF6的针状马氏体α′变得短且细,较涂敷CaF2和NaF的焊缝变化最明显。涂敷Na2SiF6的接头抗拉强度提高约12.5%,从改善焊缝成形和提高接头力学性能考虑,Na2SiF6可作为TC4钛合金激光焊的首选活性剂。

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    • V含量对等原子比NiTi形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响

      2021, 50(12):4245-4250.

      摘要 (366) HTML (224) PDF 2.41 M (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪和显微硬度计等测试手段,研究了V含量对等原子比NiTi形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响规律。结果表明:当V含量为0.5at%时,具有等轴晶组织的NiTiV形状记忆合金包含B19' 和 Ti2Ni相;当V 含量大于0.5at%时,NiTiV形状记忆合金形成B19'相、Ti2Ni相和V的富集相,并且随着V含量增加,V的富集相越来越多聚集于晶界。进一步分析表明,Ni49.75Ti49.75V0.5和Ni49.25Ti49.25V1.5 形状记忆合金发生了B2?B19'的一级相变,而Ni48.75Ti48.75V2.5和Ni48.25Ti48.25V3.5形状记忆合金发生了B2?R?B19'的二级相变,尽管降温过程中同时发生了部分的R相变与B19'马氏体相变。随着V含量增加,相变温度随着V含量增加逐渐降低,其主要原因是Ni/Ti比例的增加。此外,随着V含量增加,合金的显微硬度值呈现先降低然后几乎保持不变的变化规律。

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    • 铜管连续挤压焊缝形成过程的组织和性能演变

      2021, 50(12):4251-4255.

      摘要 (312) HTML (208) PDF 5.92 M (606) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)和万能电子拉伸试验机对矩形不等壁厚铜管连续挤压焊缝的形成过程进行了研究。结果表明:铜管连续挤压焊缝由2条细晶带汇合而成,晶粒尺寸在13.1~53.4 μm之间,随着挤压的进行,细小晶粒逐渐长大到与基体晶粒尺寸相同,分布在100~200 μm之间,经过模具的压缩区后,发生二次晶粒细化,焊合界面上的微孔消失;挤压焊合过程中发生了动态再结晶,通过位错迁移突破两股金属之间的界面,形成新的晶粒;沿金属的流动方向,焊缝结合强度不断提高,由初始汇合区的63 MPa升高到模具出口处的212 MPa,达到无焊缝区域抗拉强度的98.1%;焊缝断口内的韧窝数量逐渐增多、尺寸增大,延伸率由0.5%升高到35%,达到无焊缝区域的70%。

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    • 制备方法对低温NH3-SCR催化剂Mn-La结构与性能的影响

      2021, 50(12):4256-4264.

      摘要 (277) HTML (217) PDF 4.07 M (431) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用固相反应法、共沉淀法制备了Mn-La复合氧化物催化剂,考察了制备方法对催化剂脱硝性能及抗SO2/H2O性能的影响。并通过XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD、XPS等手段对催化剂的结构和物理化学特性进行了表征。结果表明,La掺杂降低了MnOx的结晶度,增大了催化剂的比表面积和孔体积。Mn-O-La键合作用促进了锰在催化剂表面的分散,而高分散的锰更容易被还原,催化剂的还原温度向低温方向迁移,氧化还原能力得到提高。掺杂La之后,催化剂表面Br?nsted酸和总酸量增加,同时Mn4+和表面化学吸附氧的浓度也得到提高。因此,La掺杂有利于促进催化剂的脱硝活性。反应评价结果表明,共沉淀法制备的MnLa-CPM催化剂表现出最佳的脱硝效率,在80 ℃时脱硝效率接近100%。在H2O和SO2存在的条件下,MnLa-CPM催化剂的脱硝效率仍能达到80%,表现出了较好的抗硫水性能。

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    • ---水体系酸性溶液中钒的提取热力学分析

      2021, 50(12):4265-4271.

      摘要 (297) HTML (198) PDF 4.28 M (375) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对含钒酸浸液中钒的有效提取问题,研究了298 K时磷-硫-钒-水溶液酸性体系中钒的提取热力学分析过程。结果表明,在 P(V)-V(V)-H2O酸性溶液体系中,pH=1~4时VO2+首先转变为磷钒杂多酸阴离子,pH=4~7时磷钒杂多酸阴离子转变为同多酸阴离子;在S(VI)-V(V)-H2O酸性溶液体系中,pH=0~1时钒主要以VO2+和 VO2SO4-形式存在,pH=2~6时钒逐渐转变为同多酸阴离子;在P(V)-S(VI)-V(V)-H2O酸性溶液体系中,pH=1~3 时VO2+和 VO2SO4-逐渐转变为磷钒杂多酸阴离子,当pΗ=2时ΣPV14(所有磷钒杂多酸阴离子之和)的摩尔分数最大为88.55%;pH=4~6 时,磷钒杂多酸阴离子消失并逐渐转变为同多酸阴离子,当pΗ=5时ΣV10(所有同多酸阴离子之和)的摩尔分数最大为100.00%。

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    • 不同碳/氮比的Ti(C x , N1- x )基金属陶瓷的显微组织与性能

      2021, 50(12):4272-4281.

      摘要 (278) HTML (232) PDF 18.30 M (457) 评论 (0) 收藏

      摘要:Ti(Cx,N1-x)基金属陶瓷是用不同碳氮比制造的。研究了碳/氮比对芯-环结构和金属陶瓷性能的影响。结果表明,由于孔太多, Ti(C0.5,N0.5)基金属陶瓷的性能较差。随着碳/氮比的增加,白核/灰环的形成率降低,并且微观结构的均匀性增强。因此,基于 Ti(C0.7,N0.3)的金属陶瓷显示出优异的力学性能,但有少量的孔隙和较低的相对密度。与Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷相比,TiC基金属陶瓷在没有N元素的情况下具有较高的相对密度且无孔隙,但其晶粒较粗大。为了获得细晶粒和高密度的显微组织,将0.25%Cr3C2-0.75%VC(质量分数)引入到TiC基金属陶瓷中,获得了优异的硬度、横向断裂强度和韧性。另外,在Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷中也添加了0.25%Cr3C2-0.75%VC,但其力学性能低于Ti(C0.7,N0.3)的金属陶瓷,这是因为细颗粒和反应颗粒与Ti(C,N)发生了急性固溶反应。研究了基于不同C/N比的Ti(Cx,N1-x)基金属陶瓷的切削性能和摩擦性能。结果表明,具有0.25%Cr2C3-0.75%VC的TiC基金属陶瓷在室温下的摩擦系数最低,为0.15,在1000 r/min的高速切削过程中,使用寿命最长。

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    • Gd添加量对Zn-1.2Cu-1.2Mg锌合金组织和性能的影响

      2021, 50(12):4282-4287.

      摘要 (378) HTML (190) PDF 2.87 M (410) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了Zn-1.2Cu-1.2Mg-xGd(x=0,0.1,0.25,0.5,质量分数,%)锌合金微观组织、在模拟体液中的腐蚀行为和力学性能。结果表明,锌合金组织主要由Zn固溶体和Mg2Zn11金属间化合物组成。当Gd添加量为0.5%时,形成了GdZn12化合物。锌合金的硬度随Gd添加量的增加而增加,在0.5% Gd添加量时,硬度达到最大值为1530 MPa。在0.25% Gd添加量时锌合金具有高的抗拉伸强度,而在0.1% Gd添加量时锌合金具有最低的腐蚀速率。

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    • 镍基高温合金GH202高温氧化后的微观组织演变

      2021, 50(12):4288-4295.

      摘要 (380) HTML (228) PDF 19.62 M (569) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了镍基高温合金GH202在800~1100 ℃高温氧化后晶粒、碳化物和强化相的演变过程。采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射对其微观结构进行了表征。结果表明:镍基高温合金的硬度随氧化温度的升高而降低,1100 ℃氧化100 h后,硬度降低了43.5%。800和900 ℃氧化后晶粒生长速度较慢,而经900 ℃氧化后晶界碳化物析出显著增加。在1000和1100 ℃氧化后,晶粒尺寸明显增大。氧化过程中晶界迁移是由晶界两侧自由能差决定,温度越高,晶界向曲率中心迁移越快,大量细小晶粒被吞并形成了大晶粒。大块状碳化物(MC)分解成大量的碳原子,与Cr原子结合形成少量的富Cr颗粒状M23C6。在900 ℃氧化150 h后,M23C6演化为富Ti的M6C。随着氧化温度的升高,碳化物在γ相中回熔。在800、900和1000 ℃氧化后,γ′相逐渐长大,在1100 ℃氧化100 h后,完全溶解于γ相。

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    • 等轴和片层组织Ti-55511合金热轧及退火过程中的组织演变及力学性能

      2021, 50(12):4296-4305.

      摘要 (313) HTML (226) PDF 11.91 M (518) 评论 (0) 收藏

      摘要:锻态Ti-55511合金经过不同的热处理工艺,获得等轴和片层2种初始组织。采用SEM、EBSD、TEM和拉伸试验研究了等轴和片层Ti-55511合金在热轧和退火过程中的组织演变和力学性能。结果表明:经750 ℃轧制,等轴组织中的α相轻微变形,β相发生动态回复和动态再结晶;而片层组织中的α相几乎平行分布,有些部分破碎,β相仅产生动态回复。等轴组织中的α相织构强度略有增加,片层组织中α相织构强度显著增加;而等轴和片层组织中β相织构强度均降低。同时,等轴组织力学性能各向异性很小,片层组织各向异性明显。600 ℃退火后,片层组织的αβ相织构强度均降低,力学性能的各向异性显著降低。

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    • 烧结NdFeB表面铜-石墨烯复合膜的制备与表征

      2021, 50(12):4306-4313.

      摘要 (315) HTML (222) PDF 5.86 M (485) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用电沉积铜-石墨烯(Cu-GR)复合膜的方法对稀土永磁NdFeB材料进行包覆以提高其耐腐蚀性。对Cu-GR膜层的微观结构、水接触角和表面显微硬度等方面进行了分析。结果表明,随着电沉积液中石墨烯的添加量从0 g·L-1增加到0.9 g·L-1,膜层的疏水性和硬度随之提高。通过SEM/EDS和XPS表征,验证了石墨烯在Cu-GR膜层中的均匀分散以及Cu-GR复合材料的组成。利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究了Cu-GR复合镀层的电化学性能。结果表明,石墨烯的加入使膜层的电化学性能更加稳定、耐蚀性得到提高。当电沉积液中石墨烯添加浓度为0.3 g·L-1时,获得的Cu-GR复合包覆层在NdFeB基体上表现出最优的综合保护效果。

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    • ZL201铝合金副车架铸件的工艺仿真及数值模拟

      2021, 50(12):4314-4318.

      摘要 (299) HTML (217) PDF 6.98 M (440) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探讨铸造过程中ZL201铝合金副车架铸件微观组织的演变历程,基于有限元理论,对ZL201副车架铸件的铸造工艺和微观结构的变化过程进行了分析,采用XRD和OM表征了ZL201铝合金的相组成和金相组织。采用有限元法模拟了ZL201副车架的铸造工艺以及热力学方法计算了ZL201的相组成。结果表明,在C45浇铸模具温度为250 ℃,压力为0.4 MPa,铸造温度为750 ℃的条件下,ZL201副车架铸件填充率为98%,浇铸时间为10 s;经过热处理后,θ相(Al2Cu)溶解在铝基体中形成固溶体强化相,晶粒尺寸增大。

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    • 工艺参数对低pH2.0~2.5柠檬酸水溶液电沉积铼铱基合金薄膜特征影响

      2021, 50(12):4319-4326.

      摘要 (335) HTML (221) PDF 3.29 M (458) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了在低pH值2.0~2.5的柠檬酸水溶液中恒电流电沉积富Re+Ir的Re-Ir-Ni合金薄膜特征,以及镀液温度、镀液pH、电流密度和镀液化学组成对薄膜表面形貌、化学成分和晶体结构的影响。采用环境扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪分别对合金薄膜的形貌、成分和物相进行了表征。结果表明:在电流密度为60 mA·cm-2、pH为2.0时,获得致密光亮的Re-Ir合金薄膜。在pH=2.5时,提高镀液温度可获得质量良好的合金薄膜,而pH=2.0时,则相反。在镀液温度60~70 ℃、pH=2.0时,沉积的合金薄膜由非晶相组成;在镀液温度80 ℃时,薄膜由ReO3相组成。在电流密度为60 mA·cm-2、pH值从2.0增加到2.5时,合金薄膜的晶形结构由非晶态转变为晶态和非晶态的混合结构。结晶相为hcp-Ir0.4Re0.6和hcp-Ni。

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    • 动态冲击条件下Ti-15Mo时效钛合金的变形机制

      2021, 50(12):4327-4333.

      摘要 (545) HTML (177) PDF 1.04 M (562) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过固溶时效处理Ti-15Mo合金获得片层组织,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究应变速率对变形机制产生的影响,结合绝热温升、显微组织和硬度分析表明:由于位错与第二相的相互作用,导致流变应力曲线发生波动。提高应变速率,一方面造成应变速率强化;另一方面促进绝热升温软化。合金温度达到379K时,热软化效应超过应变硬化效应,变形方式由均匀塑性变形变为绝热剪切变形。绝热剪切带的宽度随切应变的增加而增大,通过亚晶旋转再结晶机制产生等轴晶粒。再结晶的界面强化导致组织硬度由高到低为:混合组织>条状组织>基体组织。时效处理抑制应力诱发孪生(TWIP)效应,造成合金较低的应变硬化能力,劣化材料的动态力学性能。

    • TA2钛金属柱壳外爆绝热剪切碎裂及微观组织演化

      2021, 50(12):4334-4341.

      摘要 (467) HTML (159) PDF 1.56 M (465) 评论 (0) 收藏

      摘要:柱壳外爆断裂存在多种断裂模式的竞争与耦合,其控制及影响因素一直是人们关注的。本文对绝热剪切敏感TA2工业纯钛柱壳在不同爆压下开展碎裂实验,通过对软回收碎片的宏观、微观分析,探讨金属柱壳爆炸膨胀断裂模式及机制,实验结果显示:(1)不同爆压下,TA2工业纯钛柱壳外爆碎裂虽然均为剪切断裂模式,但其断裂机理不同;在较低爆压作用下,发生微孔洞演化、连接的剪切断裂;而在较高爆压下,为多重绝热剪切控制的断裂机制。(2)在爆炸作用下,TA2钛柱壳高速变形、断裂过程发生α→β动态相变,随后在稀疏波作用下快速冷却,试样内表面组织转变为一定取向的板条马氏体,晶粒明显大于原始尺寸。因此,对于柱壳外爆碎裂特性及机理分析,须考虑材料在爆轰波作用下金属材料的动态相变的影响,研究为柱壳断裂存在多种断裂模式及碎裂分析提供了参考。

    • 粉床型电子束3D打印纯钨及W-Nb合金的显微组织及开裂机制

      2021, 50(12):4342-4347.

      摘要 (481) HTML (170) PDF 826.27 K (485) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用粉床型电子束3D打印技术制备了纯钨及固溶强化型W-Nb合金,对两种钨基材料的显微组织和裂纹缺陷进行了分析。研究发现:二者均沿逐层累积的方向形成柱状晶,Nb元素的加入使柱状晶的平均尺寸由109.78μm降至25.10μm。纯钨并未发生明显的开裂现象,但是W-Nb合金内部存在少量沿晶界分布的微裂纹。从热应力累积和凝固过程两个方面分析了钨基材料开裂的原因,粉床型电子束3D打印过程包含了熔池的快速凝固-快速冷却-高温保温几个阶段,过程中纯钨及W-Nb合金均发生了回复与再结晶,使成形过程中累积的热应力得到一定的释放,缓解了热应力累积引起的开裂现象。W-Nb合金的开裂主要是由于凝固过程中液态金属无法短时间内在枝晶间进行充分流动补缩,形成大量沿晶界分布的纳米微缩孔,在微小的应力作用下就会造成合金沿晶界开裂。

    • 钛合金J-C动态本构参数高精度分析及抗弹性能研究

      2021, 50(12):4348-4356.

      摘要 (459) HTML (163) PDF 608.82 K (496) 评论 (0) 收藏

      摘要:高速冲击下金属材料动态力学行为和变形局域化即绝热剪切变形的研究对材料在冲击环境下科学应用具有重要的意义。针对工程材料在大应变、高应变率和高温环境等应用条件,J-C本构方程是一种有效的处理手段。本文利用 “材料J-C本构参数及损伤模型参数测定系统”软件,通过聚类全局优化法获得一种近α型钛合金材料的J-C动态本构参数,规避了传统测定方法计算量大、方法复杂,且无法体现参数关联性等缺点;通过钛合金靶板的抗弹性能测试,利用J-C本构参数,采用商业动力学计算软件AUTODYN对枪击试验完成了模拟,模拟的各项结果与试验数据吻合度高,验证了J-C动态参数的准确度和精确性;通过弹孔显微组织分析可知在裂纹的末端可以观察到绝热剪切带,证明裂纹的萌生是由绝热剪切带引起,表明高速冲击动态环境下的失效模式主要为绝热剪切。

    • 高温合金单晶铸件中形状因素对雀斑缺陷的影响

      2021, 50(12):4357-4364.

      摘要 (461) HTML (159) PDF 809.76 K (475) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对单晶高温合金铸件中雀斑缺陷的观察研究,发现铸件横截面和纵截面的形状都对雀斑的形成产生很大的影响。铸件横截面形状的影响表现为棱角和曲率效应,即雀斑容易出现在外凸形的棱角(夹角<180°)和曲面(曲率为正)上,而不会出现在内凹形的棱角(夹角>180°)和曲面(曲率为负)。其原因在于糊状区液体流动的附壁效应会在铸件外凸和内凹部位分别发生叠加和发散,从而分别促进和减弱雀斑的生成倾向。另外,铸件纵截面形状变化对雀斑的影响表现为收扩效应,即沿凝固方向呈收缩型和扩张型的的外表面对雀斑的影响完全相反,分别起到强烈的促进和抑制作用。研究结果表明,上述的铸件形状因素对雀斑的作用远远超过了凝固条件的影响。

    • 泡沫铝填充金属波纹夹芯梁弯曲破坏模式研究

      2021, 50(12):4365-4371.

      摘要 (430) HTML (148) PDF 1.02 M (549) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高金属波纹结构的承载效率,充分发挥泡沫铝在能量吸收方面的优势,本文设计了泡沫铝填充金属波纹三明治夹芯梁。针对波纹结构各向异性的特点,本文对其横向和纵向两个方向在三点弯曲载荷作用下的力学响应及破坏模式进行了试验研究。研究表明,泡沫铝的填充可以有效改变金属波纹夹芯梁的弯曲破坏模式,其弯曲刚度和峰值载荷均得到了大幅提升。和横向弯曲相比,金属波纹夹芯梁在纵向弯曲时具有更强的承载能力,且泡沫铝填充的增强效果更加显著。纵向弯曲时载荷在达到峰值后并不会突然下降而是呈现出很长的平台区,表现出更强的后屈曲承载能力。

    • 大面积EBSD方法对电解镍板的研究

      2021, 50(12):4372-4380.

      摘要 (466) HTML (113) PDF 1.79 M (529) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用大面积EBSD拼接技术,对电解镍板在生长方向上的晶粒形貌及尺寸、择优取向、晶界特征分布等随着沉积的变化进行了研究,并通过SEM观察镍板的微观形貌。结果表明:镍晶粒随着沉积的进行由细小的等轴晶粒转变为粗大的柱状晶,尺寸呈微纳米级;晶体取向在沉积初始没有强的择优取向,最终转变为<001>取向;沉积初期,在大角度晶界占比80%以上,随着沉积进行,大小晶界的比例在沉积层不同位置出现差异;镍沉积层中大量相邻晶粒间以∑3、∑9、∑27孪晶界为界,其中∑3晶界频率达到65%以上。在始极片不同表面形成的镍沉积层长大方式不同,细晶粒表面按照形核长大方式生长,在自由生长的表面镍原子直接并入晶格,没有经历形核过程。

    • Ti20Zr20Hf20Cu20Be20高熵非晶合金应力弛豫行为研究

      2021, 50(12):4381-4387.

      摘要 (527) HTML (160) PDF 963.29 K (522) 评论 (0) 收藏

      摘要:高熵非晶合金力学弛豫行为的研究,对于理解玻璃转变、塑性变形、弛豫机理等科学问题和拓展其工程应用极为关键。本文采用应力分析方法对Ti20Zr20Hf20Cu20Be20高熵非晶合金条带进行了研究,旨在揭示高熵非晶合金应力弛豫行为。通过分析其在恒定应变下较宽时间窗口和温度窗口内的应力衰减过程,发现在低于Tg的玻璃态下,高熵非晶合金中存在着弛豫解耦现象,分别是慢弛豫和快弛豫过程。其中慢弛豫呈现扩展指数衰减模式,弛豫时间存在对温度的Arrhenius动力学依赖关系,与长程原子重排运动有关,快弛豫过程对应于微观局部内应力的逐步消散过程。不论该高熵非晶合金变形处于弹性阶段还是发生了屈服,应力弛豫过程受应变的影响都较小。本研究揭示了高熵非晶合金中新的弛豫解耦现象和与之相关的独特动力学机制,拓宽了我们对高熵非晶合金弛豫动力学过程以及其本征特性的认知。

    • 2060-T8E30铝锂合金的热变形行为及本构模型研究

      2021, 50(12):4388-4394.

      摘要 (593) HTML (164) PDF 1.14 M (554) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用Sans CMT4104型电子万能实验机进行等温恒应变速率热拉伸试验,研究了2060-T8E30铝锂合金在变形温度425~500 ℃、应变速率0.001~0.1 s-1条件下的热变形行为。结果表明:2060-T8E30铝锂合金在热变形过程中,随着温度的升高和应变速率的降低,其峰值应力降低。合金的平均变形激活能为240.502 kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.28。基于热拉伸试验的真应力-真应变曲线,建立了具有应变补偿的Arrhenius本构方程,模型的预测值与实验值平均相对误差5.89%,模型的精确度较好。

    • AZ31B镁合金矫直过程中热力耦合模型下中性层偏移规律分析

      2021, 50(12):4395-4401.

      摘要 (509) HTML (154) PDF 962.59 K (509) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高镁合金板材的矫直精度,需要对镁板的中性层偏移规律进行分析。在室温下,镁合金的塑性较差且拉压不对称性也较大。并且镁板在室温下矫直时,压下量的控制不当会导致板材的矫直效果受到严重影响,因此,镁板常采用温矫的方法来提高矫直精度而且温度是影响镁板拉压不对称性的重要因素。本文基于CaBa2004拉压不对称性屈服准则,利用弹塑性力学的基本理论,推导了AZ31B镁板在矫直过程中中性层偏移量计算公式,运用ABAQUS有限元建立了热力耦合矫直模型,得出了不同温度下的中性层偏移规律,并利用实验,对中性层偏移理论进行实验验证。

    • >材料工艺
    • 介孔氮化钛粉体还原氮化演变过程及电化学性能

      2021, 50(12):4402-4409.

      摘要 (438) HTML (158) PDF 1010.70 K (455) 评论 (0) 收藏

      摘要:以乙醇为氧供体,以TiCl4为钛源,以P123为造孔剂,用非水解溶胶凝胶法结合氨气还原氮化法制备出介孔TiN粉体,将其作为电极材料制备扣式电容。利用XRD、SEM、EDS、BET和XPS等组分结构表征手段和CV、GDC和EIS等电化学测试手段研究了还原氮化温度对粉体的物相、孔结构以及电化学性能的影响规律。结果发现,随着还原氮化温度升高,粉体中TiO2被逐步还原TiO再被氮化为TiN,Ti-O键逐渐被Ti-N键合所部分取代,且其物相纯度增加,颗粒尺寸增大,粉体中介孔孔径则先增大后减小。当还原氮化温度为800℃时粉体比表面积为41 m2/g,孔道结构发达,平均孔径为24nm,这有利于离子传输,电化学性能提高。此时,样品中内在阻抗较小为0.9 Ω,在电流密度为20 mA/g时,比电容为130 F/g,且在50 mA/g下经历1000次循环之后还能保持初始比电容的近90%。

    • 多尺度层状组织结构TC21钛合金及其对力学性能的影响研究

      2021, 50(12):4410-4417.

      摘要 (454) HTML (153) PDF 1.14 M (537) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文选用典型的高强韧TC21钛合金,利用基于伪调幅分解机制的“Step quenching”热处理工艺调控和优化多尺度层状组织结构及其力学性能。利用 SEM、TEM 等研究多尺度层状组织结构的微观组织形貌、断口表面形貌、横截面裂纹扩展形貌等特征。结果表明等温淬火温度对α相析出行为和合金力学性能有强烈影响。将试样在930℃ 固溶1h,分别在0℃-600℃ 温度范围等温保温2小时后水冷到室温,次生α相的宽度逐渐增加,硬度先增加后稍有降低,在400℃保温的硬度达到最高值;将试样从880℃-960℃固溶1h,并在400℃等温保温2h后水冷至室温,分别获得粗片层组织、多尺度层状组织和细片层组织,合金的硬度和强度随固溶温度升高依次增加。然而,多尺度片层组织表现出优异的抗裂纹扩展能力,其断裂韧度高达104MPa?m1/2,显著高于粗片层组织(67MPa?m1/2)和细片层组织(33MPa?m1/2),机制分析结果表明这归因于滑移难以穿过相界面、曲折的裂纹扩展路径和裂纹偏转等特性。

    • Ni含量对镍钛合金的力学和摩擦学性能的影响

      2021, 50(12):4418-4428.

      摘要 (511) HTML (161) PDF 6.33 M (536) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文通过机械合金化和放电等离子烧结法(SPS)在1000 ℃制备具有不同Ni含量的镍钛合金,采用显微硬度仪研究不同Ni含量NiTi合金的显微硬度变化规律,通过摩擦磨损试验机和万能试验机研究NiTi合金室温摩擦学性能和力学性能,采用三维白光轮廓仪扫描磨痕形貌并计算NiTi合金的磨损体积和磨损率,采用扫描电子显微镜研究磨损表面形貌。结果表明:通过球磨和SPS制备的NiTi合金组织均匀,在镍含量低于50 wt. %时,显微组织中只有NiTi相和NiTi2相,镍含量高于50 wt. %时,显微组织中只有NiTi相和Ni3Ti相。Ni含量为50 wt. %时可以显著提高NiTi合金的显微硬度,随着镍含量增加NiTi合金的抗压强度降低,Ni含量为55 wt. %时可以显著改善NiTi合金的摩擦学性能,其主要磨损机理是磨粒磨损和疲劳磨损。

    • 缺陷对选区激光熔化Ti6Al4V合金高周疲劳性能的影响

      2021, 50(12):4429-4436.

      摘要 (550) HTML (156) PDF 3.12 M (522) 评论 (0) 收藏

      摘要:明确缺陷对选区激光熔化Ti6Al4V合金的疲劳性能影响规律是突破该材料工程应用瓶颈的关键问题。在缺陷无法避免的工艺背景下,借助于金相显微镜、电子背散射衍射技术、X射线三维成像系统、疲劳试验机、扫描电子显微镜及激光共聚焦显微镜,开展了该材料的组织和缺陷表征,高周疲劳性能及失效机制的研究工作。结果表明,该合金的微观组织表现出增材制造材料独特的工艺特征;材料的致密度为99.99%,整体缺陷尺寸小于60 μm;材料的疲劳极限为398 MPa,断裂试样均在未熔合缺陷处形成疲劳裂纹,且循环周次低于106 cycles。而缺陷处有效应力强度因子大多分布于短裂纹疲劳裂纹扩展门槛值之上,这决定了该材料的循环寿命较低的特点,后续引入K-T模型建立了关于该材料安全服役的评价方法。

    • 90Nb-10Zr合金在500 ℃过热蒸汽中的腐蚀行为

      2021, 50(12):4437-4444.

      摘要 (485) HTML (158) PDF 1.19 M (524) 评论 (0) 收藏

      摘要:为深入研究锆合金中β-Nb第二相粒子在500 ℃、10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为,利用真空非自耗电弧炉熔炼了β-Nb第二相合金90Nb-10Zr,在静态高压釜中进行500 ℃、10.3 MPa过热蒸汽腐蚀实验,利用XRD、SEM和TEM分析了氧化膜的显微组织。结果表明,90Nb-10Zr合金腐蚀1 h时,外表面与腐蚀介质直接接触被氧化成单斜结构的Nb2O5。腐蚀7 h时,由于腐蚀介质中的氧化性物质需向内扩散才会发生进一步腐蚀,90Nb-10Zr合金表面的氧化膜为双层结构:外层为单斜结构的Nb2O5,内层为四方结构的NbO2;在本研究中没有检测到Zr单独的氧化物。这一氧化过程可以合理解释含Nb锆合金在过热蒸汽中的腐蚀行为与Nb含量的关系。

    • B含量对Fe90-xPt10Bx液态急冷合金组织结构和磁性能的影响

      2021, 50(12):4445-4449.

      摘要 (501) HTML (161) PDF 1007.03 K (445) 评论 (0) 收藏

      摘要:本工作研究了低Pt含量的Fe90-xPt10Bx (x=15~40,原子分数,%)系液态急冷合金热处理前后的组织结构和磁性能。结果表明,x由15增加至25~30可提高合金的非晶形成能力,急冷合金由非晶+fcc-FePt复相组织转变为单一非晶态结构;当x进一步增加至35和40时,合金分别由fcc-FePt+Fe2B+FeB和L10-FePt+FeB纳米复相组织构成。经适当热处理后,x=15~20的合金具有fcc-FePt+Fe2B复相组织而呈软磁性;x=25~40的合金形成了由有序面心四方结构的永磁L10-FePt相和软磁Fe2B/FeB组成的纳米复相组织,显示出永磁特性,其中x=30的合金经823 K热处理900 s后具有最佳的永磁性能,矫顽力、剩磁和最大磁能积分别为173.2 kA/m,1.20 T和88.3 kJ/m3,其优异的永磁性能源于分布均匀、平均晶粒尺寸约为15 nm的永磁L10-FePt相和软磁Fe2B相间的交换耦合作用。

    • 空气反应钎焊ZrO2与GH3536接头组织与力学性能

      2021, 50(12):4450-4456.

      摘要 (449) HTML (170) PDF 1.33 M (548) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Al2TiO5颗粒增强的Ag-CuO-Al2TiO5复合钎料,在钎焊温度为1050 ℃保温30 min工艺参数下,对ZrO2陶瓷与GH3536合金进行了空气反应钎焊(RAB),分析了钎焊接头的界面结构及其形成机制;同时研究了接头在800 ℃氧化不同时间的组织演变规律及其对连接性能的影响。结果表明,钎焊过程中Al2TiO5颗粒分解产生Al2O3和TiO2,TiO2与ZrO2陶瓷反应生成ZrTiO4相。GH3536侧金属元素发生氧化形成尖晶石层,并分别与钎缝中的Al2O3、CuO反应,在钎缝中生成细密分布的NiAl2O4相及紧邻尖晶石层的团块状NiCuO2相。ZrO2/GH3536接头高温氧化1000 h后,钎缝中NiAl2O4呈团块状分布,Cr2O3薄层保持稳定;尖晶石层内部元素均匀化,厚度有明显增加。接头强度随着氧化时间的延长先降低后稳定在20 MPa。

    • 射频等离子体球化钨粉的选区激光熔化成形研究

      2021, 50(12):4457-4464.

      摘要 (532) HTML (157) PDF 739.55 K (496) 评论 (0) 收藏

      摘要:以不规则的钨粉为原材料,采用射频等离子体球化技术制备了球形钨粉,重点研究了选区激光熔化制造纯钨零件,系统研究了工艺参数(激光功率、扫描速度)对制备的纯钨样品致密化、显微组织、显微硬度和压缩性能的影响,从而反馈指导钨粉球化工艺参数的优化。结果表明:球化后钨粉形状规则且球化率高于98%,钨粉的振实密度和松装密度增大,流动性增强。同时球化后的钨粉具有良好的选区激光熔化适用性,打印样品件的致密度在84%-95.6%之间。研究发现,随 激光功率的增大,打印件的致密度、显微硬度和抗压强度呈先上升后下降的趋势,裂纹和孔洞减少。随着扫描速度的增大,打印件的致密度和硬度降低,裂纹增多。因此探究合适的打印参数对钨粉的选区激光熔化成形有着重要意义。

    • Fe对Zr-xFe合金显微结构及在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀行为的影响

      2021, 50(12):4465-4475.

      摘要 (423) HTML (153) PDF 1.60 M (494) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过在纯锆中添加不同含量的Fe,制备出系列Zr-xFe(x=0.05,0.2,1.0,wt.%)合金,并在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽条件下开展了不同时间的高压釜腐蚀实验,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析了合金基体和氧化膜的显微结构,研究了Fe元素对Zr-xFe合金显微结构及腐蚀行为的影响。结果表明,纯锆中添加0.05 wt.%的Fe即可细化α-Zr晶粒,但随Fe含量增加,α-Zr晶粒尺寸变化不明显。Zr-xFe合金中大部分Fe以Zr3Fe第二相的形式析出,随Fe含量增加,第二相结构保持不变,但第二相尺寸增加。Fe能有效促进Zr-xFe合金氧化膜中柱状晶的生长并延缓柱状晶向等轴晶的演化,进而改善Zr-xFe合金的耐腐蚀性能。随Fe含量增加,Zr-xFe合金的耐腐蚀性能提高。应力是Zr-1.0Fe合金氧化膜/基体(O/M)界面形成亚氧化物过渡带的主要原因,亚氧化物过渡带的形成一定程度上缓解了O/M界面附近金属基体和氧化膜中的应力,阻碍了氧化膜柱状晶向等轴晶的演变,从而减弱了锆合金的腐蚀。

    • 纳米碳材料增强铅基阳极在锌电积中的电化学行为

      2021, 50(12):4476-4485.

      摘要 (447) HTML (157) PDF 961.84 K (487) 评论 (0) 收藏

      摘要:锌电积作为湿法炼锌的重要环节,其阳极析氧电位对于节能降耗和提高产品质量极为重要。基于纳米碳材料的析氧催化活性,本文分别研究了典型的0维、1维和2维等6种碳纳米材料作为催化增强相制备铅基复合阳极,并在模拟锌电积条件下通过循环伏安曲线、阳极极化、交流阻抗测试以及耐蚀测试比较了复合阳极的电化学行为。纳米碳材料作为增强相掺杂金属铅形成的金属基复合材料表现出优异的析氧电催化活性,其在500A/m2恒电流极化条件下,稳定电位较纯铅低96mV以上。2维碳材料电化学催化性能不如0维碳材料,1维材料性能最佳,1维材料表面修饰官能团或者负载功能颗粒后,电催化性能有显著提升。

    • 热电Bi2Te3/Bi2Se3纳米“弹簧”材料的电化学组装

      2021, 50(12):4486-4492.

      摘要 (426) HTML (158) PDF 913.57 K (488) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索制备具有高热电优值的一维纳米材料,采用脉冲电化学技术制备了一种热电Bi2Te3/Bi2Se3多层纳米线材料。对电沉积过程的监测结果表明,电沉积过程中体系电阻不断增大,随着电沉积的不断进行,体系电阻增大幅度越来越小。对电沉积产物进行退火处理,然后溶解掉模板,进行XRD测试,结果表明,所制备的产物是Bi2Te3/Bi2Se3,同时,有很多“卫星峰”出现在衍射图上,表明所制备的材料具有超晶格结构。运用FE-SEM、TEM对产物形貌进行分析,结果发现,所制备的材料是像“弹簧”一样形状的Bi2Te3/Bi2Se3多层纳米线。通过对脉冲时间的调节,可以实现对多层纳米线周期的调制。

    • 稀土镧对Al-0.6Mg-0.7Si-0.2Mn汽车板材机械及腐蚀性能的影响

      2021, 50(12):4493-4501.

      摘要 (470) HTML (166) PDF 1.42 M (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用SEM、OM、拉伸试验(常温/高温)、弯曲试验和晶间腐蚀试验等测试方法,对添加不同含量稀土元素镧的Al-Mg-Si-Mn合金组织、机械性能及耐腐蚀性能等进行研究,分析稀土元素镧对合金机械和腐蚀性能的影响。结果表明,随La元素的添加,合金的铸态组织逐渐细化,第二相形貌得到了改善,同时减薄了该合金型材粗晶区厚度,提高了Al-Mg-Si-Mn合金的机械性能和耐腐蚀性能。当La添加量为0.2 wt.%时,晶粒细化效果最好,型材粗晶区最薄;La含量大于0.2 wt.%时,过量的La形成的初生相与合金晶粒细化剂中的Ti相互作用,减少了异质形核核心的数量,导致晶粒粗化现象,恶化合金的机械性能和耐腐蚀性能。

    • 激光烧结制备CrFeNiAlSiCux多孔高熵合金组织与性能

      2021, 50(12):4502-4508.

      摘要 (484) HTML (178) PDF 1.23 M (508) 评论 (0) 收藏

      摘要:在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯粉末中添加非等摩尔比的Cu元素混合后压制成坯,采用激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSiCux(x=0-1.2)高熵合金。通过OM、XRD、SEM和EDS、维氏显微硬度计、磨粒磨损机及电化学工作站进行表征,分析物相结构、显微组织、密度和孔隙率、硬度、耐磨及耐蚀性能。结果表明:合金中BCC和FCC两相共存,随着Cu元素添加,FCC相增多,但BCC相仍多于FCC相,合金是典型树枝晶组织并伴有许多菊花状的组织,菊花状组织主要含有Cr、Fe、Si、Ni元素,枝晶间组织主要含有Cu元素。CrFeNiAlSiCu0.4综合性能最佳,显微硬度最大,为908.68 HV,单位面积磨损量最小,为48 mg·cm-2,腐蚀电流最小,为0.4100 μA/cm-2,腐蚀电位最大,为-149.264 mV。

    • 液相渗硅法和原位反应法制备硅化石墨及性能研究

      2021, 50(12):4509-4515.

      摘要 (564) HTML (149) PDF 1.12 M (527) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别采用液相渗硅法和原位反应法制备了硅化石墨,讨论了石墨基体密度和渗硅方法对硅化石墨力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:两种方法都能明显提升石墨的抗弯强度,液相渗硅法制得的硅化石墨表面有一层浓度梯度分布的SiC层,石墨基体的耐磨性能得到明显改善。综合力学性能和摩擦性能考虑,选择低密度的石墨通过石墨化处理并采用液相渗硅法可以制备得到性能更优的硅化石墨。

    • 少量添加稀土元素Nd和Er对挤压态Mg-6.0Zn-0.5Mn镁合金干摩擦磨损性能的影响

      2021, 50(12):4516-4524.

      摘要 (556) HTML (166) PDF 1.87 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用扫描电子显微镜、能谱仪、透射电镜、硬度计、3D轮廓仪和UMT-3型摩擦磨损试验机研究了复合添加微量Nd和Er元素对Mg-6.0Zn-0.5Mn干摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加微量Nd和Er元素后,晶界处种类和数量更多的金属间化合物会阻碍晶界的迁移和滑移,基体中动态析出的β_1^"相密度增大且平均长度减小,更多的动态析出相以及弥散分布的金属间化合物提高了使基体的硬度,降低了磨损量。Mg-6.0Zn-0.5Mn合金在5N低载荷下的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴有氧化磨损;当载荷增大至20N,磨粒磨损明显减弱,氧化磨损程度增大。复合添加微量Nd和Er后,Mg-6.0Zn-0.5Mn-0.6Nd-0.3Er合金在低载荷下(5N)的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有氧化磨损和黏附磨损;由于耐磨性提高,当载荷增大至20N,磨损机制仍以磨粒磨损为主,黏附磨损程度有所减弱,并伴有氧化磨损。

    • Al-Ni掺杂改性LiMn2O4正极材料合成及电化学性能

      2021, 50(12):4525-4533.

      摘要 (425) HTML (167) PDF 834.45 K (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用固相燃烧法快速合成了单晶多面体LiAl0.08Ni0.03Mn1.89O4 (LANMO)锂离子电池正极材料,其单晶颗粒暴露面包含{111}、{110}和{100}晶面。研究结果表明,LANMO材料为单相尖晶石型结构,属于Fd3m空间群,结晶性好,颗粒尺寸200-300 nm。在1 C和5 C倍率下LANMO的初始放电比容量分别为110.6和96 mAh·g-1,循环1000次后容量保持率都达到70%以上;在高温(55 ℃)1 C条件下,LANMO材料也具有114.2 mAh·g-1初始放电比容量,表现出优良的电化学性能。动力学性能测试表明,LANMO样品有较高的Li+离子扩散系数1.58×10-11 cm2·s-1和较低的表观活化能23.89 kJ?mol-1。Al-Ni协同改性提高了单晶多面体尖晶石型LiMn2O4材料的晶体结构稳定性,有效抑制了Jahn-Teller效应及降低Mn溶解和增加Li+扩散通道,增大了Li+扩散速率和电极可逆性,提升了其倍率性能和循环寿命。

    • 强磁场辅助合成FePtCu纳米粒子及其有序结构调控

      2021, 50(12):4534-4538.

      摘要 (424) HTML (145) PDF 1.51 M (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:强磁场能够将高的磁化能量无接触地传递到材料的原子尺度,改变材料的热力学状态,影响原子和分子的排列、匹配、迁移等行为,因此本研究将强磁场引入到湿化学法中,合成高有序度的FePtCu纳米粒子。研究表明:磁场下制备的FePtCu纳米粒子呈球形,形貌、尺寸均一,分散度较好。随着磁场强度增加,FePtCu纳米粒子的尺寸增加,有序度(s)和矫顽力逐渐提高。在6 T强磁场下,获得了尺寸约为11 nm,s为0.8985的L10-FePtCu纳米粒子。强磁场对粒子的磁化作用造成晶格应变,导致空位或缺陷形成,从而有效加速Fe和Pt原子的有序扩散,促进了FePt纳米粒子的无序-有序转化。强磁场辅助可实现对有序结构的调控,该方法为直接制备L10结构纳米材料提供了一种新思路。关键词:强磁场;湿化学法;FePtCu;纳米粒子;有序结构

    • >评述
    • HVOF碳化钨金属陶瓷涂层对基体疲劳性能影响的研究现状

      2021, 50(12):4539-4552.

      摘要 (509) HTML (141) PDF 1.05 M (503) 评论 (0) 收藏

      摘要:由超音速火焰喷涂(HVOF)制备的碳化钨金属陶瓷涂层,具有接近完全致密、结合强度高、硬度高等优势。本文综述了金属表面HVOF碳化钨金属陶瓷涂层疲劳寿命影响的研究现状,并分析了产生疲劳裂纹的原因,影响疲劳寿命的原因有涂层与基体的性能差异、喷砂引入的缺陷、残余应力及涂层制备工艺等的影响。改进措施有涂层设计、基体不做喷砂或喷丸替代喷砂等改变前处理工艺、获得或提高涂层压应力、减少碳化物的分解、合理的工艺参数(如高的速度)、合适的涂层厚度、选用高含量粘结物的碳化钨金属陶瓷粉末、合适的涂层后处理方法等措施。

    • 阀金属化合物在高比容铝电解电容器中的研究进展

      2021, 50(12):4553-4570.

      摘要 (576) HTML (155) PDF 1.57 M (522) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了适应近年来电子产品功能化和小型化的发展趋势,铝电解电容器正向着小型化、大容量的方向发展,制备高比容阳极箔的技术是实现这一目标的有效途径之一。本文系统介绍了制备高比容铝电解电容器用阳极箔表面阀金属化合物薄膜的沉积技术,从不同沉积技术制备出薄膜质量的角度,阐述了各种沉积技术在制备铝电解电容器用阳极箔时的优缺点;并分析了通过复合阀金属化合物薄膜的方法来提高阳极箔电性能的研究进展,探讨了高比容铝电解电容器用阳极箔制备技术未来的发展趋势。

    • 活性Al制氢技术的发展及展望

      2021, 50(12):4571-4586.

      摘要 (581) HTML (179) PDF 1.36 M (542) 评论 (0) 收藏

      摘要:氢能是理想的能源载体,活性金属分解水制氢具有固态含能、现场制氢、按需供氢,且对水质要求低等特点。本文从Al/H2O反应热力学和动力学两方面综述了铝合金活化的共性问题;从影响Al/H2O反应的内因和外因等因素归纳了活性铝工程化的可行途径。采用多元合金化和合适的制备工艺是活化铝的有效途径;活性铝制氢技术工程化应用的潜力与突破是极端环境。此外,指出Al/H2O自发反应的预判性研究、可持续反应的定量性研究、产业化中产物的循环再利用问题等是活性Al制氢技术进一步发展的方向。最终实现成本低廉、环境友好、安全可靠的活性铝分解水制氢技术的工业化应用。

    • >研究快报
    • Cu含量对新型AlNiZrCoYSi高熵非晶合金非晶形成能力与耐腐蚀性能的影响

      2021, 50(12):4587-4591.

      摘要 (475) HTML (154) PDF 346.73 K (478) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用高真空电弧熔炼喷射成形技术制备了一种新型Al17.5Ni20Zr17.5Co20Y20Si5高熵非晶合金条带,并研究了Cu元素的添加及含量变化对Al17.5Ni20Zr17.5Co20Y20Si5高熵非晶合金耐腐蚀性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度计分别研究了合金材料的非晶形成能力与硬度;通过极化曲线(Tafel)和Nyquist图等电化学方法考察了高熵非晶合金室温下在3.5 wt.% NaCl水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:四种(AlNiZrCo)75-xCuxY20Si5(x=0, 10, 14, 15)近等原子比高熵非晶合金均呈现典型的非晶态衍射峰,Cu含量对AlNiZrCoYSi高熵非晶合金的非晶形成能力影响不大,但会降低合金的抗腐蚀性能,且上述合金的维氏显微硬度均超过470 HV0.1。其中,Al17.5Ni20Zr17.5Co20Y20Si5高熵非晶合金的耐腐蚀性能最佳,其自腐蚀电位(Ecorr)为-0.248 V,自腐蚀电流密度(icorr)为1.63 μA/cm2,极化电阻(Rp)为24.56 kΩ.cm2,该材料在解决严苛海洋环境下防腐耐磨问题具有较大的应用潜力。

    • 基于紫外光辐照法制备CuSe/ZnSe核壳结构纳米粒子

      2021, 50(12):4592-4596.

      摘要 (463) HTML (143) PDF 702.47 K (465) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文成功制备出以CuSe为核心、ZnSe为壳层,具有核壳结构的CuSe/ZnSe纳米粒子。首先采用回流冷凝法制备出CuSe纳米粒子(NPs)。然后,采用一种简单、快速的光化学方法即紫外光辐照法,室温下在CuSe NPs外包覆ZnSe壳层,最终得到CuSe/ZnSe核壳结构纳米粒子。利用X射线衍射(XRD)、能量色散谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和光致发光光谱(PL)对合成的CuSe/ZnSe核壳NPs进行了表征。结果分析表明,合成的CuSe纳米粒子具有六方相结构,粒径平均大小在12 nm。制备出的CuSe/ZnSe纳米粒子的核壳结构清晰,生长的ZnSe壳层为立方闪锌矿结构,粒径大小约为15~45 nm。通过ZnSe壳层的包覆使CuSe在475 nm处产生蓝光发射,同时荧光强度显著增强。

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