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  • 2023年第52卷第10期文章目次
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    • >钛合金
    • TB9钛合金棒材组织遗传效应与性能

      2023, 52(10):3382-3386. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20221000

      摘要 (336) HTML (61) PDF 1.91 M (570) 评论 (0) 收藏

      摘要:以TB9钛合金为研究对象,对比分析了TB9铸锭不同部位在热加工过程中的组织差异,揭示了TB9钛合金棒材的组织遗传效应及其对性能的影响。结果表明,TB9钛合金铸锭可以分为底部沿轴向的柱状晶区,芯部的等轴晶区,边部与轴向呈45°的柱状晶区。其中铸锭底部的柱状晶具有较强的<100>织构,在随后的锻造和热轧过程中,<100>织构的柱状晶难以破碎,具有很强的遗传性,致使最终棒材尾部残留粗大的柱状晶结构,时效后抗拉强度仅为987 MPa。铸锭芯部等轴晶区没有明显的择优取向,最终制备的棒材晶粒细小,组织均匀,棒材的性能优良,抗拉强度可达1290 MPa。

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    • 掺杂HfO2对钛合金微弧氧化膜层特性的影响

      2023, 52(10):3452-3460. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230065

      摘要 (147) HTML (0) PDF 5.78 M (339) 评论 (0) 收藏

      摘要:在电解液中添加HfO2对Ti-6Al-4V钛合金进行微弧氧化处理,通过表征微弧氧化膜表、截面形貌,膜层成分及电化学行为,并测量膜层厚度、硬度、粗糙度等参数来研究添加HfO2对钛合金微弧氧化膜层特性的影响。结果表明:添加HfO2后,微弧氧化膜层主要成分是Al2TiO5、TiO2和γ-Al2O3。较合适浓度的HfO2能促进成膜反应,改善微弧氧化膜的微观结构,提高膜层的厚度、硬度并降低表面粗糙度,且膜层试样具有双层膜结构,膜层试样的耐腐蚀性能好于原基体。HfO2浓度为3.0g/L时所获得的微弧氧化膜层综合性能最佳。

    • 热处理及预拉伸对TC4-0.55Fe合金组织和力学性能的影响

      2023, 52(10):3485-3494. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220759

      摘要 (159) HTML (0) PDF 1.66 M (448) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了具有双态组织的钛合金Ti-6Al-4V-0.55Fe(TC4-0.55Fe)在不同热处理制度(固溶时效、双重退火)和引入预拉伸对微观组织及力学性能的影响,并分析了合金显微组织与力学性能之间的联系。通过对双态组织的 TC4-0.55Fe采用固溶时效和双重退火热处理后微观组织和力学性能进行比较,发现两种热处理方式下随着时效和低温退火温度升高合金中微米级的片层α相厚度均逐渐增大、强度降低、塑性提高。固溶时效热处理下随着时效温度的升高合金屈服强度从530℃的873MPa下降到590℃的862MPa,而延伸率提高3.2%。双重退火热处理试样的屈服强度随着低温退火温度的升高逐步降低,但是延伸率相比于固溶时效有了很大提高,最好可达到23.6%。由于普通热处理对钛合金强度提升不明显,时效和低温退火温度均为590℃时,双重退火试样塑性更优于固溶时效,所以选择该试样引入预拉伸强化,对其在固溶和低温退火中间进行预拉伸。引入预拉伸后,晶粒发生了明显的变形,进行时效强化后合金组织无沉淀区(PFZ)中析出大量细小的二次α相(αs),引入预拉伸后进行时效可以在提升钛合金屈服强度的同时只降低极少的塑性,其中预拉伸形变1%的试样等轴晶含量最高,强度较引入预拉伸前提高68MPa,延伸率仅下降4%,力学性能最优。通过本文研究可知,TC4-0.55Fe钛合金在经过固溶处理后继续进行预拉伸和时效处理,可以有效提升合金的综合力学性能。

    • 重复纳米切削对γ-TiAl合金表面质量及亚表面损伤的影响

      2023, 52(10):3507-3514. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220764

      摘要 (122) HTML (0) PDF 915.41 K (395) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文运用分子动力学方法对单晶γ-TiAl合金重复纳米切削过程进行了模拟,研究了重复纳米切削过程中的切削力和微观组织缺陷演化,分析了已加工表面的粗糙度和残余应力,讨论了重复纳米切削和单次切削之间的差异。结果表明:重复纳米切削伴随着位错的形成和湮灭,第二次切削过程中的位错线长度波动小于第一次切削,切削状态更稳定;加工初始阶段的切削力迅速增大,随后切削力进入稳定加工阶段。同时发现,第二次切削的切削力小于第一次切削的切削力;二次切削后,残余应力分布更加均匀,且刀具的二次挤压作用使得加工表面层残余压应力增大;二次切削加工可以提高表面质量和降低亚表面损伤,而残余压应力的增大及加工所需能量的增加降低了已加工表面的可塑性,使得第三次切削加工对二者没有明显改善。

    • 基于响应面法的Ti2AlNb基合金工艺参数优化研究

      2023, 52(10):3581-3589. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220789

      摘要 (100) HTML (0) PDF 1.47 M (454) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用Gleeble-3500热模拟试验机对Ti2AlNb基合金进行了变形温度为650-850℃、应变速率0.001-1s-1的压缩实验,研究其热变形行为,获得Ti2AlNb基合金最优工艺参数范围。首先分析Ti2AlNb基合金的流变应力曲线,并计算热变形激活能Q、lnZ和功率耗散因子η,从而建立以热变形激活能Q、lnZ和功率耗散因子η的二阶响应面模型,再通过多目标可视化优化得出Ti2AlNb基合金优化后的最佳区域,并结合微观组织图验证。结果表明Ti2AlNb基合金随变形温度升高和应变速率减小流变应力随之减少;建立的响应面模型具有较高精度,可以用于工艺参数的优化与分析;多目标可视化优化结果得出Ti2AlNb基合金优化后的最佳区域是变形温度750-850℃、应变速率0.01-0.03s-1。

    • 增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展

      2023, 52(10):3630-3639. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230146

      摘要 (167) HTML (0) PDF 17.71 M (528) 评论 (0) 收藏

      摘要:增材制造技术成形Ti-6Al-4V点阵材料具有高强度、低密度、生物相容性好的性能特点,在航空航天、生物医疗、海洋等领域具有极大应用潜力。本文概述了近年来增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电子束选区熔化(SEBM)技术成形点阵材料的力学性能、失效行为、微观组织进行分析与总结。研究发现,SLM和SEBM技术均可获得保留原始结构特征的点阵材料,且增材制造骨骼型Diamond 极小曲面Ti-6Al-4V点阵材料抗压强度可达到411.71 MPa,屈服强度达到317.48 MPa,强度可与镁合金相媲美;点阵材料失效行为主要有45°剪切断裂以及水平断裂,剪切断裂型点阵材料强度较高,在承载方面具有独特优势,而呈水平方向断裂的点阵材料多为梯度型点阵材料,其应力应变曲线波动范围较小,在能量吸收能力方面表现出明显的优势;热处理可有效消除增材制造过程中带来的残余应力、降低粗糙度、转变亚稳、针状α"马氏体为α+β相,进而增加点阵材料的塑性,且不降低甚至提高部分Ti-6Al-4V点阵材料的强度。最后,对增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的现存弊端以及未来发展趋势进行了展望。

    • >铝合金
    • 7075铝合金表面HVOF喷涂WC-12Co颗粒的沉积行为

      2023, 52(10):3345-3354. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230389

      摘要 (159) HTML (63) PDF 1.95 M (461) 评论 (0) 收藏

      摘要:在抛光的7075铝基体上采用HVOF(超音速火焰喷涂)沉积了WC-12Co颗粒,用SEM、EDS和纳米压痕硬度仪对沉积物的显微组织、成分和硬度进行了分析。研究了未融颗粒、未完全熔融颗粒和熔融颗粒这3种不同熔融状态下6种颗粒的沉积行为,发现不同类型的颗粒均对基体有冲击,使其发生变形或有一定的撕裂。未熔融颗粒沉积时,高速冲击铝基体使其发生挤压变形,颗粒反弹后,基体遗留挤压坑。除了反弹的未熔融颗粒,未完全熔融颗粒和熔融颗粒的沉积物与原始粉末相比,沉积物的表面形貌和横截面形貌与原始粉末不同,沉积物表面有一定的熔化特征,这是颗粒在HVOF焰流中受热温度较高使其有一定的熔融;高温高速的颗粒冲撞基体后,沉积物横截面更为致密,它们与基体之间存在冶金结合,形成了一个互熔区,表明沉积物撞击基体时温度高于铝的熔点,将铝融化并挤压进颗粒中。颗粒沉积后,在基体表面上形成一层厚度约为5 μm的硬化层,该层的硬度呈梯度变化,近表面处硬度为3420 MPa,是基体(2200 MPa)硬度的1.56倍。硬度的增加源于两个因素:高温高速颗粒的喷丸作用,及颗粒挤压基体塑形变形的加工硬化。

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    • 采用冷胀形工艺降低2219铝合金环的淬火残余应力

      2023, 52(10):3355-3362. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220955

      摘要 (105) HTML (0) PDF 1.94 M (409) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过固溶时效工艺可以显著提升2219铝合金的力学性能,但在淬火过程中会产生较大的残余应力,对其尺寸稳定性、疲劳强度、应力腐蚀等性能产生不利影响。为降低2219铝合金环件的淬火残余应力,在淬火和人工时效之间引入冷胀形工艺。首先,采用有限元法模拟分析了2219铝合金环淬火、冷胀形后残余应力的数值及分布规律。其次,采用钻孔法测量了环在淬火、人工时效和固溶-冷胀形-人工时效后的残余应力。研究了冷胀形工艺参数对残余应力数值和均匀性的影响。结果表明,引入冷胀形工艺可以使2219铝合金环件淬火残余应力降低85%以上。

    • 形变热处理对2A12铝合金微观组织、织构及性能的影响

      2023, 52(10):3363-3373. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230057

      摘要 (127) HTML (0) PDF 3.27 M (429) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用扫描电镜显微观察(含能谱分析)和电子背散射衍射技术(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)等分析方法研究了不同形变热处理制度对2A12铝合金板材的微观组织、织构及性能的影响。结果表明:2A12铝合金经形变热处理后,晶粒沿轧制方向拉长,晶粒尺寸减小。随着形变热处理反复次数的增加,亚晶界比例降低,2°?15°的小角度晶界比例提高,大角度晶界比例先增后减,此时的退火过程由回复多边化主导转变为再结晶主导,再结晶程度提高。单步形变热处理样品因形变量较小,大小晶界和亚晶界比例较为接近。与退火制度相同的小变形样品相比,大形变热处理样品亚晶减少,大角度和小角度晶界增加,再结晶程度提高。形变量较大时,将存在Brass→R-Cu和m-Brass→Goss→R-Goss→Cube、T和P→Near rotated Cube和{102}<201>的织构演变路径。单步小变形退火时,路径将改变为:R-Cu和m-Brass→Goss→R-Cube。随着变形量的增加,2A12铝合金的强度和硬度增加,韧性和塑性降低。

    • 搅拌摩擦通道挤压制备碳纳米管增强7075铝基复合材料

      2023, 52(10):3424-3432. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220040

      摘要 (64) HTML (11) PDF 2.30 M (376) 评论 (0) 收藏

      摘要:搅拌摩擦通道挤压是作者基于搅拌摩擦焊接和等通道转角挤压提出的一种固相状态制备金属基复合材料的新方法。采用搅拌摩擦通道挤压方法,通过添加不同体积分数的碳纳米管(CNTs)(0%、2%和4%),制备了碳纳米管增强7075铝合金基复合材料(CNTs/Al-7075)。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察并分析了CNTs在Al-7075基体中的分布特征,以及复合材料的细晶组织和第二相颗粒特征。采用固溶和时效处理改善CNTs/Al-7075复合材料的组织和力学性能。结果表明,采用搅拌摩擦通道挤压方法可以制备CNTs分布均匀的CNTs/Al-7075复合材料,实现7075铝合金基体晶粒细化,通过引入CNTs增强相可获得更为细小的晶粒组织。随着CNTs体积分数增加,CNTs/Al-7075复合材料的晶粒更加细化。固溶和时效处理改善了搅拌摩擦通道挤压制备的7075铝合金和CNTs/Al-7075复合材料的第二相析出行为,使材料的显微硬度得到提高。CNTs/Al-7075复合材料的强化机制综合了细晶强化、位错强化、载荷传递和第二相强化,其中以第二相强化为主。

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    • 焊接温度对5A06铝合金SPS钎焊接头组织和性能的影响

      2023, 52(10):3461-3469. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220755

      摘要 (74) HTML (0) PDF 273.30 M (505) 评论 (0) 收藏

      摘要:5A06铝合金具有中高强度,优良的腐蚀稳定性以及良好的导热和机械加工性能,在雷达液冷组件和波导结构件等精密制造领域广泛应用。本文采用Al-20Cu-5Si-2Ni钎料,通过放电等离子烧结技术实现5A06铝合金SPS钎焊,研究了焊接温度对连接接头组织和性能的影响。当焊接温度为510~530℃,压力为4MPa,保温时间为10min时,接头抗拉强度随温度上升而增大,最大接头强度为152MPa,断口呈现韧性断裂特征,韧窝细小均匀。在低温钎料、焊接压力、脉冲电场和短时保温的综合作用下,SPS钎缝变窄,晶粒细小,脆性相分散,界面发生快速元素扩散,微观焊合率提高,形成的细小Mg2Si和Si颗粒能够显著提升接头力学性能。

    • Yb微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和性能的影响

      2023, 52(10):3556-3562. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220783

      摘要 (55) HTML (0) PDF 2.02 M (376) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用熔炼铸造结合热挤压变形等工艺制备了Al-Zn-Mg-Cu和Al-Zn-Mg-Cu-Yb两种合金。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜对组织结构观察及差热分析仪、拉伸试验机和电化学工作站对性能检测,研究了稀土Yb微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响。结果表明:Yb的添加能够明显细化晶粒,显微硬度和抗拉强度分别由125.6 HV、562.9 MPa提高至154.9 HV、616.3 MPa,拉伸断裂形式也由沿晶和韧窝共存的混合型断裂转变为完全的韧窝型断裂。然而基体中Al8Cu4Yb粗大相的析出及晶界处η相的连续分布,对合金耐腐蚀性能不利。

    • >材料科学
    • U-Nb合金低温分解机制的相场法研究

      2023, 52(10):3374-3381. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230112

      摘要 (66) HTML (18) PDF 2.09 M (416) 评论 (0) 收藏

      摘要:低温时效处理导致U-Nb合金的力学性能发生显著改变,利用相场法研究了性能变化对应的微观组织演化。结果表明,在较高温度可能发生调幅分解,但必须满足其热力学条件,而且也仅出现在初期。发生普通型析出的范围可能更广,因为合金成分接近于发生结构转变的临界成分,时效对应的母相无论是类高温立方相还是类低温正交相,稳定核胚和母相之间的Nb含量差异都可以相当小。当相界面的迁移率较大而扩散率较低时,处于长大阶段的析出物的Nb含量明显不同于平衡态成分。因此,U-Nb合金的低温时效硬化效应可能是由相分解引起的Nb再分配所导致。

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    • 电积钴板微观组织结构及力学性能对比

      2023, 52(10):3387-3398. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230121

      摘要 (76) HTML (14) PDF 5.60 M (415) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了3种电积钴板的微观组织结构和力学性能之间的差异,采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了3种电积钴板的择优取向、晶体结构和微观组织形貌;并分析了3种电积钴板的强度、硬度和韧性。结果表明:3种电积钴板均是密排六方结构(hcp)的纯钴相,晶粒取向随机。A-Co板沉积层均匀致密、孔洞较少,而B-Co板和C-Co板的沉积层较为分散且存在大量的孔洞。同时A-Co板表面的平均晶粒尺寸最小,沉积层晶粒大小分布均匀,B-Co板表面的平均晶粒尺寸最大,沉积层晶粒大小分布不均匀。3种电积钴板截面的始极片都是柱状晶结构,且始极片两侧的生长方式不同。由力学性能分析发现A-Co板的抗拉强度和硬度均高于其它2种钴板,但是韧性较差。综上所述,A-Co板的品质要明显优于B-Co板和C-Co板的品质。

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    • 不同压力下CrB的晶体结构、电子结构及力学性质的第一性原理研究

      2023, 52(10):3399-3409. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230105

      摘要 (49) HTML (10) PDF 1.44 M (374) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于密度泛函理论第一性原理的方法,使用CALYPSO对CrB进行晶体进行结构搜索,并对搜索出的结构进行了电子结构的分析及力学性质的预测。结果表明,采用1倍分子式搜索出的2种结构中,α-CrB相为立方结构,空间群为Fm-3m(No. 225),β-CrB相为四方结构,空间群为P4/mmm(No. 123)。当压强超过90 GPa时,CrB将会发生结构相变,由α-CrB相转变为β-CrB相。声子谱的计算结果及力学稳定性的判据结果表明,α-CrB相及β-CrB相均具有动力学及力学稳定性。β-CrB相晶体中,B原子的s轨道、p轨道及Cr原子的d轨道发生杂化,形成共价键及离子键;α-CrB相晶体,Cr的d轨道和B的p轨道发生轨道杂化,形成了离子键。β-CrB相中态密度能量范围分布较大且峰值相对较低,能带色散较强,原子轨道相互作用较强。随着压力的增加,α-CrB相的硬度值逐渐升高,在90 GPa时达到最大值28 GPa,并且韧性和硬度的匹配程度最好,即此时材料的综合力学性能是最好的。当压力超过90 GPa发生相变后,β-CrB相的硬度值明显降低,低至9.3 GPa,此时B/G值增加至3.9,表现出明显的韧性特征。α-CrB相晶体虽然原子间作用力较低且体积模量较小,但是由于晶体内部原子之间形成了化学键网络,体积模量的各向异性相对较低,这是其具有较高硬度的主要原因。

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    • Co-Sn单相合金深过冷凝固时Co3Sn2 相生长形貌的演变机制

      2023, 52(10):3410-3416. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230069

      摘要 (50) HTML (10) PDF 1.59 M (378) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展了(Co60Sn40)100-xNbx (x=0,0.4,0.6,0.8,at%)单相合金的深过冷凝固实验,研究了Co3Sn2相生长形貌的演变机制。结果表明,在小过冷度下,Co3Sn2相在x=0,0.4以海藻状的模式进行生长,随着添加的Nb含量增加至0.6at%,其生长形貌转变为树枝晶,并在x=0.8进一步转变为分形海藻晶,这主要是由于界面能各向异性和动力学各向异性的变化。随着过冷度的增加,(Co60Sn40)99.4Nb0.6合金中Co3Sn2相生长形貌在过冷度大于28 K时从树枝晶转变为分形海藻,当过冷度高于143 K时转变为密集海藻。少量的Nb添加在小过冷度和中间过冷度时能提高Co3Sn2相的生长速度,但是在大过冷度下会显著降低生长速度。Co3Sn2相生长速度随过冷度变化规律的转变对应其生长形貌从分形海藻向密集海藻的转变。

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    • 碳酸氢铵沉淀法制备球形氧化钪

      2023, 52(10):3417-3423. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230046

      摘要 (42) HTML (3) PDF 3.41 M (354) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了碳酸氢铵沉淀法制备球形氧化钪粉的方法。在溶液中以ScCl3·XH2O为前驱体制备含钪的碳酸盐。研究了反应温度、沉淀剂量和搅拌速度对钪回收率的影响。通过粉末X射线衍射和激光粒子测定表征了pH值对含钪碳酸盐晶体结构和粒径的影响。结果表明,随着反应pH值的增大,含钪碳酸盐的结构由非晶结构变为结晶结构,初始变化pH值约为6时,氧化钪的晶体结构为立方结构。同时,在一定条件下,可以获得3.756?103.8 μm尺寸的钪沉积物颗粒。当pH值为7时,钪的D50为6.634 μm。含钪碳酸盐被用作制备氧化钪的前体。TG-DTA结果表明,碳酸盐的分解温度趋于600 ℃左右。基于XRD和IR分析,可以得出,当煅烧温度为1000 ℃时,获得相对纯净的氧化钪粉体材料。同时,采用激光粒度分析仪、BET和SEM-EDS对所得氧化钪粉末进行表征。球形氧化钪粉末的微晶尺寸小于10 μm,表面积约为373.952 m2/g。微观结构非常均匀,呈球形结构。

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    • >材料工艺
    • 基于数字图像相关技术的SLM-IN718细观表面裂纹扩展机制

      2023, 52(10):3433-3441. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230296

      摘要 (161) HTML (0) PDF 45.91 M (465) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展了室温下不同应力比(R = 0.1及R = -1)的原位疲劳试验,并结合数字图像相关技术(DIC)分析了选区激光熔化IN718镍基高温合金(SLM-IN718)的细观超高周表面裂纹扩展机制。结果表明:首先,DIC分析表明SLM-IN718受载时裂纹尖端出现了类似于蝴蝶形的塑性应变区,这与采用Von Mises屈服准则相一致;其次,分析裂尖前方应变场特征、位移场特征,确定SLM-IN718存在裂纹闭合效应,并对其裂纹闭合效应进行评估,对SLM-IN718而言,R = 0.1与R = 0条件下载荷分别达到最大载荷的53%与29%时裂纹张开;此外,建立了虑及裂纹闭合效应的裂尖塑性区尺寸评估模型,计算值与实测值一致性较好;最后,结合DIC分析结果探讨了SLM-IN718低应力条件下的表面裂纹扩展机制。

    • MAR-M247合金高温断裂机制的原位研究

      2023, 52(10):3442-3451. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220797

      摘要 (107) HTML (0) PDF 58.81 M (426) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用原位高温拉伸台在扫描电镜中研究了镍基铸造高温合金MAR-M247在室温、400 ℃与760 ℃拉伸过程中的动态组织演变和断裂机制。原位测试结果表明,在室温到760 ℃范围内,MAR-M247合金的屈服强度与抗拉强度随温度的升高略有下降,拉伸塑性略有提高。室温原位拉伸过程中,并没有出现滑移带;400 ℃与760 ℃的原位拉伸,只在样品断口附近存在少量的滑移带。随拉伸温度的提高,合金的断裂机制并无明显变化,均表现为韧性穿晶断裂。合金的微裂纹主要来源于变形过程中碳化物的破裂,晶内与晶界都存在因碳化物破裂而形成的微裂纹。

    • 含类金刚石薄膜的镁铝合金振膜的制备及其声学特性研究

      2023, 52(10):3470-3478. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220757

      摘要 (74) HTML (0) PDF 56.86 M (338) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究通过脉冲等离子体增强化学气相沉积技术,在镁铝合金振膜上沉积类金刚石(Diamond-like carbon, DLC)薄膜。利用SEM、RAMAN和AFM表征了不同沉积工艺的DLC薄膜的形态和组成结构,测试了含DLC膜层的镁铝合金复合振膜的力学性能,相比镁铝合金振膜基底,DLC薄膜使得复合振膜在表面粗糙度、硬度和弹性模量方面有较多改善。通过研究含DLC薄膜的镁铝合金复合振膜的频率响应曲线和谐波失真等声学性能,复合振膜提升了频响上限,赋予了扬声器高保真性。采用含DLC膜层的镁铝合金复合振膜制成的音响设备,具有良好的音色自然度、声场表现度、人声表现度和整体评价度,能够有效提高人类主观听音效果。

    • 超细球形银铜合金粉末的激光雾化制备工艺研究

      2023, 52(10):3479-3484. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220582

      摘要 (86) HTML (0) PDF 984.40 K (348) 评论 (0) 收藏

      摘要:银铜合金粉末兼具银粉和铜粉的优势,在电子制造、催化和医疗领域有广泛的应用前景。采用脉冲激光刻蚀银铜共晶合金靶材方法制备了粉末样品,采用扫描电镜、X射线能谱仪和差热分析等测试手段研究了粉末样品的粒径、外貌、成分和微观组织。结果表明,脉冲激光刻蚀制备的银铜合金粉末的粒径集中分布范围为1 ~ 6 μm。粉末颗粒呈球形、表面光滑。粉末颗粒的平均银含量接近靶材,在剖面上成分均匀、含银量波动小于3 at%。粉末的微观组织为富银相和富铜相。粉末和靶材的开始熔化温度分别为773℃和779.5℃。两者熔化温度区间相近,但前者的温度区间相比后者向低温发生了偏移,推测是由于粉末颗粒中存在亚稳组织所导致的。研究结果为高性能超细球形银铜合金粉末的制备提供了一种可行途径。

    • 润滑对热挤压核级Zr-4合金显微组织的影响

      2023, 52(10):3495-3506. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220762

      摘要 (46) HTML (0) PDF 2.98 M (261) 评论 (0) 收藏

      摘要:核级锆合金作为水冷核反应堆的核心结构材料,多采用热挤压工艺加工。然而,在高温、高压等恶劣的热挤压环境下,润滑层极易失效,导致成品件出现缺陷甚至报废。作为挤压过程中至关重要的一环,关于润滑对锆合金挤压件内部组织和性能的影响,目前尚没有过系统的报道。本研究对涂覆二硫化钼润滑剂的Zr-4合金在620 ℃、680 ℃和740 ℃下进行热挤压,并使用电子背散射衍射技术对挤压件纵向截面进行显微组织表征。分析发现涂层在680 ℃下具有最佳的润滑效果,能够促进锆合金内部柱面滑移和锥面滑移的开动,内部晶粒变形均匀,呈现出显著的<01-10>//ED挤压丝织构。研究结果对改进锆合金挤压润滑工艺、优化挤压件的组织和性能有一定指导作用。

    • 混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料制备与性能

      2023, 52(10):3515-3521. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220586

      摘要 (91) HTML (0) PDF 924.92 K (286) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以碳纳米管(CNTs)和TiB2颗粒作为增强相,首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在铜基复合材料中易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当含量为0.1 wt.%时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2 %IACS和252 MPa。而球磨后热压烧结的1 wt.% TiB2/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3 %IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB2颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料。相比单一CNTs(或TiB2)增强铜基复合材料,(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1 wt.% CNTs+1 wt.% TiB2)/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4 %IACS和531 MPa,相比1 wt.% TiB2/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要归因于片层间CNTs可起承担和传递载荷作用,同时片层间弥散分布的TiB2颗粒可以钉扎位错,两种强化机制共同作用使(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。

    • 热处理对GH4169脉冲TIG焊接接头组织和性能的影响

      2023, 52(10):3522-3529. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220767

      摘要 (48) HTML (0) PDF 26.16 M (335) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用脉冲TIG焊制备GH4169合金焊接接头,并采用4种热处理工艺对焊接接头进行热处理,对比不同热处理工艺对GH4169合金焊接接头组织和性能的影响。结果表明,焊接接头经过4种热处理工艺后,部分相发生溶解,接头常温和高温抗拉强度皆得到提高,接头硬度皆显著提高,但热处理后接头塑性显著降低。其中经过1020℃固溶处理+双级时效后的接头焊缝中Laves相发生部分溶解,且经该热处理工艺后其接头常温和高温抗拉强度提高幅度皆达到最大。

    • 纳米银导电墨水的制备及其在高精度柔性电路打印中的应用研究

      2023, 52(10):3530-3538. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220600

      摘要 (69) HTML (0) PDF 46.85 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别以银纳米颗粒和银纳米线为导电组份,以BYK-333为表面助剂,以乙二醇为溶剂制备出两类喷墨打印型导电墨水,采用MICROPLTTER Ⅱ型微纳米沉积系统在柔性透明基底上打印了导电线路,研究了打印工艺、热烧结固化、封装等对两种打印电路的导电性、耐候性和扰度等性能的影响。结果表明,打印机喷头口径和墨水与基底接触角是决定导电电路线宽精度的关键因素,热烧结处理可以提高银纳米颗粒柔性电路的导电性,在160℃烧结30 min时,电阻率下降到16.4 μΩ.cm,在空气中放置90天后保持导电性能不变,1000次弯折后电阻率上升12.4%;随着打印次数增加,银纳米线打印电路的导电性不断增加,打印9次得到的打印直线单位电阻为88.9 Ω/cm,而随着烧结温度和时间的增加电路导电性下降,PDMS封装可以极大地提高打印电路的稳定性,在空气中放置90天并弯折1000次后导电性能保持不变,表明基于银纳米材料导电墨水及微纳米沉积系统可以实现高性能和高精度柔性电路的稳定打印。

    • Mg67Zn28Ca5合金激光表面非晶化处理及其生物腐蚀性能研究

      2023, 52(10):3539-3546. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220776

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.43 M (257) 评论 (0) 收藏

      摘要:Mg-Zn-Ca合金因其较好的力学性能、良好的生物相容性和优异的可降解性,有望在人体骨组织植入材料得到推广应用,但由于镁合金耐生物腐蚀性能较差,限制了其临床的进一步应用。通过激光表面非晶化处理对共晶成分的Mg67Zn28Ca5合金进行了表面改性,研究了激光扫描速度对Mg67Zn28Ca5 合金表面非晶复合涂层的显微组织和相组成的影响;测试了合金表面改性前后在人工模拟体液中的生物腐蚀行为。研究结果表明,经激光表面非晶化处理后样品表面主要由大量的非晶和极少量的晶态物质组成。随着激光扫描速度的增大,合金表面形成的非晶相越多。晶相的形成主要是受到后续激光加工的热影响而产生热激活,部分非晶相发生了形核长大。与铸态镁合金相比,非晶复合涂层在人工模拟体液中的腐蚀电位正向偏移了0.16 V,腐蚀电流密度下降了约13倍。合金表面少量晶相的存在,使之成为表面腐蚀的活性通道,对合金表面的腐蚀性能产生轻微的影响。通过激光表面改性处理,可有效改善Mg67Zn28Ca5合金的耐生物腐蚀性能,在生物医用植入方面展现出良好的应用前景。

    • 中粗WC含量对Ni-Co粗晶硬质合金微观组织及性能的影响

      2023, 52(10):3547-3555. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220781

      摘要 (50) HTML (0) PDF 5.31 M (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了中粗WC含量对Ni-Co粗晶硬质合金微观组织与晶粒分布的影响,进而讨论了晶粒分布对硬质合金力学性能的影响。通过金相分析了中粗WC含量对硬质合金晶粒度与邻接度的影响,并利用截线法研究了微观组织的晶粒的分布规律;研究了晶粒度与晶粒分布对磁力、密度及其它力学性能的影响。结果显示,中粗WC晶粒可均匀分布在粗晶WC周围阻碍粗晶与粘结相接触,抑制了粗晶粒的快速粗化,降低了合金平均晶粒度与平均自由程,使晶粒分布逐渐转变为双峰分布;在压力烧结下所有合金的相对密度均在99.5%以上,通过对矫顽磁力的测试分析,验证了微观组织中晶粒双峰分布的准确性;平均晶粒度的降低使合金硬度逐渐增加、断裂韧性逐渐降低;微观组织中超粗晶粒逐渐减少,有利于硬质合金抗弯强度与耐磨性的提高。在Ni-Co粗晶硬质合金中加入部分中粗WC颗粒有利于减少晶粒粗化进而提高耐磨性,加入30%中粗WC颗粒时综合性能最好。

    • 喷雾造粒预合金化W-Ni-Fe三元合金粉末及射频热等离子体致密球化研究

      2023, 52(10):3563-3570. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220785

      摘要 (63) HTML (0) PDF 6.70 M (282) 评论 (0) 收藏

      摘要:球形致密化的钨基(W-Ni-Fe)合金粉末对增材制造等粉末成形构件的强度等物理性能的提升具有重要意义。采用喷雾造粒和射频热等离子体高温致密球化处理的方式研究了W-Ni-Fe粉末经喷雾造粒后射频热等离子体处理对其合金粉末的形貌、孔隙等的作用效果。研究表明,经喷雾造粒后所形成的96W-2.5Ni-1.5Fe三元合金粉末显微组织结构疏松,内部中空洞较多且表面粗糙;射频热等离子体对喷雾造粒粉进行处理后其综合性能提高,球形粉表面孔洞及疏松现象有所缓解,但仍有部分颗粒表面与内部存在微孔,且致密球化后的W晶粒之间Ni、Fe相含有较高含量的W元素。

    • Ga1-XTiXSb(X= 0.25, 0.50, 0.75)电学、磁学及光学性质的第一性原理研究

      2023, 52(10):3571-3580. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220787

      摘要 (37) HTML (0) PDF 1.52 M (275) 评论 (0) 收藏

      摘要:直接带隙半导体锑化镓(GaSb)凭借其优异的性能在光纤通信、光电器件等领域具有应用价值。为了探索GaSb在光电器件中及新的自旋电子学材料的潜在应用,采用第一性原理计算了不同Ti掺杂浓度的GaSb(Ga1-xTixSb,其中X为Ti原子的掺杂浓度百分比)的电学、磁学及光学性质。计算结果表明:Ga1-xTixSb的能带结构和态密度在费米能级附近产生自旋劈裂并形成净磁矩,使Ga1-xTixSb(X=0.25, 0.50, 0.75)分别表现为半金属铁磁体、稀磁半导体、磁性金属。Ga1-xTixSb优化后晶格常数变大;Ga1-xTixSb的折射率、反射率、吸收系数发生红移且在中远红外波段光吸收系数高于GaSb;Ga1-xTixSb随着Ti掺杂浓度的增加对中远红外波段光子的吸收效果变得更好。计算结果为拓展GaSb基半导体材料在红外探测器、红外半导体激光器等领域的应用以及新的自旋电子学材料的发现提供理论参考。

    • 弯曲形变及热处理对纯镍N6焊缝晶界特征分布及腐蚀行为的影响

      2023, 52(10):3590-3599. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220790

      摘要 (47) HTML (0) PDF 20.96 M (373) 评论 (0) 收藏

      摘要:对纯镍N6等离子弧焊缝进行“U”形弯曲形变及热处理加工,借助电子背散射衍射(EBSD)和取向成像显微技术(OIM)对比分析Non-GBE、GBE样品晶界特征分布(GBCD)及对腐蚀行为的影响。结果表明:焊缝经“U”形弯曲形变+900℃退火10min后,低ΣCSL晶界比例提高到54.1%,并形成具有Σ3n取向关系的大尺寸晶粒团簇;退火过程中再结晶形核点增加,晶粒尺寸下降到146 um。GBE样品耐蚀性高于Non-GBE样品,GBE样品(0.2113 A·m-2)自腐蚀电流密小于Non-GBE样品(0.8138 A·m-2),且GBE样品的容抗弧半径、阻抗模值|Z|、相位角θ均大于对应Non-GBE样品。两种样品表面均发生了点蚀,腐蚀行为概括为:腐蚀初期,C1-破坏样品表面局部区域钝化膜形成点蚀坑。随浸泡时间延长,阳极金属附近Ni2+浓度达到饱和或过饱和状态,Ni2+与膜层中结合水反应生成Ni(OH)2,部分Ni(OH)2脱水分解为NiO,组成的腐蚀产物膜沉积在样品表面,阻止Cl-穿过腐蚀产物渗透到样品表面,点蚀受到控制。

    • W-4Re-0.27HfC合金的1500~1700℃拉伸蠕变性能及损伤机理

      2023, 52(10):3600-3607. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220773

      摘要 (90) HTML (0) PDF 1.44 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了粉末冶金制备的W-4Re-0.27HfC合金的拉伸蠕变行为,测试环境为真空,蠕变温度为1500~1700℃,蠕变应力为40~60MPa。采用SEM、EBSD和TEM观察其微观组织,表征晶粒尺寸和位错等组织在蠕变过程中的演变规律。结果表明,W-4Re-0.27HfC合金的稳态蠕变速率范围为1′10-7~5′10-6,较纯钨(W)低两个数量级。W-4Re-0.27HfC合金抗蠕变性能优于纯W主要原因是弥散分布的HfC颗粒钉扎位错和Re取代W原子产生晶格畸变阻碍位错运动,降低位错迁移率。蠕变温度为1500℃时,W-4Re-0.27HfC的蠕变机制以位错滑移为主,伴随有晶界滑动。随着温度升高,位错攀移成为主要蠕变机制。HfC颗粒塞积位错,导致HfC/基体界面结合变差,HfC颗粒剥落出现孔洞,合金蠕变性能下降。

    • Pd/CeCoOx催化剂上Pd组分分散性改进及其NGVs尾气净化性能

      2023, 52(10):3608-3616. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220780

      摘要 (46) HTML (0) PDF 1.01 M (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,天然气汽车(NGVs)尾气净化三效催化剂的研究主要集中在具有高分散性的负载型贵金属催化剂。本文利用金属有机骨架(MOFs)模板法制备了纳米结构的CeCoOx复合氧化物作为载体,并与传统溶胶-凝胶法(SG)制备的铈钴氧化物比较,探究了贵金属Pd在两种催化剂载体上的分散状态及其对催化性能的影响。结果表明,以CeCo-MOFs材料为前驱体衍生制备的Pd/CeCoOx(M)催化剂其CO、NO、CH4三效催化性能相比溶胶-凝胶法制备的相同组成Pd/CeCoOx(SG)催化剂低了约100 ℃左右,具有更低的低温活性。以CeCo-MOFs为前驱体衍生制备的铈钴复合氧化物晶体粒子更小,晶相结构均匀,具有更大的比表面积,促进了Pd组分分散状态的提高,也丰富了催化剂的氧空位和结构缺陷,显著提高了催化剂的低温三效催化性能。利用MOFs前驱体热分解得到的复合氧化物可以作为三效催化贵金属活性组分分散的良好材料。

    • >评述
    • 激光增材制造高温合金复合材料研究进展

      2023, 52(10):3617-3629. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220775

      摘要 (126) HTML (0) PDF 15.83 M (377) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析研究。在此基础上,分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展,并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望,本文将有利于对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。

    • 低热应变镁合金研究综述

      2023, 52(10):3640-3646. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220729

      摘要 (92) HTML (0) PDF 1.94 M (402) 评论 (0) 收藏

      摘要:镁和镁基合金是重要的轻量化金属材料,广泛应用于汽车、通讯、航空等领域。由于镁合金热膨胀系数较高,当应用于精密器件时易导致组装精密度降低、力学性能下降等问题。因此需要研发低热应变镁基材料,以满足此类应用的要求。本文对降低镁合金热膨胀系数的原理及方法进行综述,归纳比较了合金化、复合材料和特殊加工工艺等调整镁合金热膨胀系数的主要方法的原理,总结出高熔点元素合金化、高硬度颗粒掺杂、低热膨胀系数纤维掺杂以及热处理结合挤压加工方法等降低镁合金热膨胀系数的有效方法,并对未来该领域的研究趋势进行了展望。

    • 可逆润湿型智能油水分离材料

      2023, 52(10):3647-3660. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220748

      摘要 (86) HTML (0) PDF 52.26 M (385) 评论 (0) 收藏

      摘要:溢油事故的频繁发生以及工业含油污水的违规排放不仅造成了资源浪费,而且严重破坏了人类赖以生存的生态环境。可逆润湿型智能油水分离材料具有在亲水性和疏水性之间的循环切换特性,可以灵活处理各种油水混合物,表现出优异的油水分离能力。本文介绍了表面润湿现象及可切换润湿性机理,并根据材料所受外部刺激的不同,综述了pH响应型、温度响应型、光响应型及气体响应型等智能油水分离材料的研究进展。最后,提出了该研究领域目前存在的主要问题和面临的挑战,并对该领域未来的发展方向进行了展望

    • 应用铅铋共晶合金冷却剂面临挑战及解决方案

      2023, 52(10):3661-3672. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220753

      摘要 (82) HTML (0) PDF 988.02 K (332) 评论 (0) 收藏

      摘要:铅铋共晶(LBE)合金具有化学活性低、热特性杰出、耐辐照等优秀特质,在核领域具有广泛的应用前景,是第四代核能系统铅冷快堆(LFR)冷却剂的首选材料。然而,高温、高流速、高密度的液态LBE会对核电材料造成严重腐蚀,威胁其服役安全。因此,全面认识与分析应用LBE所面临的挑战,对于解决LBE与结构材料相容性的关键科学和实际工程问题,以及核能的可持续发展具有重要意义。本文简介了LBE冷却剂的特点,系统地论述了近年来关于LBE腐蚀机理、影响因素的研究现状,针对目前3种主要解决方案的基本原理、防护机制及国内外最新研究进展进行了较为全面地分析。最后,总结了目前研究中存在的主要问题与不足,并展望了未来发展前景。

    • >研究快报
    • g-C3N4-Cd2SnO4复合材料的制备及其气敏性能

      2023, 52(10):3673-3679. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230073

      摘要 (90) HTML (0) PDF 1.32 M (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘 要:采用水热-煅烧法制备了Cd2SnO4,并使用超声混合法制备一系列不同质量比例的g-C3N4-Cd2SnO4复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对g-C3N4-Cd2SnO4复合材料进行了表征,研究了不同比例的g-C3N4-Cd2SnO4复合材料的气敏性能。气敏性能研究结果表明:当g-C3N4的加入量为2.5 wt%(质量分数)时,g-C3N4-Cd2SnO4复合材料对于异丙醇气体的灵敏度最高,在170℃的最佳工作温度下,对100 μL/L的异丙醇气体的灵敏度可达117,与纯Cd2SnO4的灵敏度1.4相比提高了78倍,最低检测限为0.1 μL/L。

    • Cu添加对La0.7Ce0.3Fe11.54-xCuxMn0.16Si1.3合金及其氢化物磁性能的影响

      2023, 52(10):3680-3684. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230130

      摘要 (56) HTML (0) PDF 1.19 M (286) 评论 (0) 收藏

      摘要:La(Fe, Si)13系合金是具有一级相变大磁热效应的磁制冷合金,被认为是极具应用前景的磁热效应材料之一。本文采用高频感应悬浮炉制备了添加不同Cu元素比例的La0.7Ce0.3Fe11.54-xCuxMn0.16Si1.3(x=0, 0.05, 0.1, 0.15)合金。并利用粉末XRD衍射仪,扫描电镜(SEM)对合金的相组成、微观组织结构进行了研究,采用多功能振动样品磁强计VersaLab对合金的磁性能进行了分析。添加Cu元素后,合金的居里温度提高,但氢化后添加Cu的合金居里温度反而偏低。随着Cu元素提高磁热性能下降,但La0.7Ce0.3Fe11.44Cu0.1Mn0.16Si1.3H1.68合金的最大等温磁熵变仍高达8.5 J/kg.K(0 ~ 2 T),相对制冷能力RCP提高(118 J/kg),磁滞明显降低。

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