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2026, 55(7):1807-1815. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250115摘要:
通过有限元模型结合二次开发的方法，基于工艺串联性和组织遗传性探究了大尺寸GH4738合金在复杂连续变形的开坯工艺中坯料内部晶粒组织分布及演化情况，给出了一种工艺设计、结果预测的通用性方法。根据Ф660 mm级GH4738合金实际开坯工艺进行了有限元模拟计算，将模拟结果与实际坯料对应位置的晶粒度进行了对比，验证了所建立模型的可靠性及准确性。依托该模型，以典型的镦粗和拔长过程为例，分析并给出了工艺参数对坯料在多火次变形过程中的组织演变规律及工艺制定方法：在镦粗过程中，随着压下速度的增大、变形温度降低、压下量减小，坯料内部动态再结晶程度下降；在拔长过程中，随着压下速度的减小、拔长温度升高、进给量减小，坯料内部动态再结晶程度升高。此外，结合具体分析，在镦粗过程中建议压下速度控制在5~12 mm/s，第1次镦粗温度为1160 ℃，单火次压下量控制在25%~35%之间；而拔长过程相较于镦粗过程更为复杂，在综合考虑坯料内部晶粒细化、拔长过程中坯料表面温降、出现“凹心”现象等因素后建议：单火次拔长压下速度控制在60~90 mm/s之间，第2次拔长温度选择1120~1130 ℃之间，单火次拔长进给量控制在200~350 mm之间。2026, 55(7):1793-1800. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250098摘要:
选用Al-Ga-Mg-Sn块体可溶铝合金，采用“一步法”湿法冶金技术，以有机酸（草酸、苹果酸、乙酸）溶液、无机酸（硝酸）溶液作为浸出剂，研究酸浸出的浸出剂种类、pH值、温度和浓度对制氢过程中Ga回收率的影响。回收结果发现：在温度为70 ℃，浸出剂浓度为0.2 mol·L-1时，有机酸溶液均能回收Ga，且回收效果为草酸（86.88%）>苹果酸（73.40%）>乙酸（13.17 %）；而无机酸（硝酸）溶液无法回收Ga。草酸为浸出剂，初始pH值约为3.8，低温高浓度（70 ℃/0.3 mol·L-1）下回收率为94.38 %；高温低浓度（90 ℃/0.2 mol·L-1）下回收率为93.78%。为探究Ga的浸出行为，对Al-Ga-Mg-Sn水解过程中pH值变化、回收物 Ga的形态、生成物溶液中固体颗粒粒径与 Zeta 电位进行测试分析，结果表明：Ga回收率随着生成物粒径的减小而增大，随着Zeta电位绝对值的增大而增大。草酸浸出剂的高回收率（94.38 %）对应生成物粒径为155 nm，Zeta电位值为-31.29 mV。2026, 55(7):1692-1700. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250326摘要:
通过对内部镁扩散（IMD）-MgB2单芯线用Cu管（加工态）、Nb管（软态）和Mg棒（挤压态）进行不同应变速率（0.001、0.01、0.07 s-1）的室温拉伸力学试验和对B粉进行室温单轴单向和循环压缩力学试验以获得应力-应变曲线，建立了室温下3种金属的Johnson-Cook本构模型和B粉的弹性模量关于其相对密度的函数关系。同时，基于DEFORM有限元软件进行了室温下IMD-MgB2单芯线材辊轧体积变形的模拟，分析了材料的变形行为和应力分布。结果表明，建立的3种金属材料的Johnson-Cook本构模型和B粉的弹性模量关于其相对密度的函数能够准确描述IMD-MgB2单芯线用Cu、Nb、Mg的流变行为和B粉的弹性变形，DEFORM有限元模拟结果也能够有效反映IMD-MgB2单芯线变形行为；辊轧工艺整体变形均匀，应力分布均匀，但表面存在缺陷。本研究为IMD-MgB2超导线材的塑性成形工艺优化提供了理论依据。2026, 55(7):1651-1663. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250404摘要:
通过微弧氧化（MAO）-水热（HT）技术在TA2纯钛表面制备了一种由二氧化钛（TiO2）和羟基磷灰石（HA）组成的微/纳米结构复合涂层，以提高钛的耐腐蚀性能和生物相容性。通过扫描电子显微镜探究了涂层的表面微观形貌；通过原子力显微镜、水接触角探究了涂层的粗糙度和亲水性；在模拟人体体液中通过电化学阻抗谱和动电位极化测试评估了涂层的耐腐蚀性能；通过体外细胞培养实验研究了生物相容性。结果表明，通过在MAO电解液中掺杂纳米HA，可以获得负载纳米HA颗粒的微米级涂层，再进行HT处理，可以获得具有纳米片状结构的含HA微/纳米结构复合涂层。该微/纳结构复合涂层具备良好的亲水性和耐腐蚀性能。当在MAO电解液中掺杂3 g/L HA并HT处理6 h时制得的涂层性能最佳，水接触角为24.2°，极化电阻最大为2.467×104 Ω·cm2。此外，涂层表面的纳米HA和微/纳结构的协同作用极大地促进了细胞增殖，展现出无细胞毒性，说明涂层具备良好的生物相容性。 -
2026, 55(6):1612-1624. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250103摘要:
高纯钼粉因其优异的高温力学性能、导电导热特性及耐腐蚀性，在航空航天、电子器件、核能及粉末冶金领域具有广泛应用。本文系统综述了高纯钼粉的制备方法，包括氢气还原、碳热还原、喷雾热解、低温熔盐辅助还原等工艺，并分析了不同制备方法对钼粉纯度、粒度分布、形貌演变及烧结性能的影响。已有研究显示，氢气还原法仍是目前最广泛应用的技术，优化还原温度、气氛及预处理工艺可有效降低杂质含量，改善粉体的均匀性。此外，喷雾热解及低温熔盐辅助还原等新兴技术在粒度可控性、球形化及纳米化方面展现出良好前景，可提高钼粉的流动性和烧结致密度。另外还展望了未来高纯钼粉制备的发展方向。未来研究应进一步优化前驱体选择与工艺参数，提高钼粉的纯度、粒度均匀性及形貌可控性，以满足高端制造业对高性能钼材料的需求。2026, 55(6):1451-1464. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250309摘要:
NiTi形状记忆合金凭借其独特的形状记忆效应与超弹性，已在多个领域得到广泛应用。增材制造技术实现了NiTi形状记忆合金高性能复杂结构精准成形，助力新型结构设计。本文回顾了选区激光熔化（SLM）制备的NiTi多孔结构在生物医学和机械工程领域的应用情况，综述了不同应用场景下各类新型SLM-NiTi多孔结构的特点，探讨了该类结构的创新性设计方法，并分析了其相应的优异性能，包括压缩性能、超弹性、形状记忆效应、能量吸收能力及生物相容性，为增材制造高性能NiTi结构的设计及应用提供参考。2026, 55(6):1419-1428. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250248摘要:
Waspaloy合金广泛应用于航空航天领域，特别是服役环境恶劣的燃气涡轮机。以在役航空发动机涡轮机匣为研究对象，通过现场金相复型技术和实验室验证试验，研究固溶时间和固溶温度对Waspaloy合金低压涡轮（LPT）机匣显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，超时固溶（1010 ℃/11 h）对于LPT机匣的显微组织和晶粒度无不利影响。合金对于固溶时间的敏感度较低，随着固溶时间延长（4~20 h），晶粒度未发生变化，晶粒形态基本保持不变，显微组织中孪晶数量逐渐减少，小尺度强化相的占比逐渐增加。合金对于固溶温度的敏感度较高，随着固溶温度由1010 ℃分别升高至1040和1070 ℃，试片的晶粒度级别从7.5级分别降低至6.5级和 3.0级，同时奥氏体晶内的强化相由一次强化相全部转化为二次强化相；另外，γ相晶界处M23C6碳化物由低温固溶条件下的孤岛状转变为高温固溶条件下的长条状，晶内M23C6碳化物的数量和尺度也明显增加。合金显微硬度和力学性能主要由合金显微组织中的强化相尺度和晶粒尺度2个因素决定。随着固溶时间延长，显微硬度、抗拉伸强度及屈服强度呈现出逐渐增大的趋势。随着固溶温度升高，合金的显微硬度、抗拉伸强度和屈服强度均呈现出先增加后降低的变化规律。2026, 55(6):1385-1392. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250266摘要:
水下局部干法激光熔覆（ULDLC）是核电站设备原位修复的关键技术。本研究提出采用水下激光重熔技术进一步提升ULDLC制备的双相不锈钢（DSS）涂层的耐磨性能。研究了激光重熔热输入对ULDLC-DSS涂层微观组织及耐磨性能的影响规律。结果表明：DSS涂层初始组织包含魏氏体奥氏体（WA）、晶内奥氏体（IGA）、晶界奥氏体、二次奥氏体（γ2）及铁素体。随重熔热输入增加，IGA与WA的含量逐渐降低，WA完全消失，铁素体含量显著增加，γ2相完全溶解，铁素体形貌由片状转变为等轴晶。在最优工艺参数（激光功率3 kW、光斑直径6 mm、扫描速度10 mm/s）下，重熔区显微硬度提升至318.7 HV，增幅达25.7 HV，摩擦系数降低32%，磨损量减少55%。熔覆金属耐磨性能的提升得益于激光重熔导致表面氧化层形成和铁素体晶粒细化的协同作用。 -
2026, 55(5):1374-1384. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250279摘要:
空间核反应堆结构材料需经受高温、高通量中子辐照等极端服役环境的考验，其性能极大程度地影响着反应堆运行的安全性与经济性。本文聚焦于空间核反应堆用Mo-Re合金的辐照损伤行为，系统综述了辐照损伤效应、辐照引起的微观结构演变和服役性能退化，为Mo-Re合金作为反应堆材料的组织结构优化、性能预测和服役寿命评价提供理论基础。2026, 55(5):1363-1373. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240791摘要:
高温合金作为涡轮叶片、燃烧室和涡轮盘等热端部件的关键材料，因其在高温环境下的优异性能，广泛应用于航空、航天和能源等领域。然而，在实际生产中，控制高温合金的微观组织仍是一大挑战。径向锻造技术凭借其高效率、高材料利用率以及显著改善锻件微观结构的优势，在高温合金材料生产中展现出巨大潜力。径向锻造通过多锤头和高频锻打，实现对坯料的均匀变形，提高锻件的力学性能和内部致密性。本文系统阐述了径向锻造设备的驱动原理及关键工艺参数对生产过程的影响，分析了高温合金在多道次高频锻打下的组织演化机制与晶粒长大规律，对比了不同锻透性模型的适用性，并总结了应力-应变本构模型以及组织演化模型在有限元模拟中的研究现状，指出多物理场耦合的高精度模拟与智能化工艺设计是未来的核心发展方向。2026, 55(5):1348-1362. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240849摘要:
前处理模块是铸造数值模拟软件的核心组成部分，直接影响模拟的准确性与效率。本文对铸造模拟软件前处理技术进行了全面综述，重点聚焦于几何建模、参数设置及核心的网格剖分技术。系统阐述了六面体网格、四面体网格及混合网格剖分方法的原理与发展历程，并分析了各类算法在处理复杂铸件时的优劣势。最后，指出了当前铸造软件前处理模块面临的关键挑战，并对其未来的发展趋势进行了展望。2026, 55(5):1334-1347. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250234摘要:
金属增材制造因其逐点逐层成型的特性，可以高效精确成型传统材料生产工艺难以制造的复杂结构零部件。但金属材料增材制造过程温度梯度大、冷却速率快，为强烈非平衡过程，导致其凝固微观组织出现裂纹，进而影响材料力学性能。因此，对金属增材制造过程凝固微观结构的控制是进行高性能材料设计的核心。凝固微结构选择图谱是以成分/工艺参数为横纵坐标，建立成分/工艺参数-凝固微结构映射关系的有力工具，能够预测和调控金属材料增材制造过程的凝固微结构。本文详细总结了当前凝固微结构选择图谱的种类，归纳了其构建方法，并详细综述了近年来不同种类凝固微结构选择图谱在金属增材制造过程中的应用。最后对凝固微结构选择图谱在新种类、创新构建方法及潜在应用价值上进行了展望。2026, 55(5):1317-1333. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250226摘要:
随着电子器件不断向着微型化、集成化和多功能化方向快速发展，芯片封装的复杂性显著提升，封装密度不断增加，焊点尺寸逐渐缩小，电子器件在服役过程中的工作环境愈加严苛，微互连焊点可靠性问题日益突出，焊点失效已成为限制电子封装技术进一步发展的关键瓶颈之一。本文围绕微互连焊点的失效行为，梳理了电子封装中常见的几类可靠性问题，根据选择的相场变量的不同，总结几种常见的相场模拟模型。针对几种常见的可靠性失效模式，如电迁移、硅通孔技术、界面金属间化合物生长等，分析了相场方法在模拟这些失效过程中的应用与发展现状。最后，文章对相场模型在微观失效机制研究中的潜力进行了展望，并探讨其在多物理场耦合、数据驱动建模与工程应用方面的发展趋势。本文旨在为研究微互连焊点失效行为的理论分析和工程实践提供系统参考和方法支持。2026, 55(5):1308-1316. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250232摘要:
随着航空工业的快速发展，高温合金和钛基合金作为航空发动机及机体结构的核心材料，其微观组织调控与性能优化已成为保障装备可靠性的关键。力学耦合相场模型作为一种有效的材料微观组织演变模拟工具，能够衔接微观力学准则、介观组织模拟及宏观性能预测，揭示材料在热-力耦合场中微观组织演化与材料力学性能之间的内在联系，为航空材料的微观组织调控及性能评估提供了理论支撑。本文系统评述了力学耦合相场模型在高温合金与钛基合金等典型航空材料领域的研究进展，梳理了该模型在固态相变机理研究中的典型应用案例，内容涵盖了从弹性、弹塑性到考虑缺陷耦合作用的相场模型在高温合金中γ'相析出及筏化组织形成、钛基合金中典型析出相演变规律等方面的应用。同时，讨论了当前研究中面临的挑战，并展望了力学耦合相场模型在航空材料研究中的发展前景，最后特别指出了这类相场模型的热点问题及其未来发展方向。 -
2026, 55(4):1115-1128. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250217摘要:
钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）因其高的比强度和比模量，而被广泛应用于航空航天等关键承载部件，但其室温强度-塑韧性倒置瓶颈问题限制了其广泛应用。近年来随着异质结构材料的异变诱导（HDI）强化和硬化效应理论的提出，为突破TMCs强韧性倒置难题带来希望。本综述在概述异质结构钛合金研究进展的基础上，综述了TMCs的复合化策略和研究现状，讨论了均质TMCs的失效机制，总结了近年来TMCs利用增强相的钉扎效应进行构型化设计的最新进展。以“硬包软”的网状结构和“软包硬”的球团结构为例，从异质结构TMCs的分类、设计、制备方法、强化机制等方面进行讨论分析，为开发高强高韧TMCs提供研究参考和依据。2026, 55(4):1102-1114. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250345摘要:
Ti-6Al-4V合金因其优异的比强度、耐腐蚀性和生物相容性，在航空航天、生物医疗等领域广泛应用。然而，增材制造过程中快速凝固和复杂热循环常导致钛合金形成粗大的柱状β晶粒，带来力学性能的各向异性和疲劳性能下降。实现微观组织的等轴化调控是提升增材制造钛合金综合性能的关键。本文系统总结了通过微合金化、外场辅助和热处理等手段实现TC4合金微观组织等轴化研究进展。重点探讨了α稳定元素、β稳定元素、外场辅助技术以及热处理工艺对Ti-6Al-4V合金微观组织和力学性能影响机制，并展望了未来在精确调控微观组织、优化工艺参数和开发高性能钛合金方面的研究方向。本文旨在为增材制造钛合金的微观组织优化和性能提升提供理论指导和技术支持。2026, 55(4):1013-1018. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250181摘要:
针对一种高Mo当量亚稳β超高强韧钛合金TB18，在两相区锻造、β区固溶时效后显微组织中的白斑进行了系统研究。通过力学性能测试、显微组织观察和进一步热处理试验，分析白斑的形成机制和消除白斑可采取的措施。结果表明，TB18钛合金中的白斑是没有任何α相析出的β基体，其硬度低、塑性高、冲击韧性高。白斑形成的原因与合金中β稳定元素的分布无关，主要是锻造工艺引起的。可以通过优化锻造工艺或增加固溶度、预时效、延长时效时间等热处理手段从宏观组织上弱化或消除白斑，但是如果从更精细的组织考虑，TB18钛合金中白斑无法完全消除，只能从尺寸上减小，这是由合金性质决定。本研究结果对TB18合金制备工艺改进和组织优化具有基础指导，对同类合金的显微组织和性能分析也有重要的借鉴意义。2026, 55(4):950-958. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240804摘要:
针对TC18钛合金锻坯中的细晶亮带缺陷，采用OM、SEM和EBSD等多种表征方法对其宏微观组织形貌、成分和取向特征等进行了系统分析，并结合Gleeble热压缩研究了细晶亮带缺陷的形成机制。研究表明：TC18钛合金锻坯心部的亮带缺陷对应晶粒尺寸约在100 mm的单个β立方晶粒；锻造过程中由于变形升温导致锻坯心部和边部区域的温度、变形量等存在显著差异，是造成组织不均匀性的重要原因；大尺寸β立方晶粒是由于沿正交方向反复压缩变形，导致锻坯心部<100>织构不断强化，相近取向的<100>晶粒合并形成的；通过退火处理和对角拔长、倒八方等工艺，可以有效地减小和避免细晶亮带缺陷。2026, 55(4):841-855. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250284摘要:
为探究固溶时效工艺参数对TB18钛合金微观组织与力学性能的影响规律，基于混合正交试验因素水平试验设计开展工艺优化研究。结果表明，结合极差分析确定工艺参数影响显著性顺序为：固溶冷却方式>固溶温度>时效时间>时效温度>固溶时间。综合强塑性匹配与工程应用需求，选定固溶时间1 h、固溶冷却方式空冷（AC）、时效温度525 ℃、时效时间4 h为基准参数，进一步研究790~870 ℃固溶温度区间对合金冲击韧性及微观断口特征的影响。结果显示，剪切唇和纤维区面积越大，放射区面积越小，合金韧性越优；随固溶温度升高，断口二次裂纹长度增加，韧窝数量增加，韧性增强。基于强塑韧性协同优化，确定TB18合金最优的热处理工艺为870 ℃/1 h, AC+525 ℃/4 h, AC。 -
2026, 55(3):830-840. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250077摘要:
NbTi、Nb3Sn、MgB2、Bi系超导材料的结构复杂，金属间、金属与粉体间及芯丝间的协调变形均匀性决定了线材加工质量和力学性能。线材和模具结构、加工工艺、变形条件是影响其协调变形行为的重要因素，基于有限元数值模拟方法，分析和评估多种因素下超导线材的协调变形行为是一种重要工程手段，能够较为准确和直观地分析多层、多芯复合结构超导线材成形过程协调流变行为及复合相间及其界面处的应力/应变分配。本综述旨在概述超导线材成形过程有限元模拟的研究进展，归纳总结了超导线材成形有限元模型构建、本构模型选择及边界条件设置等。同时论述了变形参数、模具结构和加工工艺对协调变形行为影响机制及多尺度分析最新研究进展。2026, 55(3):808-829. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250206摘要:
钽作为一种“亲生物”的高性能医用金属材料，被广泛应用于骨结构重建和骨功能修复领域。多孔钽骨科植入物具有优异的力学性能、生物学性能和体内骨融合以及骨长入性能，临床治疗效果突出。本论文在团队近年来研究工作基础上，结合文献分析，重点评述增材制造多孔钽材料的制备工艺、结构设计及优化、力学性能、生物学性能、体内骨融合和骨长入能力以及临床应用方面的最新研究进展。增材制造（3D打印）技术在多孔钽材料及骨科植入物领域的应用，为骨组织修复提供了新的解决方案，通过精准调控三维贯通仿生多孔结构，实现孔隙率、孔径分布及连通性的优化，模拟天然骨组织的孔道结构，为细胞迁移、营养物质传输及骨长入创造适宜的微环境。多孔钽材料展现出优异的静动态力学性能，其弹性模量与天然骨相匹配，有效避免应力屏蔽效应。多孔钽材料表现出显著的骨传导性，并与宿主骨组织形成稳定的界面结合，实现良好的骨整合效果。此外，增材制造技术能够基于患者医学影像数据，实现个性化定制植入物的高效制备，显著提高植入物的适配性和治疗效果。在临床应用方面，增材制造多孔钽材料在复杂骨缺损修复、关节置换及脊柱融合等人体骨功能重建和骨疾病治疗领域展现出广阔的应用前景。2026, 55(3):798-807. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250289摘要:
随着高性能航空发动机对材料性能要求的日益提升，变形高温合金的合金化程度持续增加，高合金化铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂。铸锭一旦开裂，严重干扰后续重熔过程的稳定性，导致铸锭的废品率升高，对最终产品的性能和可靠性也会产生不可逆的影响。铸锭开裂作为熔炼过程中的一种复杂冶金缺陷，已成为制约我国高合金化变形高温合金锭型扩大化生产的关键技术瓶颈。鉴于此，本文综述了近年来国内外关于变形高温合金铸锭在三联熔炼过程中开裂原因的研究成果，深入剖析了裂纹形成的影响因素，针对不同开裂原因提出相应的控制措施，展望了铸锭开裂的未来研究方向，旨在为实现零缺陷高温合金材料的制备提供理论依据与技术参考。2026, 55(3):655-664. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250176摘要:
高熵合金的“多主元”特性，颠覆了传统“单一主元”的合金设计理念，使其具有优异的力学性能。然而，也正因为“多主元”，高熵合金具有复杂的变形行为，表现为多种变形机制交替出现且耦合关联。因此，厘清高熵合金的复杂变形机制是当前研究的难点。在表征复杂变形行为方面，中子衍射技术比传统显微方法更具优势，其强穿透性可原位、实时、无损探测厘米级块体样品在复杂环境下的结构演变，且中子衍射可精确表征C、O等轻元素和近邻元素的晶胞占位。本文从中子衍射原理、实验及数据分析出发，结合当前面心立方高熵合金研究的最新进展，总结并展示了运用中子衍射探究其变形行为的典型范例，揭示了位错、层错、孪晶和相变主导的变形机制。2026, 55(3):636-654. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250140摘要:
石墨烯/铜复合热沉凭借高导热、热膨胀系数可调控、高强度及低密度等特性，在军工装备热管理、高功率电子封装、新能源汽车及5G通信等领域具有广泛的应用前景。然而，复杂结构件制备工程中石墨烯与铜分散不均匀、界面结合不良等问题会严重影响石墨烯/铜基复合热沉的综合性能，限制其工程化应用。基于此类问题，总结了石墨烯/铜基复合热沉的制备方法，并对其优缺点进行了分析；综述了石墨烯/铜基复合热沉的均匀分散性、界面结合、作用机制及分子动力学模拟等关键问题，最后展望了石墨烯/铜基复合热沉在工程应用中的发展前景。 -
2026, 55(2):558-572. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240724摘要:
近年来，清洁核能发展迅速，锆合金因其耐腐蚀性能好、中子吸收截面小等优势被用作水冷核反应堆的燃料元件包壳材料。燃料组件装配过程中，通常采用焊接方法将核燃料密封在锆合金包壳内。其中，传统熔焊的热输入高，焊后易出现变形超差，钎焊过程中易产生气孔和连续分布的金属间化合物（intermetallic compounds，IMCs）损害接头性能，而采用低温扩散焊可以避免上述问题的出现。为此，本文分析了锆及锆合金的焊接性，综述了锆合金熔焊、钎焊和扩散焊等焊接技术的国内外研究现状，阐述了两种焊前优化方法，即表面机械研磨处理（surface mechanical attrition treatment，SMAT）和热氢处理技术（thermo-hydrogen processing，THP），最后对其在锆合金的低温扩散焊的应用进行总结和展望。2026, 55(2):543-557. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250327摘要:
增材制造技术（additive manufacturing，AM）的发展为高熔点难熔金属（如钨、钼、钽、铌及其合金）复杂构件的近净成形带来了革命性的新机遇。然而，难熔金属材料因熔点高等固有属性，使其增材制造过程呈现出显著有别于其他金属材料的特殊性。本文基于激光选区熔化（selective laser melting，SLM）和电子束选区熔化（selective electron beam melting，SEBM）等金属粉末床熔融（powder bed fusion，PBF）增材制造技术，系统综述了钨、钼、钽、铌及其合金在增材制造领域的研究进展。重点聚焦于难熔金属粉末原料制备技术，以及成形过程中工艺缺陷（如孔隙率、裂纹、晶粒粗化等）调控策略和组织性能特点。此外，本文还总结了当前增材制造难熔金属在产业化进程中面临的关键挑战，并对未来发展趋势进行了展望。2026, 55(2):365-388. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250078摘要:
软磁合金因其具有高饱和磁感应强度、低矫顽力和高磁导率等优点，被广泛应用于各种电力电子设备中。在某些应用中，越来越需要复杂形状的组件来提高性能。增材制造技术，特别是选区激光熔化（SLM）技术，已经成为制造复杂形状软磁元件的有效方法。SLM是一种基于激光的增材制造技术，采用高功率密度激光在粉末床内熔化和融合金属粉末。这种方法可以实现快速原型制作、精确的几何控制和多材料设计的集成。本文重点介绍了SLM技术在Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Co和非晶合金体系等软磁合金研究中的应用进展。此外，还探讨了SLM在制造过程中的实施方案，并评估了基于SLM制备技术的软磁合金研发相关的机遇和挑战。2026, 55(2):333-344. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240524摘要:
铂族金属具有熔点高、耐腐蚀性强、化学性质稳定以及在高温含氧环境下氧渗透率低等特点，作为热防护涂层材料已在航空航天领域获得重要应用，并在高超声速飞行器热端部件防护等前沿军事领域应用前景极大。本文综述了高温抗氧化铂族金属涂层的最新研究进展，包括涂层制备技术、氧化失效及合金化改性。概述了当前铂族金属涂层的主要制备技术，总结并对比了现有各种制备技术之间的优劣情况。着重分析并总结了单一铂族金属涂层在高温含氧环境中的本征特性、失效形式及失效机制。在此基础上，梳理并指出了铂族金属合金化改性的必要性、主要方式及主要成果。最后，对高温抗氧化铂族金属涂层的未来发展进行了探讨及展望。 -
2026, 55(1):278-284. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240592摘要:
在超导材料研究领域，从金属汞单质超导体的发现到镍基超导体的制备，对超导材料物理性质和微观机理的研究极大推动了凝聚态物理学的发展。基于新制备技术研发实用化高温超导体，在强电和弱电应用领域具有重要的意义。高压实验技术作为一种新手段，已成为探索新奇超导体及提高超导体超导转变温度（Tc）的强力工具之一。本文以超导转变温度较高（大于150 K）的3种高温超导体H3S、LaH10和HgBaCaCuO为对象，系统地总结了其制备技术的研究进展，明确实用化高温超导体的制备思路。通过分析得出以下主要结论，高压有助于制备具有特殊晶体结构的富氢化合物超导体LaH10，使其获得较高的超导转变温度；同时，高压也能够以类似改变掺杂的方式影响铜氧化物超导体，从而改变其超导电性。高压技术是获得具有特殊晶体结构（层状和笼状）高温超导体的有效途径。2026, 55(1):266-277. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240643摘要:
电弧等离子体设备的稳定工作时长受限于金属阴极的快速烧损失效。研制长寿命、服役稳定的阴极对提升现有设备运行能力至关重要，明确阴极的电弧放电过程的烧蚀行为和烧损机理，是研制高性能阴极的基础。本文在分析金属阴极复杂极端燃弧服役过程的基础上，介绍了蒸发喷溅烧蚀机理、氧化物剥离烧蚀机理和阴极斑点致非均匀烧蚀机理。进一步地，综述几种改性阴极耐电弧烧蚀性能的研究进展，包括阴极组织细化、外加低逸出功相和阴极功能梯度化。围绕阴极斑点放电及烧蚀坑结构演化的原位观测、阴极多场耦合烧蚀损伤模型构建，和阴极设计-试制-考核的全流程研发制度建立等方面，展望长寿命金属阴极研制未来的发展方向。2026, 55(1):250-265. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240617摘要:
难熔铌合金因其低密度、良好的室温塑性以及优异的高温强度与韧性，已成为航天领域热端部件的关键材料。然而，通过传统铸造方法制备铌合金，存在难以加工复杂几何形状零部件、以及周期长、成本高与材料利用率低等问题。近年来增材制造技术的迅速发展，不仅可以降低生产周期和成本，而且可以获得较高力学性能，为铌合金的进一步应用带来了新的机遇。本文综述了增材制造铌合金的研究现状，重点介绍了C-103和Nb521两代典型铌合金的激光与电子束增材制造研究现状，尤其是关于力学性能与微结构的调控。此外，还简单介绍了常见的铌合金种类以及增材制造方式。最后，提出了增材制造铌合金发展方向和仍需解决的问题。本文通过对增材制造铌合金领域的综述，为铌合金在航天领域复杂结构热端部件的应用提供了参考。2026, 55(1):193-202. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240596摘要:
根据不同方向的承载需求，开展多孔材料力学性能的各向异性调控，可以有效提高材料承载效率，更好地满足轻量化需求。本研究以G7、bccz型TC4钛合金多孔材料为例，提出了考虑孔结构几何参数的杆系多孔材料修正Gibson-Ashby模型，可为多孔材料的各向异性精细化调控提供指导；基于该计算模型，通过对传统胞元几何参数调整，获得一系列具有相似构型、不同性能的各向异性多孔材料，并通过正向及侧向压缩试验，研究了胞元几何参数对多孔材料各向抗压强度及破坏模式的影响，验证了修正模型的有效性。研究表明，杆系多孔材料的抗压强度由其胞元内部微杆件的长径比及倾斜角度决定，通过调整杆件倾斜角度可有效进行多孔材料各向力学性能的调控。相同密度下，将斜杆倾斜角度从35°提高至55°，可使G7、bccz型钛合金多孔材料的正向抗压强度大幅提升105%和45%，而侧向抗压强度仅损失16%和13%。2026, 55(1):47-58. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250065摘要:
表征多层多道次激光金属打印件形貌质量的主要参数是表面粗糙度和实际打印高度与理论模型高度之间的误差。采用田口法建立工艺参数组合与金属打印形貌质量（高度误差和粗糙度）多目标表征之间的关联性。先通过信噪比和灰色关联分析法预测多层多道次打印的最优参数组合为：激光功率800 W、送粉速率0.3 r/min、步距1.6 mm、扫描速度20 mm/s；随后构建遗传贝叶斯-反向传播（GB-BP）网络对多目标响应进行预测。与传统反向传播网络相比，GB-BP网络对高度误差和表面粗糙度的预测精度分别提高了43.14%和71.43%。该网络可以准确预测多层多道次激光定向能量沉积金属打印部件的形貌和质量的多目标表征。 -
2025, 54(12):3218-3232. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240483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。2025, 54(12):3210-3217. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240522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。2025, 54(12):3128-3138. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240422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。2025, 54(12):3123-3127. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240518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。2025, 54(12):3065-3076. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240656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。 -
2025, 54(11):2964-2984. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240461摘要:
在增材制造工艺中，电子束或者激光熔粉技术的加工构件存在熔凝缺陷，基于固相增材技术的搅拌摩擦沉积增材制造（additive friction stir deposition，AFSD）克服了这种缺陷，并且得到应用，其增材过程中不涉及材料熔化凝固，所沉积构件的材料致密度高，晶粒小，具有均匀、等轴、精细的微观结构，韧性好，机械性能可达到锻造水平。尽管已经对铝合金、镁合金、钛合金等材料的AFSD有一些研究，但此工艺仍处在早期阶段，因此本文对AFSD工艺最近20年的研究与应用展开综述。从原理、设备、工艺、性能、应用、发展趋势等方面进行阐述，为AFSD的研究提供参考。2025, 54(11):2949-2963. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240661摘要:
Cu-Ta复合材料因其高强度、高导电导热性和优异热稳定性等特性，在电子器件、国防、轨道交通、高场脉冲磁体和生物医学领域展现出巨大应用潜力。国内外学者围绕其服役性能需求进行了广泛而深入的研究，并取得了显著成果。本文系统综述了Cu-Ta复合材料在制备工艺、组织性能及应用方面的最新进展，并对现有研究中的不足和未来发展方向进行了展望。2025, 54(11):2931-2937. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240577摘要:
采用PFC-3D软件对钨铜均质粉末材料高压扭转（high-pressure torsion，HPT）变形进行离散元模拟，分析了压缩与扭转变形过程中的颗粒力链与位移分布规律，及其对不同区域的孔隙率、配位数、等效应力等的影响规律。模拟结果表 明，颗粒位移沿压缩方向和半径方向呈梯度分布，模型边缘处和上表面的颗粒位移量最大；压缩阶段的颗粒重排导致孔隙率快速降低，剪切变形促使颗粒二次重排和转动，孔隙率继续缓慢下降，边缘处的致密度和配位数高于中心处，表明大扭转半径下的剪切变形有利于粉体致密。在400 ℃、1.5 GPa条件下对冷压粉坯进行不同圈数高压扭转变形，结果表明，随着扭转半径和扭转圈数的增大，颗粒破碎程度和钨铜组织细化程度和分布均匀性得到显著提升，孔隙在高静水压力与剪切力作用下被拉长和闭合，材料致密度由10圈的(95.44±0.87)%上升到20圈的(96.03±0.54)%。钨基体的微晶尺寸在15圈HPT变形后被显著细化至20.8 nm，位错密度也快速提升至2.35×1014 m-2，晶粒细化和位错累积在15圈变形后处于动态平衡；20圈HPT变 形后，在粉体致密、组织细化和位错累积的共同作用下，试样边缘处的显微硬度达到(334.8±4.2) HV，较10圈中心处提升 了约78.7%。2025, 54(11):2833-2843. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240327摘要:
使用Gleeble-3800对锻态TA16钛合金在温度730~1030 ℃、应变速率0.1~10 s-1的条件下进行热模拟压缩实验，取得TA16合金在该变形条件范围内的真应力-真应变曲线。分别使用Arrhenius、Johnson-Cook本构模型和人工神经网络（ANN）3种方式建立了TA16钛合金的本构模型，并对模型误差进行了分析。结果表明：TA16钛合金在中、低应变速率下屈服后加工硬化与软化达到动态平衡状态，在高应变速率下呈现先软化后再进入平衡状态，合金加工性能良好；Arrhenius、Johnson-Cook和ANN建立的TA16钛合金本构模型平均绝对百分比误差（MAPE）分别为11.49%、23.7%和1.69%，ANN模型较传统本构模型精度高1个数量级；Arrhenius本构模型在中、高应变速率和中、低应变范围内精度较好，在工程中具有实用性；Johnson-Cook本构模型体现了高应变硬化的趋势，难以描述TA16钛合金屈服后动态平衡状态，模型精度较差，不宜在工程中使用；ANN本构模型在全部实验参数范围内具有极高的预测精度，同时在实验参数以外预测数据同样具有良好的精度，能够为工程实践提供高精度的本构模型。2025, 54(11):2802-2808. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240569摘要:
药皮钎料是近年来出现的一类节材减排型复合钎料，体现了钎料加工技术的进步与发展趋势，受到焊接工作者的高度关注。本文主要综述了有关药皮钎料设计、制备技术和应用的研究报道，提出了目前研究的不足，并展望了药皮钎料未来的研究方向，主要集中在药皮钎料的标准、药皮与钎料金属协同反应机理、药皮钎料的合金化以及药皮钎料的形态四个方面，以期为焊接领域相关研究和技术发展提供参考信息和理论指导。 -
2025, 54(10):2671-2683. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240295摘要:
超导材料在多个领域都有着广泛的应用前景，因此自诞生以来就吸引了全球研究者投身其中。超导连接是超导线带材应用的关键一环，也是形成持久模式接头的组成部分。但超导接头目前在临界参数、制备难度、环境影响等方面均存在不足，为此各国学者不断创新和优化工艺方法。本文介绍了超导接头的结构以及近年来4类常见超导材料接头的制备方法和性能表现，对不足和缺陷进行了汇总，并对超导接头未来的发展进行了分析和展望，为超导接头的发展提供参考。2025, 54(10):2599-2606. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240300摘要:
采用电子探针、金相显微镜和场发射扫描电镜等手段研究了固溶热处理制度对新型GH4198合金微观组织和性能的影响规律。结果表明，随着固溶温度从1100 ℃增加至1150 ℃，一次γ′相回溶至基体，晶粒从ASTM9.5级长大至3级，同时二次γ′相尺寸增加；拉伸性能受固溶温度影响较大，当固溶温度从1120 ℃增加至1140 ℃时，750 ℃及以下温度拉伸强度下降，而850 ℃拉伸性能达到最优。亚固溶温度1120 ℃热处理时，随着固溶冷却速率从10 ℃/min增加至450 ℃/min，一次γ′相体积分数和尺寸保持不变，二次γ′相尺寸减小，显微硬度增加，并讨论了相关的强化机制。2025, 54(10):2533-2540. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240248摘要:
为研究微孔结构扩散层对钛毡表面接触及传输的影响，分别在0.25、0.4和0.6 mm厚的钛毡表层通过钛粉填充再真空烧结方法制备了微孔结构扩散层。采用激光共聚焦显微镜、压汞仪、电解池在线测试等分析表征了表面接触面积及电阻、孔径分布、伏安曲线等特性。结果表明，0.25、0.4和0.6 mm厚微孔钛毡扩散层的有效接触面积相较原始钛毡的3.1%分别提高到11.2%、22.8%、4.8%，在1.5 MPa接触压力下的接触电阻分别降低至7.07、5.26、7.86 mΩ·cm2，微孔层通过优化表面孔隙结构进而降低接触电阻；扩散层孔径分布特征由双峰结构演变为三峰结构，新增的6~32 μm小孔通道有利于水传输，中孔及大孔通道有利于氧气泡传输；在2 A/cm2电流密度下，0.4 mm厚微孔扩散层过电位降幅最大为45 mV，同时接触电阻最低、孔径分布均衡、电解水效率最高。2025, 54(10):2509-2524. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250303摘要:
采用浆料反应烧结方法在Ta12W合金表面制备了Hf-Ta-Si复合涂层，探究了Si含量对Hf-Ta-Si涂层原位形成机理的影响。结果表明，30Hf:70Si涂层表面均一性差，含有一定孔洞，试样上部的涂层呈现4层梯度结构：最表层以HfSi和HfC为主，中间层形成 (Ta, Hf)5Si3固溶体，下层主体层为TaSi2高硅相，涂层/基体界面层为Ta5Si3。但大量熔融Si在重力作用下导致下部涂层表面的Si富集。优化Hf:Si比例至40:60后，涂层表面的元素分布梯度差异降低，其表层仍以HfSi/HfC为主，但HfC析出更均匀；中间层(Ta, Hf)5Si3固溶体连续性增强；底层与涂层/基体界面过渡层未发生明显改变，整体形成更加致密的多层梯度结构，且涂层表面的均一性得到明显改善。此外，有机溶剂中的酸醇树脂通过高温热解与Hf原位反应生成的超高温陶瓷HfC，有望提高涂层的抗氧化性能和高温稳定性。2025, 54(10):2470-2482. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240530摘要:
针对传统的激光定向能量沉积（LDED）温度预测方法精度低、耗时长、成本高等问题，提出了一种结合数值模拟的机器学习模型来预测LDED过程中的温度。建立了有限元（FE）热分析模型，通过原位监测实验验证了模型的准确性，并基于FE模拟获得了预测模型的基础数据库。利用广义回归神经网络（GRNN）进行温度预测。为了减少GRNN调参过程中对人为经验的依赖并提升模型预测性能，引入了改进的自适应步长果蝇优化算法（ASSFOA）。最后将ASSFOA-GRNN模型与BPNN模型、GRNN模型和FOA-GRNN模型的预测性能进行了比较，评价指标包括均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、决定系数（R2）、训练时间和预测时间。结果表明，ASSFOA-GRNN模型在RMSE、MAE和R2指标上均表现最佳，尽管其预测效率略低于FOA-GRNN模型，但预测精度显著优于其他对比模型。本研究方法可用于LDED工艺的温度预测，也为同类方法的应用提供了借鉴。 -
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。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):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。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):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。 -
2025, 54(8):2164-2176. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240150摘要:
Al-Mg合金作为一种综合性能优良的Al合金，具有良好的耐腐蚀性和可焊性，在航空航天、轨道交通及海洋船舶等领域应用广泛。总结了近年来国内外Al-Mg合金在凝固、热处理及塑性变形过程中组织性能调控的研究现状，分析了各调控方法的特点，着重介绍了连续流变挤压成形技术在制备Al-Mg合金中的应用，并对Al-Mg合金的未来发展方向进行了展望。2025, 54(8):2151-2163. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240133摘要:
镍基单晶高温合金在高温环境下具有优异的综合性能，被广泛应用于航空发动机和燃气轮机的叶片等热端部件。疲劳失效是叶片服役过程中的主要失效形式之一，本文基于单晶高温合金疲劳行为的研究现状，分析了镍基单晶高温合金的疲劳损伤机制，讨论了晶体取向、温度、加载方式对疲劳行为的影响，介绍了成分优化、热处理和表面处理等优化镍基单晶高温合金疲劳寿命的方法。最后提出了一些原位测试等先进测试技术在镍基单晶高温合金疲劳行为研究中的应用，并展望了镍基单晶高温合金疲劳行为研究的发展趋势。2025, 54(8):2118-2124. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240148摘要:
固体表面积冰问题对工业领域和人类生活造成了重大影响，因此研究新型防除冰材料具有重要意义。本研究在铝板表面采用低表面能的聚二甲基硅氧烷作为粘合剂，分别喷涂Fe3O4和Fe3O4/SiO2分散液，形成具有光热效应的疏水涂层。Fe3O4提供光热效应并在涂层表面形成一定的微纳米粗糙结构，同时加入SiO2修饰后，疏水性进一步增强，接触角可达到155°，可以极大程度地延缓结冰时间并加速冰霜融化。在一个太阳光照度下，温升达到71.8 ℃。此外，该涂层具有自清洁能力，能够有效避免严重污染，并展现出了一定的抗沙土冲击能力以及良好的机械稳定性，为防冰材料的发展提供了新的方向。2025, 54(8):1988-1996. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240563摘要:
为了验证Ti掺杂Ta2O5涂层（TTO）的耐磨特性和抗冲蚀性能，采用磁控溅射技术并通过控制Ti靶功率制备了一系列TTO涂层。研究了TTO涂层在不同Ti靶功率下的生长结构、组织形貌及摩擦学特性。冲蚀试验后，进一步分析了TTO涂层在不同冲蚀条件下，冲蚀损伤行为随力学特性的变化规律。结果表明，TTO涂层在生长过程中由于吸附原子的迁移消除了材料中的粗糙度、空隙和缺陷， 获得了平整致密的光滑表面。摩擦学试验表明，TTO涂层主要表现为塑性变形和微裂纹的磨损机制。较高的Ti靶功率可以提升TTO涂层的耐磨性。冲蚀试验结果表明，冲击坑、犁沟、微切削、脆性剥落和裂纹的形成为TTO涂层样品在冲蚀作用下的主要磨损机制。2025, 54(8):1980-1987. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240411摘要:
采用AlCu2(NiCr)2Ti缆式焊丝（CWW）和碳化钨（WC）粉末混合模式，通过等离子熔覆技术制备了高熵合金复合涂层 AlCu2(NiCr)2Ti-(WC)x (x=0, 25, 50, 75 r/min)。研究了WC送粉速度对所制备涂层的显微组织、硬度和磨损性能的影响。结果表明，涂层由体心立方主相和面心立方次相组成，WC的加入形成了碳化物增强相。与基体相比，涂层的硬度和耐磨性能显著提高。当WC送粉速度为50 r/min时，涂层的耐磨性能最佳，体积磨损率最小，为8.5869×10-6 mm3·N-1·m-1，极大地改善了TC11表面的磨损性能。CWW和WC粉末在等离子熔覆中的协同输送为制备耐磨性增强的高熵合金复合涂层提供了一种可行的技术支持。2025, 54(8):1926-1933. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240421摘要:
为了探讨不同能量密度对选区激光熔化（SLM）ZGH401合金的显微组织和力学性能的影响，采用正交试验方法，在不同激光功率和扫描速度下制备了ZGH401合金。采用扫描电镜、电子背散射衍射和电子探针显微分析技术对沉积态ZGH401的微观结构进行了分析。结果表明：随着能量密度的不断增大，沉积态ZGH401的缺陷逐渐减少，相对密度逐渐增大，最终密度可达99.6%。随着激光功率的增加，ZGH401的硬度也随之增加；更快的扫描速度降低了沉积态ZGH401的残余应力。此外，由于垂直沉积方向相比于平行沉积方向晶界更多，因此垂直沉积方向试样的室温拉伸性能更为优异。该合金析出相主要为碳化物和Laves相，熔池边界处的碳化物少于熔池内的碳化物。 -
2025, 54(7):1895-1905. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240633摘要:
高效中子固态慢化材料是微型核反应堆的重要组成部分。中子慢化材料主要功能为将裂变所产生的中子的能量降低至促进下一步发生裂变的能量范围，是反应堆中的核心结构材料之一。耐高温高效中子慢化材料的应用有助于促进堆芯小型化的发展，并推动微型核反应堆可移动性的发展。本文以慢化剂原理为出发点，系统梳理了几类具有前景的高效中子固态慢化剂，深入比较了各类材料的优缺点，明确其具体适用场景，并结合不同慢化剂的特性提出了未来发展的方向与展望。研究内容不仅解析了相关机制，还为未来该领域的深入研究和实际应用提供了重要的理论依据和实践指导。2025, 54(7):1882-1894. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240695摘要:
随着人工智能（artificial intelligence，AI）的飞速发展，其在核燃料及材料领域的应用正逐渐成为推动核能科技进步的新动力。本文全面回顾了AI在核燃料及材料领域的研究现状，并对未来的发展趋势进行了深入分析。首先介绍了应用于科学研究的AI方法，分别从网络架构和学习范式2个方面展开论述。其次系统总结了AI在材料级和整体级的性能预测、材料和结构的设计优化和燃料生产运行过程的视觉任务3个方面的应用现状。随后展望了AI与核燃料及材料结合的未来发展趋势，在算法层面，讨论了提升机器学习模型的可解释性、量化不确定性的方法，以及有限监督学习技术在减少数据需求方面的重要性；在应用层面，讨论了多尺度多物理场仿真加速、拓扑优化与生成式设计、核材料性质通用预训练模型，以及自动化实验室等关键技术。最后为进一步促进AI在核燃料及材料领域的应用提出了几点建议。2025, 54(7):1838-1846. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240108摘要:
为改善钛（Ti）的硬度和耐磨性，通过在纯钛（Ti）中引入TiB2硬质相，基于放电等离子烧结（SPS）技术控制二者的反应进程，在Ti基体中构建出继承B元素扩散路径的TiB2-TiB-Ti“硬核-强界面”组织结构。最终在TiB2添加量40%时，获得了室温下863.5 HV5以及400 ℃下720.9 HV5的高硬度，其在相同摩擦条件下，室温至400 ℃温域内的摩擦性能皆优于商用TC4高温钛合金。与此同时，得益于优良的结合界面，该合金还展示出独特的高温高强韧特性，在400 ℃下仍保持了1120 MPa的高抗压强度与约11.7%的应变。本研究设计思路具有启发与普适性，有望为新型中高温高强韧耐磨钛合金材料的研发提供新方法，推动相关材料在航空航天领域的应用。2025, 54(7):1741-1754. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240771摘要:
用作核燃料包壳材料的锆合金在堆内使用过程中会受到中子的辐照，这会影响其耐腐蚀性能。离子辐照可用于模拟中子辐照以研究辐照效应对腐蚀行为的影响。采用静电加速器在360 ℃对Zr-4板进行Ar+辐照，并将未辐照和5 dpa辐照样品在360 ℃/18.6 MPa/3.5 μL/L Li+1000 μL/L B水溶液和400 ℃/10.3 MPa 过热蒸汽中腐蚀300 d，使用SEM和TEM表征样品的显微组织。研究发现在未辐照样品中，Zr（Fe,Cr）2 第二相粒子为密排六方结构，Fe/Cr 原子比在1.8~2.0范围内，辐照后 Zr（Fe,Cr）2 第二相发生非晶化。2种腐蚀条件下，在合金基体辐照损伤区发生腐蚀过程中辐照样品的氧化膜厚度均小于未辐照样品，这表明Ar+ 辐照可以在一定程度上增强Zr-4合金的耐腐蚀性能；但当辐照损伤区完全氧化后，随着腐蚀的进行，辐照样品的氧化膜厚度均大于未辐照样品，这说明辐照损伤区形成的氧化膜会促进氧化性离子的扩散，加速Zr-4合金的腐蚀。本研究从辐照引入的缺陷影响氧化膜显微组织演化和应力累积的角度探讨了辐照影响Zr-4合金腐蚀不同阶段耐腐蚀性能差异的原因。 -
2025, 54(6):1641-1652. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240046摘要:
形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）兼具形状记忆效应和超弹性两大特性，为了在航空领域更好地利用且发挥该材料的突出作用，综述了SMA的种类及机制、制备与加工工艺、航空应用方面的研究进展。基于SMA材料特性特点，围绕SMA在管接头、可变形机翼、进气整流罩、智能降噪喷口等航空领域的应用研究特点，展开详细讨论并分析当前存在的差距。该研究结果表明，随着航空制造技术的发展，SMA的应用将朝着耐高温、轻量化、智能化的方向发展。2025, 54(6):1581-1587. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240055摘要:
人体骨在日常活动中受力情况复杂，为了获得适用于骨植入物的最佳多孔钛合金结构，需要对多孔结构的力学性能进行综合分析。根据人骨受压缩、扭转以及弯曲3种载荷的情况，使用拓扑优化的方法设计并重构了3种多孔结构（TO-C、TO-T、TO-B）；通过压缩、扭转和弯曲有限元仿真，研究了不同多孔结构的力学性能；最后对利用选区激光熔化技术制备的多孔试件进行了压缩试验。仿真结果表明：TO-B结构的抗压强度、抗弯强度最优，TO-T结构的抗扭强度最优。压缩试验表明：3种结构在孔隙率为60%时，抗压强度在188.35~258.88 MPa之间，弹性模量在2.51~4.16 GPa之间，均满足人体骨骼需求。结合仿真和压缩试验对多孔结构的力学性能进行综合分析，发现TO-B结构的综合性能最优，是用于骨科植入物的最佳多孔结构类型。2025, 54(6):1535-1542. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240081摘要:
功能梯度阴极基于表面强化层实现耐烧蚀性能和传导性能的解耦，能够有效延长阴极服役寿命。本研究围绕Nb/Cu功能梯度阴极，采取激光增材于Cu基体表面制备出Nb覆层，表征了Nb/Cu梯度阴极的微观组织、成分和物相结构，分析了硬度和热导率自覆层表面向内的变化规律。进一步地，对Nb/Cu功能梯度阴极的氩气氛围电弧放电和烧蚀行为进行了研究，高速滤光捕捉下，阴极放电表面出现多个阴极斑点团簇，烧损面形成密集烧蚀坑和溅射颗粒。Nb/Cu阴极氩气电弧烧蚀速率（1.61 μg/C）相比无氧Cu阴极（2.18 μg/C）降低26.1%，更耐电弧烧蚀。功能梯度阴极具备的优异耐电弧烧蚀性能，与Nb表层耐烧蚀性和Cu基体高传导性密切相关。Nb/Cu功能梯度阴极具备作为新型阴极应用的潜能。2025, 54(6):1417-1425. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240247摘要:
采用基于最小残余应力和变形的修正固有应变模型，对具有不同打印建造姿态和支撑结构的3种打印建造方案进行了有限元分析。结果表明，以降低打印建造整体高度和减少与打印建造方向倾斜角较大的支撑结构为准则，在进行激光粉末床熔融前进行适当的打印建造姿态和支撑设计，可以有效地减小残余应力和变形。此外，在不知道Ti-6Al-4V人工膝关节热物性随温度变化的情况下，利用固有应变模型预测其残余应力和变形，可以获得较好的精度并节约时间成本。 -
2025, 54(5):1377-1396. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250029摘要:
镁合金在汽车轻量化方面应用潜力巨大，可靠连接是其轻量化制造的关键技术问题之一。激光焊接因热输入小，适用于镁合金连接技术开发。然而，目前镁合金激光焊接接头的服役性能不足仍制约工程需要。本文总结了当前镁合金激光焊接研究进展，重点讨论了镁合金激光焊接本征特性及焊接工艺参数对焊接接头质量的影响；同时，结合车用镁合金案例暴露出的问题，归纳车用镁合金激光焊接接头服役性能的关键影响因素，并对后续发展进行展望。2025, 54(5):1344-1352. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240041摘要:
REBa2Cu3O7-x高温超导涂层导体（即第2代高温超导带材）具有优异的有场载流特性和力学性能，在电力、交通、医疗和军事等领域具有潜在的应用前景，近年来受到国内外超导研究团队的广泛关注。提高涂层导体中超导层厚度有利于增强超导电流传输能力和增大工程临界电流密度，是降低二代带材应用成本的主要途径之一。临界电流密度（Jc）随膜厚增大而下降的“膜厚效应”是阻碍高品质超导厚膜研制所面临的主要问题。本文主要介绍了YBCO厚膜的制备方法和外延生长机理，讨论了影响Jc的各种因素和提高Jc的主要途径，并综述了国际主要研究团队在YBCO厚膜方面的最新研究进展。2025, 54(5):1134-1144. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240228摘要:
采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了核电站用Fe-Cr-Ni基合金热变形特征。利用电子背散射衍射（EBSD）技术研究了合金热变形微观组织演化规律。结果表明：流变应力曲线表现出典型的动态再结晶（DRX）特征。EBSD分析发现，DRX晶粒主要在晶界处形核长大。在1100 ℃/0.01 s-1条件下发生完全DRX，晶粒明显细化。合金的主要形核机制是晶界弯曲形核。因此，核电站用Fe-Cr-Ni基合金的软化机制是动态恢复和DRX的结合。建立了具有应变补偿的Arrhenius本构模型。预测值与实验值的相关系数为0.9947。得到了临界应力（应变）和Z参数的可靠数学模型。DRX的临界应力（应变）随温度的降低或应变速率的增大而增大。通过Avrami模型建立了DRX动力学模型，并得到了典型的S型曲线。随着应变速率的降低和温度的升高，DRX的体积分数增加。2025, 54(5):1127-1133. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240720摘要:
通过磁控溅射在钛基双极板上沉积了TaN涂层，以提高其耐腐蚀性和使用寿命，并研究了氮气流量对TaN涂层的表面形貌、疏水性、结晶度、耐腐蚀性能和界面接触电阻的影响。结果表明：随着氮气流量的增加，TaN涂层的粗糙度先减小后增大，疏水性先增大后减小。在氮气流量为3 mL/min时，TaN涂层晶粒较大，呈现出较低的粗糙度和较高的疏水性。在模拟的质子交换膜电解槽环境中，该涂层具有最低的腐蚀电流密度（2.82 μA·cm-2）和最高的自腐蚀电位（-0.184 V vs. SCE）。经过10 h恒电位极化测试后，在氮气流量为3 mL/min时沉积的TaN涂层上观察到的腐蚀坑较少。经过75 h的电解水性能测试，TaN涂层提高了钛双极板腐蚀电阻，进而提高了电解池的电解效率（68.87%），大幅度降低双极板成本。2025, 54(5):1121-1126. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240561摘要:
研究了不同电流密度和应变速率下AlCr1.3TiNi2共晶高熵合金在电辅助压缩过程中抗变形性能的影响。结果表明：当电流密度为60 A/mm2，应变速率为0.1 s-1时，抗拉伸强度显著降低，从约3000 MPa降至1900 MPa，降幅约36.7%。然而，随着电流密度的增加，由于中温脆性延伸率下降，这是由于电流引起的焦耳效应导致应力集中，缺陷形成增加。在恒定电流密度下，流变应力随应变速率的增大而减小。 -
2025, 54(4):1087-1095. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230764摘要:
锆合金涂层能够在不改变现有燃料体系的前提下，提升锆合金包壳的耐事故能力，是目前提高核燃料组件耐事故能力的热门研究方向之一，Cr基涂层则是现阶段研究最广泛的涂层材料。本文系统综述了自福岛核事故以来国内外从Cr涂层到多种Cr基涂层的发展历程和设计思路，介绍了Cr基涂层的选择依据和高温氧化失效机制，从成分设计和结构设计两方面讨论了对于金属Cr涂层失效问题的解决思路和相关研究现状，并对锆合金Cr基涂层未来的发展前景提出展望。对未来新一代ATF涂层技术的研发和应用具有理论指导意义。2025, 54(4):1072-1086. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230767摘要:
热等静压结合模具控形技术可实现复杂高性能零件近净成形，型芯是控制成形零件内部结构精度的关键。目前型芯主要采用金属材质，但金属型芯存在高温高压变形控形不准、酸腐蚀去除效率低环境不友好、异种元素扩散污染零件、成形粉末易嵌入导致表面质量差等问题，阻碍热等静压向复杂内腔结构零件成形发展。陶瓷型芯材料化学活性低、与金属元素不易互扩散、高温硬度与刚度高不易变形、碱性条件脱芯效率高，有望解决金属型芯引起的上述问题。本文依据铸造用陶瓷型芯领域的代表性文献和研究进展，重点分析了热等静压用陶瓷型芯力学性能和溶失性能间的协同关系。详细介绍和比对了氧化硅基、氧化铝基、氧化钙基、氧化镁基陶瓷用于热等静压型芯的力学性能、溶失性能、抗吸湿性等性能优化思路，以及其复杂高精度结构成形、烧结与后处理方法，并在此基础上展望了陶瓷型芯在热等静压近净成形工艺中的应用难点与发展方向。2025, 54(4):1053-1071. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230787摘要:
定向凝固高温合金因具有较高的高温强度和抗蠕变性能、耐腐蚀和抗氧化性能，以及良好的组织稳定性和铸造性能，广泛应用于工业燃气轮机等先进动力推进系统的涡轮叶片等部件。燃气轮机用定向凝固高温合金通过调整不同固溶强化、沉淀强化和晶界强化元素的比例，由第1代发展到第4代定向凝固合金。其晶内主要由γ相、γ?相组成，在晶界处存在碳化物、硼化物等能够钉扎晶界的析出相。在这些强化相的共同影响下，镍基定向凝固高温合金具有较好的随温度而改变的拉伸性能和抗蠕变性能。本文结合定向凝固高温合金在燃气轮机的应用现状，从成分特征、组织结构特征入手，进一步分析了其性能特征，并对未来定向凝固高温合金的研究进行了展望。2025, 54(4):983-992. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230774摘要:
本工作采用激光熔覆技术在38CrMoAl表面制备中高熵合金涂层，研究了在CoCrNi系列合金中加入Al、Si、Fe、Nb等元素对合金涂层物相、组织和元素分布的影响，并对涂层的硬度、摩擦学和电化学性能进行分析表征。结果表明，CoCrNi合金是面心立方（fcc）晶体结构，Al、Fe的加入促使体心立方（bcc）相的形成；继续加入Nb、Si元素后七元合金涂层中形成了Laves/bcc共晶+富Nb的复合相，并且组织得到明显细化。CoCrNi系中高熵合金涂层综合性能均优于38CrMoAl基体。相较于CoCrNi和 AlCoCrFeNi合金涂层，AlSiCoCrFeNiNb涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性能都有较大提升：表层硬度为713.3 HV0.1，是基体的3.24倍；磨损机制主要为轻微的磨粒磨损和黏着磨损，平均摩擦系数为0.52，磨损率为115.73×10-12 mm3/(N·m)，比基体减少了64.4%；自腐蚀电位Ecorr=–0.3392 V，自腐蚀电流密度Icorr=0.472 μA·cm-2。2025, 54(4):862-870. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240122摘要:
对Cu、Mo元素合金化的347H不锈钢在565 ℃的硝酸盐（60% NaNO3+40% KNO3）中进行长达720 h的静态腐蚀实验，通过分析腐蚀产物的物相组成、微观形貌和化学成分，研究Cu、Mo元素对347H不锈钢耐熔盐腐蚀的影响。结果表明：Mo元素可以细化晶粒，使不锈钢具有耐腐蚀性能最好的中等晶粒度；不锈钢在硝酸盐中发生均匀腐蚀，腐蚀层为双层结构，内外层均存在保护基体的腐蚀产物，外层由Fe的氧化物层（Fe2O3、Fe3O4）、NaFeO2层以及少量的MgFe2O4组成，内层主要由尖晶石层（FeCr2O4、MgCr2O4）和Cu2O薄层组成。Cu在内层被氧化形成致密的Cu2O，能有效阻隔O2-等离子向基体渗透。 -
2025, 54(3):818-836. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240629摘要:
综述了铜的基本属性、结构性和功能性应用，分析了铜钎焊的工艺特点和接头特性。通过评述铜与钢、铝、钛、陶瓷、碳基材料等异种材料的钎焊研究现状，列举了铜与异质结构钎焊的研究实例，剖析了具体钎焊过程中钎料选用、工艺制定、中间层设计、钎焊装备使用及检测检验的注意事项，指出连接结构和接头界面设计的重要性。提出绿色、智能、可靠、低成本是铜钎焊的发展方向，为铜的工程应用和含铜的异种材料连接结构的钎焊制造提供技术参考。2025, 54(3):791-802. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240533摘要:
钢作为海洋工程装备的结构材料在海洋大气环境中会受海盐气溶胶、氯离子等因素的影响而发生严重的海洋大气腐蚀。向钢中添加稀有金属能够调控钢的组织、促进锈层致密化从而改善耐海洋大气腐蚀性能。本文综述了近年来世界各地学者关于稀有金属添加对钢耐海洋大气腐蚀性能影响的相关研究，总结了碳钢、不锈钢、耐候钢等典型海洋工程用结构钢在海洋大气环境中腐蚀的原因，归纳了添加Nb、Mo、Sb、Sn、Ce、La、Y等稀有金属影响钢的组织和腐蚀过程中锈层结构的作用机制。对于耐候钢和碳钢，主要讨论了稀有金属元素对锈层结构产生的影响；针对不锈钢，主要讨论了稀有金属元素对夹杂物改性及对不锈钢点蚀行为的作用机制。对未来的相关研究方向进行了展望，以期对结构钢耐海洋大气腐蚀性能的提升及其在海洋工程中的应用提供参考。2025, 54(3):755-764. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230730摘要:
利用机械合金化与放电等离子烧结工艺相结合制备了AZ91-La-Yb海水电池用阳极镁合金，并系统研究了稀土 La-Yb掺杂对阳极材料微观组织及电化学行为的影响。结果表明：通过机械合金化-放电等离子烧结工艺制备的AZ91-La-Yb合金由等轴晶构成，一方面，掺杂La-Yb后，形成了在晶界处均匀分布的微米级（0.5~2 μm）富RE相，该相主要由稀土单质（RE=La，Yb）及Mg(RE)固溶体共同组成；另一方面，通过放电等离子烧结引起的塑性变形作用以及稀土La-Yb的掺杂效应，显著改善了β-Mg17Al12相的形貌，使其由粗大的网状转变为纤细的长条状。均匀分布的微米级富RE相及更加细小的β相联合作用，共同促进了镁合金的均匀溶解放电，同时有效缓解了镁合金的局部腐蚀。与AZ91阳极用镁合金相比，掺杂了稀土La-Yb的AZ91-La-Yb表现出更加平稳的放电电压及良好的放电性能，在20 mA/cm2的电流密度下，其比容量可达 1068 mAh/g，阳极利用率为50.4%。2025, 54(3):665-670. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240531摘要:
研究了不同冷却速度对TB17钛合金合金组织演变和拉伸性能的影响规律。结果表明：冷却速度对组织形貌有显著影响，当冷速较慢时，合金元素扩散充分，粗片层含量较高、尺寸较大，基体中有少量的次生α相析出；当冷速较快时，高温下的组织被大量保留，粗片层含量较少、尺寸较小，几乎观察不到次生α相。由于未受外力作用，片状α相与β相保持严格的Burgers取向对应关系。固溶冷速极大地影响拉伸性能，固溶空冷析出大量次生α相，使得强度最高；固溶水冷由于冷速较快，仅保留粗片层，强度最低；固溶炉冷由于冷速过慢，粗片层长大明显，抑制了次生α相的析出，强度居中。时效处理后，拉伸性能发生不同的变化，水冷强度最高，而炉冷强度最低。2025, 54(3):554-568. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240549摘要:
利用电子束定向能量沉积（EB-DED）技术，制备了沿成分梯度方向从100% 304不锈钢到100% Mo的不同成分变化率的Fe-Mo功能梯度材料（FGMs），包括成分突变100%、成分变化率10%和成分变化率30% 3种试样。结果表明，成分变化率显著影响试样的显微组织和力学性能。在成分突变的试样中，304不锈钢和Mo之间成分急剧变化导致了两种材料界面附近的组织形态和硬度有很大的差异。而随梯度层数的增加，成分沿沉积高度方向连续变化，显微组织形貌呈现出从304不锈钢到Mo的平滑过渡，由柱状晶逐渐转变为树枝晶。Fe、Mo等主要元素沿梯度方向呈线性转变，沉积层间扩散充分，冶金结合良好。成分梯度变化越小，沿沉积方向的显微硬度值越大。当成分梯度为10%时，梯度层显示出更高的硬度（最高达940 HV）和优异的抗表面磨损性能，且试样整体压缩性能较好，顶部区域的压缩断裂应力达到750.05±14 MPa。 -
2025, 54(2):474-480. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240402摘要:
针对蓝宝石/金属钎焊连接面临钎料对蓝宝石表面润湿性差难题，研究了蓝宝石/Ag-Cu-3Ti/TC4合金钎焊接头界面结构特征、钎焊温度及保温时间对钎焊接头剪切性能影响及钎焊界面连接机理。结果表明：蓝宝石与钎料形成致密冶金反应层，钎料反应层生成Ag基固溶体、Cu基固溶体和复杂晶体相等，TC4合金侧形成脆化层和晶间渗入区。随钎焊温度升高，钎焊接头抗剪切强度明显减小；随保温时间延长，接头抗剪切强度先增大后减小。钎焊接头断口呈蓝宝石脆性断裂和钎料“胶贴式”混合断裂形貌，钎焊连接仅靠少部分Ag-Cu-3Ti钎料与蓝宝石的界面冶金结合力。钎焊过程中Ti、Cu向蓝宝石侧扩散并富集到Al2O3表面，界面处发生充分固-液相作用形成稳定金属间化合物，TC4合金侧晶粒不断向基体生长，两者致使钎焊接头抗剪切强度明显提升。2025, 54(2):437-444. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240408摘要:
为了研究激光重熔对金刚石/镍基复合涂层组织性能的影响，采用感应加热的方式在Q235表面制备金刚石/镍基复合涂层后进行激光重熔。利用超景深显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、硬度计和磨粒磨损试验机对激光重熔前后涂层的表面形貌、显微组织、元素分布和机械性能进行了分析对比。结果表明，经激光重熔后表面裸露金刚石数量减少，复合涂层表面平均粗糙度由5.58 μm下降至4.88 μm；微观组织中孔洞缺陷数量显著减少，显微组织中的碳化物聚集长大，同时Cr元素在金刚石周围富集程度增加；钎料合金显微硬度与涂层耐磨性能无明显变化。2025, 54(2):401-412. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240660摘要:
采用Ti-Al-V-Mo 系药芯焊丝作为填充金属，实现了96 mm厚TC4钛合金板的超窄间隙激光填丝焊接，并系统研究了焊接接头层间区域的组织演化规律，同时采用数值模拟技术分析激光填丝焊接过程应力分布特征。结果表明，焊接接头上、中、下3部分的抗拉强度平均数值为935 MPa、屈服强度平均为794 MPa、断后伸长率为20%；上、中、下焊接接头3部分的室温冲击韧性测试结果平均数值为31 J，沿壁厚方向焊接接头的组织性能分布较为均匀；随着焊接道数增加焊缝中心由压应力转变为拉应力，横向和纵向残余应力的高应力距离表面约6 mm，最大拉应力值为1030 MPa。2025, 54(2):327-336. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240353摘要:
研究了采用热挤压和液态模锻法制备的Al-8.3Zn-3.3Cu-2.2Mg合金的显微组织和力学性能。结果表明：基于DEFORM模拟分析结果，最佳的热挤压工艺参数为铸锭初始温度380 ℃和挤压速度3 mm/s。T6热处理后的热挤压铝合金表现出优异的力学性能，其屈服强度、抗拉伸强度和延伸率分别为519.6 MPa、582.1 MPa和11.0%。与铸态和液态模锻合金相比，热挤压合金的屈服强度分别提高了30.8%和4.9%，抗拉伸强度分别提高了43.5%和10.2%。热加工合金抗拉伸强度显著提升的原因在于热加工过程消除了组织中的铸造缺陷，细化了基体晶粒组织和共晶组织。此外，热挤压合金相比液态模锻合金表现出更加优异的塑性，这是由于热挤压过程中发生剧烈塑性变形，有效破碎并分散了共晶组织，促进第二相的溶解和沉淀析出，并抑制了微裂纹的萌生。2025, 54(2):301-310. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240655摘要:
使用Ag-Cu-In-Ti低温钎料钎焊连接金刚石和铜，研究了钎焊温度和保温时间对接头显微组织与力学性能的影响，探究了接头形成机制并构建了接头组织与力学性能的关联。结果表明：在钎料中加入适量的In能够显著降低钎料的熔点，增强了钎料对金刚石的润湿能力。当钎焊温度为750 ℃、保温10 min后，获得了具有良好冶金结合性能且均匀致密的钎缝组织，接头平均抗剪切强度达到322 MPa。较低的钎焊温度避免了金刚石石墨化风险，同时也降低了焊接残余应力。 -
2025, 54(1):243-253. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240064摘要:
非晶合金具有良好的物理和化学性能，但尺寸问题限制了其实际应用，而焊接技术可以突破其应用瓶颈。非晶合金焊接方法可分为液相焊接和固相焊接，两类方法焊接过程中非晶接头形成方式不同，有效避免晶化是获得高质量接头的关键，本文就非晶合金焊接领域的研究进行了系统全面的梳理与归纳，综述了非晶合金/非晶合金焊接、非晶合金/晶态金属焊接的研究现状，重点阐述了不同焊接方法获得完全非晶态焊件的特点与局限，同时本文还综述了非晶合金作为钎料的研究现状，分析了非晶钎料的应用前景，并总结了提高非晶钎料钎焊接头力学性能的方法，继而对非晶合金焊接研究及发展提出了展望。关键词：非晶合金；焊接技术；非晶钎料；晶化2025, 54(1):232-242. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240529摘要:
钛合金因具有高比强度、低密度、耐腐蚀性、抗氧化性、高温稳定性以及低中子截面等特点，逐渐被用作船舶和空间核动力装置的关键部件。为提高钛合金抗辐照性能，推进钛合金在核工程领域广泛应用，不少研究人员在钛合金辐照效应等关键问题研究上做出了很大努力。本文回顾了钛及钛合金在核领域的发展与辐照效应研究，全面综述了不同粒子辐照（中子、离子等）下，多种先进钛合金中辐照缺陷演变及相互作用机制，还总结了服役条件（温度、应力、辐照）对钛合金的硬度、拉伸、疲劳以及蠕变等力学性能的影响规律。最后，基于目前核用钛合金研究现状，展望了未来钛合金辐照效应的研究方向和改善抗辐照性能的发展趋势。2025, 54(1):134-146. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240542摘要:
随着航空航天及兵器防护等领域技术与装备的快速进步与发展，加快轻质高强新型金属复合材料的开发和研究具有十分重要的意义。本研究采用多尺度数值计算方法探究了多层金属爆炸焊接复合材料界面特征参数变化规律及界面原子尺度扩散行为及特征。结果表明：随着时间的推移，多层板材间动态碰撞角呈现初始阶段小幅升高，并在中间阶段保持稳定的变化规律。结合界面呈现明显的波纹结构特征，多层复合板结合界面处压力分布明显高于板材其他区域，且结合界面压力呈现从上到下逐渐减小的变化规律，最下侧结合界面处有效塑性应变略高于其他3个结合界面。在不同速度微观尺度碰撞下，3个焊点处均发生了明显的原子扩散现象，随着冲击速度的减小，结合界面处原子扩散层厚度也随之减小，3个扩散层厚度范围分别为1.12~1.58 μm，1.8~2.55 μm和1.22~1.73 μm。2025, 54(1):84-93. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240527摘要:
钛基植入体的感染是其临床应用的重要挑战，特别是当植入体表面形成了生物膜之后。抗生素、金属纳米颗粒和抗菌肽等抗菌药物已经广泛用于治疗钛植入体的感染。然而，这些化学手段具有潜在的毒性、抗生素抗药性以及长效抗菌效果不足等缺点。因此，钛基植入体的物理抗菌表面正吸引着越来越多的关注。概述了不同的钛基生物材料表面仅依靠植入体本身的物理性质（如纳米拓扑结构）或外源性物理刺激（如光催化）对各种细菌的抗菌效果。影响物理抗菌过程的因素有很多，包括纳米拓扑结构的尺寸、形貌和密度以及细菌生长周期等。此外，对钛基植入材料不同物理抗菌表面的机理进行了总结。2025, 54(1):10-16. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240507摘要:
采用水冷铜坩埚磁悬浮真空熔炼炉制备了(TiZrHf)50Ni30Cu20-xCox(x=2，4，6，at%)高熵高温形状记忆合金，并研究了Co含量对其微观组织和力学性能的影响。结果表明，随着Co含量增加，合金晶粒尺寸减小。合金在铸态下主要由B19′和少量B2相组成，断口组织富含B19′相，而B2相几乎消失。增加Co含量和缩小试样尺寸(d)显著提升了合金的抗压强度和塑性，在d=2 mm时，(TiZrHf)50-Ni30Cu14Co6合金表现出最佳综合力学性能，抗压强度为2142.39±1.8 MPa，塑性为17.31±0.3%。压缩循环试验显示，随着压缩应变增加，(TiZrHf)50Ni30Cu14Co6合金的残余应变增大，但回复能力减弱。合金的超弹性回复能力不断增强，超弹性回复率从1.36%增至2.12%，残余应变率从1.79%增至5.52%，弹性回复率从3.86%增至7.36%，总回复率从74.48%降至63.20%。 -
2024, 53(12):3553-3568. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230604摘要:
金属铀是一种重要的战略核材料，在能源系统和国防工业中广泛应用。然而，金属铀在使役中极易被环境气氛快速腐蚀，不仅会产生放射性腐蚀产物还会对使用性能和寿命带来严重威胁。虽然金属铀的腐蚀相关研究已持续开展了数十年，但由于金属铀具有放射性、腐蚀速率快、腐蚀产物种类多等原因，导致目前对金属铀的腐蚀行为认识还不够清楚。本文基于金属铀在氧气、水汽和含氧水汽中的腐蚀行为的相关研究，简介了金属铀的典型腐蚀产物，从腐蚀动力学模型、腐蚀速率方程和活化能方面梳理了金属铀的腐蚀动力学研究现状，从腐蚀介质的解离扩散、以及关键中间腐蚀产物演化等方面综述了金属铀的腐蚀机理研究进展，总结了目前较为清晰和统一的认识，指出了当前该研究领域中仍存在的争议性问题，展望了未来的主要研究方向，为金属铀的腐蚀评估、寿命预测和腐蚀防护提供研究基础。2024, 53(12):3526-3538. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230653摘要:
钛铝合金具有密度小、比强度高、耐高温、抗蠕变、抗氧化等优点,可以很好地满足航空发动机涡轮叶片的高温应用环境,是近年新金属材料研究的一大热点。然而钛铝合金冷热加工成形困难,严重限制着其规模化应用。选区激光熔化(SLM)具有加工速度快、成形精度高、近净成形等优点,有望用以实现高性能钛铝合金的一体化成形制备,进而推动钛铝合金的规模化应用。本文综述了近年来国内外关于SLM钛铝合金制备技术的研究进展,系统评述了粉末成分及形貌、成形工艺参数和成形后热处理对SLM钛铝合金的缺陷、相组成、微观组织和力学性能的影响,并展望了SLM钛铝合金的未来发展方向。2024, 53(12):3428-3436. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230632摘要:
本研究以单质元素粉末为原料，采用机械合金化和射频等离子体球化制备WMoTaNbV难熔高熵合金球形粉末。重点研究了球磨时间和射频等离子体球化过程对粉末物相、形貌、粒度和杂质含量的影响规律，并使用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、碳硫仪、氧氮氢仪和激光粒度分析仪等对粉末性能进行分析表征。结果表明：随着球磨时间的延长，低熔点元素逐渐向高熔点元素固溶。当球磨时间为14 h时，可以形成单一BCC相结构的难熔高熵合金粉末，粒径随球磨时间的延长逐渐细化，杂质含量随着球磨时间延长而增加。选取球磨2h的粉末进行射频等离子球化，球化后的粉末中位粒径为66.0μm，氧碳含量分别是540 ppm和210 ppm，粉末流动性显著提高至8.4s·(50 g)-1，振实密度达到8.80 g·cm-3.2024, 53(12):3398-3406. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230809摘要:
针对U-Zr相图中富U端Zr在αU中的固溶度曲线所需的溶解焓和过剩熵，本文分别进行了第一性原理计算并与实验数据进行了对比分析。对于Zr-αU固溶体转变为δUZr2时对应的溶解焓和过剩熵，采用SQS模型得到每个Zr原子对应的结果为1.437 eV/Zr和1.060 kB/Zr，采用disorder模型得到每个Zr原子对应的结果为1.420 eV/Zr和 0.732 kB/Zr。基于实验数据，分析拟合得到的每个Zr原子的溶解焓为-0.823±0.712 meV/Zr，过剩熵为5.880±9.976 kB/Zr。对比理论计算和拟合实验数据的结果发现，振动熵对固溶度的影响不可忽略，并且理论和实验数据相差较大的原因可能与理论计算中设置的δUZr2中Zr的位置与实验中的具体结构位置参数不尽相同有关。2024, 53(12):3299-3305. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240043摘要:
利用新型双级高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）技术在不同沉积时间条件下制备TiN镀层，分析不同镀层生长阶段其微观结构与应力状态对镀层力学、摩擦、耐腐蚀等服役性能的影响。结果表明，随着沉积时间由30 min增加至120 min，TiN镀层表面结构均呈大小颗粒紧密掺杂的圆胞状结构，始终保持沉积-结晶-生长的原子堆积增厚机制；当沉积时间由90 min（镀层厚度3884 nm）增加至120 min（镀层厚度4456 nm）时，镀层应力状态出现压-拉转变。当沉积时间为90 min时，TiN镀层结构致密且受到较小的压应力（-0.54 GPa），镀层具有较高的硬度与弹性模量（27.5、340.2 GPa）、较好的摩擦学性能（平均摩擦系数0.52，最小磨损率1.68×10-4 g/s）及较好的耐腐蚀性能（最小腐蚀电流密度1.0632×10-8 A·cm-2、最小腐蚀速率5.5226×10-5 mm·A-1）。 -
2024, 53(11):3271-3280. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230625摘要:
耐事故核燃料能显著增强轻水核反应堆在失水事故下抵御堆芯熔化的能力,是核燃料技术变革和核电安全技术提升的重要方向。在现役锆合金包壳表面涂覆Cr涂层,形成具备良好结合力、优异耐高温高压水腐蚀性能和抗高温氧化性能的新型包壳材料,是最有望在短期内获得实际工程应用的耐事故核燃料解决方案。本文综述了Cr涂层锆合金在高温蒸汽环境中氧化行为研究进展,重点关注Cr涂层的氧化动力学、Cr涂层微观组织对抗氧化性能的影响,以及长时间氧化后Cr涂层的失效机理和Cr-Zr互扩散行为。此外,总结了增强Cr涂层抗氧化性能和抑制Cr-Zr互扩散的策略,并展望了未来的发展方向,以期为Cr涂层核燃料包壳的优化设计和工程应用提供参考。2024, 53(11):3224-3232. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230588摘要:
利用铜模铸造方法制备了ZrxTiNiCuBe(x=1.5、2、2.5、3、3.5at.%)高熵非晶合金,采用差示扫描量热仪(DSC)对其晶化动力学进行了研究。结果表明,ZrxTiNiCuBe高熵非晶合金的变温晶化为多级晶化过程,与升温速率具有明显动力学效应。利用Kissinger方程计算的变温晶化激活能,均表现为Eg>Ex>Ep1,Ep12024, 53(11):3194-3204. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230581摘要:
本文制备了五种不同V含量的CrMoNbTiVx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8）难熔高熵合金，研究了合金的相组成、微观组织特征及在800 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明：不同V含量CrMoNbTiVx合金在铸态时均为单一体心立方结构，形成了典型的枝晶状组织。在800 ℃氧化20 h和100 h后，CrMoNbTi合金的氧化增重分别为0.25 mg/cm2和0.50 mg/cm2，CrMoNbTiV0.8合金的氧化增重分别为1.49 mg/cm2和3.36 mg/cm2。随V含量的降低，CrMoNbTiVx合金的氧化增重越少，氧化层表面越平整。CrMoNbTiV0.8和CrMoNbTi合金氧化100 h后的表面高度差分别为24.80 μm和3.37 μm。V含量不同，合金的氧化产物也不相同，针状V2Nb6O19氧化物显著降低CrMoNbTiVx合金的抗氧化性能。V含量下降能促进氧化层中形成TiO2 、CrVNbO6和Ti4Cr3Nb3O2致密氧化物，提高CrMoNbTiVx难熔高熵合金高温抗氧化性能。随V含量减少，CrMoNbTiVx合金氧化层中V2Nb6O19、CrVNbO6和V2O5含量均减少，不含V的CrMoNbTi合金氧化层由致密的TiO2和Ti4Cr3Nb3O2组成，合金的抗氧化性能明显提高。2024, 53(11):3136-3148. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230542摘要:
通过用户自定义NiTi合金子程序对负泊松比结构的凹凸型自扩张支架进行有限元模拟分析，通过控制变量法研究了不同几何参数条件下，支架在自膨胀过程中状态和应力演化情况。结果表明：随着周向支撑单元数量Nc和支撑圈倾斜杆与水平方向的夹角θ改变，凹凸型支架与之对应的支撑性能出现完全相反的变化。支架轴向距离在向四周扩张过程中变化的大小主要与参数h/l和θ呈负相关。凹凸型支架处于病变股动脉时的扩张率可以达到90.3%，高于现有自膨胀医疗支架。本凹凸型支架在股动脉中工作时可以实现均匀的扩张，直接避免了中间狭小而两端宽的情况出现。进行了Goodman疲劳曲线和疲劳因子评估，符合国家对医用支架的服役寿命要求。2024, 53(11):3084-3100. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240063摘要:
镁及镁合金具有优异的生物安全性、独特的生物可降解性和良好的载荷传递性等优点，在医用植入领域应用前景广阔。良好的耐蚀性是镁及镁合金作为医用植入物重要的前提条件之一。然而，镁合金耐蚀性差，在生理环境中因过快腐蚀而迅速降解，导致其尚未完成服役就失去了固定支撑作用，严重限制了临床应用。对镁合金进行表面改性处理，改善其表面耐蚀性和生物相容性，已成为医用镁合金表面改性的研究热点。围绕改善医用镁合金表面耐蚀性研究进展，介绍了医用镁合金的发展历程及特点，并从微弧氧化和离子注入等表面改性技术的原理，以及表面改性后镁合金表面微观结构和性能等方面进行综述。讨论了多种涂层的形成机制并分析其结构和性能，阐述了涂层对镁合金降解速率的影响规律，旨在明确医用镁合金表面改性在实施和应用过程中存在的关键问题及可能的解决途径，并就医用镁合金表面改性的发展方向提出了建议。2024, 53(11):3010-3016. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240083摘要:
对Zr基大块金属玻璃（BMG）进行了室温下三点弯曲疲劳实验，旨在探究其在循环载荷下的疲劳行为。结果表明，根据确定的应力幅度-破坏循环（S-N）曲线，Zr基BMG的疲劳极限为442 MPa。为评估P-S-N曲线，提出了一种基于最大似然原理的估算方法，利用统计原理预测材料疲劳寿命，减少了所需样本数量，降低了实验成本。实验结果与美国测试和材料协会（ASTM）标准相符，证明了估算方法的可靠性和准确性。 -
2024, 53(10):2975-2986. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230505摘要:
二维材料因具有比表面积大、载流子迁移率及导热系数高等优点而被广泛应用于光学、生物学、材料学和半导体等领域。机械球磨法制备二维材料以其成本低、环保且可规模生产的优势而被广泛应用。本文从机械球磨法的机理及相关模型出发,综述了机械球磨法制备石墨烯、氮化硼和二硫化钼等二维纳米片的研究现状,总结了该方法制备二维纳米材料的优势及存在的问题,并对机械球磨法制备二维材料的发展进行了展望。2024, 53(10):2823-2830. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240390摘要:
对激光冲击前后，双态组织Ti55531钛合金的疲劳裂纹扩展速率（da/dN）进行了研究。分析了激光冲击前后疲劳裂纹扩展样品的断口、微观组织和残余应力。结果表明，经过激光冲击，双态组织Ti55531钛合金的疲劳裂纹扩展速率da/dN降低，当△K＜22.84Mpa?√m时，激光冲击后样品（BM-LSP）具有比未冲击样品（BM）更低的疲劳裂纹扩展速率，当△K=22.84时，二者具有相近的裂纹扩展速率，为3.92×10-4mm/cycle。LSP后次生α相片层长度离散性降低22.9%，厚度离散性降低38.9%，α相和β相的极密度分别降低37%和16%，片层α尖端钝化和组织均匀化缓解了疲劳裂纹扩展过程中α片层尖端及α/β相界面处的应力集中，造成da/dN下降。此外，激光冲击过程中在材料表面引入深度约900μm的残余压应力层。残余压应力也是抵消裂纹尖端拉应力、增强裂纹闭合、减缓裂纹扩展的重要因素。2024, 53(10):2777-2785. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240014摘要:
采用超音速等离子喷涂及双通道送粉技术，在环氧树脂基复合材料表面制备了高性能氧化钇-酚醛（Y2O3-PF）交替涂层。将Y2O3包覆PF粉末喷涂在基体上生成过渡层，之后交替沉积球形Y2O3粉末和Y2O3包覆PF粉末形成复合交替涂层。结果表明，交替涂层主体由Y2O3包覆PF粉末沉积而成，且涂层与基体结合强度高达26.48 MPa，单次最大结合强度为28.10 MPa，剪切强度高达24.30 MPa。此外，外部Y2O3粒子产生的热传递效应使PF逐渐软化熔融，从而有效避免了高温对分子结构的破坏，促进了沉积过程中树脂的交联与固化。同时，未熔Y2O3粉末形成了喷丸效应，冲刷去除了沉积效果较差的粉末粒子，最终显著改善了交替涂层的组织和性能。2024, 53(10):2755-2765. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240194摘要:
为了提高钛双极板的耐蚀性能，采用磁控反应溅射技术和脉冲沉积技术在商业纯钛TA1表面制备了氮化钛（TiN）薄膜，并对不同工艺参数下制备的薄膜进行了评价。结果表明，在不同制备工艺下TA1表面均可以形成致密完整的TiN膜，并显著提高钛基体的腐蚀电流密度。其中，磁控反应溅射所制备的薄膜成分受到氧气竞争反应的影响，其均一性低于脉冲激光沉积所制备的薄膜，脉冲激光沉积制备的薄膜在低腐蚀电流密度（0.025 μA·cm-2）、中等腐蚀过电位（–0.106 V）和良好的疏水性方面具有更优异的综合性能。2024, 53(10):2713-2717. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240485摘要:
研究了Cu/Nb多层复合材料在电流辅助拉伸作用下的力学性能和断裂形貌。结果表明，随着电流密度的增加，产生的焦耳热导致应力显著软化。然而，材料的延伸率有所降低。这与Cu/Nb多层复合材料在电流辅助拉伸过程中的特征断裂行为密切相关。随着电流密度的增加，断裂模式逐渐由韧性断裂转变为熔断。 -
2024, 53(9):2669-2677. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230478摘要:
非晶合金因“长程无序、短程有序”的亚稳态结构特征，所以具有优异的机械性能、耐腐蚀性能以及突出的磁学性能与催化性能等功能特点。但对于玻璃形成能力较弱、难以形成大尺寸块体的非晶合金来说，其应用范围受限，故多以合金涂层的形式呈现。因为制备非晶合金粉末的周期长、成本高，在不考虑具体涂层制备工艺的前提下，非晶合金涂层成分的筛选与优化对涂层的性能显得尤为重要。本文主要介绍了非晶合金涂层的制备链条、不同形态非晶合金的相似性；同时以Al基非晶合金为例，综述了Al基非晶合金成分设计与优化过程的脉络，并对Al基非晶合金粉末的制备与热喷涂Al基非晶合金涂层的研究现状进行归纳总结，希望为新型非晶合金涂层成分设计与开发，提供新角度与新思路。2024, 53(9):2624-2632. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230475摘要:
选区激光熔化(SLM)是目前应用最广的金属材料增材制造技术之一，由于成形过程中存在复杂的热物理过程，导致其成形精度仍无法满足实际应用的要求。因此，为了提高SLM成形零件的尺寸精度，本研究提出了一种集成响应面法(RSM)和非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的方法来优化SLM成形GH3265高温合金的尺寸精度。首先采用响应面法建立了SLM工艺参数与X、Y和Z方向的尺寸误差模型，然后通过NSGA-Ⅱ对模型进行多目标优化。结果表明：响应面法构建的模型具有较高的预测精度，其相关系数R2依次为0.9456、0.9842、0.9704；优化算法在迭代1500次时，能够获得最优的加工参数区间：激光功率250.8-310 W、扫描速度1028-1400 mm/s、扫描间距0.071-0.084 mm；最终，试验验证结果表明该集成方法具有较高的可靠性，其X、Y、Z方向尺寸误差的ARE依次为5.95%、4.92%、3.97%。2024, 53(9):2565-2570. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230457摘要:
本文采用数值模拟方法，通过从熔炼起弧阶段的能量输入（以及散热）的角度分析影响铸锭尾部冶金质量的关键因素，对第三次熔炼的起弧工艺参数进行研究，并通过实验进行了验证。结果表明，电流起弧后随着熔炼的进行，铸锭表面温度逐渐升高，在熔炼至铸锭30mm高度处，表面温度达到最高。通过选择合适时机提升起弧电流大小，加快电流上升速度，可以使熔池表面温度明显上升。Φ720mm规格TC17钛合金第三次熔炼起弧电流增大4kA，1min快速升至大电流，大电流保持时间延长6min，能够实现熔池快速健全，达到稳定熔池时熔炼的金属重量减少约一半，数值模拟和实验结果的一致性吻合良好。2024, 53(9):2446-2457. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230790摘要:
为了改善难变形高温合金U720Li的热加工性能，研究了变形前保温时间（5和10 min）对该合金的热变形行为的影响。结果表明，流动应力随应变速率的提高而增大，但随变形温度和保温时间的增加而减小。依据所建立的Arrhenius本构模型计算的峰值应力与实验值吻合良好，说明该模型可准确预测U720Li合金热变形行为。保温时间为5和10 min的热变形激活能分别为992.006和850.996 kJ·mol-1。建立了U720Li合金在这2种保温时间下的热加工图。通过分析热加工图各区域对应的变形组织，明确了保温5 min的最佳热加工条件为1090~1110 ℃/1~10 s-1和1146~1180 ℃/1~10 s-1，而保温10 min的最佳热加工条件为1080~1090 ℃/1~10 s-1和1153~1160 ℃/ 1~10 s-1。可见适当缩短变形前保温时间可扩大该合金的安全加工窗口。在未发生开裂的情况下，动态再结晶（DRX）晶粒随变形温度和保温时间的增加而逐渐增大，但随应变速率的增加先减小后增大。当变形温度低于1100 ℃，主要DRX机制为颗粒诱导连续DRX。当变形温度高于1130 ℃，主要DRX机制转变为不连续DRX。2024, 53(9):2420-2429. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240152摘要:
采用电子背散射衍射法研究了模锻对亚稳态β钛合金Ti55511显微组织演变和变形行为的影响。在模锻之前，对Ti55511合金进行了多道次锻造，以优化钛合金织构导致的力学行为各向异性。结果表明，模锻后，Ti55511部件局部区域表现出不同的显微组织和织构。在所有变形区域都没有发现<100>纤维织构。动态回复再结晶发生在模锻早期承受大应变的区域，大多数局部区域形成了网篮组织。 -
2024, 53(8):2361-2374. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230370摘要:
硬质合金是一种包括硬质相(WC)和软粘结相(Fe、Co、Ni、HEA等)的金属陶瓷,其耐摩擦、高硬度、热硬性好等优良特性的组合使得硬质合金被广泛应用于矿山、隧道、钻井等地质工程。由于实际服役环境复杂,矿用硬质合金常面临极端恶劣的工况,存在诸多失效机制,例如摩擦、腐蚀和热冲击等一种甚至共同作用都会造成硬质合金材料的失效。因此,了解矿用硬质合金的失效机理,对不同环境下选用和改进硬质合金材料具有重要意义。本文对矿用硬质合金的摩擦、腐蚀行为进行了综述,重点涉及环境和热应力对硬质合金失效的影响,此外,由于成分对硬质合金的微观结构和力学性能具有重要的影响,还综述了粘结相和添加剂的加入对硬质合金摩擦、腐蚀行为的影响。旨在为后续硬质合金的选择、改进和新型硬质合金开发提供参考。2024, 53(8):2331-2342. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230442摘要:
本文熔炼制备了4种FexCr5Al (x=13、15、17、18,质量分数,wt%)合金,采用有蒸汽发生器的热重分析仪研究4种合金在1000和1200 ℃蒸汽中氧化2 h的行为。采用XRD、FIB/SEM、EDS和TEM观察分析腐蚀后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表明,4种合金在两种温度下氧化时,氧化动力学曲线均遵循抛物线规律,增加Cr含量合金的抛物线速率常数降低,改善了合金的抗高温蒸汽氧化性能；4种合金的氧化膜均为脊状形貌,主要由α-Al2O3组成。随Cr含量的增加,氧化膜中的孔隙减少,氧化膜与基体的结合性变好,说明增加Cr 含量可以提高氧化膜的致密性和结合力,有助于形成均匀且致密的Al氧化膜,从而提高合金的抗高温蒸汽氧化性能。2024, 53(8):2217-2222. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230380摘要:
TLP焊接过程中一个重要的参数是完全等温凝固所需的时间,本研究选用自主研制的KCo10钴基中间层进行试验,在1030 ℃、1050 ℃和1080 ℃(1303 K、1323 K和1353 K)的温度下进行了不同保温时间的焊接。以共晶液相两侧的固溶体作为边界,测量平均ASZ尺寸。通过测量ASZ的尺寸随焊接时间的平方根变化的情况,采用数据拟合的方式得出ASZ尺寸与结合时间的线性关系,然后基于菲克第二定律的随时间变化的扩散方程建立等温凝固过程的数学模型,对等温凝固时间tIS进行模拟求解,从而预测等温凝固所需时间,并经过实验验证了数学模型预测等温凝固时间的准确性。2024, 53(8):2167-2173. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230758摘要:
在400 ℃和45%轧制压下率条件下，研究了不同表面处理方式对复合板结合强度的影响。结果表明，钢丝刷打磨处理只能消除板材表面的氧化膜，很难在板材表面产生硬质层，复合效果取决于界面两侧金属紧密接触产生的元素扩散。阳极氧化后，金属表面会有一层硬质层，轧制过程中破碎的硬质层会在结合界面形成机械咬合。但是，硬质层无法与界面处的金属形成有效结合，只能在硬质层裂缝处的新鲜金属结合区发生结合。酸碱洗处理可以完全去除2种合金表面的硬质层，且不会增加板材的表面粗糙度，界面两侧的金属在轧制过程中结合更紧密。采用酸碱洗作为铝镁热轧结合的表面处理方法，可以获得最佳的结合强度。 -
2024, 53(7):2067-2082. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240176摘要:
通过Ti和Al制备的Ti-Al系金属间化合物及复合材料由于具有优异的物理、化学和力学性能,在航空航天、汽车以及其它领域具有良好的应用前景。这些材料包括TiAl3、γ-TiAl和α2-Ti3Al等金属间化合物,以及Ti/Al、Ti/α2-Ti3Al、Ti/γ-TiAl、Ti/TiAl3、Ti/TiAl3/Al和Al/TiAl3等金属-金属或金属-金属间化合物复合材料。在上述材料的制备过程中,会涉及到各种Ti-Al反应扩散过程。因此,对Ti-Al反应扩散机理及动力学的深入理解,有助于合理高效的制备Ti-Al系金属间化合物及复合材料。目前对Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究非常广泛,但很多结论仍存在争议。本文(下)部分系统综述了Ti-Al反应扩散动力学的研究现状,并对其未来的研究方向进行了展望。2024, 53(7):2059-2066. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230351摘要:
自被发现以来,铁基超导体因其较高的临界电流密度、较低的各向异性以及极高的上临界磁场而受到科学家们的广泛关注,具有极好的应用前景,同时也是研究高温超导机制的重要抓手。“11”体系作为结构最简单的铁基超导材料,其不含有毒元素As以及对掺杂敏感等特点使其成为领域内的研究的热点。本文从线带材、涂层导体和薄膜两个角度综述了“11”体系铁基超导材料实用化的研究进展。2024, 53(7):1970-1977. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230324摘要:
本研究将Fe、Al作为联合变量进行微调,检测并分析Fe、Al共同变化对Fe(2-x)CrMnAlxCu(x=1.3、1.4、1.5、1.6、1.7)高熵合金的相结构、微观组织、压缩性能、硬度、摩擦性能的影响。实验结果表明,Fe(2-x)CrMnAlxCu高熵合金的枝晶间及枝晶组织均由bcc相构成,且枝晶内部析出有序bcc相和FeAl相析出物,其析出物含量随着Fe含量减少,Al含量的增加略微增加,使得Fe(2-x)CrMnAlxCu高熵合金的硬度不断增加。当x=1.6时,高熵合金的综合性能达到最佳,其硬度高达558.5 HV,屈服强度为1205.43 MPa,抗压强度为1431.52 MPa,变形率为9.06%。并且在Fe含量减少,Al含量的增加的同时,高熵合金内的元素偏析的现象得到了一定程度的缓解。2024, 53(7):1937-1943. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230282摘要:
金属塑性热耗散仍是一个未完全解决的问题,如现有文献中关于功-热转换系数及其应变、应变率相关性的实验结果并不一致。本文对TA2工业纯钛在0.1 s^(-1)-100 s^(-1) 应变率下拉伸过程的热耗散特性开展研究,采用DIC及红外测温同步测试系统对平板拉伸试样的变形及温度场演化过程进行分析。实验结果显示：当应变率大于1 s^(-1) 时,在试样拉伸颈缩前,可近似为绝热状态。TA2工业纯钛的Taylor-Quinney系数β的应变率效应不敏感,但并不是一个常数,而是随应变演化的。在加载初始阶段β随应变增大而增大,至拉伸应变9%左右时达到最大值0.92；随后β随应变发展逐渐减小,至应变30%时β减小为0.8左右。对不同变形阶段试样的EBSD微观分析表明,Taylor-Quinney系数的变化与材料变形过程孪晶及微观组织演化相关。2024, 53(7):1909-1916. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230340摘要:
钛合金弹性性质因其组成成分以及组织结构的差异而不同，如高纯Ti的弹性模量约为93 ~ 120.5 GPa。本文基于多尺度弹性响应本构模型，以双相α+β钛合金为例，理论预测了钛合金载荷作用下的等效弹性响应，理论计算了不同相含量的钛合金等效弹性性质，如等效弹性模量E ?、等效体积模量K ?、等效剪切模量G ?以及等效泊松比ν ?，揭示了相含量对钛合金弹性性质的影响机制。与不同细观力学模型以及实验测量值的比较表明，双相钛合金E ?受α相的影响较大，且α相的降低，近似从111.11 GPa逐渐降至87.49 GPa；K ?、G ?以及ν ?受β相的影响较大，随β相的增加，K ?近似从104.12 GPa增至117.21 GPa，G ?从42.02 GPa降至31.81 GPa，ν ?从0.322增至0.376，模型预测值与实验测量值大致相当，从而证实了该模型的准确性。2024, 53(7):1845-1854. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230520摘要:
TC18钛合金锻件低倍组织出现分层现象。较亮的低倍组织具有较低的性能，通常被称为冷模组织。降低冷却速度可能会减少冷模组织的产生，但也可能加剧模具磨损。通过模拟和实验研究了TC18钛合金框锻件热锻过程低倍组织分层、模具磨损与工艺参数间的关系。通过二次开发将冷模组织和磨损深度预测模型导入DEFORM软件。利用开发后的软件模拟了钛合金框锻件连续锻造生产过程，研究了冷模组织和磨损特性。利用响应面法和优化参数，讨论了不同参数下模具磨损与冷模组织厚度间的关系。结果表明：钛合金锻件冷模组织含量主要受接触条件的影响，而锻模磨损深度主要受模具预热温度的影响。应用玻璃纤维润滑剂能在不显著增加磨损深度的前提下实现锻件冷模缺陷组织含量的有效降低。 -
2024, 53(6):1797-1816. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230194摘要:
通过Ti和Al制备的Ti-Al系金属间化合物及复合材料，由于具有优异的物理、化学和力学性能，在航空航天、汽车以及其它领域具有良好的应用前景。这些材料包括TiAl3、γ-TiAl和α2-Ti3Al等金属间化合物，以及Ti/Al、Ti/α2-Ti3Al、Ti/γ-TiAl、Ti/TiAl3和Al/TiAl3等金属-金属或金属-金属间化合物复合材料。在上述材料的制备过程中，会涉及到各种Ti-Al反应扩散过程。因此，对Ti-Al反应扩散机理及动力学的深入理解，有助于合理高效的制备Ti-Al系金属间化合物及复合材料。目前对Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究非常广泛，但很多结论仍存在争议。本文系统综述了Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究现状，并对未来的研究方向进行了展望。2024, 53(6):1666-1676. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230235摘要:
锆合金在失水事故（Loss of Coolant Accident, LOCA）下的高温蒸汽氧化行为是需要重点关注的问题之一。本文熔炼了Zr-xNb（x=0.5、1.0、1.5，wt.%）合金和Zr-1Nb-yCr（y=0.05、0.2）合金并制备成板状样品。采用同步热分析仪研究了5种锆合金在模拟LOCA工况下900~1200 ℃蒸汽中的氧化行为，利用金相显微镜观察分析了氧化样品横截面的显微组织，使用显微硬度仪研究了氧化前后样品的显微硬度。结果显示：在900~1100 ℃蒸汽中氧化时，Zr-xNb合金的抗高温蒸汽氧化性能不随Nb含量变化呈单一变化规律，且随温度升高发生变化，添加Cr使Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能变差，且影响复杂，不随Cr含量的增加呈单一变化规律；在1200 ℃蒸汽中氧化时，添加Nb和Cr对锆合金的抗高温蒸汽氧化性能影响不大；5种合金的氧化动力学规律随温度升高发生变化，总体由抛物线→直线规律转变，还会发生多次转折。从O在Zr基体中的固溶含量以及Zr基体α?β和氧化膜单斜(m)?四方（t）相变的角度探讨了Nb和Cr影响锆合金高温蒸汽氧化行为的机理。2024, 53(6):1654-1665. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230209摘要:
失水事故(LOCA,Loss of coolant accident)下锆合金中原β-Zr层的力学性能对核安全具有重大意义,Nb作为锆合金中重要的合金元素对其有重要影响。本文运用分子动力学方法研究了Zr-xNb(x=0, 0.5, 1, 2.5; wt.%)合金在淬火过程中的相变行为和淬火后的拉伸行为,分析了Nb对其力学性能的作用机制。结果表明Nb淬火相变模拟过程产生了类似原β-Zr组织的层片状多晶,这种层片状多晶主要由fcc和hcp结构原子组成；多晶的bcc→fcc相变路径遵从Brain位相关系,bcc→hcp相变路径遵从P-S位相关系；在降温过程中,Nb的添加会降低bcc与hcp相的自由能之差,从而使得合金β→α+β相变温度降低；Zr、Zr-0.5Nb和Zr-1Nb合金模型中Nb促进了晶界处bcc相的生成,使得变形集中于晶界,导致晶界易发生断裂；而Zr-2.5Nb中,晶粒内部的Nb含量较高,易形成bcc相,从而协调变形,提高其塑性；此外Zr-2.5Nb中团簇呈弥散分布,这使得其整体强度得到提高。2024, 53(6):1616-1625. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230226摘要:
采用定向凝固技术研究了Al7(CoCrFeMnNi)93高熵合金微观组织的演化规律，以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体，并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明，Al7(CoCrFeMnNi)93高熵合金在定向凝固过程中界面更容易失稳，其平-胞界面转变速率小于1 μm/s，胞-枝界面转变速率范围约为2 ~ 5 μm/s。合金的一次、二次枝晶间距均随着定向凝固速率增加而逐渐减小，并分别与抽拉速率满足指数关系。定向凝固后，该合金枝晶干区域富集Co、Cr和Fe元素，而熔点较低的Mn、Ni和Al元素倾向于富集枝晶间区域。以自然竞争法获得的胞状、树枝状亚结构单晶的取向分别为[2 1 4]和[2 1 3]。纳米力学性能数据表明偏析行为造成的亚结构对单晶体的弹性模量和硬度影响较小，而晶体取向对单晶体的弹性模量影响较大，对硬度值影响较小。2024, 53(6):1601-1607. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230178摘要:
锆合金由于具有良好的机械性能、耐腐蚀性能等而被用作反应堆内燃料元件的包壳材料。然而，Zr-4已不能满足核电技术在更高燃耗条件下的使用要求，因此，通过调控合金成分开发新型锆合金具有重要意义。本研究对Zr-4以及其他两种新型锆合金材料在室温、315℃条件下进行常规拉伸试验，结合计算结果分析了成分差异造成的沉淀相改变，提出了析出强化机制对于锆合金性能提升的重要意义。首次利用小冲杆试验对锆合金原样的力学性能进行测试，该工作确定了常规拉伸试验与小冲杆试验结果之间的经验公式中与锆合金材料本身相关的系数数值，验证了小冲杆试验用于锆合金拉伸性能评估的可行性。利用气相渗氢法在400℃对Zr-4以及其他两种新型锆合金进行充氢处理，并利用小冲杆试验对锆合金充氢试样的力学性能进行测试。结果显示，充氢锆合金在载荷-位移曲线的塑性失稳阶段出现“平台区”特殊现象。本论文对该现象进行探究，用金相分析表征了氢化物的形貌特征并对其含量进行了定量估算，推测氢化物与基体断裂韧性上的差异、氢化物相特殊的长链构型以及强取向性与这一现象有着重要关联。 -
2024, 53(5):1503-1516. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230152摘要:
电致变色材料能够在外加电场作用下稳定可逆地改变其光学性质，在节能窗、智能显示和军事伪装防护等领域具有重要的应用前景。通过多组分协同的方法，能够将更多功能或新特征集成到电致变色器件中，使其朝着多功能一体化方向发展，从而进一步拓宽其应用领域。本文详细梳理了近十年来电致变色器件功能化设计的最新研究成果，探讨了功能化器件的集成模式、工作机理和设计策略，阐述了其在智能窗、储能器、传感器和军事伪装方面的应用前景，详细分析了功能化电致变色器件目前存在的关键问题和面临的重大挑战，并提出了新的解决思路和发展方向，对指导电致变色器件功能化的研究具有重要意义。2024, 53(5):1486-1492. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230568摘要:
镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能，是航空发动机涡轮叶片和导向叶片等部件的首选材料，承受高温度和高应力的严苛服役环境。目前，高冷效叶片的结构设计中采用多种复杂冷却结构以提高其承温能力，其中以层板冷却和双层壁冷却为代表的微型冷却结构是其主流发展方向。但由于这类复杂涡轮叶片中存在超薄壁结构，已成为叶片制造的关键点和难点。本文综述了镍基单晶高温合金薄壁结构的发展趋势，分析了薄壁受限空间的缺陷产生及枝晶生长规律，阐述了薄壁结构对力学性能的影响，展望了先进涡轮叶片的制备及其组织控制的发展趋势。2024, 53(5):1343-1348. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230734摘要:
为研究Mo-14Re钼铼合金高温流变行为及其跨尺度表征,本研究采用Gleeble热模拟试验机对钼铼合金棒材进行了高温压缩试验,选取的温度为1400℃、1500℃、1600℃,应变速率为0.01 /s、0.1 /s、1 /s、10 /s。研究表明,高温和低应变率变形时,应变率敏感因子逐渐增大,材料塑性流动性能也就越好,且变形过程中应力硬化和软化两种现象同时存在。在此基础上,建立了跨尺度本构模型,流变应力表征考虑了与不动位错的阻力、热激活、晶界效应的微观剪切应力,微观组织演变考虑了晶粒尺寸、位错密度、动态再结晶率以及裂纹体积分数等微观组织演变。随后基于遗传算法确定了模型中的材料参数,屈服应力、晶粒尺寸和流变应力的模型计算值与试验结果吻合情况良好,可知该模型可以描述Mo-14Re钼铼合金在高温变形时流变行为及其微观组织演变。2024, 53(5):1310-1320. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230027摘要:
镁合金凭借与人骨相近的弹性模量、体内自发的可降解性及优异的生物相容性，在生物医用领域表现出巨大的发展潜力。然而，镁合金室温塑性成形差及绝对抗拉强度/屈服强度低，限制了其广泛应用。热变形作为一种有效改善镁合金力学性能的方式，具有细化晶粒及破坏连续大尺寸第二相等特征，通过引入高密度位错进而显著提高材料强度和塑性。因此，从热变形医用镁合金组织演变特征出发，以变形方式为分类依据，综述了近年来医用镁合金热变形的研究动态。概述了轧制、锻造、挤压、高压扭转等4种典型热变形工艺的差异性特征。在此基础上，阐述了不同热变形工艺下医用镁合金的晶粒细化机制，动态再结晶过程和位错增殖对力学性能的影响规律。进一步归纳了热变形医用镁合金微观组织结构及力学性能的本质关联。2024, 53(5):1296-1309. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230543摘要:
钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异，已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而，较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理（LST）技术在不改变材料体积的情况下增强表面性能，成为钛合金表面改性的一种有利手段。综述了利用LST技术对钛及其合金材料进行表面改性的研究进展和应用现状。分析了激光相变硬化、激光表面重熔、激光冲击喷丸、激光表面合金化、激光熔覆和复合LST的机理、工艺参数、表面特性和微观结构。总结了LST在航空航天、医学等领域的应用，介绍了现有的局限性，提出了未来的研究方向，并对LST在钛及其合金材料上的发展趋势进行了展望，以推进LST创新，为钛合金在多领域中的应用开辟新途径。 -
2024, 53(4):1170-1180. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230132摘要:
本文综合研究了海洋大气环境下镁合金腐蚀行为的研究进展,比较分析了各种因素对腐蚀行为的影响,对当前研究进展进行总结并对未来研究方向进行展望。在海洋大气环境下,表面薄电解质溶液膜的包覆是镁合金发生电化学腐蚀的主要原因,且多发生局部腐蚀。相比于内陆大气环境,海洋大气中含有较多无机盐气溶胶颗粒,导致点蚀成为主要的局部腐蚀形式。相对湿度的升高会导致薄电解质膜厚度增加,进而加速整体腐蚀速率。随气温上升,镁合金的大气腐蚀速率线性增加,而空气中的CO2可以抑制NaCl对镁合金的侵蚀。该领域未来需更多关注具体使役环境下合金的腐蚀机理,以及各种环境因素对腐蚀行为的协同作用机制,以指导海洋用镁合金材料的设计和制备。2024, 53(4):1111-1119. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230070摘要:
针对选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金焊接过程中氢气孔敏感性高的问题，采用固溶脱氢与真空固溶脱氢的方法对比了脱氢处理对合金激光焊接接头孔隙缺陷的影响，分析了不同状态下激光焊焊缝气孔分布、组织演变及力学行为。结果表明，固溶处理能够有效减少选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金激光焊焊缝气孔率，且真空固溶处理效果最好，气孔率从沉积态激光焊接焊缝的2.64%降到真空固溶态焊缝的0.14%；通过对接头组织的演变与基板物相形态、成分的变化分析阐述了孔隙出现的原因，揭示了真空热处理是解决由于基板中预先存在的较高含量的氢导致焊缝氢气孔形成的有效方法。固溶后母材硬度明显下降，各试板焊缝的平均硬度为80HV，较为一致；固溶态试板焊接接头抗拉强度为143MPa，低于沉积态接头，但延伸率增加到了24%，表现为韧性断裂特征。2024, 53(4):1086-1094. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230011摘要:
采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B4C复合钎料对高性能B4C-TiB2-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接，分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为，研究了钎焊温度、保温时间以及B4C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明：钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性，界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间，反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长，BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚，钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织，钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B4C含量的增加，接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低，钎缝区域组织得到细化，接头强度先升高后降低。当添加B4C颗粒含量为1wt.%，钎焊温度890℃，保温时间15 min时，钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。2024, 53(4):1032-1041. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230131摘要:
本文基于XRD、XPS、H2-TPR等表征方法以及活性评价方法,研究了不同浓度La2O3掺杂CDPF样品水热老化状态下的理化特性与催化活性,结果表明：随着La2O3掺杂浓度增加,CDPF老化样品衍射特征峰位向大角度偏移程度以及结晶度均呈先降低后增加的趋势。La2O3掺杂能够较好地抑制样品在高温水热老化过程中的烧结和畸变,并且可以有效抑制活性位数量的减少,使CDPF表面Pt原子浓度基本保持不变,对CO、C3H8和NO催化性能的劣化率降低,并且随掺杂浓度的增大,CDPF抗老化性能有增强的趋势。2024, 53(4):1011-1020. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230552摘要:
为改善Ni3Al基合金的纳米切削表面质量以获得更好的服役状态，结合纳米级分子动力学模拟和微观切削实验，探讨了加载温度（300~1050 K）与切削力、表面形貌的关联性。分子动力学模拟结果显示，在纳米切削Ni3Al基合金过程中，加载温度为750 K时的切削力波动相对于其他温度最小；当加载温度在600~750 K时，影响表面形貌的凸起原子数量最少，即表明加载温度为750 K左右时，Ni3Al基合金可以获得较高的表面质量。Ni3Al基合金微观切削实验表明，当加载温度在600~750 K时，加工表面轮廓可以获得较高的平整度，间接验证了在Ni3Al基合金纳米切削的分子动力学仿真结果的可行性。研究结果表明，选取合适的加载温度是改善Ni3Al基合金纳米切削加工表面质量的有效途径。 -
2024, 53(3):902-932. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230088摘要:
在质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cells，PEMFCs）的部件中，双极板是重要组成部分。双极板约占燃料电池成本、质量、体积的40 %、80 %、50 %。传统的PEMFC因为石墨双极板的材料、工艺等问题，造成其体积和质量较大，这增加了汽车的重量，缩小了汽车底盘地可用空间，影响了质子交换膜燃料电池汽车的性能。因此开发体积小、成本低、制备工艺简单的双极板对推进质子交换膜燃料电池的商业化应用具有重要意义。金属双极板因其成本低、力学性能好、导电性、导热性、体积相对易控等特点，在PEMFC领域备受关注。但金属双极板在PEMFC环境中易生成钝化膜，导致其接触电阻增加。因此，如何在提高金属双极板耐蚀性的同时，保持良好的导电性，是当前对PEMFC研究的重点。本文综述了石墨、复合材料和金属双极板制备工艺及表面改性方法。讨论了双极板及其表面碳化物涂层、金属涂层和氮化物涂层的优缺点，并比较了这些涂层在PEMFC环境下的耐腐蚀性和界面接触电阻性能。2024, 53(3):882-893. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230103摘要:
镁合金薄板因强基面织构制约,室温成形能力不足,工业应用受到极大限制。本文从镁合金板材织构弱化的机理出发,突出剪切诱导孪晶启动实现镁合金薄板织构弱化的可行性以及存在的机理不明问题。结合孪晶实现镁合金薄板材织构弱化的工艺发展,讨论目前剪切变形工艺在镁合金薄板材加工应用的优点和不足。针对复杂应力状态下滑移和孪晶启动的机理不明以及剪切变形诱导镁合金织构弱化的工艺不足,分别提出了等效Schmid因子和等通道弯曲技术,并说明了新计算理论和新剪切加工技术在镁合金薄板材方面的应用。2024, 53(3):856-869. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230117摘要:
吸波材料在国防和民生领域发挥着至关重要的作用,但是传统吸波材料因质量大、频带窄已难以满足日益复杂的电磁环境。融合了结构设计思路的吸波超材料以“薄、轻、宽、强”和动态可调、极化角度不敏感等突出优势,助推了电磁吸波领域的飞速发展。本文首先阐明超材料吸波的原理和方法,明确几何结构设计对电磁吸波性能的重要影响。其次,详细讨论了碳基、水基、金属基和无机化合物基等材料体系下吸波超材料的发展现状,指明目前发展趋势以主动调谐、轻质宽频、多波段兼容为主线。最后总结了目前的发展瓶颈并展望了未来重点研究方向,为吸波超材料优化设计提供了思路。2024, 53(3):848-855. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230119摘要:
随着先进工程技术对形状记忆合金性能要求的不断提高,传统形状记忆合金愈发难以满足要求,高熵形状记忆合金应运而生,引起了研究者的极大关注。高熵形状记忆合金相较于传统形状记忆合金具有显著提高的可回复应变、屈服强度、高温物相稳定性和超弹性等特性,具有广阔的应用前景。本文对高熵形状记忆合金的研究现状、马氏体相变和形状记忆效应等进行了简要的论述,并对高熵形状记忆合金目前存在的不足和未来的发展进行了展望。2024, 53(3):736-747. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230094摘要:
718合金因其在高温下优异的机械性能和良好的加工性能,已成为核电、航空等领域的关键材料。核级718合金需满足抗辐照能力强、热中子吸收截面小等特殊要求,因此,合金中Ni、Nb、C 等元素含量一般控制在较低水平,然而对这种低Ni、Nb、C的核级718合金热变形组织性能的研究较少。本工作通过设计不同初轧温度及变形量,研究了不同热轧工艺参数及轧后热处理对核级718合金组织和拉伸性能的影响。结果表明,在初轧温度低于1150℃且热变形量低于90%的条件下,组织中出现大量拉长晶,并降低合金的延伸率；当初轧温度达到1150℃或热变形量达到90%时,可以得到均匀的等轴晶组织。轧后板材进行990℃固溶处理后,δ相析出并对晶界产生钉扎作用,形成了混晶显微组织且在标准时效处理后315℃屈服、抗拉强度均值可达到1050MPa和1238MPa,断后伸长率高达26%；当进行1020℃固溶处理后可得长大的等轴晶粒,标准时效处理后315℃屈服、抗拉强度均值可达到985MPa和1175MPa,断后伸长率高达29%,显示出良好的强韧性。 -
2024, 53(2):603-616. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230062摘要:
钼作为一种难熔金属,因其良好的高温强度、抗蠕变性能、导热性能、耐蚀性能和低溅射率等特性,是满足新一代核能技术发展的重要候选材料。离子辐照会改变钼金属的微观结构,使其产生位错环、空洞、气泡等多种缺陷,导致钼的性质发生改变,服役性能大大降低,最终使得钼金属不能长期有效应用于核反应堆中。本文综述了近年来国内外学者基于辐照对钼损伤行为方面的研究,分析了不同离子辐照下钼的微观结构、表面形貌、力学性能及光学特性等方面的影响,并在现有研究基础上对未来离子辐照对钼金属的损伤行为的研究方向进行了展望,以期望对钼金属的研发和核反应堆方面的应用提供参考。2024, 53(2):572-580. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230009摘要:
铀及铀合金是核工业中重要的结构和功能材料，其腐蚀状态对于材料的使役有效性有重要影响。材料学因素，包括组分、组织结构、内部和表面的缺陷状态等是影响铀材料耐蚀性能的内因。本文重点综述了铀材料中微缺陷对腐蚀的影响规律的研究现状，从杂质元素、夹杂、显微组织、表面状态四个方面系统梳理了国内外公开报道的研究工作和取得的规律认识。在此基础上，简要的提出了改善和消除微缺陷以提升铀材料耐蚀性能的策略。2024, 53(2):563-571. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230428摘要:
本文采用EBSD、SEM和准静态室温单轴拉伸试验研究了不同中温形变热处理工艺与新型镍基高温合金微观组织和室温力学性能之间的关系。研究表明,新型镍基高温合金经中温形变热处理后可明显提高退火孪晶的长度分数,最高可达40.6%。退火孪晶的形成主要以晶粒的“生长意外”机制为主。同时,相比于固溶+双级时效处理试样的力学性能(σy=1018 MPa,εf=17.44%),合金在750 ℃轧制变形30%后在1120 ℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高499 MPa,为1517 MPa,而其εf仅降低了4.69%。在750 ℃轧制变形50%后在1120 ℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高352 MPa,为1370 MPa,而其εf基本保持不变。这种强度的升高主要归因于晶粒细化和退火孪晶的共同作用,这为高性能镍基高温合金提供一种新的强化策略。2024, 53(2):537-545. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230056摘要:
针对核辐射 n-γ 混合场，研制了一种以 Gd 为核心屏蔽粒子， SEBS 为基体的环境友好型射线柔性综合屏蔽体，该材料具有绿色环保、生产节能、综合防护、柔性可塑、可回收使用等特点。扫描电镜结果表明 Gd2O3 粉末呈颗粒状均匀分布，在基体中有良好的分散性； X 射线衍射和红外光谱结果表明 Gd2O3 和基体本质上属于物理机械混合，不涉及化学键变化； γ 射线和热中子屏蔽性能验证表明，随着 Gd 面密度的提高， γ 射线和热中子透射率吸收遵从指数衰减规律；当 Gd 面密度为0.018 4 ~ 0.291 3 g/cm2时，材料在39 keV、59 keV和122 keV下 γ 射线透射率为83.73%~11.48%，75.43%~2.73%和93.03%~51.64%；当 Gd 面密度为0.018 9 ~ 0.070 9 g/cm2时，材料中子透射率为45.74%~35.78%。该柔性射线综合屏蔽体有效弥补了传统防护材料的弊端，在未来舰船生物屏蔽、核医学诊疗、安全检测等领域具有潜在应用价值。2024, 53(2):345-349. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230415摘要:
将非晶SmCo薄膜沉积在弯曲的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底上，薄膜厚度范围为10~150 nm。薄膜沉积结束后，当PET衬底从凹/凸变平时，非晶SmCo薄膜受到拉伸/压缩应变。结果表明，应变既可以调控SmCo/PET的剩余磁化强度，也可以调控其磁滞回线的方形度。与压缩应变相比，拉伸应变对非晶SmCo磁性的调控幅度更大。非晶SmCo薄膜的磁性之所以能够被柔性衬底提供的机械应变所调控是因为非晶SmCo薄膜具有负磁致伸缩特性。当负磁致伸缩效应发生时，拉伸应变会阻碍非晶SmCo薄膜的磁化过程，而压缩应变则会促进非晶SmCo薄膜的磁化过程。非晶SmCo/PET在开发柔性自旋电子器件和柔性微纳电子器件方面具有巨大潜力。 -
2024, 53(1):78-84. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230738摘要:
通过调控金属玻璃的原子尺度结构进而提高它们的力学、物理、化学性能极为重要。在过去几十年里，金属玻璃领域研究者投入了大量精力以开发有效调控方法，如深冷处理。本文综述了深冷处理对金属玻璃性能的影响及其对初始结构能量状态的依赖关系，聚焦了金属玻璃中原子结构随深冷处理的演化，这些内容对于深入理解金属玻璃深冷处理效应具有重要作用。2024, 53(1):70-77. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230821摘要:
金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂，极具挑战性。弛豫（α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫）发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势，评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理，并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过模拟方法获得的与弛豫相关的动力学、结构和物理机理方面的研究进展。本综述有助于认识玻璃的本质，建立玻璃材料的动力学-结构-性能关联。2024, 53(1):56-69. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230042摘要:
近年来，高熵合金凭借其新颖的设计理念和优异的各类物化性能成为金属结构材料领域的研究热点。随着轻量化合金设计理念的不断普及，“熵调控”的概念也被广泛应用于开发新型轻质合金。轻质高熵合金是基于合金轻量化设计的一类低密度的新型高熵合金，其开发与设计主要利用经验参数准则、相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。其中，Al-Ti-V基轻质高熵合金凭借其优异的力学性能、良好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优点，受到了广泛关注。本文基于Al-Ti-V基轻质高熵合金的研究现状，从成分设计、制备方法、结构特征以及各类物化性能特点等方面进行了综述，并指出了Al-Ti-V基轻质高熵合金所面临的问题与挑战。2024, 53(1):47-55. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230837摘要:
由于非晶合金独特的无序结构，其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础，对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明，以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程，该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分，这类变形在卸载后可完全回复，对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外，总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征，并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。2024, 53(1):38-46. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230037摘要:
采用Gleeble-3800热模拟试验机对NiCoFeCrAl系高熵合金进行单道次热压缩实验研究，根据峰值应力构建了NiCoFeCrAl系高熵合金Arrhenius本构关系模型，运用Prasad、Murty、Gegel和Malas四种失稳准则，构建了不同失稳判据下的DMM热加工图，并对不同失稳判据在该合金热变形过程中的适用范围进行了分析与比较，确定了该合金的最佳热加工区间为温度为980~1010 ℃+应变速率为0.01~0.001 s-1和温度范围为1050~1100 ℃+应变速率为0.01~0.1 s-1，平均功率耗散率大于36%。借助EBSD显微组织分析，确定了热变形的软化机制随变形量的增大由动态回复向动态再结晶转变。2024, 53(1):23-30. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230041摘要:
为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性，采用力学弛豫谱研究了(Ti0.474Zr0.34- Cu0.06Be0.126)100-xFex（x=0，2）金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素，提高了β-Ti相的稳定性。此外，还发现了一个异常的内耗峰，这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度Tg以下，由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应，2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。 -
2023, 52(12):4251-4259. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220911摘要:
以双相亚稳Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金为基体，通过添加Al元素，制备了(Fe50Mn30Co10Cr10)97Al3高熵合金。对其进行轧制及退火处理，研究了退火温度对合金再结晶行为、退火孪晶演变及力学性能的影响。结果显示，随着退火温度的升高，合金组织分别发生了部分再结晶、完全再结晶和晶粒长大现象。由于高熵合金具有严重的晶格畸变效应及迟滞扩散效应，使得合金在退火后表现出较高的再结晶温度（0.59 Tm）和抗晶粒粗化温度（700 ℃）。600～700 ℃退火态合金中形成大量退火孪晶，随着退火温度的进一步升高（800～900 ℃），由于晶界/孪晶界的迁移，退火孪晶界密度显著降低。拉伸试验结果表明，700 ℃退火态合金表现出良好的综合力学性能，抗拉强度为730 MPa，均匀延伸率为50.5%。同一退火温度下，单个晶粒中退火孪晶变体的数量与其晶粒尺寸有关，尺寸较小的晶粒中易形成单孪晶变体，尺寸较大的晶粒中易形成多孪晶变体。2023, 52(12):4220-4226. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220915摘要:
对商业纯钨和铜铬锆合金在900 ~ 980℃进行压力80 MPa、时间2h的真空扩散焊(diffusion welding, DFW)试验,并对扭转圈数为5 ~ 20圈的高压扭转(high-pressure torsion, HPT)变形钨和铜合金进行900 ℃真空扩散焊试验,获得了界面连接结合良好、力学性能优良的钨铜复合材料。借助金相显微镜(optical microscopy, OM)、元素线扫描技术(energy dispersive spectroscopy, EDS)和X射线衍射技术(X-ray diffraction, XRD),对比分析了高压扭转引入的晶体缺陷对扩散焊后钨和铜元素扩散、显微组织和显微硬度的影响规律。结果表明,随着真空扩散焊温度升高,钨和铜的元素扩散深度分别由0.4μm和0.9μm逐渐提升至0.9μm和1.7μm,高温导致晶粒组织异常长大,显微硬度显著下降。HPT变形引入的高密度位错和超细晶组织促进扩散焊过程中的原子扩散与迁移,20圈变形扩散焊试样的钨和铜元素扩散深度达到2.4μm和3.1μm,较初始态提升了5倍和2.4倍；钨变形组织在扩散焊后得到有效保留,条带状晶粒有限长大至62μm×25μm,位错密度约为1.5×1014m-2,较初始态高36%；铜合金在高温扩散焊后呈现退火孪晶和等轴晶的粗大混晶组织,高温再结晶使其位错密度回复至初始态。高压扭转变形后扩散焊后钨和铜的显微硬度分别约为469 ~ 473HV和62 ~ 73HV,较初始态扩散焊提升了48%和9%,表明该工艺为制备高性能钨铜复合材料的有效手段。2023, 52(12):4125-4132. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220934摘要:
以TC4钛合金扩散连接区为研究对象，在变形温度920，950，980，1010 ℃及应变速率0.01，0.1，1，10 s-1的条件下进行热变形试验，研究了变形温度和应变速率对TC4钛合金扩散连接区流变应力和微观组织的影响规律。研究结果表明：TC4钛合金扩散连接区在高温下具有明显的动态软化特征，流变应力随变形温度的升高而降低，随变形速率的提高而增大；高温变形后扩散连接界面消失，随变形温度的增加，等轴α相的体积分数减少，同时伴有短棒状和板条状的次生α相出现，且次生α相的体积分数随应变速率增加逐渐降低；当变形温度达到1010 ℃时，出现马氏体α′相；以双曲正弦形式修正的Arrhenius方程为基础，建立了TC4钛合金扩散连接区双曲正弦本构方程以及热加工图，确定TC4钛合金扩散连接区的最佳变形温度为920~950 ℃，变形速率为0.01~0.1 s-1。2023, 52(12):4099-4116. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230363摘要:
Al-Cu-Li合金是航天航空工业中重要的轻质结构材料，已成为国产大飞机结构件的关键材料之一。飞行器在海洋等潮湿环境服役时，易受到具有腐蚀性的卤化物阴离子的侵蚀，尤其是在Cl-离子侵蚀作用下，Al-Cu-Li合金构件表面易出现点蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀现象。Al-Cu-Li合金的局部腐蚀主要归因于合金相与合金基体间存在电势差，进而导致在腐蚀介质中形成微型腐蚀原电池。综述了Al-Cu-Li合金在NaCl溶液中的腐蚀行为以及热处理工艺对合金耐腐蚀性能的影响，重点分析了粗大第二相颗粒和时效析出相对Al-Cu-Li合金腐蚀性能的影响，研究了典型第3代Al-Cu-Li（2A97-T3、2A97-T6、2060-T8和2099-T83）合金以及航空用常规高强铝合金2024-T4在3种不同浓度NaCl溶液中的侵蚀行为以及在质量分数3.5%NaCl溶液中的电化学行为。综合分析各试样的微观腐蚀形貌、腐蚀电化学参数以及腐蚀程度，最终得出各试样的耐腐蚀性能由强至弱为：2A97-T3>2A97-T6>2024-T4>2060-T8>2099-T83。最后揭示了Al-Cu-Li合金在腐蚀介质中的腐蚀机理，总结了在海洋环境下铝合金的防腐措施。本文为后续Al-Cu-Li合金防腐性能的发展和飞机耐腐蚀性能的提升提供了参考。 -
2023, 52(11):3981-4001. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220804摘要:
按照多主元设计理念所制备的高熵合金展现了高强度、高韧性以及良好的耐磨性、耐氧化和热稳定性等优异综合性能，使其有望成为一种优异的新型结构材料。高熵合金在成分设计上可通过调整各主元元素的浓度、添加间隙原子等方式调控合金的层错能和微观结构，引入析出强化、细晶强化和相变或孪晶诱导塑性效应等强韧化机制，进而改善合金的综合力学性能。本文主要总结了近年来非等原子比和间隙碳/氮原子添加的成分设计对面心立方高熵合金体系的微观结构、力学性能和变形机制的影响，旨在为新型高性能面心立方高熵合金的设计提供理论基础。2023, 52(11):3954-3970. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220800摘要:
轻质高强铸造铝合金在航空航天、汽车轻量化等方面展现出独特的优势。对铸造铝合金成形性能和力学性能进一步优化,对拓宽其应用领域意义重大。本文综述了Al-Zn系高强铸造铝合金的研究现状与进展,重点归纳了高强铸造铝合金(微)合金化、晶粒细化、组织纯净化、热处理优化等方面的强化机制及现有研究成果,并对铸造铝合金目前研发中所存在的问题进行探讨,最后对高强铸造铝合金的发展方向进行了展望,对高强铸造铝合金的发展具有一定的实践和理论指导意义。2023, 52(11):3847-3856. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220837摘要:
针对18个单晶高温合金叶片高效制备过程中温度场不均匀而导致的杂晶缺陷问题，设计了三种不同的单晶叶片模组结构，采用ProCast软件和CAFE模块对第二代单晶高温合金DD6不同模组结构在高速凝固工艺下的温度场和晶粒组织进行模拟研究，分析了不同模组结构下叶片的温度场演化和抽拉速率对杂晶的影响。结果表明，单层模组由于中柱的保温作用较小，导致叶片近中柱侧的散热效率高于近炉壁侧，凝固过程固液界面弯曲严重，凝固过冷大，杂晶形成倾向大；通过对单层模组添加套筒，以加强保温作用，可有效改善温度场，减小固液界面弯曲程度，避免杂晶形核；而双层叠加模组温度场分布均匀，凝固过冷小，杂晶形成倾向小。套筒模组和双层叠加模组在抽拉速率小于100 μm/s时均无杂晶形成，但双层叠加模组将模组直径缩小为其余两种模组结构的一半，降低了对炉体型腔尺寸的要求，有望实现单晶叶片的高效制备。2023, 52(11):3832-3840. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220846摘要:
在室温环境中对新型Ni-W-Co-Ta高密度合金进行冷轧变形，借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、背散射电子衍射、电子万能试验机及显微硬度计对新型Ni-W-Co-Ta高密度合金变形过程中的微观组织及力学性能演变规律进行表征。结果表明：随着变形量的增加，新型Ni-W-Co-Ta高密度合金等轴晶粒沿轧制方向不断被拉长，同时产生大量的滑移带协调剧烈的塑性变形，并最终形成纤维组织。变形量的增大导致位错密度急剧增加，位错交互作用显著加强，进而将晶粒尺寸细化至25.5 nm。经过90%的严重塑性变形后，抗拉强度提高到1953 MPa；屈服强度提升至1806 MPa，硬度增加至534 HV，伸长率则急剧下降至9.1%。断口形貌则由韧性断裂向韧性-准解理混合型断裂转变。2023, 52(11):3715-3722. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230229摘要:
采用增材制造与熔体渗透相结合的工艺制备了具有双连续相结构的Mg-Ti复合材料。研究了增材制造成形Ti-6Al-4V（TC4）多孔骨架增强体的孔结构类型和尺寸参数对孔隙率与力学性能的影响，使其兼具高孔隙率与良好力学强度。通过分析Mg-Ti复合材料的微观结构与界面结合机制，探究了钛合金骨架对其力学性能的强化作用。结果表明：Mg-Ti复合材料的抗压缩强度达到400 MPa，而其密度仅为2.56 g/cm3，具有用作轻量化结构材料的潜力。Mg-Ti复合材料的强度与未复合的Mg-9Al-1Zn（AZ91）合金基体相比提高了51%，这得益于Mg-Ti两相紧密的冶金结合界面，促进了载荷的有效传递。此外，双连续相结构引起的相互约束效应及钛合金骨架中超细针状α'-Ti马氏体引起的细晶强化对力学性能提升也做出了重要贡献。本研究采取的策略为复合材料的结构轻量化发展提供了新思路。 -
2023, 52(10):3630-3639. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230146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。2023, 52(10):3617-3629. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220775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。2023, 52(10):3507-3514. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220764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。2023, 52(10):3452-3460. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230065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。2023, 52(10):3345-3354. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230389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。 -
2023, 52(9):3106-3115. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220733摘要:
对TC10钛合金进行不同工艺的退火处理，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜(TEM)以及冲击性能测试，研究经不同退火工艺处理后，该合金微观组织与冲击性能的关系。结果表明：经单重退火处理后，组织由初生α相（αp）与次生α相（αs）构成，证实并无α"相与α"相析出，经双重退火处理后，αp相几乎不变，αs相转变为粗片层αs相与细片层αs相；合金经单重退火处理后的冲击性能总体高于双重退火，经两相区温度加热后的冲击性能高于单相区；在两种退火工艺中，当加热温度为两相区时，断口微观形貌主要由等轴状韧窝构成，当加热温度为单相区时，断口微观形貌以岩石状形貌为主，并有较浅的小韧窝分布在表面。2023, 52(9):3089-3096. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220680摘要:
为提高7034铝合金微观组织均匀性和综合力学性能,本文开展了往复挤压剧烈塑性变形工艺与固溶时效制度的优化设计研究,并表征了不同变形-热处理方案下材料力学性能、晶粒与第二相尺寸分布、位错组态演化的定量规律,建立了塑性变形和热处理制度与7034铝合金的微观组织和力学性能的关联关系。结果表明：经过三道次往复挤压,平均晶粒尺寸由初始态的59μm细化到9μm,平均晶粒尺寸标准差从一道次的3.05下降到三道次的0.8；相较于双级固溶时效,单级固溶时效处理后的MgZn2相尺寸更细小,密度更高,且多为半共格的η′相,位错塞积演变为亚晶,二者交互作用更强,起到更好的强化效果。最优热处理制度为单级固溶+单级时效,在此条件下,抗拉强度与延伸率分别达到747MPa和4.3%,优于双级固溶+双级时效制度。2023, 52(9):3056-3064. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230008摘要:
寻求可打印金属材料的研究至关重要。近年来，多种可打印性良好的材料已被发掘出来，如Ti-6Al-4V、FeMnCoCrNi、不锈钢及一些难熔高熵合金。尽管已经获得了诸多可喜结果，增材制造难熔高熵合金依然发展缓慢。由于难熔高熵合金的优越高温性能，复杂成形的需求也日渐高涨。本文主要介绍了增材制造难熔高熵合金的一些研究进展，综述了有关难熔高熵合金激光增材制造、电子束增材制造和丝材增材制造技术，并为后续研究工作提供参考。此外，本文也系统地讨论了有关增材制造难熔高熵合金面临的机遇和挑战。2023, 52(9):3037-3046. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220898摘要:
为研究纳米划擦过程中WC涂层纳米级摩擦演化特征，利用大型原子/分子大规模并行模拟器建立了不同条件（载荷、划痕深度、划痕速度）下的分子动力学模拟模型。结果表明：摩擦力和摩擦系数随着划痕深度的增加而增大；当压头划擦试样时，沿划痕方向在压头前方及凹槽两侧的原子被挤压、剪切、堆积。瞬时摩擦曲线在初始阶段和稳定阶段表现出明显的摩擦学特征，摩擦过程中压头下方区域晶体出现错位、滑移、间隙或空位。随着划痕速度的增加，体系应变能超过原子间相互约束，原子突破约束，在划痕沟槽两侧堆积，堆积的表面形貌和外缘变得粗糙，亚表面晶体结构产生缺陷。本研究有助于在纳米尺度了解WC涂层摩擦过程的微观磨损机理。2023, 52(9):3012-3018. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230066摘要:
采用固-液相共混法制备了多种BN/Al2O3复合粉末，通过冻融法和表面修饰法对BN进行了改性处理，改变表面修饰剂类型和摩尔比得到了前驱体和烧结态BN/Al2O3复合粉末，并利用机械混合法制备了聚合物基BN/Al2O3复合材料，并测试分析了其导热性能。结果表明，经冻融处理的BN分散性和界面相容性明显优于未经冻融处理的BN。多巴胺对BN的改性效果优于聚乙二醇。采用多巴胺作为表面修饰剂且BN与Al(NO3)3的摩尔比为1:1时，能够得到纳米Al2O3均匀包覆的微米BN粉末，即BN/Al2O3微纳复合粉末，其聚合物基复合材料的导热系数可达0.62 W·m-1·K-1，是纯聚合物导热系数的3倍，是采用纯微米BN粉末制备的聚合物基复合材料导热系数的1.5倍。在BN表面附着的Al2O3可以形成层状热传导通道，能够有效提高聚合物基BN/Al2O3复合材料的热导率。 -
2023, 52(8):2985-2992. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220959摘要:
福岛核事故之后,为锆合金表面涂覆涂层是一种提高核燃料包壳事故容错能力的重要方式。含Nb涂层N36合金辐照后的透射电镜样品利用聚焦离子束进行制备,并通过原位透射电子显微镜研究了氪离子注入后,Nb涂层在退火过程中的气泡生长行为。原位加热结果表明,在退火过程中,界面对气泡的生长存在影响,界面在加热过程中通过对周围气泡的捕获与输送,导致界面附近气泡的生长速度低于远离界面的气泡生长速度。退火后的元素分析表明,辐照与加热均会导致涂层-基体元素扩散距离的增加,其中辐照过程中的元素扩散由热峰混合机制主导。元素的扩散有助于提高涂层的结合性能,并为N36合金提供一定的抗腐蚀能力。2023, 52(8):2885-2892. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220656摘要:
采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪等观察分析了760℃和815℃长期时效下,FGH113A(WZ-A3)合金的晶粒组织、γ′强化相、碳化物等演变规律,通过力学性能测试分析了长期时效对合金拉伸性能的影响。结果表明：760℃和815℃长期时效对合金的晶粒尺寸与形貌均无明显影响。760℃长期时效后合金的γ′强化相尺寸与形貌无明显变化,但815℃长期时效至440h,γ′相开始长大且形貌由近立方状向近球形转化。760℃长期时效2020h后,碳化物由弥散分布的颗粒状,转变为晶界聚集析出连续型碳化物；815℃长期时效440h后,晶内开始析出针状碳化物,2020h后明显可见颗粒状碳化物在晶界富集,晶内针状碳化物持续增多。在704℃和760℃拉伸测试条件下,长期时效760℃/440h和760℃/2020h合金抗拉强度相当,屈服强度在2020h后反而有小幅提升；长期时效815℃下,合金拉伸性能表现出类似规律,拉伸强度较好与晶粒度保持稳定和晶界碳化物的钉扎作用有关。新型镍基粉末高温合金FGH113A在760℃和815℃长期时效下表现出优异的稳定性。2023, 52(8):2746-2756. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230059摘要:
为了进一步了解轧制Mo-14%Re合金的显微组织和室温拉伸性能，采用扫描电镜（SEM）和高分辨电子背散射衍射（EBSD）研究了轧制Mo-14%Re合金的显微组织和断口形貌。采用Channel 5软件分析了轧制Mo-14%Re合金在不同退火温度下的组织演变。结果表明，随着退火温度的升高，Mo基体相和ReO3相的施密特因子逐渐减小。织构强度迅速增加，极图上的晶体取向强度从6.51增加到10.18。轧制Mo-14%Re合金的初始再结晶发生在1100 ℃，在此退火温度下，合金中富稀土ReO3相均匀析出，导致拉伸过程中应力分布均匀，Mo基体相和ReO3相表现出明显的晶体取向，ReO3相晶界主要为大角度晶界，使得断后伸长率达到最大值33.5%。拉伸断裂的韧窝数量最多且最大。此外，还研究了断裂过程中微孔的形成、聚集、生长和裂纹扩展。2023, 52(8):2711-2720. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230054摘要:
对厚度为2.0 mm的工业纯锆板材进行双面超声喷丸（USSP）处理，研究了超声喷丸（USSP）对微观组织演变和疲劳裂纹扩展（FCG）行为的影响。通过光学显微镜、激光共聚焦显微镜、背散射电子衍射仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪分别对微观结构演变进行表征。采用紧凑拉伸试样进行FCG试验，对断口形貌和裂纹扩展路径进行分析。结果表明，USSP处理后形成了具有约250 μm深度残余压应力的表面梯度结构，USSP试样比原始试样表现出更高的强度和表面粗糙度。值得注意的是，USSP-8 min和USSP-12 min试样的疲劳裂纹扩展寿命比原始试样分别提高了28.1%和50.9%。USSP处理有助于提高疲劳裂纹扩展抗力，进而在一定程度上降低疲劳裂纹的扩展速率。FCG性能的提高可归因于残余压应力和晶粒细化的共同作用，残余压应力增强了裂纹闭合效应，降低了有效应力比。同时，晶粒细化使晶界比例增加，循环塑性区尺寸减小，从而有利于抵抗裂纹扩展。2023, 52(8):2693-2701. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230116摘要:
利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了室温条件下AZ31镁合金在不同加载频率（3和30 Hz）和不同应力幅值（90，95，100，105，110 MPa）疲劳变形后的组织演变规律及断口形貌特征。结果表明：随着加载应力增加，基体内残余孪晶数量增加，残余孪晶主要以拉伸孪晶形式存在。随着应力幅值的增加晶粒逐渐细化，这是由于在循环过程中，拉伸孪晶演变诱导晶粒细化。随着应力幅值的增加，织构强度显著减弱，这与试样疲劳后的再结晶机制有关。通过对试样疲劳断口的分析，发现孪晶片层处容易引起裂纹萌生，随着应力的增加，试样中裂纹扩展区面积逐渐减小，在疲劳裂纹扩展区观察到明显的疲劳辉纹。最终断裂区表面粗糙，主要存在韧窝、撕裂脊以及二次裂纹等形貌。在最终断裂区可观察到韧窝，韧窝尺寸随着循环应力的增加，在较高加载频率下，韧窝的尺寸与数量均减小。 -
2023, 52(7):2599-2611. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220469摘要:
镍基单晶高温合金因其优异的高温性能而广泛应用于航空发动机涡轮叶片的制备。经过几十年的发展，国外已发展至第六代镍基单晶高温合金，合金体系中的Re和Ru等贵重金属元素的含量也不断增加。贵重元素的添加导致合金的成本和密度上升，对合金的研制和批量商业化应用不利。Mo和W作为较低成本的强化元素，在镍基单晶高温合金中发挥了重要的作用。Mo 和W在镍基单晶高温合金中的作用已有较为广泛的研究，本文简单综述了Mo和W在镍基单晶高温合金中对微观结构，包括元素分布、γ/γ′相两相结构、组织稳定性等方面，以及高温持久性能、对凝固缺陷和抗氧化及抗热腐蚀性等的影响，并提出了未来潜在的研究方向。2023, 52(7):2565-2572. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220560摘要:
本文基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法建立5A06铝合金与AZ31B镁合金对接搅拌摩擦焊（FSW）的全热力耦合数值模型,并结合试验测试对Al/Mg异种金属FSW过程的温度场及材料混合流动特征进行研究。数值模拟所得特征点的温度循环曲线、焊缝表面形貌以及横截面上异种材料的混合分布状态均与试验结果吻合良好。在此基础上,采用质点追踪法对材料混合流动行为进行了深入分析。结果显示,高温区集中分布在轴肩下方区域,返回侧(Mg侧)温度较低温度梯度较大。焊缝区上表面材料熔合线偏向于前进侧(Al侧)。搅拌针附近材料流动剧烈,前进侧和返回侧的大部分材料都较均匀地沉积于搅拌针后方。前进侧与返回侧材料在水平和竖直方向上的交叉混合流动,最终形成了两种材料“咬合式”的界面特征。2023, 52(7):2478-2484. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220518摘要:
低共熔溶剂是一种新型离子液体类似物，具有宽的电化学窗口和独特的物理化学性质，在电沉积领域有着潜在的应用。本文提出以氯化胆碱-尿素基低共熔溶剂为介质，系统研究三种稀土金属（钇、钐、铽）在该介质中的电沉积行为，并采用循环伏安法和恒电位法成功实现了稀土金属（钇、钐、铽）的电沉积。研究结果表明，在该低共熔溶剂中钇、钐、铽的电沉积过程为扩散控制过程，扩散系数（D0）分别为7.3744×10-13、1.1032×10-12和9.2936×10-13 cm2/s，沉积所获得的稀土金属钇、钐、铽具有二维纳米网络结构。本研究为稀土金属的电沉积及提炼提供新的策略，具有重大的研究意义和应用价值。2023, 52(7):2453-2460. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220521摘要:
本文以Al-Zn-Mg-Er-Zr合金为研究对象，通过硬度、电导率、力学性能、剥落腐蚀性能测试获得合金在不同时效工艺对应性能的变化规律，同时使用 EBSD、XRD、SEM 及 TEM 等组织与成分表征手段对其微观组织进行分析，阐明合金最佳综合性能与其组织模式的关系。结果表明:最优的双级时效工艺为90℃/12h+145℃/18h；此双级时效下的屈服强度为388MPa，延伸率为14.0%，剥落腐蚀评级为PB，此时合金主要强化相（GP区和η′亚稳相）在晶内大量弥散析出，晶界处的η相呈断续分布。对比该合金T6（120℃/24h）单级时效处理态，屈服强度为328MPa，延伸率为17.75%，剥落腐蚀评级为EC，双级时效后合金综合性能得到显著提升。2023, 52(7):2424-2433. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220557摘要:
为改善TC21钛合金表面微弧氧化(MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层三层结构组成，其中外层和内层主要由Al2TiO5，rutile- TiO2和α- Al2O3组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以黏着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。 -
2023, 52(6):2243-2252. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220589摘要:
研究了热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1070 ℃/140 MPa持久性能的影响。结果表明：长时间的均匀化热处理显著降低了元素偏析；随着均匀化时间的延长，微孔面积分数逐渐增加，平均尺寸不断增大，微孔的密度呈先升高后降低的变化趋势；随一级时效温度的升高，γ′相尺寸逐渐增大，γ′相面积分数先增加后减少；合金的持久寿命随一级时效温度的提高先升高后降低，一级时效温度为1100 ℃时，立方状γ′相尺寸约370 nm且正方度较好，γ′相的面积分数最大，持久寿命最高；持久断口具有韧性断裂特征，亚晶界处的碳化物和微孔是引起持久试样断裂的主要裂纹源。2023, 52(6):2169-2175. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220439摘要:
为了探究Cu对Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb（wt.%，下同）合金在400 ℃/1000 ppb含氧过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响。本文将Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb和Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb-0.05Cu合金样品放入动态高压釜中进行400 ℃/10.3MPa/1000 ppb含氧过热蒸汽腐蚀试验。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段对氧化膜的显微组织以及氧化膜中各元素的价态进行分析。结果表明：微量Cu的添加改善了Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb合金的耐腐蚀性能；Cu在氧化膜中主要以Cu和Cu+形式存在；Cu的添加会促进氧化膜中的Sn和Sn2+向Sn4+和Fe2+向Fe3+的转化。从Cu的添加影响氧化膜中合金元素的氧化行为和抑制了氧化膜中孔隙和裂纹生成等角度探讨了Cu改善Zr-1Sn-0.35Fe-0.15Cr-0.10Nb合金耐腐蚀性能的原因。2023, 52(6):2126-2133. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220461摘要:
增材制造TC4合金由于其加工周期短、尺寸精度高、成形质量好而受到广泛关注，然而其热处理后的高温力学性能及其在含Cl-溶液中的腐蚀行为研究却相对匮乏。本研究采用选区激光熔化技术（Selective Laser Melting，SLM）制备了TC4合金，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机以及电化学测试等技术研究了其热处理后的组织、高温力学性能及腐蚀行为，并与铸造TC4合金做了对比。结果表明，SLM与铸造TC4合金物相组成相同，SLM TC4合金组织主要为片层状（α+β）相，平均晶粒面积约为2 μm2，而铸造TC4合金表现出典型的魏氏组织，平均晶粒面积约为276 μm2。相对于铸造TC4合金，SLM TC4合金的常温及高温力学性能均较优异，且表面形成的钝化膜保护性能更好，腐蚀速率更低。2023, 52(6):2093-2102. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220414摘要:
本文使用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样的具有更高的残余应力,更容易产生产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。2023, 52(6):2024-2030. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220041摘要:
采用真空电弧离子镀（AIP）技术在不同沉积温度下TiAlN涂层，用于高性能制造，并研究了沉积温度与表面性能的关系。结果表明，由于离子轰击作用，表面大颗粒随沉积温度的升高而减少。随着沉积温度的升高，涂层表面的晶粒尺寸先急剧减小后逐渐增大。此外，沉积温度对合成涂层的相组成和化学成分影响不大。随着沉积温度的升高，硬度和粘结强度先迅速增加，后逐渐降低。当沉积温度在450 ℃左右时，沉积的TiAlN涂层硬度最高，粘结强度最大。上述现象的发生机理与沉积过程中表面与界面之间的微观组织和残余应力的变化有关。合成的涂层在高达900 ℃的空气中具有良好的热稳定性。 -
2023, 52(5):1885-1895. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220372摘要:
采用真空感应熔炼(VIM)方法,结合特定的热处理工艺,制备具有FCC/L12两相共格的Al0.1CoCrFeNiTi0.1高熵合金,在宽温度(298K-973K)内进行系统的准静态单轴恒温压缩试验。使用SEM和XRD测试方法对高熵合金微观结构形貌进行观察；根据热力学和晶体学理论计算FCC固溶体相和L12相纳米沉淀相的晶格参数和热力学参数,并解释其形成原因；通过Image j图像处理软件自动统计L12相在晶内和晶界处的尺寸、间距以及体积分数。结果表明：L12相与FCC相晶格常数和晶面间距的比值分别约为1.008和0.605；该高熵合金的平均原子半径 ；平均混合熵 ；平均混合焓 ；价电子浓度 ；由EDS能谱分析得到L12沉淀相粒子化学式为 ；在热压缩变形过程中,在同一温度下的初始应变阶段,随着应变的增大,PLC锯齿屈服强化现象的A型锯齿波逐渐消失；而当温度大于873K,应变大于0.213时,则有B型锯齿波出现。这主要与合金各阶段的变形机制有关。2023, 52(5):1809-1818. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220335摘要:
低扩渗效率和渗层孔隙是困扰着渗铬生产的两个重要难题。本文采用固体包埋法在GCr15表面制备渗Cr涂层，重点探讨了渗层的生长机制、孔隙成因及不同稀土氧化物的催渗作用。结果表明，加入稀土氧化物后渗层厚度明显提高，三种稀土氧化物的催渗效率依次为Y2O3>CeO2>La2O3。渗Cr层明显的分为双层结构，外层是以（Cr，Fe）23C6相为主的多孔层，内层为（Cr，Fe）7C3相为主的致密层。扩渗初期在基材表面首先生成的（Cr，Fe）23C6相层阻碍了表面活性Cr原子向内扩散，其自身作为Cr源向内扩散促进了致密层的生长，Cr原子扩散速度的差异及渗层中的应力是产生孔隙的主要原因。发现降低基体碳含量抑制（Cr，Fe）23C6相层的生成或细化该相层晶粒增加Cr原子扩散通道可有效降低孔隙率，这为改进渗铬层质量提供了一个重要思路。2023, 52(5):1725-1736. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220303摘要:
摘要：分别采用TC3实心焊丝和Ti-Al-V-Mo系药芯焊丝作为填充金属，进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊，并对获得的焊接接头组织性能进行了分析研究。结果表明，两组焊接接头各区域的微观尺度区别较明显，激光填药芯焊丝焊接接头中的焊缝区与粗晶区中的α"马氏体长度较小，并且焊缝区中原始β相晶界宽度也较窄；激光填实心焊丝焊缝中α"马氏体板条宽约0.55 μm，板条α"马氏体之间穿插着少量残留β相，在α"马氏体内部发现位错，并形成少量的位错塞积；激光填药芯焊丝焊缝中的针状α"马氏体宽度约0.35 μm，板条α"马氏体之间同样穿插着少量残留β相，针状α"马氏体内含有少量的细孪晶和大量的位错塞积形成的位错墙，同时在相界位置也发现更加密集的位错，残留β相含量也要略多；激光填实心焊丝焊接接头焊缝区中晶粒间的取向差大于10°的大角度晶界占比约79.25 %，药芯焊丝约为96.27 %；激光填药芯焊丝焊接2023, 52(5):1583-1592. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230002摘要:
利用多功能微弧氧化电源，采用目前工艺较为成熟和应用最广泛的电参数对TC4钛合金进行微弧氧化，并在电解液中添加不同浓度的纳米二氧化锆，对比微弧氧化膜层的微观形貌和综合力学性能，探究纳米二氧化锆对膜层的影响。实验结果表明，随着纳米二氧化锆浓度的增加，膜层厚度几乎不发生变化，但膜层的成分和含量发生改变：膜层中出现板钛矿相，且含量不断增加。当纳米二氧化锆浓度为2 g/L时，膜层的粗糙度相比未添加纳米二氧化锆时大幅下降，膜层耐磨性能最好，且此时膜层表面微孔直径最小且尺寸均匀，耐腐蚀性能最佳。2023, 52(5):1573-1582. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220822摘要:
采用动电位极化曲线电化学方法研究了2A97-T3和2A97-T6 Al-Cu-Li合金的耐腐蚀性能，并以第3代典型2060-T8合金、2099-T83铝锂合金和航空用2024-T4高强铝合金为参考对象进行了比较。通过分析电化学参数和腐蚀形貌，发现合金在3种浓度的NaCl溶液中的耐腐蚀性为2A97-T3>2A97-T6>2024-T4>2060-T8>2099-T83。随着NaCl溶液浓度的增加，合金的腐蚀电位（ECorr）均降低，同时加剧了表面点蚀和晶间腐蚀程度。2A97-T3合金通过进行固溶和双级人工时效处理的共同作用得到2A97-T6合金，此时T1相数量大大增加且分布更加均匀。因此，热处理工艺降低了2A97铝合金的腐蚀电位，导致2A97-T6合金的耐腐蚀性能略弱于2A97-T3合金。晶间θ相的解体诱导了2A97-T3合金的剥落腐蚀形貌，而2A97-T6合金的点蚀形貌是由晶内T1相的溶解造成的。 -
2023, 52(4):1536-1542. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220577摘要:
本文以FB2转子钢为研究对象,利用冲击实验、硬度测试、扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪等测试方法研究了630℃长期时效中FB2转子钢组织和性能的变化,结果表明：随着时效时间延长,冲击功和硬度都呈下降趋势,冲击韧性在2000 h后下降较为明显,后逐渐趋于稳定。而硬度总体处在较高水平(253 HBW)。M23C6碳化物尺寸及含量有所增长,但未见明显粗化；Laves相尺寸增长更明显并在晶界处聚集,但未形成链状。Laves相的析出长大与聚集是导致冲击韧性下降的主要原因。研究结果认为630℃时效至5000 h FB2钢能够保持较高的高温稳定性。2023, 52(4):1455-1463. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220291摘要:
采用激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM) 成形技术制备Ti-Ni形状记忆合金，利用OM、SEM、XRD和室温压缩等研究SLM增材制造参数改变对成形合金内部缺陷、熔池形貌、相变行为及力学性能等影响规律。结果表明，在SLM其它打印参数保持不变的情况下，随激光扫描速度增加成形合金内部缺陷形貌由近规则球形转变为不规则形状；逐行扫描熔池形貌宽度降低且连续性下降；随激光扫描速度增加富Ni基Ti-Ni形状记忆合金相组成含量发生改变，B2奥氏体相含量增加B19’马氏体相含量减少；成形富Ni基Ti-Ni形状记忆合金相变温度随激光扫描速度增加先降低后升高，但升降温相变过程中均为单一相变峰；当扫描速度为900 mm/s时成形富Ni基Ti-Ni形状记忆合金相对密度达到98.5%，内部缺陷含量较少且处于缺陷类型转变范围内，同时试样的最大抗压强度为3120 MPa，对应压缩应变为41%，具有较好的综合性能，为最佳打印参数。2023, 52(4):1352-1360. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220192摘要:
采用电子背散射衍射技术（EBSD）研究了双相TB6钛合金在超高应变速率的爆轰载荷下绝热剪切带（ASB）中心、过渡区及基体的组织、织构演变。结果表明，爆轰后α、β相晶粒尺寸均减小，α相产生{10"1" ?2}孪晶；ASB中心区β相晶粒发生了动态再结晶，晶粒尺寸400 nm，绝大部分为大角度晶界，位错密度最低，ASB中心发生α→β相变；{10"1" ?0}⊥AD、<0001>//RD or ND、{100}<110>旋转立方存在于除了爆轰基体的所有α或β相中；{10"1" ?0}<0001>、{10"1" ?0}<11"2" ?0>织构存在于原始组织的α相中，过渡区存在{10"1" ?0}<0001>、{10"1" ?0}<11"2" ?0>、{11"2" ?0}<0001>三种织构，{100}<001>伪立方织构只存在于爆轰基体的β相中；{100}//SD是ASB组织的共同特点，<0001>//AD织构存在于爆轰基体、{11"2" ?0}//SD、<0001>//SD织构存在于ASB中心；α相的{11"2" ?0}面、<0001>取向和β相的{110}面平行于ASB，这均不是密排面和密排方向，不利于合金的机械性能。2023, 52(4):1227-1237. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220026摘要:
在温度为250?400 ℃、应变速率为0.1?10 s-1条件下进行了热压缩试验，研究了双相Mg-Li合金的热加工性能、显微组织演变和相组成。建立了整合加工和α-Mg相含量的最佳热加工窗口。结果表明，所建立的Arrhenius本构模型能够准确预测软化过程中的应力流动行为。通过对合金显微组织的观察，发现动态回复（DRV）、动态再结晶（DRX）和α-Mg相变是主要的软化机制。α-Mg相以球化和α-Mg相内析出的形式转变为β-Li相，尤其是在300 ℃以上相变现象显著。同时，DRX行为容易在β-Li相中发生，而在α-Mg相中会被抑制。基于动态材料模型和微观结构分析，获得最佳加工窗口：温度300?350 ℃/0.1?1 s-1和温度250 ℃/0.1 s-1。2023, 52(4):1201-1209. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220595摘要:
高温条件下WS2易于氧化生成WO3，导致WS2固体润滑薄膜的摩擦学性能受到较大影响。为改善WS2固体润滑薄膜在高温条件下的摩擦学性能，采用非平衡磁控溅射技术制备了共掺杂La-Ti/WS2复合薄膜，研究了靶功率对磁控溅射La-Ti/WS2复合薄膜结构和高温摩擦学性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕仪和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了薄膜微观形貌、成分、力学性能、微观结构。利用高温摩擦磨损试验机研究了复合薄膜的高温摩擦学性能。结果表明，高温环境下，靶功率为20 W时La-Ti/WS2复合薄膜表现出优异的摩擦学性能。此时，复合薄膜H/E值最大，摩擦系数最小，平均为0.012，磨损率最低为1.56×10-8 mm3/N·m，这主要归因于高温下摩擦界面产生的稀土氧化物，促使La-Ti/WS2复合薄膜的摩擦磨损机制发生了改变，使得WS2在高温受破坏的情况下仍然具有优异的摩擦学性能，从而进一步拓展了WS2复合薄膜的工程应用范围。 -
2023, 52(3):1036-1044. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220096摘要:
针对金属夹芯柱壳结构在高温工况下的阻尼减振问题，提出采用具有优异耐温性能和粘弹性阻尼特性的金属橡胶材料作为夹芯阻尼层，研究内部结构参数和不同温度梯度对夹芯柱壳结构的动态力学特性影响规律。首先，采用传统金属橡胶冲压成型制备工艺，结合真空钎焊连接工艺，实现了夹芯柱壳结构面/芯界面可靠的冶金结合，可满足整体构件持续耐高温500℃以上。其次，分析了芯层密度、面芯厚度比、梯度温度等关键参数在不同激励条件下对金属橡胶夹芯柱壳结构高温阻尼减振特性的影响，主要性能评价指标包括：割线刚度、固有频率、振动加速度级及阻尼比等。通过与等质量的非夹芯柱壳结构试验对比表明：金属橡胶夹芯柱壳结构的刚度与面板厚度、芯层密度正相关；在0-300℃范围阻尼效果随温度下降，但在300℃-500℃范围内呈上升趋势，高温阻尼减振特性表现出显著的温致非线性。2023, 52(3):999-1006. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220556摘要:
W具有高的热惯性以及低的绝热火焰温度，导致其在空气中难以燃烧。为改变W的燃烧特性，本文通过机械合金化将20 wt.%的Zr引入W中。XRD、SEM及STEM分析表明，球磨30 h后，Zr的衍射峰完全消失，得到了单相BCC结构的W(Zr20)超饱和固溶体合金粉末。在此基础上，以Zn粉作为粘结剂，采用热压工艺制备WZrZn合金。准静态力学性能测试和弹道枪实验结果表明，以W(Zr20)合金粉末为原料制备的W(Zr20)-Zn30合金的抗压强度和能量释放特性明显优于机械混料制备的W/Zr20-Zn30合金。在1200 m/s的冲击速度下，W(Zr20)-Zn30合金的反应超压达到0.21 MPa，能量释放特性优异。同时，在反应产物分析中，发现大量钨的燃烧产物WO3，表明Zr的固溶诱发了W的燃烧反应，有效提高了WZrZn合金的冲击反应特性。2023, 52(3):953-958. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220182摘要:
对Ti6321钛合金进行动态三点弯曲加载，使其发生I型（张开型）断裂并获得波形曲线，结合实验-数值法获得了三种组织Ti6321钛合金的I型裂纹动态断裂性能。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜对三种组织Ti6321钛合金的断口进行观察分析。结果表明，魏氏组织具有最高的I型裂纹动态断裂性能，双态组织次之，等轴组织的动态断裂性能最低。对于I型裂纹断口，等轴组织与双态组织主要为韧性断裂机制，而魏氏组织呈现出部分解理断裂的特征。魏氏组织断口的起伏最大，比表面积最大，裂纹扩展需要消耗更多能量，因此断裂性能较好。2023, 52(3):883-889. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220507摘要:
提出了一种通过在炸药与复合板之间增加一层速度调整板，以获得理想焊接条件的用于制备铟/铁复合板的新型爆炸焊接方法。通过理论方法计算了爆炸焊接参数，通过实验对炸药载荷的影响进行了研究。应用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行数值模拟以验证参数有效性，探究了结合界面的成型机理，并研究了压力和塑性应变的分布。结果表明，当炸药厚度增加时，界面波形结构更明显。界面剪切试验结果表明铟/铁复合板结合面抗剪切强度为16 MPa，比纯铟材料的抗剪切强度高，且三点弯曲试验之后复合板结合界面无裂纹。采用改进的爆炸焊接方法可以有效制备高质量铟/铁复合板。2023, 52(3):823-833. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220493摘要:
为了研究Ti-55511合金在近β区域的热流动行为，在温度973–1223 K、应变速率0.001–1 s-1条件下，利用Gleeble-3500热模拟试验机进行了等温压缩试验。对实验获得的流动应力曲线进行了修正，降低了摩擦与绝热温升等因素对流动应力的影响。采用考虑材料参数演化的修正Arrhenius模型和反向传播人工神经网络（BP-ANN）模型对钛合金热变形过程中的流动应力进行预测，并通过统计分析对预测模型精度进行了评估。将2种预测模型扩展的应力、应变数据植入有限元，模拟了热压缩实验过程。结果表明，Ti-55511合金的流变应力与应变速率呈正相关，与温度呈负相关，合金软化机制主要为再结晶。修正后的Arrhenius模型和BP-ANN模型都能描述流体的流动行为，BP-ANN模型在α+β区域的拟合精度高于修正后的Arrhenius模型，而在β区域的拟合精度低于修正后的Arrhenius模型。 -
2023, 52(2):777-784. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220441摘要:
FeCrAl合金优良的高温抗氧化性能使其成为反应堆燃料包壳的候选替代材料之一,然而Cr和Al的存在会对其力学性能产生负面影响,对反应堆的安全运行造成潜在风险。为了分析FeCrAl合金体系在微观尺度的变形机制,采用分子动力学方法研究了温度和应变速率两个重要影响因素下FeCrAl单晶的力学性能,对应力应变、缺陷分布、位错密度的变化及变形机制进行了讨论,分析了溶质原子对模拟结果的影响。结果表明,温度升高导致原子热运动加剧,促进了缺陷的形成和生长,降低了原子间相互作用,导致弹性模量和抗拉强度随温度的升高而降低。应变速率的升高导致弹性模量和抗拉强度降低,低应变速率的塑性变形机制主要孪生变形,中等应变速率下为位错滑移,高应变速率下为原子排列无序化的变形机制。温度和应变速率对α-Fe和FeCrAl具有相同的作用趋势,但与α-Fe相比,FeCrAl中的Cr和Al会产生明显的晶格畸变和应力集中,促进了缺陷和位错的形成和运动,降低材料的屈服强度和抗拉强度。基于计算结果,对FeCrAl单晶体系建立了基于F-B方程的本构模型,拓展了计算结果的应用范围。2023, 52(2):527-534. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220513摘要:
目的 研究稀土Ce与AlCrNbTiV高熵合金磁控共溅射(AlCrNbTiVCe)N涂层500 ℃下的摩擦学性能。方法 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的表面形貌、成份、物相和价态。通过纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试涂层的力学性能和摩擦学性能。结果 采用磁控溅射技术可以制备出性能良好的(AlCrNbTiVCe)N涂层,Ce的引入改善了涂层微观组织和结构,增强了涂层的硬度,提高了涂层的抗塑性变形能力和抗弹性变形能力,进而使涂层具有良好的摩擦磨损性能。在常温下(AlCrNbTiVCe)N涂层的摩擦因数和磨损率与未含Ce的(AlCrNbTiV)N涂层相比均显著降低,其磨损机制为轻微的磨粒磨损和粘着磨损；在500 ℃下(AlCrNbTiVCe)N涂层具有比常温下更低的摩擦因数,其磨损机制以氧化磨损为主,这是由于涂层表面存在CeO2,起到了改善涂层摩擦性能的作用。结论 在磁控溅射工艺中引入Ce元素,可以获得摩擦学性能优良的(AlCrNbTiVCe)N涂层。2023, 52(2):517-526. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220009摘要:
采用等温热压缩实验研究了一种新型镍基高温合金在不同热变形条件下（变形温度1040~1120 ℃、应变量0.35~1.2、应变速率0.1 s-1）的动态再结晶行为。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）研究变形温度和应变量对合金热变形过程中组织演变和动态再结晶（DRX）形核机制的影响。结果表明，根据加工硬化率曲线能够准确确定DRX出现的临界应力和临界应变。合金的DRX晶粒体积分数随变形温度和应变量的增加而增加。在高温低应变速率下，不连续动态再结晶（DDRX）和连续动态再结晶（CDRX）形核机制同时发生。随着变形温度的升高，CDRX形核机制减弱，而CDRX机制在高温条件下占据主导。随着应变量的增加，合金中DDRX机制逐渐变强。热变形后期，CDRX仅作为辅助形核机制发挥作用。另外，Σ3孪晶界的形成有助于DRX晶粒的形核。2023, 52(2):508-516. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220696摘要:
通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、浸泡实验、析氢实验、电化学试验、拉伸试验等方法，研究了不同挤压温度（340、360、380、400 ℃）下，热挤压对铸态Mg-1Zn-0.3Zr-1Y-2Sn合金组织和性能的影响。结果表明：热挤压后，合金的第二相沿挤压方向破碎成颗粒，微观组织中存在动态再结晶和变形晶粒。随着挤压温度的升高，第二相的含量变化较小，动态再结晶晶粒尺寸逐渐增大。热挤压后，合金的力学性能得到改善，但其耐腐蚀性最终减弱。热挤压处理可以在腐蚀的早期阶段提高合金的耐腐蚀性能，但随着腐蚀的进行，在后期合金的耐蚀性能会降低。当热挤压温度为360 ℃时，合金具有较好的力学性能和耐腐蚀性能。2023, 52(2):426-432. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20220010摘要:
采用第一性原理计算和实验方法研究了α-Zr及其氢化物的结构和弹性性能。考虑到所有可能的H-原子构型，构建了不同相的氢化物模型。结果表明，γ、δ和ε氢化物的稳定结构分别为P42/mmc、P42/nnm和I4/mmm。计算结果表明，ε氢化物的生成焓最低，并提出了γ→δ→ε的相变顺序。与α-Zr相比，氢化物的c轴晶格常数变小，γ、δ和ε单位胞的膨胀体积分别为12.1%、14.8%和17.9%。3种氢化物的计算弹性模量（E）均低于α-Zr，但弹性各向异性均高于α-Zr。通过纳米压痕实验分析了α-Zr基体和δ氢化物的弹性性能，结果表明，α-Zr基体和δ氢化物的E分别为116.88和111.01 GPa。因此，在氢化物/基体界面的氢化物侧容易发生应力集中，氢化物容易成为裂纹源，导致锆合金发生脆性断裂。 -
2023, 52(1):245-252. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211128摘要:
高性能航空发动机的发展亟需可在800℃以上服役的涡轮盘用高温合金。通过提升γ′相含量,可显著提升高温合金热强性。GH4151合金是高γ′相含量高温合金的典型代表,在热力学平衡态下γ′相含量约55 wt.%,合金服役温度高达800℃,应用前景广阔。然而高含量的γ′相也增大了变形难度。对均匀化后的铸锭进行开坯是高温合金盘锻件制备中的重要环节,但目前关于均匀化态GH4151合金热变形行为的研究仍缺乏系统。因此本文对均匀化态GH4151合金进行等温热模拟压缩实验,基于流变曲线构建热加工图,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM),能谱耦合电子背散射衍射(coupled EBSD/EDS)等表征方法观察分析热变形组织。基于热加工图得到变形安全区为1060 ~ 1090 ℃,0.1 ~ 0.2 s-1, 及1060 ~ 1070 ℃,0.1 ~1 s-1。初始组织内大量存在的一次γ′相(γ′Ⅰ相)阻碍位错运动,促进再结晶,并且钉扎晶界,细化晶粒。随着变形量的增加,失稳区逐渐扩大。GH4151合金主要失稳形式为变形试样鼓肚处存在的拉应力诱导晶界及γ/γ′Ⅰ相界开裂,提高变形温度及变形速率会加重开裂。2023, 52(1):230-237. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211075摘要:
铼作为一种稀有难熔金属,因具有独特的性能使其应用受到重视。在铼资源不足的情况下,从含铼废料中回收铼被认为是获取铼的重要途径之一。本文选取粉末状、块状以及丝状三种不同形式的钨铼合金废料,进行火法回收铼的研究,对不同工艺参数下氧化焙烧、氨水浸出和蒸发结晶所得回收中间产物NH4ReO4和最终氢还原所得铼粉的性能进行表征。结果表明,钨铼合金废料的形式对铼的回收工艺条件和回收率有明显的影响,未合金化的钨铼合金粉末状废料及合金化后的块状和丝状废料回收时需采用不同的氧化温度,且在不同的温度下Re2O7有不同的挥发率,粉末状、块状以及丝状三种不同形式的钨铼合金废料回收所得铼粉的纯度分别为99.952%、99.939%和99.915%,铼的回收率分别为95.62%,94.57%和91.59%。2023, 52(1):222-229. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20211090摘要:
钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金，电子束选区熔化（EBM）增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径，但目前对其高温性能研究较少。本文重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明，EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织；在800 ℃下恒温氧化100 h，表现出较低的氧化速率常数，形成的氧化膜主要由TiO2、Al2O3及TiO2 / Al2O3混合交替层组成，抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外，900℃以下，该合金具有良好的高温硬度，显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。2023, 52(1):111-118. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220268摘要:
采用冷喷涂辅助感应重熔和冷喷涂辅助激光重熔2种方法分别在45#钢表面制备FeCrMnAlCu高熵合金涂层。对高熵合金涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性能进行表征与检测，研究2种工艺对涂层耐磨性能的影响。结果表明：2种工艺合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层均由体心立方（bcc）和面心立方（fcc）相组成，涂层组织致密，元素分布均匀。涂层微观组织均为树枝晶+枝晶间组织，枝晶区主要由Mn、Cr和Fe元素构成，枝晶间主要为Cu，Al元素均匀地分布在枝晶和枝晶间。冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层中bcc晶格应变大于激光重熔合成的高熵合金涂层的晶格应变。冷喷涂辅助感应重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层的显微硬度是冷喷涂辅助激光重熔合成涂层硬度的1.2倍，是45#钢基体硬度的3.5倍。FeCrMnAlCu高熵合金涂层在摩擦过程中主要以磨粒磨损为主，采用冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层具有良好的耐磨性能，其磨损率比冷喷涂辅助激光重熔合成涂层的磨损率降低29%。2023, 52(1):63-73. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220271摘要:
研究了GH4760、GH4738和AD730典型镍基高温合金在热变形过程中的动态和静态再结晶行为，并进行了压缩热变形和固溶退火实验。结果表明，动态和静态再结晶的成核机制以涉及晶界凸起的不连续机理为主。在动态和静态再结晶过程中，普通晶面向低指数晶面转变，产生了不同类型的台阶晶界，这种转变将使更多的晶界具有较低的能量。Σ3晶界上阶梯边界的形貌大多分解为{111}1/{111}2和90°{112}1/{112}2小平面。台阶状晶界促进了晶界迁移，加速了再结晶过程。再结晶完成后，部分台阶晶界保留，界面能降低，促进了后续晶粒生长。
