2025年第4期

>焊接技术

• 钎焊材料成分设计准则及典型组织演变机制

  龙伟民

  2025,54(4):837-853   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250097

  摘要(123) HTML(218) PDF(51.10 M)( 252)

  摘要：钎焊材料应用广泛，在异质结构连接中发挥着工业万能胶的作用。新结构和新材料层出不穷，所需要的新型钎焊材料越来越多。研究钎料成分优化设计方法，形成钎料系统性设计准则意义重大。从应用钎料基本性能、成形加工性和综合成本三维视角出发，阐明了钎料成分设计的基本规则。本研究中钎料本构性能包括钎料机械性能、物理化学性能、电磁性能、耐蚀性能与钎焊作业时钎料的润湿性和流铺性。成型加工性包括熔炼、铸造工艺，挤压、轧制、拉拔、制环工艺，制粒、制粉和非晶微晶成型工艺。成本指材料价值和制造成本之和。提高钎料综合性能需要全面系统考量设计指标，突出钎料特色要聚焦相应技术指标，二元或三元共晶组织可以有效提高钎料流铺性，固溶体组织有利于钎料成形。采用所提出的设计准则，设计了典型的Ag基、Cu基、Zn基、Sn基钎料，并在重大科学工程中得到成功应用。

• 镍涂层Al₂O₃增强低银SnAgCu复合钎料的制备及钎焊性能

  王冰莹, 张柯柯, 范玉春, 吴金娜, 郭李梦, 王悔改, 王楠楠

  2025,54(4):854-861   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240154

  摘要(20) HTML(80) PDF(2.95 M)( 90)

  摘要：采用多巴胺聚合反应和水热法制备了镍包覆氧化铝增强相（Ni/Al₂O₃）；使用传统铸造方法制备Ni/Al₂O₃增强Sn1.0Ag0.5Cu（SAC105）复合钎料。结果表明，镍涂层是连续的，但厚度不均匀。镍与氧化铝之间的界面是冶金结合的半相干界面关系；SAC105焊料与基体的强度、韧性和润湿性得到了改善，而导电性并没有显著降低。复合材料合金的断裂模式从韧脆性混合断裂转变为纯韧性断裂。将制备的复合钎焊材料制成焊膏进行铜板搭接实验。当掺杂量为0.3wt%时，达到最大剪切强度。复合钎料钎焊接头界面处金属间化合物的生长指数线性拟合为n=0.39，表明钎焊接头界面处金属间化合物生长为晶界扩散和体扩散共同作用的结果。

• 时效处理对Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr激光焊接接头组织和性能的影响

  万轩, 何超威, 张可召, 刘栋, 严春妍, 包晔峰

  2025,54(4):930-936   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240109

  摘要(14) HTML(56) PDF(2.30 M)( 76)

  摘要：采用激光焊接近β钛合金（Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr），并对激光焊接接头进行不同温度的时效处理，揭示了时效温度、显微组织和接头拉伸性能之间的关系。结果表明，由于该合金具有较高的Mo当量且激光焊接时冷却速度较快，焊缝主要由单一β相组成。时效处理后，在焊缝和热影响区中析出了大量的α相，随着时效温度的升高，α相粗化，体积分数降低。与焊态接头相比，时效处理后接头的抗拉伸强度和延伸率均有提升。但随时效温度的升高，α相的体积分数减少，强化效果减弱。当合金在500 ℃时效8 h时，接头获得了最佳的强度和塑性匹配。接头的断裂模式由焊态下的准解理断裂转变为时效处理后的微孔聚集型断裂。

>高温合金

• 时效对热等静压致密化低合金钢上堆焊Inconel 690界面组织及性能的影响

  余磊, 曹睿, 马金元, 闫英杰, 董浩, 王彩芹

  2025,54(4):879-885   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240100

  摘要(18) HTML(56) PDF(1.87 M)( 82)

  摘要：在600 ℃时效处理过程中，对热等静压致密化处理的低合金钢上堆焊Inconel 690界面微观结构、显微硬度和拉伸性能进行了研究。结果表明，从基体到堆焊层，界面区域可以分为4个区：贫碳区（CDZ）、局部熔化区（PMZ）、平面生长区（PGZ）和棕色特征区（BFZ）。这些区域的尺寸在时效过程中没有显著变化。然而，I型碳化物在PMZ中明显增大，而在PGZ中出现明显沉淀。它们长大和出现的主要原因是时效过程中连续的碳迁移。界面最高显微硬度出现在PGZ和BFZ区域，这与该区域中碳的堆积和沉淀有关。由于这2种材料之间较高的强度不匹配性，拉伸失效发生在基体侧。由于CDZ仅由铁素体组成，强度较低，断裂通常发生在CDZ和基体的界面处。在经过1500 h的时效处理后，抗拉伸强度仅降低了50 MPa，并且界面区域保持高强度且无明显变形。

• 显微组织对FGH4113A高温合金热变形行为和组织演变的影响

  杨金龙, 熊江英, 尹超, 程俊义, 郭建政, 冯赣江

  2025,54(4):898-907   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240199

  摘要(18) HTML(51) PDF(6.70 M)( 96)

  摘要：研究了热等静压（HIP，A1）、热等静压+1100 ℃热挤压（A2）、热等静压+1150 ℃热挤压（A3）3种不同热变形条件下的热压缩曲线和变形组织。结果表明：1100 ℃挤压的A2样品具有均匀的γ+γ′双相细晶粒组织，1050和1100 ℃条件下均表现出良好的热变形性能。在较大应变范围内，A2样品的真应力-真应变曲线保持了硬化-软化平衡状态，变形后平均晶粒尺寸5 μm。热等静压态A1样品和1150 ℃挤压A3样品在1050 ℃仍处于变形软化阶段，组织为原始粗大晶粒和细小再结晶晶粒的混合项链晶，样品的再结晶形核机制主要为应变诱发晶界弓弯形核。1150 ℃?0.001 s^-1条件下，初始组织对热变形行为和变形后组织的影响相对较小，变形后组织为完全再结晶的晶粒。细晶组织有利于最大化合金的热变形潜力。通过合理地调控变形机制，可以获得细小均匀的变形组织。

• 离心铸造27Cr44Ni5W3Al+MA乙烯裂解炉管原始铸态组织研究

  吴志刚, 陈涛, 刘春娇

  2025,54(4):937-944   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240136

  摘要(13) HTML(48) PDF(7.88 M)( 74)

  摘要：为了探明离心铸造27Cr44Ni5W3Al+MA（微合金）乙烯裂解炉管的原始铸态组织，采用XRD、OM、SEM及TEM等对原始铸态炉管进行了相组成分析及显微组织表征。结果表明：炉管原始铸态组织主要为奥氏体基体（γ相）和晶界鱼骨状复相碳化物，其中复相碳化物内部为片层状M₇C₃，边缘为块状M₂₃C₆。此外，还观察到2种形态的Ni₃Al（γ′相），分别为在M₂₃C₆与基体交界处附近弥散分布的颗粒状及与M₂₃C₆相邻的块状。γ相与M₂₃C₆及颗粒状γ′相之间均存在立方-立方的位向关系组织中还观察到大量的位错，在远离M₂₃C₆的区域分布较为稀疏，在M₂₃C₆附近分布较为密集。探讨了离心铸造过程中γ′相和M₂₃C₆的析出机理，合金中W元素降低M₂₃C₆与γ相的错配度，促进M₂₃C₆的析出，M₂₃C₆和γ′相的成分存在互补性，M₂₃C₆的析出进一步促进γ′相的析出。

• 典型镍基高温合金接近服役条件下的晶界宽化机理

  马丹蕊, 郭晶, 张麦仓

  2025,54(4):964-974   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230799

  摘要(18) HTML(53) PDF(13.42 M)( 89)

  摘要：本研究以2种高参数先进超超临界电站过热器及再热器管材备选材料（合金A、合金B）为研究对象，系统分析了2种镍基高温合金在长期时效过程中的局部晶界宽化现象、晶界宽化动力学及晶界宽化机理。结果表明，2种合金高温长时时效过程宽化晶界区域内主要析出相为M₂₃C₆碳化物和晶界γ′相；2种合金宽化晶界随时效时间的演变遵循JMAK方程。长时时效过程2种合金晶界宽化分为3个阶段：阶段一，晶界附近M₂₃C₆碳化物回溶，导致晶界M₂₃C₆碳化物快速粗化，促使晶界发生迁移；阶段二，在晶界迁移后会析出新的M₂₃C₆碳化物，使得晶界区域M₂₃C₆碳化物呈多层排列，晶界宽度增加；阶段三，当碳化物粗化速率减慢，在M₂₃C₆/γ界面处会析出γ′相，晶界短路扩散，使得γ′相长大，晶界宽度进一步增加。

• 新型高B铸造镍基高温合金的相析出行为

  王良, 胡议文, 周培山, 王斌, 郑华林

  2025,54(4):1015-1025   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230782

  摘要(17) HTML(38) PDF(8.73 M)( 76)

  摘要：利用JMatPro热力学软件，研究了合金元素对新型高B镍基高温合金的物相析出行为的影响，并与实际铸造组织进行对比。结果表明，新型高B镍基高温合金的铸态组织为典型的铸态枝晶形貌，主要由γ、γ′、碳化物、硼化物和(γ+γ′)共晶组织（体积分数约15.5%）等组成，凝固过程中Hf和Ta元素的偏析较明显。热力学计算表明，对合金熔化温度影响较大的元素为Ti、Ta、Hf、Al、B元素。γ′相的开始析出温度及其在900 ℃析出量随Al含量增加而升高，而Ti元素的影响相对较小。此外，Ta和Hf合金元素将促进MC型碳化物析出，Cr元素对M₂₃C₆碳化物析出量的影响大于对M₆C碳化物。硼化物的析出主要受Cr和W元素的影响，而Mo元素对M₃B₂硼化物的析出温度影响显著。随着Co、Cr、W和Mo元素含量增加，μ相析出量和析出温度均呈现增加的趋势。

• 4种Fe-Cr-Ni合金裂解炉管1075 ℃渗碳行为研究

  陈涛, 刘春娇, 吴志刚

  2025,54(4):1034-1043   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230779

  摘要(15) HTML(33) PDF(6.34 M)( 73)

  摘要：为了分析Fe-Cr-Ni合金裂解炉管的抗渗碳性能，采用粒径为1.5~3 mm的固体渗碳剂对2种传统合金炉管25Cr35NiNb+MA（微合金）、35Cr45NiNb+MA和2种具有延长清焦周期效果的加铝合金炉管27Cr44Ni5W3Al+MA和29Cr44Ni4Al+MA开展了1075 ℃条件下50~200 h的渗碳试验研究。采用直读光谱仪、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度计等对渗碳试验后炉管进行成分、组织、性能分析，研究了渗碳动力学及组织转变规律。结果表明：4种材料渗碳层厚度均随渗碳时间延长而增加，1075 ℃、200 h渗碳试验后炉管渗碳层厚度分别约为2.0、1.8、1.0和0.7 mm，平均渗碳速度分别约为0.01、0.009、0.005和0.0035 mm/h，2种加铝合金炉管的抗渗碳性能优于传统炉管。27Cr44Ni5W3Al+MA炉管时效区组织为奥氏体+块状M₂₃C₆+鱼骨状M₇C₃，碳化物中“M”含Cr、W等元素，渗碳区块状M₂₃C₆转变为块状M₇C₃和WC，鱼骨状M₇C₃粗化。29Cr44Ni4Al+MA炉管时效区组织为奥氏体+块状M₂₃C₆+块状NbTiC，碳化物中“M”主要为Cr元素，渗碳区块状M₂₃C₆转变为块状M₇C₃，NbTiC由块状转变为颗粒状。2种加铝合金炉管内壁形成了致密稳定Al₂O₃膜，相比于传统炉管内壁Cr₂O₃膜，能够更有效地阻挡碳原子进入基体，提高抗渗碳性能。

• Stellite 6B合金冲击韧性与滑动磨损行为研究

  张亚玮, 胥国华, 沈宇, 鞠泉, 张继

  2025,54(4):1044-1052   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240071

  摘要(8) HTML(53) PDF(4.44 M)( 78)

  摘要：试验测定了固溶和固溶+时效态Stellite 6B合金室温环境下的冲击韧性和与GH5605合金配副滑动磨损行为，利用Thermal-Calc软件、OM、SEM和TEM等方法分析研究了其固溶和时效态微观组织、冲击断口、磨损表面和截面特征。结果发现，固溶后进行时效处理显著降低了Stellite 6B合金的磨损率，使其磨损量减少了约70%；但时效态合金的冲击韧性仅为固溶态的30%。分析表明，固溶Stellite 6B合金的磨损机制主要是黏着磨损，黏着结合层在其基体内剪断剥离；时效处理增加了马氏体相变倾向，显著提高了抗黏着磨损能力，磨损机制为少量黏着磨损+长时疲劳磨损。由于晶界碳化物是影响时效态合金冲击韧性的主要因素，增加基体马氏体相变倾向、减少碳化物总量并抑制二次碳化物沿晶界析出是综合改善Stellite 6B合金抗黏着磨损性能和冲击韧性的工艺及成分优化方向。

>材料科学

• Cu、Mo元素合金化对347H不锈钢组织与耐熔盐腐蚀性能影响

  于志琦, 赵燕春, 刘天增, 冯力, 马虎文, 李具仓, 潘吉祥

  2025,54(4):862-870   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240122

  摘要(22) HTML(69) PDF(2.38 M)( 95)

  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O^2-等离子向基体渗透。

• 含Gd不锈钢的时效处理及腐蚀行为

  解曼曼, 贾洞箫, 贾茜霖, 赵菲, 梁田, 周杨韬

  2025,54(4):871-878   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240115

  摘要(19) HTML(42) PDF(3.70 M)( 88)

  摘要：研究了含1wt% Gd中子吸收双相不锈钢在不同温度时效后的微观结构与腐蚀行为。结果表明，材料中含Gd第二相的体积比以1080 ℃为转折点，先增后减。在1080 ℃时效处理的样品中，主要以第二相为双相M-Gd化合物（M=Fe，Cr，Ni），其核心为M₃Gd相，外层为M₁₂Gd相。在1140 ℃时效处理后，M₃Gd为主要第二相。同时，研究了这两种样品在NaCl、HCl及H₃BO₃溶液中的腐蚀行为。1140 ℃处理后的样品具有相对较低的腐蚀速率。在NaCl和HCl溶液中，M₃Gd较M₁₂Gd具有较高的电化学活性；而在H₃BO₃溶液中，M₃Gd则较为稳定。

• Ti(C, N)-Mo₂C-Ni金属陶瓷与WC-Co硬质合金碱性条件下的冲刷腐蚀

  邓成军, 林富凯, 杨天恩, 洪华平, 梁磊, 彭华备, 熊计

  2025,54(4):886-897   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230048

  摘要(15) HTML(40) PDF(3.13 M)( 85)

  摘要：作为碱性条件下的抗磨蚀材料，WC-Co硬质合金所用的金属粘结剂Co属于可能致癌的物质，并且钴尘可引起“硬金属病”，因此有必要寻找可代替材料。采用Ti(C, N)-Mo₂C-Ni金属陶瓷作为抗磨蚀材料，通过碱性条件下的电化学腐蚀和冲刷腐蚀，观察了这两种材料的微观组织变化，并比较了腐蚀速率及体积损失速率，分析了材料表面破坏和体积损失机制。结果表明，在NaOH溶液电化学腐蚀作用下，Ti(C, N)-Mo₂C-Ni金属陶瓷呈现了钝化现象，其腐蚀表面的氧含量显著升高；金属陶瓷的腐蚀速率比硬质合金小一个数量级。在碱性的砂-水混合液冲刷腐蚀作用下，随冲刷时间增加，金属陶瓷和硬质合金的体积损失速率都缓慢增加。在冲刷过程中，金属陶瓷微观组织的环形相脆性大，裂纹容易穿过环形相，而芯相保持完整；中粒度硬质合金中穿晶断裂模式较为常见；细粒度硬质合金中裂纹多沿相界扩展。金属陶瓷和硬质合金在碱性的砂-水混合液冲刷腐蚀过程中，砂粒冲刷磨损破坏作用是主要的。碱性的砂-水混合液冲刷腐蚀是腐蚀与冲刷两种作用相互影响、相互促进的加速破坏过程。已证实，采用金属陶瓷代替硬质合金作为碱性条件的抗磨蚀材料是可行的，且具有一定的优势。

• 引入高体积分数超细晶实现Cu/Al₂O₃复合材料优异的强度和导电性组合

  张军, 刘溪, 李毅, 常国, 彭浩然, 张霜, 黄埼, 赵雪妮, 李亮, 霍望图

  2025,54(4):908-919   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240107

  摘要(29) HTML(41) PDF(5.28 M)( 75)

  摘要：高强度Cu/Al₂O₃复合材料与其低强度相比时通常展现出明显恶化的导电性。基于一种化学和机械合金化策略，制备了低含量增强体超细复合粉末并构建超细铜粉负载原位自生Al₂O₃纳米颗粒组合结构。在相对较低的烧结温度（550 ℃）固结后，引入高体积分数超细晶到Cu/Al₂O₃复合材料中，产生大量平均尺寸为11.7±7.5 nm的原位自生Al₂O₃纳米颗粒，其均匀分布在铜晶粒内部。结果表明，复合材料表现出优异的高强度（654±1 MPa）与高导电（84.5±0.1% IACS）组合，这主要归因于超细晶、位错和原位自生Al₂O₃纳米颗粒的协同强化效果。这种以低含量增强体超细复合粉末为前驱体随后低温高压烧结的方法可应用于高性能氧化物弥散强化合金的大规模工业生产。

• 电解铜的热变形行为及微观组织演变

  张涵, 桑晨, 张燕, 徐仰涛, 乔及森, 夏天东

  2025,54(4):920-929   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240168

  摘要(15) HTML(38) PDF(4.78 M)( 78)

  摘要：在变形量70%的条件下，通过Gleeble-3500热模拟试验机研究了电解铜在500~800 ℃和0.01~10 s^-1范围内的热变形行为。分析电解铜在热变形过程中各变形参数下的真应力-真应变曲线，建立了应变为0.5时的本构方程。在Prasad提出的动态材料模型基础上建立了不同应变下的加工图。同时，采用电子背散射对压缩后的试样进行微观组织观察与分析。结果表明：电解铜在高温塑性变形过程中对变形温度和应变速率表现出较强的敏感性，随着温度的升高和应变速率的降低，流变应力逐渐减小。根据加工图确定了电解铜的加工条件为变形温度600~650 ℃，应变速率5~10 s^-1。电解铜在高温塑性变形过程中发生了不连续动态再结晶，在低温高应变速率下，晶粒明显细化。

• 具有扩散层的层状Ti/TiNb复合材料断裂行为

  寇文娟, 尹雁飞, 周峰, 史朝辉, 赵永庆

  2025,54(4):945-951   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230783

  摘要(18) HTML(52) PDF(4.60 M)( 85)

  摘要：通过放电等离子烧结与热轧相结合的工艺制备了具有扩散层的层状Ti/TiNb复合材料，采用基于SEM的原位拉伸试验分析了不同状态复合材料的裂纹萌生与扩展行为，研究了Ti组元的厚度以及扩散层的组织状态对复合材料断裂行为的影响。结果表明，通过减小Ti组元的厚度，能够有效控制其内形成的贯穿裂纹的长度，进而延缓相邻TiNb层内剪切带的扩展；扩散层的组织状态对于复合材料的断裂行为有着显著影响，相比于具有“硬”扩散层的复合材料，具有“软”扩散层的复合材料在拉伸断裂前形成了更多的裂纹和剪切带，同时整体断裂后呈现出更加曲折的裂纹扩展路径。

• 高耐磨GNPs/AlSi10Mg复合材料制备及其耐磨机制研究

  杨燕, 韩鑫洋, 邱宇潇, 林斌, 陈俊锋, 陈玉龙, 陈舒健, 邹林池, 池海涛, 张伟

  2025,54(4):952-963   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230757

  摘要(21) HTML(45) PDF(13.25 M)( 82)

  摘要：通过乙基纤维素（EC）对石墨烯纳米片（GNPs）表面改性，结合溶液超声分散和湿法球磨的方法，既实现GNPs和铝基体均匀混合，又抑制GNPs损伤，然后采用放电等离子快速烧结抑制界面反应，制备高耐磨的GNPs/AlSi10Mg复合材料。通过扫描电镜、透射电镜和摩擦试验机等设备对GNPs/AlSi10Mg复合材料的显微组织与耐磨性能进行表征分析，结果表明GNPs适量添加能有效提升复合材料的力学性能，GNPs添加量为0.5wt%时，复合材料的磨损率和摩擦系数最低，分别为7.8×10^-4 mm³/(N·m)和0.417，磨损率较基体材料（10.9×10^-4 mm³·N^-1·m^-1）降低了28.4%。GNPs/AlSi10Mg复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主，伴随着轻微氧化磨损和粘着磨损。摩擦过程中复合材料试样与对偶接触时，在剪切力作用下GNPs露出表面形成薄膜，可作为润滑剂减少对偶与基体的接触点，防止过多的剥落和分层，起到保护基体的作用。

• 放电等离子烧结制备La₂O₃/LaB₆改性ZrC-SiC陶瓷及其抗烧蚀性能

  解静, 滕程程, 孙国栋, 李辉, 贾研, 赵鹏

  2025,54(4):975-982   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230768

  摘要(15) HTML(46) PDF(8.03 M)( 79)

  摘要：为了提高ZrC-SiC陶瓷的抗烧蚀性能，采用放电等离子烧结法在1600℃/50 MPa条件下制备了一系列不同含量La₂O₃和LaB₆改性的ZrC-SiC复相陶瓷，在热流密度为2380 kW/m²的氧乙炔焰下考核了材料的抗烧蚀性能。结果表明：La₂O₃和LaB₆的加入不仅提高了ZrC-SiC的烧结性能，致密度增加，还提升了其抗热震性能。随着添加量的加大，烧蚀后试样表面氧化层从破裂逐渐趋于完整。相比而言，La₂O₃改性后烧蚀表面形成的ZrO₂-La₂Zr₂O₇固溶层仍存在较多的孔洞和裂纹，而且与内部陶瓷结合差，防护效果有限。LaB₆加入后，烧蚀过程中低熔点硼化物的挥发可将材料的烧蚀温度降低约300 ℃，试样烧蚀中心表面形成热稳定性好的La₂Zr₂O₇-LaBO₃-ZrO₂外氧化层和粘结性佳的富镧Zr-O-La-B内氧化层，该双层结构的保护膜成为阻挡氧化气流进入材料内部的密实屏障，有效提高了材料的抗烧蚀性能，添加20vol% LaB₆的ZrC-SiC综合抗烧蚀性能最佳。氧乙炔烧蚀60 s后，其质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为7.5×10^-4 g/s和2.1×10^-3 mm/s。

• 激光熔覆CoCrNi系中高熵合金的摩擦学和电化学性能研究

  孟易辰, 褚胤闰, 石岳林, 刘晓梅, 王梁, 张群莉, 姚建华

  2025,54(4):983-992   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230774

  摘要(31) HTML(43) PDF(8.01 M)( 81)

  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 HV_0.1，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E_corr=–0.3392 V，自腐蚀电流密度I_corr=0.472 μA·cm^-2。

• 钛合金紧固件表面掺钛类金刚石薄膜的微观结构和磨损性能

  徐照英, 苏永要, 张腾飞, 王锦标, 陈巧旺

  2025,54(4):993-1001   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230805

  摘要(8) HTML(34) PDF(5.42 M)( 81)

  摘要：本研究基于表面工程与复合多元结构设计理念，采用微波等离子体增强磁控溅射技术在钛合金螺纹紧固件表面制备了掺钛造金刚石（diamond-like carbon， DLC）薄膜，通过调控乙炔流量制备不同结构和性能的掺钛DLC复合薄膜。利用透射电子显微镜分析掺钛DLC薄膜微观形貌，通过XRD、拉曼光谱仪、台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析掺钛DLC复合薄膜的组织结构、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果显示，掺钛DLC薄膜中生成了TiC晶相，合适乙炔流量能够有效降低薄膜的内应力，薄膜中sp³键的比例随着乙炔流量的增大逐渐降低。乙炔流量为0.025 L/min的掺钛DLC复合薄膜的硬度（H）和弹性模量（E）较高，H/E和塑性指数（H³/E²）最大，具有较高的韧性，可以抵抗压头的划擦，因此划痕中薄膜保持良好的附着，同时具有最优异的耐磨损性能，可有效提高钛合金紧固件的使用寿命。

• 退火温度对大口径Ti6321合金无缝管材组织和力学性能的影响

  李冲, 石红杰, 孙二举, 许亚利, 许玲玉, 陈春阳, 孙晓毅, 宋德军

  2025,54(4):1002-1007   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230792

  摘要(15) HTML(34) PDF(8.89 M)( 78)

  摘要：采用锻坯斜轧穿孔+热轧工艺获得Φ450 mm×20 mm大口径Ti6321合金无缝管材，研究了不同退火温度对Ti6321合金管材组织演变和力学性能的影响。结果表明：轧制态管材组织主要是由α相和转变β相构成，940 ℃退火后得到等轴组织，970 ℃退火后得到双态组织，1020 ℃退火后得到魏氏组织；随着退火温度的升高，管材的室温屈服强度和抗拉强度呈逐渐降低的趋势，管材的塑性在相变点以下变化不大，在相变点以上急剧降低；而冲击韧性呈先升高后降低趋势。综合分析认为，所制备的大口径Ti6321合金无缝管材适宜的退火温度为970 ℃左右，此时管材具备最佳冲击性能，冲击功为62 J。此外，管材经970 ℃退火后屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为786 MPa、878 MPa和16.25%。

• 气相爆轰合成中爆轰特性对TiO₂颗粒尺寸的影响

  吴林松, 王星之, 路世伟, 陈翔, 闫鸿浩

  2025,54(4):1008-1014   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240058

  摘要(16) HTML(29) PDF(3.46 M)( 74)

  摘要：本工作研究了TiO₂在瞬时高温高压的气相爆炸反应过程中的纳米颗粒生长特性。采用计算流体动力学模拟了气体爆炸在爆轰管内的火焰传播过程和温度-时间历程关系，并将其引入颗粒生长模型，通过试验对该模型进行修正。结果表明，在气相爆轰反应中，反应温度和时间是影响其颗粒生长的主要因素，提出了粒径修正系数k对经典的颗粒生长模型进行改进，改进后的数值模型可以较精确预测TiO₂纳米颗粒的生长特性，这为TiO₂纳米颗粒的可控合成提供了有效的理论支持。

• W骨架/Zr基非晶合金复合材料细观损伤模拟研究

  魏壮, 高敏, 段静波, 施冬梅, 李琛, 张玉令, 李文钊

  2025,54(4):1026-1033   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230772

  摘要(20) HTML(35) PDF(3.33 M)( 80)

  摘要：为研究W骨架/Zr基非晶合金复合材料的细观结构损伤，基于W骨架/Zr基非晶合金复合材料的扫描电子显微镜图像建立了复合材料的细观尺度有限元模型，并结合内聚力模型对复合材料的准静态压缩过程进行了数值模拟，研究了界面刚度、界面强度和断裂能等参数对复合材料力学性能的影响。通过与准静态压缩试验数据对比，确定了内聚力模型参数的取值。结果表明，W骨架/Zr基非晶合金复合材料在压缩过程中出现了3种破坏模式，分别是W颗粒的解理断裂、Zr基非晶合金内部的剪切带扩展断裂及两相间的界面开裂；内聚力模型参数对仿真曲线有很大影响，加大界面刚度会使仿真曲线弹性阶段的斜率升高，增加界面强度会使曲线的屈服点上升，提高断裂能会使曲线塑性阶段缩短。当界面刚度、界面强度、断裂能分别取10 000 GPa/μm³、500 MPa、0.055 J/m²时，仿真结果与试验结果吻合较好，仿真模型能够准确地描述W骨架/Zr基非晶合金复合材料的力学行为。

>评述

• 燃气轮机叶片用定向凝固高温合金研究进展

  范云鹏, 赵新宝, 周昱, 夏万顺, 岳全召, 谷月峰

  2025,54(4):1053-1071   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230787

  摘要(22) HTML(38) PDF(12.78 M)( 98)

  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。

• 陶瓷型芯在热等静压技术中的应用前景与展望

  卢佳浩, 蔡基利, 蔡超, 史玉升

  2025,54(4):1072-1086   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230767

  摘要(17) HTML(33) PDF(8.35 M)( 79)

  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。

• 锆合金Cr基耐事故涂层设计及研究现状

  张津, 张聪惠, 王彦峰, 朱文光, 刘林涛

  2025,54(4):1087-1095   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230764

  摘要(20) HTML(38) PDF(5.75 M)( 86)

  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。

• Ti及Ti合金/ZrO₂陶瓷钎焊连接的研究现状及展望

  纪霏, 李远星, 董文鑫, 陈辉

  2025,54(4):1096-1111   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240048

  摘要(17) HTML(36) PDF(24.31 M)( 74)

  摘要：Ti及Ti合金和ZrO₂陶瓷都因具有诸多优良的特性被广泛应用于高精尖领域，在现代工业中占有越来越重要的地位，实现Ti及Ti合金/ZrO₂陶瓷的可靠连接对于完成异种材料的性能互补及拓宽应用领域具有重要意义。然而，在异种材料的焊接过程中存在一些亟待解决的难题，其中主要是改善钎料在母材表面的润湿性和缓解界面应力的问题。本文着重分析了二者的连接难点，回顾了相关陶瓷和金属的钎焊研究进展，阐述了不同焊前预处理方法对接头性能的影响，最后对异种材料连接提出了展望。

• 纳米结构ZrCo合金的制备及储氢性能研究进展

  苑英博, 于见时, 李振阳, 黄刚, 刘晓芳

  2025,54(4):1112-1120   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230780

  摘要(22) HTML(42) PDF(5.79 M)( 76)

  摘要：ZrCo合金具有氢同位素储量高、室温平台压低以及无放射性等优点，已被初步应用于核聚变实验堆。但是，ZrCo合金存在活化时间长、动力学性能较差和易发生歧化等问题，制约了其工程化进程。因此，改善ZrCo合金的储氢性能，实现动力学特性、循环稳定性和抗歧化性的同步提高，对揭示其储氢机理和推动其工程应用具有重要意义。本文总结了纳米结构ZrCo合金的研究进展，特别是纳米ZrCo合金颗粒可将活化时间缩短为10 s以下，有效提高吸氢动力学性能，且在500 ℃下抗歧化能力提升50%以上，显著提高了ZrCo合金的综合储氢性能。本文系统概述了纳米结构ZrCo合金的最新研究动态，重点阐述了纳米结构对储氢性能提升的机理，并对纳米ZrCo基储氢同位素合金未来研究和应用前景进行了展望。

优先出版

• 冷轧变形对Al-Cu-Li合金晶粒形态和耐损伤性能的影响

  优先出版日期:2025-05-09  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240846

  摘要(36) 全文(38)

  摘要：采用金相显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和室温拉伸、撕裂和疲劳裂纹扩展实验方法，探究了中间退火后13%、23%、46%和68%四种最终冷轧变形量对Al-3.9Cu-0.74Li-0.68Mg合金薄板晶粒形态与耐损伤性能的影响规律。研究结果表明，随着中间退火后冷轧变形量增大，经固溶处理后薄板均发生了完全再结晶，对应的平均晶粒尺寸和长径比明显减小，晶粒更趋向于等轴状；时效态合金中的析出相主要为T1相，四种变形量合金中T1相尺寸、数量密度和体积分数差异不大，定量计算了不同强化机制对屈服强度的贡献，发现四种变形量合金的强化主要来自于T1相的析出强化，其对屈服强度的贡献为336~367 MPa；随冷轧变形量增大，薄板的疲劳扩展速率增大，对应的疲劳性能恶化，而断裂韧性呈上升的趋势，细小的晶粒有利于断裂韧性的改善而不利于疲劳性能。

• TiC含量对Mo基复合材料显微组织和力学性能的影响

  优先出版日期:2025-05-09  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240848

  摘要(23) 全文(32)

  摘要：本研究旨在探究碳化钛（TiC）含量对钼（Mo）基复合材料显微组织及力学性能的影响，为航空发动机领域开发高性能耐热钼材提供科学依据。通过放电等离子烧结（SPS）技术，制备了TiC含量分别为10%、20%和30%的TiC/Mo复合材料。研究发现，TiC/Mo复合材料的强化机制主要归因于晶内颗粒强化和晶界强化。TiC在高温下会与Mo基体之间存在扩散效应，在二者界面之间存在一定宽度的过渡区，通过XRD分析可知过渡区为(Ti,Mo)C。TiC和Mo两相晶格结合紧密，这在原子尺度范围内进一步证明两相实现了牢固结合。通过拉伸与硬度试验，发现添加10和20 % TiC的TiC/Mo复合材料展现出优异的力学性能。TiC/Mo复合材料的断裂行为主要受晶间微裂纹扩展的控制，而微裂纹的扩展取决于晶间和晶内发展的竞争。本研究深入揭示了晶间和晶粒内部TiC颗粒的耦合作用对TiC/Mo复合材料力学性能的影响。

• 亚稳β-Ti-1023合金不均匀变形行为及应变速率敏感性研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240576

  摘要(51) 全文(88)

  摘要：本文采用数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)实时追踪不同应变速率下应变分布及局部应变演变规律,研究应变分布的传播行为及其应变速率敏感性；采用背散射电子衍射技术(Electron backscatter diffraction, EBSD)技术分析材料变形后微观组织演化及应力诱导马氏体转变(stress induced martensite transformation, SIMT)和马氏体孪晶的演变过程；采用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)技术观察分析材料的断口形貌。可以得出以下结论：(1) 应变分布由近似于均匀分布向非均匀分布演变,呈现出了应变集中现象,最终在应变集中区域发生断裂,且低应变速率下试样的颈缩现象最明显；(2) 应力-应变曲线呈现明显的双屈服现象,表现出负应变速率敏感性效应,即低应变速率可以产生更高的应变硬化率；(3) 随着应变速率降低,马氏体含量显著增加,晶粒尺寸明显细化,内核平均取向差(Kernel average misorientation,KAM)和几何必须位错(Geometrically necessary dislocations,GNDs)平均值显著增大,说明SIMT含量增加有助于变形试样的位错密度累积,更有利于多种塑性变形机制的耦合作用；(4) 断口形貌呈拉伸型,主要由韧窝型空洞聚合造成。变形过程中韧窝受力从单向受拉迅速向三向受拉发展,韧窝得到充分长大,低应变速率变形促进此特征发生,所以韧性断裂特征占优。

• 纳米纤维状LSCF@GDC复合阴极在可逆固体氧化物燃料电池中的应用研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240581

  摘要(51) 全文(72)

  摘要：可逆固体氧化物燃料电池（RSOCs）在理论层面能实现较高的能量转换效率，进一步提升电流密度以增加产氢量和输出电流是其广泛应用的要点。然而，氧电极催化活性不足已成为可逆固体氧化物电池应用的阻碍。本文运用静电纺丝技术成功制备了具有可逆氧析出/还原电催化活性的复合型LSCF@GDC纳米纤维，相较于传统溶胶-凝胶法合成的氧电极材料，本文所述的三维纳米纤维结构氧电极大幅降低了电池极化阻抗，提升了放电功率密度和电解电流密度，并在长期测试中呈现出较好的可逆性和稳定性，本文证实了电极形貌工程调控在扩大催化界面和反应位点方面的优势。

• 微观组织调控提高GH3625合金管材在高温KCl-MgCl₂熔盐环境下的耐腐蚀性能

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240588

  摘要(36) 全文(75)

  摘要：采用EBSD、XRD、SEM和EDS等手段研究了含不同比例孪晶的微观组织对GH3625合金管材在高温(600 ℃~800 ℃)KCl-MgCl₂熔盐中的腐蚀行为的影响。结果表明,随着退火温度的升高,GH3625合金管材等轴晶组织中退火孪晶界的比例增加,且在相同腐蚀温度下合金中孪晶界比例越高,其耐高温KCl-MgCl₂熔盐腐蚀性能越好；同时,随着腐蚀温度的增加,同一组试样的耐高温KCl-MgCl₂熔盐腐蚀性越差。此外,在晶粒尺寸相同的条件下,GH3625合金管材中退火孪晶界比例越高,其耐高温KCl-MgCl₂熔盐腐蚀性能也越好,这主要归因于高密度稳定的退火孪晶界本身具有优异的抗腐蚀能力以及包含孪晶界的三叉晶界打断了原有大角度晶界网络的连通性,抑制了晶界的腐蚀。

• 基于修正Gibson-Ashby模型的钛合金多孔材料各向异性调控

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240596

  摘要(47) 全文(74)

  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,更好的满足轻量化需求。本文以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G-A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%。

• 高合金化难变形高温合金GH4975热裂敏感性研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240603

  摘要(39) 全文(73)

  摘要：为研究高合金化难变形高温合金GH4975热裂敏感性，对GH4975合金铸锭裂纹形貌和组织特征进行观察，结合其凝固行为和热力学计算等方式分析热裂原因。结果表明，裂纹沿晶界和枝晶间扩展，等轴晶区比柱状晶区具有更大的热裂倾向。铸锭中心区域易出现缩孔，连续缩孔的形成导致枝晶间搭接不充分，易在应力作用下被拉开从而形成裂纹源。同时枝晶间Al、Ti、Nb元素偏析严重，复杂的析出相尤其是大量的(γ+γ′)共晶相促进了裂纹的形核与扩展。JMatPro计算可知GH4975合金固液两相区收缩率大，不可补缩温度范围大，易形成缩孔从而成为裂纹源，同时不可补缩温度区间内合金线性膨胀系数变化大，裂纹易扩展。

• 电参数调控TC4微弧氧化膜层耐蚀性的研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240609

  摘要(45) 全文(63)

  摘要：本文采用极差分析法研究电压、脉冲频率、占空比和处理时间的共同作用对TC4钛合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响，进而探寻影响膜层耐蚀性的电参数显著性关系和最佳因素水平组合。同时结合膜层形貌和物相组成进一步探讨电参数对膜层耐蚀性的影响机制并建立回归方程，以此来实现通过电参数对微弧氧化膜层耐蚀性的调控。结果表明:占空比对膜层电化学耐蚀性影响的显著性最高，其次是脉冲频率和电压，处理时间对其影响较小。占空比和脉冲频率通过改变燃弧放电时间和熄弧冷却时间来影响膜层结构和性能，增加电压、占空比、处理时间或降低脉冲频率可使电源输出功率增加，导致膜层厚度增加、微孔孔径增大、致密度降低，膜层中Al2TiO5的生成效率更高，电化学耐蚀性能随之降低。通过相关系数法检验可知:所建立回归方程的因变量与自变量之间具有高度相关性，可以为钛合金微弧氧化膜的性能调控提供理论支持和预测方法。

• 基于单因素结合Box-Behnken法的钨酸铵蒸发结晶提纯

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240615

  摘要(41) 全文(66)

  摘要：本文采用单因素+Box-Behnken响应曲面法对钨酸铵溶液蒸发结晶法除杂工艺进行优化，以制备更高纯度的仲钨酸铵(APT)。首先，以降低APT中四种杂质（Na、K、S、Mo元素）总含量为出发点，利用单因素法初步确定结晶温度、搅拌线速度、钨酸铵溶液初始浓度的优选范围。其次，通过Box-Behnken响应曲面法对APT的蒸发结晶除杂工艺进一步优化，研究三种因素对APT中四种杂质总量的相互影响。结果表明，三种因素对四种杂质总量的影响顺序为：钨酸铵溶液初始浓度>蒸发温度>搅拌线速度；较佳工艺条件为蒸发温度94℃，搅拌线速度1.25m/s，钨酸铵溶液初始浓度73g/L。该实验条件下，制备所得APT四种杂质总含量降低至39.351ppm，与响应曲面法模型的最优预测值的相对误差仅为4.11%，APT纯度达到4N；生成的APT晶体为伴生有少量碎晶的柱状长方体形貌，层状结构明显，粒径分布均匀，晶粒细化明显。

• 增材制造难熔铌合金的新机遇：综述

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240617

  摘要(32) 全文(69)

  摘要：难熔铌合金具有其较低的密度、良好的室温塑性以及优异的高温强韧综合性能,已被应用于航天领域热端部件。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。为此,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。

• 机械合金化制备AlTiCrNiCu低密度高熵合金的BJ3DP及其烧结致密化研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240636

  摘要(28) 全文(69)

  摘要：粘结剂喷射3D打印(BJ3DP)工艺是当前的研究热点。通常,粉末床打印工艺需要球形粉末,这限制了一些熔点差较大的高熵合金粉末的制备以及打印成形。本研究主要针对非球形颗粒的BJ3DP打印-烧结行为开展研究。结果表明,采用机械合金化法制备了BCC结构的近球形AlTiCrNiCu低密度高熵合金粉末,其粒径分布为6.72~67.52μm,平均粒径为21.17μm,满足BJ3DP打印工艺要求。正交实验结果表明,当粘结剂饱和度60%、层厚120μm和铺粉速度15pps时,BJ3DP打印的生坯致密度最高(约44.7%)。生坯经过1190℃/4h烧结后,其块体的致密度达到91.6%。AlTiCrNiCu低密度高熵合金为多相结构,基体为B2相,还包括BCC、FCC和少量L2₁相。AlTiCrNiCu低密度高熵合金具有高的压缩性能,其屈服强度和抗压强度分别为约840MPa和约960MPa。该研究结果为非球形金属粉末的BJ3DP打印成形-烧结提供了思路及参考依据,进一步拓展了金属粉末BJ3DP打印成形的应用范围。

• 2A97/5A06异种铝合金搅拌摩擦对焊板不均匀组织及高温协调变形行为

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240637

  摘要(26) 全文(67)

  摘要：本文围绕2A97/5A06异种铝合金搅拌摩擦对焊板不均匀组织及高温协调变形行为开展研究。对焊后接头各区域进行微观组织观察,并对接头各区域及整体高温性能开展研究。发现焊后2A97与5A06的焊核区晶粒细小,2A97侧各区域晶粒尺寸较小且基本接近,5A06侧各区域晶粒尺寸略大且差别较明显。2A97与5A06母材在430℃、10_-3 s_-1^{条件下高温性能较好},延伸率分别达到278.8%和118.6%。接头焊核区强度和延伸率分别为18.4MPa和176.1%,均介于2A97与5A06之间,强度约为2A97母材的2倍,延伸率约为5A06母材的1.5倍,整体性能呈现出明显的叠加原理。各区域变形抗力不同,垂直焊缝拉伸时在2A97热力影响区集中变形后发生断裂,修正后流动应力略高于母材而延伸率基本接近母材。焊后各区域晶粒尺寸与流动应力符合蠕变方程规律,晶粒尺寸越细小,流动应力也会相应降低。

• 金属阴极电弧烧损机理及耐烧蚀阴极研究进展

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240643

  摘要(249) 全文(35)

  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。

• K4750合金离心和重力铸造凝固组织及室温力学性能研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240648

  摘要(20) 全文(26)

  摘要：研究了K4750高温合金重力铸造和离心铸造的凝固组织及室温力学性能,对比分析了两种工艺条件下实验合金的第二相分布、晶粒度、元素偏析、缩松缺陷分布、室温力学性能及其断口形貌。发现两种铸造工艺条件下铸态K4750合金均由γ基体相、晶内MC碳化物、细小弥散分布的晶内γ"相以及晶界MC和M23C6碳化物组成,离心铸造工艺下析出相的尺寸减小。离心铸造铸态K4750合金的平均晶粒尺寸从重力铸造下的4.52 mm减小到2.22 mm,缩松缺陷面积分数由重力铸造的1.75%减少至0.27%；重力铸造铸态K4750合金组织枝晶排列整齐,离心铸造铸态K4750合金组织枝晶发生破碎,元素微观偏析程度减轻；离心铸造制备的铸态K4750合金展现出优异的室温力学性能,其屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为632 MPa、938 MPa和11.2%。相比于重力铸造试样,其抗拉强度提高了20.6%,这主要归因于晶粒细化、析出相尺寸减小以及铸造缺陷减少的共同作用。

• 牙科植入物Zr-30Ti-xCu合金显微组织及性能研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240651

  摘要(27) 全文(27)

  摘要：锆（Zr）及其合金具有较低的弹性模量、良好的耐腐蚀性能和优异的生物相容性，近年来在牙科植入物候选材料中得到了广泛关注。本工作以Zr为基体，结合价电子浓度理论设计了成分为Zr-30Ti-xCu（x = 0、3、7，质量分数，%）的新型合金。使用SEM/EDS和TEM/EDS等表征了该合金的显微组织，通过显微硬度测试、室温拉伸实验、电化学测试、接触角测试和抗菌性能实验表征了该合金的力学性能、腐蚀行为、生物相容性与抗菌性能。结果表明：通过650 ℃/15 min淬火工艺处理后3种合金基体主要为β相，添加Cu后合金基体中析出了Zr2Cu第二相，且随着Cu含量的增加，Zr2Cu第二相数量增多。随着Cu含量的增加，维氏显微硬度提高了37%，接触角从98.49°减小至74.21°，表面润湿性提高，对于大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌表现出明显的抑制作用，且增强了合金在生理盐水中的耐腐蚀性能；3种合金均具有较低的弹性模量（67.8~78.9 GPa）和细胞毒性，但与Cu含量的关系不大。可见，Zr-30Ti-xCu合金表现出了较优异的综合性能，可为新型牙科金属植入物的选材提供理论依据和指导。

• 激光熔覆AlCoCrFeNi/WC高熵合金梯度复合涂层的组织与摩擦学性能研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240652

  摘要(54) 全文(33)

  摘要：为提高金属部件表面耐磨性，本文通过定量分析陶瓷颗粒含量对高熵合金梯度涂层微观结构演变及其力学性能增强机制的影响，利用激光熔覆技术在45# 钢基板上制备了致密且均匀的不同WC含量的AlCoCrFeNi高熵合金梯度复合涂层。实验结果表明，随着WC含量的增加，涂层的晶粒尺寸显著细化，从20.16 μm降低至7.71 μm，晶粒形状从胞状晶转变为树枝晶和等轴晶。梯度复合涂层的显微硬度提高为基材的 3倍，相较于未添加WC的高熵涂层提升了1.4倍。涂层结构主要包括体心立方相和金属碳化物，且随着WC含量的提升，相应的衍射峰强度逐渐增大。磨损性能测试结果显示，在WC含量为20%时涂层表现出最优的耐磨性能，其摩擦系数和磨损量分别是0.4680和0.16 mg，均低于平均硬度最高的WC40涂层，表明在提高涂层硬度的同时保持适当的韧性是实现涂层性能优化的关键。本研究为激光熔覆制备高熵合金涂层性能优化和推广应用提供了新思路。

• 高性能Cu-Ta复合材料研究进展与展望

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240661

  摘要(19) 全文(33)

  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。

• Mo含量对激光增材制造TC4钛合金组织与性能影响研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240669

  摘要(86) 全文(32)

  摘要：TC4钛合金因其出色的力学性能和优异的生物相容性，在航空航天及医疗器械领域具有广泛的应用。激光增材制造(LAM)是钛合金成形制造的重要手段，增材制造TC4钛合金内部存在大量的柱状晶和针状的马氏体，会导致材料性能存在各向异性、塑性降低。本研究采用添加钼(Mo)对增材制造TC4钛合金进行组织性能调控，旨在探究Mo含量对激光增材制造TC4钛合金的组织结构和性能的影响。结果表明:适量的Mo含量能有效细化晶粒，随Mo元素的添加，合金基体中逐渐析出TiAl3相，其含量随Mo含量的增加而增多，当Mo含量达到8wt.%，合金中分布着细小弥散的片层状组织，β相的含量急剧增加，晶粒细化程度和位错密度均达到最大值。随Mo含量从0增加到10wt.%，合金的抗拉强度、硬度呈先增加后降低趋势，伸长率先下降后增加，杨氏模量逐渐降低，而耐腐蚀性能呈先增加后降低趋势。当Mo含量为8wt.%，合金获得最佳的强度与塑性匹配，抗拉强度、伸长率和杨氏模量值分别为1065.6MPa、11.5%和55.4GPa，合金耐腐蚀性能有所提升。综合考虑，TC4-8Mo试样有着优良的力学性能和良好的耐腐蚀性能，具有做人体医学植入物材料的潜力。

• TC18钛合金锻造过程细晶亮带缺陷的形成机理研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240804

  摘要(17) 全文(34)

  摘要：针对TC18钛合金锻坯中的细晶亮带缺陷,本文采用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理。研究表明：TC18钛合金锻坯心部的亮带缺陷对应晶粒尺寸在100mm左右的单个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,可以有效减小和避免细晶亮带缺陷。

• 多层多道次LDED工艺参数智能决策与多目标预测

  优先出版日期:2025-04-08  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250065

  摘要(29) 全文(37)

  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。本研究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。采用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：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-反向传播网络(GB-BP)对多目标响应进行预测。与传统BP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LDED金属打印部件的形貌和质量的多目标表征。

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