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  • Thermal stability and thermo-mechanical properties of Pd20Pt20Cu20Ni20P20 high entropy metallic glass (HEMG) were investigated by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, and thermomechanical analysis. Results show that compared with other classical precious metal-based metallic glasses, Pd20Pt20Cu20Ni20P20 HEMG presents comparable performance with distinct characteristics.
  • AlCoCrFeNiMox (x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0) high entropy alloy (HEA) coatings were prepared by laser cladding method. The effect of Mo content on the microstructure, hardness, and corrosion resistance of the coatings was studied. Results show that with increasing the Mo content, the microstructure is changed from (Al, Ni)-rich body-centered cubic (bcc) phase (Mo-Cr-Fe)-rich σ phase into (Fe, Ni)-rich bcc phase (Mo-Cr-Fe)-rich σ phase (Al-Fe-Mo)-rich σ phase a little AlN (aluminum nitride). Additionally, the coating hardness (HV1) is increased from 6514.4 MPa to 10652.6 MPa. With increasing the Mo addition, the self-corrosion potential of the coating in 3.5wt% NaCl solution is also increased. The coating presents the optimal corrosion resistance at x=1.0.
  • Abstract: WC-12Co particles were deposited on polished AA7075 (7075 aluminum alloy) substrate by HVOF (high velocity oxy-fuel) spraying. The microstructure, composition and hardness of the deposits were analyzed by SEM, EDS and nanoindentation hardness tester, respectively. The deposition behavior of six types of particles in three different molten states, including non-molten, semi-molten, and molten particles, was investigated. Results show that different types of particles have great impact on the substrate, which makes the AA7075 substrate deform or causes tears. The surface morphology and cross-sectional morphology of the deposits are different from those of the original powder. The surface of the deposits exhibits certain melting characteristics, and the cross-section is relatively dense. The semi-molten particles and molten particles generate some tearing to the substrate, and have a metallurgical bonding with the substrate to form a mutual meting zone. After the deposition of the particles, a hardened layer is formed on substrate surface with a thickness about 5 μm, and there is a certain gradient change in the hardness. The hardness near the surface is 3420 MPa, which is 1.56 times higher than that of the substrate (2200 MPa). The increase in hardness is originated from two factors: the peening effect of particles at high temperature and high speed, and the work hardening caused by particle extruding substrate. Key words:HVOF;AA 7075;deposition behavior;melt;metallurgical bond;harden layer
  • Ti-6Al-4V titanium alloy plate was welded by a laser beam with self-developed titanium alloy flux-cored wire. The welded joint was solution treated at 920 °C for 1 h and aging treated at 650 °C for 2 h, and its microstructure and properties were compared with those of the as-welded joint. The results show that the heat-treated welded joint is composed of a typical tri-modal microstructure containing αp phase, αs phase colony, and αgb phase, as well as punctate distributed residue β phase. α' martensite microstructure in the as-welded joint is not found in the heat-treated joint, which makes the strength, plasticity, and toughness well balanced and maintained. The strength of the heat-treated welded joint is reduced, while elongation and impact toughness at room temperature are enhanced. The tensile fracture of the heat-treated welded joint is surrounded by massive shear lips. The dimples are deep and uniform, presenting as microvoid coalescence ductile fracture. In the as-welded joint, the proportion of large-angle grain boundaries with misorientation between grains in the weld zone greater than 15° accounts for 83.78%, and in the heat-treated welded joint, the proportion is about 90.21%. Through XRD test, it is discovered that the as-welded weld is mainly composed of α' martensite, with a small amount of extremely weak multi-angle α phase diffraction peak. In the heat-treated weld, the central angle position of α phase diffraction peak is consistent with that of α' martensite in the as-welded weld, with a sharp β phase (110) diffraction peak observed as well.
  • The ultrafine grained (UFG) 1050 aluminum alloy was prepared by equal channel angular pressing at cryogenic temperature, namely cryoECAP process. The tensile behavior and microstructures of UFG 1050 aluminum alloy after annealing at 90–210 °C for 4 h without and with high magnetic field of 12 T were investigated by tensile tests, transmission electron microscope, and electron backscattered diffraction analyses. After cryoECAP and annealing treatments, the 1050 aluminum alloy has ultrafine grains with 0.7–1.28 μm in size, the ratio of ultimate tensile strength to yield strength is less than 1.24, and the uniform elongation is less than 2.3%. With increasing the annealing temperature from 90 °C to 210 °C, the yield-drop phenomenon becomes more obvious due to the decrease in mobile dislocations to maintain the applied strain rate during tensile deformation. The uniform elongation decreases from 1.55% to 0.55%, the dislocation density reduces from 5.6×1014 m-2 to 4.2×1013 m-2, and the fraction of high-angle grain boundaries (HABs) increases from 63.8% to 70.8%. These phenomena cause the higher annihilation rate of dislocations, thereby leading to the degradation of strain hardening effect. During annealing under high magnetic field at 90–210 °C, the low fraction of HABs (61.7%–66.2%) can provide a slower annihilation rate of dislocations, therefore resulting in the higher uniform elongation (0.64%–1.60%) and slower decrease in the flow stress after the yield peak.
  • The relationship between microstructure characteristics and fatigue properties of Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (Ti6242s) alloy was investigated. According to the microstructure quantitative analysis results, the solution treatments at different temperatures have an obvious effect on the proportion and morphology of primary α-phase. The changes in microstructure characteristics slightly influence the tensile property and low-cycle fatigue property of Ti6242s alloy at room temperature, whereas the dwell fatigue life and the fatigue sensitivity index are sensitive to these changes. Additionally, it is verified that the relatively strong stress concentration and inhomogeneous micro-area plastic deformation occur in the Ti6242s alloy under dwell fatigue load. Moreover, the characteristics of small plane regions and the surrounding quasi-cleavage regions in the Ti6242s alloy under dwell fatigue load at room temperature are formed through the analysis of fatigue failure fracture morphologies. The related experiment results are in good agreement with the stress-strain distribution characterizations of microstructures of equiaxed primary α-phase and the surrounding soft phase/grain. Accordingly, the relatively low inhomogeneous micro-area plastic deformation in the alloy with equiaxed primary α-phase of low volume fraction is beneficial to reduce the probability of crack initiation and can delay crack propagation, thus improving the dwell fatigue property.
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    2024年第2期

      >钛合金
    • 韩礼红, 杨尚谕, 王建军, 雒设计, 李丹, 刘明

      2024,53(2):350-356   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230291

      摘要:对纯钛氩弧焊焊接接头在550 ℃下氧化不同时间(2,4,6,8 h)以及在不同温度(650,750,850,950 ℃)下氧化4 h的氧化动力学、氧化形态和氧化产物进行了研究。结果表明,在550 ℃下,氧化时间对焊接接头氧化行为的影响有限,而氧化温度对纯钛焊接接头的氧化行为有显著影响,且温度越高,氧化越严重。在低温下,纯钛焊接接头的氧化动力学接近准线性定律,随着温度升高,氧化速率呈指数增长。此外,焊接接头表面产生的氧化产物是具有锐钛矿和金红石结构的TiO2,温度对TiO2的类型没有明显影响。纯钛焊接接头的氧化过程可描述为:氧气在表面被吸收;氧化物优先在缺陷区形核;氧化物横向生长、增厚。在较高温度下,氧化膜中出现裂纹或空隙,成为O原子传输通道,导致O和Ti原子的高扩散速率和氧化速率。

    • 黄俊媛, 张伟

      2024,53(2):357-364   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230534

      摘要:通过1、3、5、7和9 h的热处理加工电子束制备的Ti6Al4V样品,进行Tafel和电化学阻抗谱实验,讨论样品电化学腐蚀行为及机理。通过分析腐蚀性能的变化机理,发现<111>晶向越多,小角度晶界占比越大,晶粒直径越大,耐腐蚀性能越好。热处理5 h的样品呈现最均匀的<111>晶向,小角度晶界占比最大为56.2%,晶粒截距5.252 μm,此时耐腐蚀性能最好,腐蚀电流为0.037 μA/cm2

    • 高玉社, 薛祥义, 刘向宏, 高慧贤, 王建国, 杜予晅

      2024,53(2):371-376   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230450

      摘要:研究了一种新型近β钛合金(Ti555211),该合金具有优异的塑性加工能力、高比强度以及优良的综合性能,在航天航空及化工领域上有广泛的应用。通过3×3正交试验,研究了两阶段不同处理(固溶温度、失效温服、时效时间)对Ti555211钛合金力学性能和显微组织的影响。结果表明,随着固溶温度的升高和时效温度的降低,合金强度提高。延伸率随着固溶温度的降低和时效温度的升高而增大。经820 ℃/2 h空冷和580 ℃/12 h空冷处理后,合金具有较好的强塑性,抗拉伸强度达到1333 MPa,较同类合金强度指标(1080 MPa)高出20%;延伸率为12%,较同类合金塑性指标(5%)高出140%。

    • 曹卉, 王靖淇, 周宝成, 俞兆亮, 杨文乐, 李海燕, 刘俭辉, 冯瑞成

      2024,53(2):396-408   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230292

      摘要:为探究γ/α2相界面对TiAl合金在轰击过程中的变形机制和轰击后力学性能的影响,通过分子动力学来模拟超音速微粒轰击双相TiAl合金的过程。结果表明:γ/α2不同厚度比模型的冲击变形机制不同,变形主要集中在γ相和界面处。随着γ相厚度的减小,与相界面接触的位错首先被界面处的失配位错网络吸收,然后在相界面处成核,最终穿过相界面进入α2相。冲击过程中产生的位错以Shockley位错为主,试样中形成了不完全层错四面体。冲击之后分别使用单轴拉伸模拟和纳米压痕模拟,测定了试样的强度和表面硬度。拉伸过程中相变、孪晶和层错是不同厚度比试样的主要变形机制。与其他试样相比,厚度比为1:3的双相TiAl合金在冲击后具有最高的屈服强度、硬度和弹性模量。

    • 刘晓燕, 李帅康, 杨西荣

      2024,53(2):409-416   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230015

      摘要:为研究超细晶纯钛在高温、高应变速率加载下的复杂力学行为,建立能够准确描述其动态力学行为的模型,对超细晶纯钛在温度为300~450 ℃,应变速率为2000~3000 s-1下进行了动态冲击实验,获得真应力-真应变曲线。结果表明:在所研究的条件下,真应力-真应变曲线均表现为明显的“双应力峰”特征,晶界处的位错湮灭、重新排列及后续绝热剪切带的形成是两次应力减小的主要因素,流动应力均表现出正应变速率敏感性和负温度敏感性。综合考虑应变硬化、应变速率硬化和热软化效应,提出一种修正J-C本构模型和BP人工神经网络模型,并对两种模型进行了准确性分析。结果表明BP人工神经网络模型能够更好地预测超细晶纯钛的动态力学行为,相关系数可达0.97065,平均相对误差仅为4.63%。

    • 雷小伟, 刘甲, 余巍, 陈利阳, 马照伟

      2024,53(2):417-423   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230018

      摘要:采用10mm TA5钛合金,开展了万瓦级光纤激光焊接工艺研究。焊接过程高速摄影表明,当激光功率达到3~4KW时,羽辉严重,飞溅及烟尘增加明显;不同功率焊缝截面形貌试验表明,较低焊接功率时,焊缝截面呈“楔形”,当激光功率达到6千瓦以上时焊缝截面过渡为“漏斗形”。采用激光功率为10~11KW,焊接速度为1100~1500mm/min的工艺得到成型优良的“小孔型”焊接试板,焊缝变为具有较大深宽比的典型的高能束形貌,深宽比达到2:1,对焊缝进行射线和渗透检测,满足无损检测标准要求;对焊接接头进行力学性能和工艺性能开展测试,结果表明:焊接接头强度可达800Mpa,弯曲测试能够满足标准,断口韧窝明显,为韧性断裂;金相测试显示,焊缝区截面为“束腰”形貌,柱状晶区明显,各柱状晶区有明显的竟争生长模式。焊缝区主要为锯齿状α+点状β。硬度检测显示,焊缝区相比母材硬度略有升高,热影响区硬度最低,满足钛合金接头硬度要求。

    • 陈松, 黄森森, 马英杰, 杨杰, 王倩, 梁玉, 雷家峰, 杨锐

      2024,53(2):435-448   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230021

      摘要:研究了微观组织和织构对β锻造的α + β两相钛合金镦饼旋转弯曲疲劳性能各向异性的影响,利用OM、SEM、XRD和EBSD等手段表征了镦饼不同方向及不同厚度处的显微组织以及织构分布,分析了微观组织和织构对旋转弯曲疲劳性能各向异性的影响。结果表明,合金经β锻造后,呈网篮组织特征,原始β晶粒压扁拉长,且晶界处存在再结晶晶粒;镦饼形成β相<100>//轴向的丝织构和α相<0001>//径向的织构。径向试样旋转弯曲疲劳强度优于轴向试样,这与镦饼的原始β晶粒形态和织构类型均有关,原始β晶粒的排布导致不同取向裂纹萌生的难易程度和裂纹扩展路径曲折程度不同;此外,α相和β相织构也造成不同取向在循环加载时滑移系开动难易程度不同造成疲劳强度产生差异。

    • 商国强, 张晓泳, 王新南, 李超, 甘雪萍, 朱知寿, 周科朝

      2024,53(2):529-536   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220993

      摘要:对比研究了TB17钛合金3种典型组织形态(双态组织、网篮组织和片层组织)对其高周疲劳性能的影响,并分析了高周疲劳断口形貌。结果表明:双态组织特征的TB17钛合金具有最高的强塑性匹配水平,但其疲劳寿命与应力呈双线性关系,疲劳性能并不稳定;网篮组织的强塑性稍差,但具有最高的疲劳强度和疲劳比;片层组织的疲劳强度比网篮组织略低,但其疲劳比和拉伸塑性最差。高周疲劳加载应力处于低应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样内部、单源萌生,而处于高应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样表面、多源萌生。网篮组织存在更多的二次裂纹,且疲劳条带更为清晰密集,裂纹扩展路径更曲折,在扩展时消耗的能量更多。

    • >材料科学
    • 李江涛, 罗勇进, 苏准, 赵中伟, 陈爱良, 刘旭恒, 何利华, 孙丰龙, 陈星宇

      2024,53(2):321-329   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230018

      摘要:提出了一种以水热合成的PbWO4为原料,然后通过碳热还原-碳化获得超细WC的方法。以PbWO4为钨中间产品,避免了氨氮试剂的引入;采用碳还原的方式可避免水蒸气的产生,抑制了钨粉的长大。结果表明:在初始pH为7.0、反应温度为160 ℃,反应时间为4.5 h的条件下,Na2WO4溶液中99.9%(质量分数)以上的W以PbWO4的形式回收。然后采用低温碳还原PbWO4,在C:W摩尔比为5、950 ℃的条件下还原3 h,获得了W和C的混合物,该混合物中预加富余的C有助于抑制钨粉的团聚。然后将W和C混合物高温碳化,在1200 ℃下反应6 h,获得了粒径约为60 nm的WC粉末。

    • 周安阳, 黄艳斐, 郭伟玲, 邢志国, 王海斗, 王志远, 张艳芳

      2024,53(2):330-344   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230341

      摘要:为研究不同磁场强度对镍基合金力学性能和耐磨性能的影响规律,在脉冲强磁场设备上对GH99镍基合金试样进行脉冲磁处理。通过观察显微结构,分析了GH99镍基合金的磨损机理和强化机制。结果表明:外加脉冲磁场可改善材料位错分布,减小试样表面残余应力的分散性;在磁场强度为10 T时残余压应力达到最大值(-223.45 MPa),且此时材料拉伸断口的特征主要表现为韧性断裂,脉冲磁场处理合金产生亚结构位错胞有助于发挥细晶强化作用;在0~15 T范围内,随磁场强度增大,材料表面显微硬度和耐磨性能呈现先增强后减弱的规律,在脉冲磁场作用下合金材料内部的位错发生增殖致使位错密度增大,产生类似加工硬化现象,但磁场强度过大会导致位错塞积从而造成晶胞点阵畸变严重,出现材料性能恶化。

    • 梁文会, 王雨桐, 苏鉴, 章明, 胡凤霞, 张健, 刘艳丽, 任瀚洋, 王晶, 沈保根

      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。

    • 苏金龙, 罗萃, 阮野, 邱小明, 邢飞

      2024,53(2):365-370   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230514

      摘要:采用Zn-6Sn-5Bi钎料对镀Cu/Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢进行钎焊连接,对比分析了2种镀层条件下钎焊接头的微观组织和力学性能。结果表明,对于镀Cu的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头,Cu在钎料中扩散并与Zn、Fe反应生成脆性金属间化合物,导致钎缝中出现裂纹和孔洞。与无镀层时的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头相比,接头的剪切强度由61.9 MPa降低至52.3 MPa;对于镀Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头,Ni集中分布在NdFeB一侧的界面处,并且由于Sn和Bi的扩散形成了不同的扩散层,其剪切强度提高至78.1 MPa。

    • 王有良, 梁博, 张文娟

      2024,53(2):377-385   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230405

      摘要:研究了磁性复合流体(MCF)浆料对砷化镓(GaAs)晶片表面纳米精密抛光的影响。通过混合CS羰基铁颗粒(CIPs)、Al2O3磨料颗粒、α-纤维素和磁性流体制备MCF浆料。首先,通过设计用于产生旋转磁场的MCF单元,建立了抛光装置。然后,对GaAs晶片表面进行了点抛光实验,以阐明MCF成分对不同抛光位置的表面粗糙度Ra和材料去除(MR)的影响。最后,使用含有不同直径颗粒的水基MCF浆料进行了扫描抛光实验。结果表明,在点抛光的情况下,水基和油基MCF处理后的初始表面粗糙度从954.07 nm分别降至1.02和20.06 nm。此外,MR的深度随着抛光时间的增加而线性增加。使用水基MCF的MR深度是使用油基MCF抛光的2.5倍。同时,抛光区的横截面轮廓显示出W型,这表明点抛光工件表面的MR不均匀。通过扫描抛光,抛光区的横截面轮廓显示出U型,这表明在给定的实验条件下,无论使用何种MCF,MR都是均匀的。使用含有直径为0.3 μm的磨粒的MCF能够获得Ra为0.82 nm的最光滑工作表面,同时MR速率为13.5 μm/h。

    • 李素丽, 熊杰, 高壮, 马恺悦, 吕佳文, 高扬, 杨来侠, 卢秉恒

      2024,53(2):386-395   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230303

      摘要:提出了一种针对小型金属零部件的低成本、高精度的焦耳热金属熔丝增材制造技术。在此过程中,系统温度场和热历史对于实验分析具有重要意义。本研究主要利用有限元仿真软件建立三维焦耳热金属熔丝增材制造的热-电-结构耦合有限元模型,分析了制造过程中温度场变化规律以及丝材内部和基板的温度分布和等温面形状。结果表明:焦耳热在丝材与滚轮之间产生,丝材内部在0.1 s内升温至2700 ℃,滚轮移动后,最大温度位置随着滚轮的移动而移动,丝材内部温度梯度呈拱形,基板温度梯度呈半椭球形。模拟结果的截面熔核区域与实验截面熔核区域吻合较好。因此,所建立的有限元模型能够较准确地模拟焦耳热熔丝增材制造过程温度场,对实验机理的研究和后期的进一步加工有着重要指导意义。

    • 文科, 李永坤, 周荣锋, 殷新华, 熊文韬, 刘程祥, 张亚真

      2024,53(2):424-434   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230020

      摘要:材料的组织形态直接影响零件的性能,本文采用自主研发的熔体约束诱导形核半固态制浆装置制备CuSn10半固态浆料并流变挤压成薄板,然后在350℃下轧制变形,研究变形量对微观组织和性能的影响。结果表明,随着变形量增加,变形板件内部缩松缩孔等铸造缺陷逐渐减少减小、晶粒呈现压缩拉长趋势、平均晶粒厚度从初始未变形时30.58μm到变形量ε=0.4时的22.12μm。随变形量的加大在初生相内部产生的形变孪晶数量逐渐增加。在变形量从ε=0增加到ε=0.4的过程中,CuSn10合金组织内小角度晶界占比逐渐占优,引入了大量的亚结构和位错密度。在变形量ε=0.4时,可以发现极图{110}和{111}存在[101]、[111]和[001]织构。在板材力学性能方面,板材的屈服强度、抗拉强度和硬度不断增加;但塑性呈现下降的趋势。变形量ε=0.4时,其屈服强度、抗拉强度和布氏硬度分别达到了443MPa、554MPa、194HBW,相较于初始未变形薄板其屈服强度、抗拉强度和硬度分别提高了106.1%、66.4%、41.6%,延伸率降低至0.82%。半固态CuSn10合金在变形过程中随变形量的增加强度、硬度不断提高、塑性持续降低,这主要是归功于在轧制变形过程中产生的晶粒细化和加工强化。

    • 郭不拘, 薛正铎, 张元坤, 牛子儒, 刘爱民, 李松, 雷以柱, 石忠宁

      2024,53(2):449-456   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230029

      摘要:炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB2涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本文以石墨为基体,在KF-KCl-K2TiF6-KBF4熔盐中以0.4-0.7A.cm-2电流密度、700-800℃温度电沉积TiB2涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙度测量仪及附着力测试仪对不同电流密度和温度下制备的涂层进行表征。结果表明:在石墨基体上可以得到均匀连贯的TiB2涂层;增大电流密度、降低电解温度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性;在0.6 A.cm-2、750℃最优电沉积条件下制得的TiB2涂层的厚度为229 μm,择优取向为<110>,表面粗糙度为14.85 μm,涂层与石墨基体的结合力为6.39 MPa。

    • 孙 震, 崔鋆昕, 张雄超, 周瑀杭, 陈 昊, 肖 寒

      2024,53(2):457-464   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230030

      摘要:将铸态CuSn10P1铜合金先预退火处理,随后采用冷轧等温处理应变诱导熔化激活法(CRITSIMA)制备成半固态坯料。采用金相显微镜、配置能谱仪的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和布氏硬度计,研究预退火温度对半固态铜合金坯料的组织演变及力学性能的影响。结果表明:随着预退火温度升高,半固态铜合金坯料的平均晶粒尺寸增加,晶粒形状因子和液相率均降低;随着预退火温度升高,α-Cu相中固溶更多的Sn元素,减弱了Sn元素偏析,晶间脆硬相δ相含量减少,布氏硬度逐渐减小。在半固态铜合金坯料中检测到新相Cu13.7Sn的存在,这与晶间Sn元素的高度偏析有关。600 ℃预退火2 h制备的半固态铜合金坯料显微组织晶粒均匀细小,力学性能较好,其平均晶粒尺寸为68.34μm、晶粒形状因子为0.78、α-Cu基体中Sn元素固溶度为4.21wt%,布氏硬度为128 HBW。

    • 张雨婷, 杨晶, 杨兆伦, 苗光辉, 张娜, 崔万照

      2024,53(2):465-473   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230032

      摘要:钼具有高熔点、低的热膨胀系数和极佳的稳定性,在等离子体推进和电真空器件领域具有广阔的应用前景,其二次电子发射特性也逐渐引起了研究者们的关注。本文首先对钼的二次电子发射系数(Secondary Electron Yield,SEY)和二次电子能谱(Secondary Electron Spectrum,SES)展开实验研究,其次利用相关唯象模型对测试数据进行了分析;最后建立了钼SEY的蒙特卡罗模型,用于分析功函数对SEY的影响规律。研究结果表明:钼SEY的最大值为1.77,相比镀银铝合金明显降低。当入射电子能量改变时,SES中真二次电子峰的最可几能量基本不变,而弹性背散射电子峰的位置和强度均随之改变。在各类二次电子中,真二次电子受功函数的影响最大。

    • 丁坤英, 杨翼飞, 张涛, 郭万森

      2024,53(2):474-482   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230034

      摘要:自动压铆是航空制造工业中的重要装配技术,压铆过程结束后铆孔周围产生的残余应力的分布形式与压铆结构的疲劳性能息息相关。本文使用ABAQUS软件建立了2060-T8铝锂合金壁板压铆过程的有限元模型,通过有限元分析发现了压铆后铆孔壁面上的残余应力由靠近镦头处到靠近钉头处逐渐降低的分布规律。随着压铆力由28.5kN增大至46kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板孔壁平均残余应力提高33%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升180%;铆钉材料为7050-T73的压铆壁板孔壁平均残余应力提高58%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升184%。疲劳裂纹萌生于铆接下板孔壁附近,随着压铆力由32.5kN增大至42kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升了31%~80%,铆钉材料为7050-T73的压铆壁板疲劳寿命提升6%~161%。相比于铆钉材料为7050-T73的压铆壁板,相同工艺条件下铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升12%~44%。

    • 张晨沛, 杨长江, 赵吕兴, 李灿, 李启坤, 常军

      2024,53(2):483-489   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230038

      摘要:本文采用一种快速、低成本的方法制得纳米碳材料-碳烟颗粒(CH),并通过粉末冶金和机械合金化技术制备出铅/碳烟颗粒(Pb/CH)复合阳极材料,利用纳米碳材料高比表面积和高催化活性等优点,提高铅基阳极的析氧电催化性。使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、循环伏安曲线(CV)和线性扫描伏安曲线(LSV)等测试进行表征。CH呈疏松的球链状,具有丰富的羰基和羟基功能团,是良好的电子和质子传递载体。随着CH含量增加, Pb/CH复合阳极的析氧超电位降低。Pb/1.5 wt.% CH复合阳极与纯Pb和传统Pb/0.75 wt.% Ag阳极相比,其表观交换电流密度分别提高3和2个数量级。在模拟锌电积条件下,其析氧电位低于铅银合金阳极20 mV,较纯铅阳极降低133 mV,具有优异的析氧电催化活性。

    • 周木华, 赵聪聪

      2024,53(2):490-500   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230040

      摘要:建立了将随温度变化的材料参数特性和相变潜热考虑在内,用“生死单元”技术模拟铺粉过程的钨选区激光熔化热力耦合有限元模型,模拟了选区激光熔化过程中成形件的温度场和应力场,探究了不同基板预热温度和不同支撑结构对成形件残余应力的影响。模拟结果表明,金属钨在选区激光熔化过程中经历多次加热、冷却过程,温度分布不均匀。基板预热和施加支撑结构均能减小成形件的残余应力,当基板预热温度为1273.15K时,成形件中间节点残余应力减小118.99MPa,减小幅度为9.96%;当采用四层网格支撑结构时,成形件中间节点残余应力减小413.33MPa,减小幅度为34.61%。

    • 靳晓坤, 张世超, 杜晋峰, 梁军, 宋建新, 张峥

      2024,53(2):501-508   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230041

      摘要:通过OM、SEM、TEM和显微硬度、室温冲击以及高温拉伸试验,研究了650 ℃时效不同时间后SP2215奥氏体耐热钢管的微观组织、力学性能及断裂机理。结果表明,固溶态SP2215钢微观组织由奥氏体,少量孪晶及未溶NbN和Z相组成;650 ℃时效时Cr23C6优先在奥氏体晶界析出,且随时效时间延长逐渐增多、粗化并形成连续网状;球形富Cu相在奥氏体晶内析出且尺寸稳定,时效2012 h约为15 nm;SP2215钢晶内室温显微硬度在时效50 h时基本达到最大值,之后趋于稳定,这与稳定富Cu相的析出强化作用有关;SP2215钢具有明显的高温时效脆化倾向,时效2012 h室温冲击吸收功较固溶态降低约78.5%,室温冲击断裂随时效时间延长由韧性断裂向沿晶脆性断裂转变,这是由Cr23C6在奥氏体晶界析出并逐渐聚集、粗化导致的。SP2215钢在650 ℃,2.5×10-4 s-1应变速率下拉伸时出现锯齿流变(Portevin-Le Chatelier, PLC)现象,锯齿类型为Type(A+B),随时效时间延长PLC逐渐“减弱”,但锯齿类型不变;随时效时间延长SP2215钢高温拉伸屈服强度基本保持稳定,抗拉强度和断面收缩率逐渐降低,高温拉伸断裂由韧性断裂向准解理脆性断裂转变。

    • 马德政, 范其香, 王铁钢, 张超, 于昊君

      2024,53(2):509-519   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230042

      摘要:为研究Si对简单NiAl涂层抗高温氧化性能的影响规律,改变料浆中Si/(Si+Al)比值(8wt.%、17wt.%和30wt.%),制备了三种不同Si含量的改性NiAl涂层。采用XRD、SEM、EPMA等表征方法分析了简单NiAl涂层和三种Si改性NiAl涂层氧化前后的相结构和显微组织。结果表明:四种铝化物涂层主要相均为δ-Ni2Al3和β-NiAl相。Si以CrSi2、Cr5Si3和Ni2Si硅化物的形式存在于涂层表层。在1000℃氧化500h后,简单NiAl涂层具有最大的氧化增重为1.93mg.cm-2,而Si/(Si+Al)比值为8wt.%的Si改性NiAl涂层具有最小的氧化增重。在NiAl涂层中掺杂Si可促进α-Al2O3膜的形成,通过形成硅化物减少难熔金属元素向涂层表面扩散,改善氧化膜表面质量,降低氧化速率。但是掺杂过量的Si会降低涂层表层Al含量,使涂层在氧化后期出现β相不足的问题,无法维持表面Al的选择性氧化。因此,当料浆中Si/(Si+Al)为8 wt.%,涂层表面Si含量为9.6 at.%时,涂层具有最高的抗高温氧化性能。

    • 张治国, 陈体军, 张学拯, 王延明

      2024,53(2):520-528   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230053

      摘要:本文采用粉末触变成形技术制备了由“芯-壳”结构粒子增强的A356Al复合材料,然后通过T6热处理进一步提高该复合材料的综合力学性能。研究结果表明,“芯-壳”结构增强体颗粒不仅能够提高复合材料的抗拉强度、屈服强度(增加率分别为18.0%和32.7%),而且使其(10.8%)具备与基体铝合金(11.3%)相当的塑性。在T6热处理过程中,随时效时间的延长,该复合材料的强度、硬度先增加(1-7h,即欠时效)后减小(9-12h,即过时效),在8h时达到最大值(即峰时效),此时复合材料的抗拉强度、屈服强度和硬度分别为325.4 MPa、254.4 MPa和104.0 HV,比热处理前分别提高了33.7%、74.0%和48.5%;峰时效延伸率为9.4%,与热处理前相比几乎没有下降。即经过T6热处理后,“芯-壳”结构增强体粒子能在提高复合材料强度的同时,最大程度地保留其良好的塑性。最后,通过对时效8h和12h的复合材料基体中析出相的尺寸、密度和类型的分析,对其强化机制进行了讨论。

    • 王博宇, 郭晓林, 原林, 李天来, 仇天祎, 方青龙, 王晓娟, 王琦, 刘洋

      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。

    • 张强,吴 睿,刘存芳,张海冉,郭小华,王俊宏

      2024,53(2):546-554   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230060

      摘要:纳米金作为一种常见的贵金属纳米材料,具有许多优良的物理化学性质。这些特性与纳米金的微观结构、形貌、大小尺寸有关。纳米金的结构和形貌决定性质,性质决定功能和应用。该文首先介绍了纳米金的性质和应用;并对常见的球状纳米金的合成方法进行了综述。然后,重点概述了不同功能特殊形貌的纳米金,如棒状,管状,片状,花状,海胆状,多面体和核壳型等。分别对其合成方法和应用进行了归纳总结,并对纳米金未来的发展方向进行了展望。

    • 农小嶢, 王之罕, 陈文武, 李健伟, 杨璐安, 金浩, 林鹤, 潘熙锋

      2024,53(2):555-562   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230731

      摘要:传统Ag包套与铁基超导材料具有良好的化学相容性以及塑性加工特性,但是其机械强度低;而采用复合包套来制备高强度Ba1-xKxFe2As2铁基多芯线带材是一种直接高效且成本低廉的方法。本研究选取高强度高延展性的Ag/Nb/Cu三层复合包套,从线带材包套尺寸、冷加工工艺和中间退火等方面进行优化,获得了结构稳定且易于加工的Ba1-xKxFe2As2多芯线带材。Ag/Nb/Cu复合包套Ba1-xKxFe2As2线带材的多芯孔型完整并且分布均匀,超导填充因子约为25.3-28.0%,并且具有较好的力学性能。Ba1-xKxFe2As2多芯带材的转变Tc为37.5 K,M-H曲线表明样品具有较强的内在磁通钉扎能力。在4.2 K和2 T下其传输Jc约为1.0×104 A/cm2,在10 T时传输Jc仍然保持为8.7×103 A/cm2。

    • 甄炳, 孔维俊, 高钰璧, 王兴茂, 丁雨田

      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。

    • >评述
    • 董豪鹏, 蔡定洲, 苏斌, 刘柯钊

      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。

    • 骆 琳, 沈红先, 张伦勇, 姜思达, 孙剑飞

      2024,53(2):581-592   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220995

      摘要:作为传统蒸气-压缩技术的潜在替代技术,磁制冷技术因高效、环保而备受关注。磁制冷技术基于磁性材料的磁热效应。磁热材料作为磁制冷机的关键组成部分,其性能制约着磁制冷技术的发展。在磁热材料中,Mn-Fe-P-Si合金由于具有大磁热效应、成本低和磁热性能可调控等优势,被认为是极具发展前景的室温磁制冷材料,受到研究者的广泛关注。本文主要综述了近年来国内外关于Mn-Fe-P-Si合金磁热性能及其调控的相关研究进展,为Mn-Fe-P-Si磁制冷材料的进一步研究提供参考。

    • 张剑, 郭媛媛, 张迈, 叶新玥, 刘逸, 刘禹, 侯娟

      2024,53(2):593-602   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20221002

      摘要:单晶叶片激光修复技术为航空领域节约了大量成本,该技术以增材制造工艺为基础,以期在单晶基底上通过定向凝固生长出理想的单晶结构。目前,主流的单晶叶片修复技术包括以下两类:定向能量沉积技术(Directed Energy Deposition,DED)、粉末床熔融技术(Powder Bed Fusion,PBF)。本文综述了两种主要修复技术的研究进展,总结了修复过程中工艺参数的影响及单晶生长的机理,阐明了单晶修复技术在航空领域的应用潜力。此外,本文还讨论了单晶叶片修复目前面临的主要挑战,并对其未来发展趋势进行展望。

    • 张向阳, 胡 平, 邢海瑞, 何朝军, 杨 帆, 张 文, 党晓明, 王快社

      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。

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    • 优先出版日期:2024-03-15  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。本综述希望为领域专家在热等静压控形型芯方面提供新思路,加快推动热等静压近净成形技术向复杂内腔结构零件发展。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230768

      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的加入,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20 vol.% LaB6的ZrC-SiC综合抗烧蚀性能最佳,氧乙炔烧蚀60 s,其质量和线性烧蚀率分别为0.5×10-4 g/s和2.1×10-3 mm/s。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230771

      摘要:本文研究了不同热处理温度对冷轧态Ni42W10Co1Mo合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着热处理温度的升高,合金中TCP相由σ相向μ相转变,μ相再向σ相转变,基体组织由条带状变形组织逐渐转变为均匀的等轴晶。经900℃热处理,析出相主要以针状与块状μ相析出为主,同时还有少量颗粒状μ相,发生明显再结晶现象。经1200℃热处理,颗粒状σ相大量析出,基体组织完成静态再结晶过程。TCP相的析出消耗了基体中固溶强化元素W,导致合金的室温屈服强度下降,屈服强度由初始态合金的1564MPa下降至1200℃热处理后的479MPa。小尺寸的σ相能阻碍裂纹的扩展,有利于提升合金的塑性,经1200℃热处理合金延伸率达到了72.4%。然而较大尺寸的μ相对合金的塑性产生不利影响,经900℃热处理后合金延伸率仅有7.1%。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230772

      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(SEM)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。研究结果表明,W骨架/Zr基非晶合金复合材料在压缩过程中出现了三种破坏模式,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10000 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。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230774

      摘要:高熵合金作为一种新型结构合金,有望在激光增材制造领域实现突破性应用。本文采用激光熔覆技术在38CrMoAl表面制备高熵合金涂层,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。结果表明,CoCrNi系高熵合金涂层综合性能均优于38CrMoAl基底。相较于CoCrNi和 AlCoCrFeNi合金涂层,AlCoCrFeNiSiNb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,是基材的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77.15×10-3 mm3/(N?m),比基材减少了76.3%;自腐蚀电位Ecorr=-0.3392 V,自腐蚀电流密度icorr=0.472 μA?cm-2

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230778

      摘要:为了制备出优异、经济友好的钨重合金,在1450-1510°C的烧结温度范围内,通过球磨(BM)和液相烧结(LPS)制备了93W-4.6Ni-2.4Fe(wt.%)合金。进一步研究了试样的微观结构和断裂模式。在不同烧结温度下,烧结的试样表现出相似的两相显微结构和韧性断裂模式。随着烧结温度的升高,钨颗粒尺寸也逐渐增大。当烧结温度达到或超过1480°C时,合金相对密度达到99.0%以上。确定1480°C为具有最佳抗拉强度(940 MPa)和延伸率(32.6%)组合的试样的烧结温度。在1480°C下烧结的试样具有优异的延展性,这与γ相的网络结构、韧窝的均匀分布以及两相的协同作用有关。试样的高强度归因于细化的钨颗粒尺寸和球形的钨颗粒。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230779

      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1.5~3mm的固体渗碳剂对2种传统合金炉管25Cr35NiNb+MA、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50~200h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℃、200h渗碳试验后炉管渗碳层厚度分别约2mm、1.8mm、1mm和0.7mm,平均渗碳速度分别约0.01mm/h、0.009mm/h、0.005mm/h和0.0035mm/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。本文还讨论了Cr2O3和Al2O3氧化膜对炉管抗渗碳性能的影响。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230780

      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。研发高性能ZrCo基储氢同位素合金,是实现核聚变反应堆等应用的瓶颈。近年来研究证实,纳米化可显著提高ZrCo基储氢同位素合金活化性能、吸氢动力学、抗歧化性能和循环稳定性等。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。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230782

      摘要:利用JMatPro热力学软件,研究了合金元素对新型高B镍基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、B、Al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。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230783

      摘要:本文通过放电等离子烧结(SPS)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。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230736

      摘要:传统Ni-Mn-Ga合金脆性大,虽然富Ni的Ni-Mn-Ga合金显著提升了合金的韧性,形状记忆效应却大幅度下降,而富Mn的Ni-Mn-Ga合金具有较高的马氏体相变温度、良好的热稳定性和适中的形状记忆性能。本文研究了Ni54Mn28+xGa22-x (x = 0, 4, 7, 9, 13) γ相微观结构以及合金的力、热学性能。随着Mn含量的增加,γ相开始出现,晶粒内存在“微片层包含纳米片层” 微观结构。微米片层由两变体组成,变体包含一对成 {0 1 1} 孪晶关系的纳米片层,该片层是面心四方结构。随着Mn含量的增加,压缩强度从914 MPa增加到2175 MPa,压缩应变从14 % 增加到26 %,但其形状记忆效应逐渐降低,马氏体相变温度从352 °C提高至585 °C。富Mn Ni-Mn-Ga合金层片γ相的引入对合金韧性增强虽不如富Ni合金,但合金马氏体相变温度更高。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230737

      摘要:采用整体烧结熔渗法制备了含Cu-Cr-Zr粉末夹层的CuW/CuCr整体材料,研究了Cr和Zr含量,固溶时效热处理对界面及两侧材料组织与性能的影响。研究结果表明,随着Cu-15%Cr-X%Zr夹层中Zr元素的增加,整体材料CuCr侧共晶相增多, CuCr端导电率有所下降;硬度呈先升高后降低的变化趋势。同时Zr元素的添加促进了Cr元素向W中扩散。制备了含不同成分夹层的整体材料拉伸试棒,测试其界面抗拉强度并分析了断口形貌。发现夹层中Zr含量在0.5%时,整体材料界面抗拉强度达到最大值517MPa,与未添加Zr的含Cu-15%Cr夹层的CuW/CuCr整体材料相比提高了18%,拉伸断口中Cu相撕裂棱变浅变短,W颗粒发生解理断裂的数量增多,表明Cu/W相界面和CuCr端强度均得到了提高。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230739

      摘要:已有相关实验表明少量Al元素添加能提高合金的伸长率且不会明显降低Fe-Ga合金的磁致伸缩应变。此外,由于Al价格低于Ga,采用Al替代部分(Fe73Ga27)99.8Tb0.2合金中的Ga,还可以降低生产成本。通过真空电弧炉制备(Fe73Ga27-xAlx)99.8Tb0.2(x=0,1,2,3,4,5)合金,研究Al添加对合金的微观结构、磁性能和力学性能的影响。结果显示,合金的相结构仍为A2相和Tb2Fe17相,其金相组织由胞状晶和柱状树枝晶组织组成。合金的晶格常数降低、(100)取向性增强以及晶界处的Tb2Fe17相对磁致伸缩性能有显著影响。合金的断口形貌为沿晶脆性断裂和解理断裂,产生断裂的原因包括Tb和Al元素偏析。 (Fe73Ga24Al3)99.8Tb0.2合金的平行磁致伸缩应变(λ)最高达到104 ppm。值得注意的是相比(Fe73Ga27)99.8Tb0.2合金,(Fe73Ga25Al1)99.8Tb0.2合金的λ提高了18.3%,伸长率提高了53.4%,并且(Fe73Ga26Al1)99.8Tb0.2合金兼具高饱和磁化强度(Ms)、低剩余磁化强度(Mr)和矫顽力(Hc)等特性,在实际生产中可以降低生产成本;但该合金的抗拉强度和维氏硬度有所下降。因此,研究Al元素添加对Fe-Ga合金的微观机理对开发Fe-Ga合金器件仍具有重要意义。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230740

      摘要:本文以离心干燥制备含镧钼酸铵为原料,将其焙解为含镧三氧化钼。通过XRD和TG-MS对含镧钼酸铵在空气中的热分解过程进行了分析,并研究了不同焙解温度制备含镧三氧化钼的形貌及理化性能。结果表明,含镧钼酸铵为非晶态、中空近球形颗粒,在热分解过程中经历了3个阶段:室温至196.5℃,离心干燥粉发生从非晶态到晶态的转变;196.5~337.8℃,铵根离子完全分解,有亚稳态β-MoO3生成;337.8~410.1℃,β-MoO3发生相变生成α-MoO3。含镧三氧化钼“遗传”了离心干燥粉形貌,为近球形,随着焙解温度升高,颗粒表面越粗糙,破碎颗粒增多,内部小颗粒由不规则的粘结颗粒向规则的片状转变。焙解温度对含镧三氧化钼杂质元素含量影响不大,但随着温度升高,含镧三氧化钼的粒度和松装密度稍有减小。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230742

      摘要:为提升立式离心铸造大型钛合金铸件冶金质量,本文采用模流分析方法探讨了直线形和螺旋形横浇道浇注系统对熔体充型流态的影响。结果表明,传统直线形横浇道中存在熔体贴壁分布的现象,且缩小浇道截面尺寸无法避免横浇道空腔吸气区的形成,此外横浇道内出现熔体堆积和反流,充型铸件型腔的熔体呈射流态。基于达朗贝尔原理分析了熔体质点在横浇道二维平面内的运动行为,揭示了质点运动轨迹与直线形横浇道结构不匹配是上述问题的主要原因。进一步探讨了离心转速和质点初速度对轨迹线形状特征的影响,提出了适用于大型环状钛合金铸件的螺旋形横浇道浇注系统设计方法,模流分析结果验证了螺旋形横浇道可有效地减少吸气和湍流倾向,平衡铸件充型流场并形成自下而上的充型次序。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230745

      摘要:采用液固复合工艺制备铜钛复合材料,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试方法研究了复合界面Cu、Ti元素的扩散行为。结果表明:在铜/钛复合的过程中,晶界是扩散的主要通道。除了部分Cu4Ti相在Cu基体上形成外,扩散溶解层其余的化合物相都在Ti基体上生成。铜钛复合界面上形成的化合物相有Cu4Ti、Cu3Ti2、CuTi、CuTi2。其中,Cu3Ti2相以“锯齿状”状方式生长,CuTi相以“竹笋状”状方式生长,CuTi2相以“平面状”方式生长。扩散溶解层的硬度值明显高于两种纯组元的硬度值。经Miedema模型验证,界面相析出先后顺序为CuTi、Cu3Ti2、CuTi2、Cu4Ti。铜与钛的液固复合是铜在钛基体中的扩散和钛在铜液中的溶解共同作用的结果。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230757

      摘要:本文通过乙基纤维素(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。本研究通过扫描电镜、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0.5 wt.%时,复合材料的磨损率和摩擦系数最低,分别为7.8×10-4 mm3/Nm和0.417,磨损率较基体材料(10.9×10-4 mm3/Nm)降低了28.4%。GPNs/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。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230758

      摘要:在 400°C 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。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两种合金表面的硬质层。同时,它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得更紧密。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。

    • 优先出版日期:2024-03-15  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。本文对未来新一代ATF涂层技术的研发和应用具有理论指导意义。

    • 优先出版日期:2024-03-15  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230766

      摘要:钨及其合金具有高熔点、高密度和优异的抗等离子体溅射侵蚀能力等优点,尤其是在高温服役环境下,还具有优异的综合力学性能,是航空航天、武器装备、核工程等不可或缺的关键材料。但在极端高温服役环境下钨合金面临强化相尺度大、分布不均,导致钨合金高温强韧性不足的问题。为解决上述难题,国内外学者开展了钨合金的强韧性研究,通过调控材料成分与组织结构提高钨合金的力学性能。本文主要从形变强化、固溶强化和弥散强化三个方面阐述钨合金的组织调控与强韧化机制,并对钨合金的未来发展趋势与未解决的问题进行展望。

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