2025年第7期

>2025核材料

• 辐照后U-10Mo燃料裂变气泡的等效固体力学本构模型

  李勇, 严峰, 张静, 臧丽叶, 丁淑蓉

  2025,54(7):1653-1660   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240640

  摘要(0) HTML(2) PDF(2.36 M)( 0)

  摘要：辐照后的核燃料裂变气泡存在内压，导致周围的燃料骨架内部产生应力。为了计算含压裂变气泡所引起的辐照后核燃料的微观力学场，本研究基于修正的范德华方程，考虑气泡的表面张力效应，建立并验证了裂变气泡的等效固体力学本构模型。将裂变气泡等效为固体，建立了含随机分布裂变气泡的辐照U-10Mo燃料的有限元模型，基于所发展的等效固体力学本构模型、算法及程序，对辐照后燃料的单轴拉伸试验过程进行了有限元模拟，获得了微观力学场的分布及演化结果。根据均匀化理论，获得了辐照U-10Mo燃料的宏观弹性常数，并研究了气泡压力、气泡尺寸和孔隙率对宏观弹性常数的影响。结果表明，相邻的裂变气泡之间存在力学相互作用，导致周围骨架产生局部应力集中。辐照后U-10Mo燃料的宏观弹性常数随宏观孔隙率的增加而减小，两者之间的定量关系可以采用Mori-Tanaka模型描述。气泡压力和尺寸对宏观弹性常数的影响可以忽略。

• 纳米ZrC增强WNiFe合金的微观结构及性能

  杨润, 王慧, 刘瑞, 吴学邦, 王先平, 方前锋, 刘长松

  2025,54(7):1661-1670   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240635

  摘要(1) HTML(1) PDF(5.19 M)( 2)

  摘要：分别通过放电等离子烧结和旋锻制备了纳米ZrC颗粒强化的93W-4.9Ni-2.1Fe合金。结果表明，少量纳米ZrC颗粒的添加可以细化晶粒并提高WNiFe合金的硬度，但会阻碍烧结过程中γ-(Ni,Fe)相的形成。因此，放电等离子体烧结的WNiFe和WNiFe-ZrC合金在室温下是脆性的。而采用无压液相烧结和旋锻制备的WNiFe及WNiFe-0.5ZrC（wt%）合金具有室温塑性。在400 ℃时，旋锻WNiFe-0.5ZrC的抗拉伸强度和延伸率均高于WNiFe合金。纳米颗粒在W晶粒和γ-(Ni,Fe)相中分布，能够钉扎位错和晶界，显著提高合金强度。旋锻WNiFe-0.5ZrC的室温热导率仅为71 W·m^-1·K^-1，但在800 ℃时增加到约100 W·m^-1·K^-1，与纯W的热导率（121 W·m^-1·K^-1）相近，具有用于聚变堆的面向等离子体材料的潜力。

• Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金热变形行为及加工图

  李宇力, 李豪, 陈秋羽, 周宣, 马天洋, 孙涛涛

  2025,54(7):1671-1677   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240519

  摘要(0) HTML(1) PDF(2.98 M)( 0)

  摘要：通过Gleeble3800单轴热压缩实验，研究了感应淬火态Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金锻棒在600–900 ℃温度范围内和应变速率为0.001– 1 s^-1范围内的热变形特性。结果表明：在感应淬火态Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金锻棒的真应力-真应变曲线中，流变应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小。且该材料的热变形特性可以采用双曲正弦本构方程来描述，在本实验条件下，该合金的平均热激活能 Q=412.9105 kJ/mol。热加工图和热压缩后样品的微观组织分析表明，在600–900 ℃的温度范围和0.001–1 s^-1的应变速率范围内，该合金的最佳热加工参数为795–900 ℃，0.001–0.0068 s^-1。

• Ar⁺辐照对Zr-4合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

  席金涛, 辛勇, 周明扬, 徐诗彤, 胡丽娟, 谢耀平, 李志康, 姚美意, 周邦新

  2025,54(7):1741-1754   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240771

  摘要(0) HTML(2) PDF(23.10 M)( 0)

  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。

• Ar⁺辐照对Zr-Sn-Nb合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

  胡丽娟, 强媛媛, 周明扬, 辛勇, 顾志远, 石进, 谢耀平, 徐诗彤, 姚美意, 周邦新

  2025,54(7):1755-1767   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240737

  摘要(0) HTML(1) PDF(19.94 M)( 0)

  摘要：辐照会导致锆合金基体和氧化膜中产生大量缺陷，从而促进O^2-和腐蚀介质的迁移扩散，加速锆合金的腐蚀。为了研究辐照对Zr-Sn-Nb合金的影响，以5.1×10¹⁵ ions/cm²的辐照注量将Ar⁺注入合金中，对原始样品和辐照后样品分别在360 ℃/18.6 MPa/3.5 μL/L Li + 1000 μL/L B的水溶液中（碱性水质）和400 ℃/10.3 MPa水蒸汽中（中性水质）进行腐蚀，采用XRD、SEM和TEM表征手段对其显微组织进行分析，研究Ar⁺辐照对Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金在不同腐蚀环境中耐腐蚀性能的影响。结果表明：辐照会导致第二相粒子非晶化，其中hcp-Zr（Fe, Nb）₂第二相比bcc-β-Nb第二相更易形成非晶态，且第二相非晶化的同时伴随着元素扩散现象，并在第二相氧化过程中与氧化膜晶格失配，产生由第二相顶部向两侧扩展的裂纹；300 d内，在3.5 μL/L Li + 1000 μL/L B的水溶液中，5 dpa的Ar离子辐照损伤剂量对Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金的耐蚀性影响不大；而在400 ℃/10.3 MPa水蒸汽中，辐照过程产生应力弛豫作用，导致缺陷减少，进而使得氧化膜内氧扩散减缓令腐蚀进程减慢，因此辐照对锆合金的耐腐蚀性能有一定的改善作用。

• 轧制化学气相沉积钨的抗瞬态高热负荷性能研究

  赵天宇, 文攀, 封范, 王建豹, 练友运, 刘翔, 谭成文, 唐军, 都娟

  2025,54(7):1768-1776   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240715

  摘要(0) HTML(1) PDF(10.07 M)( 0)

  摘要：核聚变反应堆中的高热负荷时刻威胁着面向等离子体材料的服役安全，开发能够对抗瞬态热冲击的新型钨材料对加速聚变能源的应用进程至关重要。本研究突破了传统的粉末冶金制坯后热加工的商业钨材制备流程，提出了一种创新工艺：首先采用化学气相沉积（CVD）技术制坯，然后进行交叉轧制，旨在制备性能更优越的钨材料。对不同轧制变形率的新型钨材及传统钨材进行了微观结构、热导率、力学性能和电子束热冲击等全面的测试。结果表明：低轧制变形率的钨存在 <100>∥ND织构，具备较高的热导率。同时，该材料晶粒间小角度晶界的比例高达78.8%，能够在高温区获得较好的综合力学性能。良好的导热和力学性能使得其抗瞬态热冲击开裂阈值为0.44~0.55 GW/m²，远超传统材料。

• 基于速率理论的压水堆UO₂燃料裂变气体辐照肿胀模型研究

  周毅, 刘振海, 肖忠, 刘仕超, 王浩煜, 辛勇, 孙丹, 曾未, 于俊崇

  2025,54(7):1777-1784   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240711

  摘要(1) HTML(2) PDF(1.05 M)( 0)

  摘要：压水堆UO₂燃料裂变气体导致的辐照肿胀会促使燃料-包壳接触、降低燃料热导率，是影响燃料元件性能的关键行为。基于速率理论，针对不同的燃耗范围，建立了裂变气体辐照肿胀模型。模型首先提出了低燃耗下晶内气体、晶界气体和点缺陷的控制方程，然后给出了高燃耗下考虑晶粒细化的晶内气体控制方程、晶界气孔非平衡态长大控制方程，并建立聚合粗化模型。在此基础上，采用COMSOL软件实现控制方程的求解。采用试验数据进行了模型初步验证，模型预测的气泡尺寸、气孔率与试验结果符合较好。

• Si含量对铌稳定化奥氏体不锈钢微观组织和力学性能的影响

  刘涌涛, 陈胜虎, 姜海昌, 戎利建

  2025,54(7):1785-1795   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240642

  摘要(0) HTML(2) PDF(14.84 M)( 1)

  摘要：采用OM、SEM和TEM等方法研究了Si含量在0.076%~3.80%（质量分数）范围内对固溶态铌稳定化奥氏体不锈钢微观组织、拉伸性能与冲击韧性的影响。结果表明，Si含量变化对晶粒尺寸和初生NbC的影响较小，3.80% Si促进了δ-铁素体的形成。3种钢的变形机制为位错平面滑移，滑移带内较高的局部塑性应变诱发了马氏体相变，Si含量的增加促进了位错平面滑移，滑移带内的局部塑性应变减小，导致块状马氏体向细小板条状的转变。Si添加对抗拉强度的提升作用是由于位错平面滑移和形变诱发马氏体引起的二次应变硬化，但初生NbC/奥氏体界面处形成二次裂纹的概率增大造成了延伸率的降低。Si含量的增加降低了冲击韧性，滑移带间距减小可增加孔洞形核位置，造成裂纹萌生功的降低，与此同时，马氏体/奥氏体界面数量的增加导致裂纹扩展功的降低。

• Ti-5331合金中位错与氦致缺陷的相互作用

  周梅, 石云梅, 吴珍, 余瑶, 王茜茜, 朱特, 万明攀, 曹兴忠, 陈雨, 马瑞

  2025,54(7):1796-1801   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240641

  摘要(0) HTML(1) PDF(2.10 M)( 0)

  摘要：采用正电子湮灭谱学（PAS）、透射电子显微镜（TEM）、掠入射X射线衍射（GIXRD）等技术研究了不同程度冷轧变形（0%，10%，25%）的Ti-5331合金中位错和氦致缺陷的相互作用，以及氦在合金中滞留行为。结果表明，Ti-5331合金中变形产生的位错阻碍注入的氦原子向往合金内部扩散，同时辐照在合金产生大量空位型缺陷与氦原子形成氦空位复合体，最后演化为氦泡；变形后Ti-5331合金的内层辐照损伤低于表层辐照损伤。另外，变形量为0%、10%和25%合金的氦脱附量分别为1.576×10¹⁵、1.894×10¹⁵和2.171×10¹⁵ ions/cm²，表明形变量越大，合金中氦滞留量越多。

• 失水事故工况自主化新型锆合金包壳高温热-机械行为特性试验研究

  郭晓明, 钱立波, 罗跃建

  2025,54(7):1802-1809   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240727

  摘要(0) HTML(1) PDF(4.76 M)( 0)

  摘要：针对自主化新型锆合金包壳开展了失水事故工况高温热-机械行为特性试验，包括高温氧化、高温塑性变形、高温爆破以及脆化失效等，获得了自主化锆合金包壳失水事故关键行为特性。自主化新型锆合金包壳高温氧化试验结果表明，在氧化温度高于1000 ℃工况下，自主化锆合金包壳高温氧化速率与ZIRLO、M5及Zr-4包壳相当，且可采用Cathcart-Pawel氧化模型估算；自主化新型锆合金包壳高温塑性变形试验和高温爆破试验结果表明，自主化锆合金包壳高温爆破温度略低于高温塑性变形爆破温度，自主化新型锆合金包壳高温爆破应变显著低于M5及Zr-4包壳，这大大降低了失水事故过程中燃料组件阻塞率，有利于缓解失水事故后果；自主化新型锆合金包壳脆化失效试验结果表明，自主化锆合金包壳脆化失效准则满足“峰值包壳温度≤1204 ℃并且最大包壳氧化率≤17%”要求。

• 裂变碎片Xe对Zr弹性模量影响的多尺度模拟研究

  孙志鹏, 彭丹珉, 张自康, 刘桂森, 江林丰, 李垣明, 唐传宝, 沈耀

  2025,54(7):1810-1816   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240229

  摘要(1) HTML(2) PDF(1.30 M)( 0)

  摘要：基于第一性原理和相场方法，结合弹性自洽理论，开展了裂变碎片Xe对Zr弹性模量影响的多尺度模拟研究工作，揭示了裂变碎片元素和辐照空洞对Zr弹性模量的影响规律，发现固溶在Zr基体中的裂变碎片Xe会降低弹性模量，而辐照空洞对弹性模量降幅的影响较小。同时，建立了弹性模量（E）随辐照损伤剂量（D）和温度变化（T）的定量关系模型，即。本工作为辐照后锆合金力学性能精细化分析奠定了技术基础。

• Y对Fe13Cr5Al合金高温蒸汽氧化行为的影响

  张文怀, 姚美意, 王皓瑜, 王绍瀚, 胡丽娟, 徐诗彤, 谢耀平

  2025,54(7):1817-1827   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240278

  摘要(1) HTML(1) PDF(6.54 M)( 0)

  摘要：利用真空非自耗电弧炉熔炼了Fe13Cr5AlxY（x=0，0.3，wt%）合金，采用带蒸汽发生器的热重分析仪研究了2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观察分析腐蚀前后样品的显微组织、晶体结构和成分。结果表明：添加Y可以细化FeCrAl合金晶粒，并形成了球状或椭球状的hcp-Al₃Fe₁₄Y₂第二相。Fe13Cr5AlxY合金在1000和1200 ℃高温蒸汽中恒温氧化2 h时，氧化动力学曲线均遵循抛物线规律，添加Y可以降低FeCrAl合金的氧化增重速率。2种合金氧化膜主要由α-Al₂O₃组成，氧化膜外侧还存在少量Fe氧化物。0.3Y合金中的Al₃Fe₁₄Y₂第二相嵌入氧化膜中后发生了氧化，形成了YAlO₃，Fe₂O₃和Fe(Cr, Al)₂O₄的氧化物。0Y合金表面氧化膜呈脊状凸起，1200 ℃氧化时，氧化膜与基体发生剥离；0.3Y合金表面氧化膜较平整，与基体结合力较好。可见，添加Y可以抑制脊状氧化膜的形成，降低合金的氧化增重速率，从而提高合金的抗高温蒸汽氧化性能。

• 人工智能在核燃料及材料领域的应用现状和发展趋势

  张涛, 焦拥军, 刘振海, 邱玺, 向羿龙, 黄好越, 兰峋, 辛勇, 李垣明

  2025,54(7):1882-1894   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240695

  摘要(1) HTML(2) PDF(982.07 K)( 0)

  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。

• 高效固态中子慢化材料研究进展

  管婧宇, 申腾, 刘国明, 贺楷, 江小川, 齐安舟, 董浩

  2025,54(7):1895-1905   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240633

  摘要(0) HTML(6) PDF(1.56 M)( 1)

  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。

>钛合金

• MgF₂辅助铝热还原法制备Ti-Al合金

  田臻赟, 陈梁彬, 宋晶晶, 康嘉龙, 毛红霞, 邱贵宝

  2025,54(7):1678-1686   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240346

  摘要(0) HTML(1) PDF(3.08 M)( 1)

  摘要：通过添加CaO和MgF₂作为助熔剂，采用铝热还原TiO₂的方法制备了Ti-Al合金。研究了MgF₂含量对渣金分离、合金微观结构、成分、相构成、整体合金产率以及TiO₂的铝热还原过程的影响。结果表明，MgF₂能够增强合金与渣的分离，并促进合金基体内TiAl相的形成。然而，MgF₂的过量添加会减少铝液与渣之间的界面张力，导致大量铝的损耗。这不利于合金的还原与渣金分离，增加了合金中氧化物和夹杂物的含量，严重降低了合金的回收率。同时，合金的相也从TiAl转变为Ti₃Al。在MgF₂含量为10wt%时，可以实现最佳的合金-渣分离和合金完整性。在这一助熔剂比例下进行的动力学分析确定了Al-TiO₂-CaO-MgF₂体系的活化能为409.729 kJ/mol，反应级数为n=0.38。

• TC21合金等温定容放氢动力学及特性

  袁宝国, 栾海波, 万伟, 田翔, 陈牧, 陈帅, 苏纯绅

  2025,54(7):1697-1705   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240289

  摘要(0) HTML(0) PDF(3.79 M)( 0)

  摘要：使用定容法研究了TC21合金放氢的动力学及特性、剩余氢含量和激活能。结果表明，放氢温度和初始氢压影响TC21合金的放氢特性。当氢化TC21合金在700~940 ℃温度范围内放氢时，放氢过程主要由形核长大过程（kt=[-ln(1-α)]^2/3）、化学反应过程（kt= (1-α)^-1/2）和三维扩散过程（kt=[1-(1-α)^1/3]^1/2）控制。当氢化TC21合金放氢时，各过程的速率常数之间存在以下关系：k（化学反应过程）> k（形核长大过程）> k（三维扩散过程）。氢化TC21合金放氢后的剩余氢含量随着放氢温度的升高而逐渐减少，随着初始氢压的升高而逐渐增加。TC21合金在放氢过程中的激活能约为26.663 kJ/mol。

• 热变形对亚稳态β钛合金α相析出及力学性能的影响

  高慧贤, 邵珊, 李芹芹, 李玉泽, 王玺玉, 雷强, 王涛, 罗文忠, 刘向宏, 冯勇

  2025,54(7):1706-1716   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240316

  摘要(2) HTML(2) PDF(5.21 M)( 1)

  摘要：研究了热变形对TB18钛合金后续热处理过程中α相析出以及力学性能的影响。结果表明：通过双相区锻造工艺获得的圆棒，在其横截面上表现出均匀的成分分布。然而由于锻造工艺的特点，在横截面不同位置的变形程度不同。在锻造状态下，显微组织主要由β相基体和粗大不连续的初生α相组成。经过固溶处理和人工时效后，粗大初生α相消失，针状次生α相在基体中弥散析出。此外，时效后的样品中观察到分散的白色区域，经分析为次生α相未析出区域。尽管锻造后各个区域的成分分布均匀，但在锻造变形较小的位置，白色区域的含量更高，尺寸明显更大。这表明锻造变形不足抑制二次α相的析出，最终导致热处理强化效果降低。因此，与锻造工艺过程特征一致，样品沿着锻造圆棒的圆周方向，强度呈现周期性变化。

• 热处理对激光选区熔化成形高温钛合金组织与力学性能影响

  刘意, 蔡雨升, 姜沐池, 杨兴远, 任德春, 吉海宾, 雷家峰

  2025,54(7):1828-1837   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240099

  摘要(0) HTML(0) PDF(6.26 M)( 0)

  摘要：采用激光选区熔化成形成形技术制备了高温钛合金试样，利用OM、SEM、XRD和力学拉伸等研究热处理制度对成形高温钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：经过固溶热处理后，成形合金内亚稳态的针状马氏体α′转变为α相和β相；随着固溶温度的提高α相的长宽比减小，晶界和相界发生断裂，部分α相由板条状断裂成短棒状或等轴状。成形合金的抗拉和屈服强度随热处理温度的升高逐渐下降，而延伸率逐渐提升。与固溶态相比，时效热处理后的合金组织内出现第二相，合金的室温抗拉和屈服强度明显提高，而延伸率下降。时效温度对合金的室温和高温拉伸性能影响不大，经945 ℃/2 h/AC、700 ℃/8 h/AC的固溶加时效热处理后，成形合金具有较好的综合力学性能。

• 中高温“硬核-强界面”的高强韧耐磨钛合金制备与研究

  李娟, 刘畅, 王璐, 李洞亭, 周立玉, 刘颖

  2025,54(7):1838-1846   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240108

  摘要(0) HTML(1) PDF(5.02 M)( 0)

  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。

>材料科学

• 高密度W-Zr-Ti活性合金的动态力学行为、能量释放特性及断裂失效机制

  祁宇轩, 毛亮, 李佩滢, 刘桂涛, 田龙年, 姜春兰

  2025,54(7):1687-1696   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240338

  摘要(1) HTML(3) PDF(4.10 M)( 0)

  摘要：利用粉末冶金工艺制备了一种高密度钨锆钛（W-Zr-Ti）活性合金，其具有密度高、强度大和能量释放强的优点，兼具优异的动能侵彻和反应释能效应。利用动态冲击试验发现该合金具有应变率强化效应，并通过数字图像处理技术和热化学分析研究了其能量释放特性。结果表明，在5784 s^-1应变率下，W-Zr-Ti活性合金的材料抗压强度高达2.25 GPa，其在961 K左右发生点火放热反应。基于爆炸测试及冲击波理论，发现材料冲击压力和冲击能量阈值分别小于35.77 GPa和5.18×10⁴ kJ/m²。此外，揭示了材料断裂行为和失效模式的转变机制，其导致了材料强度及反应程度在动态加载下的显著提高。

• 超声喷丸对6061-T6铝合金表面完整性及抗腐蚀性能的影响

  李坤, 温腾飞, 李少龙, 王成

  2025,54(7):1717-1726   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240334

  摘要(1) HTML(0) PDF(4.07 M)( 1)

  摘要：通过表面形貌、显微硬度、X射线衍射及静态接触角等实验研究了超声喷丸（USP）对6061-T6铝合金的表面完整性及抗腐蚀性能的变化。结果表明，USP后材料表面晶粒尺寸减小了43%，残余压应力有增大趋势，粗糙度与硬度分别增加了约211.1%和35%，静态接触角先增大再略微降低。采取称重、扫描电镜及能谱分析等手段对循环盐雾加速腐蚀实验后的试样进行了研究。结果显示，USP可以将腐蚀速率降低41.2%。建立了USP材料表面腐蚀机理模型，讨论了USP提高材料抗腐蚀性能的机理，引入残余应力、晶粒细化、晶界增多、硬度增加以及静态接触角增大是材料抗腐蚀性能提升的主要因素，粗糙度增加则弱化了表面的抗腐蚀性能。

• 石墨烯对WC-Co-GPLs硬质合金中WC晶粒尺寸的细化及机理

  李萌, 魏栋, 胡慧璇, 吴卫国, 钟思思, 弓满锋, 张程煜

  2025,54(7):1727-1732   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240318

  摘要(1) HTML(1) PDF(1.67 M)( 0)

  摘要：研究了石墨烯（GPLs）对低压烧结制备的WC-Co-GPLs硬质合金WC晶粒尺寸的影响。通过表征WC晶粒尺寸和相分布等微观组织，探讨了GPLs对WC晶粒细化的作用。结果表明，GPLs的加入使WC晶粒细化明显且WC晶粒尺寸分布更加均匀。当GPLs含量由0增加到0.10wt%时，WC在硬质合金中的平均晶粒尺寸为0.39 μm，比WC-Co中的WC晶粒的平均晶粒尺寸降低了32%；WC晶粒的形状并未受到影响，而Co的平均自由程随之减小。微结构表征发现GPLs在WC/WC和WC/Co晶界间均匀分布，这阻碍了WC在液相Co中的溶解和析出过程，同时也阻碍了WC晶粒的迁移和生长。此外，GPLs可以作为材料中的传热板，可提高材料的冷却效率从而抑制WC晶粒生长。

• DZ125镍基高温合金高温蠕变期间的组织演化及变形机制

  李永湘, 田宁, 张萍, 张顺科, 闫化锦, 赵国旗

  2025,54(7):1733-1740   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240279

  摘要(0) HTML(0) PDF(1.61 M)( 0)

  摘要：通过对DZ125合金进行蠕变性能测试及组织形貌观察，研究了DZ125合金在高温蠕变条件下的组织演化及变形机制。结果表明，在高温蠕变初期，首先在γ基体通道中运动的两组不同Burgers矢量的混合位错相遇发生反应形成γ'/γ两相界面四边形位错网，γ'相形成筏状组织是在位错网形成之后，随着蠕变的进行，四边形位错网逐渐转变为六边形和类四边形位错网。稳态蠕变期间合金的变形机制是大量位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ'相。蠕变后期，位错可在位错网破损处剪切进入筏状γ'相，剪切进入筏状γ'相的位错发生交替滑移使筏状γ/γ'两相扭曲、折断，致使筏状γ/γ'两相界面发生微孔聚集，形成微裂纹，随着蠕变的继续进行微裂纹不断扩展，直至蠕变断裂，是合金在高温蠕变后期的损伤与断裂机制。

• Mg-Zn-Gd铸造镁合金凝固组织及准晶相调控研究

  王春辉, 杨光昱, 秦贺, 阚志勇

  2025,54(7):1847-1856   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240112

  摘要(2) HTML(0) PDF(5.24 M)( 0)

  摘要：利用Thermo-Calc软件计算了Mg-xZn-2Gd（x=0~12, wt%）合金的平衡凝固和Scheil凝固路径，研究了冷却速率和合金成分对准晶I相含量的影响规律。结果表明，Zn/Gd原子比6.0的合金平衡凝固组织中仅包含准晶I相，而在非平衡凝固时因固相中的溶质扩散受限，W相难以转变为I相，形成W相与I相混合的组织。冷却速率和合金成分的变化均会通过影响初生相α-Mg凝固过程中液相的溶质富集速率，改变次生相结晶时残余液相的溶质含量和温度，并通过影响凝固驱动力来影响次生相的类型及含量。Mg-Zn-Gd铸造合金制备时，提高凝固冷却速率和增加Zn/Gd原子比均会抑制W相并促进I相的形成，获得具有更高准晶I相含量的合金。

• 粒度对冷压烧结钒酸锶块体电导率的影响

  陈建波, 杨晓娇, 杨泞嘉, 牛奕博, 欧阳林峰, 刘颖

  2025,54(7):1857-1863   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240114

  摘要(0) HTML(0) PDF(7.74 M)( 0)

  摘要：以溶胶-凝胶法结合氢还原制备的公斤级微纳米钒酸锶（SrVO₃）粉末为原料，采用不同目数筛网（未筛粉、100目、200目和300目）筛分后，通过冷压烧结制备SrVO₃块体。研究了SrVO₃粉末和块体材料在空气下的热稳定性，探讨了粒度筛分对其原料粒度及分布、块体晶粒尺寸及电导率的影响。结果表明：SrVO₃块体在空气中的热稳定性优于SrVO₃粉末，发生氧化增重的温度由粉末的335 ℃提高至块体的430 ℃；随着粒度筛分目数的增加，原料粉末的平均粒径减小，粉末电导率增大，对应的冷压烧结块体的电导率也明显提高。粒度筛分可获得粒度更小、更均匀的粉末原料，使冷压烧结制备的块体更致密，为材料中电荷的传导建立更多的有效路径，制备的SrVO₃块体电导率达20 000 S/cm，比未筛粉制备的块体提高了37%。粒度筛分本质上是原料粒度的优化，进一步细化SrVO₃粉末粒度，可望获得更高性能的块体材料，为其在透明导电薄膜、半导体器件、传感器等领域的应用奠定基础。

• GH4169合金扩散连接界面区热变形特性研究

  徐勤思, 张洺川, 刘意, 蔡雨升, 牟义强, 任德春, 吉海宾, 雷家峰

  2025,54(7):1864-1872   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240118

  摘要(1) HTML(0) PDF(4.01 M)( 0)

  摘要：采用Gleeble 3800热机械模拟实验机对GH4169合金扩散连接区进行热压缩试验，在变形温度为1213~1333 K和应变速率为0.01~10 s^-1的范围内，研究了GH4169合金扩散连接区的热变形行为。结果表明，通过热变形可以有效消除GH4169合金扩散界面的“连接线”。扩散连接界面区的δ相演化情况受变形条件的影响。变形温度低于δ相的溶解温度时，残存球化的δ相阻碍再结晶形核晶粒的长大，影响后续再结晶过程，降低应变速率可以促进δ相的球化程度；变形温度高于δ相的溶解温度时，δ相溶解为再结晶提供额外的驱动力，再结晶程度显著提升。采用基于应变补偿的双曲正弦型Arrhenius本构方描述GH4169合金扩散连接区流变应力与变形条件间的关系，本构方程的计算值与实验值吻合较好。根据GH4169合金扩散连接区的动态模型构建热加工图，确定了最佳加工参数范围为：变形温度为1310~1333 K、应变速率为0.01~0.05 s^-1。

• Hf微合金化对K4800镍基高温合金氧化行为的影响

  卢建强, 王琳琳, 欧美琼, 侯坤磊, 王旻, 王平, 马颖澈

  2025,54(7):1873-1881   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240125

  摘要(0) HTML(1) PDF(6.65 M)( 1)

  摘要：研究了Hf微合金化对K4800镍基高温合金高温氧化行为的影响。结果表明，K4800和K4800+0.25Hf 2种实验合金在800、850 ℃空气环境下恒温静态氧化过程中，氧化动力学曲线均符合抛物线规律，但是K4800+0.25Hf合金氧化初期的速率（800 ℃/20 h为0.026 g/m²·h，850 ℃/20 h为0.061 g/m²·h）低于K4800合金（800 ℃/20 h为0.041 g/m²·h，850 ℃/20 h为0.066 g/m²·h）。2种实验合金的氧化层均由外氧化层与内氧化层构成，外氧化层以致密的Cr₂O₃为主，并会在Cr₂O₃外氧化层表面形成少量块状TiO₂，内氧化层主要包含树根状分布的Al₂O₃。但随着合金中Hf含量从0wt%增加到0.25wt%，800 ℃静态氧化1000 h后Cr₂O₃外氧化层平均厚度从2.71 μm减小到2.17 μm，850 ℃静态氧化1000 h后从5.83 μm减小到4.09 μm。EPMA分析结果表明，Hf使K4800合金内氧化层晶界形成HfO₂，促使Al₂O₃在HfO₂周围形成并加速Al₂O₃的生长，晶界的Al₂O₃和HfO₂有利于降低Cr³⁺向外扩散速率，延缓了Cr₂O₃氧化层厚度增加。因此，微量Hf添加有助于提高K4800合金的抗氧化性能。

• 电化学合成和纯化制备稀有金属醇盐研究进展

  杨声海, 李依波, 夏新兵, 陈永明, 赖延清, 田忠良, 黄良才, 王长红

  2025,54(7):1906-1916   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240129

  摘要(0) HTML(1) PDF(7.20 M)( 0)

  摘要：稀有金属醇盐，作为半导体芯片栅介质材料的关键前驱体，尤其涉及稀有金属如锆、铪、钽和铌的氧化物，在高科技领域内扮演着重要角色。尽管传统的卤化物合成法制备醇盐已被广泛应用，但其存在流程繁琐、产率低下等缺点；而电化学合成法因其流程简单、产率高等优势而受到瞩目，相比传统工艺可获得更高的利润，提高了相关企业的经济效益。本文综述了课题组近20年来在锆、铪、钽、铌醇盐的电化学合成过程中电极反应机制、工艺参数的确定以及产品的物化性能，旨在推动稀有金属醇盐电合成技术的优化进程，给相关需求企业提供坚实的技术支撑，进一步加速产学研用的一体化快速发展。

优先出版

• Inconel 718高温合金服役涡轮盘一次碳化物的稳定性及影响

  优先出版日期:2025-06-19  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250173

  摘要(30) 全文(33)

  摘要：以某型号客机累积服役时间约60000 h的Inconel 718（GH4169）涡轮盘为研究对象，系统的研究了长时间服役后涡轮盘内不同位置下微观组织的演变情况。利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、萃取相分析、夹杂物扫描仪和纳米压痕等方法对其组织演变行为进行了详细表征。结果表明，在长期服役后，涡轮盘内主要强化相γ"和γ"未发生显著变化。但是，基体内弥散分布的一次MC碳化物沉淀相，自涡轮盘心部至边缘位置其数量、大小和形貌均明显失稳。合金内部一次MC碳化物含量由0.166 wt.%降低至0.106 wt.%，其形貌由规整的块状逐渐向不规则的近圆形状转变。同时涡轮盘内发生元素重新分布行为，碳化物的回溶使Nb、Ti、C元素扩散进入基体，导致碳化物的纳米硬度降低而碳化物附近基体内纳米硬度略微上升。因此，在Inconel 718 合金涡轮盘实际服役过程中，不同于传统认知中的一次碳化物具有极高的稳定性这一观点，合金内一次MC碳化物会发生缓慢的回溶现象。而碳化物的失稳以及回溶后部分碳化物形成元素扩散进入基体中的行为，会对合金长期服役的综合力学性能产生“扰动”。

• 热处理对TC4-0.55Fe钛合金管材力学性能的影响

  优先出版日期:2025-06-19  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250219

  摘要(25) 全文(19)

  摘要：面对苛刻复杂的油气资源开采环境，亟需探索出具有高强韧服役性能的钛合金油井管材。本文以斜轧穿孔(RP)TC4-0.55Fe钛合金无缝管为研究对象，通过固溶时效工艺调控微观组织，对其进行室温拉伸和-20 ℃冲击性能测试，结合SEM、XRD、TEM等分析组织演变对力学性能的影响。结果表明，RP试样的变形魏氏组织在两相区固溶时效(STA910)后，αC尺寸和αL平均晶粒厚度显著增大，组织取向性和均匀性也显著增强。RP试样的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为904 MPa、793 MPa和14.2%，在-20 ℃冲击功与冲击韧性值分别达到66.2 J和82.7 J/cm2。两相区固溶时效后，STA910试样的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别升高到984 MPa、904 MPa和16.2%，-20 ℃冲击功和冲击韧性略有下降，但仍然保持在52.8 J和66.2 J/cm2。STA910试样通过固溶时效析出αS和ω相增加了α/β界面，增大位错滑移和运动阻力的同时改善了合金元素的偏析现象，达到了晶界强化和固溶强化的双重效果，从而同时提高了合金的强度和塑性。另一方面，所有状态的TC4-0.55Fe合金均表现出优异的冲击韧性，合金的断裂方式以韧性断裂和穿晶断裂为主， α相晶粒尺寸的粗化和β相稳定性的下降及βt中αS和ω相析出的综合影响导致了合金冲击性能的下降。

• 多孔CoCrNi中熵合金的动态力学行为及其低温力学性能研究

  优先出版日期:2025-06-13  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250166

  摘要(34) 全文(42)

  摘要：通过粉末烧结-溶解法制备了孔隙率60.6% -78.1%、孔径1.8 -2.4mm的多孔CoCrNi中熵合金,其孔隙分布均匀且冶金结合良好。动态压缩试验结果表明,该材料具有显著应变率强化效应,且500 s_-1^{应变率下抗冲击性能最优}；屈服强度随应变率从200 s_-1^增加到800 s_-1^而提升了52.8%(22.9 MPa到35.0 MPa),动态屈服强度较准静态屈服强度提高25%,能量吸收值达35.4 ~14.5 MJ/m₃⁽较准静态提升6.6% ~14.0%),最大理想吸能效率接近0.9。同时,在低温(-100℃)条件下,弹性模量和平台应力较室温分别提升2.4% ~10.5%和2.5% ~9.8%,能量吸收值达41.3 ~15.2 MJ/m₃^,为泡沫镁合金2倍,最大理想吸能效率保持0.8。综上,多孔CoCrNi中熵合金兼具动态强化与低温强化特性,具有良好的能量吸收能力与高理想吸能效率,在实际工况与极端环境领域展现出显著的应用潜力。

• 气体调控对EIGA制备镍基和钛合金粉末特性的影响

  优先出版日期:2025-06-13  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250198

  摘要(27) 全文(54)

  摘要：电极感应熔炼气雾化（Electrode induction melting gas atomization, EIGA）作为无坩埚制粉技术，是超纯净金属粉末制备的关键方法。本文以镍基高温合金FGH96和钛合金TC4为对象，通过雾化试验与粉末特性表征，研究了雾化压力与气体温度对粉末粒度、粒形及空心粉含量的影响。结果表明，在气体温度25 ℃条件下，随着雾化压力从2.5 MPa升至4.0 MPa，粉末中值粒径D50由96.3 μm减小至75.5 μm，球形度在3.5 MPa时达到最大值0.9805，粉末体积孔隙率也呈现先升后降变化规律。雾化压力4.0 MPa下，气体温度升至100 ℃后，粉末进一步细化，FGH96和TC4粉末的D50分别降至63.8 μm和86.0 μm，且高温合金粉末细化更为显著。高温合金粉末球形度基本保持稳定，钛合金粉末球形度小幅升高，粉末体积孔隙率小幅增加。由于不同合金熔体的粘度、表面张力和密度差异，导致粒度、粒形等粉末特性呈现不同的变化规律。本研究为不同类型合金粉末制备工艺的定制化提供了理论依据。

• 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(90) 全文(159)

  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(42) 全文(153)

  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。

• 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(59) 全文(237)

  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(93) 全文(254)

  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%。

• 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(130) 全文(230)

  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(110) 全文(257)

  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(108) 全文(220)

  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(96) 全文(239)

  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(293) 全文(224)

  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(96) 全文(184)

  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(103) 全文(142)

  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(89) 全文(228)

  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(63) 全文(292)

  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(180) 全文(78)

  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(96) 全文(262)

  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(106) 全文(115)

  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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