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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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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。
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摘要：对镍基单晶高温合金在530 ℃的低周疲劳裂纹萌生行为进行研究。结果表明：在530 ℃、应变比0.05时，疲劳裂纹的萌生行为与最大应变的变化关系密切。在最大应变为2.0%时，疲劳裂纹在试样表面的驻留滑移带位置萌生，且萌生平面位于｛111｝滑移面，萌生位置未见缺陷。当最大应变低于1.6%时，裂纹萌生于试样亚表面或内部的铸造疏松位置，且铸造疏松位于垂直轴向力的｛100｝滑移面。裂纹沿｛100｝滑移面萌生后经小阶段扩展后再沿不同｛111｝滑移面进行扩展。随最大应变减小，裂纹萌生位置逐渐由表面向内部转变。裂纹萌生区存在沿断口表面向内部延伸的二次裂纹，且二次裂纹附近存在明显应力集中。在裂纹萌生区的断口表面附近位错密度较高，大量位错切入γ'相。断口表面存在50~100 nm的氧化层，Ni、Al、Cr和Co元素存在向表面氧化层的偏析行为。
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摘要：在激光增材制造过程中，镍基高温合金存在裂纹和微孔等缺陷，阻碍其在各领域应用。将热等静压（HIP）与传统热处理（HT）相结合，以获得缺陷少且性能理想的激光粉末床熔融（LPBF）镍基高温合金零件。结果表明，HIP工艺提高致密度，传统HT改善显微缺陷并提高力学性能。经HIP处理后，LPBF试样缺陷体积分数下降，经HT处理后，HIP+HT缺陷含量略有上升。经后处理后，硬度呈下降趋势，室温下，HIP+HT试样的抗拉伸强度和断后伸长率分别提高到1326 MPa和21.3%。
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2024,53(9):2546-2554 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230453
摘要：采用热控凝固工艺来制备等轴晶镍基高温合金能有效降低疏松冶金缺陷。本文针对1360℃、1380℃、1400℃和1420℃四种不同浇注温度对K417G合金的组织结构和力学性能进行研究。结果表明，随着浇注温度的升高，疏松含量显著降低，γ′相尺寸及面积分数略微的上升，其次(γ+γ′)共晶含量有稍许增加，而MC碳化物没有明显变化。浇注温度为1360℃的整体力学性能明显偏低，900℃，10-3s-1的抗拉强度和延伸率分别仅为656MPa和4.2%，760℃/645MPa持久寿命仅有18h。在1380℃-1420℃时，900℃，10-3s-1拉伸性能的差异相对较小，平均的抗拉强度及延伸率分别为761MPa和5.7%，而760℃/645MPa的持久性能随温度升高有下降的趋势，1380℃、1400℃和1420℃的持久寿命分别为88h、80h和74h。
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2024,53(9):2555-2564 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230456
摘要：采用真空感应（VIM）+电渣重熔（ESR ）+真空自耗（VAR）三联冶炼制备的GH4710合金铸锭经挤压获得棒材。在Gleeble1500试验机上开展等温压缩实验，研究了三联铸锭挤压态GH4710合金在温度1050~1150 ℃，应变速率0.01~5 s-1条件下的热变形行为。结果表明，应力应变曲线具有明显的动态再结晶特征，且应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而明显减小。基于应力应变曲线，建立了合金动态再结晶临界应变模型，同时建立了考虑应变影响的Arrhenius本构模型来精确描述合金应力、应变速率和温度的依赖关系。最后以动态材料模型为基础构建了合金热加工图，结合显微组织分析，明确了合金流变失稳特征为不均匀显微组织，确定了合金最佳锻造工艺参数范围为1050 ℃≤T≤1100 ℃、0.01 s-1≤ ≤0.1 s-1。
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2024,53(9):2614-2623 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230474
摘要：本工作通过小实验件获取合金亚固溶和过固溶热处理温度范围和组织性能变化规律；通过测温实验验证仿真模拟的热边界条件；提出了一种基于实验和有限元分析方法设计盘轴一体化镍基粉末高温合金涡轮盘热处理工艺的方法。采用该方法制定并施行的热处理工艺成功制备出大尺寸双性能涡轮盘,其不同部位的显微组织和机械性能得到了验证。
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曾权, 王克鲁, 鲁世强, 鲁翠媛, 李鑫, 周潼, 汪增强
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%。
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温红宁, 金俊松, 章一丁, 龚攀, 王新云, 陈俊志, 马向东, 郭建政
2024,53(9):2633-2641 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230479
摘要：本研究通过对有限元模拟软件进行二次开发并嵌入所建立的微观组织演变模型,实现了FGH4113A镍基粉末高温合金涡轮盘锻造过程的宏微观耦合数值模拟。通过单因素实验方法,分析了坯料温度、模具温度、坯料高径比和应变速率对涡轮盘锻后平均晶粒尺寸及其分布的影响。基于响应面法,建立了工艺参数与微观组织之间的映射关系模型。以盘件锻后平均晶粒尺寸和标准偏差为微观组织优化目标,进行涡轮盘工艺参数的多目标优化,得到最优工艺参数为：坯料温度为1097℃左右、模具温度为976℃左右、坯料高径比为2.4、应变速率为0.021s-1。在优化后的参数条件下进行数值模拟和工艺实验以验证优化结果的可靠性,结果表明所优化的工艺参数可以同时细化涡轮盘的平均晶粒尺寸并提高其组织均匀性。本研究可以为高性能航空发动机涡轮盘生产过程中的工艺制定提供借鉴和参考。
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摘要：钛合金的高温阻燃性能是制约其在航空发动机中应用的重要因素，而激光点火法能够精确反映钛合金在局部加热时的阻燃性能。在Ti-6Al与Ti-48Al的温度场研究中，通过钛合金激光点火实验表征了温度场演化特性，同时在微观瞬态机制分析中引入了分子动力学（MD）模拟与JMatPro计算等方法。结果表明：在激光连续照射下，Ti-Al系合金表面首先形成熔池，熔池温度场从中心到边缘呈正态分布。当中心温度达到起燃临界点时，产生扩展燃烧，扩展燃烧路径沿气流方向推进。与Ti-6Al相比，Ti-48Al合金在激光烧蚀下的阻燃性能更高。这是由于Ti-48Al具有更高的传热性能，导致光斑温度场边界附近的热集中效应减弱，因此需要增加氧分压，降低合金起燃点，才能在同等激光热源下达到Ti-48Al合金的起燃边界条件。另外在扩展燃烧路径方面，MD模型显示试件存在边界热集中效应，这揭示了除气流方向之外的另一种扩展燃烧路径影响机制，即激光光斑产生的热量传导至临近边界时中断，在边界附近产生热量集中，因此燃烧路径亦倾向于沿该方向扩展。
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摘要：针对钛合金叶片叶根区域铣削纹理难去除、抛光工具与工件易干涉等问题，提出弹性磁力小工具头抛光工艺，实现叶片叶根区域的光整加工。采用有限元软件 ANSYS Maxwell 仿真不同磁极极向排布对磁场分布状态的影响，比较了弹性和非弹性磁极载体对磁力小工具头抛光叶片叶根的效果；通过正交实验法优化了弹性磁力小工具头抛光叶片叶根的工艺参数。结果表明：与非弹性磁性抛光工具相比，采用聚氨酯作为磁极载体的弹性磁力工具可以有效提高被抛光工件的表面质量。采用最佳加工参数（主轴转速=900 r/min、进给速度=6 mm/min、加工间隙=1.5 mm以及磨料粒径=10~14 μm）对叶片进行抛光实验，叶片叶根处原有的铣削加工纹理被有效去除，表面粗糙度由抛光前的0.95 μm降至0.12 μm。验证了弹性磁力小工具头抛光工艺对实现高质量钛合金叶片叶根表面光整加工的可行性。
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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。
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劳振宏, 张浩宇, 王圣元, 程军, 谭兵, 周舸, 张思倩, 陈立佳
摘要：为了研究新型亚稳β钛合金Ti-5.5Cr-5Al-4Mo-3Nb-2Zr的微观组织与拉伸性能之间的关系，设计了一种可以在β基体中析出不同尺寸α相的ABFCA热处理工艺（在α+β相区进行固溶处理，然后随炉冷却，最后进行时效处理）。这种热处理工艺获得的微观组织由初生α相（αp）、亚微米级棒状α相（αr）和次生α相（αs）组成。结果表明，具有多尺寸α相的合金具有较高的强度和极好的塑性。当合金的极限抗拉伸强度为1125.4 MPa时，合金的断后伸长率可以达到18.3%。建立了合金强度与α相之间的关系，即合金的强度与α相的宽度以及平均间距的?1/2次幂成线性关系，尺寸和相间距较小的αs相通过对位错滑移的阻碍作用使合金的强度大大提高。透射电子显微镜观察表明，在α/β界面上存在大量的位错塞积，而且在拉伸变形之后的αp相内发现了大量的形变孪晶。当位错滑移受到阻碍时，在应力集中处萌发孪晶，而孪晶又可以启动一些难以滑移的位错，同时塑性应变在αp、αr、αs相和β基体中均匀分布，使得合金的塑性有较大提升。
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2024,53(9):2503-2512 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230567
摘要：为提高选区激光熔化Ti-6Al-4V合金的低周疲劳性能,利用OM、SEM、TEM、室温拉伸及低周疲劳试验研究了热处理对选区激光熔化Ti-6Al-4V合金组织及性能的影响。结果表明,沉积态组织表现为外延生长的β柱状晶及晶内呈一定取向关系的针状马氏体α",经退火后α"发生分解转变为网篮编织状的α+β,经循环热处理后板条α发生球化,组织由等轴α、板条α和残余β构成。经热处理后,退火态低周疲劳性能达到锻件的87%以上,循环热处理态达到锻件的90%以上。
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2024,53(9):2513-2523 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240178
摘要：β凝固γ-TiAl合金虽具有比传统γ-TiAl更高的强度指标和服役温度,但是目前关于这类合金的摩擦学性能和磨损机理仍缺乏系统深入的认识。本文以40CrMo钢为参照,研究了β凝固的Ti-44Al-3Mn-0.4Mo-0.4W(原子比,简称TMMW)合金在不同载荷下的干摩擦学行为。结果表明：TMMW和40CrMo钢的摩擦系数数值差异明显,且随着载荷变化呈现出不同规律；TMMW合金摩擦系数表现为先增加后保持相对稳定,而40CrMo钢的摩擦系数随着载荷的增加持续上升；随着载荷由2 N增加至10 N,TMMW合金比40CrMo钢具有更强的抗磨性,载荷为10 N时磨损率由6.97×10-3 mm3/(N·m)降低至1.88×10-4 mm3/(N·m)。TMMW合金的磨损机制以磨粒磨损为主,并伴随一些黏着磨损、磨粒磨损引起的塑性变形,而40CrMo钢以黏着磨损为主,伴随一定的氧化磨损和磨粒磨损。TMMW合金中相的硬度大小顺序为：βo＞α2＞γ,在室温干摩擦条下,βo相的耐磨性应较α2、γ相更佳。高载荷下(5~10 N),摩擦升温后,合金中存在的βo相自身软化,使得合金在对磨时容易发生塑性变形,进而确保摩擦系数数值保持相对稳定。
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赵小花, 王凯旋, 王锦程, 楼美琪, 王阳阳, 刘鹏, 刘向宏
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。
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潘朝阳, 刘宗德, 申越, 路鑫杰, 毛洁, 王鑫宇, 李家璇
摘要：采用高速激光熔覆技术制备了4种Ni-xCr合金熔覆层（x=20、40、60和80，质量分数），研究了不同Cr含量的Ni-Cr合金熔覆层的显微组织与耐磨性能的关系。结果表明，4种Ni-Cr合金熔覆层的组织均为网状枝晶结构。其中，Ni-20Cr和Ni-40Cr为单相的 γ-(Ni, Cr)固溶体，其磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损。随着Cr含量的增加，Ni-60Cr和Ni-80Cr为γ-(Ni, Cr)相和Cr相，且存在富Cr沉淀物，磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损。适度增加Cr含量可以提高Ni-Cr合金熔覆层的硬度和耐磨性。然而，过量添加Cr会导致富Cr沉淀物的析出。这些沉淀物的硬度为2430.4 MPa，低于Ni-60Cr基体（4024.86 MPa）和Ni-80Cr基体（7022.68 MPa）的硬度。富Cr沉淀物与熔覆层基体之间存在硬度过渡区，裂纹极易在过渡区萌生并扩展，造成深层剥落，不利于熔覆层的耐磨性能。Ni-80Cr的硬度最高，但其Cr含量过高导致表面存在大量的贯穿性裂纹和较多的富Cr沉淀物，最终表现出最差的耐磨性能。Ni-60Cr拥有较高硬度和致密的微观结构，因此表现出最好的耐磨性能。
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王嘉晖, 赵新宝, 岳全召, 尤方杰, 夏万顺, 谷月峰, 张泽
摘要：介绍了超离心状态下固体中沉降过程的最新进展以及未来应用前景，主要涉及高温超速离心设备、互溶体系以及化合物材料中的超重力固态相变。近90%的固态超速离心实验是在世界第一台（熊本大学）与第二台（日本原子能研究所）高温超速离心机上，以500 ℃以下的温度与106 g的最大离心加速度条件运行。强大的超重力场和温度场诱导材料中出现原子级梯度结构、晶粒生长与细化以及空位聚集等现象，并产生了新的物相结构与特性。浙江大学建造了一种实验温度高达1200 ℃的新型悬臂式高温超速离心机，为模拟高温合金在航空发动机运行环境中的合金成分、微观结构和性能演变提供了设备基础。
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蒋龙飞, 龚天乐, 李鹏泽, 张少瑜, 陈滨掖, 朱云暄, 王冰, 朱绪飞
摘要：多孔阳极氧化物的形成机理至今仍不清楚。研究者倾向于用物理模型来解释它们的生长机理，很少报道电极电位对阳极氧化的影响，因为阳极氧化电压远远高于电极电位。创新性地引入电极电位理论、氧气气泡模型以及离子电流和电子电流理论来解释3种金属（Ti、Zr和Fe）在低电压下多孔阳极氧化物的生长机理。以Ti在0.5%（质量分数）NH4F水溶液中的阳极氧化为例，计算了电极电位，解释了在低电压下多孔阳极氧化物的形貌。结果表明，多孔阳极氧化物的生长由离子电流和电子电流的比值决定。阳极氧化过程中的金属分为2类：一类是容易形成致密氧化层的金属，另一类是容易导致氧气析出的金属。相应的，电解液也被分为2类：容易形成致密氧化层的电解液和容易导致氧气析出的电解液。
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2024,53(9):2493-2502 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240092
摘要：为探究纵波轧制(longitudinal wave rolling (LR))对AZ31B镁合金微观取向的影响,本文对AZ31B镁合金板材400 ℃/20 min和450℃/20 min热处理后,利用振幅0.35 mm,周期4 mm的纵波波纹轧辊和平轧辊进行了波-平和平-平两道次轧制。借助EBSD分析了轧制后板材波谷、波腰及波峰处的晶粒度及取向。分析结果表明：板材热处理后,基面织构强度和平均晶粒尺寸均降低,其中450℃/20min热处理后基面织构强度下降显著,但其平均晶粒尺寸增加；400℃/20min+LR后板材的平均晶粒尺寸显著降低,波峰和波谷处的基面织构强度较热处理试样增强,波腰基面织构强度几乎不变,然而因波峰和波谷大量晶粒分别沿RD的相反方向发生了偏转,故整体宏观织构强度显著降低；二道次轧制后,400℃/20min+LFR后波峰和波谷处的基面织构强度较400℃/20min+LR后对应位置显著降低,而波腰强度显著增强,同时各处平均晶粒尺寸进一步降低。400℃/20min+FFR后相比400℃/20min+LFR,其基面织构强度弱于波腰而强于波峰和波谷处。故400℃下LFR后板材与FFR后板材的整体基面织构强度接近。450℃/20min+FFR后板材相比400℃/20min+FFR后板材,其基面织构强度显著降低,{0001}<11-20>类型织构占比更低,同时平均晶粒尺寸增大。
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2024,53(9):2524-2534 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230406
摘要：在使用连续驱动摩擦焊焊接铝钢接头时,由于其焊接端面具有绕轴旋转的特点,焊接时会出现线速度沿半径方向不均的现象,使得焊接摩擦扭矩及产热不均匀,同时因为铝钢间的溶解度较低,这导致接头界面会出现厚度不均匀的铝钢金属间化合物,影响接头整体力学性能。冷喷涂沉积Si中间层可以与铝、钢达到良好的结合,减少硬脆Fe-Al金属间化合物的产生,形成性能良好的Fe-Al-Si 金属间化合物,改变接头结合方式。本文采用冷喷涂法将Si粉末沉积到Q235钢棒端面形成约20μm厚的中间层,使用连续驱动摩擦焊与1060铝棒进行焊接。对比分析Si中间层的添加对接头焊接过程中的摩擦扭矩、焊接温度,以及接头力学性能、界面IMCs的形貌及性质的影响。结果表明：Si中间层的添加减小了铝/钢界面的摩擦系数,降低了焊接接头摩擦扭矩及峰值温度,进而使得金属间化合物层的厚度降低；界面形貌呈犬牙交错状,接头出现了机械嵌合,增加了接触面积；金属间化合物主要成分Fe2Al5和Fe3Al被力学性能较好的Al2Fe2Si3、Al0.5Fe3Si0.5所替代；接头各位置弯曲角度平均提高59°,其韧性明显增强,力学性能的不均匀性降低。
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2024,53(9):2535-2545 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230448
摘要：本文研究了Zr和Cr元素掺杂对Cu互连薄膜的结构及性能的影响。利用直流磁控溅射技术在SiO2/Si衬底上沉积了Cu、Cu(Zr)、Cu(Cr)、Cu(ZrCr)四种薄膜,并在400℃-800℃的不同温度下对薄膜真空退火1h。通过扫描电子显微(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和四探针法对不同薄膜的表面形貌、微观结构与电学性能进行测试分析。结果表明, Zr或Cr单元素掺杂均能在一定程度上提高Cu互连薄膜的热稳定性。Zr或Cr元素的析出阻止了Cu膜与Si基底的互扩散以及晶粒的长大和团聚,使薄膜层保持良好的性能,经700℃真空退火后,Cu(Zr)和Cu(Cr)薄膜的电阻率小于10μΩ?cm(纯Cu薄膜为74.70μΩ?cm)；Zr和Cr元素共掺杂进一步提升Cu互连薄膜的热稳定性,同时保持较低的电阻率和互连可靠性,尤其经800℃退火后,合金薄膜的电阻率低至3.23μΩ?cm(纯Cu薄膜为103.50μΩ?cm)。
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章勋亮, 张聪惠, 朱文光, 宋慷慨, 蒲娇, 宋国栋, 周宣, 周军
2024,53(9):2571-2579 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230458
摘要：在α+β两相区高温区(750~850℃)对热轧态Zr-2.5Nb合金板材进行加热,保温不同时间(1~10h),随后以不同方式冷却至室温,研究热处理工艺参数对合金微观组织类型、显微组织特征(相含量、晶粒尺寸等)及力学性能的影响。结果表明,与水冷的发生的切变型相变相比,空冷和炉冷均发生扩散型转变,其中空冷过程中β相内部析出纳米级板条状αs相,形成双态组织；炉冷过程中αp相直接消耗β相长大,形成等轴组织。随着热处理温度的升高和保温时间的延长,空冷双态组织中αp相含量逐渐减小,βtrans相连续性增强,αs相片层宽度增大；炉冷等轴组织中αp相含量基本保持不变、平均晶粒尺寸增加,残余β相连续性增强。与炉冷等轴组织相比,空冷双态组织中纳米级αs相使合金具有更高的强度、αp相保证了良好的塑性,降低热处理温度、减少保温时间可使双态组织合金获得优异的强塑性匹配。
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王浩琦, 华青松, 欧伊翔, 付薇, 郑威龙, 侯莉, 王连才, 曾心苗, 李飞强, 徐云飞, 曹季东, 曲观书
2024,53(9):2580-2587 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230459
摘要：目的 研究沉积离子能量对沉积在氢燃料电池金属双极板表面的TiC/a-C:H涂层导电性和耐腐蚀性能影响。方法 通过磁过滤真空阴极弧沉积技术以Ti靶为Ti源,通入乙炔气体在-100~-500 V基体负偏压下于SS 304不锈钢和单晶硅表面沉积了厚度为0.52~1.05 μm的TiC/a-C:H复合涂层,研究分析了涂层的微观结构、涂层成分、相结构、耐腐蚀性能和导电性能的变化规律。结果 在-100~-500 V基体负偏压下沉积的TiC/a-C:H复合涂层均呈现致密的低缺陷特征,涂层为非晶碳包覆的nc-TiC纳米晶所构建的纳米晶/非晶复合结构,随着负偏压增大,涂层中纳米晶尺寸从3.3 nm增至7.9 nm。最优的nc-TiC/a-C:H涂层(负偏压-100 V)在模拟氢燃料电池腐蚀环境(80℃, 0.5 mol/L H2SO4+2 ppm HF 水溶液)下实现了0.0525 μA/cm2的超低腐蚀电流密度,在1.4 MPa的压紧力下实现了1.49 mΩ/cm2的极低ICR值。结论 采用磁过滤真空阴极弧沉积法制备的nc-TiC/a-C:H涂层可以在宽的负偏压范围内有效提高SS 304不锈钢双极板的耐腐蚀和导电性,满足DOE 2025目标对氢燃料电池双极板的性能需求,该工作为大规模制备高性能金属双极板涂层开辟了一条新途径。
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刘子枫, 解志文, 宁礼奎, 肖传民, 刘恩泽, 谭政, 佟健, 李海英, 王增睿, 徐忻垚, 郑志
2024,53(9):2588-2595 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230463
摘要：为了研究P在超级铁素体不锈钢中的作用，基于S44660钢成分，调整了P的质量分数，控制P含量分别为0.004%、0.009%、0.033%以及0.055%四种试验钢，研究了P的含量变化对铸造S44660超级铁素体不锈钢组织与力学性能的影响。结果表明:在P含量为0.004%、0.009%和0.033%时，P含量增加可以扩大S44660超级铁素体不锈钢的结晶温度范围（ΔT），减小晶粒尺寸并提升等轴晶率，但当P含量为0.055%时，晶粒尺寸反而增大，等轴晶率下降；适量的P可以提高材料的室温拉伸性能以及硬度；P对材料冲击韧性具有双重作用，一方面P对晶粒有细化作用，进而提升材料的冲击吸收功，另一方面，过量的P会促使其在晶界处偏聚，进而影响材料的韧性。
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2024,53(9):2596-2603 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230467
摘要：从微观组织和磁性能方面研究了Fe含量对NdFe10.25TiNb0.25/Xwt.%α-Fe永磁合金的影响。合金铸锭均是由α-Fe相、1:12相和富Nd相组成,Fe含量增加,α-Fe相含量增加,1:12相含量减少。合金薄带晶粒尺寸随着Fe含量的增加而逐渐减小,并产生Fe2Ti相,Fe2Ti相和富 Nd 相含量随着Fe含量的增加而逐渐减少。当X≥15时,合金薄带只有1:12相和α-Fe相,平均晶粒尺寸减小到60 nm以下。渗氮后平均晶粒尺寸减小15%~20%,磁性能得到明显改善。X=15时,得到的氮化合金薄带磁性能较佳,矫顽力为1010 Oe,饱和磁化强度为130.7 emu/g,比X=0时矫顽力提高了25%,饱和磁化强度提高了12%。粘结后最大磁能积先下降后升高，X=15时最高，达到了4.03 MGOe，相比于X=0时的2.88 MGOe，增幅达到了40%。X=15时的氮化合金薄带高温结构稳定性较好，在360℃以下保持结构稳定，高温应用潜力大。
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贺彦达, 吴迪, 张承宇, 潘文宇, 王俭秋, 李金国, 周亦胄, 孙晓峰
2024,53(9):2604-2613 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230473
摘要：本文研究了Mg-5.65Gd-3.15Y-0.48Zr（VW53）镁合金室温压缩过程中的孪生行为及其对组织性能的影响，通过将固溶态VW53镁合金在室温下进行不同应变的压缩实验，然后利用光学金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）等技术对试样进行微观组织观察和分析，并测试试样的维氏显微硬度。结果表明：VW53镁合金在室温压缩过程中，主要产生{10-12}拉伸孪晶和{11-21}拉伸孪晶，随着应变增加{10-12}孪晶会形核、生长、合并、甚至吞并整个晶粒，而{11-21}孪晶不会发生显著的扩展合并。孪晶界可以阻碍位错移动和分割细化晶粒，随着应变的增加，孪晶界相互交截和分割细化晶粒的程度提高，可以有效提高VW53镁合金力学性能。
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2024,53(9):2642-2652 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230488
摘要：为了延长脱硫浆液循环泵叶轮的寿命，采用激光熔覆技术在脱硫浆液循环泵叶轮的母材30CrMnSiA钢表面制备了WC增强CoCrFeNiTi-WCx(x=0、5、10、15、20wt%)高熵合金涂层，系统研究了WC含量对涂层的显微组织、力学和耐蚀性能影响。研究发现CoCrFeNiTi高熵合金涂层相组成为FCC(Fe-Ni)、BCC(Fe-Cr)、Laves(CoTi2)和AB-type(Ti的化合物)，随着WC含量增加，Laves相衍射峰强度增强，且生成了新相碳化物（WC、TiC、Cr7C3和Fe3C）。CoCrFeNiTi高熵合金涂层主要组织为底部的胞状晶和顶部的等轴枝晶，随着WC含量增加，涂层组织主要为等轴枝晶，且晶粒尺寸逐渐细化。WC的加入提高了涂层的性能，其中CoCrFeNiTi-20%WC涂层硬度最大（654.955 HV0.2），且摩擦系数（0.664）和磨损率（1.3×102 um3?s -1?N-1）最小，耐磨性能最好，磨损机制主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损。此外，随着WC含量增加，涂层表现出更低的腐蚀速率和腐蚀电流。其中，CoCrFeNiTi-20%WC涂层腐蚀电流最小，耐腐蚀性能最好。
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2024,53(9):2653-2660 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230497
摘要：本文使用传统反挤压（Conventional Backward Extrusion，CBE）和旋转反挤压（Rotational Backward Extrusion，RBE）两种工艺制备了不同的Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr (wt.%)合金杯形件。使用OM、SEM、EBSD等测试方法对不同杯形件的对应区域进行表征。结果表明：RBE的晶粒细化能力远远大于CBE,RBE心部的晶粒细化效果最好，RBE-Ⅲ区域的动态再结晶（Dynamic Recrystallization，DRX）含量可达98.1%，平均晶粒尺寸为2.5μm。RBE的织构弱化能力也优于CBE，心部的织构强度可弱化为1.258。在RBE得到杯形件当中，其LPSO相的破碎程度也大于CBE，第二相（β相）分布的也更加均匀，析出的β相可以通过粒子刺激形核（Particles Simulated Nucleation，PSN）机制促进DRX，并通过钉扎效应抑制晶粒长大。在CBE和RBE杯形件成形过程中，其动态再结晶机制相同，为连续动态再结晶（Continuous Dynamic ecrystallization，CDRX）和不连续动态再结晶（Discontinuous Dynamic Recrystallization，DDRX）两种。
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张涵, 桑晨, 乔及森, 徐仰涛, 苗成鹏, 李渊, 刘晓波, 禹泽海, 董生茂, 夏天东
2024,53(9):2661-2668 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230502
摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对均匀化后的工业电解镍进行了热压缩实验,在变形量60%的条件下,研究了变形温度为900,1000,1100,1200 ℃,应变速率为0.01,0.1,1,10 s-1时的热变形行为。根据压缩数据获得真应力-真应变曲线,分析了变形温度和应变速率对电解镍力学性能的影响,并得到流变应力本构方程,基于动态材料模型及Prassd失稳准则建立了热加工图。结果表明：电解镍对变形温度和应变速率表现出较强的敏感性,随变形温度的升高和应变速率的降低,流变应力逐渐减小；随应变的增加,流变应力达峰值下降至某一值后趋于平稳,呈现出流变软化特征；根据热加工图,获得电解镍较佳的热加工工艺范围为：变形温度980~1040 ℃,应变速率3.16~10 s-1；变形温度为1100 ℃,应变速率为1~4 s-1。
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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。
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2024,53(9):2678-2694 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230500
摘要：先进轻质铝锂合金因其出色的断裂韧性、高比强度比刚度、稳定高低温性能、良好耐蚀性,现已成为最具竞争力的航空航天材料之一。激光焊接具有能量密度高、热影响区窄、结构变形小和焊接速度快等优势,是焊接铝锂合金薄板材料最具潜力的工艺方法。采用铝锂合金焊接结构替代机械连接,可有效提高材料利用率,减少零件使用,降低制造成本,实现结构减重。目前,铝锂合金因其自身材料特性,在激光焊接过程中仍存在一些关键技术问题亟待解决。本文综述了铝锂合金,激光焊接技术,以及铝锂合金激光焊接技术在国内外航空航天领域的研究现状,并展望了铝锂合金激光焊接技术的主要研究方向。
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柯 鑫, 谢炳卿, 王忠, 张敬国, 王建伟, 李占荣, 胡强, 贺会军, 汪礼敏
2024,53(9):2695-2712 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230503
摘要：以纳米和亚微米尺度为主的微纳米铜粉，因其具有高导电导热性、低的电化学迁移行为、强的可焊性以及低廉的价格和易得的原料，是现代军工、船舶、航天与尖端科技领域的重要功能材料。针对不同应用特性而对微纳米铜粉的形貌粒度和表面特性有着不同的要求，同时较小的粒度分布和较高的活性以及易氧化的特性对制备和存储提出了更高的要求。液相还原法利用氧化还原反应的机理，通过调控工艺条件可以针对性控制微纳米铜粉的粒径和形貌，并可在此基础上进行表面改性处理改善其抗氧化能力，以达到更好的应用特性。本文综述了液相还原过程中不同调控因素（还原剂、铜源、保护剂、溶剂、反应温度和pH）对微纳米铜粉形貌粒度及分散性的影响，进一步概括了微纳米铜粉抗氧化的三种处理方法（表面包覆、表面晶面重构和表面转化处理），简述了微纳米铜粉在化学催化、医疗抗菌、润滑摩擦和电子浆料等领域的应用现状，总结了微纳米铜粉的应用困境和发展方向，并对其发展前景进行展望，以期为液相还原法制备微纳米铜粉的发展提供借鉴。
2024年第9期
>高温合金
>钛合金
>材料科学
>评述
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优先出版日期:2024-08-06 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240282
摘要：建立了2196铝锂合金热压缩变形晶粒组织演变、挤压模拟和型材工程化制备三者的对应关系,实现了典型“工”字薄壁型材晶粒组织调控。研究表明,2196铝锂合金在较宽的变形参数范围内具有良好的热塑性变形能力,动态回复是晶粒组织演变的主要机制；在较低温度(350℃、400℃)和较高应变速率(10 s-1)耦合条件下,应变集中导致少量的局部动态再结晶。挤压过程中大应变促进了再结晶形成,而型材截面上变形条件差异导致了晶粒组织不均匀性。结合装备条件提出型材截面温度控制为430~440℃,应变速率为0.005~0.95s-1时,能够获得相对均匀的晶粒组织,且保持了较低的再结晶程度和丰富的亚晶结构,为实现型材强韧性匹配提供了组织基础。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240089
摘要：本文参考 MA754 合金成分,利用高能球磨的方法分别制备了含 Ti、Nb 的高熔点骨架的 Ni 基合金粉末和含 B、Zr 设起润湿作用的低熔点 Ni 基合金粉末,将两种粉末按最佳比例混合后进行放电等离子烧结,制备了一种性能优异的新型 Ni 基 ODS 合金。研究了烧结温度和复合粉末中低熔点粉末含量对合金显微组织和力学性能的影响规律,结果表明,该方法制备的合金组织中能够观察到弥散分布的氧化物,力学性能相较于 MA754 合金有所提升。随着复合粉末中低熔点合金含量的增加,合金组织先变得细小均匀,后出现聚集的针状相和粗大的块状相,合金抗拉强度呈现出先增大后减小的趋势。当烧结温度为 1025 ℃ ,复合粉末中低熔点合金粉末含量为 3 wt.%时的合金具有最高的抗拉强度 951.87 MPa,相较于商用 MA754 合金有较大的提高。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240098
摘要：为探究Be在固溶处理过程中对含铁相转变的影响，设计了Be与不同固溶处理工艺结合的系列实验，并深入研究了其对共晶硅、含铁相形貌的影响与力学性能间的内在联系，以期全面提升亚共晶Al-Si-Mg合金整体性能。结果表明，Be延缓了Mg2Si相的分解，促进了π-AlSiMgFe相向β-AlFeSi相的转变。π-AlSiMgFe相结构形貌的加速转变提升强化效果的同时，也减弱了π-AlSiMgFe相对基体的割裂作用，进而同步提升合金的强塑性。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240104
摘要：以高纯钨粉和无定形硼粉为原料，采用机械活化结合反应合成的方法，低温高效制备了高纯W2B合金粉末。研究了机械活化时间对粉末的形貌、粒径分布以及比表面积的影响，并阐明相组成与合成温度之间的关系及反应机理。结果表明:机械活化有效细化颗粒，粉末的比表面积和位错密度随着机械活化时间的增加而增大。不同机械活化时间下反应合成后粉末中的W2B的含量随着机械活化时间的增加而增大，机械活化20 h后1150 ℃反应合成粉末的真实密度达到17.01 g/cm3，其W2B相的含量高达96 wt%；相比于未机械活化反应合成的W-B粉末，W2B相的含量高出了23 wt%。反应合成中B原子向基体W原子中扩散，首先合成低密度WB相，机械活化中引入大量位错缺陷提供了原子扩散的通道，加速向WB相向W2B相转变。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240108
摘要：为改善钛（Ti）的硬度和耐磨性，本文通过在纯钛（Ti）中引入TiB2硬质相，基于放电等离子烧结技术（SPS）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10%以上的压缩率。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。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240112
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。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240113
摘要：采用优化的溶胶-凝胶法制备了Ce3+ 掺杂的石榴石型CexY3-xFe5O12 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3; Ce: YIG) 晶体,优化方案是通过预烧处理和900 ~ 1400 ℃宽温度范围烧结获得无衍生杂质和高磁光性能的晶体。首先用热重分析确定了该晶体的合成温度为890 ℃。 XRD结果表明该晶体的晶格常数在12.37241 ?至12.4121 ?之间变化,当Ce > 0.2时出现杂质相CeO2。SEM分析表明Ce: YIG的晶粒尺寸随着烧结温度和Ce3+ 含量的增加而增加,其尺寸分布范围为0.257至6.52 mm,该粒度值是目前获得的YIG晶体粒度的最大值。所有Ce: YIG样品在室温下呈现亚铁磁性,饱和磁化强度在23.47至28.10 emu/g范围内变化。经过1200 ~ 1300 ℃烧结的 Ce0.1Y2.9Fe5O12 晶体的磁导率高达3.68 ~ 3.90。根据法拉第旋转角与磁导率的关系可知,该温度范围烧结的晶体有可能获得最佳的法拉第旋转性能。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240114
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降低，粉末电导率增加，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20000 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。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240118
摘要：扩散界面“连接线”是镍基高温合金扩散连接区的典型特征，会显著影响扩散连接高温合金的力学性能，热变形加工是改善扩散界面组织与性能的有效方法。本文采用Gleeble 3800热机械模拟实验机对GH4169合金扩散连接区进行热压缩实验，在变形温度为1213~1333K和应变速率为0.01~10s?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1310~1333K、应变速率为0.01~0.05s-1。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240125
摘要：研究了Hf微合金化对K4800镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明，K4800和K4800+0.25Hf两种实验合金在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℃/20h为0.0265g/m2·h，850℃/20h为0.0617g/m2·h）低于K4800合金（800℃/20h为0.041g/m2·h，850℃/20h为0.0669g/m2·h）。两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1000h后Cr2O3外氧化层平均厚度从2.71μm减小到2.17μm，850℃静态氧化1000h后从5.83μm减小到4.09μm。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。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240131
摘要：本文研究了Y元素对均匀化Mg-6Zn-0.25Ca合金耐蚀性能的影响。通过XRD、OM、SEM、失重、析氢和极化曲线实验研究了均匀化Mg-6Zn-0.25Ca和Mg-6Zn-1Y-0.25Ca两种合金的微观组织及耐蚀性能。研究表明均匀态Mg-6Zn-0.25Ca合金的第二相是Mg2Ca，加入Y元素后晶粒平均尺寸稍有变大，Mg2Ca相减少，还生成新的第二相Mg12ZnY、Mg3Y2Zn3，并且第二相体积分数增加且分布更加均匀，这使得在腐蚀试验中镁基体上形成更加致密的腐蚀膜，该腐蚀膜可以起到屏障作用，新生成的Mg12ZnY、Mg3Y2Zn3，都分布在晶界附近或晶枝间，电化学性能较低。这些使得Mg-6Zn-0.25Ca合金在3.5% NaCl的溶液中氢气析出量减少，增加Y元素使Mg-6Zn-0.25Ca合金的自腐蚀电位提高，并且减小自腐蚀电流密度，即有效的增强了均匀态Mg-6Zn-0.25Ca合金的耐蚀性能。所以Mg-6Zn-1Y-0.25Ca合金的耐蚀性能远高于Mg-6Zn-0.25Ca合金。
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优先出版日期:2024-06-26 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中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。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240136
摘要：为了探明离心铸造27Cr44Ni5W3Al+MA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，还观察到两种形态的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([101]γ∥[101]M23C6，(-111)γ∥(-111)M23C6，(11-1)γ∥(11-1)M23C6；[1-12]γ∥[1-12]M23C6，(-111)γ∥(-111)M23C6，(220)γ∥(220)M23C6。[101]γ∥[101]γ"，(-111)γ∥(-111)γ"，(11-1)γ∥(11-1)γ"；[1-12]γ∥[1-12]γ"，(-111)γ∥(-111)γ"，(220)γ∥(220)γ")。此外，原始铸态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。本文还探讨了离心铸造过程中γ相和M23C6的析出机理。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240139
摘要：本文根据Zn、Mg和Cu元素在Al中的固溶度设计了一种Al-8Zn-3Mg-1.05Cu合金。对热轧后的板材进行固溶处理。SEM和XRD结果表明经过固溶处理后获得了仅有少量化合物残留的固溶体组织。进一步对合金冷轧以及轧后退火和时效处理,冷轧退火后的EBSD结果表明,经过冷轧退火后合金获得了未完全再结晶的组织,KAM图表明组织中的位错密度较高。经过退火后的合金的拉伸性能良好,屈服强度和延伸率分别为458.61MPa和15.6%。经过时效处理后的TEM结果表明组织中析出了大量细小的MgZn2相,MgZn2相的尺寸细小,平均尺寸约为6.40nm,该尺寸小于报道的该类合金中MgZn2析出相的尺寸。时效后合金获得了超高的强度的良好的塑性,屈服强度和延伸率分别为729 MPa和10.37%。对合金的强度组成进行了计算,其中细小MgZn2相的析出强化贡献值为348MPa,计算屈服强度值与实验值匹配良好。
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优先出版日期:2024-06-26 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(PDMS)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,疏水角可达到155°,可以极大程度的延缓结冰时间和加速冰霜融化。在一个太阳照度下,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风沙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。
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优先出版日期:2024-06-26 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。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240154
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；采用传统铸造方法制备了镍包覆氧化铝（Ni/Al2O3）增强Sn1.0Ag0.5Cu（SAC105）复合材料合金；结果表明，镍涂层较连续，但厚度不均匀。SAC105焊料的强度、韧性和与衬底的润湿性得到了改善，而导电性没有显著降低。当增强相的掺杂量为0.3wt%时，通过综合分析确定了最佳掺杂量。复合材料合金的断裂模式已经从韧性和脆性的混合模式转变为仅由大量凹坑组成的纯韧性断裂模式。将制备的复合钎焊材料制成钎焊膏，用于铜板搭接试验。当掺杂量为0.3wt%时，获得了最大的剪切强度。Ni/Al2O3增强Sn1.0Ag0.5Cu复合钎焊材料钎焊界面IMC的生长指数线性拟合为n=0.39，可用于确定晶界扩散和体相扩散对界面IMC生长的联合影响。
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优先出版日期:2024-06-19 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230792
摘要：采用锻坯斜轧穿孔+热轧工艺获得φ450*20mm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62J。此外，管材经970℃退火后屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为786MPa、878MPa和16.25%。
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优先出版日期:2024-06-19 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230815
摘要：为探清Zn元素对Mg-Bi-Sn系合金微观组织与力学性能的影响规律,制备了Mg-3Bi-5Sn-xZn(x=0,1,2,3 wt.%)合金,采用OM、SEM、XRD、EPMA、维氏硬度计和拉伸试验机,研究了Zn对Mg-3Bi-5Sn(BT35)合金的显微组织和力学性能的影响。实验结果表明,Zn元素可以显著细化BT35合金晶粒,随着Zn含量的增加,合金晶粒尺寸先显著减小后略微增大,其中Mg-3Bi-5Sn-2Zn(BTZ352)合金具有最小晶粒尺寸(58 μm)。此外,BT35合金中只有Mg3Bi2和Mg2Sn两种第二相,而添加Zn元素后合金中还出现了额外的Mg2Zn相和BiSn相。当Zn元素的添加量低于3%时,合金的抗拉强度、延伸率呈现先升高后降低的趋势,其中,BTZ352合金表现出最佳的力学性能,其抗拉强度、延伸率为分别为263.5 ±6MPa、13.2±0.6%,其断口组织呈现典型穿晶断裂特征。
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优先出版日期:2024-06-19 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230817
摘要：含铪铸造高温合金由于其返回料中氧化铪等夹杂物比重大，使用传统方法难以去除，本实验使用高能电子束对DZ125合金返回料进行熔炼，并对电子束精炼后的铸锭顶部、内部以及炉膛内收集的料渣成分、形貌及夹杂物分布进行分析。结果表明采用电子束熔炼后，HfO2和Al2O3能够在高能电子束作用下大量上浮到铸锭表面，使返回料内部的难溶氧化物夹杂得到有效去除。
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