2025年第3期

>2025青年编委专辑

• 纳米花状CuS作为镁离子电池正极材料

  何元泰, 吴量, 史永安, 钟志永, 姚文辉, 潘复生

  2025,54(3):545-553   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240361

  摘要(115) HTML(133) PDF(2.70 M)( 138)

  摘要：在水热合成过程中加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），调节乙二醇的用量为50vol%，合成了镁离子电池正极材料CuS-C50。结果表明：CuS-C50具有完整的纳米花状结构，在氯化铝-季戊四醇四甲醚/四氢呋喃（APC/THF）电解液中，当电流密度为50 mA/g时，其比容量高达331.19 mAh/g；当电流密度为200 mA/g时，其比容量在50次循环后仍保持136.92 mAh/g。形貌表征结果表明，完整的纳米花状结构可以提供更多的活性位点，减少Mg²⁺的移动障碍，最终提高镁离子电池CuS正极材料的充放电性能。

• 电子束定向能量沉积Fe-Mo功能梯度材料的微观组织及性能

  李丹妮, 姚正军, 姚孟欣, 张叔贤, Oleksandr Moliar, Tetiana Soloviova, Iryna Trosnikova, Petro Loboda, 张莎莎

  2025,54(3):554-568   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240549

  摘要(30) HTML(72) PDF(9.60 M)( 115)

  摘要：利用电子束定向能量沉积（EB-DED）技术，制备了沿成分梯度方向从100% 304不锈钢到100% Mo的不同成分变化率的Fe-Mo功能梯度材料（FGMs），包括成分突变100%、成分变化率10%和成分变化率30% 3种试样。结果表明，成分变化率显著影响试样的显微组织和力学性能。在成分突变的试样中，304不锈钢和Mo之间成分急剧变化导致了两种材料界面附近的组织形态和硬度有很大的差异。而随梯度层数的增加，成分沿沉积高度方向连续变化，显微组织形貌呈现出从304不锈钢到Mo的平滑过渡，由柱状晶逐渐转变为树枝晶。Fe、Mo等主要元素沿梯度方向呈线性转变，沉积层间扩散充分，冶金结合良好。成分梯度变化越小，沿沉积方向的显微硬度值越大。当成分梯度为10%时，梯度层显示出更高的硬度（最高达940 HV）和优异的抗表面磨损性能，且试样整体压缩性能较好，顶部区域的压缩断裂应力达到750.05±14 MPa。

• 晶粒尺寸对多晶γ-TiAl合金表面纳米划痕行为影响的分子动力学模拟

  曹卉, 徐汉宗, 李海鹏, 李海燕, 陈涛, 冯瑞成

  2025,54(3):569-580   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240420

  摘要(30) HTML(56) PDF(4.38 M)( 98)

  摘要：基于分子动力学的方法，从原子尺度研究了不同晶粒尺寸影响下的多晶γ-TiAl合金表面划痕机理，分析了划痕过程中的力学特性、划痕形貌、微观缺陷分布以及温度和应力状态。结果表明，由于逆霍尔佩奇效应的影响，划痕力、原子回弹数量和堆积高度在临界尺寸为9.41 nm时出现突变。晶界数量的差异以及晶粒的晶向取向随机性导致划痕表面堆积不同，其中单晶材料和晶粒尺寸为3.73 nm情况下的表面形貌更加规则。此外，晶粒尺寸越小，平均摩擦系数，原子去除数量以及特殊磨损率随之增加，温度的数值和分布范围更大。由于晶界的阻碍作用，小尺寸的晶粒有更少的微观缺陷。并且压头尖端处的平均冯·米塞斯应力和静水压应力随着晶粒尺寸的减小而减小。这项工作有助于更好地理解多晶γ-TiAl合金在纳米划痕过程中的变形机理。

• 加载应变率为10⁴‒10⁵/s的Al-Cu梯度飞片材料的设计与动态实验

  胡家念, 周子正, 李一迪, 陈翔, 杨刚, 刘金涛, 张建

  2025,54(3):581-586   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240293

  摘要(21) HTML(40) PDF(1.23 M)( 92)

  摘要：基于梯度材料一维波系作用的简化算法设计了Al-Cu梯度飞片材料的加载压力曲线。通过热压法制备相应的Al-Cu梯度材料，其表征后的阻抗性能与设计路径相匹配。采用三维表面轮廓仪检测Al-Cu梯度材料的平行度，并利用一级气炮以400 m/s的速度发射Al-Cu梯度材料冲击Al-LiF靶材。该实验应变率的结果证明了Al-Cu梯度材料能够实现高速冲击实验中应变速率在10⁴–10⁵/s范围的精确控制。

• 热等静压处理提升激光粉末床熔融成形钼合金的力学性能

  梁迅文, 付忠学, 张石明, 车玉思, 程鹏明, 王沛

  2025,54(3):587-592   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240583

  摘要(20) HTML(52) PDF(2.09 M)( 106)

  摘要：为了提升激光粉末床熔融（LPBF）技术所制备的钼（Mo）合金的力学性能，采用了热等静压技术对其处理。热等静压处理后，LPBF Mo合金的孔隙率从0.27%降低至0.22%，Mo和Ti元素得到充分扩散并且分布地更加均匀，同时形成了大量低角度晶界，抗拉伸强度从286±32 MPa升高至598±22 MPa，伸长率由0.08%±0.02%提高至0.18%±0.02%，在拉伸过程中晶粒没有明显变化。热等静压处理消除了LPBF Mo合金的熔池边界，而熔池边界是LPBF Mo合金提前失效的主要原因。因此，热等静压处理成为了一种有效的强化LPBF Mo合金力学性能的方法，为制造高性能钼基合金提供了新思路。

• 陶瓷/金属连接界面残余应力缓解策略研究进展

  王星星, 陈本乐, 蒋元龙, 潘昆明, 任宣儒, 原志鹏, 张雨雷

  2025,54(3):618-627   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240477

  摘要(30) HTML(54) PDF(2.00 M)( 105)

  摘要：随着苛刻环境恶劣化和加工制造复杂难度增加，对陶瓷/金属异质结构综合性能提出更高要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质连接，而二者焊接接头残余应力缓解非常棘手。由于陶瓷与金属的性能差异，特别是热膨胀系数的差异，钎焊接头在冷却过程中会产生过多的残余应力。较高残余应力会严重破坏接头性能。为缓解残余应力，从工艺参数优化、施加中间层、颗粒增强复合钎料和表面结构调控4种缓解途径进行评述。概述陶瓷与金属钎焊接头残余应力状态与分布规律，介绍残余应力的产生与检测，最后展望未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。

• 环糊精吸附材料强化分离重金属离子的研究进展

  张宁, 刘杰, 张鑫, 赵玉秀, 薛志潇, 夏文香

  2025,54(3):628-639   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240307

  摘要(21) HTML(36) PDF(1.71 M)( 98)

  摘要：重金属污染废水治理的传统方法主要有化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、电化学法和膜分离法等。传统方法存在的问题在于选择性差，经济效益低且环境不友好。环糊精是一种人工合成的笼状分子，具有稳定的内疏水腔和外亲水表面，可以通过主客体作用将污染物封装在其内部，具有选择性强、绿色环保且成本较低的优势。主要综述了环糊精吸附材料强化分离重金属离子的反应原理、材料的合成与应用及其主要影响因素，并对未来发展趋势进行了展望。

• 单级和多级异质结构调控中/高熵合金的微观组织及性能优化研究进展

  王炳, 李春燕, 王新华, 李晓诚, 寇生中

  2025,54(3):640-664   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240564

  摘要(31) HTML(41) PDF(11.66 M)( 122)

  摘要：开发高性能结构/功能材料对于大多数工业领域具有重要的意义。中/高熵合金因其特定的微观结构表现出优异的综合性能，是极具潜力的结构材料。更重要的是，通过调控合金的微观组织并优化其性能已经成为拓展合金工业应用的重要措施。已有的研究表明，构建多种异质结构有利于显著提升中/高熵合金的综合性能。本文详细讨论了具有单级和多级异质性的多异质结构。此外，还系统地综述了中/高熵合金中成分不均匀性、双峰结构、双相结构、片状/层状结构、谐波结构（核壳）、多尺度沉淀物及特定微观结构耦合异质结构的制备方法。深入讨论了不同异质结构诱发的变形机制，以探索异质结构与中/高熵合金性能优化之间的关系。全面阐释了异质结构和先进的微观结构优化中/高熵合金性能的贡献，以进一步改善合金的性能。最后，讨论了高性能中/高熵合金未来在工业应用中的挑战，并尝试为优化异质结构提高中/高熵合金综合性能提供可行的方法。

• 固溶冷速对超高强钛合金TB17组织及力学性能的影响

  纪晓宇, 徐建伟, 张宇, 李明兵, 曾卫东, 朱知寿

  2025,54(3):665-670   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240531

  摘要(30) HTML(70) PDF(5.89 M)( 122)

  摘要：研究了不同冷却速度对TB17钛合金合金组织演变和拉伸性能的影响规律。结果表明：冷却速度对组织形貌有显著影响，当冷速较慢时，合金元素扩散充分，粗片层含量较高、尺寸较大，基体中有少量的次生α相析出；当冷速较快时，高温下的组织被大量保留，粗片层含量较少、尺寸较小，几乎观察不到次生α相。由于未受外力作用，片状α相与β相保持严格的Burgers取向对应关系。固溶冷速极大地影响拉伸性能，固溶空冷析出大量次生α相，使得强度最高；固溶水冷由于冷速较快，仅保留粗片层，强度最低；固溶炉冷由于冷速过慢，粗片层长大明显，抑制了次生α相的析出，强度居中。时效处理后，拉伸性能发生不同的变化，水冷强度最高，而炉冷强度最低。

• 氮化铀压力辅助烧结过程的相场模拟

  孙启明, 申文龙, 廖宇轩, 李昱, 王纪钧, 柳文波

  2025,54(3):671-678   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240497

  摘要(27) HTML(40) PDF(2.18 M)( 93)

  摘要：通过引入弹性应变能和颗粒刚体运动过程，建立了UN压力辅助烧结过程的相场模型，分析了应力对烧结颈增长过程、颗粒刚体运动对孔隙收缩过程的影响，并模拟了物质扩散、刚体运动与应力共同作用下的多颗粒烧结过程。模拟结果表明，烧结颈长度及其增长速率随施加应变的增大而增大，在烧结颈两端出现明显的应力集中现象，且随着时间的延长，应力分布逐渐均匀化；随着平移迁移率的增加，孔隙收缩速率增大，其致密化完成时间提前，而转动迁移率的取值对孔隙收缩过程几乎无影响。本模型能够捕捉到烧结颈的形成和增长、孔隙的球化和闭合过程，大体积孔隙表面配位的晶粒数更高，存在时间更长。

• 激光熔化沉积TiAl合金的组织与力学性能

  陈永宁, 肖华强, 褚梦雅, 莫太骞

  2025,54(3):679-687   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240587

  摘要(26) HTML(47) PDF(12.17 M)( 102)

  摘要：利用激光增材技术能够制造形状复杂的TiAl合金零部件，从而进一步拓展这一轻质高温合金在航空航天领域的工程应用。但目前对激光熔化沉积TiAl合金工艺、组织及性能之间内在关系的研究较少。以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末为实验材料，采用激光熔化沉积技术制备了宏观质量良好的TiAl合金试样，系统研究了优化工艺参数条件下沉积层的显微组 织、相组成、硬度分布以及沉积试样的室温力学性能。结果表明，沉积层的显微组织结构主要由大量γ-TiAl相和少量的 α₂-Ti₃Al相构成；沉积层组织表现出由柱状晶、等轴晶、胞状晶及板条状组织形成的层带组织特征，沉积层组织内的晶粒细化较明显。沉积层的硬度分布范围为537~598 HV_0.3，底部的维氏硬度比中部及顶部高。TiAl合金试样在室温下的极限 抗压强度为(1545±64) MPa，压缩应变为(17.68±0.07)%；室温下沿激光扫描方向的极限抗拉强度为(514±92) MPa，断后伸长率为(0.2±0.04)%；沿构建方向的极限抗拉强度为(424±114) MPa，断后伸长率为(0.15±0.07)%，TiAl合金试样的室温拉 伸断口形貌特征属于准解理断裂。通过优化扫描策略并辅以后续热处理，有望改善合金组织均匀性及力学性能的各向 异性。

• 中厚钛合金双脉冲TIG深熔焊接机制研究

  杨清福, 罗志伟, 曾才有, 姜自昊, 从保强, 齐铂金

  2025,54(3):688-696   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240680

  摘要(25) HTML(61) PDF(10.05 M)( 86)

  摘要：针对中厚度钛合金电弧焊存在的TIG电弧熔深浅和焊接效率低等问题，以6 mm厚TC4钛合金为焊接材料开展TIG焊接试验，研究了不同电弧模式（直流、低频脉冲、低频+超音频双脉冲）对熔池和焊缝成形的影响。基于有限元仿真研究了双脉冲焊接熔池的温度场和流场动态行为，探究了双脉冲TIG焊接深熔机制。结果表明，与恒流和低频脉冲模式相比，双脉冲电流模式增加了熔池熔体流动速度，能有效激发熔池中心深熔匙孔，促进热源下移，进而增大熔深。双脉冲TIG接头抗拉强度达到964 MPa，接头强度系数为98%，断后延伸率3.7%，可实现近等强接头强度匹配。

• 脉冲磁场处理对硬质合金/钛合金摩擦性能的影响

  陈喆, 胥杨洋, 闫乔松, 陈依桐, 张琳, 吴明霞, 刘剑

  2025,54(3):697-705   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240525

  摘要(28) HTML(39) PDF(13.28 M)( 79)

  摘要：采用脉冲磁场对不同钴（Co）含量的YG系列硬质合金球进行改性处理，通过往复式摩擦机及SEM研究脉冲磁场处理对YG6/YG8/YG12-钛合金（TC4）摩擦性能的影响。结果表明，脉冲磁场处理可以有效地降低YG系列硬质合金-TC4钛合金摩擦副的摩擦系数，场强弱改变了外源磁场输入的能量强度，以YG8为例，与未经磁场处理时相比，本研究梯度设计的0.5、1、1.5 T磁处理后平均摩擦系数分别减小20.5%、29.7%、25.9%；在磁场强度1 T时，YG6、YG8、YG12的平均摩擦系数分别下降了19.5%、29.7%、20.1%，随Co含量的增加，磁场的效果呈先上升后下降的趋势，Co含量为8%（质量分数）时的磁场效应最为显著。磁处理硬质合金时，脉冲磁场作为外源能量，引发Co相发生从fcc的α-Co向hcp的ε-Co的马氏体转变，从而引发位错增殖，提高硬质合金抵抗塑性变形的能力，宏观表现为硬质合金强度及耐磨性的提升，从而改善了摩擦性能。

• 电弧增材制造Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金微观组织与力学性能

  常子金, 张睿泽, 曾才有, 俞楷, 李子琪, 从保强

  2025,54(3):706-713   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240675

  摘要(21) HTML(38) PDF(10.53 M)( 74)

  摘要：采用电弧增材制造技术制备了WE43（Mg-4Y-3Nd-0.5Zr，质量分数，%）镁稀土合金单壁墙构件，并通过多尺度组织表征、显微硬度和拉伸测试等手段系统研究了沉积态WE43合金的微观组织及其力学性能。此外，对比研究了直接时效处理（T5）和固溶+时效处理（T6）对微观组织演化行为和力学性能的影响。结果表明，沉积态WE43合金为均匀全等轴晶组织，平均晶粒尺寸为25.3 μm，晶界处存在网状共晶组织（α-Mg+Mg₄₁Nd₅/Mg₂₄Y₅），沉积态合金的抗拉强度可达到190 MPa。经T5处理后，峰值时效硬度由沉积态的74 HV_0.2提升至91 HV_0.2，基体中存在大量残留共晶组织。T6热处理可获得更高的峰值时效硬度（108 HV_0.2），共晶组织充分回溶，基体中残留少量的Mg₂₄Y₅相。T6处理使得合金抗拉强度提升至283 MPa，但也容易引发明显的晶粒异常长大现象，且沿竖直方向的延伸率显著低于水平方向。

• Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

  郅慧栋, 郭保全, 丁宁, 闫钊鸣, 朱家萱, 万晨

  2025,54(3):714-721   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240505

  摘要(41) HTML(39) PDF(3.83 M)( 77)

  摘要：研究了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在不同应变率下的力学行为和断裂失效行为，开展了基于Johnson-Cook（J-C） 本构模型和失效模型的参数标定及验证。利用万能试验机对该镁合金进行不同温度下的准静态拉伸试验，并且利用Hopkinson杆开展高应变率（1000~3000 s^-1）下的动态拉伸试验；根据试验数据对J-C本构模型中的应变率强化项和热软化项进行了修正，并标定相关模型参数。进一步开展数据仿真分析，并对比试验与仿真的断裂位置和真应力-应变曲线，验证失效模型参数的可靠性。使用SEM对镁合金断口微观形貌进行观察，探究温度、应变率对镁合金失效影响的微观行为特征，镁合金在准静态拉伸与动态拉伸过程中断口形貌中均发现了韧窝与解理台阶，为混合断裂机制，且高应变速率下解理台阶稍多，这与镁合金高应变速率下的应变敏感性有关；而在高温拉伸过程中表现为韧性断裂。

• 稀有金属对钢海洋大气腐蚀行为影响的研究进展

  刘飞洋, 李田科, 王睿鑫, 郭斌, 艾园林, 唐宇

  2025,54(3):791-802   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240533

  摘要(43) HTML(59) PDF(5.77 M)( 89)

  摘要：钢作为海洋工程装备的结构材料在海洋大气环境中会受海盐气溶胶、氯离子等因素的影响而发生严重的海洋大气腐蚀。向钢中添加稀有金属能够调控钢的组织、促进锈层致密化从而改善耐海洋大气腐蚀性能。本文综述了近年来世界各地学者关于稀有金属添加对钢耐海洋大气腐蚀性能影响的相关研究，总结了碳钢、不锈钢、耐候钢等典型海洋工程用结构钢在海洋大气环境中腐蚀的原因，归纳了添加Nb、Mo、Sb、Sn、Ce、La、Y等稀有金属影响钢的组织和腐蚀过程中锈层结构的作用机制。对于耐候钢和碳钢，主要讨论了稀有金属元素对锈层结构产生的影响；针对不锈钢，主要讨论了稀有金属元素对夹杂物改性及对不锈钢点蚀行为的作用机制。对未来的相关研究方向进行了展望，以期对结构钢耐海洋大气腐蚀性能的提升及其在海洋工程中的应用提供参考。

• 钛铝合金高温腐蚀防护研究进展

  叶鑫宇, 伍廉奎, 曹发和

  2025,54(3):803-817   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240508

  摘要(18) HTML(44) PDF(5.45 M)( 75)

  摘要：钛铝合金因其低密度、高强度以及优异的抗蠕变性能等特点，被视为航空航天及其他高温应用领域极具潜力的材料。然而，在750 ℃以上环境中抗氧化性能不足限制了其广泛应用。本文综述了钛铝合金的分类、发展历程以及高温氧化行为，包括氧化膜的形成机制和结构演变，重点讨论了21世纪以来钛铝合金的制备技术、整体合金化、增强相技术和表面改性技术在提高合金抗高温氧化性能方面的研究进展，以及理论计算在研究合金氧化机制过程中的应用，并对该领域的发展趋势进行展望。

• 铜与异种材料钎焊的研究进展

  龙飞, 宋克兴, 张召琦, 王策, 何鹏, 孙军

  2025,54(3):818-836   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240629

  摘要(26) HTML(59) PDF(5.14 M)( 82)

  摘要：综述了铜的基本属性、结构性和功能性应用，分析了铜钎焊的工艺特点和接头特性。通过评述铜与钢、铝、钛、陶瓷、碳基材料等异种材料的钎焊研究现状，列举了铜与异质结构钎焊的研究实例，剖析了具体钎焊过程中钎料选用、工艺制定、中间层设计、钎焊装备使用及检测检验的注意事项，指出连接结构和接头界面设计的重要性。提出绿色、智能、可靠、低成本是铜钎焊的发展方向，为铜的工程应用和含铜的异种材料连接结构的钎焊制造提供技术参考。

>材料科学

• 固溶热处理对低氧TZM合金组织和力学性能的影响

  邢海瑞, 史茜霜, 胡卜亮, 李世磊, 李延超, 王华, 王强, 徐流杰, 冯锐, 张文, 胡平, 王快社

  2025,54(3):593-603   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240560

  摘要(18) HTML(47) PDF(4.08 M)( 79)

  摘要：研究了低氧（氧含量为0.03vol%）TZM合金，在不同温度下对其进行固溶热处理，然后淬火。结果表明，合金的抗拉伸强度随着固溶温度的升高而逐渐降低，伸长率先增加后降低。随着固溶温度的升高，低氧TZM合金中析出的纳米级富钛相的含量逐渐增加。在1200和1300 ℃下凝固的样品中出现了特殊的条形富钛区域。纳米级富钛相确保了位错在整个TZM合金中的均匀分布，同时显著提高了低氧TZM合金样品的塑性。

• 基于相对密度力学预测模型的大载荷金属橡胶构件试制

  郝慧荣, 王佳苇, 赵文超, 任江鹏

  2025,54(3):604-611   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240116

  摘要(23) HTML(21) PDF(2.00 M)( 88)

  摘要：针对大载荷矿用车动力总成悬置系统，研究了大载荷金属橡胶减振器的设计与预测模型。通过基于分形图学描述金属橡胶的微观结构特征，并利用虚拟制备技术建立数值模型，提出了金属橡胶构件的设计方案。试制了4组不同相对密度的金属橡胶减振器，并通过力学试验建立了基于相对密度的预测模型。为进一步提高预测精度，提出了一种变量转置拟合法对预测模型进行改进。通过与对照组试验结果对比，用残差分析定量验证。结果显示，改进后的模型具有较高的预测精度，决定系数R²达到0.9624。这项研究为金属橡胶减振器设计提供了理论支持，可减少试验次数并提高设计效率。

• 含二十面体准晶相Mg-Zn-Y合金的定量强化评价

  王莹楠, 孟晓凯, 郭俊宏

  2025,54(3):612-617   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240183

  摘要(20) HTML(28) PDF(1.72 M)( 67)

  摘要：采用普通凝固法制备了含二十面体准晶相的Mg-4.8Zn-0.8Y、Mg-18Zn-3Y、Mg-15Zn-5Y、Mg-30Zn-5Y和Mg-42Zn-7Y （wt%）合金，研究了Mg基体孔隙率对合金抗拉伸强度和硬度的影响，并利用扫描电镜和Image-Pro Plus 6.0软件定量分析了镁基体孔隙率。室温拉伸试验表明，合金的最大抗拉伸强度为175.56 MPa，镁基体孔隙率为76.74%。通过拟合分析发现，当镁基体孔隙率为64.87%时，合金抗拉伸强度最大。硬度测试表明，随着镁基体孔隙率的增加，合金硬度逐渐减小。本研究为提高镁合金的力学性能提供了有效的定量分析方法。

• 低钪含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金的组织性能研究

  朱必武, 肖罡, 刘筱, 叶帆, 张维, 崔晓丽, 詹海鸿, 刘文辉

  2025,54(3):722-729   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240552

  摘要(18) HTML(35) PDF(7.09 M)( 76)

  摘要：利用OM、SEM、TEM和万能材料试验机研究了低钪含量（0.02%、0.07%、0.12%，质量分数）Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金的析出行为与力学性能之间的关系。结果表明：随着钪含量的增加，合金中铸态组织逐渐细化，晶界处粗大第二相增加，削弱了细晶强化效果；轧制+T6态下的Al₃(Sc,Zr)相抑制主强化相η'相的析出，随着合金中钪含量的增加抑制效果更为明显，从而弱化析出强化效果；合金晶粒的细化有利于拉伸过程形成更多更细小的韧窝，提升板材延伸率；钪含量为0.02%Sc的合金在经过轧制+T6热处理后综合力学性能优良，其抗拉强度为683 MPa、延伸率为21%。

• Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD磁性纳米材料制备及对Er(Ⅲ)吸附性能的影响

  赵玉秀, 刘杰, 张宁, 张鑫, 薛志潇, 张秋露, 李倩婷

  2025,54(3):730-740   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230715

  摘要(19) HTML(27) PDF(4.70 M)( 75)

  摘要：采用共沉淀法制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒，利用SiO₂、羧甲基-β-环糊精（CM-β-CD）对磁性颗粒的表面进行修饰，制备了具有高吸附性能的Fe₃O₄基磁性纳米材料（Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD），开展了单因素优化实验，通过TEM、Mapping、EDS、BET等手段对磁性纳米复合材料的物化特性进行表征，探讨了Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD对稀土Er(Ⅲ)的吸附行为。结果表明：十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的投加量为1 g，正硅酸四乙酯（TEOS）的投加量6 mL，氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）的投加量为1 mL，CM-β-CD投加量为0.5 g时，Er(Ⅲ)去除率最高，可达到95%以上。进一步探究了吸附剂投加量、温度及转速对Er(Ⅲ)去除率的影响。结果发现，当接触时间为30 min，初始Er(Ⅲ)浓度为10 mg/L，初始pH为4.5，吸附剂用量为 30 mg，温度为298 K，转速为150 r/min时，Er(Ⅲ)的去除率约为98%。将吸附Er(Ⅲ)后的纳米材料用0.1 mol/L HNO₃进行解吸，解吸20 min，Er(Ⅲ)的解吸率可达87%以上。采用XPS分析手段对Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD吸附机制进行了初步探究。结果表明，Fe₃O₄@SiO₂@CM-β-CD对Er(Ⅲ)的吸附以环糊精空腔的包和作用为主，静电吸附、化学吸附为辅。本研究可为水溶液中低浓度稀土元素的高效回收提供新方法。

• 自钝化W-Si-Zr合金的组织结构和抗氧化性能

  张世荣, 陈时杰, 王锐, 叶超, 薛丽红, 周启来, 严有为

  2025,54(3):741-746   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230722

  摘要(23) HTML(26) PDF(4.70 M)( 65)

  摘要：采用机械合金化和放电等离子体烧结技术制备了W-Si-Zr自钝化合金。利用XRD、XPS、SEM及EPMA等测试方法，表征了合金的微观组织结构，并测试其抗氧化性能。结果表明：合金包括富W、W₅Si₃、SiO_x（x=1，1.5，2）以及 ZrO_x（x=1，1.5，2）相。W₅Si₃为连续分布相，SiO_x和ZrO_x颗粒均匀分布在基体中，尺寸分别为1.0~2.5 μm和0.7~2.7 μm，且ZrO_x颗粒常与SiO_x颗粒共生。W₅Si₃对合金的抗氧化性能起到关键作用，添加Zr有助于W₅Si₃相的形成，其相面积达到了70.2%。在1000 ℃大气环境中W-Si-Zr合金的氧化速率约为W-Si合金的1/2，纯W的1/36。

• Mg对S44660超级铁素体不锈钢铸造组织及力学性能的影响

  范文杰, 宁礼奎, 常东旭, 丁冬, 李广龙, 刘恩泽, 谭政, 佟健, 李海英, 郑志

  2025,54(3):747-754   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230724

  摘要(20) HTML(31) PDF(7.03 M)( 57)

  摘要：为研究Mg对超级铁素体不锈钢的作用，调整S44660钢Mg含量，制备未添加Mg及Mg质量分数为0.0002%、0.0004%、0.0010%的4种成分试验钢，探究Mg对S44660超级铁素体不锈钢铸造组织与力学性能影响。结果表明，0.0002% Mg S44660超级铁素体不锈钢平均晶粒尺寸由1.14 mm减小至约0.83 mm，随着Mg含量进一步提高至0.0004%和0.0010%，平均晶粒尺寸减小至0.62、0.59 mm左右，Mg对S44660钢晶粒有细化作用；S44660超级铁素体不锈钢典型夹杂物类型为 Ti-O-N复合包裹型夹杂物，加入Mg后转变为Ti-O-Al-Mg-N复合包裹型夹杂物，夹杂物含量降低，同时尺寸减小；添加Mg后S44660超级铁素体不锈钢屈服强度和抗拉强度提高；Mg可以提高S44660超级铁素体不锈钢冲击吸收功及硬度。

• 稀土La-Yb掺杂对海水电池阳极镁合金微观组织及电化学性能影响

  杨清竹, 连利仙, 刘颖

  2025,54(3):755-764   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230730

  摘要(16) HTML(28) PDF(8.33 M)( 57)

  摘要：利用机械合金化与放电等离子烧结工艺相结合制备了AZ91-La-Yb海水电池用阳极镁合金，并系统研究了稀土 La-Yb掺杂对阳极材料微观组织及电化学行为的影响。结果表明：通过机械合金化-放电等离子烧结工艺制备的AZ91-La-Yb合金由等轴晶构成，一方面，掺杂La-Yb后，形成了在晶界处均匀分布的微米级（0.5~2 μm）富RE相，该相主要由稀土单质（RE=La，Yb）及Mg(RE)固溶体共同组成；另一方面，通过放电等离子烧结引起的塑性变形作用以及稀土La-Yb的掺杂效应，显著改善了β-Mg₁₇Al₁₂相的形貌，使其由粗大的网状转变为纤细的长条状。均匀分布的微米级富RE相及更加细小的β相联合作用，共同促进了镁合金的均匀溶解放电，同时有效缓解了镁合金的局部腐蚀。与AZ91阳极用镁合金相比，掺杂了稀土La-Yb的AZ91-La-Yb表现出更加平稳的放电电压及良好的放电性能，在20 mA/cm²的电流密度下，其比容量可达 1068 mAh/g，阳极利用率为50.4%。

• 富Mn NiMnGa合金γ相的微观结构与热力学性能研究

  周岳匆, 欧阳晟, 邓翠贞, 龙建

  2025,54(3):765-773   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230736

  摘要(30) HTML(22) PDF(6.38 M)( 47)

  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。研究了 Ni₅₄Mn_28+xGa_18-x（x=0，4，7，9，13）γ相的微观结构及合金的热力学性能。随着Mn含量的增加，γ相开始出现，晶粒内存在“微米片层包含纳米片层”微观结构。微米片层由两变体组成，变体包含一对呈｛011｝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，压缩应力从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 ℃提高至585 ℃。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。

• Cr和Zr对CuW/CuCr整体材料界面组织与性能的影响

  杨晓红, 刘子贤, 李雪健, 肖鹏, 梁淑华

  2025,54(3):774-780   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230737

  摘要(28) HTML(29) PDF(3.44 M)( 54)

  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。结果表明，随着Cu-15%Cr-x%Zr（质量分数）夹层中Zr含量的增加，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517 MPa，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。

• 铜/钛双金属液固复合界面元素扩散行为研究

  邵鹏, 陈轩, 黄胜, 余堃, 陈昊, 刘昆, 肖寒

  2025,54(3):781-790   DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230745

  摘要(47) HTML(36) PDF(6.69 M)( 55)

  摘要：采用液固复合工艺制备铜钛复合材料，借助OM、SEM、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”方式生长，CuTi相以“竹笋状”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2种纯组元的硬度值。经Miedema模型计算，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

• 退火温度对L-PBF成形镍基粉末高温合金组织和性能的影响

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240541

  摘要(22) 全文(28)

  摘要：对激光粉末床熔化成形FGH4096M镍基粉末高温合金进行不同温度的退火处理,通过SEM、EBSD等分析了合金的微观组织结构,并对其进行了拉伸测试,进而探究退火工艺对激光粉末床熔化成形FGH4096M镍基粉末高温合金中显微组织的演变及力学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高,成形态合金中胞状晶组织和柱状晶组织出现了消失的趋势,并当退火温度为900℃时,发现有大量γ′相析出；其硬度值也在逐渐升高,抗拉强度和屈服强度均呈现上升趋势,但其断后延伸率均为5%。通过对晶粒取向差分布分析,可知退火能够消除部分残余应力。这一研究成果为激光粉末床熔化成形镍基粉末高温合金性能的提升提供了有效的数据支撑。

• 金属铍静态再结晶动力学

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240551

  摘要(28) 全文(26)

  摘要：利用Instron5582材料试验机进行等温压缩试验和硬度法测量再结晶百分数，研究金属铍不同应变温度（250 ℃- 450 ℃）、应变速率（10-1 s-1-10-4 s-1）、应变量（16%-92%）压缩后，在680℃-880℃退火静态再结晶组织演化及动力学。结果表明：降低应变温度提高应变速率可以促进铍再结晶进行；增加应变量，铍再结晶晶粒细化，再结晶速率也加快，但应变量增加到60%以上，增加应变量对提高铍再结晶速率的影响变小；提高退火温度，铍再结晶速率明显加快，特别是退火温度从750 ℃提高到780 ℃时，铍再结晶速率急剧增加。880 ℃时，铍完成再结晶时间仅需约5 min。铍680 ℃-750 ℃的静态再结晶激活能为396.56 kJ/mol，而780 ℃-880 ℃时仅为72.93 kJ/mol。建立具有修正Avirami指数n的铍静态再结晶动力学模型，模型计算值与实验值符合较好，能够较准确预测铍低温形变（250 ℃-450 ℃）后的静态再结晶百分数，满足工程应用。

• 铸锭挤压态GH4710合金动态再结晶行为及微观组织演变

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240555

  摘要(20) 全文(21)

  摘要：开发了一种三联冶炼GH4710合金铸锭热挤压新工艺,以克服GH4710合金采用铸锻工艺变形难的问题。对挤压态GH4710合金进行了等温压缩实验和金相分析,分析了该合金在变形温度为1050～1120 °C、应变速率为0.01～5 s_-1^{条件下的流变应力特征、}动态再结晶(DRX)行为及微观组织演变。采用统计回归方法,建立了挤压态GH4710合金的DRX体积分数和晶粒尺寸的预测模型。将模型写入Derform-3D软件中,并对该合金微观组织演化进行数值模拟。首先对等温压缩进行数值模拟,证实了模型的准确性。进一步地,模型应用于直径300 mm涡轮盘锻造工艺优化分析,确定了最优工艺参数为变形温度1100 °C、锻造速度0.2 mm/s；与采用该最优工艺参数锻造的涡轮盘组织进行比较,显示了高度的吻合性。

• 利用磁性复合流体轮对管材外表面进行超精密抛光的研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240558

  摘要(24) 全文(19)

  摘要：不锈钢管因其耐腐蚀性能广泛应用于航空和医疗领域。本研究提出了一种采用磁性复合流体（MCF）轮对不锈钢管外表面进行抛光的新方法。首先，构建了抛光装置，并通过Maxwell软件和特斯拉计探讨了MCF轮在工件表面的磁场分布，研究了磁场分布与工件表面材料去除之间的关系。然后，建立了材料去除（MR）模型，并通过给定条件下的实验结果验证了该模型。最后，通过实验研究了羰基铁粉粒径d_CIP、磨料粒径d_AP、磁铁转速n_m、工件转速n_c以及MCF供给量V对表面粗糙度Ra和减少率Ra%的影响规律，并探讨了不同参数对表面质量的作用机制。结果表明，抛光过程中的磁感应强度与工件的抛光轮廓呈正相关。MR仿真的趋势与实验值一致，证明了MR模型的准确性。在磁铁转速（n_m = 200 rpm）和工件转速（n_c = 5000 rpm），以及使用含有羰基铁粉（15 μm）50 wt. %、磨料颗粒（7 μm）12 wt. %、α纤维3 wt. %和磁性液体35 wt. %的MCF浆料（V = 2 mL）的条件下，不锈钢管的表面粗糙度从0.411μm降低到0.007μm，抛光100分钟后，表面粗糙度的减少率达98.297%，证明了这种新方法适用于管材外表面的抛光。

• Ti掺杂Ta₂O₅高透光涂层抗冲蚀性能及损伤演变研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240563

  摘要(30) 全文(23)

  摘要：为了验证Ti掺杂Ta₂O₅涂层(TTO)的耐磨特性和抗冲蚀性能,采用磁控溅射技术通过控制Ti靶功率制备了一系列TTO涂层。主要研究了TTO涂层随Ti靶功率的生长结构、组织形貌、摩擦学特性。进一步研究了冲蚀试验后,TTO涂层在不同冲蚀条件下,冲蚀损伤行为随力学特性的变化规律。结果表明,TTO涂层在生长过程中由于吸附原子的迁移率消除了材料中的粗糙度、空隙和缺陷, 获得了平整致密的光滑表面。摩擦学试验表明,TTO涂层主要表现为塑性变形和微裂纹的磨损机制。较高的Ti靶功率可以提升TTO涂层的耐磨性。冲蚀试验结果表明,冲击坑、犁沟、微切削、脆性剥落和裂纹的形成为TTO涂层样品在冲蚀作用下的主要磨损机制。

• 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(30) 全文(38)

  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(25) 全文(23)

  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(19) 全文(22)

  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(27) 全文(22)

  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(21) 全文(25)

  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。

• 温度对真空热压连接技术制备AZ31/Al/Ta复合材料界面组织和力学性能的影响

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240604

  摘要(21) 全文(19)

  摘要：Mg/Ta 复合材料兼具抗高能粒子辐照和轻质特性，这使其能够更好的满足未来深空探测需求。然而，由于这两种不同金属在性能上存在显著差异，将它们连接起来颇具挑战性。本文采用真空热压连接方法成功制备了AZ31/Al/Ta复合材料。研究了热压温度对AZ31/Al/Ta复合材料界面组织演变、相组成及界面剪切强度的影响。探讨了AZ31/Al/Ta复合材料在VHCB工艺条件下的界面结合机理。结果表明，随着热压温度的升高，Mg-Al界面相组成由Mg-Al脆性IMC（Al12Mg17，Al3Mg2）转变为Al-Mg固溶体。与400℃相比，450℃时Al/Ta界面扩散层宽度增大。在400℃和450℃时，AZ31/Al/Ta复合材料抗剪强度分别为24 MPa和46 MPa。AZ31/Al/Ta复合材料界面结合机制为扩散与机械啮合共存。此外，避免界面脆性相的形成可以显著提高界面结合强度。

• 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(26) 全文(18)

  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(20) 全文(19)

  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(19) 全文(21)

  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。

• 镍基单晶高温合金在850℃高周疲劳断裂行为

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240631

  摘要(16) 全文(18)

  摘要：对镍基单晶高温合金在850°C的高周疲劳断口特征及损伤机制进行研究。结果表明：在850 °C时单晶高温合金高周疲劳裂纹一般萌生于试样亚表面或内部的缺陷位置。在应力比R=0.05的条件下,随疲劳载荷降低,高周疲劳寿命逐渐增加。高周疲劳断口主要以八面体滑移机制为主,在大应力低寿命时断口呈单个或多个滑移面特征,部分断口沿垂直小平面起源后再沿{111}滑移面扩展；在低应力高寿命时,断口沿亚表面或内部起源后易沿多个滑移面交替扩展,断口呈多个滑移面特征。通过电子背散射衍射分析和透射电镜分析可知,高周疲劳断口表面存在氧化行为,断口截面由外往内依次为多晶层、畸变层和基体层。其中,多晶层主要成分为Ni、Co氧化物；畸变层内主要以长条状或短棒状的Al、Ta、W氧化物形貌分布；基体层为单晶层。

• 一种新型镍基单晶高温合金蠕变断裂行为及机制研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240632

  摘要(26) 全文(25)

  摘要：本文通过对一种新型镍基单晶高温合金在1100℃/140MPa条件下的蠕变性能测试,组织形貌观察及成分分析,研究了合金在蠕变断裂过程中,蠕变速率的变化特点及蠕变前后组织的演变特征,揭示了新型镍基单晶高温合金的蠕变断裂机制。结果表明：该合金的蠕变寿命为104.5h,应变量可达到33.58%,蠕变速率随应变整体呈现先递减后递增,最后趋于稳定直至断裂,在蠕变初始阶段,蠕变速率随时间呈现先降低再回升而后再降低的现象。此外,蠕变断口组织由韧窝与撕裂棱构成,无明显滑移面,断口内部存在氧化物和再结晶组织,断口内空洞呈现长条状,且垂直于应力轴,表现为微裂纹聚集型断裂机制。

• 纳米ZrC增强WNiFe合金的微观结构及性能研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240635

  摘要(18) 全文(19)

  摘要：钨是聚变堆面向等离子部件及散裂中子源靶体的候选材料，但其室温脆性和辐照脆性极大地限制其应用。高比重钨合金由于具有室温延展性和低成本的优点，被认为是一种良好的替代材料。在本研究中，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-0.5wt%ZrC合金具有室温塑性。在400 °C时，旋锻WNiFe-0.5 wt%ZrC的抗拉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-0.5 wt%ZrC的室温热导率仅为71 Wm-1K-1，但在800 °C时增加到约100 Wm-1K-1，与纯W (121 Wm-1K-1)的热导率相近，具有用作聚变堆面向等离子体材料的潜力。

• 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(21) 全文(21)

  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(19) 全文(19)

  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。

• 辐照U-10Mo燃料中裂变气泡的等效力学本构模型研究

  优先出版日期:2025-04-10  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240640

  摘要(20) 全文(26)

  摘要：辐照核燃料中裂变气体气泡（FGBs）的气泡压力引起FGBs与周围燃料骨架之间发生力学相互作用。为计算存在含压FGBs的辐照核燃料微观力学应力场，本研究基于修正的范德华方程和表面张力的影响，推导并验证了FGBs的等效力学本构模型。基于建立的模型，采用有限元法计算了含随机分布FGBs的辐照U-10Mo燃料在单轴拉伸试验过程中的微观力学场。根据均匀化理论获得了辐照后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。得出以下结论：（1）FGBs的气泡压力由表面张力和周围燃料骨架的约束应力平衡。周围燃料骨架的约束应力由其变形状态决定，并不等于周围燃料骨架或燃料元件宏观材料点的静水压力；（2）相邻的气泡存在应力交互作用，容易导致周围燃料骨架出现应力集中；（3）辐照后U-10Mo燃料宏观弹性常数随宏观孔隙率的增加而减小，两者符合Mori-Tanaka模型，而气泡压力和尺寸对辐照后U-10Mo燃料宏观弹性常数影响不显著。

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