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乏燃料后处理强酸、强氧化性、强放射性的工作环境,对后处理溶解器选材、加工工艺提出了严苛要求。本论文研究了自主设计Zr-1.0Ti-0.35Nb合金在670 ~ 750 ℃温度范围、三种不同应变速率0.01、0.1和1 s-1条件下的热压缩变形行为,分析了热压缩过程中该合金的微观组织特征,并基于峰值应力构建了其热变形本构模型。结果表明,应变速率和变形温度对Zr-1.0Ti-0.35Nb合金热变形过程具有显著影响,流变应力随应变速率增加而增大,随变形温度的增加而减小,达到峰值应力后流变曲线呈现明显动态再结晶特征；提高变形温度有助于发生动态再结晶和晶粒长大；基于Arrhenius本构方程计算得到Zr-1.0Ti-0.35Nb合金的热变形激活能为225.8 kJ/mol,硬化指数为5.62，说明合金元素Ti使锆合金的热变形激活能升高；实验值与预测值之间的相关系数为0.97,平均相对误差为6.15%,证实此本构方程预测Zr-1.0Ti-0.35Nb合金流变应力的准确性,能够为新型锆合金热加工工艺优化提供理论指导。
日本福岛核事故后，耐事故燃料（Accident Tolerant Fuel, ATF）包壳技术引起业界广泛关注。在核反应堆堆芯核燃料包壳用锆（Zr）合金表面包覆Cr涂层被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术。目前多数Cr涂层的制备方法存在设备昂贵负责、沉积速率偏低、形状适应性偏弱等缺点，而熔盐电沉积技术具有阴极电流效率高、电沉积速度快、基体形状适应性强等优点，有望解决包壳Zr合金表面高质量Cr涂层的高效低成本制备难题。为实现Zr合金表面Cr涂层的熔盐电沉积制备，本文采用水溶液电沉积和熔盐电沉积方法依次在Zr合金基体表面制备Ni过渡层和Cr涂层，对制备得到的Zr/Ni/Cr试样进行组织结构表征、结合力和纳米硬度测试及高温氧化行为研究。结果表明，Zr合金表面的Ni/Cr涂层均匀致密，与基体间的结合力约为151 N。Zr/Ni/Cr从内到外各层的硬度和弹性模量均逐渐升高，呈准梯度过渡。其中Cr涂层的表面粗糙度约为2 μm，硬度和弹性模量分别为2.86 GPa和172.86 GPa。Zr/Ni/Cr试样在1000℃和1200℃高温蒸汽氧化过程中分别表现出近抛物线和近线性规律，表明Ni/Cr涂层能够在1000℃下对Zr合金基体起到良好的保护效果。Zr合金表面Ni/Cr涂层的高温氧化失效机制与Ni过渡层的快速扩散、Cr层的氧化和扩散消耗以及Zr沿Cr晶界快速扩散导致的Cr层性能弱化密切相关。
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.
钎焊材料成分设计准则及典型组织演变机制
摘要：钎焊材料应用广泛，在异质结构连接中发挥着工业万能胶的作用。新结构和新材料层出不穷，所需要的新型钎焊材料越来越多。研究钎料成分优化设计方法，形成钎料系统性设计准则意义重大。从应用钎料基本性能、成形加工性和综合成本三维视角出发，阐明了钎料成分设计的基本规则。本研究中钎料本构性能包括钎料机械性能、物理化学性能、电磁性能、耐蚀性能与钎焊作业时钎料的润湿性和流铺性。成型加工性包括熔炼、铸造工艺，挤压、轧制、拉拔、制环工艺，制粒、制粉和非晶微晶成型工艺。成本指材料价值和制造成本之和。提高钎料综合性能需要全面系统考量设计指标，突出钎料特色要聚焦相应技术指标，二元或三元共晶组织可以有效提高钎料流铺性，固溶体组织有利于钎料成形。采用所提出的设计准则，设计了典型的Ag基、Cu基、Zn基、Sn基钎料，并在重大科学工程中得到成功应用。
纳米花状
CuS 作为镁离子电池正极材料摘要：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。
Zr/CoCrFeMnNi HEA 钎焊接头界面组织与力学性能研究摘要：采用AgCu钎料实现了Zr合金与CoCrFeMnNi HEA之间的钎焊连接。研究了钎焊温度与保温时间对接头显微组织演化与力学性能的影响规律。结果表明：在钎焊温度为850 ℃，保温时间为10 min的条件下，接头界面的典型微观组织为：HEA/Crss/Zr(Cr,Mn)2/Zr2(Co,Cu,Ni,Fe)+Zr2(Ag,Cu)+Zr(Cr,Mn)2/Zr，接头的平均抗剪切强度最高可达103.1 MPa。随着钎焊温度的升高或保温时间的增加，扩散反应区内的富Cr基固溶体层和Zr(Cr,Mn)2层厚度增厚，钎缝中心区内Zr2(Co,Cu,Ni,Fe)相和Zr(Cr,Mn)2相含量增多，Zr2(Ag,Cu)相所占比例减小。最后，分析了接头的失效机制，在剪切力的作用下，随着钎焊温度和保温时间的增加，接头的断裂位置从扩散反应区的Zr(Cr,Mn)2层转移到钎缝中心区的Zr2(Co,Cu,Ni,Fe)脆性相断裂。
金属密封软金属和基体界面过渡层特征
张大伟, 张学开, 曹子轩, 葛子逸, 吕世昌, 李智军, 赵升吨, 胡阳虎
摘要：带有软金属镀层的自紧式金属密封广泛应用于高温、低温、高压等复杂工况。研究软金属镀层和高温合金基体界面过渡层特征及结合强度对提升密封性能和金属密封工作全过程建模与简化具有重要意义。采用试验方法研究了不同软金属镀层材料及厚度组合下软金属和基体界面元素分布特征和镀层-基体结合强度。结果表明：软金属镀层厚度对GH4169-Cu、GH4169-Ag和Cu-Ag界面形貌几乎没有影响，但对不同金属之间的过渡层厚度有影响；随着镀层厚度增加，该影响减弱，镀层厚度大于30 μm后，过渡层厚度稳定在2 μm左右。划格试验表明Cu、Ag和Cu-Ag复合镀层与基体GH4169均结合较好。软金属材料对过渡层特征和镀层划格试验后表面特征有显著影响。
激光沉积预混合的近
α 钛合金和Ti2AlNb 合金粉末中成分偏析与层错诱导亚晶结构形成刘娜, 赵张龙, 刘郁丽, 冯凯凯, 查小晖, 李璞, 徐文馨, 杨海鸥, 赖运金
摘要：通过激光沉积在近α钛合金基板上制备了不同比例的预混合近α钛合金和Ti2AlNb合金粉末，并对2种粉末的微观组织演变和结构特征进行了分析和讨论。结果表明，Ti2AlNb含量在40%（质量分数，下同）以上的激光沉积预混合钛合金粉末的等轴B2晶粒内形成了许多河流状亚晶粒结构，而Ti2AlNb含量在40%以下的粗柱状β晶粒内则呈现针状结构。值得注意的是，降低激光功率和扫描速度可以促进亚晶粒结构的形成。基于实验结果的分析可以推断出，这种亚晶粒结构的形成不仅与亚晶界成分微偏析导致的O相析出有关，还与激光沉积过程中内应力诱导的堆垛层错密不可分。
固溶处理对TB18钛合金微观组织和力学性能影响规律研究
刘向宏, 赵宁, 王涛, 康家瑞, 杨晶, 李少强, 杜予晅
摘要：亚稳β型TB18钛合金具有较高的固溶-时效强化效应和良好的强度韧性匹配潜力,成为制备先进航空构件的优选材料。通过研究经过不同固溶温度、固溶时间、固溶后缓冷热处理后TB18钛合金的微观组织和力学性能变化规律,阐明固溶处理对TB18钛合金微观组织-力学性能间交互作用的影响机理。结果表明,经过β单相区固溶和时效处理后,β基体中析出片层和针状αs相,片层状αs相有利于提升TB18钛合金的韧性,片层厚度越大,TB18钛合金的断裂韧性越好。固溶温度过高或固溶保温时间过长将导致TB18钛合金β晶粒发生粗化,使材料强度和塑性下降。将固溶后缓冷冷却速率由0.25 ℃/min提升至1 ℃/min,经过时效处理的TB18钛合金内分布均匀细密的αs相,抗拉强度提高达到1343 MPa,延伸率为5.0%。当固溶制度为870 ℃/2 h/Air cooling(AC)时,TB18钛合金可在530 ℃/4 h/AC条件下时效后获得良好的强韧性匹配,抗拉强度为1315 MPa,屈服强度为1225 MPa,延伸率为8.5%,冲击韧性为29.2 J/cm2，断裂韧度值为88.4 MPa.m1/2。
Zr合金表面电沉积Ni/Cr涂层的高温氧化行为研究
摘要：日本福岛核事故后，耐事故燃料（Accident Tolerant Fuel, ATF）包壳技术引起业界广泛关注。在核反应堆堆芯核燃料包壳用锆（Zr）合金表面包覆Cr涂层被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术。目前多数Cr涂层的制备方法存在设备昂贵负责、沉积速率偏低、形状适应性偏弱等缺点，而熔盐电沉积技术具有阴极电流效率高、电沉积速度快、基体形状适应性强等优点，有望解决包壳Zr合金表面高质量Cr涂层的高效低成本制备难题。为实现Zr合金表面Cr涂层的熔盐电沉积制备，本文采用水溶液电沉积和熔盐电沉积方法依次在Zr合金基体表面制备Ni过渡层和Cr涂层，对制备得到的Zr/Ni/Cr试样进行组织结构表征、结合力和纳米硬度测试及高温氧化行为研究。结果表明，Zr合金表面的Ni/Cr涂层均匀致密，与基体间的结合力约为151 N。Zr/Ni/Cr从内到外各层的硬度和弹性模量均逐渐升高，呈准梯度过渡。其中Cr涂层的表面粗糙度约为2 μm，硬度和弹性模量分别为2.86 GPa和172.86 GPa。Zr/Ni/Cr试样在1000℃和1200℃高温蒸汽氧化过程中分别表现出近抛物线和近线性规律，表明Ni/Cr涂层能够在1000℃下对Zr合金基体起到良好的保护效果。Zr合金表面Ni/Cr涂层的高温氧化失效机制与Ni过渡层的快速扩散、Cr层的氧化和扩散消耗以及Zr沿Cr晶界快速扩散导致的Cr层性能弱化密切相关。
连续激光烧蚀作用下
Ti-6Al 与Ti-48Al 合金表面的温度场摘要：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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王方辉, 李虎山, 张浩, 丁子恒, 包建兴, 丁朝刚, 单德彬, 郭斌, 徐杰
2025,54(5):1121-1126 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240561
摘要：研究了不同电流密度和应变速率下AlCr1.3TiNi2共晶高熵合金在电辅助压缩过程中抗变形性能的影响。结果表明：当电流密度为60 A/mm2，应变速率为0.1 s-1时，抗拉伸强度显著降低，从约3000 MPa降至1900 MPa，降幅约36.7%。然而，随着电流密度的增加，由于中温脆性延伸率下降，这是由于电流引起的焦耳效应导致应力集中，缺陷形成增加。在恒定电流密度下，流变应力随应变速率的增大而减小。
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高建平, 吕源江, 李永婧, 孙雯倩, 任碧莹, 戴正飞, 马飞
2025,54(5):1127-1133 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240720
摘要：通过磁控溅射在钛基双极板上沉积了TaN涂层，以提高其耐腐蚀性和使用寿命，并研究了氮气流量对TaN涂层的表面形貌、疏水性、结晶度、耐腐蚀性能和界面接触电阻的影响。结果表明：随着氮气流量的增加，TaN涂层的粗糙度先减小后增大，疏水性先增大后减小。在氮气流量为3 mL/min时，TaN涂层晶粒较大，呈现出较低的粗糙度和较高的疏水性。在模拟的质子交换膜电解槽环境中，该涂层具有最低的腐蚀电流密度（2.82 μA·cm-2）和最高的自腐蚀电位（-0.184 V vs. SCE）。经过10 h恒电位极化测试后，在氮气流量为3 mL/min时沉积的TaN涂层上观察到的腐蚀坑较少。经过75 h的电解水性能测试，TaN涂层提高了钛双极板腐蚀电阻，进而提高了电解池的电解效率（68.87%），大幅度降低双极板成本。
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2025,54(5):1134-1144 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240228
摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了核电站用Fe-Cr-Ni基合金热变形特征。利用电子背散射衍射（EBSD）技术研究了合金热变形微观组织演化规律。结果表明：流变应力曲线表现出典型的动态再结晶（DRX）特征。EBSD分析发现，DRX晶粒主要在晶界处形核长大。在1100 ℃/0.01 s-1条件下发生完全DRX，晶粒明显细化。合金的主要形核机制是晶界弯曲形核。因此，核电站用Fe-Cr-Ni基合金的软化机制是动态恢复和DRX的结合。建立了具有应变补偿的Arrhenius本构模型。预测值与实验值的相关系数为0.9947。得到了临界应力（应变）和Z参数的可靠数学模型。DRX的临界应力（应变）随温度的降低或应变速率的增大而增大。通过Avrami模型建立了DRX动力学模型，并得到了典型的S型曲线。随着应变速率的降低和温度的升高，DRX的体积分数增加。
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2025,54(5):1145-1155 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240205
摘要：研究了Ni和Zn复合添加对挤压态Mg-6.84Y-2.45Cu（MYC，质量分数）合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：铸态Mg-6.79Y-1.21Cu-1.12Ni-1.25Zn（MYCNZ，质量分数）合金组织由α-Mg、层片状18R-长周期堆垛有序（LPSO）相、Mg2(Cu, Ni, Zn)颗粒相以及少量的富Y相组成。均匀化处理后，MYCNZ合金发生了相变，部分晶界处片层状的18R-LPSO相转变为晶内细针状的14H-LPSO相。挤压后，合金第二相的数量、形态和分布都发生了改变，同时晶粒尺寸显著细化至2.62 μm，该合金也形成了较弱的基面织构。拉伸试验结果表明，Ni和Zn的复合添加显著提高了挤压态MYC合金的抗拉伸强度，同时保持了良好的塑性。挤压态MYCNZ合金的屈服强度、极限抗拉伸强度和断裂伸长率分别为266.9 MPa、299.8 MPa和20.1%。该合金具有良好的强塑性协同效应。挤压态MYCNZ合金在室温下的高抗拉伸强度主要是由于晶粒细化和第二相强化，而良好的塑性主要是源于织构弱化和非基面位错的激活。
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2025,54(5):1156-1164 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240554
摘要：采用第一性原理计算方法揭示α-Fe Σ3(111)
晶界处P和Mg的偏聚行为以及二者的交互作用。结果表明，P和Mg均会在晶界处偏聚，且P具有更强的晶界偏聚倾向。Mg倾向于优先在具有最大可吸收空位的晶界平面上发生替换，而P则倾向于占据靠近铁原子的位置，促进强共价型Fe-P键的形成。当晶界上有Mg时，P的偏聚行为可能会因可用溶解位点的减少和偏聚能量的增加而显著受阻。在晶界上，P与Mg的相互作用增强，形成较低能量的混合峰。以上发现阐明了少量Mg的引入如何缓解回火脆化现象。 -
2025,54(5):1165-1176 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240225
摘要：针对太空舱制造中设备复杂、体积大及能耗高等不足，提出了一种体积小、低能耗的滑压式焦耳热熔丝增材制造技术。工艺参数的不合理性会导致焦耳热增材制造技术单道多层成形质量一致性差，很难达到成形薄壁件的条件。设计了正交实验成形出了不同层数的单道多层样件并对其进行成形质量评分，分别分析了打印电流、成形速度及接触压力对单道多层成形质量的影响，得出了最优工艺参数并对实验结果进行了定量表征。结果表明：打印电流对单道多层成形质量的影响最显著，在最优工艺参数下，成形截面熔合好，表面连续光滑，其中单道3层表面粗糙度为0.16 μm，截面熔合区平均维氏硬度317 HV，为后续利用焦耳热增材制造技术成形薄壁件奠定了基础。
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2025,54(5):1185-1193 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240192
摘要：研究了双重退火过程中保温时间对Ti55511钛合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明，初生α（αp）相的形态和尺寸主要受第一阶段保温时间的影响。随着保温时间的增加，在末端迁移机制的驱使下，长条状的αp转变为短棒状而发生宽化生长，而当保温时间超过2 h，αp生长变缓。αp的体积分数主要受第二阶段保温时间的影响，随着保温时间的增加，αp的体积分数增加，同时也影响了次生α（αs）相的析出。Ti55511合金的力学性能受αp和αs共同影响。拉伸试验结果表明，双重退火过程中最佳保温时间范围为第一阶段的有效保温时间1~4 h，第二阶段有效保温时间0.5~2 h。
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张雷, 黄本生, 解传娣, 陈根, 杜皎, 孙海身, 左寒阳
2025,54(5):1194-1206 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240198
摘要：采用粉末冶金法制备TiC-NiCr金属陶瓷，并对其在900 ℃下的氧化行为进行了研究。结果表明，TiC-NiCr结构均匀，具有优异的力学性能，硬度为65 HRC，抗弯曲强度为1450 MPa。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了TiC基陶瓷的高温氧化机理。加入的Ni和Cr元素及其固溶体不仅与硬相TiC结合，保证了金属陶瓷的物理性能，而且通过形成致密的复合氧化层，阻碍了氧化过程中的内部扩散，从而增强其抗氧化性。TiC-NiCr金属陶瓷在900 ℃下呈现出致密的氧化保护膜，可连续氧化约1000 h。提出了一种制备TiC-NiCr金属基复合材料的方法，并对其抗氧化性能进行了评价，为在降低生产成本的同时提高其力学性能和抗氧化性能提供了理论和实践依据。
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2025,54(5):1207-1216 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240130
摘要：提出了基于氢氟酸低温解离和利用氟化物溶解度差异性大的特点进行纯化的变革性铍冶金理论和方法，氢氟酸可直接在低温或室温下快速解离铍矿粉，解离率超过99%，AlF3、FeF3、CrF3及MgF2等氟化物溶解度低，再加上同离子效应，无需化学纯化即可制备纯度为99.9%的铍产品。对于4N级以上的高纯铍产品，则可利用铁、铬等氢氧化物沉淀的pH区间明显不同于Be(OH)2沉淀所对应的pH区间的优越特性进行高纯铍的制备。这一方法可用于制备现代铍冶金可制备的大部分铍产品。
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2025,54(5):1217-1228 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230827
摘要：系统研究了V含量（0.1wt%，0.2wt%）对不同热处理状态（调质态和加速脆化态）超纯净30Cr2Ni4MoV转子钢碳化物和力学性能的影响。结果表明，两种调质态合金钢都具有同样的板条马氏体组织特征以及碳化物类型（包括M23C6、M2C和MC）和尺寸。但0.2V钢析出了更多尺寸细小、富V的MC碳化物，细化了合金钢的原始奥氏体晶粒尺寸，通过沉淀强化和细晶强化作用，将屈服强度提高了147 MPa。加速脆化热处理后，合金钢的微观组织和碳化物类型不变，仅碳化物尺寸略有粗化，从而导致合金钢的屈服强度稍有下降。V含量增加后，由于析出了更多的MC碳化物，对位错的阻碍作用增强，造成裂纹扩展临界应力σf的下降，使得裂纹更易萌生和扩展。因此，0.2V钢的韧脆转变温度相较于0.1V钢提高了21 ℃。
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黄丹蓝, 薛佳宁, 安宁, 邬雅靓, 石枫, 曹合欢, 杨帆, 李重阳
2025,54(5):1229-1234 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。结果表明铸锭最后凝固区表面主要含有大尺寸氧化物夹杂及MC碳化物，铸锭内部不同位置均未发现氧化物夹杂，炉膛内料渣存在大尺寸HfO2。高能电子束对熔池起到搅拌作用，使HfO2和Al2O3在电子束作用下大量聚集上浮到铸锭表面，有效去除返回料内部的难熔氧化物。
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2025,54(5):1235-1244 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230818
摘要：增加铺粉厚度可以明显提高选区激光熔化（selective laser melting，SLM）技术制备Ti-6Al-4V的效率，但其成形质量相比于常规层厚较差。退火热处理可以提高选区激光熔化制备钛合金试样的延展性，但其对大层厚成形钛合金的影响仍不明确。本实验利用选区激光熔化技术制备大层厚Ti-6Al-4V，随后在700和950 ℃退火处理，研究退火处理对Ti-6Al-4V组织性能的影响。研究表明，制备的大层厚钛合金在扫描速度600~800 mm/s时可以取得较好的成形质量。热处理后试样的微观组织由针状马氏体逐渐变粗随后转变为板条状，在950 ℃热处理后试样的XRD衍射峰中观察到β峰，这会影响材料的压缩性能。其中扫描速度为600 mm/s时制备的试样抗压强度为1593 MPa，最大断裂应变为15.1%；退火热处理后抗压强度降低到1359 MPa，最大断裂应变提升到22.2%，断裂形式从脆性断裂转变为韧性-脆性断裂。
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孟帅举, 张明池, 王孟璐, 宋金龙, 张朝欢, 毕广利, 刘海峰, 贾智
2025,54(5):1245-1253 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230815
摘要：为探明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，分别采用OM、SEM、XRD、EPMA、维氏硬度计和拉伸试验机，研究了Zn元素对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合金的晶粒，随着Zn元素含量的增加，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（58.2 μm）。此外，BT35合金中只有Mg3Bi2和Mg2Sn两种第二相，而添加Zn元素后合金中出现了Mg2Zn和BiSn相。当Zn元素的添加量低于3wt%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、延伸率分别为(263.5±6) MPa、 (13.2±0.6)%，其断口组织呈现典型的穿晶断裂特征。
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2025,54(5):1254-1260 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230828
摘要：通过对Ti-1500合金进行热镦成形实验，对比分析了不同热镦温度下3个不同变形区的显微组织。结果表明：热镦工艺对微观组织演化有显著影响，热镦温度越高且变形量越大的区域动态再结晶越明显。具体表现为700 ℃时变形Ⅰ区和变形Ⅱ区未发生动态再结晶，变形Ⅲ区发生了明显的再结晶，820 ℃时发生了α→β相变且3个变形区均发生明显的动态再结晶，900 ℃时再结晶晶粒过度长大。700 ℃镦制时变形Ⅰ区形成了
//ND织构，随着变形量增大，变形Ⅱ区的晶粒逐渐向<001>和<111>方向转动，最终形成了强度更高且体积分数更多的 织构并形成了一部分 //ND织构。当变形量增至变形Ⅲ区时，再结晶形成了<001>取向的新晶粒，并且晶粒长大过程中<001>取向晶粒的晶界向<111>取向晶粒的晶界迁移，导致 织构强度和体积分数进一步增加，而 织构体积分数有所下降。并且820和900 ℃时的织构类型、织构强度以及织构演化规律与700 ℃时是一致的。 -
2025,54(5):1261-1272 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230832
摘要：针对高碳镍基高温合金铸锭凝固过程中复杂析出相演变行为，本研究采用多种手段探究了凝固过程中相变与热裂敏感性的关联性。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及热力学计算等方法明确铸锭热裂敏感性的组织原因；采用差示扫描量热实验和等温凝固实验结合组织分析结果，揭示了凝固过程中相变对热裂敏感性的影响；通过零强度和零塑性温度确定以及热应力分析，阐明了合金凝固过程组织演变对强塑性的影响是导致高热裂敏感性的本质原因。研究合金凝固析出相种类复杂，Al、C、Ti、Co、Ni、Nb和Mo元素在液相中的显著富集导致Laves相和（γ+γ′）共晶相在较低温度下形成，这也使得凝固的最后阶段速率缓慢，凝固温度区间高达151 ℃。在脆性温度区间铸锭承受的第一主应力受锭型大小和浇注工艺的影响，应力会超过合金的强度极限，表明合金自身具有高热裂倾向。揭示这类高温合金凝固过程与铸锭强韧性之间的关联，可为控制凝固过程中的开裂倾向提供理论和实践指导。
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2025,54(5):1273-1282 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230839
摘要：研究添加不同浓度硫酸铈（Ce2(SO4)3）对工业电解液电沉积过程中镍沉积层晶粒细化的作用。通过线性扫描伏安（linear sweep voltammetry，LSV）曲线、循环伏安（cyclic voltammetry，CV）曲线和计时电流（chronoamperometry，CA）曲线分析不同浓度Ce2(SO4)3对镍电结晶行为的影响；利用扫描电子显微镜分析沉积层微观组织形貌；利用原子力显微镜分析沉积层晶粒尺寸高度波动范围以及表面均方根粗糙度；通过X射线衍射分析其择优取向和晶体结构。结果表明：添加不同浓度Ce2(SO4)3会使镍的起始沉积电位发生负移，阴极极化程度增大，过电位增加，形核弛豫时间tm缩短，加快镍电沉积过程中的形核速率，从而使沉积层晶粒细化。但添加Ce2(SO4)3并不会改变镍的电结晶形核机理，同时也不会改变镍沉积层的晶体结构，其仍为面心立方结构（fcc）。当添加0.6 g/L的Ce2(SO4)3时，晶粒生长取向由(111)面转变为(111)面和(220)面双向择优生长，此时沉积层晶粒分布均匀，晶粒发生明显细化。
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2025,54(5):1283-1290 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230841
摘要：利用等离子焊接技术对加入钇（Y）金属粉末的镍基高温合金Incone l625（100 mm×50 mm×4 mm）板材进行对接自熔焊焊接试验。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、力学性能测试等进行测试分析。结果表明：当焊接电流95 A、焊接速度110 mm/min、等离子气流量3 L/min、钇元素含量0.3wt%时接头成型最佳；焊缝区组织为细小等轴晶，加入钇元素后，热影响区出现更为细小、均匀的晶粒；焊接接头中析出大量的Laves相和碳化物相（MC）以及富钇相（Y-riched）；随着钇元素含量的增加，接头抗拉强度、屈服强度、延伸率先增后减，在钇元素含量为0.3wt%时，试样抗拉强度最高为776.59 MPa，屈服强度最高为595.68 MPa，接头延伸率为46.60%，其整体性能高于不加稀土的合金，拉伸和冲击断口均为韧性断裂；在不加Y时，焊缝区硬度最大，钇元素加入后焊缝区的硬度显著下降。
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2025,54(5):1291-1298 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240009
摘要：针对TC11钛合金显微组织特征参数与室温拉伸性能定量关系缺失的问题，对不同热处理制度下TC11钛合金显微组织特征参数进行了定量研究。利用图像分析软件，定量表征了不同热处理温度下等轴α相的含量、等轴α相的晶粒尺寸、片层α相厚度和片层α相长宽比；建立了室温拉伸性能和热处理温度、显微组织定量参数之间的定量关系。采用多元非线性回归模型分析了室温拉伸性能与显微组织定量参数之间的定量关系。结果表明，TC11钛合金的显微组织取决于热处理 制度，固溶温度每上升10 ℃，合金等轴α相的含量降低约4.6%，时效温度每上升10 ℃，片层α相厚度增加约0.05 μm。实验和统计分析表明，随着等轴α相含量降低，TC11钛合金的强度先降低后提高，塑性先提高后降低；等轴α相晶粒尺寸对合金室温拉伸性能影响较小。片层α相厚度增加，合金强度提高，合金塑性与片层α相厚度相关性较小；片层α相的长宽比 减少，合金的强度先降低后提高，塑性提高；TC11钛合金的显微组织特征参数和室温拉伸性能之间符合多元非线性回归 关系。
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杨经雨, 苏捷, 谭黎明, 刘锋, 李千一, 喻石亚, 郝新, 张龙飞, 马鑫, 易出山, 刘咏, 黄岚
2025,54(5):1299-1306 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240022
摘要：研究了热等静压（HIP）、热等静压+均匀化+固溶时效（N1）与均匀化+热等静压+固溶时效（N2）3种热处理后K4169合金的组织性能。HIP后Laves相转化为碳化物，枝晶偏析与孔隙缺陷消除。N1与N2样品γ″强化相尺寸分别为 70.71与106.76 nm，N2样品由于HIP后晶界处Nb元素富集析出大量δ相。HIP工艺提升K4169合金的室温与700 ℃拉伸性能，N1及N2样品在650 ℃/620 MPa的持久寿命分别为205.88与36.87 h。拉伸测试中碳化物因应力集中破碎形成微孔，裂纹在微孔上萌生扩展；持久试验中裂纹沿晶界扩展，析出的δ相在应力作用下与基体分离产生微孔弱化晶界，降低合金持久性能。
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钱志慧, 朱琴, 马姣, 陶扬, 郭昱娇, 卢瑶, 宁平, 郭俊明
2025,54(5):1307-1316 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240034
摘要：尖晶石型LiMn2O4易发生Jahn-Teller畸变和Mn溶解，容量衰减较快，限制了商业化应用。通过低温固相燃烧法快速合成了Al-Co共掺LiAl0.03CoxMn1.97-xO4(x≤0.08)正极材料。结果表明，Al-Co共掺降低了截断八面体｛111｝、｛100｝、｛110｝晶面的表面能位垒，增加了异质形核的形成，促进了截断八面体晶体的发育，减缓了Mn溶解和扩展了Li+扩散通道。优化的LiAl0.03Co0.03Mn1.94O4正极材料具有更完整的截断八面体单晶颗粒形貌，其Mn平均化合价从+3.5增大到+3.545，有效抑制了Jahn-Teller畸变和稳定了晶体结构，提高了高倍率容量和长循环性能，在5和10 C下初次放电比容量分别为108.6和 104.9 mAh/g，长循环2000次后保持率高达70.4%和75.5%；更高倍率20 C下，500次循环后容量损失率仅为9.3%。且其具有较小活化能（22.84 kJ/mol）和较大锂离子扩散系数（5.47×10-16 cm2/s），表明其具有良好的锂离子迁移动力学性能。
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2025,54(5):1317-1327 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230833
摘要：为了阐明零件制备过程中含稀土元素Y和La的镍基高温合金熔体与陶瓷坩埚之间反应机理，在1550 ℃下采用原位座滴法研究了含Y和La的高温合金熔体与Al2O3陶瓷坩埚之间的界面反应。结果表明，含稀土元素的高温合金熔体与Al2O3陶瓷坩埚发生界面反应后，合金表面质量较好，基本无反应产物的粘附。当合金中只含Y时，Y元素与Al2O3反应生成中间产物Y2O3，随后继续反应生成Y3Al5O12，少量的Hf元素与Al2O3反应生成HfO2。当合金中只含La时，La元素与Al2O3反应生成LaAlO3，La元素抑制了Hf元素参与界面反应，基本无HfO2生成。当合金中同时含有Y和La时，由于Y元素活性更高，Y优先与Al2O3反应生成Y3Al5O12，抑制了La元素与Al2O3的反应，有效地减少La元素的烧损。
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2025,54(5):1328-1334 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240035
摘要：本实验以金属硝酸盐为金属源、尿素为沉淀剂、氟化铵为结构导向剂，采用水热法在泡沫镍表面生长了CoFeZn 层状双氢氧化物（layered double hydroxide，LDH），并通过碱刻蚀得到了具有Zn2+空位缺陷的D-CoFeZn LDH。在1 mol/L KOH水溶液中，借助三电极体系分析了碱刻蚀处理和Zn含量对电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction，HER）和析氧反应（oxygen evolution reaction，OER）性能的影响。形貌和结构测试结果表明，CoFe LDH和CoFeZn LDH均为光滑的纳米棒，而碱刻蚀会使其表面生长出更小尺寸的纳米片，但表面各元素的价态基本无明显变化。电化学结果表明，Zn2+空位缺陷极大地提升了电催化剂的HER和OER性能，优化的D-CoFeZn-1分别仅需224和236 mV便可实现100 mA·cm-2的HER和OER电流密度，使其可用于全水电解，且性能优于商用催化剂。
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2025,54(5):1335-1343 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96wt%；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23wt%。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WB相向W2B相转变。
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2025,54(5):1344-1352 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240041
摘要：REBa2Cu3O7-x高温超导涂层导体（即第2代高温超导带材）具有优异的有场载流特性和力学性能，在电力、交通、医疗和军事等领域具有潜在的应用前景，近年来受到国内外超导研究团队的广泛关注。提高涂层导体中超导层厚度有利于增强超导电流传输能力和增大工程临界电流密度，是降低二代带材应用成本的主要途径之一。临界电流密度（Jc）随膜厚增大而下降的“膜厚效应”是阻碍高品质超导厚膜研制所面临的主要问题。本文主要介绍了YBCO厚膜的制备方法和外延生长机理，讨论了影响Jc的各种因素和提高Jc的主要途径，并综述了国际主要研究团队在YBCO厚膜方面的最新研究进展。
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2025,54(5):1353-1366 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240801
摘要：NiTi合金因其出色的形状记忆和超弹性效应、良好的耐腐蚀性和生物相容性，在航空航天、生物医疗等领域有着巨大的应用潜力。因其自身材料特性，基于传统加工工艺难以精确构筑复杂构型部件，严重限制着其规模化应用与发展。选区激光熔化技术（selective laser melting，SLM）作为一种先进的快速成型技术可实现金属构件的一体化近净成形，特适合于低成本快速制造具有复杂结构的NiTi合金构件。本文综述了近年来国内外关于SLM调控NiTi合金性能的研究进展，重点评述了SLM对合金相变行为、力学性能和功能特性的影响规律及调控策略，揭示了NiTi合金性能失效机制，并展望了SLM成形NiTi合金研究中需重点突破的难题和未来发展方向，为保障生命安全和身体健康，推进医工交叉学科的快速发展提供参考。
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2025,54(5):1367-1376 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240039
摘要：银包铜粉是在铜表面包裹银的粉体材料，因其可替代银粉降低成本，在导电浆料等领域具有广阔的应用前景。本文介绍了银包铜粉的制备方法，包括机械球磨法、熔融雾化法和化学镀法。其中，化学镀法具有设备简单、成本较低的特点，已成为工业上应用最广泛的制备方法，重点阐述了化学镀法的原理及工艺，对比了置换法和还原法的异同。在此基础上，归纳总结了银包铜粉的包裹机理。此外，对银包铜粉在导电胶、电磁屏蔽涂料和导电油墨等领域的应用和研究进展进行了介绍，结合行业最新进展指出银包铜粉面临的技术挑战，亟需建立镀层厚度调控模型，来降低银含量的同时确保高抗氧化性。本综述可对银包铜粉制备及包裹机理的研究提供指导。
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刘泽宇, 胡佳其, 王帅, 叶建林, 刘璐, 郭阳阳, 李豪, 曾荣昌, 任凌宝, 单智伟
2025,54(5):1377-1396 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250029
摘要：镁合金在汽车轻量化方面应用潜力巨大，可靠连接是其轻量化制造的关键技术问题之一。激光焊接因热输入小，适用于镁合金连接技术开发。然而，目前镁合金激光焊接接头的服役性能不足仍制约工程需要。本文总结了当前镁合金激光焊接研究进展，重点讨论了镁合金激光焊接本征特性及焊接工艺参数对焊接接头质量的影响；同时，结合车用镁合金案例暴露出的问题，归纳车用镁合金激光焊接接头服役性能的关键影响因素，并对后续发展进行展望。
2025年第5期
>材料科学
>评述
- 专辑征稿
- 已出版专辑
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优先出版日期:2025-05-09 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240846
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。
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优先出版日期:2025-05-09 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240848
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240576
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240581
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240588
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240596
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%。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240603
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240609
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240615
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240617
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240636
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240637
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240643
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240648
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240651
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240652
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240661
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240669
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。
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优先出版日期:2025-04-10 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240804
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。
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优先出版日期:2025-04-08 DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20250065
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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