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(43) HTML(73) PDF(2.70 M)( 42)

  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(11) HTML(39) PDF(9.60 M)( 29)

  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(11) HTML(24) PDF(4.38 M)( 22)

  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(7) HTML(24) PDF(1.23 M)( 22)

  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(10) HTML(21) PDF(2.09 M)( 30)

  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(8) HTML(18) PDF(2.00 M)( 19)

  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(5) HTML(16) PDF(1.71 M)( 26)

  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(14) HTML(19) PDF(11.66 M)( 39)

  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(16) HTML(36) PDF(5.89 M)( 43)

  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(9) HTML(22) PDF(2.18 M)( 30)

  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(9) HTML(20) PDF(12.17 M)( 33)

  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(10) HTML(39) PDF(10.05 M)( 33)

  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(16) HTML(18) PDF(13.28 M)( 28)

  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(10) HTML(20) PDF(10.53 M)( 24)

  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(16) HTML(19) PDF(3.83 M)( 24)

  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(18) HTML(22) PDF(5.77 M)( 20)

  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(7) HTML(18) PDF(5.45 M)( 19)

  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(12) HTML(23) PDF(5.14 M)( 18)

  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(9) HTML(22) PDF(4.08 M)( 21)

  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(8) HTML(12) PDF(2.00 M)( 19)

  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(7) HTML(15) PDF(1.72 M)( 17)

  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(8) HTML(18) PDF(7.09 M)( 25)

  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(9) HTML(13) PDF(4.70 M)( 15)

  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(10) HTML(13) PDF(4.70 M)( 13)

  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(13) HTML(14) PDF(7.03 M)( 20)

  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(10) HTML(17) PDF(8.33 M)( 12)

  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(10) HTML(12) PDF(6.38 M)( 10)

  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(17) HTML(15) PDF(3.44 M)( 21)

  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(19) HTML(14) PDF(6.69 M)( 14)

  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

• 高纯铜热变形过程中的变形行为及其动态再结晶机制研究

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240678

  摘要(4) 全文(0)

  摘要：高纯铜靶材的微观组织结构对溅射薄膜的质量有重要影响，本文从靶材热加工的角度研究了铜靶材的组织演变规律和动态再结晶机制。通过等温压缩实验研究高纯铜在变形温度为500-650℃、应变速率为0.01-10s-1条件下的热变形行为。结果表明：组织的演变及再结晶机制与Zener-Hollomon参数紧密相关。随着温度上升和应变速率下降，lnZ值降低，平均晶粒尺寸逐渐减小，组织均匀性及动态再结晶程度提高，并且织构取向由强变形织构CubeND{001}<110>转变为Cube{001}<100>、Goss{011}<100>等再结晶织构。在不同lnZ值下发生了动态再结晶机制的转变，高lnZ值时(500℃、10s-1)，发生局部再结晶，为非连续动态再结晶（DDRX）的方式；中lnZ值时(550℃、1s-1)，再结晶程度提高，发生取向差均匀增加和晶格渐进旋转两种不同的连续动态再结晶（CDRX）机制；低lnZ值时(650℃、10s-1)，发生晶格渐进旋转的连续动态再结晶（CDRX）和晶粒“夹断”的几何动态再结晶（GDRX），在650℃、10s-1这一低lnz值时得到均匀细小的组织和弱的织构强度。该研究可为高纯金属溅射靶材的热加工工艺优化提供理论指导。

• IN625合金激光熔覆修复EA4T钢显微组织及力学性能研究

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240681

  摘要(2) 全文(1)

  摘要：选用IN625高温合金作为修复原材料,对EA4T车轴钢表面进行激光增材修复研究,通过X射线衍射仪、扫描电镜显微镜、维氏硬度计以及万能实验机分析了IN625激光熔覆试样不同区域相组成、显微组织及晶粒尺寸,并测试了其力学性能。结果表明：IN625激光熔覆层底部为多种生长方向的柱状晶组织,中部为单一生长方向的柱状晶组织且晶粒尺寸最大,顶部为以等轴晶为主的杂晶区域；熔覆层和基体发生了Ni、Cr和Fe元素的互扩散作用,扩散区域大约为9 μm；IN625激光熔覆试样综合力学性能远高于EA4T基体材料,显微硬度达到295 HV0.2、抗拉强度达到888 MPa、延伸率达到38.0 %。

• 变形量及固溶处理对IMI834板材微观组织及织构的影响

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240683

  摘要(2) 全文(1)

  摘要：IMI834作为一种高性能的600℃耐高温钛合金,其应用受限于加工窗口狭窄、变形能力弱及变形抗力大等问题。调控板材组织与织构可通过控制轧制厚度及轧后热处理实现,但相关研究尚不充分。本研究采用扫描电子显微镜与背散射电子衍射技术,探究了变形量及固溶处理温度对IMI834板材微观组织与织构的影响。结果表明,随轧制变形量增加,板材组织逐渐转变为带状组织及等轴细晶组织,其中带状组织呈现RD织构,且换向轧制能提升等轴细晶组织比例；适宜的固溶处理可有效削弱基面织构,从而降低板材的变形各向异性。本研究为近α高温钛合金板材织构控制及性能各向异性改善提供了理论与实践基础。

• Ta元素对Nb-22Si-20Ti-6Mo合金微观组织和力学性能的影响

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240685

  摘要(2) 全文(0)

  摘要：通过真空非自耗电弧熔炼制备了不同Ta含量的Nb-22Si-20Ti-6Mo-xTa(x=0、1、2、3、4 at.%)合金,研究了Ta元素对合金相组成、微观组织和力学性能的影响。结果表明,Ta元素的添加不会改变Nb-22Si-20Ti-6Mo-xTa合金的相组成。所有合金均由Nbss和β-Nb5Si3组成,Ta主要固溶在Nbss中。合金微观组织由大块的初生β-Nb5Si3相和Nbss/β-Nb5Si3共晶组成,Ta元素细化了微观组织,初生β-Nb5Si3的晶粒尺寸从26.84 μm下降到了14.65 μm。随着合金中Ta的增加,初生相的体积分数减少,共晶组织含量增多。合金的室温压缩强度随着Ta元素含量的增加得到了提高,当Ta元素的添加量从0提高到4at.%时,合金的抗压强度从2261 MPa提高到2321 MPa。合金的断裂应变随着Ta含量增加呈先降后升的趋势,NST-0Ta合金的断裂应变为9.9%, NST-1Ta合金的断裂应变降至9.7%, NST-4Ta合金的断裂应变增至最大值为10.6%。Ta元素的加入通过固溶强化和细晶强化机制提高抗压强度。由于合金组织的细化以及共晶组织的增多,提高了断裂应变。

• 孔洞缺陷对α-Fe拉伸变形行为影响的分子动力学模拟

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240692

  摘要(6) 全文(0)

  摘要：为深入认识孔洞缺陷对α-Fe试样拉伸变形行为的影响,建立含孔洞缺陷的α-Fe试样计算模型,以孔洞的半径为变量,开展试样在单轴拉伸下的分子动力学模拟。研究结果表明：整体趋势上,含孔洞缺陷试样的拉伸力学性能损减与孔洞尺寸正相关,孔洞尺寸越大,试样越容易进入塑性变形阶段；含孔洞缺陷试样的杨氏模量、屈服应力、极限强度和拉断延伸率均随着孔洞半径的增大而减小；试样的塑性变形表现为拉伸应力诱发的相变和位错滑移混合的机制；随孔洞半径的增大,试样的应力-应变曲线特征发生显著变化——试样的塑性屈服段和应变硬化段越来越短,应变硬化段甚至消失。本文的研究加深了有关孔洞缺陷对金属变形机制影响的认识,为后续分析多晶α-Fe材料的物理和力学性质奠定了有益的基础。

• 锻造工艺及热处理对含Er7050铝合金组织与力学性能的影响

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240697

  摘要(4) 全文(0)

  摘要：为了探究多向锻造对铝合金微观组织及力学性能的影响,本文以均火态含Er7050铝合金为研究对象,该合金在400°C下进行了三种不同锻造道次的多向锻造,即三墩三拔(3U3CS)、六墩六拔(6U6CS)以及九墩九拔(9U9CS)。随后,合金经过了固溶处理、水淬和T6时效处理。对样品进行了微观结构分析和机械性能测试。通过比较三种不同锻造工艺所得样品的机械性能,我们发现经过九墩九拔锻造工艺处理的样品具有最佳的机械性能,这归功于该锻造工艺使其产生细小的晶粒和致密的析出强化相,该锻造工艺条件下样品的平均抗拉强度为621.4 MPa,平均屈服强度为545.4 MPa,平均伸长率为13.10%,对比其他两种锻造工艺处理的样品均有提升,这表明优化的锻造工艺显著改善了机械性能。

• 镁合金逆温度场等径角挤压加工的有限元模拟与实验分析

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240699

  摘要(8) 全文(1)

  摘要：为揭示模具温度对逆温度场等径角挤压(ITF-ECAP)加工镁合金坯料温度场与等效应力场的影响规律,建立了Mg-1.5Bi(wt.%,B2)合金ITF-ECAP加工过程的热力耦合有限元分析模型,并结合实验研究对其在不同模具温度下的加工过程进行分析。结果表明：ITF-ECAP加工过程中坯料温度在模具通道转角处显著升高,有助于塑性变形的顺利进行,剧烈变形后温度逐步降低,可有效避免再结晶晶粒的粗化；坯料的应力集中区域主要分布在通道转角处与模具出口附近,且随着模具温度的升高而显著降低。验证实验发现在模具温度较低(200 ℃)时,一道次ITF-ECAP加工后B2合金坯料表面发生开裂,而模具温度为300 ℃时,B2合金经过四道次ITF-ECAP加工后表面光滑无裂纹。进一步微观组织表征发现,四道次ITF-ECAP加工的B2合金中形成了由细晶与超细晶构成的超-细混晶组织。

• 不同粘结相含量下WC–Co和WC–Ni–Fe硬质合金的微观组织及性能差异研究

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240712

  摘要(6) 全文(0)

  摘要：本文采用同一工艺制备了两组不同粘结相含量的WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金，研究探讨了WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金的组织结构变化趋势及其性能差异，旨在为矿山工具领域的新型硬质合金应用及研发提供新思路。研究表明，两组WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金的粘结相均为单相结构，粘结相含量增加会引起合金平均晶粒尺寸的增大，在性能上表现为硬度、矫顽磁力下降，而钴磁、抗弯强度和冲击韧性均呈上升趋势。同一粘结相含量下，WC-Co硬质合金的钴磁、矫顽磁力、抗弯强度均高于WC-Ni-Fe硬质合金。粘结相含量较高时，WC-Ni-Fe硬质合金则展现出更好的冲击韧性，最高可达5.9 J/cm2。WC-Co和WC-Ni-Fe硬质合金具有相似的摩擦磨损行为，随着粘结相含量的增加，合金的磨损程度逐步加剧。当合金中具有相同的粘结相含量时，WC-Co硬质合金的耐磨性略好于WC-Ni-Fe硬质合金。

• 基于热变形图方法的GH4706合金微观组织均匀化控制

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240716

  摘要(5) 全文(0)

  摘要：GH4706合金在950-1150℃的温度范围内和0.001-1 s-1的应变率范围内,在1.2的真实应变下进行了热压缩试验。使用动态再结晶(DRX)分数、平均晶粒尺寸和晶粒分布标准偏差的云图确定了最佳热变形温度和应变率范围。基于流动应力曲线绘制了0.4至0.9真实应变下的加工图,以确定在不同温度和应变率下最佳微观组织均匀化效率相对应的应变。在最佳参数范围内,加工图表明,在1150℃和0.01 s-1下,约为0.6的真实应变具有最高的微观组织均匀化效率。实验获得的晶粒取向扩展(GOS)图证明了此结论。本研究为GH4706合金的微观组织均匀化控制提供了一种有效的方法。同时,它可以为工程中锻件局部最小应变阈值的确定提供有效的参考。

• 锆合金焊接技术的研究现状与展望

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240724

  摘要(3) 全文(0)

  摘要：近年来,清洁核能发展迅速。锆合金因其耐腐蚀性能好、中子吸收截面小等优势被用作水冷核反应堆的燃料元件包壳材料。燃料组件装配过程中,通常采用焊接方法将核燃料密封在锆合金包壳内。其中,传统熔焊的热输入高,焊后易出现变形超差,钎焊过程中易产生气孔和连续分布的金属间化合物(IMCs)损害接头性能,而采用低温扩散焊可以避免上述问题的出现。因此,本文分析了锆及锆合金的焊接性,综述了锆合金熔焊、钎焊和扩散焊等焊接技术的国内外研究现状,阐述了两种焊前优化方法,即表面机械研磨处理(SMAT)和热氢处理技术(THP),最后对其在锆合金的低温扩散焊的应用进行总结和展望。

• 氧气/氩气流量比对柔性和刚性衬底上的非晶Ga₂O₃薄膜性能的影响

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240726

  摘要(3) 全文(0)

  摘要：本文利用射频磁控溅射沉积技术在柔性聚酰亚胺(PI),刚性石英玻璃和硅片衬底上室温条件下制备了非晶Ga₂O₃(a- Ga₂O₃)薄膜。通过改变生长过程中的氧气/氩气流量比,全面系统地研究并阐明了氧气/氩气流量比对非晶Ga₂O₃薄膜的结构、光学、表面形貌及化学键结构特性的影响规律。研究表明非晶Ga₂O₃薄膜在300 nm-2000 nn波长范围内的平均光学透过率大于80%。当非晶Ga₂O₃薄膜生长过程中氧气/氩气流量比从0升高到0.25时,由于薄膜中氧空位缺陷浓度降低,非晶Ga₂O₃薄膜的光学带宽从4.97 eV增加到5.13 eV；非晶Ga₂O₃薄膜的光学折射率和表面粗糙度均随着氧气/氩气流量比达到0.25时而获得最优化。同时,X射线光电子能谱测试表明随着氧气/氩气流量比从0升高到0.25时,非晶Ga₂O₃薄膜O 1s峰中氧空位和氧-镓化学键的比例逐渐降低,从而证实了升高薄膜生长过程中的氧气/氩气流量比,能够降低非晶Ga₂O₃薄膜中的氧空位缺陷浓度,以获得最优化的非晶Ga₂O₃薄膜性能,为实现高性能的柔性和刚性基于非晶Ga₂O₃薄膜的日盲紫外探测器件奠定实验研究基础。

• MonelK-500合金真空感应熔炼工艺优化依据及控制

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240733

  摘要(4) 全文(0)

  摘要：Monel K-500合金在真空感应熔炼（VIM）浇注过程中铸锭上部易出现大量缩孔缺陷，导致成材率低、质量差。为解决该问题，本文通过Jmat-Pro热力学计算对Monel K-500合金的热物性能及凝固过程进行了探究。实验结果表明：Monel K-500合金的凝固区间在1250℃-1350℃之间；凝固路径为：L→L+γ→L+γ+MC→γ+MC+M7C3→γ"+γ+MC+M7C3；凝固过程中随着残余液相百分数减小，Ni元素发生负偏析，Cu元素发生正偏析。将热力学计算结果结合有限元（FEM）模型，对工业中6t级Monel K-500合金真空感应熔炼浇注过程进行模拟计算，并将结果和实际真空浇注的感应锭上部缩孔缺陷形状及尺寸进行对比，验证浇注模型的可靠性。此外，本文依托该模型探究了不同浇注参数对真空感应锭缩孔缺陷的影响，结果表明：添加冒口对真空感应锭中缩孔缺陷的改善最大，随着冒容比增大，真空感应锭中缩孔缺陷体积大幅降低，在冒容比为20%时，真空感应锭中无缩孔缺陷；浇注速度在2.5kg/s-17.5kg/s范围时，随着浇注速度降低，真空感应锭中缩孔体积减小，但小于7.5kg/s时缩孔缺陷向真空感应锭内部移动。

• 新型含氮镍基熔敷金属从焊态到热处理的显微组织演变特征及力学性能

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240744

  摘要(5) 全文(0)

  摘要：本文采用GMAW焊制备了新型含氮镍基熔敷金属,然后分别对其进行固溶处理、固溶和时效处理。研究了不同状态下的熔覆金属微观结构和拉伸性能的变化。结果表明,添加 W 和 N 元素后,沉积金属的高温抗拉强度表现良好。固溶处理后的样品晶粒尺寸减小,Laves 相消失,但金属的屈服强度和伸长率都有所下降。固溶和时效处理后的样品晶粒尺寸更加均匀,晶体内析出了纳米级的 M(C,N)相,晶界处形成了 M₂₃C₆ 相,样品的屈服强度和极限拉伸强度均高于其他样品,但塑性最低。主要变形机制是单位位错 a/2<110> 切削析出相。

• 气相充氢温度对TA15合金氢损伤行为的影响

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240748

  摘要(4) 全文(0)

  摘要：以TA15合金为对象,开展了气相充氢温度对其氢损伤行为的影响研究。结果显示：800K~900K、10MPa、1h充氢条件下,随充氢温度升高,合金强度先增加而后降低,但延伸率则持续降低；当充氢温度为800K时,合金抗拉强度比未充氢时增加9%,而延伸率下降12%,而当充氢温度为900K时,合金抗拉强度下降85%,并呈完全脆性断裂(塑性损减达到100%)。微观分析表明,随充氢温度由800K提高到900K,合金中的氢化物由主要沿α/β相界析出转变为在α和β相内析出,且其尺寸和数量明显增加,导致合金的氢致开裂由沿α/β相界开裂转变为沿α和β相内氢化物或氢化物/基体界面开裂。

• 高温合金大型盘类锻件变形均匀性控制的形状拓扑优化方法

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240756

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  摘要：变形均匀性是评价航空航天大型盘类锻件性能的重要指标。论文以透平盘为研究对象,探明了透平盘锻件低应变区形成的原因,并提出了基于“子单元数量-体积-子单元数量”的增补和去除规则的适用于大型盘类锻件的拓扑优化设计方法,该方法采取为每个列单元分配合适的体积,通过堆叠与调整模块适应各区域的相对高度,获得目标形状复杂性低的预锻件形状。为验证优化方法的有效性,论文以变形均匀性为目标对大型透平盘预锻件形状进行了自动化寻优,优化后的锻件变形均匀性提高了45%,且无应变死区。同时,根据优化所得的预锻件形状进行了生产验证,生产试制结果表明了论文提出的大型盘类锻件预成形形状优化方法的可靠性。

• 喷砂对4777DS高温合金再结晶影响及其机理研究

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240757

  摘要(5) 全文(1)

  摘要：采用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了不同喷砂工艺对4777DS合金再结晶缺陷的影响以及合金产生再结晶的情况。对喷砂的合金表面再结晶组织分析结果表明,随着喷砂强度增加、时间延长、砾径增加以及喷砂距离的减少,合金表面再结晶的深度增加。经喷砂后的变形试样,接近喷砂表面的γ′相由蝶状变成长条状,部分变形γ′相环绕在变形较大的区域,同时由TEM可观察到在γ基体通道与γ′相中分布着大量位错。枝晶干与枝晶间不同的γ′相会影响再结晶的生长,从而使再结晶晶界形成波浪状形貌,未发现共晶及碳化物对再结晶的抑制作用。由于表层再结晶晶粒较小及残存应力的存在,次表层会形成新一层的再结晶晶粒。

• 新型耐热合金SP2215的热变形行为

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240768

  摘要(8) 全文(0)

  摘要：针对火力发电超超临界锅炉过热器/再热器管道用新型耐热合金SP2215，利用Gleeble 3500热模拟试验机对合金在1100~1250℃、0.01~10 s^-1变形条件下进行了一系列热压缩试验，变形量为50%，研究了不同变形温度和变形速率对合金流变曲线、变形组织等的影响，并通过对流变曲线进行摩擦与温度双修正，建立了SP22215合金的热变形Arrhenius本构模型、Avrami动态再结晶模型与Yada动态再结晶平均晶粒尺寸模型，同时基于不同的流变失稳准则分别构建了合金的Prasad热加工图、Murty热加工图和Malas热加工图。结果表明，随着变形温度的升高，SP2215合金的加工硬化程度有所减小，更容易发生动态再结晶；随着应变速率的增加，合金的流变应力更高，加工硬化率更大，当变形速率为1 s^-1时合金的再结晶程度最低，当变形条件选择不佳时合金极易出现混晶现象，在实验条件下合金的最佳热变形窗口为1200~1250℃，5~10 s^-1。

• 水合肼还原氢氧化镍合成镍金属颗粒

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240777

  摘要(10) 全文(0)

  摘要：用氢氧化镍在水溶液中被还原制备了窄粒度分布的微细镍粉,分析了镍颗粒的形成和还原途径,讨论了水合肼与氢氧化镍摩尔比、水合肼浓度和表面活性剂PEG6000的添加量对镍颗粒的粒径大小、表面形貌和分散性的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度分析,发现镍颗粒在氢氧化镍表面完成形核,反应过程中氢氧化镍逐渐溶解。随着水合肼与氢氧化镍反应摩尔比的提高,镍颗粒的粒径先变小后变大；随着水合肼浓度的提高,镍颗粒的粒径变小；表面活性剂PEG6000的少量添加使镍颗粒的分散性得到改善,更高的表面活性剂添加量使镍一次颗粒趋于保留氢氧化镍的形貌。通过调节表面活性剂添加量可以使平均粒径控制在1-2μm。

• 不同催化剂负载量柴油机颗粒捕集器的性能研究

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240778

  摘要(2) 全文(0)

  摘要：柴油机颗粒捕集器(DPF)是减少柴油机颗粒排放的高效技术手段，其性能与催化剂负载量密切相关。本文基于重型柴油机台架试验系统研究催化剂负载量对CDPF压降、气态物及颗粒物减排性能的影响并结合CDPF再生探究其对NO的氧化特性的影响。结果表明:CDPF排气背压随催化剂负载量的增大呈线性增大趋势，当催化剂负载量从0 g/ft3分别增至5、10、20g/ft3时，平均排气背压从2.94kPa依次增大至3.44、3.96和4.51kPa。催化剂负载量越高，CDPF对CO和THC的减排效果越好。当催化剂负载量从0 g/ft3分别增至5、10、20g/ft3时，CO排放浓度从78.94×10-6依次降至71.39×10-6、68.12×10-6和63.30×10-6，THC排放浓度则从57.34×10-6依次降至48.31×10-6、46.93×10-6和44.51×10-6。催化剂负载量会显著影响NO氧化特性，但对NOx排放浓度的影响较小。CDPF可以实现95%以上的PM和PN减排率，增大催化剂负载量，CDPF颗粒减排效果有所提高，核态颗粒减排效果提升更为显著。研究结论对设计高性能CDPF具有重要参考价值。

• 晶粒细化对烧结钕铁硼晶界扩散过程及磁性能的影响

  优先出版日期:2025-04-03  DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20240781

  摘要(3) 全文(0)

  摘要：本文制备三种相同成分、不同晶粒尺寸的钕铁硼磁体，并在相同的技术参数下使用金属 Tb 进行了晶界扩散。使用 X 射线衍射 （XRD） 、场发射扫描电子显微镜 （FESEM） 和电子探针显微分析仪 （EPMA） 评估扩散过程并对磁体扩散前后的磁性能进行了表征，分析研究了晶粒尺寸对烧结 NdFeB 磁体晶界扩散过程和性能的影响。结果表明，磁体的晶粒细化可以提高 Tb 扩散效率，是磁体在不同温度下具有更高的矫顽力，这主要是由于在晶界扩散过程中磁体内部形成了更深、更完整的核壳结构，从而使 Nd2Fe14B 晶粒具有更好的磁隔离和更高的各向异性。这项工作表明细化晶粒可以在低重稀土的情况下提高磁体矫顽力。

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