- 2021年第50卷第9期文章目次
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2021, 50(9):3039-3042. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210152
摘要:通過高分子輔助溶膠凝膠自旋涂沉積法在（100）取向的SrTiO3襯底上制備出LaCoO3/LaMnO3雙層膜。在LaMnO3表面生長一層LaCoO3膜后，由于二者結(jié)構(gòu)對稱性差異，最終會在膜層界面處形成非對稱界面耦合。由于非對稱耦合作用，雙層膜的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度從單層LaMnO3的262 K下降為200 K。此外，由于界面處Mn-O-Co的雙交換作用，與單層LaMnO3薄膜的矯頑場相比，雙層膜的矯頑場增大了約500%。研究結(jié)果表明，不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的薄膜重組為多層膜的基礎(chǔ)研究和高性能功能材料的應(yīng)用提供了一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計途徑。
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2021, 50(9):3043-3049. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210108
摘要:在823~1023 K的氫化溫度范圍內(nèi)對Ti6Al4V合金進(jìn)行了壓力-成分等溫線測試，研究了Ti6Al4V合金的相變和吸氫熱力學(xué)。結(jié)果表明，當(dāng)Ti6Al4V合金在不同的氫化溫度下進(jìn)行置氫處理時，氫壓隨著氫含量的增加而逐漸升高。由于Ti6Al4V合金中原始β相的存在，在置氫處理過程中，每個壓力-成分等溫線只有一個傾斜的壓力平臺。根據(jù)Vant's Hoff定律，壓力平臺區(qū)的焓變值和熵變值分別為 -50.7±0.26 kJ/mol和-138.4±0.69 J·K-1·mol-1。隨著置氫溫度的升高，Sieverts常數(shù)呈先增大后逐漸減小的趨勢。分析了Ti6Al4V合金在置氫處理過程中的相組成和相變。
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2021, 50(9):3050-3055. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210100
摘要:采用真空電弧熔煉法制備了不同Zr含量的FeCoCrNiZrx（x=0.5，0.75，1）高熵合金。研究了Zr含量對合金組織、磁性能和電化學(xué)腐蝕性能的影響。采用X射線衍射儀、掃描電鏡、振動樣品磁力計和電化學(xué)工作站對合金的磁性能和電化學(xué)腐蝕能力進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：FeCoCrNiZrx合金具有典型的共晶組織，由面心立方固溶體和C15 Laves相組成。隨著Zr含量的增加，合金硬度呈先增大后減小的趨勢。根據(jù)合成的靜態(tài)滯回曲線可以看出，F(xiàn)eCoCrNiZr0.5合金具有順磁性和鐵磁性的混合型特征，F(xiàn)eCoCrNiZr0.75合金表現(xiàn)為順磁性，F(xiàn)eCoCrNiZr1合金表現(xiàn)為典型的鐵磁性。同時，F(xiàn)eCoCrNiZrx合金在3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaCl溶液中經(jīng)歷活化與鈍化轉(zhuǎn)變。當(dāng)合金中的Zr含量為0.75%（原子分?jǐn)?shù)）時，合金極化電阻具有最大的阻抗電容半徑，鈍化膜的耐腐蝕能力最強(qiáng)。
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2021, 50(9):3056-3061. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200537
摘要:使用Pt(NH3)2(NO2)2作為前驅(qū)體，通過過量浸漬法制備Pt/Al2O3催化劑，并將其在4種不同的氣氛（H2、O2、NO或NH3）中進(jìn)行焙燒。利用N2吸脫附、X射線衍射、程序升溫還原（H2-TPR）、CO脈沖吸附、CO原位漫反射傅里葉變換紅外光譜（CO in situ DRIFTS）等手段對催化劑的物化性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：由于還原性焙燒氣氛導(dǎo)致了眾多小尺寸和高分散的Pt納米顆粒的生成，經(jīng)1%（體積分?jǐn)?shù)）H2/N2焙燒的Pt/Al2O3表現(xiàn)出最佳的CO和C3H6催化氧化性能。
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2021, 50(9):3062-3067. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200513
摘要:通過真空電弧熔煉制備了一系列鈦基非晶復(fù)合材料和鈦基非晶合金，研究了合金中鈹元素的含量對整體合金摩擦行為的影響。隨著合金中鈹元素的減少，非晶復(fù)合材料中的枝晶體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，整體合金的摩擦系數(shù)降低，但是合金的磨損率升高。所有材料的磨損表面都展現(xiàn)出了磨粒磨損的磨損機(jī)制，并且磨屑的尺寸隨著枝晶體積分?jǐn)?shù)的升高而逐漸降低。
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2021, 50(9):3068-3075. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200535
摘要:使用壓力燒結(jié)方法制備了石墨烯納米片（GNP）增強(qiáng)的7075鋁基納米復(fù)合材料，提出了一種通過在GNP的表面涂覆二氧化鈦（TiO2）來優(yōu)化界面結(jié)合的新工藝，并比對了原石墨烯及具有包覆層石墨烯對鋁基納米復(fù)合材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與添加純GNP相比，添加具有TiO2涂層的GNP的納米復(fù)合材料的力學(xué)性能提高。相比于基體，TiO2包覆GNP增強(qiáng)的納米復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和顯微硬度分別增加了38.9%、34.4%和20.1%。性能的進(jìn)一步改善是由于TiO2涂層優(yōu)化了增強(qiáng)相與基體之間的界面結(jié)合，從而提高了載荷傳遞的有效性。
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2021, 50(9):3076-3084. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200553
摘要:采用銅模負(fù)壓吸鑄工藝制備了(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)100-xTmx（x=0~5，原子分?jǐn)?shù)）塊體金屬玻璃（BMG）合金，研究了Tm對合金力學(xué)性能和抗腐蝕性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)Tm含量增加到3%時，其玻璃形成能力（GFA）和壓縮塑性顯著提高，但過量Tm會降低GFA。x=3時合金的最大過冷液相區(qū)寬度為100 K，抗壓強(qiáng)度為1669 MPa，塑性應(yīng)變?yōu)?1.01%，遠(yuǎn)高于Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12 BMG的各項性能（67 K、1439 MPa和5.90%）。然而，電化學(xué)測試結(jié)果表明，x=3時的合金在3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaCl溶液中的耐腐蝕性不佳，且其耐腐蝕性和力學(xué)性能隨Tm含量的變化趨勢與預(yù)期不同?？赡苁怯捎谶^量添加稀土元素Tm，容易形成更多的氧化物，導(dǎo)致點(diǎn)蝕加劇。進(jìn)一步添加Tm可以提高Zr基BMG鈍化膜的完整性和耐點(diǎn)蝕性能，但力學(xué)性能不理想。
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2021, 50(9):3085-3093. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200578
摘要:采用超音速火焰噴涂技術(shù)沉積含3種不同(Mo+B)/(Ni+Cr)質(zhì)量比（1:1，2:1和3:1）的Mo-B-Ni-Cr球磨復(fù)合粉末以原位反應(yīng)制備獲得MoB/NiCr涂層。采用掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射儀（XRD）分析了MoB/NiCr涂層的組織結(jié)構(gòu)和物相。同時討論了不同(Mo+B)/(Ni+Cr)質(zhì)量比對涂層的組織結(jié)構(gòu)、硬度、結(jié)合強(qiáng)度和耐腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明，(Mo+B)/(Ni+Cr)質(zhì)量比為1：1的MoB/NiCr涂層孔隙率最低及涂層厚度最大。在3種涂層中均原位反應(yīng)生成了Mo2NiB2三元硼化物，且隨著(Mo+B)/(Ni+Cr)質(zhì)量比的增加，涂層中三元硼化物含量隨之增加，涂層的硬度值增加，結(jié)合強(qiáng)度反而隨之降低；由于涂層中三元硼化物的原位生成，MoB/NiCr涂層的硬度值均高于316L不銹鋼基體。通過能譜和XRD分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過360 h熔融鋅腐蝕試驗(yàn)后，涂層表層中沒有發(fā)現(xiàn)鋅元素及其金屬間化合物，然而隨著(Mo+B)/(Ni+Cr)質(zhì)量比的增加，涂層的孔隙率增加及厚度降低。最后，綜合分析可得，相比其他涂層，(Mo+B)/(Ni+Cr)質(zhì)量比為1:1的MoB/NiCr涂層具有更好的耐熔融鋅腐蝕能力。
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2021, 50(9):3094-3101. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200555
摘要:介紹了一種以TiO2、V2O5和Al為原料，Mg和Ca作為還原劑的通過多級深度還原法制備Ti6Al4V合金粉體的新方法。與傳統(tǒng)的冶金方法制備Ti6Al4V粉末相比，該方法具有更高的生產(chǎn)效率和更少的環(huán)境污染。自蔓延初級還原實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，Mg比Ca更適合在此階段作為還原劑，當(dāng)使用Mg作為還原劑時可以得到氧含量為6.74%~16.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的多孔Ti-Al-V-O前驅(qū)體。通過進(jìn)一步的鈣熱深度還原（1173 K下保持3.5 h）可以得到含氧量為0.24%的Ti6Al4V粉體。
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2021, 50(9):3102-3109. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200583
摘要:使用GH3039合金作為γ-TiAl與碳鋼摩擦焊接的過渡第三體，采用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）分析了TiAl/GH3039摩擦焊接接頭的界面結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，γ-TiAl和GH3039摩擦焊接接頭的最大抗拉伸強(qiáng)度能達(dá)到400 MPa以上。GH3039一側(cè)熱力影響區(qū)的塑性變形大于TiAl一側(cè)，并且在兩側(cè)均發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。接近GH3039母材相層中的Ni含量幾乎不變，接近TiAl母材相層中的Ti含量也幾乎不變。在GH3039側(cè)面附近的焊接區(qū)中，富Ni和富Cr晶粒的分布是互補(bǔ)的。Ti和Al容易溶于富Ni的晶粒中，而Mn容易溶于富Cr的晶粒中。在結(jié)合區(qū)中形成的大量富Cr晶粒是體心立方結(jié)構(gòu)的α-Cr。γ-TiAl和GH3039摩擦焊接的典型界面結(jié)構(gòu)為：γ-TiAl+α2-Ti3Al/α2+τ3/τ3-Al1+x-yTi1+yNi1-x/τ3+α-Cr/(Ni, Cr)ss/GH3039。
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2021, 50(9):3110-3115. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200581
摘要:采用改進(jìn)的Bridgman定向凝固技術(shù)制備了凝固速率為25 μm/s的Ni-Si共晶復(fù)合材料。由于在凝固過程中不可避免地會產(chǎn)生亞穩(wěn)相Ni31Si12，采用退火工藝以減少亞穩(wěn)相的含量，并利用電化學(xué)阻抗譜和電位動力學(xué)極化技術(shù)分析了材料在25 ℃、7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）H2SO4溶液中的耐腐蝕性，并進(jìn)行了等效電路分析。結(jié)果表明，退火處理（1050 ℃、4 h）改善了亞穩(wěn)相Ni31Si12的含量和分布，退火后Ni-Si共晶的鈍化性能和耐腐蝕性提升。亞穩(wěn)相的含量越少，耐腐蝕性能越強(qiáng)。
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2021, 50(9):3116-3124. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200548
摘要:在1173 K下將金屬氧化物在CaCl2熔鹽中進(jìn)行電脫氧，制備了CoCrFeNi高熵合金。通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散X射線能譜（EDS）研究了不同電解時間下金屬氧化物轉(zhuǎn)化為高熵合金的相變過程。結(jié)果表明，CoCrFeNi高熵合金的形成過程包括快速脫氧和深度脫氧2個階段。在快速脫氧階段，在1 h內(nèi)去除了燒結(jié)氧化物球團(tuán)中93.93%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的氧，電流效率達(dá)到89.95%。電解結(jié)束后，產(chǎn)物的氧含量可達(dá)0.26%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），電流效率為17.93%。該高熵合金的形成過程可用于指導(dǎo)建立低成本、高效率的電化學(xué)路線。
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2021, 50(9):3125-3132. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200574
摘要:采用透射電子顯微鏡（TEM）、電子背散射衍射（EBSD）和Instron試驗(yàn)機(jī)對試驗(yàn)溫度400 ℃下高壓扭轉(zhuǎn)變形加工的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金進(jìn)行組織和力學(xué)性能的表征與測試。結(jié)果表明，變形試樣的晶界和晶粒中的第二相明顯被破碎和細(xì)化，晶界無沉淀析出帶寬度變窄，大大提高了變形試樣的強(qiáng)度和塑性。初始樣品的晶粒取向是隨機(jī)分布的。當(dāng)應(yīng)變較小時，試樣的晶粒尺寸、晶粒取向和局部取向差異均呈現(xiàn)非均勻的片層狀分布。由于非均勻?qū)訝罱M織在變形過程中產(chǎn)生的背應(yīng)力強(qiáng)化效應(yīng)，0.5圈變形試樣的力學(xué)性能最好。
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2021, 50(9):3133-3138. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200569
摘要:提出了一種簡化的、能指導(dǎo)復(fù)合式能量采集器中磁致伸縮發(fā)電效應(yīng)、電磁發(fā)電效應(yīng)的最優(yōu)性能輸出的理論模型。在模型的建立過程中，首先研究了應(yīng)力和磁場對Tb0.3Dy0.7Fe2合金壓磁效應(yīng)的影響，討論了單獨(dú)應(yīng)力和單獨(dú)磁場作用下磁致伸縮材料內(nèi)磁通密度的變化特性；其次，提出了基于預(yù)加載荷方法和基于沖擊應(yīng)力方法的理論模型思路，并分別探討了2種模型建立方法在復(fù)合式能量采集器設(shè)計中最大壓磁系數(shù)獲取的準(zhǔn)則；最后，完成了能量采集器的大壓磁系數(shù)獲取方法的可靠性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論設(shè)計的結(jié)果吻合較好。該模型能夠快速、準(zhǔn)確地獲得不同應(yīng)用環(huán)境下復(fù)合式能量采集器的壓磁特性，并可用于獲取大壓磁系數(shù)的復(fù)合式能量采集器構(gòu)造及設(shè)計。
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2021, 50(9):3139-3143. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200525
摘要:研究了Y和Zr摻雜對CeFeB合金相組成、磁性能和溫度穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，CeYFeB合金由2:14:1主相和少量α-Fe相組成。Y摻雜可有效提高合金的矯頑力、剩磁和最大磁能積。同時由于Y2Fe14B相優(yōu)異的磁性能與高溫穩(wěn)定性，其溫度穩(wěn)定性也得到明顯改善，摻雜后合金的剩磁和矯頑力溫度系數(shù)分別為-0.32%/K和-0.41%/K，與純CeFeB合金相比分別提高了38.5%和40.6%。Y和Zr共摻雜后，由于增加的磁晶各向異性場和晶粒尺寸細(xì)化所產(chǎn)生的聯(lián)合效應(yīng)，合金的矯頑力、剩磁和最大磁能積大幅度提高，分別比純CeFeB合金提高了30.9%、58.1%和204.8%。
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2021, 50(9):3144-3148. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200558
摘要:通過絲網(wǎng)印刷方法，在由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、導(dǎo)電添加劑和聚偏氟乙烯制成的電極表面涂覆了一層薄薄的氧化石墨烯。在充電截止電壓為4.3 V的條件下進(jìn)行了循環(huán)性能和倍率性能測試。結(jié)果表明：未改性電極在恒電流充放電測試中容量下降且極化增加，而包覆改性后電極的容量衰減程度和極化增加速度降低。這是由于氧化石墨烯涂層抑制了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2電極和電解質(zhì)之間的部分副反應(yīng)，使得改性電極的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能顯著提高，為提升LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2電極性能提供了一種環(huán)境友好且非常有效的方法。
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2021, 50(9):3149-3157. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200573
摘要:分別利用失穩(wěn)圖和功率耗散圖確定BT25鈦合金失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶變形組織的熱力參數(shù)邊界條件，并將其輸入到Deform-3D有限元軟件中，使加工圖技術(shù)與有限元技術(shù)能夠進(jìn)行有效結(jié)合。利用二次開發(fā)后的軟件對BT25鈦合金在變形溫度為950~1100 ℃和應(yīng)變速率0.001~1 s-1的條件下進(jìn)行失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶行為的模擬和預(yù)測，并通過對比金相組織，驗(yàn)證了該模擬結(jié)果的可靠性。結(jié)果表明，流動應(yīng)力隨變形溫度的升高或應(yīng)變速率的降低而降低；失穩(wěn)變形組織集中在低溫、高應(yīng)變速率區(qū)域；高溫和低應(yīng)變速率均有利于動態(tài)再結(jié)晶（DRX）行為；微觀組織的觀察結(jié)果與模擬預(yù)測的結(jié)果吻合較好，說明本研究提出的加工圖技術(shù)與有限元技術(shù)相結(jié)合的方法對模擬與預(yù)測金屬鍛造過程中的失穩(wěn)變形組織和DRX行為是可行的。
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2021, 50(9):3158-3168. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200582
摘要:鉬及其合金以其諸多優(yōu)異的性能在各個領(lǐng)域內(nèi)受到廣泛關(guān)注，但其抗蠕變性能、高溫強(qiáng)度及抗氧化的劣化以及批量化生產(chǎn)手段的不足限制了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。本文綜述了金屬鉬的脆性來源，指出非本征脆性的改進(jìn)及制備工藝的革新是鉬合金研究和開發(fā)的重點(diǎn)方向。介紹了目前鉬合金強(qiáng)韌化的主要形式，列舉了典型鉬合金研究開發(fā)現(xiàn)狀，總結(jié)了鉬合金的研究方向。
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2021, 50(9):3169-3175. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200724
摘要:根據(jù)復(fù)相材料細(xì)觀力學(xué)模型，預(yù)測了鎳基高溫合金等效彈性響應(yīng)，基于宏觀應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，理論計算了GH4169及組分材料等效彈性性質(zhì)參數(shù)，即等效彈性模量E ?，等效體積模量K ?，等效剪切模量G ?和泊松比ν ?，與文獻(xiàn)報道的實(shí)驗(yàn)值對比分析，結(jié)果顯示：GH4169合金理論計算值E ?=218.60GPa， K ?=180.20GPa， G ?=84.20GPa，ν ?=0.298與實(shí)驗(yàn)值偏差分別為7.16%、10.69%、6.58%、0.67%；γ"相理論計算值E ?=201.10GPa， K ?=173.70GPa， G ?=76.93GPa，ν ?=0.307與實(shí)驗(yàn)值偏差分別為1.42%、0.40%、2.00%、1.66%，較小的誤差證明了該模型的準(zhǔn)確性；進(jìn)一步，理論預(yù)測了鎳基高溫合金細(xì)觀彈性響應(yīng)，基于單軸載荷作用下細(xì)觀彈性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，理論計算了GH4169合金γ-(Ni-Cr-Fe)相(220)晶面衍射彈性常數(shù)，即E_220=233.89GPa， ν_220=0.284；同時，采用四點(diǎn)彎曲標(biāo)定載荷應(yīng)力，結(jié)合X射線衍射應(yīng)變測量裝置實(shí)驗(yàn)測量了γ-(Ni-Cr-Fe)相(220)晶面衍射彈性常數(shù)，并與理論計算值對比分析，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)測量值E_220=248.00GPa、ν_220=0.276與實(shí)驗(yàn)值的偏差分別為5.69%、2.90%，證實(shí)了該理論模型的準(zhǔn)確性，也為衍射法測量殘余應(yīng)力研究提供理論基礎(chǔ)。
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2021, 50(9):3176-3183. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210124
摘要:提出一種集鐓粗、剪切和擠壓變形于一體的膨脹不等通道轉(zhuǎn)角擠壓法（Expansion non-equal channel angular extrusion，Exp-NECAE），基于理論分析，采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究多效應(yīng)耦合作用下工業(yè)純鋁劇烈塑性變形行為，探討分析變形材料微觀組織和力學(xué)性能演變規(guī)律。結(jié)果表明，Exp-NECAE工藝具有高效率復(fù)合成形特點(diǎn)，坯料的變形過程連續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)，可分為轉(zhuǎn)角區(qū)變形、過渡區(qū)變形和完全擠出變形等三個不同階段；變形時材料內(nèi)部處于理想的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形均勻性良好，單道次累積應(yīng)變量高達(dá)2.56，接近理論計算值。1道次Exp-NECAE變形后，在鐓-剪-擠耦合簡單剪切應(yīng)變誘導(dǎo)下，工業(yè)純鋁晶粒破碎和細(xì)化十分明顯，材料內(nèi)部形成了以細(xì)小等軸晶為主的混晶組織，平均晶粒尺寸約為2.73 μm。同時，材料力學(xué)性能提升顯著，平均顯微硬度為55.8 HV，抗拉強(qiáng)度為161.2 MPa，伸長率為13.9 %。斷口形貌中存在大量小而深的韌窩，且分布較為均勻，表現(xiàn)出了良好的韌性斷裂的特征。
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2021, 50(9):3184-3193. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200759
摘要:對7B04鋁合金進(jìn)行硫酸或鉻酸陽極氧化后再噴涂底漆或底漆+面漆，從而制備四類試樣，而后開展標(biāo)準(zhǔn)絲狀腐蝕試驗(yàn)，利用掃描 Kelvin 探針（SKP）和傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）技術(shù)對7B04鋁合金/涂層體系的腐蝕行為和機(jī)理進(jìn)行研究。光學(xué)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)四類試樣上腐蝕絲的數(shù)量較少，且長度不超過3 mm，表明四類試樣均具有較好的耐蝕性。SKP測試結(jié)果表明，四類試樣跨劃痕區(qū)域的伏打電位隨試驗(yàn)時間的變化規(guī)律相似，劃痕處與周圍的涂層-金屬界面之間的電位差引起絲狀腐蝕的發(fā)生，腐蝕機(jī)理為陽極破壞；單個腐蝕絲的伏打電位值朝著頭部降低，朝著尾部升高，頭部和尾部之間的電位差促進(jìn)腐蝕絲的傳播。FT-IR分析顯示絲狀腐蝕產(chǎn)物的成分主要為Al(OH)3 、Al2O3和AlCl3及其部分水解產(chǎn)物，發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)類似于7B04鋁合金在氯離子作用下的點(diǎn)蝕過程。對比分析結(jié)果表明兩種陽極氧化方式對絲狀腐蝕的影響差異性較小。
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2021, 50(9):3194-3202. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200704
摘要:包共晶反應(yīng),兼具共晶和包晶反應(yīng)的雙重特性,存在于眾多三元合金體系中。然而,人們對其凝固特點(diǎn)了解較少,其凝固機(jī)制到目前為止尚不明確?；诖?本文選擇包共晶點(diǎn)附近的Nb10Ti61Co29合金為研究對象,利用Bridgman定向凝固技術(shù)對其開展了一系列定向凝固實(shí)驗(yàn)(v=1, 3, 5, 15, 30, 70 μm/s),然后利用XRD,SEM和EDS等分析了不同生長速率下的凝固組織,闡明定向凝固組織演化規(guī)律,最終得出相應(yīng)的凝固機(jī)理。研究結(jié)果表明,不同生長速率下合金的凝固組織均包含初始過渡區(qū)、穩(wěn)態(tài)生長區(qū)以及淬火區(qū)。隨著生長速率逐漸增大,初始過渡區(qū)上初始生長界面輪廓越來越清晰,并逐漸趨于平直狀態(tài),伴隨上述變化,穩(wěn)態(tài)生長區(qū)與初始過渡區(qū)關(guān)聯(lián)性逐漸變??；其次,隨著生長速率逐漸增大,合金淬火界面依次經(jīng)歷平界面向胞狀晶再到樹枝晶的轉(zhuǎn)變,其中,淬火界面在生長速率為1 μm/s時呈平直狀態(tài),在生長速率為3和5 μm/s時,淬火界面大致呈胞狀,當(dāng)生長速率進(jìn)一步增大時淬火界面呈現(xiàn)典型的枝晶生長；最后,利用CALPHAD方法計算得出了該合金在平衡凝固過程中會依次發(fā)生如下四個凝固反應(yīng)：(a) L→α-Nb；(b) 二元共晶反應(yīng)L→α-Nb + TiCo；(c) 三元包共晶反應(yīng)L + TiCo→α-Nb + Ti2Co 和 (d) 二元共晶反應(yīng)L→α-Nb + Ti2Co。
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2021, 50(9):3203-3212. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200751
摘要:通過熱模擬實(shí)驗(yàn)研究Ti80合金熱變形行為及組織演化規(guī)律，考察該合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、加工硬化規(guī)律并建立該合金的熱加工圖。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同熱軋工藝下的Ti80合金板材制備，研究其微觀組織變化及對力學(xué)性能的影響，探索Ti80合金具有最優(yōu)力學(xué)性能的工藝條件。結(jié)果表明：Ti80合金峰值應(yīng)力和加工硬化率隨著變形溫度的升高以及變形速率的降低而減小，屬于變形溫度和應(yīng)變速率敏感型合金。通過熱加工圖計算分析，溫度為800℃~920℃、920℃～1050℃，應(yīng)變速率為0.01s-1～0.1s-1范圍內(nèi)為最佳的穩(wěn)定變形區(qū)。隨著變形溫度的升高，其微觀組織經(jīng)歷由等軸組織、雙態(tài)組織到層片組織的變化。同時，隨著應(yīng)變速率的升高，存在β轉(zhuǎn)變組織形態(tài)的變化。對比分析Ti80合金不同熱軋條件下的力學(xué)性能，初軋溫度1060℃、終軋溫度950℃時，顯示為網(wǎng)籃組織+塊狀α相的混合組織形態(tài)，此時具有最優(yōu)的強(qiáng)度和塑性性能，抗拉強(qiáng)度為881Mpa，而延伸率為11.27%，展現(xiàn)為韌性斷裂。
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2021, 50(9):3243-3247. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200719
摘要:通過化學(xué)鍍再電化學(xué)氧化的方法在銅片表面制備出帶有微米微坑和微米微球的均一NiO/Ni(OH)2和B參雜的NiO/Ni(OH)2(B)兩種電極材料,采用掃描電鏡(SEM/EDX)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)和電化學(xué)技術(shù)對所制備的兩種電極材料進(jìn)行表征和電化學(xué)性能測試。SEM、XRD和XPS的測試結(jié)果表明, 所制備的兩種電極材料由Ni、NiO和Ni(OH)2組成,并且NiO/Ni(OH)2(B)中B的參雜量可達(dá)14.6wt%。循環(huán)伏安測量和恒電流充放電試驗(yàn)表明,兩種電極材料均具有較高的電化學(xué)活性和可逆性；在1 A/g的充放電電流密度下, 兩種NiO/Ni(OH)2和NiO/Ni(OH)2(B)電極材料經(jīng)歷10000次充放電循環(huán)后分別給出了1380 和1930F/g的比電容, 顯示出較高的比電容特性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性；電化學(xué)阻抗譜表明NiO/Ni(OH)2(B)電極材料較NiO/Ni(OH)2電化學(xué)反應(yīng)電阻降低了約2個數(shù)量級；Ragone曲線揭示了所制備的兩種電極材料具有較高的功率密度和較低的能量密度。B的參雜使得NiO/Ni(OH)2(B)電極材料表面氧化物含量增大并且形成微米微球形貌,增大了電極表面積以及與電解液的接觸和潤濕作用,降低了電極材料表面能帶帶隙能,從而導(dǎo)致較小的電化學(xué)反應(yīng)電阻和電導(dǎo)率的提高是其顯示優(yōu)異贗電容性能的主要原因。
>材料工藝
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2021, 50(9):3213-3217. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200875
摘要:采用光學(xué)顯微鏡、力學(xué)性能測試和原位同步輻射高能X射線衍射等方法系統(tǒng)地研究了固溶態(tài)Ti-41Nb合金的微觀組織與力學(xué)行為。研究結(jié)果表明，Ti-41Nb合金經(jīng)800℃固溶淬火處理后，其等軸β基體上分布著微量的板條狀α″馬氏體，呈現(xiàn)典型的雙相結(jié)構(gòu)。在拉伸過程中，固溶態(tài)Ti-41Nb合金除發(fā)生彈性變形外，還發(fā)生了β→α″應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變在0.0-3.3%應(yīng)變范圍內(nèi)較劇烈，在3.3-4.0%應(yīng)變范圍內(nèi)相對輕微。在隨后的卸載過程中，固溶態(tài)Ti-41Nb合金發(fā)生了彈性回復(fù)，同時伴隨著α″→β逆馬氏體相變。卸載后，固溶態(tài)Ti-41Nb合金中仍有大量的α″馬氏體未轉(zhuǎn)變?yōu)棣履赶?，這導(dǎo)致合金仍有2.9%的殘余應(yīng)變。
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2021, 50(9):3218-3224. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200764
摘要:針對TC4鈦合金仿蓮房特征芯體與面板釬焊工藝，采用TiZrCuNi釬料，開展了釬焊工藝研究，并分析了主要釬焊工藝參數(shù)對釬焊界面組織和夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：釬焊溫度920℃，保溫時間90min時， TC4鈦合金仿蓮房特征芯體夾層結(jié)構(gòu)釬焊后界面焊合率良好，界面顯微組織為均勻針狀α組織和界面金屬間化合物，夾層結(jié)構(gòu)平壓強(qiáng)度均值為15.14MPa。釬焊保溫時間對TC4鈦合金仿蓮房特征芯體釬焊界面顯微組織影響顯著，當(dāng)釬焊保溫時間較短時(15min)，釬料熔化后，液態(tài)釬料中Cu和Ni元素與母材反應(yīng)時間較短，釬料中Cu和Ni向母材中的擴(kuò)散反應(yīng)不充分，釬縫區(qū)局部Cu和Ni元素富集導(dǎo)致Cu和Ni元素含量超過共晶成分點(diǎn)，釬焊保溫結(jié)束后液態(tài)釬縫凝固時發(fā)生共晶反應(yīng)，生成塊狀金屬間化合物，釬焊界面主要為含有塊狀金屬間化合物的凝固釬料組織和針狀α組織；隨著釬焊保溫時間的增加，液態(tài)釬料中Cu和Ni元素與母材反應(yīng)時間增加，釬料中Cu和Ni元素向母材中擴(kuò)散反應(yīng)深度顯著增加，從而Cu和Ni元素在液態(tài)釬料中的含量顯著降低，元素含量小于共晶成分點(diǎn)，釬焊保溫結(jié)束后液態(tài)釬縫凝固時Cu和Ni元素固溶于β相中，避免大量塊狀金屬化合物生成，隨后β相向α相的固態(tài)相變時，共析反應(yīng)生成針狀α相，在針狀α組織界面處生成金屬間化合物。釬焊時間保溫時間從15min升至90min時，由于釬焊界面金屬間化合物減少，TC4鈦合金仿蓮房特征芯體夾層結(jié)構(gòu)的平壓強(qiáng)度逐漸增加。
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2021, 50(9):3225-3232. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200749
摘要:GH3536合金是制造航空發(fā)動燃油噴嘴的主要材料。相比于傳統(tǒng)的加工工藝，激光立體成形技術(shù)具有近凈成形等優(yōu)點(diǎn)，更適于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，降低成本。而掃描路徑在激光立體成形過程中有至關(guān)重要的作用。本文采用金相、XRD、SEM、拉伸等檢測手段探究45°交叉光柵式與往復(fù)交叉光柵式兩種掃描路徑對激光立體成形GH3536合金的影響。結(jié)果表明，兩種掃描路徑對成形后的GH3536合金顯微組織影響不大?；w都是γ相，晶界有M23C6型碳化物，晶內(nèi)既有M23C6型碳化物也有M6C碳化物的存在。往復(fù)交叉光柵式的熱量累積稍高于45 °交叉光柵式，導(dǎo)致其孔隙率較大，高度較高。兩種掃描路徑的拉伸性能相近。斷裂方式均為塑性斷裂，裂紋發(fā)生在碳化物處，以沿晶斷裂為主。
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2021, 50(9):3233-3241. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200750
摘要:采用XRD、FEG-SEM和EDS等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對有不同Ta元素含量合金在800℃條件下進(jìn)行抗氧化性能的研究,結(jié)果表明,含Ta合金的氧化增重和氧化時間的關(guān)系曲線符合拋物線動力學(xué)規(guī)律,氧化層為Al2O3+NiCr2O4+Ta2O5+(Ti/Cr)TaO4的復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu),而隨著Ta含量的增加,氧化層厚度減小,且氧化深度變薄,氧化層也變得更加平滑而致密。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在外層和內(nèi)層氧化層之間存在富Ta的氧化物(Ta2O5, (Ti/Cr)TaO4),很容易與Cr2O3結(jié)合形成CrTaO4,減少高溫下Cr2O3氧化物的揮發(fā)損失,提高合金抗氧化性。實(shí)驗(yàn)表明：富Ta氧化物Ta2O5,(Ti/Cr)TaO4的出現(xiàn)能阻礙金屬陽離子向外擴(kuò)散的速率,Ta元素的加入改變了氧化層離子擴(kuò)散速率從而提高合金的抗氧化性。
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2021, 50(9):3248-3255. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200731
摘要:采用熔鹽燃燒合成了Ni-F共摻的納米LiNi0.03Mn1.97O3.95F0.05(LNMOF)正極材料。研究結(jié)果表明，Ni-F共摻顯著提高了材料的倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性及初始比容量，在5、10、15和20 C下，放電比容量分別為101.4、92.5、89.4和66.8 mAh?g-1，循環(huán)1000次后容量保持率分別為77.9、70.8、70%和72.9%。循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗測試結(jié)果表明，與LiMn2O4樣品相比，LNMOF正極材料有較低的表觀活化能24.72 KJ?mol-1與較大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)1.174×10-8 cm2?s-1。對循環(huán)前后極片進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)LNMOF晶體結(jié)構(gòu)基本沒有變化。適量的鎳和氟共摻雜能夠有效抑制Jahn-Teller畸變，穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，在材料的比容量提高的同時，也改善了材料的循環(huán)性能。
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2021, 50(9):3256-3261. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200758
摘要:針對廢舊鋰離子電池數(shù)量不斷增加的現(xiàn)狀,對廢舊LiCoO2電池的回收和再生流程進(jìn)行探究。以廢舊LiCoO2電池為原料,通過預(yù)處理,酸浸,共沉淀步驟,實(shí)現(xiàn)了LiNi0.8Co0.1Mn.1O2正極材料的再生。ICP-OES分析浸出液中的元素含量,SEM和XRD表征材料形貌和結(jié)構(gòu),扣式電池的電化學(xué)測試定量分析材料的電化學(xué)性能。研究表明,利用浸出液可以再生形貌和層狀結(jié)構(gòu)良好的正極材料,在0.2C,2.8~4.3V電壓范圍內(nèi)進(jìn)行充放電循環(huán)測試,首周放電比容量可達(dá)到210.8 mAh/g,經(jīng)過50周充放電循環(huán)后的容量保持率為87%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性,為廢舊鋰離子電池的再生提供支撐和發(fā)展方向。
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2021, 50(9):3262-3269. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200762
摘要:采用低熔點(diǎn)的含硼鎳基合金粉末與高熔點(diǎn)鎳基合金粉末的混合粉末作為釬料，在真空熱壓爐中對K417G鎳基高溫合金進(jìn)行大間隙釬焊連接。研究了釬料成分對接頭顯微組織演變規(guī)律的影響，分析了接頭的強(qiáng)化機(jī)制。結(jié)果表明，提高釬料中高熔點(diǎn)合金粉的含量，可有效減少焊縫中硼化物的形成量，提高焊縫組織均勻性。當(dāng)釬料中高熔點(diǎn)合金粉含量為95 wt.%時，硼元素擴(kuò)散均勻，獲得彌散分布的顆粒狀的M3B2 型硼化物，接頭的室溫和600 °C抗拉強(qiáng)度為971 MPa和934 MPa，達(dá)到了母材的強(qiáng)度。此外，原位析出于接頭界面處的細(xì)小彌散碳硼化物M23(C,B)6與基體的共格關(guān)系是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量大間隙釬焊連接的重要因素。
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2021, 50(9):3270-3279. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200775
摘要:由于雙金屬復(fù)合板具有較好的性能而逐漸得到廣泛的應(yīng)用,但雙金屬復(fù)合板單點(diǎn)漸進(jìn)成形過程中底部鼓包和側(cè)壁鼓凸等影響零件精度和成形性能的加工缺陷現(xiàn)象阻礙該技術(shù)的發(fā)展。為了從工藝上提高雙金屬板成形精度,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合有限元分析的方法探究了不同工藝參數(shù)對成形精度的影響,研究表明：成形角度和成形深度分別是影響底部精度和側(cè)壁精度的最關(guān)鍵因素,當(dāng)成形角度由30°增大至60°時,底部鼓包高度降低29%,側(cè)壁鼓凸量增加18.5%；當(dāng)工具頭直徑由10mm增大至20mm時,底部鼓包高度下降13%,側(cè)壁鼓凸量下降16%；當(dāng)下壓量由0.2mm增大至0.5mm時,底部鼓包高度下降24%,側(cè)壁鼓凸量增加18.3%；最后優(yōu)選了合理的工藝參數(shù),使得底面鼓包高度下降49%,側(cè)壁鼓凸量下降41%。
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2021, 50(9):3280-3287. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200706
摘要:利用光學(xué)顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡及力學(xué)性能測試等手段，研究了不同組織特征對GH4720Li合金高溫拉伸和持久性能的影響。結(jié)果表明：組織B（局部混晶+一次γ′相）的650℃抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度與組織A（均勻細(xì)晶+一次γ′相）相比有所降低；隨著混晶程度的提高，組織C（完全混晶+一次γ′相）的拉伸強(qiáng)度迅速下降，但組織C的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于粗晶組織D（粗晶+無一次γ′相）。不同持久試驗(yàn)條件下，合金的高溫變形機(jī)制不同：730℃/530MPa條件下，組織A和組織D持久壽命相當(dāng)，但從組織B和組織C可以看出持久壽命隨混晶所占百分比的增加而提高，高溫低應(yīng)力下的變形機(jī)制主要為晶界粘滯滑動；680℃/830MPa條件下主要變形機(jī)制是晶內(nèi)位錯滑移，組織A和組織B的持久性能較好，持久壽命隨著粗晶所占百分比的增加而降低，同時晶界滑移同樣產(chǎn)生一定作用，使得以粗晶為主的混晶組織持久壽命的降幅不大。
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2021, 50(9):3288-3294. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200711
摘要:研究了不同Ce含量對鑄造Cr30Mo2超級鐵素體不銹鋼組織與力學(xué)性能影響。結(jié)果表明，Cr30Mo2超級鐵素體不銹鋼中夾雜類型主要為富Cr氧化物和Al-Si復(fù)合氧化物，且形狀不規(guī)則，加入Ce后轉(zhuǎn)變?yōu)镃e2O3和心部富Al、Si，外層富Al、Ce的圓球狀復(fù)合夾雜，尺寸較小，形狀圓潤，夾雜含量顯著降低；Ce2O3可以作為異質(zhì)形核核心，增加鑄件形核率，減小晶粒尺寸，但Ce含量過高，晶粒尺寸反常增大；Ce可顯著改善Cr30Mo2超級鐵素體不銹鋼的室溫塑性，添加0.07%Ce能將Cr30Mo2超級鐵素體不銹鋼鑄件的斷后延伸率由1.5%提高至20%左右。
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2021, 50(9):3295-3303. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200720
摘要:Zr基非晶合金的實(shí)際應(yīng)用受到材料本證脆性以及苛刻的制備條件的阻礙,這與其缺乏滑移剪切帶和有限的非晶形成能力密切相關(guān)。因此,本文通過磁控共濺射成功制備了稀土鐿(Yb)摻雜Zr基非晶合金薄膜,采用掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope, SEM)、能譜分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)、X射線衍射(X-ray diffraction, XRD)和接觸角測試儀等測試手段研究了(Zr48Cu44Al8)1-xYbx(x.at%)合金的非晶形成能力及薄膜性能與稀土摻雜濃度的關(guān)系。結(jié)果表明：摻雜Yb原子濃度為9.37 at%時合金體系具有最強(qiáng)的非晶形成能力。隨著稀土Yb濺射功率的增加,XRD低角度出現(xiàn)的預(yù)峰逐漸消失,膜層由單相Zr基非晶演變成雙相非晶,特別是當(dāng)功率大于50 W時XRD中出現(xiàn)新的非晶衍射峰,該衍射峰強(qiáng)度隨功率增加而增強(qiáng),因此獲得單相Zr基非晶薄膜層的最佳摻雜功率為10 W,此時膜層中稀土元素均勻分布。同時,非晶薄膜表面粗糙度隨Yb靶濺射功率增加出現(xiàn)極值點(diǎn),30 W時薄膜對應(yīng)的接觸角為104.9°,呈現(xiàn)疏水性能。因此,稀土Yb摻雜對Zr基非晶形成能力和薄膜性能產(chǎn)生了顯著影響。
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2021, 50(9):3304-3312. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200721
摘要:為了進(jìn)一步評估700℃先進(jìn)超超臨界火電機(jī)組選材的可用性和選材方案的科學(xué)性，對在華能南京電廠700℃關(guān)鍵部件驗(yàn)證試驗(yàn)平臺上運(yùn)行的候選管樣進(jìn)行定期取樣和檢測。采用力學(xué)性能測試和顯微組織分析相結(jié)合的方法，對不同運(yùn)行時間（0 h, 10000 h，24000 h）的Inconel 740H過熱器管進(jìn)行測試、對比和分析。研究結(jié)果表明：Inconel 740H在室溫和700℃高溫的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨服役時間延長緩慢降低；在運(yùn)行10000 h后，室溫和高溫沖擊吸收功降幅顯著，但當(dāng)服役時間進(jìn)一步延長至24000 h時降幅較小。顯微組織方面，隨著服役時間的延長，Inconel 740H的變化主要表現(xiàn)在晶界碳化物M23C6的長大變多及晶內(nèi)γ′相的粗化?？傮w來說，Inconel 740H在運(yùn)行24000 h后的力學(xué)性能和組織與演化均趨于穩(wěn)定。
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2021, 50(9):3313-3319. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200728
摘要:為生產(chǎn)高質(zhì)量的SAC305合金球形粉末，研究了轉(zhuǎn)速、處理量、霧化器形狀、氣氛含氧量等工藝參數(shù)對旋轉(zhuǎn)離心霧化生產(chǎn)Sn-3.0Ag-0.5Cu粉末性能的影響。結(jié)果表明隨著轉(zhuǎn)速（6000-60000rpm）的提高、進(jìn)料量(30-60kg/h)的降低和霧化器尺寸（30-50mm）的增大，SAC305粉末平均粒徑變小,CFD模擬與實(shí)驗(yàn)有一致的趨勢，實(shí)驗(yàn)修正因子n為1.65，CFD模擬修正因子為2.23。杯形霧化盤相比平面霧化盤生產(chǎn)的粉末平均粒徑降低了8%。SEM照片顯示，隨著霧化室氧含量的降低，粉末球形度提高，霧化室中的含氧量低于400ppm時，粉末表面含氧量低于100 ppm，霧化室與熔體的溫差在230℃時粉末表面質(zhì)量較好。SAC305粉末粒徑和球形度主要受工藝控制，粉體表面質(zhì)量與冷卻效率和收集技術(shù)有關(guān)。
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2021, 50(9):3320-3326. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200738
摘要:本工作對一種第三代單晶高溫合金的試棒鑄件進(jìn)行了固溶熱處理實(shí)驗(yàn),研究了熱處理氣氛對試棒表面層組織的影響,探討了解決貧Cr層問題的新方法。在真空狀態(tài)下進(jìn)行熱處理時,發(fā)現(xiàn)試棒表面出現(xiàn)了深度約為70μm的 Cr、Co和Re等元素的貧化層。在高純度的氬氣氣氛中熱處理時,樣品出現(xiàn)嚴(yán)重的表面氧化層和熔融層,深度達(dá)到約1mm。其原因是高溫下充入保護(hù)氣體時會大大增強(qiáng)爐內(nèi)氣氛的宏觀對流,加速鑄件表面的氧化反應(yīng)和合金元素?fù)]發(fā)。為盡量減小爐內(nèi)氣氛對流的影響,將實(shí)驗(yàn)樣品裝入陶瓷管進(jìn)行保護(hù),形成相對相對密閉的空間,消除大范圍對流的可能性。結(jié)果表明,該措施不但避免了合金表面的氧化反應(yīng),也使高溫下各種合金元素的揮發(fā)很快達(dá)到飽和,避免了表面層中合金元素的蒸發(fā),有效防止了鑄件表面貧化層的形成。
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2021, 50(9):3327-3334. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200780
摘要:本文通過氬氣霧化制備CoCrCuFeNi球形粉末,隨后在900℃、1000℃、1100℃、1150℃溫度下通過放電等離子活化燒結(jié)(Spark plasma sintering,SPS),成功制備CoCrCuFeNi高熵合金塊體。結(jié)果表明：隨著燒結(jié)溫度的升高,材料室溫抗拉強(qiáng)度先降低后升高,均勻卻延伸率先大幅度提高,隨后降低；當(dāng)燒結(jié)溫度為1100℃時,材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到379.3MPa和655.6MPa,斷后延伸率達(dá)21.9%；當(dāng)燒結(jié)溫度超過1100℃時,開始出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象,材料內(nèi)部出現(xiàn)元素明顯偏析現(xiàn)象。燒結(jié)溫度為900℃時,拉伸斷口沿球形粉末表面脆性斷裂,隨著燒結(jié)溫度提高,斷口轉(zhuǎn)變?yōu)榘g窩的韌性斷裂。由于高溫?zé)Y(jié)過程中基體內(nèi)發(fā)生滲碳現(xiàn)象，透射電鏡結(jié)果表明碳與基體發(fā)生反應(yīng)，形成第二相碳化物。
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2021, 50(9):3335-3341. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200783
摘要:本文采用微波-煅燒法制備了CdGa2O4納米片；利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、X-射線光電子能譜(XPS)等手段對所制備的CdGa2O4納米片進(jìn)行了表征；研究了CdGa2O4 的pH值對CdGa2O4納米片氣敏性能的影響。結(jié)果表明：溶液PH值為10時制備的前驅(qū)體沉淀經(jīng)煅燒所得片狀CdGa2O4在110oC時對100 ppm甲醛的靈敏度為316；對0.01 ppb的甲醛靈敏度為2。
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2021, 50(9):3342-3352. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210149
摘要:采用真空電弧熔煉爐制備了AlFeCoNiBx高熵合金，并對其微觀組織和高溫氧化行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：隨B含量的增加，AlFeCoNiBx合金組織從單一的“B2結(jié)構(gòu)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤癇2結(jié)構(gòu)+（FCC1+FCC2）共晶組織”。AlFeCoNiBx合金于900℃高溫氧化后，隨B含量的增加，合金外層CoFe2O4氧化物的厚度增加較快，而內(nèi)層Al2O3氧化物的厚度基本不變，但當(dāng)B含量超過0.15at%時，氧化膜連續(xù)性變差。當(dāng)B含量為0.15at%時，AlFeCoNiB0.15高熵合金的氧化增重最小，氧化膜與合金基體結(jié)合良好，抗氧化性最優(yōu)。
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2021, 50(9):3353-3360. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210038
摘要:在鋯合金包殼表面制備保護(hù)性涂層材料能夠改善現(xiàn)行核燃料組件的服役性能,延緩在＞1200℃高溫蒸汽下的鋯水反應(yīng),提升其在反應(yīng)堆失水事故下的容錯能力。因此,涂層技術(shù)也被列為耐事故核反應(yīng)堆設(shè)計和研究的短期規(guī)劃。本文采用等離子增強(qiáng)物理氣相復(fù)合沉積技術(shù),在Zr-4合金表面制備了Cr復(fù)合涂層,并專門針對涂層與基體的界面進(jìn)行了離子的轟擊注入強(qiáng)化。結(jié)合鋯合金包殼的實(shí)際使用工況,設(shè)計試驗(yàn)方法,評價表征了涂層體系的各項性能及其對鋯合金基體的影響。高溫蒸汽加速腐蝕試驗(yàn)表明,相比于無涂層Zr-4基體試樣,Cr涂層明顯阻礙了氧向Zr-4基體內(nèi)部的擴(kuò)散,并有效抑制了基體內(nèi)部有害氫化物的生成。在模擬事故的＞1000℃的高溫?zé)釠_擊條件下,相比于無涂層基體表面較厚氧化物生成的現(xiàn)象,涂層樣品并未出現(xiàn)脫落,基體也并未出現(xiàn)氧化腐蝕。拉伸及內(nèi)壓爆破測試表明,樣品表面Cr涂層表現(xiàn)出與基體較好的附著力,未出現(xiàn)沿破裂界面的脫落,也未影響Zr-4基體的拉伸及室溫爆破性能?？梢哉J(rèn)為,Zr-4合金表面Cr涂層是理想的耐事故涂層材料之一。
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2021, 50(9):3361-3365. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200705
摘要:稀有金屬常用于鎂合金的制造過程,金屬鎂冶煉通常采用硅熱法,因煉鎂過程處于真空狀態(tài),導(dǎo)致無法連續(xù)生產(chǎn),有必要研究真空時鎂蒸汽的冷凝行為,可以為連續(xù)煉鎂工藝提供理論和技術(shù)支持。在真空條件不同揮發(fā)溫度和溫度梯度下鎂蒸氣的冷凝行為被研究,結(jié)果表明隨著揮發(fā)溫度的升高,冷凝初始點(diǎn)溫度降低,且鎂蒸氣冷凝區(qū)域跨度增大,得到的金屬鎂冷凝產(chǎn)物顆粒粒徑減小。當(dāng)溫度梯度固定時,揮發(fā)溫度從1000℃升高至1200℃,鎂蒸氣的冷凝初始點(diǎn)溫度為從400.1℃降低到344.7℃,鎂冷凝區(qū)域長度從11.5cm增加至16cm,且鎂蒸氣冷凝顆粒粒徑大小從68.33μm降低至24.60μm；當(dāng)揮發(fā)溫度固定時,溫度梯度從30.23℃/cm升高至39.85℃/cm,鎂冷凝區(qū)域長度從14cm降低至10cm,說明溫度梯度增加,冷凝距離變短,對粒度大小影響較小。研究結(jié)果可用于指導(dǎo)金屬鎂連續(xù)生產(chǎn)過程或連續(xù)煉鎂冷凝器的設(shè)計。
>評述
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2021, 50(9):3366-3374. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200740
摘要:相比于鈦合金、不銹鋼、鈷基合金等傳統(tǒng)生物醫(yī)用金屬材料,鎂合金不僅具有生物可降解特性,而且其彈性模量與人體骨骼很接近,不容易產(chǎn)生“應(yīng)力屏蔽”,被譽(yù)為“新一代先進(jìn)生物材料”。但鎂合金在人體降解速率過快,由此產(chǎn)生的力學(xué)失穩(wěn)和過量降解產(chǎn)物在體內(nèi)的代謝吸收隱患限制了其在外科植介入醫(yī)療領(lǐng)域的大量推廣應(yīng)用。而可生物降解或可吸收的天然和合成高分子(聚合物)是全球量大面廣的一類質(zhì)輕、多功效、生物安全性好的生物醫(yī)用材料,若將其作為可降解鎂合金表面的特種防護(hù)涂層并解決好兩者表界面之間的生物功能性和力學(xué)相容性,將是開發(fā)先進(jìn)鎂合金材料及其應(yīng)用的重要發(fā)展方向。本文綜述了生物可降解的鎂基合金表面天然及合成高分子涂層的最新研究進(jìn)展,并對其未來的研發(fā)及應(yīng)用發(fā)展趨勢提出展望。
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2021, 50(9):3375-3387. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200716
摘要:鎂合金由于良好的生物安全性和力學(xué)承載性，同時兼具可控的體內(nèi)外降解速率，被譽(yù)為新一代的“革命性醫(yī)用金屬材料”。然而，在濕潤氣氛條件下鎂合金的耐蝕性能較差，尤其是在復(fù)雜載荷和腐蝕疲勞作用下（經(jīng)歷動態(tài)交變載荷及腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用）使得鎂合金的力學(xué)固定/支撐功能急劇驟減，并導(dǎo)致植入提前失敗。因此，本文從醫(yī)用鎂合金疲勞失效的施加載荷、頻率與腐蝕因素的耦合機(jī)理出發(fā)，針對醫(yī)用鎂合金體內(nèi)外腐蝕疲勞壽命、斷口微區(qū)特征和腐蝕速率間定量關(guān)系，闡述交變載荷下腐蝕疲勞失效微觀機(jī)制。同時，本文深入解析了疲勞微裂紋萌生/擴(kuò)展機(jī)理，全面總結(jié)了提升鎂合金腐蝕疲勞性能的舉措，以及展望了生物醫(yī)用可降解鎂合金的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。
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2021, 50(9):3388-3398. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200701
摘要:世界上的鉑族金屬資源主要集中在南非和俄羅斯，我國鉑族金屬礦產(chǎn)資源相當(dāng)匱乏，中國卻是世界上最大的鉑族金屬消費(fèi)國家，主要應(yīng)用在催化劑制造領(lǐng)域，因此鉑族金屬二次資源的高效利用是解決我國鉑族金屬供求矛盾的重要途徑。本文詳細(xì)介紹了鉑族金屬資源儲備、消費(fèi)供應(yīng)及二次資源回收情況，重點(diǎn)闡述了堇青石型廢汽車尾氣催化劑回收鉑族金屬的工藝。濕法工藝主要包括有價成分直接溶解法和載體溶解富集鉑族金屬法，廢汽車尾氣催化劑的預(yù)處理是提高浸出效率的關(guān)鍵因素，濕法技術(shù)工藝靈活、成本低、效率高、普及廣，但存在“三廢”較難處理的問題；火法工藝主要有氯化揮發(fā)法和金屬捕集法，常用的金屬捕集劑主要有銅、鉛、鐵和锍等，火法工藝流程短、環(huán)境友好、富集效率高、易規(guī)?；a(chǎn)。本文總結(jié)了各種技術(shù)的優(yōu)勢和不足，基于現(xiàn)有工藝存在的問題，提出采用綠色金屬鉍低溫熔煉捕集鉑族金屬新工藝，為廢汽車尾氣催化劑中鉑族金屬的高效富集提供了一個新的方向。
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2021, 50(9):3399-3407. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200760
摘要:鎢基材料具有高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、蒸氣壓低、氚滯留量低等優(yōu)良性能，成為具有廣闊應(yīng)用前景的面向等離子體材料。由于其低溫脆性、再結(jié)晶脆性和輻照損傷等方面的不足，限制了其在工程上的應(yīng)用，成為國際核聚變材料界的研究熱點(diǎn)。本文綜述了鎢基面向等離子體材料的研究現(xiàn)狀，闡述了鎢材料在四類粒子輻照下所引起的損傷和當(dāng)前鎢材料改善性能常用的四類手段，并對當(dāng)下鎢材料還需解決的問題進(jìn)行探討。
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2021, 50(9):3408-3416. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200756
摘要:本文詳細(xì)敘述了石墨烯及其衍生物等增強(qiáng)相的應(yīng)用范疇及適用區(qū)別以及比較了金屬基復(fù)合材料的不同制備方法,分析傳統(tǒng)的制備方法之間的分類特點(diǎn)及應(yīng)用方向,重點(diǎn)提出了工藝步驟靈活、可控性極高的新型制備石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的方法—激光增材制造技術(shù)。深入討論了石墨烯及其衍生物作為增強(qiáng)相,給金屬基復(fù)合材料中帶來的力學(xué)、摩擦學(xué)、電學(xué)、金屬耐腐蝕等性能方面的改變,比較了石墨烯及衍生物作為增強(qiáng)相對鋁、鎂、鎳、銅、鈦等金屬基復(fù)合材料性能提高及改善程度和在不同金屬基復(fù)合材料中仍存在的增強(qiáng)相各種團(tuán)聚、分散問題與金屬基體的界面結(jié)合等及目前提出的處理方案,最后提出制備石墨烯金屬基復(fù)合材料未來發(fā)展方向及新型制備技術(shù)仍存在的實(shí)際問題。
>研究快報
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2021, 50(9):3417-3421. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210063
摘要:在火法煉銅過程中產(chǎn)生大量的含銅廢渣，伴隨銅渣排放的還有金和銀。為了合理回收銅渣中的金、銀、銅，提出了渦流貧化法回收銅渣中的金、銀、銅的新工藝。采用熔融銅渣為原料，經(jīng)過渦流貧化過程，回收銅渣中的金、銀、銅，貧化渣進(jìn)一步升溫還原得到含銅鐵水，最終可制備成耐磨鑄鐵。結(jié)果表明，通過渦流貧化，銅渣中的Fe3O4被還原為FeO，然后FeO與SiO2結(jié)合，生成Fe2SiO4。經(jīng)過渦流貧化后，金、銀、銅的回收率分別達(dá)到了99.44%，93.97%，和93.14%。貧化渣中Fe3O4和銅的含量分別為1.53%和0.61%。貧化渣渦流還原后得到的含銅鐵水制備的耐磨鑄鐵成分滿足高鉻耐磨鑄鐵國標(biāo)要求。
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2021, 50(9):3422-3426. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200952
摘要:高熵氧化物作為一種新型的氧化物體系，打破了傳統(tǒng)合金相互摻雜的設(shè)計理念，由五種或五種以上的氧化物相互固溶得到，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和潛在的應(yīng)用價值而受到廣泛關(guān)注。本研究采用簡易的固相反應(yīng)法制備了(FeCoCrMnCuZn)3O4高熵氧化物粉體，采用XRD、SEM、TEM、XPS等方法對其進(jìn)行表征。結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的升高，F(xiàn)e2O3、Cr2O3、MnO2、CuO和ZnO相繼固溶進(jìn)尖晶石結(jié)構(gòu)中；最終，在800℃煅燒2h可得到單一尖晶石結(jié)構(gòu)（面心立方，F(xiàn)d-3m）的(FeCoCrMnCuZn)3O4氧化物，且各元素在晶粒內(nèi)分布均勻，為典型的高熵氧化物特征。對合成的高熵氧化物(FeCoCrMnCuZn)3O4粉體進(jìn)行電化學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流密度為1 A/g時，質(zhì)量比電容為152.9 F/g。
