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  • 2025年第3期文章目次
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    • >2025青年編委專輯
    • 納米花狀CuS作為鎂離子電池正極材料

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

      摘要 (107) HTML (120) PDF 2.70 M (123) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:在水熱合成過(guò)程中加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB),調(diào)節(jié)乙二醇的用量為50vol%,合成了鎂離子電池正極材料CuS-C50。結(jié)果表明:CuS-C50具有完整的納米花狀結(jié)構(gòu),在氯化鋁-季戊四醇四甲醚/四氫呋喃(APC/THF)電解液中,當(dāng)電流密度為50 mA/g時(shí),其比容量高達(dá)331.19 mAh/g;當(dāng)電流密度為200 mA/g時(shí),其比容量在50次循環(huán)后仍保持136.92 mAh/g。形貌表征結(jié)果表明,完整的納米花狀結(jié)構(gòu)可以提供更多的活性位點(diǎn),減少M(fèi)g2+的移動(dòng)障礙,最終提高鎂離子電池CuS正極材料的充放電性能。

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    • 電子束定向能量沉積Fe-Mo功能梯度材料的微觀組織及性能

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

      摘要 (27) HTML (68) PDF 9.60 M (107) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:利用電子束定向能量沉積(EB-DED)技術(shù),制備了沿成分梯度方向從100% 304不銹鋼到100% Mo的不同成分變化率的Fe-Mo功能梯度材料(FGMs),包括成分突變100%、成分變化率10%和成分變化率30% 3種試樣。結(jié)果表明,成分變化率顯著影響試樣的顯微組織和力學(xué)性能。在成分突變的試樣中,304不銹鋼和Mo之間成分急劇變化導(dǎo)致了兩種材料界面附近的組織形態(tài)和硬度有很大的差異。而隨梯度層數(shù)的增加,成分沿沉積高度方向連續(xù)變化,顯微組織形貌呈現(xiàn)出從304不銹鋼到Mo的平滑過(guò)渡,由柱狀晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闃?shù)枝晶。Fe、Mo等主要元素沿梯度方向呈線性轉(zhuǎn)變,沉積層間擴(kuò)散充分,冶金結(jié)合良好。成分梯度變化越小,沿沉積方向的顯微硬度值越大。當(dāng)成分梯度為10%時(shí),梯度層顯示出更高的硬度(最高達(dá)940 HV)和優(yōu)異的抗表面磨損性能,且試樣整體壓縮性能較好,頂部區(qū)域的壓縮斷裂應(yīng)力達(dá)到750.05±14 MPa。

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    • 晶粒尺寸對(duì)多晶γ-TiAl合金表面納米劃痕行為影響的分子動(dòng)力學(xué)模擬

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

      摘要 (28) HTML (49) PDF 4.38 M (87) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:基于分子動(dòng)力學(xué)的方法,從原子尺度研究了不同晶粒尺寸影響下的多晶γ-TiAl合金表面劃痕機(jī)理,分析了劃痕過(guò)程中的力學(xué)特性、劃痕形貌、微觀缺陷分布以及溫度和應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明,由于逆霍爾佩奇效應(yīng)的影響,劃痕力、原子回彈數(shù)量和堆積高度在臨界尺寸為9.41 nm時(shí)出現(xiàn)突變。晶界數(shù)量的差異以及晶粒的晶向取向隨機(jī)性導(dǎo)致劃痕表面堆積不同,其中單晶材料和晶粒尺寸為3.73 nm情況下的表面形貌更加規(guī)則。此外,晶粒尺寸越小,平均摩擦系數(shù),原子去除數(shù)量以及特殊磨損率隨之增加,溫度的數(shù)值和分布范圍更大。由于晶界的阻礙作用,小尺寸的晶粒有更少的微觀缺陷。并且壓頭尖端處的平均馮·米塞斯應(yīng)力和靜水壓應(yīng)力隨著晶粒尺寸的減小而減小。這項(xiàng)工作有助于更好地理解多晶γ-TiAl合金在納米劃痕過(guò)程中的變形機(jī)理。

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    • 加載應(yīng)變率為104?105/sAl-Cu梯度飛片材料的設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

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

      摘要 (21) HTML (34) PDF 1.23 M (78) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:基于梯度材料一維波系作用的簡(jiǎn)化算法設(shè)計(jì)了Al-Cu梯度飛片材料的加載壓力曲線。通過(guò)熱壓法制備相應(yīng)的Al-Cu梯度材料,其表征后的阻抗性能與設(shè)計(jì)路徑相匹配。采用三維表面輪廓儀檢測(cè)Al-Cu梯度材料的平行度,并利用一級(jí)氣炮以400 m/s的速度發(fā)射Al-Cu梯度材料沖擊Al-LiF靶材。該實(shí)驗(yàn)應(yīng)變率的結(jié)果證明了Al-Cu梯度材料能夠?qū)崿F(xiàn)高速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變速率在104–105/s范圍的精確控制。

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    • 熱等靜壓處理提升激光粉末床熔融成形鉬合金的力學(xué)性能

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

      摘要 (19) HTML (46) PDF 2.09 M (91) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:為了提升激光粉末床熔融(LPBF)技術(shù)所制備的鉬(Mo)合金的力學(xué)性能,采用了熱等靜壓技術(shù)對(duì)其處理。熱等靜壓處理后,LPBF Mo合金的孔隙率從0.27%降低至0.22%,Mo和Ti元素得到充分?jǐn)U散并且分布地更加均勻,同時(shí)形成了大量低角度晶界,抗拉伸強(qiáng)度從286±32 MPa升高至598±22 MPa,伸長(zhǎng)率由0.08%±0.02%提高至0.18%±0.02%,在拉伸過(guò)程中晶粒沒(méi)有明顯變化。熱等靜壓處理消除了LPBF Mo合金的熔池邊界,而熔池邊界是LPBF Mo合金提前失效的主要原因。因此,熱等靜壓處理成為了一種有效的強(qiáng)化LPBF Mo合金力學(xué)性能的方法,為制造高性能鉬基合金提供了新思路。

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    • 陶瓷/金屬連接界面殘余應(yīng)力緩解策略研究進(jìn)展

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

      摘要 (22) HTML (46) PDF 2.00 M (94) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:隨著苛刻環(huán)境惡劣化和加工制造復(fù)雜難度增加,對(duì)陶瓷/金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)綜合性能提出更高要求。目前釬焊技術(shù)被廣泛應(yīng)用于陶瓷與金屬異質(zhì)連接,而二者焊接接頭殘余應(yīng)力緩解非常棘手。由于陶瓷與金屬的性能差異,特別是熱膨脹系數(shù)的差異,釬焊接頭在冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的殘余應(yīng)力。較高殘余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重破壞接頭性能。為緩解殘余應(yīng)力,從工藝參數(shù)優(yōu)化、施加中間層、顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料和表面結(jié)構(gòu)調(diào)控4種緩解途徑進(jìn)行評(píng)述。概述陶瓷與金屬釬焊接頭殘余應(yīng)力狀態(tài)與分布規(guī)律,介紹殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與檢測(cè),最后展望未來(lái)陶瓷/金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力研究面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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    • 環(huán)糊精吸附材料強(qiáng)化分離重金屬離子的研究進(jìn)展

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

      摘要 (17) HTML (30) PDF 1.71 M (87) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:重金屬污染廢水治理的傳統(tǒng)方法主要有化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法、電化學(xué)法和膜分離法等。傳統(tǒng)方法存在的問(wèn)題在于選擇性差,經(jīng)濟(jì)效益低且環(huán)境不友好。環(huán)糊精是一種人工合成的籠狀分子,具有穩(wěn)定的內(nèi)疏水腔和外親水表面,可以通過(guò)主客體作用將污染物封裝在其內(nèi)部,具有選擇性強(qiáng)、綠色環(huán)保且成本較低的優(yōu)勢(shì)。主要綜述了環(huán)糊精吸附材料強(qiáng)化分離重金屬離子的反應(yīng)原理、材料的合成與應(yīng)用及其主要影響因素,并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

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    • 單級(jí)和多級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控中/高熵合金的微觀組織及性能優(yōu)化研究進(jìn)展

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

      摘要 (28) HTML (31) PDF 11.66 M (104) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:開(kāi)發(fā)高性能結(jié)構(gòu)/功能材料對(duì)于大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域具有重要的意義。中/高熵合金因其特定的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能,是極具潛力的結(jié)構(gòu)材料。更重要的是,通過(guò)調(diào)控合金的微觀組織并優(yōu)化其性能已經(jīng)成為拓展合金工業(yè)應(yīng)用的重要措施。已有的研究表明,構(gòu)建多種異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于顯著提升中/高熵合金的綜合性能。本文詳細(xì)討論了具有單級(jí)和多級(jí)異質(zhì)性的多異質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外,還系統(tǒng)地綜述了中/高熵合金中成分不均勻性、雙峰結(jié)構(gòu)、雙相結(jié)構(gòu)、片狀/層狀結(jié)構(gòu)、諧波結(jié)構(gòu)(核殼)、多尺度沉淀物及特定微觀結(jié)構(gòu)耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法。深入討論了不同異質(zhì)結(jié)構(gòu)誘發(fā)的變形機(jī)制,以探索異質(zhì)結(jié)構(gòu)與中/高熵合金性能優(yōu)化之間的關(guān)系。全面闡釋了異質(zhì)結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化中/高熵合金性能的貢獻(xiàn),以進(jìn)一步改善合金的性能。最后,討論了高性能中/高熵合金未來(lái)在工業(yè)應(yīng)用中的挑戰(zhàn),并嘗試為優(yōu)化異質(zhì)結(jié)構(gòu)提高中/高熵合金綜合性能提供可行的方法。

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    • 固溶冷速對(duì)超高強(qiáng)鈦合金TB17組織及力學(xué)性能的影響

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

      摘要 (27) HTML (62) PDF 5.89 M (108) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:研究了不同冷卻速度對(duì)TB17鈦合金合金組織演變和拉伸性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:冷卻速度對(duì)組織形貌有顯著影響,當(dāng)冷速較慢時(shí),合金元素?cái)U(kuò)散充分,粗片層含量較高、尺寸較大,基體中有少量的次生α相析出;當(dāng)冷速較快時(shí),高溫下的組織被大量保留,粗片層含量較少、尺寸較小,幾乎觀察不到次生α相。由于未受外力作用,片狀α相與β相保持嚴(yán)格的Burgers取向?qū)?yīng)關(guān)系。固溶冷速極大地影響拉伸性能,固溶空冷析出大量次生α相,使得強(qiáng)度最高;固溶水冷由于冷速較快,僅保留粗片層,強(qiáng)度最低;固溶爐冷由于冷速過(guò)慢,粗片層長(zhǎng)大明顯,抑制了次生α相的析出,強(qiáng)度居中。時(shí)效處理后,拉伸性能發(fā)生不同的變化,水冷強(qiáng)度最高,而爐冷強(qiáng)度最低。

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    • 氮化鈾壓力輔助燒結(jié)過(guò)程的相場(chǎng)模擬

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

      摘要 (24) HTML (37) PDF 2.18 M (80) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:通過(guò)引入彈性應(yīng)變能和顆粒剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程,建立了UN壓力輔助燒結(jié)過(guò)程的相場(chǎng)模型,分析了應(yīng)力對(duì)燒結(jié)頸增長(zhǎng)過(guò)程、顆粒剛體運(yùn)動(dòng)對(duì)孔隙收縮過(guò)程的影響,并模擬了物質(zhì)擴(kuò)散、剛體運(yùn)動(dòng)與應(yīng)力共同作用下的多顆粒燒結(jié)過(guò)程。模擬結(jié)果表明,燒結(jié)頸長(zhǎng)度及其增長(zhǎng)速率隨施加應(yīng)變的增大而增大,在燒結(jié)頸兩端出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,且隨著時(shí)間的延長(zhǎng),應(yīng)力分布逐漸均勻化;隨著平移遷移率的增加,孔隙收縮速率增大,其致密化完成時(shí)間提前,而轉(zhuǎn)動(dòng)遷移率的取值對(duì)孔隙收縮過(guò)程幾乎無(wú)影響。本模型能夠捕捉到燒結(jié)頸的形成和增長(zhǎng)、孔隙的球化和閉合過(guò)程,大體積孔隙表面配位的晶粒數(shù)更高,存在時(shí)間更長(zhǎng)。

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    • 激光熔化沉積TiAl合金的組織與力學(xué)性能

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

      摘要 (24) HTML (40) PDF 12.17 M (93) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:利用激光增材技術(shù)能夠制造形狀復(fù)雜的TiAl合金零部件,從而進(jìn)一步拓展這一輕質(zhì)高溫合金在航空航天領(lǐng)域的工程應(yīng)用。但目前對(duì)激光熔化沉積TiAl合金工藝、組織及性能之間內(nèi)在關(guān)系的研究較少。以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末為實(shí)驗(yàn)材料,采用激光熔化沉積技術(shù)制備了宏觀質(zhì)量良好的TiAl合金試樣,系統(tǒng)研究了優(yōu)化工藝參數(shù)條件下沉積層的顯微組 織、相組成、硬度分布以及沉積試樣的室溫力學(xué)性能。結(jié)果表明,沉積層的顯微組織結(jié)構(gòu)主要由大量γ-TiAl相和少量的 α2-Ti3Al相構(gòu)成;沉積層組織表現(xiàn)出由柱狀晶、等軸晶、胞狀晶及板條狀組織形成的層帶組織特征,沉積層組織內(nèi)的晶粒細(xì)化較明顯。沉積層的硬度分布范圍為537~598 HV0.3,底部的維氏硬度比中部及頂部高。TiAl合金試樣在室溫下的極限 抗壓強(qiáng)度為(1545±64) MPa,壓縮應(yīng)變?yōu)?17.68±0.07)%;室溫下沿激光掃描方向的極限抗拉強(qiáng)度為(514±92) MPa,斷后伸長(zhǎng)率為(0.2±0.04)%;沿構(gòu)建方向的極限抗拉強(qiáng)度為(424±114) MPa,斷后伸長(zhǎng)率為(0.15±0.07)%,TiAl合金試樣的室溫拉 伸斷口形貌特征屬于準(zhǔn)解理斷裂。通過(guò)優(yōu)化掃描策略并輔以后續(xù)熱處理,有望改善合金組織均勻性及力學(xué)性能的各向 異性。

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    • 中厚鈦合金雙脈沖TIG深熔焊接機(jī)制研究

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

      摘要 (21) HTML (56) PDF 10.05 M (77) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:針對(duì)中厚度鈦合金電弧焊存在的TIG電弧熔深淺和焊接效率低等問(wèn)題,以6 mm厚TC4鈦合金為焊接材料開(kāi)展TIG焊接試驗(yàn),研究了不同電弧模式(直流、低頻脈沖、低頻+超音頻雙脈沖)對(duì)熔池和焊縫成形的影響?;谟邢拊抡嫜芯苛穗p脈沖焊接熔池的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為,探究了雙脈沖TIG焊接深熔機(jī)制。結(jié)果表明,與恒流和低頻脈沖模式相比,雙脈沖電流模式增加了熔池熔體流動(dòng)速度,能有效激發(fā)熔池中心深熔匙孔,促進(jìn)熱源下移,進(jìn)而增大熔深。雙脈沖TIG接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到964 MPa,接頭強(qiáng)度系數(shù)為98%,斷后延伸率3.7%,可實(shí)現(xiàn)近等強(qiáng)接頭強(qiáng)度匹配。

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    • 脈沖磁場(chǎng)處理對(duì)硬質(zhì)合金/鈦合金摩擦性能的影響

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

      摘要 (24) HTML (33) PDF 13.28 M (69) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用脈沖磁場(chǎng)對(duì)不同鈷(Co)含量的YG系列硬質(zhì)合金球進(jìn)行改性處理,通過(guò)往復(fù)式摩擦機(jī)及SEM研究脈沖磁場(chǎng)處理對(duì)YG6/YG8/YG12-鈦合金(TC4)摩擦性能的影響。結(jié)果表明,脈沖磁場(chǎng)處理可以有效地降低YG系列硬質(zhì)合金-TC4鈦合金摩擦副的摩擦系數(shù),場(chǎng)強(qiáng)弱改變了外源磁場(chǎng)輸入的能量強(qiáng)度,以YG8為例,與未經(jīng)磁場(chǎng)處理時(shí)相比,本研究梯度設(shè)計(jì)的0.5、1、1.5 T磁處理后平均摩擦系數(shù)分別減小20.5%、29.7%、25.9%;在磁場(chǎng)強(qiáng)度1 T時(shí),YG6、YG8、YG12的平均摩擦系數(shù)分別下降了19.5%、29.7%、20.1%,隨Co含量的增加,磁場(chǎng)的效果呈先上升后下降的趨勢(shì),Co含量為8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)的磁場(chǎng)效應(yīng)最為顯著。磁處理硬質(zhì)合金時(shí),脈沖磁場(chǎng)作為外源能量,引發(fā)Co相發(fā)生從fcc的α-Co向hcp的ε-Co的馬氏體轉(zhuǎn)變,從而引發(fā)位錯(cuò)增殖,提高硬質(zhì)合金抵抗塑性變形的能力,宏觀表現(xiàn)為硬質(zhì)合金強(qiáng)度及耐磨性的提升,從而改善了摩擦性能。

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    • 電弧增材制造Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金微觀組織與力學(xué)性能

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

      摘要 (19) HTML (35) PDF 10.53 M (66) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用電弧增材制造技術(shù)制備了WE43(Mg-4Y-3Nd-0.5Zr,質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)鎂稀土合金單壁墻構(gòu)件,并通過(guò)多尺度組織表征、顯微硬度和拉伸測(cè)試等手段系統(tǒng)研究了沉積態(tài)WE43合金的微觀組織及其力學(xué)性能。此外,對(duì)比研究了直接時(shí)效處理(T5)和固溶+時(shí)效處理(T6)對(duì)微觀組織演化行為和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,沉積態(tài)WE43合金為均勻全等軸晶組織,平均晶粒尺寸為25.3 μm,晶界處存在網(wǎng)狀共晶組織(α-Mg+Mg41Nd5/Mg24Y5),沉積態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到190 MPa。經(jīng)T5處理后,峰值時(shí)效硬度由沉積態(tài)的74 HV0.2提升至91 HV0.2,基體中存在大量殘留共晶組織。T6熱處理可獲得更高的峰值時(shí)效硬度(108 HV0.2),共晶組織充分回溶,基體中殘留少量的Mg24Y5相。T6處理使得合金抗拉強(qiáng)度提升至283 MPa,但也容易引發(fā)明顯的晶粒異常長(zhǎng)大現(xiàn)象,且沿豎直方向的延伸率顯著低于水平方向。

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    • Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的Johnson-Cook本構(gòu)模型及失效參數(shù)研究

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

      摘要 (34) HTML (34) PDF 3.83 M (62) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:研究了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在不同應(yīng)變率下的力學(xué)行為和斷裂失效行為,開(kāi)展了基于Johnson-Cook(J-C) 本構(gòu)模型和失效模型的參數(shù)標(biāo)定及驗(yàn)證。利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)該鎂合金進(jìn)行不同溫度下的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn),并且利用Hopkinson桿開(kāi)展高應(yīng)變率(1000~3000 s-1)下的動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn);根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)J-C本構(gòu)模型中的應(yīng)變率強(qiáng)化項(xiàng)和熱軟化項(xiàng)進(jìn)行了修正,并標(biāo)定相關(guān)模型參數(shù)。進(jìn)一步開(kāi)展數(shù)據(jù)仿真分析,并對(duì)比試驗(yàn)與仿真的斷裂位置和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線,驗(yàn)證失效模型參數(shù)的可靠性。使用SEM對(duì)鎂合金斷口微觀形貌進(jìn)行觀察,探究溫度、應(yīng)變率對(duì)鎂合金失效影響的微觀行為特征,鎂合金在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸與動(dòng)態(tài)拉伸過(guò)程中斷口形貌中均發(fā)現(xiàn)了韌窩與解理臺(tái)階,為混合斷裂機(jī)制,且高應(yīng)變速率下解理臺(tái)階稍多,這與鎂合金高應(yīng)變速率下的應(yīng)變敏感性有關(guān);而在高溫拉伸過(guò)程中表現(xiàn)為韌性斷裂。

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    • 稀有金屬對(duì)鋼海洋大氣腐蝕行為影響的研究進(jìn)展

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

      摘要 (38) HTML (53) PDF 5.77 M (76) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:鋼作為海洋工程裝備的結(jié)構(gòu)材料在海洋大氣環(huán)境中會(huì)受海鹽氣溶膠、氯離子等因素的影響而發(fā)生嚴(yán)重的海洋大氣腐蝕。向鋼中添加稀有金屬能夠調(diào)控鋼的組織、促進(jìn)銹層致密化從而改善耐海洋大氣腐蝕性能。本文綜述了近年來(lái)世界各地學(xué)者關(guān)于稀有金屬添加對(duì)鋼耐海洋大氣腐蝕性能影響的相關(guān)研究,總結(jié)了碳鋼、不銹鋼、耐候鋼等典型海洋工程用結(jié)構(gòu)鋼在海洋大氣環(huán)境中腐蝕的原因,歸納了添加Nb、Mo、Sb、Sn、Ce、La、Y等稀有金屬影響鋼的組織和腐蝕過(guò)程中銹層結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制。對(duì)于耐候鋼和碳鋼,主要討論了稀有金屬元素對(duì)銹層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響;針對(duì)不銹鋼,主要討論了稀有金屬元素對(duì)夾雜物改性及對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕行為的作用機(jī)制。對(duì)未來(lái)的相關(guān)研究方向進(jìn)行了展望,以期對(duì)結(jié)構(gòu)鋼耐海洋大氣腐蝕性能的提升及其在海洋工程中的應(yīng)用提供參考。

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    • 鈦鋁合金高溫腐蝕防護(hù)研究進(jìn)展

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

      摘要 (15) HTML (36) PDF 5.45 M (67) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:鈦鋁合金因其低密度、高強(qiáng)度以及優(yōu)異的抗蠕變性能等特點(diǎn),被視為航空航天及其他高溫應(yīng)用領(lǐng)域極具潛力的材料。然而,在750 ℃以上環(huán)境中抗氧化性能不足限制了其廣泛應(yīng)用。本文綜述了鈦鋁合金的分類、發(fā)展歷程以及高溫氧化行為,包括氧化膜的形成機(jī)制和結(jié)構(gòu)演變,重點(diǎn)討論了21世紀(jì)以來(lái)鈦鋁合金的制備技術(shù)、整體合金化、增強(qiáng)相技術(shù)和表面改性技術(shù)在提高合金抗高溫氧化性能方面的研究進(jìn)展,以及理論計(jì)算在研究合金氧化機(jī)制過(guò)程中的應(yīng)用,并對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

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    • 銅與異種材料釬焊的研究進(jìn)展

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

      摘要 (22) HTML (50) PDF 5.14 M (73) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:綜述了銅的基本屬性、結(jié)構(gòu)性和功能性應(yīng)用,分析了銅釬焊的工藝特點(diǎn)和接頭特性。通過(guò)評(píng)述銅與鋼、鋁、鈦、陶瓷、碳基材料等異種材料的釬焊研究現(xiàn)狀,列舉了銅與異質(zhì)結(jié)構(gòu)釬焊的研究實(shí)例,剖析了具體釬焊過(guò)程中釬料選用、工藝制定、中間層設(shè)計(jì)、釬焊裝備使用及檢測(cè)檢驗(yàn)的注意事項(xiàng),指出連接結(jié)構(gòu)和接頭界面設(shè)計(jì)的重要性。提出綠色、智能、可靠、低成本是銅釬焊的發(fā)展方向,為銅的工程應(yīng)用和含銅的異種材料連接結(jié)構(gòu)的釬焊制造提供技術(shù)參考。

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    • >材料科學(xué)
    • 固溶熱處理對(duì)低氧TZM合金組織和力學(xué)性能的影響

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

      摘要 (16) HTML (41) PDF 4.08 M (66) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:研究了低氧(氧含量為0.03vol%)TZM合金,在不同溫度下對(duì)其進(jìn)行固溶熱處理,然后淬火。結(jié)果表明,合金的抗拉伸強(qiáng)度隨著固溶溫度的升高而逐漸降低,伸長(zhǎng)率先增加后降低。隨著固溶溫度的升高,低氧TZM合金中析出的納米級(jí)富鈦相的含量逐漸增加。在1200和1300 ℃下凝固的樣品中出現(xiàn)了特殊的條形富鈦區(qū)域。納米級(jí)富鈦相確保了位錯(cuò)在整個(gè)TZM合金中的均勻分布,同時(shí)顯著提高了低氧TZM合金樣品的塑性。

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    • 基于相對(duì)密度力學(xué)預(yù)測(cè)模型的大載荷金屬橡膠構(gòu)件試制

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

      摘要 (21) HTML (18) PDF 2.00 M (75) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:針對(duì)大載荷礦用車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng),研究了大載荷金屬橡膠減振器的設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)模型。通過(guò)基于分形圖學(xué)描述金屬橡膠的微觀結(jié)構(gòu)特征,并利用虛擬制備技術(shù)建立數(shù)值模型,提出了金屬橡膠構(gòu)件的設(shè)計(jì)方案。試制了4組不同相對(duì)密度的金屬橡膠減振器,并通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)建立了基于相對(duì)密度的預(yù)測(cè)模型。為進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度,提出了一種變量轉(zhuǎn)置擬合法對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)與對(duì)照組試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,用殘差分析定量驗(yàn)證。結(jié)果顯示,改進(jìn)后的模型具有較高的預(yù)測(cè)精度,決定系數(shù)R2達(dá)到0.9624。這項(xiàng)研究為金屬橡膠減振器設(shè)計(jì)提供了理論支持,可減少試驗(yàn)次數(shù)并提高設(shè)計(jì)效率。

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    • 含二十面體準(zhǔn)晶相Mg-Zn-Y合金的定量強(qiáng)化評(píng)價(jià)

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

      摘要 (19) HTML (25) PDF 1.72 M (61) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用普通凝固法制備了含二十面體準(zhǔn)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基體孔隙率對(duì)合金抗拉伸強(qiáng)度和硬度的影響,并利用掃描電鏡和Image-Pro Plus 6.0軟件定量分析了鎂基體孔隙率。室溫拉伸試驗(yàn)表明,合金的最大抗拉伸強(qiáng)度為175.56 MPa,鎂基體孔隙率為76.74%。通過(guò)擬合分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)鎂基體孔隙率為64.87%時(shí),合金抗拉伸強(qiáng)度最大。硬度測(cè)試表明,隨著鎂基體孔隙率的增加,合金硬度逐漸減小。本研究為提高鎂合金的力學(xué)性能提供了有效的定量分析方法。

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    • 低鈧含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr鋁合金的組織性能研究

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

      摘要 (17) HTML (31) PDF 7.09 M (69) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:利用OM、SEM、TEM和萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)研究了低鈧含量(0.02%、0.07%、0.12%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))Al-Zn-Mg-Cu-Zr鋁合金的析出行為與力學(xué)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明:隨著鈧含量的增加,合金中鑄態(tài)組織逐漸細(xì)化,晶界處粗大第二相增加,削弱了細(xì)晶強(qiáng)化效果;軋制+T6態(tài)下的Al3(Sc,Zr)相抑制主強(qiáng)化相η'相的析出,隨著合金中鈧含量的增加抑制效果更為明顯,從而弱化析出強(qiáng)化效果;合金晶粒的細(xì)化有利于拉伸過(guò)程形成更多更細(xì)小的韌窩,提升板材延伸率;鈧含量為0.02%Sc的合金在經(jīng)過(guò)軋制+T6熱處理后綜合力學(xué)性能優(yōu)良,其抗拉強(qiáng)度為683 MPa、延伸率為21%。

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    • Fe3O4@SiO2@CM-β-CD磁性納米材料制備及對(duì)Er()吸附性能的影響

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

      摘要 (18) HTML (23) PDF 4.70 M (64) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用共沉淀法制備Fe3O4磁性納米顆粒,利用SiO2、羧甲基-β-環(huán)糊精(CM-β-CD)對(duì)磁性顆粒的表面進(jìn)行修飾,制備了具有高吸附性能的Fe3O4基磁性納米材料(Fe3O4@SiO2@CM-β-CD),開(kāi)展了單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn),通過(guò)TEM、Mapping、EDS、BET等手段對(duì)磁性納米復(fù)合材料的物化特性進(jìn)行表征,探討了Fe3O4@SiO2@CM-β-CD對(duì)稀土Er(Ⅲ)的吸附行為。結(jié)果表明:十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的投加量為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)的投加量為1 mL,CM-β-CD投加量為0.5 g時(shí),Er(Ⅲ)去除率最高,可達(dá)到95%以上。進(jìn)一步探究了吸附劑投加量、溫度及轉(zhuǎn)速對(duì)Er(Ⅲ)去除率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)接觸時(shí)間為30 min,初始Er(Ⅲ)濃度為10 mg/L,初始pH為4.5,吸附劑用量為 30 mg,溫度為298 K,轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí),Er(Ⅲ)的去除率約為98%。將吸附Er(Ⅲ)后的納米材料用0.1 mol/L HNO3進(jìn)行解吸,解吸20 min,Er(Ⅲ)的解吸率可達(dá)87%以上。采用XPS分析手段對(duì)Fe3O4@SiO2@CM-β-CD吸附機(jī)制進(jìn)行了初步探究。結(jié)果表明,F(xiàn)e3O4@SiO2@CM-β-CD對(duì)Er(Ⅲ)的吸附以環(huán)糊精空腔的包和作用為主,靜電吸附、化學(xué)吸附為輔。本研究可為水溶液中低濃度稀土元素的高效回收提供新方法。

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    • 自鈍化W-Si-Zr合金的組織結(jié)構(gòu)和抗氧化性能

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

      摘要 (16) HTML (24) PDF 4.70 M (55) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用機(jī)械合金化和放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備了W-Si-Zr自鈍化合金。利用XRD、XPS、SEM及EPMA等測(cè)試方法,表征了合金的微觀組織結(jié)構(gòu),并測(cè)試其抗氧化性能。結(jié)果表明:合金包括富W、W5Si3、SiOxx=1,1.5,2)以及 ZrOxx=1,1.5,2)相。W5Si3為連續(xù)分布相,SiOx和ZrOx顆粒均勻分布在基體中,尺寸分別為1.0~2.5 μm和0.7~2.7 μm,且ZrOx顆粒常與SiOx顆粒共生。W5Si3對(duì)合金的抗氧化性能起到關(guān)鍵作用,添加Zr有助于W5Si3相的形成,其相面積達(dá)到了70.2%。在1000 ℃大氣環(huán)境中W-Si-Zr合金的氧化速率約為W-Si合金的1/2,純W的1/36。

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    • Mg對(duì)S44660超級(jí)鐵素體不銹鋼鑄造組織及力學(xué)性能的影響

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

      摘要 (17) HTML (28) PDF 7.03 M (50) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:為研究Mg對(duì)超級(jí)鐵素體不銹鋼的作用,調(diào)整S44660鋼Mg含量,制備未添加Mg及Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0002%、0.0004%、0.0010%的4種成分試驗(yàn)鋼,探究Mg對(duì)S44660超級(jí)鐵素體不銹鋼鑄造組織與力學(xué)性能影響。結(jié)果表明,0.0002% Mg S44660超級(jí)鐵素體不銹鋼平均晶粒尺寸由1.14 mm減小至約0.83 mm,隨著Mg含量進(jìn)一步提高至0.0004%和0.0010%,平均晶粒尺寸減小至0.62、0.59 mm左右,Mg對(duì)S44660鋼晶粒有細(xì)化作用;S44660超級(jí)鐵素體不銹鋼典型夾雜物類型為 Ti-O-N復(fù)合包裹型夾雜物,加入Mg后轉(zhuǎn)變?yōu)門i-O-Al-Mg-N復(fù)合包裹型夾雜物,夾雜物含量降低,同時(shí)尺寸減??;添加Mg后S44660超級(jí)鐵素體不銹鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高;Mg可以提高S44660超級(jí)鐵素體不銹鋼沖擊吸收功及硬度。

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    • 稀土La-Yb摻雜對(duì)海水電池陽(yáng)極鎂合金微觀組織及電化學(xué)性能影響

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

      摘要 (15) HTML (28) PDF 8.33 M (50) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:利用機(jī)械合金化與放電等離子燒結(jié)工藝相結(jié)合制備了AZ91-La-Yb海水電池用陽(yáng)極鎂合金,并系統(tǒng)研究了稀土 La-Yb摻雜對(duì)陽(yáng)極材料微觀組織及電化學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:通過(guò)機(jī)械合金化-放電等離子燒結(jié)工藝制備的AZ91-La-Yb合金由等軸晶構(gòu)成,一方面,摻雜La-Yb后,形成了在晶界處均勻分布的微米級(jí)(0.5~2 μm)富RE相,該相主要由稀土單質(zhì)(RE=La,Yb)及Mg(RE)固溶體共同組成;另一方面,通過(guò)放電等離子燒結(jié)引起的塑性變形作用以及稀土La-Yb的摻雜效應(yīng),顯著改善了β-Mg17Al12相的形貌,使其由粗大的網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)槔w細(xì)的長(zhǎng)條狀。均勻分布的微米級(jí)富RE相及更加細(xì)小的β相聯(lián)合作用,共同促進(jìn)了鎂合金的均勻溶解放電,同時(shí)有效緩解了鎂合金的局部腐蝕。與AZ91陽(yáng)極用鎂合金相比,摻雜了稀土La-Yb的AZ91-La-Yb表現(xiàn)出更加平穩(wěn)的放電電壓及良好的放電性能,在20 mA/cm2的電流密度下,其比容量可達(dá) 1068 mAh/g,陽(yáng)極利用率為50.4%。

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    • Mn NiMnGa合金γ相的微觀結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能研究

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

      摘要 (27) HTML (21) PDF 6.38 M (37) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:傳統(tǒng)Ni-Mn-Ga合金脆性大,雖然富Ni的Ni-Mn-Ga合金顯著提升了合金的韌性,形狀記憶效應(yīng)卻大幅度下降,而富Mn的Ni-Mn-Ga合金具有較高的馬氏體相變溫度、良好的熱穩(wěn)定性和適中的形狀記憶性能。研究了 Ni54Mn28+xGa18-xx=0,4,7,9,13)γ相的微觀結(jié)構(gòu)及合金的熱力學(xué)性能。隨著Mn含量的增加,γ相開(kāi)始出現(xiàn),晶粒內(nèi)存在“微米片層包含納米片層”微觀結(jié)構(gòu)。微米片層由兩變體組成,變體包含一對(duì)呈{011}孿晶關(guān)系的納米片層,該片層是面心四方結(jié)構(gòu)。隨著Mn含量的增加,壓縮應(yīng)力從914 MPa增加到2175 MPa,壓縮應(yīng)變從14%增加到26%,但其形狀記憶效應(yīng)逐漸降低,馬氏體相變溫度從352 ℃提高至585 ℃。富Mn Ni-Mn-Ga合金層片γ相的引入對(duì)合金韌性增強(qiáng)雖不如富Ni合金,但合金馬氏體相變溫度更高。

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    • CrZr對(duì)CuW/CuCr整體材料界面組織與性能的影響

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

      摘要 (25) HTML (26) PDF 3.44 M (44) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用整體燒結(jié)熔滲法制備了含Cu-Cr-Zr粉末夾層的CuW/CuCr整體材料,研究了Cr和Zr含量、固溶時(shí)效熱處理對(duì)界面及兩側(cè)材料組織與性能的影響。結(jié)果表明,隨著Cu-15%Cr-x%Zr(質(zhì)量分?jǐn)?shù))夾層中Zr含量的增加,整體材料CuCr側(cè)共晶相增多,CuCr端導(dǎo)電率有所下降;硬度呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。同時(shí)Zr元素的添加促進(jìn)了Cr元素向W中擴(kuò)散。制備了含不同成分夾層的整體材料拉伸試棒,測(cè)試其界面抗拉強(qiáng)度并分析了斷口形貌。發(fā)現(xiàn)夾層中Zr含量在0.5%時(shí),整體材料界面抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值517 MPa,與未添加Zr的含Cu-15%Cr夾層的CuW/CuCr整體材料相比提高了18%,拉伸斷口中Cu相撕裂棱變淺變短,W顆粒發(fā)生解理斷裂的數(shù)量增多,表明Cu/W相界面和CuCr端強(qiáng)度均得到了提高。

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    • /鈦雙金屬液固復(fù)合界面元素?cái)U(kuò)散行為研究

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

      摘要 (41) HTML (33) PDF 6.69 M (46) 評(píng)論 (0) 收藏

      摘要:采用液固復(fù)合工藝制備銅鈦復(fù)合材料,借助OM、SEM、EPMA等測(cè)試方法研究了復(fù)合界面Cu、Ti元素的擴(kuò)散行為。結(jié)果表明:在銅/鈦復(fù)合的過(guò)程中,晶界是擴(kuò)散的主要通道。除了部分Cu4Ti相在Cu基體上形成外,擴(kuò)散溶解層其余的化合物相都在Ti基體上生成。銅鈦復(fù)合界面上形成的化合物相有Cu4Ti、Cu3Ti2、CuTi、CuTi2。其中,Cu3Ti2相以“鋸齒狀”方式生長(zhǎng),CuTi相以“竹筍狀”方式生長(zhǎng),CuTi2相以“平面狀”方式生長(zhǎng)。擴(kuò)散溶解層的硬度值明顯高于2種純組元的硬度值。經(jīng)Miedema模型計(jì)算,界面相析出先后順序?yàn)镃uTi、Cu3Ti2、CuTi2、Cu4Ti。銅與鈦的液固復(fù)合是銅在鈦基體中的擴(kuò)散和鈦在銅液中的溶解共同作用的結(jié)果。

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