教学研究型实验室实践本科研究生双赢培养的途径

高校教学研究型实验室兼负教学和科研双重任务,是高校本科教学、科学研究和人才培养的重要基地。在新时代新征程上发展高质量高等教育,应充分发挥实验室育人优势。从实验课程建设和实验室管理模式入手,加强科研融入教学、支撑教学,构建实验室管理的助管和共管模式,促进研究生参与教学管理,提高本科实验教学和研究生培养质量,从而实现对本科生、研究生的双赢培养。

时效处理对Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料组织及性能的影响

以Cu、Y、Ti和CuO粉末为原料,采用机械合金化(MA)和热还原的方法制备了Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合粉末。然后经放电等离子烧结(SPS)技术制备了Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料,并对材料进行了900℃固溶1 h和不同温度时效2 h的处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、拉伸试验和导电率测量仪等研究了不同温度时效处理对Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料组织及性能的影响。结果表明:随着时效温度的升高,Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料的晶粒和第二相尺寸增大,导电率降低,最大应变和抗拉强度先增大后减小。Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料经900℃固溶1 h+400℃时效2 h后,综合性能最优,其具有良好塑性的同时,抗拉强度和导电率分别达到326.4 MPa和73.0%IACS。

钨纤维增韧钨基复合材料的研究进展

钨纤维增韧钨基复合材料作为一种理想的面向等离子体材料,可以不需要引入其他合金元素,通过充分发挥钨纤维本身的优异性能而提升其韧性。对钨纤维增韧钨基复合材料的增韧机理、增韧相类型、制备方法的研究现状进行了综述,重点介绍了钨纤维表面改性、钨纤维体积分数以及烧结温度对复合材料性能的影响,指出了该复合材料今后的研究方向。

Hf含量对湿化学法制备超细W-Y_(2)O_(3)复合材料显微组织与性能的影响

本文在现有W-Y_(2)O_(3)材料基础上,引入微量Hf4+掺杂入Y_(2)O_(3),调节Y_(2)O_(3)与W晶粒之间的界面关系,从而改善W基材料的综合性能。通过改变Y与Hf元素的掺杂比例,获得纳米级W基复合粉体,在氢气气氛下常规烧结制备W-Y_(2)(Hf)O_(3)复合材料。采用SEM、TEM等表征手段对W-Y_(2)(Hf)O_(3)复合材料的性能进行表征分析,研究Y与Hf元素在材料中的作用规律。结果表明:掺杂Hf元素有利于后续氢气还原,在第二相掺杂量不变条件下,当Hf含量增加时,所获得的粉体粒径减小,W-3Y-7Hf的粒径约为100 nm,明显小于传统制备的W-Y_(2)O_(3)粉体。烧结后的块体晶粒尺寸细化,显微硬度和相对密度随之增大,成分为W-3Y-7Hf烧结块体显微硬度最高,为513.7HV_(0.2),致密度为97.6%。在钨基材料中同时添加Y与Hf元素会在钨晶粒的晶界与晶内处形成复合第二相氧化物Y_(2)Hf_(2)O_(7)颗粒,尺寸更小,弥散强化作用更强;其中,W-3Y-7Hf中第二相氧化物颗粒尺寸仅为200 nm左右,与钨晶界产生良好的界面结合关系,形成半共格界面。

第二相成分改性硬质合金的研究进展

系统地论述了第二相成分改性硬质合金的研究进展,介绍了在碳化钨(WC)基硬质合金中添加第二相元素或化合物成分改性硬质合金的作用机理、改性剂种类及力学性能,并分析总结了掺杂第二相对硬质合金力学性能的提升机制。不同种类和含量的添加剂成分改性硬质合金作用效果不同,分类对比了不同添加剂和制备方法对硬质合金力学性能的影响,结果表明硬质合金的综合力学性能主要与晶粒细化程度和显微界面结构有关,添加的第二相能够与WC基体形成一定的配位结构,有效抑制WC晶粒生长,从而使合金性能获得提升。最后总结了当前第二相成分改性硬质合金的发展瓶颈和仍待解决的问题。

HfO_(2)掺杂对湿化学法制备W-20Cu复合材料微观组织和性能的影响

采用湿化学法制备W-20Cu复合粉体,通过喷雾干燥法得到球壳状前驱体,再通过氢气还原成功将弥散分布的HfO_(2)第二相颗粒引入W-20Cu复合粉体,确定了引入的HfO_(2)在W-20Cu复合粉体中的存在形式以及分布状态。采用高温液相烧结制备了细小HfO_(2)颗粒均匀分布的W-20Cu复合材料。结果表明:由于HfO_(2)颗粒在W颗粒表面和W/Cu界面间隙中弥散分布,抑制了W颗粒在烧结过程中的粗化,从而降低了W-W的连通性,使得W-20Cu复合材料表现出较高的综合性能。其中,烧结温度在1350℃时,块体的致密度较高,均为97%,掺杂0.5%HfO_(2)制备得到的复合材料综合性能最佳,其硬度最大可达到338HV,抗弯强度为826 MPa,热导率为209 W/(m·K)。

固溶处理对Fe30Mn10Al1C低密度钢组织和性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)技术、透射电镜(TEM)、维氏硬度计和电子万能实验机等研究了不同温度(950~1050℃)固溶处理对Fe30Mn10Al1C低密度钢组织和力学性能的影响,并分析了其变形机制。结果表明:固溶处理后,Fe30Mn10Al1C低密度钢的组织和力学性能变化较为明显;随着固溶温度的升高,Fe30Mn10Al1C低密度钢平均晶粒尺寸增大,奥氏体内存在着孪晶,基体内的几何必须位错密度是拉伸变形前的4~5倍。固溶处理后,Fe30Mn10Al1C低密度钢的综合力学性能相比原始态大幅提高,在950和1050℃固溶处理后的强塑积最高,分别为85.6和84.4 GPa·%。Fe30Mn10Al1C低密度钢拉伸变形后呈典型的位错滑移特征,且组织中存在着大量的位错墙、泰勒晶格和微带,提高了其强度和塑性。

面向等离子体材料用先进钨复合材料的改性研究进展与趋势

核聚变能是解决未来社会能源危机的有效途径之一,但面向等离子体材料在聚变堆体中面临着来自等离子体严重的辐照和热冲击损伤。纯钨因其高热导率、良好的高温强度、低溅射和低蒸气压而被认为是最有希望的面向等离子体候选材料。纯钨在聚变堆工况条件下具有严重的脆性风险,因而对面向等离子体材料用先进钨材料的改性成为近年来的研究热点。钨基复合材料的改性方法主要包括合金化、第二相强化、纤维增韧和复合强化。本文综述了近年来国内外针对核聚变反应堆面向等离子体材料用钨基复合材料的改性方法及其性能,分析了钨基复合材料的改性机制,并展望了面向等离子体材料用钨基复合材料的发展方向。

SPS制备SPTAs块体过程的有限元模拟及其微观组织分析

本文结合实验和模拟,系统研究了放电等离子体烧结(spark plasma sintering,SPS)制备自钝化钨合金(self-passivation tungsten alloys,SPTAs)块体时的温度场、电流场对其组织均匀性的影响,建立烧结温度、时间、电流密度与块体微观组织的关系。结果表明:不同尺寸SPTAs块体在SPS固结时的温度沿径向分布不均,致使测量温度远低于样品实际温度。结合显微组织表征,发现提高样品烧结时的电流密度可缩短烧结时间,对获得细晶、均质结构样品有积极作用,但需要考虑样品因径向温度梯度引起的晶粒尺寸差异。本研究可为大尺寸SPTAs块体的SPS制备工艺设计提供参考。

合金元素对掺杂钨基材料力学、抗辐照性能影响研究进展

文章综述了合金元素对钨基材料力学性能的影响,并讨论了合金元素增强钨基材料在D、He离子等不同辐照条件下的损伤行为。重点讨论了合金元素改性、第二相与合金元素复合改性中组分设计对钨基材料性能的影响。改性钨基材料所添加的元素有Re、Ta、V等,第二相颗粒有Y2O3、La2O3、TaC、HfC、ZrC、TiC等。合金元素改性钨基材料相比于纯W在强度、硬度和韧性等力学性能以及高温热稳定性上得到了明显的改善。合金元素与第二相改性钨基材料较纯W具有更高的抗D、He离子辐照损伤性能,第二相颗粒能抑制钨在辐照下的缺陷形成和D、He元素的滞留,减少辐照损伤。

热处理对Y_(2)O_(3)掺杂WC-Co硬质合金显微组织及性能的影响

采用固液掺杂法和放电等离子烧结制备了WC-Co-Y_(2)O_(3)硬质合金,随后对其进行了不同温度的退火处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和维氏硬度计等研究了热处理前后WC-Co-Y_(2)O_(3)硬质合金的显微组织和力学性能。结果表明:氧化钇的加入可以细化WC-Co-Y_(2)O_(3)合金中的WC晶粒,提高了合金的维氏硬度和断裂韧性;随着退火温度的升高,WC-Co-Y_(2)O_(3)合金的维氏硬度逐渐降低,断裂韧性先升高后降低;WC-Co-Y_(2)O_(3)合金在500℃退火时拥有最佳的综合性能,维氏硬度为(1377±15)HV30,断裂韧性为(13.0±0.4)MPa·m^(1/2)。

合金元素Zr对Cu-Y_(2)O_(3)复合材料组织和性能的影响

通过机械合金化和放电等离子烧结制备Cu-Y_(2)O_(3)和Cu-Y_(2)O_(3)-Zr复合材料,并采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电导率和拉伸实验对其组织和性能进行系统研究。研究发现,复合材料的显微组织对其力学性能和电导率具有很大影响。电学性能的改善可归因于共格Y4Zr_(3)O_(12)粒子的形成和Cu_(4)Zr相的优先成核,它们分别改善了Y_(2)O_(3)和Cu基体之间的界面以及降低了位错密度。此外,Cu-Y_(2)O_(3)-Zr复合材料的屈服强度为265.6MPa,极限抗拉强度为301.0MPa,伸长率为23.6%,电导率达到92.0%(IACS)。

掺杂Y_(2)O_(3)钨基复合材料在近韧脆转变温区的静载拉伸特性

制备了掺杂质量分数分别为0.5%,2.0%Y_(2)O_(3)的钨基复合材料,研究了其显微组织,通过不同温度(25~800℃)下的拉伸试验分析了其近韧脆转变温区的变形特性。结果表明:2种复合材料均存在由轧制变形导致的大量位错,Y_(2)O_(3)颗粒对位错运动起到钉扎作用;Y_(2)O_(3)掺杂质量分数为2.0%的复合材料的晶粒更细小,发生韧脆转变的温度更低,在300~400℃拉伸时发生半脆性行为,断口区域位错密度在3.8×10^(15)~3.9×10^(15)m^(-2),在600~800℃下发生明显塑性变形,位错密度增加至6.2×10^(15)~6.8×10^(15)m^(-2)。

弥散强化铜中碳纳米管和氧化钇的协同强化机制

采用固液掺杂结合放电等离子体烧结法制备了Y_(2)O_(3)和CNT两种增强相材料协同强化Cu基复合材料。研究了不同含量增强相对复合材料力学性能和物理性能的影响,并研究了氧化钇和碳纳米管颗粒的协同强化机制。结果表明:Y_(2)O_(3)具有弥散强化作用,在烧结过程中阻碍了铜晶粒的生长,并对位错运动起到钉扎作用,可提高复合材料的强度;碳纳米管对复合材料导电性能的提升起着重要作用;Cu-0.9 vol%Y_(2)O_(3)-0.9 vol%CNT复合材料的综合性能最佳,导电率达到92.43%IACS,硬度、抗拉强度和伸长率分别为107.25 HV0.1、182.29 MPa和20.93%。复合材料的强化机制主要为奥罗万机制、细晶强化、热失配强化和载荷转移强化。

《材料科学基础》对分课堂中的课程思政教学模式设计分析

《材料科学基础》“对分课堂”课程教学中还存在思政元素归纳不够丰富、融入机制不够完善等诸多问题。本文分析了对分课堂模式下《材料科学基础》课程思政教学过程中所存在的问题,梳理和总结了适用于对分课堂模式的课程思政元素,并讨论了合理的课程思政融入机制。研究结果能够为提高材料类专业课程思政教学效果提供理论支撑。

湿化学法W-Re合金制备与性能

本文研究Re添加量对W基材料W-xRe(x=3,5,10)的显微组织与性能的影响。结果表明,采用湿化学法结合氢气还原制备出相应Re含量还原粉体,通过放电等离子烧结制备出高致密度的W-Re合金块体。还原后粉体表面呈现细小珊瑚状形貌,粉体粒度约为400 nm,随着Re添加量的增加,烧结W-Re合金的显微维氏硬度呈现增加趋势。当激光热冲击的功率密度为0.48 GW/m^(2)时,材料表面仅出现粗糙化,比同实验条件下的纯W材料表现出更优异的抗热冲击损伤性能。

钨与异种材料连接的研究进展

钨及其合金是制造各类电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物不可或缺的材料,它与异种材料钢、铜等连接形成新构件能够满足不同工作条件对材质的不同要求并发挥不同材料的性能优势,因此,实现钨/钢、钨/铜等异质材料高质量、高可靠连接,对于拓展钨及其合金在冶金、国防、电子、核电等领域的应用具有重要意义。但是,钨与钢、铜等的互溶性有限、物理化学性能差异较大,导致焊接性差。本文综述了国内外关于钨/钢及钨/铜连接技术的研究现状,并展望了钨与异种材料连接的技术方向和发展前景。

孔隙率和晶粒度对纯钨导热性能的影响

常温下钨的热导率为173W/m·K,作为聚变第一壁的候选材料,其导热性能非常重要。纯W的导热性能与其孔隙、晶界和位错等组织缺陷有关,孔隙和晶界在固体传热过程中会吸收或散射导热电子,减少电子数量和缩短电子平均自由程,降低材料的热导率。本研究选取了不同孔隙率和晶粒度的纯W试样,表征与分析试样的微观组织形貌,测量和计算所有试样的热导率,研究了纯W材料在25~450℃内的热导率的变化。研究结果表明,纯W孔隙数量减少和体积减小,孔隙率减小,热导率增大;晶粒度增大,晶界数量减少,热导率增大。温度升高,孔隙和晶界降低纯W材料热导率的效果减弱。因此,获得了钨的孔隙率、晶粒度和导热性能的关系,对于核聚变钨材料的选择与加工具有重要的参考价值。

退火对熔渗法制备W/Y_(2)O_(3)-Cu复合材料组织和性能的影响

在1 250℃熔渗3 h制备了W/Y_(2)O_(3)-Cu复合材料,在700~1 000℃不同温度下对其进行高温退火处理,通过SEM对退火后复合材料表面和断口形貌进行表征,采用维氏硬度计、He检漏仪、激光导热仪、热机械分析仪和弯曲力学性能试验机对退火后复合材料的性能进行检测。研究结果表明:退火后复合材料与未退火样品具有相同的组织均匀性,退火降低了组织中的残余应力,使得W/Y_(2)O_(3)-Cu复合材料的热导率得到明显改善;退火对复合材料的热膨胀系数影响很小。900℃退火1h后W/Y_(2)O_(3)-Cu复合材料的热导率提升至最高197.67W/(m·K),热膨胀系数为6.9×10^(-6)/K,室温弯曲强度为1 169.7 MPa。

高速电弧喷涂FeMnCr／Cr3C2涂层的组织与性能

采用高速电弧喷涂技术在20钢表面制备了FeMnCr/Cr3C2涂层。结合光学显微镜、维氏硬度、X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、能谱分析等分析方法对喷涂层的微观组织和性能进行研究。结果表明:FeMnCr/Cr3C2涂层具有固溶体相和氧化物相相互间隔的层叠结构特点;涂层具有较高的结合强度和显微硬度,良好的抗热震性和耐高温冲蚀磨损性能。