稀有难熔金属材料近净成形技术研究

随着国防工业、航空航天、能源化工以及核工业等领域的迅速发展,耐高温、抗氧化、耐腐蚀等稀有难熔金属材料的需求日趋增加,且均要求其具备薄壁、曲面等复杂结构.本文针对复杂结构的稀有难熔金属成形,介绍了高能喷涂成形技术、增材制造技术(包括选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、电子束选区熔化技术、激光近净成形技术)以及金属注射成形技术,阐述了几种近净成形技术的基本原理、工艺流程、技术特点,并指出与不同结构、不同性能要求的产品零件更适合的成形技术.

金属铍的结构性能及应用研究进展

相比于多数稀有金属,金属铍具有诸多优异性能,如比强度高、熔点高、杨氏模量高、比刚度大及热性能好等,故在导弹和航天器等高科技领域广泛应用。本文简要介绍了稀有金属铍的物理性能、影响微屈服强度(MYS)的因素和在核工业、航天航空等领域中的应用。

第一性原理计算简述及在有色金属及其合金性能研究中的应用

本文简单介绍了第一性原理计算的基本原理、计算常用软件、计算中存在的问题,综述了近年来第一性原理计算在钽金属、铌合金、铜合金、镍基合金、以及高熵合金等有色金属及其合金性能研究方面的进展情况。

铜合金的腐蚀与防护研究进展

铜合金具有良好的导电性和导热性,是应用最广泛的工业材料之一。铜合金服役过程中常与酸、碱、盐等腐蚀介质接触,易引起铜合金的腐蚀,最终导致失效,对生产制造带来危害。提高铜合金的耐腐蚀性有利于进一步扩展其应用领域。本文主要归纳了Cr,Pb,Ti,Al,Mn,Ni以及稀土元素的添加对合金耐蚀性能的影响,通过合金元素的添加可以改变铜合金表面腐蚀产物膜的组成和形貌,减小相与相之间腐蚀电位差,以及减少有害杂质的存在,以此来改善铜合金的耐蚀性能。塑性变形和热处理是改善铜合金力学性能的常用手段,经塑性变形和热处理过后的铜合金,其微观组织形貌和分布发生了变化,因此对合金耐蚀性能也有一定的影响。本文主要从合金化、塑性变形及热处理3个方面对铜合金耐蚀性能影响进行综述,最后对铜合金的腐蚀防护研究进行总结和展望。

航空发动机关键铸件材料用Nb-N-Ti复合中间合金的开发

中间合金作为一种冶金行业重要的添加剂,其作用在于熔炼含熔点差异很大的合金时,预制备的中间合金要比纯元素的熔点低,保证添加元素相熔。随着冶金行业的不断发展,新材料的不断涌现,含Ti中间合金也在航空航天领域内得到了广泛的应用。本文介绍了采用TPN(Thermite Process Nitride)合成法制备航空发动机关键铸件用Nb-N-Ti复合中间合金的工艺。

航天用高温铌合金研究进展

与其他种类的高温合金相比,高温铌合金具有密度低、高温(600~1600℃)比强度高、冷热成形性能优良、焊接性能好等优点,可以加工成形薄壁和复杂形状的零件,用来制造火箭发动机、卫星、宇宙飞船和导弹的姿态控制/轨道控制发动机的推力室身部延伸段等部件,是航天结构件的重要候选材料之一。为了满足航天发动机的需求,我国相继在美、俄铌合金的基础上仿制研发了多种火箭发动机用铌合金结构材料,其中使用最多的是C-103和Nb521合金。本文对铌合金的分类、航天用铌合金的发展、应用及进展情况进行了综述。针对应用较为广泛的C-103、PWC-11、Nb521合金及在研的低密度铌合金进展情况进行了重点介绍,并讨论了航天用铌合金研究目前存在的问题,对未来发展更高强度、更高强韧性和轻质化的新型铌合金,以及更高温度、长寿命的高温抗氧化防护涂层的研究方向进行了展望。

QBe2铍青铜合金固溶工艺与组织性能研究

为了研究固溶保温时间对QBe2铍青铜合金组织性能的影响规律,对QBe2铍青铜合金进行790℃固溶处理,保温时间为30~120 min,并在流动清水中快速冷却以使富铍相充分固溶于基体中,获得可以产生沉淀强化的过饱和固溶体,分析了不同固溶保温时间对合金力学性能、电性能及微观组织的影响。结果表明,当固溶保温时间为60 min时,第二相能完全溶解到基体中;当固溶保温时间为90 min时,合金的力学性能完全满足固溶态产品的要求;当固溶保温时间达到120 min时,合金的塑性最好。经不同保温时间固溶后的材料,其屈服强度与平均晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。

热挤压对铍铝合金显微组织和性能的影响研究

为缩短粉末冶金成形时间,对冷等静压成形后的铍铝合金进行热挤压处理,研究了热挤压对铍铝合金显微组织和性能的影响。结果表明:通过热挤压变形后,铍铝合金组织为铍相以颗粒状分布于连续的铝相中,且组织密实化,材料密度显著上升;同时,挤压后的铍铝合金硬度提高到了80 HRB,并伴随较大内应力。冷等静压的铍、铝相晶粒取向均较为随机;热挤压处理后,铍相未发生明显择优取向,铝相主要形成了较强的〈100〉方向以及较弱的〈110〉方向的丝织构。

超细钽粉制备技术研究

主要研究了用烧结钽棒为原料,通过氢化制粉的方法,使用普通卧式球磨机和介质搅拌球磨机两种不同的物理破碎方式制备粉末冶金用超细钽粉。通过两种方式均可以制备粒度-30μm的超细钽粉,并对脱气温度对超细钽粉粒径的影响进行了研究。

等静压铍材高周疲劳寿命研究

采用拉-拉加载方式对等静压铍材进行高周疲劳试验,根据试验数据绘制了S-N曲线,获得其疲劳极限,并运用扫描电镜观察疲劳断口形貌。结果表明,等静压铍材在指定疲劳寿命10~7次下的疲劳极限为385 MPa;疲劳裂纹萌生于铍材试样边缘处,裂纹穿过晶界与相邻晶粒内的微裂纹连接合并长大;铍材试样发生瞬时解理断裂,形成主要由疲劳源和放射区构成的断口形貌;疲劳源尺寸随最大循环应力的减小而增大。

氢化钛粉制备钛的工艺及组织研究

以纯Ti废料通过氢化获得粒度小于74μm,密度为1.27g/cm^3的TiH2粉末,TiH2粉末经过预处理、冷等静压成型及高温烧结等工序制备纯Ti。采用三点抗弯试验机及排水法测试压坯强度及密度,采用SEM、EDS、氢/氧元素分析等表征手段,研究TiH2粉制备Ti的工艺过程中TiH2压坯强度和密度、Ti烧结样密度、化学成分及微观组织的变化趋势。结果表明:经过500℃预处理的TiH2粉末在200MPa的成型压力下获得较高的压坯强度和密度。TiH2压坯在真空度高于10-3 Pa,焙烧温度1 400℃下保温2h,制备的纯Ti烧结样为等轴α组织,密度4.48g/cm^3,H含量0.001%,其余化学成分均符合纯Ti的国家标准。

粉末冶金铍-铝合金高温蠕变行为试验研究

通过高温拉伸蠕变试验,研究温度和应力对粉末冶金铍-铝合金[w(Be)=62%、w(Al)=38%]的短时蠕变行为的影响。研究结果表明:随着温度或应力的提高,合金的蠕变率先增大后基本保持不变,极限蠕变率为2.16%。铍-招合金的蠕变过程中,位错滑移和孪晶蠕变对低温低应力蠕变过程起着关键作用,而位错攀移对高温蠕变起着重要作用。温度为473.15 K,合金的应力指数为3.19;在应力150 MPa下,铍-铝合金的蠕变激活能为22.41 kJ/mol。在低应力蠕变状态下,铝相是蠕变中载荷的承载体;随着蠕变应力的增加,铍相逐渐成为蠕变过程中载荷的主要承载体。

高传导铍铜的固溶工艺研究

为了研究高传导铍铜合金在相同温度、不同时间条件下的固溶效果,在炉内温度恒定后,分别放置2分钟、5分钟、8分钟进行固溶,对固溶后的材料施加不同的加工率(0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%),然后在相同的时效工艺(480℃×3h)下进行时效,通过力学性能来验证固溶效果,为工业化生产提供指导意义。

C17410时效工艺研究

为了研究沉淀硬化型合金C17410在不同加工率和时效工艺下性能的变化趋势,通过对材料施加不同的加工率(10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%)以及不同的时效工艺(460℃×2h,460℃×4h,460℃×6h,460℃×8h,480℃×2h,480℃×4h,480℃×6h,480℃×8h)得出生产C17410不同性能的工艺路线,为工业化生产提供指导意义。

铍铜带材TIG焊接带材加工适应性研究

系统研究0.8mm铍铜带材氩弧对焊焊接方法、工艺以及后续加工适应性。焊接后带材经一次冷加工加一次固溶后力性指标趋于一致,可满足后续带材加工。

5mm Nb55Ti合金板锥形件冲压工艺研究

本文通过理论分析及试验的方法确定了1.3GHz9cell射频超导腔锥形盘的模具设计,冲压成型和机械加工。通过试验,确定模具锥形角度,板料轧制方向对冲压的影响,5mm铌钛合金板冲压回弹,机械加工材料应力释放对锥角的影响。

半导体用钽条制备工艺优化研究

本文对半导体用钽条工艺进行了优化探究,主要从锻造、轧制、热处理工序进行讨论,测试了成品钽条的晶粒尺寸与硬度。最终确定了优化的批量生产、加工工艺,制备的钽条满足硬度HV≤130、晶粒度达到ASTM 8级或更细的产品要求。

铌锆管表面开裂原因分析及热处理行为的研究

铌锆管表面SEM(EDS)表明:成品铌锆管表面存在大量的Si、O元素,在临界加工率下表面剧烈变形,最终导致后续加工严重开裂,通过对成品铌锆管的两因子-五变量温度-时间正交实验设计,结果表明:成品铌锆管在40%~62.5%加工率下1350×60 min退火下,晶粒组织较好,再结晶充分,力学性能稳定,铌锆管的表面开裂倾向较小。

非晶硅薄膜晶化微观组织调控发展现状

非晶硅薄膜晶化微观组织调控是实现微电子器件性能提升的关键。比较分析了辅助外场、界面调控、掺杂调控和工艺参数等非晶硅薄膜晶化微观组织调控技术方法,重点阐述了辅助外场的大小、方向以及作用时间等对晶体硅生长方向和速率的影响。此外,详细分析了界面层成分、厚度、结构等引起的晶化硅薄膜微观组织结构差异以及掺杂浓度、衬底类型等对非晶硅薄膜晶化微观组织的影响。结果有助于深入理解非晶硅薄膜晶化机理,进而有益于优化晶化硅薄膜制备工艺和器件性能提升。

激光增材制造铍铝合金的缺陷和组织

采用激光选区熔化技术制备了铍铝合金,分析了在低激光功率、高激光功率以及逐层单向线扫描和67°层间交错扫描两种扫描策略下铍铝合金中的成形缺陷、显微组织和硬度。结果表明:铍铝合金中的成形缺陷主要有气孔、微孔、热裂纹和熔合不良。气孔尺寸较小且数量很少,对合金性能影响不大;微孔可以通过采用67°层间交错扫描和提高激光功率的方式消除;热裂纹主要是由熔池凝固末期熔池中心的柱状组织间长通道中液膜受其周围前一层熔池的拉应力引起,并在后期逐层沉积过程外延生长扩展,热裂纹的开口宽度随着能量密度增加而增大;熔合不良是熔池被周围新扫描熔池高搭接率重熔时受多次热循环影响,其边缘铍铝两相扩散向稳态转变,铍相枝晶长大和铝相扩散引起显微空隙所致。增材制造铍铝合金的显微组织中主要包含铝相、铍相和一部分亚稳态组织,其中铍相与亚稳态组织共同引起合金中较大的残余应力;合金中铍相基面(0001)取向虽然有一定的择优分布,但也表现出随机性,铝相(100)方向沿熔池扫描方向则存在明显的择优取向,使合金组织呈现各向异性。另外,通过沿熔池扫描方向测试硬度得知,铍铝合金因组织细小及存在大量的亚稳态组织而表现出更高的显微硬度。