牛津大学本科材料专业课教学模式

介绍了牛津大学本科材料专业课教学模式,并结合中国材料专业本科教学现状,从教学大纲、教学模式等方面进行了比较。希望引起对中国材料专业人才培养模式的思考。

钒合金抗高温氧化腐蚀研究进展

以V-(4-5)Cr-(4-5)Ti合金为代表的钒合金具有高温性能优异、抗辐照肿胀性能好、中子辐照活化性低等诸多优点,被视为先进核聚变反应堆最有潜力的候选包层结构材料之一.然而,钒合金在较高温度下的氧化腐蚀及吸氧脆化问题仍是目前制约其实际应用和长寿命服役的重要因素.因此,提升钒合金的抗高温氧化腐蚀性能,对于提高其服役温度、延长其服役寿命以及拓宽其应用领域均具有重要意义.本文综述了国内外有关提升钒合金抗高温氧化腐蚀性能的三种主要方案,即添加抗氧化性元素、应用扩散型涂层和包覆型涂层,并对这些方案的主要特点、应用实例以及存在的问题进行了分析和讨论.上述三种方案中,包覆型涂层由于可以将钒合金基体和服役环境完全隔离,因而具备更大的应用潜力.根据钒合金的应用特点,对先进包覆型抗氧化腐蚀涂层的发展趋势和技术需求进行了展望,以期为钒合金抗高温氧化腐蚀研究工作的深入开展提供借鉴.

W-5Ta合金的高温自离子损伤及热回复试验研究

钨-钽(W-Ta)合金研究对聚变堆钨基材料的研发与服役可靠性评价具有重要意义。本研究围绕热锻W-5%Ta(质量分数)合金开展了高温自离子辐照损伤(2 MeV W^(+),800℃/1.2 dpa)及热回复试验(1000℃/1 h)。采用透射电镜显微缺陷表征方法,证实了高温辐照态样品中出现了大量位错环,其中部分位错环的空间分布表现出“筏型组态”特征。经统计分析,在高温辐照态样品中位错环平均尺寸和数密度分别达到(7.1±1.8)nm和(1.5±0.2)×10^(22)m^(-3);而在辐照后退火态样品中,位错环平均尺寸增加至(10.4±6.5)nm,数密度下降至(1.1±0.1)×10^(22)m^(-3),辐照孔洞开始出现。结合相关文献,依据辐照缺陷的尺寸、数密度指标讨论了金属W中辐照缺陷在第Ⅳ、Ⅴ回复阶段下的演化机制以及Ta元素的作用。比较发现Ta的钉扎作用延缓了辐照位错环的尺寸粗化与数密度下降趋势,而Ta对辐照孔洞的演化影响甚小。

石墨烯-铜基复合材料的原位合成制备、组织及性能研究

采用旋转化学气相沉积法和真空热压烧结工艺原位制备了综合性能优良的石墨烯-铜基复合材料。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和光学显微镜等仪器,并通过测试材料维氏硬度、导电性和导热性,分析了复合粉体的结构和形貌以及石墨烯添加对复合材料组织和性能的影响。结果表明,在旋转化学气相沉积过程中,通过改变甲烷气体的浓度(由0.17%提高到0.67%),结合真空热压烧结工艺,成功制备出石墨烯含量为0.015%和0.026%的铜基复合材料。2种复合材料均接近完全致密(≥99.0%);铜基体晶粒尺寸由于石墨烯的添加而明显细化:纯铜块体材料的平均晶粒直径约为46.8μm,而石墨烯含量为0.015%和0.026%的复合材料的平均晶粒直径分别为22.7和17.9μm;复合材料的硬度显著提高,相比纯铜样品均增长了约30%;随着石墨烯含量增加,复合材料导电性和导热性逐渐降低,但下降幅度较小,与纯铜样品接近。

注氢纯铝中间隙型位错环一维迁移现象的原位观察

核聚变堆材料在高能粒子辐照过程中会产生大量点缺陷,导致辐照脆性和辐照肿胀等现象.因而,研究点缺陷在辐照过程中的演变过程至关重要.点缺陷团簇的一维迁移现象是这种演变过程的主要研究内容之一.本文采用普通低压(200 kV)透射电镜,在室温条件下对注氢纯铝中的间隙型位错环在电子辐照下的一维迁移现象进行了观察和分析.在200 keV电子辐照下,注氢纯铝中的位错环可多个、同时发生一维迁移运动,也可单个、独立进行一维迁移运动.位错环沿柏氏矢量1/3<111>的方向可进行微米尺度的一维长程迁移,沿柏氏矢量1/2<110>的方向一维迁移也可达数百纳米.电子束辐照时产生的间隙原子浓度梯度是引起位错环一维迁移并决定其迁移方向的原因.位错环发生快速一维迁移时,其后会留下一条运动轨迹;位错环一维迁移的速率越快,运动的轨迹则越长,在完成迁移过后的几十秒内这些运动轨迹会逐渐消失.

注氢铁基二元合金中辐照位错环演化及退火温度影响研究

本文基于注氢纯铁和铁基二元合金(Fe-3%Cr、Fe-1.4%Ni和Fe-1.4%Mn,质量分数)开展常规透射电镜(200 kV)的原位表征观察,揭示了材料中辐照位错环的形态、尺寸演化行为及退火温度影响,并依据辐照损伤演化理论、退火过程中位错环平均尺寸变化推断得到空位型位错环形成温度的范围.注氢纯铁中空位型位错环的形成温度(T_(c))约为500℃;添加Ni可使T_(c)降低至~450℃,添加Cr可使T_(c)升高至600℃以上,而Mn的作用与Cr相似,亦可使T_(c)升高.注氘实验和热脱附谱分析进一步表明,纯铁和铁基二元合金中空位型位错环的形成温度受氢同位素与空位结合、释放过程影响.合金元素Ni对氢同位素与空位的结合、释放有促进作用,故导致T_(c)降低;而Cr和Mn均对氢同位素与空位的结合、释放产生抑制作用,故导致T_(c)升高.本文展示的有关合金元素对空位型位错环形成温度影响的研究将有助于更深刻理解铁基合金体系中损伤结构演化和辐照肿胀产生机理.

金属W中辐照缺陷的产生、演化与热回复机制

金属W是核聚变反应堆中面向等离子体部件的主要候选材料。服役期间,钨部件需要承受高温、高通量聚变反应中子轰击带来的辐照级联损伤。这些损伤主要表现为高浓度的点缺陷及团簇。它们与氢氦等离子体、嬗变反应的多种产物相互作用,导致辐照硬化、韧脆转变温度升高、导热能力下降等问题。本文围绕金属W的辐照级联损伤,基于显微缺陷实验表征与材料多尺度模拟计算,系统总结了辐照缺陷的产生、演化与热回复行为及作用机制。这些信息反映了材料中辐照缺陷特征的统计规律,构成定量描述微观损伤组织随时间尺度与空间尺度变化的依据,有利于钨部件性能的预测、服役可靠性评价以及未来新型材料部件的研发。

Ti/AlN/Ti/AlN多层涂层的制备和阻氘性能

为提高AlN涂层的稳定性和阻氚性能,提出“Ti-AlN”结构涂层。采用磁控溅射法在316L不锈钢基体表面制备了结构致密、总厚度约500 nm的Ti/AlN/Ti/AlN多层涂层。对该涂层样品进行不同的真空热处理后,采用SEM、XRD、AES等手段分析涂层样品在热处理前后的微观形貌和结构变化,并对涂层样品在200~600℃的阻氘性能进行测试和分析。结果表明,仅热处理温度为760℃时,Ti-AlN界面反应生成少量的Al_(3)Ti相。在所有涂层样品中,热处理温度为700℃、升温速率为1.5℃/min的涂层表现出最优的阻氘性能,其600℃的PRF(permeation reduction factor)高达536。当热处理温度升高至760℃或升温速率达到2.5℃/min时,表层AlN层的开裂程度更为严重,并导致涂层的阻氘性能显著降低。另外,所有涂层样品的PRF均随渗透温度的降低而急剧减小,表明氘气渗透过程中的温度变化会引起该多层涂层阻氘性能的失效。

WC-Co硬质合金的深冷处理改性与显微机制

硬质合金的改性优化路线通常包括先进的烧结工艺、热处理工艺、微合金化与添加第二相、表面涂层技术等。深冷处理作为传统热处理工艺的一项重要扩展与延伸,因低能耗、无污染等特点受到刀具材料制造行业越来越多关注。本文以WC-Co硬质合金为对象,调研了2000~2020年期间国内外公开发表的深冷处理研究工作,总结了WC-Co体系在深冷处理过程微结构演化及机理方面的研究进展,并分别从材料的力学性能(硬度、抗弯强度、冲击韧性与断裂韧性)、残余应力和服役性能(切削、磨损)三个方面开展了合金牌号成分组织与改性优化之间的关联分析,讨论了起主导作用的显微机制。未来硬质合金深冷处理研究应进一步注重与新表征技术、材料计算模拟的结合。这些技术革新将有效加快硬质合金新牌号的研发进程,开拓新的应用领域,助力我国高端制造行业的发展。

深冷处理对纯钛表面残余应力的影响

对α-Ti进行了预压缩和深冷处理,采用X射线衍射和透射电镜(TEM)等研究了深冷处理对密排六方金属钛残余应力的影响及其作用机制。结果表明:深冷处理前后密排六方金属钛无相变,深冷处理可在纯钛样品表面引入残余压应力,抵消部分原有的残余拉应力。