Nb-Si基超高温合金的定向凝固研究进展

主要论述水冷铜坩埚内的Czochralski定向凝固、电子束定向凝固、光悬浮定向凝固、整体定向凝固和电磁冷坩埚定向凝固5种定向凝固的基本原理,优缺点以及研究定向凝固Nb-Si基超高温合金所取得的进展。现阶段,基本不用Czochralski定向凝固和电子束定向凝固研究Nb-Si基超高温合金了;到目前为止,光悬浮定向凝固是制备研究Nb-Si基超高温合金的主要手段;整体定向凝固制备的Nb-Si基超高温合金的断裂韧性已达20MPa·m1/2左右;电磁冷坩埚定向凝固制备的Nb-Si基超高温合金的高温拉伸强度已达200MPa(1250℃)。

纳米片状Al_(2)O_(3)增强铝基复合材料的研究

本次实验经过化学反应、干燥、煅烧等工序合成了纳米片状Al_(2)O_(3)。通过烧结法制备了Al_(2)O_(3)/Al质量比分别为1%,2%和3%的纳米片状Al_(2)O_(3)增强铝基复合材料。通过X射线衍射仪和扫描电镜观察物相和形貌,然后通洛氏硬度和孔隙率测试其硬度和孔隙率,研究表明:烧结产品的主要物相是Al;片状Al_(2)O_(3)大部分存在于晶界,少部分存在于铝基体中;烧结能提高产品的硬度,并随片状Al_(2)O_(3)添加量的增加,硬度逐步提高;烧结产品的孔隙率随片状Al_(2)O_(3)的增加而增大。

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金具有低密度、高比强度、高韧性和良好的抗腐蚀性能的特点,广泛应用于航空航天、交通运输和兵器领域。本文主要介绍近年来国内外Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的最新研究进展。超高强度铝合金基体上分布着纳米级的晶内时效析出相、亚微米级的高温析出相、微米级的结晶析出相和晶界析出相,这些相的形态、数量、尺寸和分布对合金的综合力学性能和抗腐蚀性能有直接的影响;主元素成分含量对超高强度铝合金综合力学性能有影响,合金的综合力学性能随Zn/Mg和Cu/Mg比值的变化而变化;微量元素能够提高超高强度铝合金的综合力学性能。微量元素对铝合金的影响主要体现在提高沉淀相的过饱和度,改变沉淀析出过程,促进或抑制沉淀相的析出和促进新相的沉淀析出。新制备技术能够显著细化晶粒、抑制偏析、析出相均匀分布和提高各种元素的过饱和度,从而改善超高强度铝合金的综合力学性能。强化固溶处理能够提高时效析出程度,从而提高铝合金的力学性能。三级时效处理后的超高强度铝合金具有峰值时效T6态的强度和优异的抗腐蚀性能。

第一性原理研究α-Al_2O_3的电子结构、力学性质和德拜温度

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的第一性原理方法,利用CASTEP软件计算了α-Al_2O_3的电子结构、力学性质和德拜温度。计算结果显示优化后的晶格常数与实验数据基本一致。能带结构图表明α-Al_2O_3具有典型的离子化合物特征,禁带宽度为5.964eV。计算的态密度表明α-Al_2O_3的下价带在-19.426^-15.370eV之间,态密度主要由O的2s轨道电子贡献;上价带在-7.178~0.711eV之间,态密度主要由O的2p轨道电子贡献;导带在5.698~14.977eV之间,态密度主要由Al的3s和3p轨道电子贡献。差分电荷密度分布表明α-Al_2O_3中存在离子键和共价键。力学性质的计算结果表明α-Al_2O_3的体积模量为224.885GPa,剪切模量为144.687GPa,弹性模量为357.411GPa,泊松比为0.235,各向异性指数为0.220;α-Al_2O_3剪切模量与体积模量的比值为0.643,表明α-Al_2O_3具有脆性。α-Al_2O_3的德拜温度为974.834K。

Materials Studio软件在材料科学基础教学中的应用

为了解决材料科学基础中晶体学和键合理论教学中存在的知识抽象、不易讲解的问题,采用Materials Studio软件的Visualizer模块和Castep程序包结合相关问题分别建立晶体空间结构和计算晶体的差分电荷密度图辅助材料科学基础教学。结果表明通过Materials Studio软件建立的晶体空间结构和计算所得差分电荷密度图生动形象,能够帮助学生更深入地理解晶体学和键合理论的相关知识,达到良好的教学效果。为学生深入地学习材料科学基础打下坚实的基础。

纳米Al_(2)O_(3)增强铝基复合材料的研究

本次实验采用烧结法制备了Al_(2)O_(3)/Al质量比分别为1%,2%和3%的纳米Al_(2)O_(3)增强铝基复合材料。通过X射线衍射仪和扫描电镜观察物相和形貌,然后通洛氏硬度和孔隙率测试其硬度和孔隙率,研究表明:烧结产品的主要物相是Al;Al_(2)O_(3)存在于晶界和铝基体中;烧结能提高产品的硬度,并随Al_(2)O_(3)添加量增加,硬度逐步提高;烧结产品的孔隙率随Al_(2)O_(3)的增加而增大。

片状氧化铝的制备

硝酸铝溶液和氢氧化钾溶液反应产生絮状Al(OH)3溶液,干燥后,加热到420℃保温5 h,除去KNO3,然后加入AlF3,在950℃烧结12 h得到粉末。通过X射线衍射仪和扫描电镜进行了表征,测试结果表明粉末为片状α-Al2O3,其厚度平均值大约为500 nm,直径平均值大约为1.2μm。

烧结时间对片状氧化铝团聚颗粒平均直径的影响

本次实验采用硝酸铝和氢氧化钾为原料,AlF3为添加剂,烧结工艺分别为950℃/10 h,950℃/15 h和950℃/20 h制备得到了团聚的α-Al2O3颗粒,采用X射线衍射仪和扫描电镜检测了颗粒的物相和形貌,并计算了团聚颗粒的平均直径,得出结论:产品为α-Al2O3;烧结工艺为950℃/20 h团聚颗粒的平均直径最小。

纳米氢氧化铝的制备

硝酸铝溶液和氢氧化钾溶液反应产生絮状Al(OH)_(3)沉淀。沉淀经洗涤、过滤、干燥、研磨后,通过X射线衍射仪和扫描电镜进行了表征,测试结果表明产物为Al(OH)_(3),其尺寸平均值大约为338 nm。

电脉冲处理对纯铝形变织构及加工性能的影响

利用X-射线Schulz背反射法及拉伸试验等研究了电脉冲处理对纯铝冷轧带材的织构及加工性能的影响。结果表明:经电脉冲处理的纯铝冷轧带材织构与未经电脉冲处理有明显不同,这主要是因为经过电脉冲处理后,纯铝冷轧带材的晶粒得到细化,相对均匀的取向分布使各向同性程度提高,塑性变形相对均匀,各部位的塑性流动速度接近相同,其产生的剪切应力降低使冷轧带材织构的取向密度值降低。纯铝冷轧带材经过电脉冲处理后的应变硬化指数大于未经电脉冲处理的应变硬化指数,应变硬化指数越高,则冷轧带材的加工性能越好。

片状氧化铝粉体的合成与表征

研究了硝酸铝和碳酸氢铵在尿素作用下合成片状氧化铝粉体的方法。讨论了片状氧化铝粉体的形成机理以及制备过程中的各种影响因素。通过XRD,SEM对产物进行表征,结果表明尿素有效控制了片状氧化铝颗粒的大小和形貌,并改善了片状氧化铝粉体的结晶,进而完善α-Al_2O_3的晶化。

电磁冷坩埚定向凝固Nb-Si基多元合金微观组织

用电磁冷坩埚定向凝固制备了Nb-24Ti-12Si-4Cr-4Al-2Hf(at%)合金。X射线衍射分析(XRD)表明初始生长区和稳态生长区内的物相均为Nbss,β-Nb5Si3和γ-Nb5Si3。通过透射电镜明场像(BFI)和选区电子衍射斑点分析(SADP)确定呈六边形小平面相的硅化物是γ-Nb5Si3,条状或片状形态的硅化物是β-Nb5Si3。扫描电子显微镜照片(BEI)表明:初始生长区和稳态生长区内的组织均由初生的Nbss和Nbss/Nb5Si3共晶组成,其中共晶分为Nbss/β-Nb5Si3和Nbss/γ-Nb5Si3;初始生长区的横截面组织存在2种形态的胞状共晶;稳态生长区的横截面组织存在3种形态的胞状共晶;与初始生长区内的组织相比,稳态生长区内的组织较为细小且分布均匀;γ-Nb5Si3的生长在稳态生长区内受到抑制。

工艺参数对电磁冷坩埚定向凝固Nb-Si基合金固液界面的影响

采用电磁冷坩埚定向凝固技术研究了加热功率、抽拉速率和保温时间对Nb-22Ti-16Si-3Cr-3Al-2Hf(原子分数,%)合金固液界面的影响.采用正交实验制备合金试样.结果表明,延长保温时间、减小抽拉速率和提高加热功率有利于保持固液界面的宏观形态为平界面.随着抽拉速率的增加,初生Nb固溶体(Nbss)一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距逐渐减小;随着加热功率的增加,初生Nbss一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距逐渐增加;随着保温时间的延长,初生Nbss一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距先增大后减小.增大抽拉速率、减小加热功率和缩短保温时间有利于一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距的细化.