增材制造用新型镍基高温合金的设计与开发

为了满足增材制造专用镍基高温合金成分优化设计需求,采用机器学习(machine learning, ML)和抗裂因子筛选相结合的综合设计策略开发了新型镍基高温合金。热力学计算结果表明,该合金凝固温度范围窄,在临界温度区间内凝固速度快,且收缩总应变及最大应变速率很小,表现出良好的凝固特性。利用选区激光熔化技术制备了新型合金,在成形试样的纵截面和横截面金相中未发现明显裂纹,合金表现出良好的抗裂性能。通过热处理工艺优化,合金在900℃时效后γ′相分数达到44.6%,组织内未见任何TCP相析出,实现了镍基高温合金在增材制造中抗裂性与力学性能的平衡。提出的综合设计策略可为增材制造领域中新材料的快速研发提供新的思路。

添加Zr元素对纳米复相Nd_(10.5)Fe)(78.4-x)Co_5Zr_xB_(6.1)粘结永磁体结构和磁性能的影响

采用快淬、热处理及模压成形工艺,制备了成分为Nd10.5Fe78.4-xCo5ZrxB6.1(x=0,1.0,1.5,2.0,2.5)的5种粘结永磁体。采用XRD,DTA,TEM等方法对合金的组织结构和晶化行为进行了研究。结果表明:Zr含量的增加可提高材料的非晶形成能力;当Zr添加到一定量时,形成高熔点的Fe2Zr相,产生细化晶粒的作用;添加Zr元素显著地提高了合金的矫顽力,改善了退磁曲线矩形度,从而提高了最大磁能积。Nd10.5Fe78.4-xCo5ZrxB6.1永磁体在x=2时获得最佳磁性能,Br=0.659T,Hcj=628kA/m,Hcb=419kA/m,(BH)m=73kJ/m3。

磁场热处理对纳米复相Nd_2Fe_(14)B/α-Fe永磁体磁性能的影响

研究了磁场热处理工艺对Nd10 .5Fe76.4Co5Zr2 B6.1永磁体组织结构和磁性能的影响 ,采用XRD、AFM等方法对合金的组织结构、晶化行为进行了研究。结果表明 :与传统热处理工艺相比 ,晶化过程中外加磁场可促进快淬NdFeB粉末的晶化 ,降低晶化温度 ,缩短晶化时间 ;磁场热处理可细化晶粒 ,增强晶粒间磁交换耦合作用 ,提高磁性能 ;在外加磁场为 0 .2 8T ,经 6 70℃ /10min晶化处理后 ,可获得最佳磁性能 ,Br=0 .6 70T ,Hcj=6 87kA/m ,Hcb=4 2 7kA/m ,(BH) m=75kJ/m3 。

基于人工神经网络的Nd-Fe-Co-Zr-B系永磁合金磁性的预测模型

为了优化合金成分以提高纳米复相Nd-Fe-Co-Zr-B系永磁合金磁性,采用均匀设计方法设计了Nd,Co,Zr和B的4因素6水平U18(64)实验方案,建立了合金成分与磁性之间的人工神经网络(ANN)预测模型.利用该预测模型对Nd-Fe-B 合金的成分进行了优化.同时,利用所建立的人工神经网络预测模型研究了单个元素对Nd-Fe-B合金磁性的影响规律,以及多元素间的交互作用与合金磁性间的关系.结果表明:预测结果与实测结果吻合良好,预测结果的相对误差很小, Br的相对误差在1.66%以内, (BH)m的相对误差在1.94%以内,Hcj的相对误差在7.7%以内.

Nd_2Fe_(14)B/α-Fe复相材料微结构对微波复磁导率的影响

采用熔体快淬、晶化退火工艺及机械球磨方法制备了Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶双相材料。研究了机械球磨工艺对材料的微结构、形貌和微波复磁导率的影响。结果表明:适当的机械球磨工艺可使材料粒度变细、变薄,晶粒细化,增强软、硬磁相晶粒间的交换耦合作用,提高其磁各向异性和饱和磁化强度,从而调节材料的共振吸收峰频率和微波复磁导率。球磨25h样品的复磁导率虚部μ′在3GHz达2.6,μ″在12GHz达1.2,μ″在30.5GHz达0.85,Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶双相材料共振峰可控,不仅可应用于厘米波而且可应用于毫米波吸收材料的设计中。

用人工神经网络研究合金元素对NdFeB永磁体磁性能的影响

为了系统研究合金元素对Nd-Fe-Co-Zr-B系永磁合金磁性能的影响,采用均匀设计方法设计了Nd、Co、Zr和B的4因素6水平U18(64)试验方案,根据试验结果,建立了合金成分与磁性能之间的人工神经网络(ANN)预测模型。利用该预测模型获得的成分-性能的二维曲线、三维曲面及等高线图,研究了单个合金元素以及多元素间的交互作用对NdFeB磁体磁性能的影响规律。结果表明:预测结果与实测结果吻合良好,预测精度高;Nd、Zr为提高矫顽力Hcj而降低剩磁Br的元素;Co、B则对提高Br有利而对提高Hcj不利;合金元素对Hcj与Br的影响呈相反的趋势;元素间交互作用对磁性能影响显著。

非传统热处理对纳米复相Nd_2Fe_(14)B/α-Fe永磁体磁性能的影响

为改善纳米复相Nd2Fe14B/α Fe永磁合金微结构以提高磁性能,用熔体块淬和晶化热处理的方法制备纳米复相Nd2Fe14B/α Fe永磁体,研究快速热处理、磁场热处理及动态晶化热处理等非传统热处理对Nd10.5Fe76.4Co5Zr2B6.1永磁体组织结构和磁性能的影响。采用XRD、DTA、AFM、TEM等方法对合金的组织结构、晶化行为进行研究。结果表明:与传统热处理相比,非传统热处理不仅可促进快淬NdFeB粉末的晶化,降低晶化温度,缩短晶化时间,而且能细化晶粒,增强晶粒间磁交换耦合作用,提高磁性能。Nd10.5Fe76.4Co5Zr2B6.1合金快淬粉末在685℃经6min动态晶化热处理后制得的粘结磁体获得最佳磁性能,剩磁Br为0.684T,内禀矫顽力Hcj为685kA/m,磁感矫顽力Hcb为439kA/m,最大磁能积(BH)m为79kJ/m3。

交换耦合稀土永磁微观结构优化及其实现途径

针对纳米复相永磁材料发展中存在的问题,阐述了交换耦合作用及其对微观结构的要求。在微观结构的优化方面提出了一些思路,并介绍了成分优化和制备工艺优化(熔炼、快淬及晶化)等实现途径,以更好地发挥该材料潜在的高性能。

锆对纳米复相粘结磁体的组织结构和磁性能的影响

采用快淬、热处理及模压成形工艺,制备了成分为Nd10.5Fe78.4-xCo5ZrxB6.1(x=0,1.0,1.5,2.0,2.5)的5种粘结永磁体。采用XRD,DTA,AFM等方法对合金的组织结构、晶化行为进行了研究。结果表明:Zr含量的增加可提高材料的非晶形成能力;当Zr添加到一定量时,形成高熔点的Fe2Zr相,产生细化晶粒的作用;添加Zr元素显著地提高了合金的矫顽力,改善了退磁曲线矩形度,从而提高了最大磁能积。Nd10.5Fe78.4-xCo5ZrxB6.1永磁体在x=2时获得最佳磁性能,Br=0.659T,Hcj=628kA·m-1,Hcb=419kA·m-1,(BH)m=73kJ·m-3。

纳米复相α-Fe/Nd_2Fe_(14)B材料电磁波吸收性能研究(英文)

采用熔体快淬及晶化退火工艺制备了Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶双相材料,对该材料在0.5～18GHz频段的复介电常数、复磁导率进行了测试,其磁谱表现为驰豫型特征。由于磁损耗和介电损耗的共同作用,纳米复相Nd2Fe14B/α-Fe吸波材料在9～17GHz具有良好的吸波性能,其匹配厚度为1.6～2.5mm。

稀土含量对快淬(Nd,Pr)_x(FeCoZr)_(94-x)B_6粘结磁体磁性能的影响

采用工艺参数范围较宽的部分过快淬加晶化退火工艺,制备了快淬(Nd0.8Pr0.2)x(FeCoZr)94-xB6(x=12 0,10.5,10 0,9.0)粘结磁体,研究了稀土含量对磁体磁性能的影响规律。部分过快淬获得的由非晶和微晶共同组成的条屑,在实验优化的退火条件下晶化处理后,可获得最佳磁性能。稀土含量直接决定磁体的磁性能,随稀土含量的减少,磁体的剩磁Br增加,而内禀矫顽力Hci和最大磁能积(BH)m下降,10%是磁体磁性能发生较大变化的临界稀土含量。低于这一含量,合金中软磁相体积分数超出软磁相被完全耦合的临界值,Br增加缓慢,Hci和(BH)m迅速下降。这一实验结果与本文提出的完全耦合软磁相体积分数示意模型的计算结果相一致。

放电等离子烧结制备生物医用多孔钛及其性能研究

以生物医用球形雾化钛粉为原料,聚氨酯泡沫为模板,利用放电等离子烧结法成功制备出了三维连通的多孔钛。采用XRD、SEM和压缩实验分别对样品的相组成、微观形貌和力学性能进行了分析,结果表明,该方法制备的多孔钛成分纯净,其孔径为100～500μm,孔隙率为72.5%～83%,抗压强度为10.3～51.8MPa,弹性模量为0.32～1.25GPa,和网状质骨的力学性能相近。经类骨磷灰石沉积实验显示,该多孔钛具有良好的生物活性。

添加剂对注射成型钕铁硼粘结磁体性能的影响

为了制备出高性价比的注射成型粘结钕铁硼磁体,采用国产的快淬钕铁硼磁粉和尼龙6混合、挤出造粒后,注射成型制备钕铁硼磁体。通过对硅烷系列的偶联剂、硬脂酸系列的润滑剂等添加剂对注射磁体性能的影响研究,并结合微观分析优化出了各种添加剂的最佳添加量,制备出了磁性能为Br:0.5158T,Hcb:321kA/m,Hcj:730kA/m,(BH)m:40kJ/m3的注射钕铁硼磁体,磁体的性能与日本Mate公司的RNI—50产品性能相当,而价格却低得多。

放电等离子烧结制备FeSiB块体非晶合金

采用DSC测定FeSiB非晶粉末的玻璃态转变点(Tg)、初始晶化点(Tx)和过冷液相区(ΔTx),以此为基础,利用放电等离子烧结技术制备出了φ10mm×7mm、致密度为92.3%的块体非晶合金。采用XRD、SEM、VSM、万能试验机分析了烧结块体样品的相组成、微观形貌、磁性能和抗压强度。研究表明,当烧结条件为压力500MPa、温度360℃时,得到的块体非晶合金致密度最高,其饱和磁化强度为1.44T,抗压强度为1200MPa。400℃晶化后块体样品的饱和磁化强度为1.54T,抗压强度为2039MPa。

纳米多孔镍基催化材料的结构与催化性能

用快速凝固技术制备了NiAl合金条带,经 5min球磨、在m(NaOH)∶m(H2O) =1∶4的溶液中活化处理 3h,得纳米多孔骨架镍催化剂。用XRD、SEM、AFM等对其微观组织结构进行了分析,其变化规律是:随着快淬速度的增加,合金中有效相的含量增加,晶粒变细,甚至部分非晶化;脱铝后的催化剂主要由疏松多孔的棉絮状结构和吸附在孔内的纳米级镍晶粒组成,孔径大小及分布均匀,晶粒尺寸大多在 80nm左右。将其用于呋喃加氢催化反应,在相同催化剂用量条件下,使原来在骨架镍催化下需 0 .40MPa压力才能完成的加氢反应降为 0. 25MPa即可在相同的时间内完成,反应温度还下降 2℃。

纳米晶SmN/α-Fe及SmO/α-Fe复合材料的吸波特性

通过SmFe合金的氢化．歧化（HD）后并结合低温氮化或氧化法制备出了纳米晶SmN／α-Fe及SmO／α-Fe双相复合电磁波吸收材料。研究表明：在0．5～18GHz的频率范围内，SmN／α-Fe双相复合电磁波吸收材料介电常数的实部和虚部都比SmO／α-Fe的高，而复磁导率却略低于SmO／α-Fc，两者磁导率虚部肛μt均出现两个峰，并且在较宽频带范围内保持较高值；但因SmO／α-Fe双相复合电磁波吸收材料的磁导率和介电常数两者匹配性优于SmN／α-Fe，因而具有更好的电磁波吸收性能，其RL〈-20dB的频段为3-3～10．65GHz，匹配厚度为1．6～3．95mm，在4．8GHz，RL达到最小值-50dB，匹配厚度为2．92mm。

新型焊接热循环测试与分析系统的研究

采用计算机软、硬件技术和数据处理方法,研究和开发了一种新型焊接热循环测试与分析系统。该系统集焊接热循环温度数据采集、存储、处理和分析功能于一体,能够测试和计算焊接热循环参数和焊接冷却过程中的相变温度平台等参数。

电机槽楔用各向异性导磁复合材料进展

用各向异性导磁复合材料制备磁性槽楔是槽楔用导磁复合材料的发展趋势。本文综述了各向异性导磁复合材料的结构组成,并简要介绍了其相对于各向同性导磁复合材料所具备的特点,最后对目前各向异性导磁复合材料中存在的一些问题提出了看法和建议。

Nd_xFe_(94-x)B_6微波磁导率的研究

采用熔体快淬法制备成分为NdxFe94-xB6(x=9.5,10.5,11.5)的纳米复相Nd2Fe14B/α-Fe材料。研究了稀土Nd含量对该材料的微波磁导率和自然共振峰频率的影响。采用XRD、VSM、矢量网络分析仪等方法对材料相组成、微结构、静态磁性能及微波磁导率特性进行测试分析。结果表明:当Nd的原子百分含量由9.5%增加至11.5%,材料的自然共振峰频率由6.53GHz增加至15.91GHz,微波磁导率μmax′′由1.59(x=9.5)降至0.56(x=11.5)。

稀土磁性塑料充模流动过程模拟

介绍了用高压毛细管流变仪,测试研究钕铁硼磁性塑料的流变特性,并利用非线性回归分析技术得到的流变参数,建立流动本构方程和钕铁硼流变体在注射模浇注系统内的流动模型,运用该模型对磁性材料注射模流道和浇口设计、流道料的冷却凝固时间等进行优化。实验及其分析表明,钕铁硼熔料体系符合假塑性连续流体的流动特性,遵从幂律流体的流动模型,具有超高的熔体粘度,在流道内流动压降远远高于普通塑料流动压降,有其特殊的成型加工规律。