电化学沉积时间对碱预处理钛合金表面HA涂层的影响

采用碱预处理钛合金表面再电化学沉积的方法,研究了电化学沉积时间对羟基磷灰石(HA)涂层物相、形貌、生物活性及其与钛合金基体间结合强度的影响。结果表明,碱预处理钛合金表面制备的电化学沉积涂层主要由片状HA相组成,电化学沉积时间对涂层物相组成没有影响,但会影响涂层厚度;沉积时间60 min时得到的HA涂层较致密,与基体的结合强度达17.85 MPa。各沉积时间下得到的HA涂层均具有较好的生物活性,在模拟体液(SBF)中,CO_(3)^(2-)置换HA中的PO_(4)^(3-)进入磷灰石中形成类骨磷灰石CHA,呈馒头状,直径7~8μm,且在SBF中浸泡3 d,CHA可铺满HA表面。

TiB增强钛基复合材料的热腐蚀行为

钛基复合材料因其优异的高温力学性能,在航空航天和海洋工程领域具有广泛的应用前景。但在高温含盐环境下服役时,会遭受热腐蚀,限制其应用。在钛基复合材料中添加TiB增强相,可进一步提高其高温强度和使用温度,在此基础上,研究其在高温盐环境下的热腐蚀行为和机制。研究了TiB增强钛基复合材料在973 K条件下热腐蚀30 h的腐蚀行为,测定了材料的热腐蚀质量变化,并采用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对材料热腐蚀后表面腐蚀产物、形貌以及截面结构进行分析。热腐蚀过程中,材料表面形成细丝状TiO2晶体、微裂纹以及颗粒状腐蚀产物等形貌。结果表明,随着TiB增强相体积分数的增加,材料表面氧化物膜层致密度增加,膜层中缺陷减少,表面腐蚀行为减轻,材料耐热腐蚀性提高。

氢化膜对钛表面电镀镀层结合的影响

通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)研究了氢化膜对钛表面电镀镀层结合的影响。试验结果表明:钛经过HCl和H_(2)SO_(4)混合溶液的氢化处理,一方面可以实现钛基体上电镀镍铜,提高镀层结合强度,镀层结合强度最大值为9.6 MPa;但另一方面氢化形成蜂窝状多孔的氢化膜会限制镀层结合强度。多孔氢化膜会导致电镀产生中空多孔的镀层,也会使氢化产生的杂质残留在孔内无法排出;再者,多孔氢化膜的强度不高,这些因素都会影响镀层和基体的结合,在一定程度上限制了镀层结合强度的提高。

浓硫酸-乙二醇溶液电抛光NiTi合金的工艺与性能

研究了一种可用来抛光NiTi合金的安全稳定的浓硫酸-乙二醇电抛光液体系。通过改变浓硫酸浓度,抛光电压以及抛光温度,分析了不同工艺条件对电抛光试样的微观形貌,表面粗糙度的影响以及电抛光试样与基体试样耐腐蚀能力和支撑力的变化趋势。结果表明,该抛光液体系中最佳的抛光工艺为7 mol/L浓硫酸,10V电压以及20℃,电抛光后试样的最小表面粗糙度(112.9nm)有一定程度降低,耐腐蚀能力有明显提升(形成钝化层),支架支撑力也可以通过电抛光得到有效控制。

碳化硅掺杂Ni-P-PTFE复合涂层的微观结构和力学性能

本工作研究了碳化硅的掺杂量对化学镀Ni-P-SiC-PTFE(聚四氟乙烯)复合涂层的微观结构和力学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、HSR-2M摩擦磨损试验机分别对Ni-P-SiC-PTFE涂层的微观结构和力学性能进行表征和测试。结果表明:碳化硅掺杂对Ni-P-PTFE复合涂层的成分、微观结构和力学性能都具有较大的影响,当镀液中碳化硅浓度为1.5 g/L时,所得Ni-P-SiC-PTFE涂层中SiC含量最高,涂层硬度达到最大值8.4 GPa,且Ni-P-SiC-PTFE涂层表现出优异的耐磨性能。

高强度镀锌钢丝表面硬度与扭转性能关系研究

对高强度镀锌钢丝的扭转性能和拉拔钢丝的力学性能及微观组织进行研究。力学性能分析表明:扭转性能好的拉拔钢丝的强度和塑性相比扭转性能差的拉拔钢丝无较大差别,然而扭转性能好的拉拔钢丝表面显微硬度比扭转性能差的拉拔钢丝低,波动相对也较平稳。微观组织研究表明:扭转性能差的拉拔钢丝表层组织无半脱碳是其表面硬度较高的主要原因。

柠檬酸钠对电解抛光金属钨的影响

采用硫酸-甲醇-柠檬酸钠电解液体系对金属钨进行电解抛光。通过改变柠檬酸钠的浓度,采用电子扫描电镜和原子力显微镜分析电解抛光金属钨试样表面的微观形貌和表面粗糙度的变化规律,探究柠檬酸钠在钨电解抛光的作用机理。结果表明,在电解液中柠檬酸钠浓度为0.25mol/L时试样获得最小的表面粗糙度和较好表面形貌。

退火温度对新型医用Ti-24Nb-4Zr-1.5Co合金组织和性能的影响

采用钨极电弧熔炼法制备Ti-24Nb-4Zr-1.5Co钛合金,通过控制退火温度改变空冷过程中析出的ω相含量,从而研究退火工艺对该钛合金组织和性能的影响,旨在获得具有更好综合性能的医用钛合金。使用偏光显微镜、X射线衍射仪、万能材料试验机和电化学工作站分析组织性能变化。结果表明,随退火温度的升高,合金的抗拉强度和弹性模量降低,塑韧性有所提高。合金的耐腐蚀性能随退火温度的升高而改善。ω相会破坏合金的钝化膜从而恶化耐腐蚀性能,它的含量通过适当的热处理可以严格控制,从而使合金获得高强度、低模量、超弹性及高耐腐蚀性能的优良搭配。

CuO填充尼龙6复合材料的耐腐蚀性能研究

采用热压成型的方法制备了不同添加量的CuO/尼龙6 (PA6)复合材料,对复合材料的力学性能、显微组织和耐腐蚀性能和抗微生物附着的情况进行了实验研究,利用扫描电子显微镜对其腐蚀机理进行分析。结果表明,CuO质量分数介于5%～20%时,复合材料的拉伸强度有明显提高,质量分数为20%时填充效果最好,拉伸强度可以达到70MPa以上。复合材料在酸溶液中的铜离子析出情况与时间成一元二次方程的关系,并且CuO含量为20%的材料在稀盐酸中的铜离子浓度明显大于CuO含量为10%的复合材料。最后证明了CuO的填充对复合材料的抗生物附着的性能有显著的影响。

Si、P含量对无铅黄铜组织和性能的影响

利用中频感应炉制备无铅硅磷黄铜,采用金相显微镜、扫描电子显微镜分析了合金的显微组织;通过拉伸试验、切削试验研究了硅、磷含量变化对合金力学性能及切削性能的影响。结果表明,随着Si含量的降低,合金的硬度、切削性能逐渐降低,延伸率逐渐升高,其中Si含量从2.5%～2.0%时,硬度降低趋势最为显著,从刀具寿命考虑,需将Si含量降至2.0%及其以下;2.0%Si+0.3%P既保持了切削性能,又因其硬度低,减小刀具磨损,提高刀具寿命,获得切削性能与刀具寿命的结合。

β相区热加工对原位TiB增强钛基复合材料组织和力学性能的影响

采用原位技术制备了体积分数5%的TiB增强钛基复合材料(Ti-6Al-5Zr-0.8Si)。通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和室温拉伸等实验手段研究了不同变形量(n=1.71,2.12,2.53)热加工后复合材料的组织和力学性能。结果表明:随着变形量的增加,沿轧制方向的小角度TiB晶须密度快速增加,TiB纤维长径比逐渐降低。相比于铸态的复合材料,热加工后(n=2.53)纤维的分布密度值(θ接近于0)提高了约6.4倍,长径比降低了约59%;复合材料的原始β晶粒和α板条块尺寸随着变形量的增加而减小。热加工后(n=2.53)的β晶粒尺寸约为铸态晶粒尺寸的1/5。室温拉伸试验数据表明,相比于铸态复合材料,热加工后的复合材料(n=2.53)的屈服强度提高了约16%。时效热处理后复合材料内部析出了两种形态的硅化物沉淀,在两种增强体的强化作用下,复合材料的屈服强度比铸态提高了约21%。

原位自生(TiB+TiC)/Ti-1100复合材料的高温力学性能及强化机制

利用常规钛合金的真空自耗熔炼以及热加工技术,制备了原位自生(TiB+TiC)/Ti-1100复合材料。对该复合材料的微观结构进行研究,并分别在高温环境下测试了基体合金以及复合材料的高温拉伸性能,最后对其强化机制进行研究。结果表明:钛基复合材料的屈服强度可以用数学模型来计算。增强体的加入使复合材料的高温力学性能明显优于基体合金,且其高温强度的提高主要受益于碳的固溶强化、TiB纤维的传递载荷、TiC颗粒的强化位错等因素的贡献。

低温对ECAP纯铜性能与组织的影响

研究了温度对铜ECAP组织和性能的影响,对比了低温和室温变形后的组织异同。结果表明:相对于室温ECAP,低温样品的硬度略微提高。通过对比金相组织发现,在低道次时,低温条件明显阻碍了晶粒变形,高道次时抑制了室温高道次常出现的动态再结晶现象。ECAP处理后进行退火,发现室温样品在140℃时硬度出现明显降低,而低温ECAP样品则出现反常,仍保持高的硬度。

Si含量对(AlCrTiZrHf)-Si_x-N高熵薄膜微观结构和力学性能的影响

采用自制的复合靶材,通过直流磁控溅射技术,在单晶Si基片上沉积一系列不同Si含量的(AlCrTiZrHf)-Six-N高熵薄膜,并依次采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪对薄膜进行表征和测试,研究Si含量对其微观结构和力学性能的影响。实验结果显示,(AlCrTiZrHf)N薄膜成柱状晶生长,并具有(111)晶面的择优取向。Si元素的掺入,使得原薄膜的(111)峰消失,(AlCrTiZrHf)-Six-N薄膜晶粒得到细化,同时生成网状非晶相,从而形成非晶包裹纳米晶的纳米复合结构。随着Si含量的增加,薄膜力学性能先上升后下降,这种趋势归因于所形成的纳米复合结构,并且当Si含量为8%(体积比)时,薄膜的硬度和弹性模量最高,分别为26.6和250.9GPa。

(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

采用多靶磁控溅射系统,使用AlCrTiZrNb合金靶和Si靶制备了不同Si_3N_4厚度的(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜,样品基底为单晶硅。通过X射线衍射仪(XRD)、高透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕仪对样品进行微观组织的表征和力学性能的测量。实验结果表明,随着Si_3N_4层厚度的增加,样品的结晶度和力学性能均先增加后减小,XRD图谱中出现面心立方相结构。在Si_3N_4层厚度为0.5 nm时,(111)衍射峰强度达到最大值。说明薄膜结晶度最强,薄膜的硬度和弹性模量也达到最高值,分别为30.6,298 GPa。通过对样品的横截面的形貌观察,发现当Si_3N_4层厚度为0.5 nm时,多层膜的多层结构生长良好。在(AlCrTiZrNb)N层的模板作用下,Si_3N_4层从非晶态转变为面心立方结构,与(AlCrTiZrNb)N层之间形成共格外延生长结构,(AlCrTiZrNb)N/Si_3N_4纳米多层膜的强化可归因于两调制层之间形成的共格界面。

原位自生TiB增强钛基复合材料的热变形行为

通过等温热压缩模拟方法在温度为850~1050℃和应变速率为0.02~0.50 s−1的工艺下研究了原位自生5%TiB(体积分数)增强Ti复合材料的热变形行为。结果表明:在热变形过程中,试样的流变应力和峰值应力均随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;试样在高变形温度及低应变速率下变形时,TiB增强体有足够时间进行旋转取向而减少断裂,这有助于提高材料性能;通过计算得出试样在(α+β)相区和β相区的塑性变形表观激活能分别为789.8 kJ/mol和271.6 kJ/mol,大于钛的表观激活能。分析认为:TiB增强体对试样的热变形行为有显著的影响;随着变形温度的不断升高,试样的塑性变形表观激活能显著降低,表明试样在850~1050℃的高温塑性变形行为具有明显的分区特征;在不同温度区间的变形机制不同,因此在(α+β)相区和β相区分别建立了其热变形本构方程。

无铅易切削黄铜的发展现状及发展方向

叙述了国内外无铅易切削黄铜的发展和研究现状,对以其他更环保的元素替代铅的研究进行了讨论,从切削性、力学性能、热锻性和耐腐蚀性能方面总结了新型易切削黄铜的优缺点。对当前已经应用的无铅黄铜,特别是铋黄铜存在的问题进行了总结,提出了铋黄铜改性的研究方法以及发展方向。

大口径Cu/Al合金薄壁管的感应加热焊接工艺探究

运用感应加热方法,研究了一种操作性强工艺简便的大口径薄壁合金铝连接铜管的焊接方法,研究了焊接电流、焊缝长度、焊接高温保温时间对大口径薄壁铜铝合金管的影响,采用ZWICK-2050电子万能材料试验机测试界面结合强度,用扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(PM)观察界面形貌,EDX和X射线衍射仪(XRD)进行物相分析。通过感应加热可以实现铜铝薄壁管的焊接,当加热时间6 s时,焊缝长度为15 mm时,铜铝焊接管的质量最佳,焊接结合强度最高。铜铝中间化合物层只有Al2Cu和AlCu两种,没有发现Al4Cu9类型的化合物。

三维针刺C/C控制棒导向管侧向抗压强度评价的数值研究

C/C复合材料在高温下具有良好的力学性能,是熔盐堆中控制棒导向管的候选材料之一。为保证熔盐堆的安全运行,研究三维针刺C/C导向管的力学性能显得十分重要。首先通过准静态侧向压缩试验,得到三维针刺C/C导向管的极限承载能力;然后基于Tsai-Wu强度张量理论,并考虑到复合材料渐进损伤时材料刚度折减,建立了导向管的三维渐进损伤模型。应用该损伤破坏模型,编写了用户材料子程序。程序计算得到的导向管载荷-位移之间的关系与试验结果基本吻合,表明三维渐进损伤模型能够有效地模拟导向管破坏过程。最后利用损伤破坏模型对不同尺寸的导向管进行模拟计算,得到了不同尺寸导向管的极限承载能力,结果发现极限载荷与导向管的直径和厚度密切相关。

(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

在单晶硅片基底上采用反应磁控溅射技术交替溅射AlCrTiZrNb靶与Al_(2)O_(3)靶,制备了不同厚度Al_(2)O_(3)层的(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD),高分辨率透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscopes,HRTEM),扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)以及纳米压痕测试仪对(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的微观结构、力学性能等进行表征。结果表明:当Al_(2)O_(3)层厚度小于0.8 nm时,Al_(2)O_(3)层在(AlCrTiZrNb)N层的模板效应下由非晶态转化为立方结构亚稳态,与(AlCrTiZrNb)N层之间形成共格界面外延生长结构;(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的弹性模量和硬度随着Al_(2)O_(3)层厚度的增加先增大后减小,当Al_(2)O_(3)层厚度为0.8 nm时达到最大值,分别为317.6 GPa和29.8 GPa;薄膜的结晶性良好,清晰的柱状晶结构贯穿整个调制周期。