Sc和Si相互作用对铸造Al-Si-Sc合金组织和性能的影响

通常在铸造Al-Si合金加入Sc来改善合金的性能,但是Si和Sc的相互作用对合金组织和性能影响仍需要进一步深入研究。本文研究了不同含量的Si和Sc对合金组织和性能的影响,结果表明,Sc通过原位形成初生Al_(3)Sc作为α-Al异质形核质点从而细化α-Al晶粒;在凝固过程中,共晶反应生成了网格状AlSi_(2)Sc_(2)相,包晶反应形成了块状AlSi_(2)Sc_(2)相;两种AlSi_(2)Sc_(2)相都会消耗合金中Sc原子,从而降低了Al_(3)Sc的细化效果;Sc还变质共晶Si为更有序的纤维/片状结构,适当的Si与Sc的比可以避免AlSi_(2)Sc_(2)的形成;Al-6Si中Sc含量从0.3%增加至1%时,抗拉强度和屈服强度均上升,但由于AlSi_(2)Sc_(2)相的存在,其伸长率下降;当Sc含量为1%、Si含量从6%降至3%时,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别上升2%、12%和21%,主要是凝固过程中析出了Al_(3)Sc而非AlSi_(2)Sc_(2)相。最后,还讨论了Si-Sc交互作用对组织演变的机制。

激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金各向组织与损伤容限性能

研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术成形Al-Mg-Sc-Zr合金材料不同取向的显微组织特征、拉伸和损伤容限性能。结果表明:YZ截面为细小的等轴晶和粗大的柱状晶组成的双峰组织,XY截面由细小的等轴晶组成;0°和90°方向屈服强度、抗拉强度均超过500 MPa,各向异性较小,但堆积层间存在的未熔合缺陷使得90°方向断裂伸长率明显低于0°方向;0°和90°CT试样K_(IC)分别为21.41 MPa·m^(1/2)和20.89 MPa·m^(1/2),在柱状晶区域裂纹扩展阻抗低,导致90°CT试样K_(IC)稍小;显微组织和缺陷是影响裂纹扩展性能各向异性的主要因素,在近门槛区未熔合缺陷起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时裂纹扩展速率更快;在稳态扩展区显微组织的影响起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时为穿晶断裂,裂纹扩展阻抗较高,裂纹扩展速率较低。

Sc对铸造Al-Li合金组织及力学性能的影响

铸造Al-Li合金可用于成型复杂薄壁构件,在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。细化铸造Al-Li合金组织,提高合金强塑性对其实际应用具有重要意义。本文通过金属型铸造制备不同Sc含量的Al-2Li-2Cu-0.5Mg-xSc合金,分析了Sc含量对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Sc含量逐渐增加,合金晶粒由树枝晶向近等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。δ'(Al_(3)Li)相倾向于以Al_(3)Sc相为形核核心,形成Al_(3)(Li, Sc)复合粒子,这些粒子在变形过程中不易被位错切过,减少了Al_(3)Li粒子引起的共面滑移。当添加0.3%Sc(质量分数)时,合金具有较好的综合力学性能,经过175℃/32 h的峰值时效处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别可以达到381.3 MPa、449.5 MPa和5.8%。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金单熔道成形质量预测

本研究探讨了激光熔化沉积(LMD)工艺参数对Al-Mg-Sc-Zr合金单熔道成形质量的影响,并采用BP神经网络模型和改进的PSO-BP神经网络模型预测了不同工艺参数下的成形孔隙率。结果表明:Al-Mg-Sc-Zr合金的LMD单熔道成形孔隙率,随着激光线能量密度的增加呈现先上升后下降再上升的趋势,在175 J/mm^(2)时孔隙率达到最小值,仅为1.38%。在相同的送粉工艺参数下,LMD成形熔道宽度和熔道深度均与激光功率呈现出正相关性,而熔道高度和熔道深度均与扫描速率呈现出负相关性。相较于BP神经网络模型,改进的PSO-BP神经网络模型的平均绝对误差降低了29.69%,平均相对误差降低了19.42%,均方误差降低了19.02%,相关系数提升了63.44%。

联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为_(8)2μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

金属有机框架Cu@Sc-MOF纳米酶对5'-三磷酸腺苷的比色/荧光检测

通过溶剂热法制备了一种铜/钪金属有机框架(Cu@Sc-MOF)纳米酶,在H2O2存在下,Cu@Sc-MOF可催化氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)得到蓝色氧化产物oxTMB,并在652 nm处产生特征吸收峰。同样,Cu@Sc-MOF也可氧化邻苯二胺(OPD)生成2-氨基吩嗪(DAP),并在570 nm产生特征荧光发射峰(激发波长为390 nm)。由于5’-三磷酸腺苷(ATP)与Cu2+络合,抑制了Cu@Sc-MOF的催化活性,使得652 nm处的吸光度和570 nm处的荧光强度减弱,基于Cu@Sc-MOF的类过氧化物酶活性,构建了一种用于检测ATP的比色/荧光双模式光谱法。比色和荧光分析法的线性范围分别为2.50~40.00μmol/L和1.00~22.50μmol/L,检出限(LOD)分别为0.60和0.27μmol/L。将上述比色/荧光双模式分析法用于肝癌细胞HepG2细胞裂解液中ATP的检测,加标回收率分别为92.0%~101%和93.2%~97.9%,具有良好的应用前景。

热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响研究

目的研究热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金微观组织与拉伸性能的影响,揭示微观组织与力学性能的内在关联机制。方法采用控制单一变量的试验方法进行时效热处理,设定保温温度为325℃,冷却方式为空冷,在不同保温时间(2、4、6、8 h)下进行组织与性能共通性及差异性分析。结果经325℃时效热处理4 h后,在激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金中形成了Al_(3)Sc、Al_(3)(Sc,Zr)析出相,抗拉强度达到最大值486 MPa,相较于未热处理,提升了21.8%,随着保温时间的进一步延长,析出相的高温停留时间变长,组织形核长大,Al_(3)Sc、Al_(3)(Sc,Zr)强化相尺寸明显增大,最大尺寸可达0.6μm。结论随着时效时间的延长,沉积道次间重熔边界逐渐不明显,热处理有助于Al_(3)Sc、Al_(3)(Sc,Zr)析出相的形成,而保温时间过长则容易导致析出相尺寸粗大,合理的热处理保温时间可以改善激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金微观组织与力学性能。

SC-FDMA系统的MMSE-FSE算法分析

单载波频分多址(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)系统均衡器的输入信号通常是按符号间隔进行采样的,其对抽样时间十分敏感。在短波波段,由于多径反射显著,当多径延时接近符号周期长度时,对抽样时间敏感的缺点会被放大。针对短波信道的特征,研究了SC-FDMA系统的分数间隔均衡器(Fractional Spaced Equalizer,FSE)模型,通过与符号间隔均衡器对比发现,虽然符号间隔均衡器可以补偿接收信号的频率响应,但其对短时延衰落信道的补偿效果较差;FSE对于抽样时间的选择不敏感,在多径信道下能够获得更好的性能。链路仿真结果表明,在短时衰落信道环境下,FSE的译码性能比符号间隔均衡器有最大1.5 dB的增益。

热处理工艺对铸造Al-Mg-Si-Sc-Zr合金组织与性能的影响

采用显微维氏硬度计、拉伸试验机、扫描电镜和透射电镜研究了多级热处理工艺对铸造Al-Mg-Si-Sc-Zr合金组织与性能影响。结果表明:在固溶温度575℃下,随着时间的延长,在晶界上呈网状分布的长条状Mg_(2)Si转变为颗粒状的Mg_(2)Si;对于Al_(3)(Sc,Zr)相来说,最佳的高温时效制度为320℃×1 h,热处理后的基体中有大量的纳米尺寸的Al_3(Sc,Zr)相,可显著强化基体;对于时效析出相来说,随着低温时效温度的升高,时效析出相由GP区向β'相转变。经优化热处理后的铸造Al-Mg-Si-Sc-Zr合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到197.8 MPa、288.2 MPa、13.3%,对应的热处理工艺为:575℃×0.5 h+320℃×1 h+120℃×46 h。

Al-Mn-Sc合金的选区激光熔化工艺优化及室温与高温力学性能研究

通过探究能量密度对Al-4.5Mn-1.5Mg-0.6Sc-0.2Zr(wt.%)合金致密度的影响,优化其成形工艺,并进一步分析该合金在时效过程中组织变化及其室温与高温力学性能。结果表明:随着能量密度增大,合金致密度先增后减。当能量密度为77.6 J/mm^(3)时,即激光功率275 W、扫描速率985 mm/s、扫描间距0.12 mm、层厚0.03 mm,可获得致密的、缺陷少的合金材料。沉积态合金显微组织由等轴晶和柱状晶组成,周围分布着细小富Mn相;300℃/5 h时效后,晶内析出大量纳米Al_(3)(Sc,Zr)相。同时,时效后合金表现出优异的室温与高温力学性能,其室温屈服强度、抗拉强度和伸长率分别是500 MPa、536 MPa和12.3%,高温(250℃)屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为224 MPa、299 MPa和11.5%。

一种四天线MIMO-SC-FDMA高精度信道估计方案

针对高速移动环境下频率色散现象以及信道容量低和系统可靠性差的问题,提出采用多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)技术与单载波频分多址(Single Carrier Frequency Division Multiple Acess, SC-FDMA)技术相结合的方法,设计了一种适用于四天线MIMO-SC-FDMA通信系统的高精度信道估计算法。该算法采用空时编码(Spatial Time Block Code, STBC)与时间切换传输分集(Time Switched Transimit Diversity, TSTD)结合的STBC-TSTD分集编码技术,选择自然插值方案,在离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)信道估计方法的基础上设计了一种利用频域加权来提高信道估计精度的高精度信道估计算法,减小了频率色散现象影响,提升了信道容量和系统可靠性,通过仿真分析验证了所提算法的有效性。

Zr/(Sc+Zr)微合金化对Al-Mg合金在热压缩变形中动态再结晶、位错密度和热加工性能的影响

采用热压缩试验和电子显微分析方法研究Al-6.00Mg、Al-6.00Mg-0.10Zr和Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr (质量分数,%)合金的变形行为和显微组织特征。结果表明,在最大加工效率条件(673 K,0.01 s^(-1))下变形时,Al-6.00Mg、Al-6.00Mg-0.10Zr和Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr合金的位错密度分别为2.68×10^(16)、8.93×10^(16)和6.1×10^(17)m^(-2);其动态再结晶分数分别为19.8%、15.0%和12.7%。中心点平均取向差(KAM)分析表明,通过添加Zr或Sc+Zr,Al-Mg合金晶界附近的位错密度增加。此外,基于动态材料模型(DMM)建立的热加工图表明,添加Zr或Sc+Zr能减小Al-Mg合金的低温不稳定域的范围,但会增大高温和高应变不稳定域的范围。实验结果进一步证明,在变形条件下,仅Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr合金在773 K和1 s^(-1)时开裂。

用于MIMO SC-FDE系统逼近分集接收界的迭代检测算法

为了提高MIMO SC-FDE系统的检测可靠性、降低系统复杂度,提出一种新的迭代干扰消除检测算法,并推导出分集接收界作为评价算法性能优劣的依据.该检测算法采用基本的线性均衡算法提供初始值,在迭代中尽量消除层间干扰,利用空间分集增益逐步提高检测可靠性.结果表明,该算法在4QAM调制方式下,E b/N 0为9 dB时逼近分集接收界;在16QAM调制方式下,E b/N 0为16 dB时逼近分集接收界.该算法一轮迭代的计算复杂度与发射天线的数目成线性关系,天线规模为3×3以上时算法复杂度低于V-BLAST.因此,所提算法适用于天线规模数大于等于3、调制进制数大于等于4的系统中,在倾向于采用large MIMO系统的5G及后5G时代具有高效性和实用性.

Sc、Zr复合添加量对Al-6Mg-0.6Mn合金铸态组织的影响

采用冶金法制备了四种不同Sc、Zr添加量的Al-6Mg-0.6Mn合金铸锭,利用金相显微镜、SEM及EBSD等手段研究了Sc、Zr添加量对合金铸态组织的影响。结果表明:在Al-6Mg-0.6Mn合金中添加w(Sc)=0.15%和w(Zr)=0.10%的Sc、Zr即可消除铸态枝晶网,获得明显细化的铸态组织;熔铸中粗大的Al3(ScZr)粒子不能起到细化晶粒的作用,反而恶化合金组织,进而对力学性能产生不利影响,应该严格加以控制。

亚共晶Al-xLa-0.2Sc合金的组织、性能及断裂行为

采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉伸力学性能测试和电导率测试等手段研究了亚共晶Al-xLa-0.2Sc(x=5, 8)合金铸态及T5时效后的微观组织、力学性能和导电性能,并结合代表性体积元(RVE)有限元拉伸模拟分析了合金拉伸断裂机理。结果表明:随着La含量的提高,合金的强度随之提高,伸长率和电导率随之降低。铸态合金拉伸时,裂纹萌生于共晶区域和初晶α(Al)的界面。T5处理后,Al_(3)Sc相析出提高了合金强度和电导率,降低了α(Al)塑性变形能力,增加了共晶相界面的位错塞积程度和应力集中水平,导致裂纹更易萌生于共晶区域,合金的断裂模式由铸态的韧性断裂转变为时效态的脆性断裂。

基于修正Park-Ang模型的SCS剪力墙损伤指数研究

为研究双钢板混凝土组合剪力墙(Steel-concrete-steel composite shear walls,SCS)剪力墙在地震作用下的损伤演化规律,基于Park-Ang损伤模型提出修正后的SCS剪力墙双参数损伤模型,并采用OpenSees有限元软件对72个依照现行规范设计的SCS剪力墙试件进行分析,研究轴压比、剪跨比、暗柱配钢率、墙身配钢率对SCS剪力墙的极限位移、屈服位移、屈服剪力、累积滞回耗能等指标的影响,得到了适用于双钢板混凝土剪力墙基于变形和耗能双重准则的损伤模型。以对数正态分布作为分布密度函数来对双钢板混凝土剪力墙构件各损伤状态的累积概率密度进行拟合,得到了SCS剪力墙不同损伤程度对应的损伤指数范围。

基于耦合PLUS-SCS模型的城市用地内涝风险预测及优化管控——以湖南省长沙市为例

[目的]预测城市未来土地利用情况及内涝风险强度,并探讨未来城市内涝风险的优化管控措施及实施效果,为提升城市内涝防控水平,优化城市用地布局提供参考依据。[方法]以湖南省长沙市为例,借助PLUS和SCS模型,预测基准情景下城市用地布局及其内涝风险情况,将内涝高风险区域作为PLUS模型中的限制转化因子,耦合PLUS和SCS模型,模拟内涝管控情景下城市用地布局及其内涝风险情况。通过对比两种情景下的内涝风险差异来验证优化管控措施实施的效益。[结果]预测基准情景下2035年长沙市建设用地内涝高风险区面积为96.47 km^(2),在不减少建设用地面积的前提下,内涝管控情景下城市建设用地的内涝风险总面积相比基准情景减少了36.94 km^(2),其中新增建设用地中的高风险区全部被规避。[结论]未来城市用地内涝风险呈现出显著增加的趋势,耦合PLUS-SCS模型的优化管控方法能够帮助城市规避内涝风险。

基于SCS的四川省高速公路沿线山洪预警模型

山洪是汛期多发地质灾害之一。受地形和气候的影响,西南地区高速公路沿线易受山洪威胁。为了更好地防范山洪灾害,保障交通安全,基于SCS模型推导了流域产生径流的临界雨量模型。以四川省高速公路沿线小流域为研究区,利用土地利用类型数据、土壤属性数据及降水数据等资料,计算得到了四川省高速公路沿线小流域发生山洪灾害的临界雨量。计算结果显示,四川省高速公路沿线流域的临界雨量在14—26 mm之间。与山洪灾害历史数据对比结果表明,模型预测效果良好。

Sc对2055铝锂合金微观组织与力学性能的影响

采用金相显微镜、电子探针、扫描电镜和透射电子显微镜等手段,研究添加微量Sc对2055铝锂合金微观组织与性能的影响。研究结果表明:0.1%Sc的添加可在一定程度上减少2055铝锂合金凝固过程中成分偏析的现象,并可消除合金枝晶,具有明显细化晶粒的作用;但0.1%Sc添加的2055铝锂合金硬度及强度显著低于2055铝锂合金,断裂模式由韧性断裂为主的模式改变为韧性+脆性断裂为主的模式,这主要是Sc添加后合金中形成了粗大第二相W相,消耗了合金中溶质原子Cu,减小了T1相析出体积分数,使合金强度下降。