形变热处理对Ti-Nb-Zr合金组织及超弹性行为的影响

Ti-Nb-Zr合金具有低弹性模量、高强度以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注。Ti-Nb-Zr合金的超弹性归因于β↔α″相变。综述了Ti-Nb-Zr合金的弹性模量和超弹性的影响因素及变化规律。通过添加合金元素来调整相变温度和滑移临界应力,应力诱发马氏体相变更易发生,β相塑性变形延迟出现,获得更大的相变应变和恢复应变。总结了Ti-Nb-Zr合金的形变热处理与超弹性效应之间的关系和作用机制。冷轧后短时间热处理可以增加位错滑移的临界应力、避免其他相(ω或α相)的生长,保持β相的稳定性、提高合金的恢复应变和超弹性。

Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃恒温过程的演变研究

评估Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃下的耐热能力,研究不同热处理时间对涂层结构和性能的影响规律。采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备Zr-Ti-B-N涂层,利用高温马弗炉对涂层进行热处理,借助纳米压痕仪、高温摩擦磨损试验机测试热处理后Zr-Ti-B-N涂层的力学性能、摩擦学性能。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对热处理前后Zr-Ti-B-N涂层的微观结构进行表征,在高温环境下,不同热处理时间对涂层的力学性能、摩擦学性能和微观结构有显著影响。结果证明,在600℃的大气环境下,经1h热处理后,涂层的综合性能稳定,涂层硬度为23.7GPa,临界载荷为31.7N;经2h热处理后,晶粒尺寸逐渐增大,柱状晶结构变得明显,涂层硬度开始下降;经3h热处理后,涂层表面出现明显的氧化膜,晶粒尺寸增大了27.0%,摩擦系数降到最低,为0.66,临界载荷未发生明显变化。

氧含量及晶粒尺寸对Ti-Zr二元合金拉伸屈服行为的影响

对不同氧含量的温轧态Ti-Zr二元合金进行不同温度的退火及二次时效处理,发现氧含量与晶粒尺寸影响Ti-Zr合金表现出的拉伸屈服行为。通过拉伸试验、金相分析、透射电镜观察及应变时效和EDS元素分布研究了不同锆、氧含量钛合金的屈服延伸与微观组织的联系。研究结果表明:Ti-12Zr-0.25O合金在晶粒尺度处于1~15μm区间时,表现出典型的屈服延伸现象,随着晶粒尺寸增大,屈服延伸逐渐减弱;氧含量从0.1wt%增加至0.3wt%,Ti-12Zr合金表现出最大的上下屈服点应力差值及最大屈服点延伸率,分别为47MPa,5.2%;仅当锆、氧原子共同存在时,屈服延伸得到明显增强,以Ti-12Zr-0.25O尤甚。

添加Zr、Ti元素对烧结钕铁硼磁性能与时效工艺的影响

本文利用晶间合金化工艺,研究了在制粉工序添加Pr-Nd、Dy对烧结钕铁硼磁体矫顽力和剩磁的影响。磁性能分析结果表明,利用晶间合金化工艺可以大幅度提高磁体矫顽力;研究了添加适量的Zr、Ti对磁体矫顽力均有提高,同时根据元素添加后在磁体内部的分布和成相不同,试验不同的时效工艺以达到磁性能最佳;Ti元素的添加能有效改善磁体的方形度。

Correlation between Structures of Bulk Amorphous Zr-Ti-Ni-Cu-Be Alloy in Different States

The structures of the bulk amorphous Zr41Ti14Cu12.5Nil0.0Be22.5 alloy have been analyzed in solid, supercooled liquid and liquid with X-ray diffraction. The first coordination sphere radii and the first coordination numbers are 0.312 um, 11.2 in solid state.10.932 nm, 10.932 in supercooled liquid region and 0.305 urn, 11.296 in liquid state. The structures are the same in different states. But it shows some tendency to crystallizing that the first coordination sphere radius and the first coordination number drop in supercooled liquid region.

Ti-Zr-Nb固溶体合金动态压缩强度的机器学习模型优化

Ti-Zr-Nb固溶体合金具有优异的强塑性匹配和撞击释能活性,在杀爆战斗部毁伤元和聚能战斗部药型罩材料领域极具应用价值.为了实现Ti-Zr-Nb合金及类似固溶体合金的动态力学性能精准预测,并支撑战斗部材料的精准设计与成分优化,采用粉末冶金法制备了56种Ti-Zr-Nb合金,并测试了材料的动态压缩强度,在此基础上开展了Ti-Zr-Nb合金动态压缩强度预测的机器学习模型优化、主控参量筛选研究,优化后的模型实现了合金动态压缩强度的预测误差<8%,并揭示了影响合金动态压缩强度的3个关键主控参量及权重排序:Δχ>G>δG.采用优化后的模型成功设计了具有更高动态压缩强度的合金成分,经试验验证,所设计的材料动态压缩强度达到3100 MPa,高于同类固溶体合金.

Zr掺杂对Ti-Ni形状记忆合金相变、拉伸性能和循环超弹性的影响

为了开发超弹性优异的Ti-Ni基形状记忆合金(SMA),以600℃退火态Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr(摩尔分数)SMA为研究对象,用示差扫描量热仪、XRD、SEM和拉伸试验研究了Zr掺杂对Ti-Ni基SMA相组成、相变行为、拉伸性能和循环超弹性的影响。结果表明:掺杂0.1%Zr不影响Ti-Ni SMA的组成相和相变类型,但降低马氏体相变温度(t_(M)),增加相变热滞(Δt),提高抗拉强度(R_(m)),降低伸长率(A),增强非线性超弹性稳定性。600℃退火态Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的室温组成相主要为母相B2,冷却/加热时发生B2→B19′/B19′→B2一步可逆马氏体相变;掺杂0.1%Zr后,Ti-Ni SMA的t_(M)降低了34℃,Δt增加了22℃,R_(m)增加了79 MPa,A降低了22%。随应力-应变循环次数增加,Ti-50.8Ni合金由部分非线性超弹性转变为线性超弹性,Ti-50.8Ni-0.1Zr合金则始终保持稳定非线性超弹性,两种合金的超弹性残余应变(ε_(R))和能量耗散(W_(D))均先降低后趋于稳定。随着循环应变速率的增加,Ti-50.8Ni合金的W_(D)和等效阻尼比先降低后趋于稳定;Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的W_(D)和等效阻尼比先升高后趋于稳定。随循环应变幅值的增加,Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的W_(D)和等效阻尼比皆升高。

Al^(3+)掺杂对Ca_(3)(Zr,Ti)Si_(2)O_(9):Bi^(3+)蓝色荧光粉发光性能的影响

文章通过高温固相法成功制备出了Ca_(3)(Zr,Ti)Si_(2)O_(9):Bi^(3+),Al^(3+)系列荧光粉,其发射峰位于420 nm,对应Bi^(3+)离子的6s→6p跃迁。采用Al3+离子替代的实验策略,优化了荧光粉的发光性能。发现Al3+离子的掺入使晶体颗粒分布均匀,荧光粉的发射强度增强,量子效率有效提高、荧光寿命减小。通过高斯拟合分析Bi^(3+)离子在该荧光粉中的格位占据情况发现Bi^(3+)离子占据两种不同Ca^(2+)的格位,而Al^(3+)离子的掺入,减小Bi3+离子发光中心之间的临界距离,以及促进Bi^(3+)离子格位-格位之间的能量转移,导致荧光粉的临界浓度减小。通过色坐标计算表明荧光粉的色纯度也有效提高。研究表明,阳离子替代的实验策略能够成功优化荧光粉的发光性能,在促进植物光合作用的LED照明器件中具有潜在应用价值。

钎焊温度对TA1/Ti-Zr-Cu-Ni-Ag/TA1接头界面组织性能的影响

采用Ti-Zr-Cu-Ni-Ag钎料进行TA1钛合金的连接,并使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分析测试手段对不同钎焊温度下获得的接头界面组织和断口形貌进行了分析。研究表明,TA1/Ti-Zr-Cu-Ni-Ag/TA1接头典型界面微观组织为α-Ti/α-Ti+β-Ti+(α-Ti+γ)/α-Ti。随着钎焊温度的升高,钎缝宽度呈先增加后减小的趋势,共析组织更加分散,α-Ti组织逐渐增多,α-Ti和(α-Ti+γ)的片层状结构也逐渐明显;剪切试验表明当钎焊温度为900℃,保温时间为20 min时,钎焊接头的抗剪强度达到172.04 MPa的峰值,接头的断裂模式为韧脆混合断裂;接头平均抗拉强度为260.04 MPa,达到了母材的65%。

回火温度对Ti_(28)Co_(14)Ni37.12Zr2_(0.88)高熵合金显微组织和力学性能的影响

对铸态Ti_(28)Co_(14)Ni37.12Zr2_(0.88)高熵合金在不同温度(673,723 K)下进行回火热处理,研究了回火温度对高熵合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:铸态、673 K回火态、723 K回火态合金的显微组织均由体心立方结构TiNi基体相和少量面心立方结构Ti_(2)Ni第二相组成;随着回火温度升高,TiNi相晶粒和Ti_(2)Ni相颗粒得到细化;铸态合金经过回火热处理后,其弹性极限和屈服强度增大;673 K回火态合金的抗压强度低于铸态合金,但回火温度升高至723 K后,抗压强度提升,高于铸态合金;铸态高熵合金的断裂机制以解理断裂为主,沿晶断裂和韧性断裂为辅;673 K和723 K回火态高熵合金的断裂机制以解理断裂为主,沿晶断裂为辅。

难熔多组元Ti−Nb−Zr−W合金随成分变化弹塑性和扩散性能的高通量探索

组合材料合成和分析方法能够很好地描述Ti−Nb−Zr−W体系难熔多元合金的弹塑性和扩散特性。在1273 K温度固溶退火25 h后制备6组Ti−Nb−Zr−W四元扩散偶,并对其开展电子探针显微分析和纳米压痕测试。随后,采用Oliver−Pharr和反向分析算法等方法获得Ti−Nb−Zr−W体系宽广成分范围的随成分变化弹塑性。此外,采用机器学习和实用高效数值回归方法分别建立Ti−Nb−Zr−W体系体心立方相的弹塑性和互扩散系数数据库。同时,提出由杨氏模量与主互扩散系数之比所定义的热加工性能参数来评估热加工过程行为。最后,讨论难熔多元合金的耐磨性并进行实验验证。结果表明,低钨含量的富Ti难熔多元合金具有高硬度、良好的耐磨性、高应力和良好的热加工性能,而高钨含量并不能改善富Ti难熔合金的弹塑性。

非均质显微组织对Ti-15Zr合金阳极氧化行为与生物相容性的影响

研究非均质显微组织对钛合金阳极氧化行为与生物相容性的影响。采用粉末冶金及后续热轧和热处理方法制备非均质Ti-15Zr合金,并采用电化学阳极氧化法获得纳米管阵列表面。结果表明,阳极氧化非均质Ti-15Zr上形成由纳米管团簇和显微裂纹构成的微纳结构表面,这种结构的形成与条纹状的(0001)取向晶粒以及Zr的非均质分布有关。与阳极氧化的电弧熔炼Ti-15Zr对照组相比,阳极氧化非均质Ti-15Zr具有与其相当的超亲水性,且蛋白吸附与细胞增殖效果更好,这主要是由于后者具有多尺度结构表面。

氢化辅助Ti-Zr-Ta合金的制备及其性能

Ti-Zr-Ta难熔合金具有优良的力学性能和冲击释能特性,在含能结构材料领域展现出良好的应用前景。Ti-Zr-Ta合金目前主要通过熔炼工艺制备,但其组元均为高熔点金属,熔铸成形的方法难以制备出组织结构均匀的大尺寸部件。基于此,本工作采用氢化脱氢法预先制备Ti-Zr-Ta难熔合金粉末,并利用真空热压工艺烧结成型,在此基础上,对烧结态Ti-Zr-Ta合金的组织结构、力学性能和冲击释能特性进行了研究。结果表明:氢化脱氢法制得的Ti-Zr-Ta合金粉末平均粒径为9.4μm,由BCC1,BCC2,HCP三相组成;在1300℃的烧结温度下制备得到的Ti-Zr-Ta合金密度为7.34 g/cm^(3),基本实现了全致密化,合金主要由BCC1和BCC2两相组成,准静态压缩强度和断裂应变分别为1637 MPa和6.4%,呈脆性断裂特征。在弹道枪实验中,5.6 g烧结态Ti-Zr-Ta合金以1493 m/s的速度击穿靶板后,在27 L密闭靶箱内产生的峰值超压达到0.195 MPa,显示出较为优异的冲击释能特性,其释能主要来源于合金弹丸高速撞击产生细小碎片的氧化反应。

高能球磨+硼/碳热还原法制备(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B_(2)高熵陶瓷粉末的研究

以TiO_(2)、MoO_(3)、Nb_(2)O_(5)、Ta2O5、ZrO_(2)、B_(4)C和炭黑为原料,采用高能球磨+硼/碳热还原法制备(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B2高熵陶瓷粉末,并借助XRD、SEM等手段对反应产物的物相组成和微观形貌进行了表征。实验结果表明:球磨时间、还原温度和保温时间是制备高品质(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B_(2)高熵陶瓷粉末的重要影响因素。当球磨时间为2h、真空碳热还原温度为1700℃、保温2h时,可制备出粒径约为1~2μm、元素分布均匀且具有单一相成分的高品质(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B_(2)高熵陶瓷粉末。

Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金,但其铸态强塑性不足。本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(2)Ti)}_(5):首先通过改变β相团簇式个数为2,使合金成分偏向α-Ti,其次增加β相团簇式中V原子个数至3,提高了β-Ti结构单元稳定性,然后用不同个数Zr(x=1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti,最后得到了团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(15)-β-{[AlTi_(14-x)Zr_(x)]V_(3)}_(2),设计了Ti-(6.64~6.82)Al-(2.42~2.35)V-(1.44~7.02)Zr(质量分数/%)合金,采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭,并用真空铜模吸铸成合金棒材,进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。结果表明:合金均由α'相马氏体组成,其形貌由针状魏氏逐渐转为网篮组织,其中Ti-6.64Al-2.35V-7.02Zr(Zr含量最高)合金为网篮组织,具有最佳的力学性能,屈服强度σ_(YS)为806 MPa,抗拉强度σ_(UTS)为963 MPa,伸长率δ为5.9%,相比于相同状态下Ti-6Al-4V合金,分别提高了23%、19%、51%;比强度和比硬度分别为217 kN·m/kg和0.71 GPa·cm^(3)/g,相比于Ti-6Al-4V合金分别提高了18%和10%。

奥氏体化温度对Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变的影响

Ti、Zr的复合氧化物可以有效诱导针状铁素体形核,从而细化晶粒.为了研究Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变机理,使用25 kg真空感应炉中熔炼试验所需钢种,向低合金钢中添加了质量分数为0.038%钛和0.008%锆.利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了奥氏体化温度对针状铁素体转变行为的变化,使用扫描电镜观察了Ti–Zr处理钢种的夹杂物成分和针状铁素体在夹杂物表面形核,使用光学显微镜观察不同奥氏体化温度下的微观组织变化差异.结果表明,随着奥氏体化温度从1250℃增加至1400℃,奥氏体晶粒尺寸从125.6μm增加至279.8μm,针状铁素体开始转变温度和侧板条铁素体开始转变温度先增加,在1350℃条件下达到最大值,后又降低,针状铁素体的体积分数由39.6%增加至83.6%;Ti–Zr处理钢中核心为Zr–Ti–O,外部为Al–Ti–Zr–O的氧化物为核心表面析出MnS的复合氧化物主要集中在1.5~3μm,可以有效促进针状铁素体形核,贫Mn区和夹杂物与铁素体之间的良好晶格关系为该型夹杂物能够促进针状铁素体形核机理.奥氏体晶粒尺寸的增加导致多边形铁素形核位点的减少和针状铁素体的形核空间的增加,钛锆复合处理形成大量的有效诱发针状铁素体形核的夹杂物,这共同导致了针状铁素体体积分数增加.

薄膜厚度对Pb,La(Zr,Ti)O_(3)铁电薄膜基自供电紫外光电探测器性能影响研究

目前半导体基自供电紫外光电探测器由于光生电子和空穴不能有效分离,因此灵敏度较低。铁电体具有宽的光学带隙(>3 eV)和大的退极化场,因此被认为是研制高性能自供电紫外光电探测器的重要候选材料。基于此,采用溶胶-凝胶法制备了层数不同的Pb_(0.93) La_(0.07)(Zr_(0.2) Ti_(0.8))_(0.985)O_(3)(PLZT)铁电薄膜并研制出了基于Au/PLZT/FTO垂直结构的自供电紫外光电探测器。研究结果表明:通过合理调整极化电压的方向,极化电压能对光电响应性起到加强作用。在+2 V极化电压下,旋涂层数为3层(厚度约为140 nm)的Au/PLZT/FTO光电探测器拥有最佳的自供电紫外光电响应,高的光/暗电流比为3750、大的响应度为13.1 mA/W、高的探测率为4.11×10^(11) Jones以及快的响应速度为20 ms/30 ms。

Ti和Zr元素对离心铸造25Cr35NiNb钢炉管组织和性能的影响

采用直读光谱仪、场发射扫描电镜、高温持久试验机对离心铸造25Cr35NiNb钢炉管中Ti和Zr含量对其微观组织及力学性能的影响进行了研究。结果表明:Ti和Zr的微量添加改善了钢炉管晶界碳化物析出,显著影响高温持久性能。在Zr含量为0.136wt%的炉管原始铸态奥氏体组织中发现(Nb,Zr)C和ZrC析出物,经过高温持久试验后组织中含铌相主要为NbC,未发生G相转变;Ti和Zr含量分别为0.111wt%和0.10wt%的炉管原始铸态奥氏体组织中含TiC、(Nb,Ti)C和ZrO析出物,经过高温持久试验后,组织中含铌相主要为(Nb,Ti)C,未发生G相转变。25Cr35NiNb炉管材料在高温时,钛和锆碳化物的形成延缓了NbC向G相组织的转变。在试验温度1100℃、应力17MPa下,Ti+Zr含量为0.06wt%~0.18wt%时,离心铸造25Cr35NiNb炉管具有较长的高温持久断裂时间。

Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面细晶的表征方法

采用超声冲击的方法对Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金进行表面强化,采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射仪、X射线衍射仪等设备对其表面细晶进行表征。结果表明:超声冲击后,钛合金表面获得了深度约为35μm的强塑性变形层;钛合金表面可观察到明显纳米级的非晶团簇和密集的滑移线,细晶形成的主要原因为位错滑移,位错滑移的主方向为<111>;超声冲击后,材料的表面残余压应力约为250 MPa,晶格常数略有降低,β相的特征峰强度变大,α相的特征峰宽度变大。

Zr/Ti 摩尔比对锶锆钛复合氧化物在可见光下光催化性能的影响

通过分步沉积法制备了不同Zr/Ti摩尔比的锶锆钛(SZT)复合氧化物催化剂, 以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱等表征手段考察不同Zr/Ti摩尔比下SZT催化剂的结构形态, 以可见光下光催化降解亚甲基蓝为模型反应考察样品的光催化活性. 结果表明: Zr/Ti摩尔比<1时SZT 催化剂发生 Zr4+与Ti4+同质替换, 引起晶格缺陷, 光催化活性小幅提高; Zr/Ti摩尔比≥1时SZT催化剂产生SrZrO3/TinO2n-1(n=4, 9)的新晶相, TinO2n-1(n=4, 9)的存在有利于光生电子-空穴的传导与分离, 可大幅提高催化剂光催化活性. 其中, SZT-5/5表现出最高的光催化活性, 其一级反应速率常数达到0.2133 min-1, 是同等光照条件下纯SrTiO3样品(0.0158 min-1)的 13.5 倍.