Mg添加对Al-Ga-In-Sn合金水解产氢性能的影响

研究了不同含量的Mg对Al-3Ga-3In-3Sn铸态铝合金水解产氢性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了铝合金的显微组织和物相结构。结果表明:Mg添加导致铝合金析出Mg_(2) Sn新相,Al晶粒得到明显细化,由柱状变为棒状或粒状,Al晶界相由带状转变为花瓣状,同时铝合金表面分布大量裂纹缺陷。Mg含量为0.5%时铝合金的产氢性能最好,1 g的Al-3Ga-3In-3Sn-0.5Mg铝合金在温度为80℃条件下反应30 min,最大产氢量1300 mL、产氢速率达217 mL/(min·g),产氢转化率可达95.7%;当含Mg量低于2%时,Al晶粒周围低熔点晶界相和Mg_(2) Sn与Al形成原电池是铝合金提高产氢性能的主要因素;Mg含量超过2%后,产氢速率下降主要是由于随着Mg含量增加,铝合金的晶界相形态发生改变,与水接触面积减少,降低了其水解反应活性所致。

基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究

构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型,为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型,系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明,支持向量机回归模型的预测结果最优,相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。

基于热处理工艺的拖拉机发动机铝合金组织性能研究

采用不同时长的热处理工艺,对拖拉机发动机铝合金组织性能进行了对比分析。结果表明:热处理后,铝合金性能得到了较大程度的提高,若优先考虑材料性能,则应该采用180℃×4 h的单级热处理时效;若优先考虑工艺效率和成本,则可以采用150℃×1 h+170℃×1 h的双级热处理时效。

6061-T6铝合金滚光加工表面成型质量试验分析

文章分析了滚光加工参数对6061-T6铝合金零件表面质量的影响。选用外滚轮滚压工具和球形滚压工具,根据不同切削参数制备试件,采用触针式表面粗糙度仪测量试件表面粗糙度,运用Minitab软件对实验数据分析,寻找不同工具、切削参数对试件表面粗糙度和硬度的影响规律。结果表明,切削参数滚压线速度Vc=251.2m/min、进给量f=0.10mm/rev、滚压过盈量a_(p)=0.075mm时,表面粗糙度Ra值最低达到0.284μm,因此滚光加工相比传统硬质合金刀具加工6061-T6铝合金材料,表面粗糙度下降了3级,可以达到以车代磨的作用。

Al-Ga-In-Sn-Si合金阳极及海水溶解氧电池的电化学性能

通过Ga、In和Sn低熔点合金元素改性,成功制备了高负电位高活化Al-Ga-In-Sn-Si合金阳极,通过材料表征和电化学测试研究了Al-Ga-In-Sn-Si合金的腐蚀行为和电化学性能,并与碳纤维刷-石墨烯-铂(Pt-G@CFB)催化阴极搭建了海水溶解氧电池,考察了室内静态海水环境和实际海洋环境下电池不同恒电阻的长周期放电性能。结果表明,Al-Ga-In-Sn-Si合金的自腐蚀电位为-1.613 V(vs.Ag/AgCl),自腐蚀电流密度为1.431 mA/cm^(2)。随着负载电阻的增加,电池电压上升,在室内静态和实海动态海水中2000Ω的负载下海水溶解氧电池平均放电电压最高,分别为1.73和1.78 V,在1000Ω的负载下平均能量密度最大,分别为549.85和653.44 Wh/kg。

可降解锌基合金在骨缺损修复重建中的应用及研究热点和不足

背景:锌基合金医用植入材料有优异的力学性能、完全可降解性、良好的生物相容性,主要用于骨科植入物、心血管支架、胆管支架、气管支架、神经导管等。目的:综述可降解锌基合金应用于骨缺损修复的研究进展,展望锌基材料可期研究方向与成果。方法:检索PubMed、Web of Science、万方及中国知网数据库,选择各数据库建库至2023年6月收录的各类可降解锌基合金用于骨植入材料研究的相关文献,对生物可降解锌基合金的基本特性进行概述,对锌基合金促进骨组织修复作用进行梳理和归纳总结,讨论当前的研究热点与不足。结果与结论:①锌基合金具备良好的生物相容性,以锌基合金为基体材料,借助支架结构构建技术和涂层优化工艺将有效提高锌基合金的骨传导性,并且使其降解产物具备高效骨诱导性,以调控成骨、破骨细胞的基因表达,促进骨缺损后的修复重建;②然而在锌基合金优化的研究中,涂层工艺相对不足,增材负载技术尚缺乏;③锌基合金拥有良好的机械、生物特性,通过特殊工艺可增加材料的骨传导性、骨诱导性以有效提高其促进骨修复重建能力,并有望进一步实现个性化移植材料的研发。优化涂层与增材负载等技术融合于锌基合金的研究有待进一步探讨。

Ta-W/Hf合金的结构稳定性及力学性质的第一性原理计算

Ta-W/Hf合金具有高熔点、高密度、高延展性等性质,在核电、武器装备等关键零部件中发挥着重要作用,本研究基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建不同掺杂含量下的Ta-W/Hf合金模型,计算Ta-W/Hf的晶格常数、结合能、弹性常数、弹性模量、泊松比、维氏硬度、电子态密度等性质参数,分析W、Hf掺杂元素对Ta合金稳定性及力学性能的影响.结果表明:Ta-W合金的晶格常数、弹性常数、体模量、杨氏模量、剪切模量均随着W含量的增加而增加;然而Ta-Hf合金的相关性质参数变化趋势则相反.同时,结合能及电子态密度结果表明Ta-W合金的稳定性与W含量呈正相关;Ta-Hf合金的稳定性随着Hf含量的增加而降低,但Hf的添加对Ta合金的各向异性趋势变化影响显著,且Hf可以明显提高Ta合金的韧性.

热处理对TC18钛合金组织定量分析及性能影响规律研究

为探究固溶+时效工艺对TC18钛合金组织、性能的影响规律。通过控制(α+β)两相区固溶温度来控制合金中初生相(αp)的体积分数,通过控制时效温度调控次生相(αs)的占比及尺寸,在定性分析工艺-组织-性能演变规律的基础上,通过MIPAR的深度学习模块对其进行高精度定量表征。结果表明:500℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为45.03%,合金强度提高273.66 MPa,塑性降低了9.39%;550℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为58.78%,合金强度提高367.72 MPa,塑性降低9.89%。结论:固溶处理可以控制初生相(αp)含量,从而影响合金塑性,而时效处理可以控制合金的次生相(αs)尺寸和含量,影响合金强度,通过制定高固溶温度和低时效温度来提升合金的综合性能。

TA24合金多道次热变形行为及管材制备仿真

为研究TA24钛合金的高温热变形行为以及PQF(Premium quality finishing)热连轧制备工艺,采用Gleeble-3500热模拟机对TA24钛合金进行多道次热模拟压缩实验;采用Arrhenius双曲函数构建了TA24钛合金的应变补偿本构模型,分析了TA24合金微观组织随应变速率、变形温度变化的规律;结合有限元仿真研究了PQF热连轧过程中应变场、温度场及轧制力的变化。结果表明:多道次变形时,TA24钛合金的流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比;随着变形温度的升高,TA24合金从(α+β)双相向β相转变,流变应力相应降低。在950℃变形时,应变速率变化对微观组织影响不大,均为拉长的魏氏组织。有限元分析结果显示:钛管经过奇数机架时,应变最大值出现在0°位置,最小值出现在60°位置,而偶数架次结果与之相反;钛管在0°与30°位置的径向位移在经过奇数机架时下降,偶数机架时上升,而60°位置的径向位移则呈相反的变化趋势;此外,轧制过程中轧管金属从孔型底部向辊缝处流动,整体轧制力在170~700 kN。

新型高强Al-Cu-Li-Mg-Ag合金的时效工艺研究

Al-Cu-Li合金为析出强化型铝合金,因高比强度、耐腐蚀、抗疲劳性好等特点,广泛应用于航空航天等领域。第三代铝锂合金通过增大Cu/Li比提升力学性能,却与铝锂合金减质量初衷相背离,因此在尽可能保持Li元素占比的同时使合金展现更高的性能是目前研究的热点。有鉴于此,本文在典型的第三代铝锂合金AA2195的基础上降低了Cu含量,自制新型Al-3.18Cu-0.89Li-0.37Mg-0.15Ag(质量分数)合金,通过显微硬度测试和拉伸性能测试对比研究不同时效工艺下该型合金的时效行为和性能演化规律,并基于透射电子显微镜(TEM)分析不同时效工艺下的相析出,包括析出相的组成、主要强化相析出占比与尺寸变化。结果表明:在单级时效时,时效温度的升高使析出相更细小弥散,抑制δ'相生成,提高了T_(1)相占比并增大了其径厚比,使人工时效到达峰值的时间提前,合金强度提高。自然时效使后续人工时效时T_(1)相和δ'/θ'/δ'相增多,显著提高了T_(1)相的径厚比,抑制了δ'相和σ相的析出,晶界无析出带不明显,相对于单级时效,屈服强度提高12%,抗拉强度提高9%,伸长率略有下降,峰值硬度不变,合金综合性能更优良。

搅拌摩擦焊在镁合金焊接中的应用与进展

近年来,镁合金在航空航天、汽车电子、轨道交通等领域的需求日益增长,焊接是保障镁合金工业化应用的重要技术手段。搅拌摩擦焊(FSW)因其绿色环保、焊接效率高、接头性能好等优势在镁合金焊接中得到了一定的应用。本文从工艺参数与性能、镁合金FSW辅助技术与异种镁合金FSW研究等对国内外镁合金FSW进行了归纳,并对镁合金FSW未来的发展进行了展望。

铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究进展

铝合金因优异的性能被广泛用于航空航天、交通运输等领域,但其连接工艺仍制约着铝合金的使用。固相焊接——搅拌摩擦焊解决了铝合金铆接的增重和熔化焊连接时易产生焊接缺陷的问题,在一定程度上解决了铝合金的连接问题。与其他焊接工艺相同,铝合金的搅拌摩擦焊接头是焊件的薄弱环节,影响焊件的安全性及寿命。故铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的优劣是决定构件耐久性和安全性的关键因素。因此,系统而深入的掌握铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能至关重要。本文详细介绍了铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及疲劳断裂特征,分析了工艺参数、显微组织、外加载荷、腐蚀环境等因素对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响,总结了表面强化技术、外加辅助技术、热处理等提升铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的方法,最后对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究进行了展望。

铝合金表面激光熔覆涂层的组织和性能研究进展

为提升铝合金零件在磨损、腐蚀等环境下的服役寿命,综述了目前国内外激光熔覆技术实现铝合金基体性能强化研究进展。总体来说,激光熔覆涂层技术在一定程度上提高了铝合金基体的耐磨性能,并在结合多种技术复合处理、数值仿真模拟优化涂层工艺与参数、加强新技术研发等方面提升铝合金基体表面耐磨性能进行了一定的展望。

形状记忆合金在辅助器具和康复设备中的应用

背景:随着科技的不断进步,新技术和新方法的引入将为形状记忆合金在辅助和康复领域的应用带来更多的可能性和新的突破。目的:通过综述形状记忆合金在辅助器具和康复设备中的应用现状,讨论它们的主要方法、技术和结果,归纳总结并提出建议,希望形状记忆合金能够不断优化,为辅助和康复设备的发展带来更多新的变革。方法:通过计算机检索万方、Pub Med和Web of Science数据库,以“形状记忆合金,应用进展,正畸,矫形,假肢,康复,特性,植入,力学性能,镍钛记忆合金,驱动”为中文检索词,以“Shape memory alloys,Application,Orthodontics,Orthopedic,Prosthetics,Rehabilitation,Properties,Implant,Drive,Progress,Prostheses”为英文检索词,最终纳入91篇文献进行综述。结果与结论:(1)形状记忆合金具有耐腐蚀性、耐磨性、生物相容性、抗疲劳性和抗扭结性等特性,相比其他传统材料(不锈钢、钛合金、钴铬合金等)具有更低的弹性模量且无生物毒性,适合作为假体长期植入体内。由于其具有形状记忆效应和优异的力学性能,遂主要作为驱动元件或作为连接设备和人体的桥梁应用于假肢、矫形器和康复设备中。(2)使用形状记忆合金驱动元件能够减轻设备质量、消除噪声、容易操作、便于携带和更好地辅助关节运动等,比起使用气动、液压和电气驱动方法的设备优势明显。(3)另外形状记忆合金在变形时能够产生恒久、稳定的应力,相比不锈钢、钛合金和铝合金矫形器具有更高的材料回收率且不用频繁更换调整,所以在矫治畸形方面更具实用价值。(4)目前形状记忆合金在矫形器中应用最多,在镫骨假体中的临床应用效果最好。而由于技术及成本等的限制,形状记忆合金在假肢和康复设备中的应用较少,且缺乏对应用效果的大样本研究。(5)虽然形状记忆合金在辅助和康复领域得到了一定的发展,但仍存在许多问题:对形状记忆合金进行精准控制很难;形状记忆合金的冷却速度慢;无法对其变形速度进行控制;缺乏对不同性状形状记忆合金的对比研究和专家共识;形状记忆合金成本高,价格贵。(6)未来应注意开发新型形状记忆合金,增加对比性研究,采用新技术、新方法(如4D打印等)解决目前存在的问题,从而研发出高性能的辅助器具和康复设备。

Cu-Fe合金凝固过程中结构变化研究

采用分子动力学模拟方法研究了Cu_(100-X)Fe_(X)(X=1%、3%、5%)合金在冷却速率为2×10^(10)K/s条件下合金凝固过程.研究表明,Fe含量为1%时,随着合金温度的降低Fe原子始终保持均匀分布的状态,未出现Fe原子聚集现象,晶体结构是以FCC为主的Cu基体,Fe原子以固溶形式存在于基体中.Fe含量为3%时,随着合金温度的降低Fe原子有聚集趋势,但BCC晶体结构占比较小,晶体结构仍是以FCC为主的Cu基体.Fe含量为5%,随着合金温度的降低Fe原子发生明显聚集,最终形成以FCC、HCP晶体类型为主镶嵌Fe原子的Cu基体.研究了Fe团簇的形成过程,结果表明,Fe团簇的形成、长大是一个连续的过程,该过程受形核生长机制控制,不同阶段形成Fe团簇的大小和数量受Fe-Fe原子相互作用力、Fe原子的扩散能力以及Fe团簇与Cu基体间的界面能三个因素共同影响.

铜银纳米合金团簇结构转变的原子模拟

采用基于嵌入原子方法势的分子动力学方法对熔融Cu_(n)Ag_(53-n)(n=0~53)和Cu_(n)Ag_(54-n)(n=0~54)合金团簇的降温凝结过程进行模拟.通过结构相图、自由能、原子化能、形状因子、对分布函数、熵和直观可视化的原子堆积结构等多种计算分析手段,在原子尺度上探究温度、组分和初始构型等对小尺寸Cu-Ag合金团簇在降温凝结中的结构转变以及热力学量的影响.模拟结果表明,在室温下含有少量Cu原子的二元合金团簇可以形成的核壳式二十面体几何结构,同时Cu原子取代Ag原子也有助于合金团簇的稳定.组分的改变和温度的降低使堆积结构由无序变为有序,同时伴随着原子势能、形状因子、熵的振荡下降,低温阶段熵值下降明显.

Al_(0.3)V_(0.1)NbZr_(1.3)Ti_(1.4)Ta_(0.8)高熵合金的力学行为和侵彻释能特性

为了探究不同加载速率下Al_(0.3)V_(0.1)NbZr_(1.3)Ti_(1.4)Ta_(0.8)高熵合金(HEA)的力学行为和侵彻释能特性,采用分离式霍普金森杆(SHPB)开展了动态力学性能测试,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等,研究了其在不同应变率下的力学行为、变形机制及释能特征。基于12.7 mm的弹道枪实验平台开展了Al_(0.3)V_(0.1)NbZr_(1.3)Ti_(1.4)Ta_(0.8)高熵合金对6mm厚Q235钢板的侵彻试验,分析了其侵彻释能特征与撞击速度的关系。结果表明:该材料的初始微结构主要是有序体心立方(B2)相,在动态加载过程中材料内部产生了大量位错,具有优异的压缩塑性,裂纹在材料内部沿着晶界扩展形成大量二次裂纹。随着加载速率的提高,材料发生释能反应,加载速率越大,材料破碎越充分,材料的释能反应越剧烈,高速加载条件下表现出优异的侵彻性能,撞击靶板后可以发生释能反应引燃靶后棉花。

铝合金悬置托臂挤压铸造工艺设计与开发

对汽车铝合金悬置托臂进行了挤压铸造浇注系统设计与仿真分析。通过采取增加浇道、局部增压和高压点冷措施改善孤立热节冷却条件,对比改进前后浇注系统对铝合金悬置托臂铸件内部缩孔缺陷的影响;同时研究了不同T6处理工艺对铸件金相组织及力学性能的影响,对同类零件的挤压铸造浇注系统设计及T6处理工艺确定有一定的借鉴意义。

热处理工艺对TC4合金腐蚀性能的影响

为了研究不同热处理工艺对TC4合金在5 M盐酸溶液中的腐蚀行为。在TC4合金的基础上,分别用淬火法和空冷法制备了WQ-TC4和AC-TC4合金。通过观察3种试样的显微组织演变,探讨显微组织对耐蚀性的影响。结果表明:TC4和AC-TC4合金在α和β相界处均出现元素偏析,导致两相间形成微观原电池,使合金的耐蚀性下降,而WQ-TC4合金无明显的元素偏析。较小的元素偏析使WQ-TC4合金拥有最佳的耐蚀性,TC4次之,AC-TC4最差。

AlCoCrFeNi_(x)高熵合金高温热处理微观组织演变及力学性能

由于凝固过程的枝晶生长和元素偏析等行为,双相高熵合金很难获得良好的综合力学性能。不同于设计共晶高熵合金或改善铸造工艺,借助亚稳态相变可以调控高熵合金的微观组织和力学性能。多主元高熵合金物相组成和分布与组元种类和含量密切相关,固态相变对合金组织和性能的影响规律不尽相同。采用真空电弧熔炼制备AlCoCrFeNi_(x)(1.4≤x≤1.7)高熵合金,研究高温热处理过程合金微观组织的演变及其对力学性能的影响。结果表明,随Ni含量增加,铸态高熵合金BCC/B2枝晶组织比例逐渐降低,晶间区域比例逐渐增加,且由FCC单相组织转变为共晶组织。合金屈服强度和抗拉强度分别由1067 MPa(x=1.4)和1416 MPa(x=1.5)降低至464 MPa和1191 MPa(x=1.7),延伸率由1.7%(x=1.4)提升至11.5%(x=1.7)。经1100℃高温热处理,BCC/B2枝晶组织转变为FCC和B2双相组织,合金强度均有所降低,塑性明显提升。热处理态AlCoCrFeNi_(1.6)和AlCoCrFeNi_(1.7)高熵合金呈现典型的两级网状组织,且因FCC相脱溶析出B2相,合金屈服强度降幅逐渐减小。其中,热处理态AlCoCrFeNi_(1.7)高熵合金屈服强度和抗拉强度降幅分别仅为4.1%和7.5%,而延伸率增幅达52.2%,综合力学性能显著提升。