TiFe基储氢合金活化及电化学性能研究进展

能源危机正在催生新能源迅猛发展,氢是地球上分布广泛的元素之一,因具有高热值、丰富的来源以及环保特性而被认为是理想的次生能源。随着新能源汽车行业的快速发展,燃料电池技术,特别是镍-氢(Ni-MH)燃料电池,已成为研究的热点。在各种储氢材料中,TiFe基合金因其低成本和高储氢容量等特点备受青睐,也作为Ni-MH燃料电池的负极材料成为现代研究的焦点。TiFe基合金属于AB型储氢合金的典型代表,具有潜在的高理论储氢容量,而且在室温下表现出良好的可逆吸放氢性能。然而,TiFe基合金的应用面临一些挑战。首先,合金的激活过程要求极端条件,这增加了制备的复杂性。其次,合金在吸放氢过程中容易受到毒化作用的影响,这可能降低其性能。最后,合金的吸放氢动力学性质的波动也可能对其在电化学应用中的性能产生不利影响。这些问题限制了TiFe基合金在商业化应用中的进一步发展。单元素合金化或多元素合金化可以有效改变TiFe基合金的成分布局和晶格结构,优化储氢性能,包括提高活化动力学、增加储氢容量以及优化吸放氢动力学,还可以显著提高合金的电化学综合性能,包括最大充放电容量、高倍率放电性能及循环稳定性等。制备工艺中的铸造法和球磨法等同样可以增加合金的储氢活性,显著提高其吸放氢动力学性能,进而提升电化学充放电容量。表面改性的方法优化了合金的微观结构和接触位点,从而提高了储氢性能和循环寿命,使合金的电化学充放电过程更稳定。

基于三维加工图的AZ31与GW83镁合金热加工可成形性对比研究

为了研究传统商业牌号镁合金与稀土镁合金在热加工可成形性上的差异性,以传统商业牌号AZ31镁合金和高强韧GW83稀土镁合金为研究对象,分别在压缩温度300~450℃,应变速率为0.001~1 s^(-1)条件下开展了热压缩实验,得到了两种合金的真应力-真应变关系曲线,对比分析了两种合金的热压缩变形特性。基于真应力-真应变曲线、动态材料模型和Murty失稳判据,分别建立了两种合金的三维加工图,预测了相应的安全区间和失稳区间,对比了两种合金的热加工可成形性。最后,以两种合金为原料,采用3组不同的工艺参数分别开展了针对同一规格薄壁管的反挤压成形实验。结果表明:与AZ31相比,GW83合金的安全区间较窄,失稳区间较宽,可成形性较差。以AZ31为原料反挤压成形的薄壁管外形较好且组织为细小的再结晶晶粒;而GW83合金在反挤压过程中成形困难,各组已成形薄壁管的边缘均发生了碎裂且组织中含有大量孪晶。验证了基于三维加工图实现不同材料可成形性预测方法的可行性。

载荷与温度对20CrMnTi合金钢磨蚀行为的影响

【目的】钻机动力头中齿轮材料常选用20CrMnTi合金钢,该材料硬度和耐磨性优异,被广泛应用于制备各种传动装置中的关键零部件,如齿轮、轴承和传动轴等。但由于钻机动力头在工作过程中常常需承受大的转矩,且施工条件恶劣、服役工况复杂苛刻,需遭受各种复杂的磨蚀行为,久之必将影响其服役性能。掌握20CrMnTi合金钢在实际服役过程中表面的磨蚀损伤失效机制就显得十分重要。【方法】基于磨损试验装置和电化学腐蚀工作站,研究了20CrMnTi合金钢在不同温度(25℃/100℃)和载荷(35 N/55 N/75 N)工况下磨蚀界面的损伤行为和腐蚀动力学响应。【结果】试验结果表明,磨损温度及法向载荷的增大均会加剧材料的磨损,进而降低其表面的电化学腐蚀抗性;此外,20CrMnTi合金钢的磨蚀损伤机制主要表现为磨粒磨损和疲劳剥落。

稀土元素对钛合金激光焊接头组织及性能的影响

在TC4钛合金激光焊缝中以Yb_(2)O_(3)的方式加入稀土元素Yb,探究稀土元素对TC4钛合金激光焊接接头组织、室温性能及高温性能的影响。研究表明:焊缝原始β晶粒内部存在弥散分布的白色Yb_(2)O_(3),能有效减小焊缝中心宽度,并细化β晶粒尺寸。当Yb_(2)O_(3)含量为6%时,焊缝中心宽度减小22.3%,β晶粒尺寸减小32.4%。Yb_(2)O_(3)能够提高钛合金激光焊接接头塑性,随着Yb_(2)O_(3)含量增加,焊缝室温伸长率和高温延伸率均呈先增大后减小的趋势,Yb_(2)O_(3)含量在6%时,室温伸长率达到最大,为6.8%,高温延伸率达到最大,为382%。

面向材料腐蚀防护的铅铋合金氧测氧控研究进展

铅铋合金具有优异的核性能、高导热率、高沸点和化学惰性等特点,以其作为冷却剂的铅铋快中子增殖反应堆是最具发展前景的第四代先进核能系统的六种堆型之一。铅铋合金冷却剂对反应堆结构材料较强的腐蚀性是限制铅铋快堆发展的重要因素;然而,控制铅铋合金中溶解氧在特定的范围是实施结构材料在液态铅铋环境下腐蚀防护的有效手段之一,因此要求铅铋系统必须实现溶解氧的测量与控制,以保障反应堆的安全运行。近年来,随着铅铋快堆研发的深入,材料腐蚀防护关键共性技术不断突破,本文总结了面向反应堆结构材料腐蚀防护的铅铋溶解氧测量和控制技术研究进展,介绍了铅铋合金氧测氧控国内外研究现状,重点对比分析了不同氧控模式在铅铋快堆的应用前景,最后对面向铅铋快堆的氧测氧控技术的发展及应用进行了展望。

近α钛合金静动态力学行为研究进展

近α钛合金具备卓越的机械性能与高比强度,在较宽的温度区间内展现出优异的蠕变性能和杰出的抗疲劳性,是航空、航天、水利、电力、冶金等众多领域不可或缺的结构材料之一。当前,随着对航空航天领域以及极寒区域的持续探索,对钛合金结构材料的性能要求愈发严苛。不但要求钛合金具有更高的静态力学性能,还对其动态力学性能提出了更高的要求,以适应极端环境。钛合金的成分主要决定了其类型和性能,而通过恰当的热加工、冷加工以及热处理,可以进一步对其物理和机械性能进行调控。因此,本文综述了近α钛合金静动态力学行为的影响因素,探讨了元素成分与织构对近α钛合金力学性能的影响,总结了近α钛合金在高应变率下的动态力学行为研究现状。

基于CEL方法的6005A铝合金搅拌摩擦焊数值模拟研究

目的研究6005A铝合金搅拌摩擦焊接全过程温度场及焊后残余应力的分布规律。方法基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法,应用Johnson-Cook本构模型,并采用质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊热力耦合仿真模型,模拟分析6005A铝合金搅拌摩擦焊不同阶段的温度场变化和焊后应力分布情况。通过红外热像仪温度场试验、X射线应力场试验和宏观形貌试验,对数值模型进行验证。结果在下压与预热停留阶段,温度快速升高至545℃,且呈对称分布;在焊接阶段,焊缝区域最高温度为546℃,出现在返回侧,返回侧温度略高于前进侧温度,呈不对称分布。焊后残余应力集中在焊缝中心两侧40 mm范围内,垂直于焊缝方向的横向/纵向残余应力分布曲线呈“M”形;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,表现为返回侧残余应力高于前进侧残余应力,其中最大纵向残余应力为−174 MPa,最大横向残余应力为206 MPa,应力最大点均出现在返回侧。待测点实测温度与模拟温度误差不超过5%;待测点实测残余应力与仿真值吻合较好,横/纵向残余应力误差分别为16.3%、16.45%;模拟焊缝与实际焊缝宏观形貌吻合较好。结论在搅拌摩擦焊过程中,材料流动不充分使返回侧温度略高于前进侧温度,而焊接过程中不均匀的热分布导致焊后残余应力也呈返回侧数值略高于前进侧数值的不对称分布;通过将试验和模拟得出的温度场、应力场、宏观形貌进行对比分析,可知试验与仿真误差较小,数值模型能够反映真实的焊接过程,从而验证了6005A铝合金CEL数值模型的正确性。

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。

微弧氧化改性对Ti6Al4V合金电子束接头耐蚀性能的影响

目的提高Ti6Al4V合金电子束焊接接头耐蚀性能。方法采用电子束焊接方法水平对接获得接头。利用微弧氧化技术对接头进行陶瓷化处理。通过光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学腐蚀测试和浸泡腐蚀测试,分别评价未覆膜接头及覆膜接头涂层的组织、结构和耐蚀性能。结果与母材相比,焊接接头微观组织发生较大变化,由初生α相与晶间β相混合相转变为针状α'马氏体集束,在晶界周围呈羽毛状分布。对接头与母材进行微弧氧化处理后,接头与母材区域表面特征相似,熔融状凸起较多且分布大小不均匀的微孔。然而,接头涂层孔径与孔隙率较小。与母材涂层相比,接头涂层厚度、完整性和连续性较低。接头涂层与母材涂层的主要组成均为金红石(Rutile)TiO_(2)相和锐钛矿(Anatase)TiO_(2)相。虽然与含涂层母材相比,含涂层接头耐蚀性较低,但其与不含涂层接头相比,自腐蚀电位(E_(corr))提升290mV,自腐蚀电流密度(J_(corr))降低1个数量级,且在2mol/LHCl溶液中浸泡腐蚀速率大幅降低。结论微弧氧化处理可以有效提升接头在中性和酸性溶液中的耐腐蚀性能。

Zr-4合金在LiOH溶液中的微动损伤机理

在研制的多功能微动磨损试验机上开展了锆合金在LiOH腐蚀溶液(0.01 mol/L)中的微动磨损实验,实验材料选用核燃料包壳管常用材料Zr-4合金。实验结束后采用光学显微镜(OM)、白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDX)等设备对磨痕形貌、磨屑成分等进行分析表征,揭示锆合金在LiOH腐蚀溶液(0.01mol/L)中的微动损伤机理。结论如下:随着位移幅值的增大,锆合金在LiOH溶液中的微动运行逐渐由部分滑移区向混合区和滑移区转变;稳态摩擦系数随着位移幅值的增大而增大;微动运行在部分滑移区时,微动损伤以轻微粘着磨损和塑性变形为主,混合区微动损伤以粘着磨损、腐蚀磨损和塑性变形为主,滑移区微动损伤以磨粒磨损、腐蚀磨损和剥层磨损为主。

医用钛合金激光表面改性抗菌涂层的研究进展

激光作为一种高效、清洁热源,在材料表面改性中占有重要地位。激光表面处理可以调控材料表面组织结构和合金成分,改善材料的耐磨、耐腐蚀和抗菌等性能。钛及钛合金具有优异的力学性能、生物相容性和耐腐蚀性能,是人体硬组织的主要替代产品之一,在生物医用材料领域得到广泛应用。但钛及钛合金不具有抗菌性能,在植入过程中易发生细菌感染而造成植入手术失败,是目前钛合金骨科植入手术中亟待解决的问题。该文针对钛合金抗菌性差的问题,采用激光表面处理工艺,综述了激光表面合金化、激光表面织构和激光熔覆等激光表面改性技术改善钛合金抗菌性能的研究现状,阐明其抗菌机理,并对发展趋势进行展望,为激光技术提高钛合金抗菌性能的深入研究及应用提供理论基础及技术支撑。

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。

形变热处理对Incoloy 800合金组织及耐腐蚀性能的影响

以95%冷轧获得的纳米晶Incoloy 800合金为对象,研究了不同退火温度下纳米晶材料的微观组织及在模拟Cl-的腐蚀环境中电化学腐蚀行为。结果表明:冷轧态合金微观组织得到显著细化,500℃退火后合金得到初步回复,温度升高至600℃晶界变得清晰,同时出现析出相TiC及Cr_(23)C_(6)。700℃退火后合金发生明显的再结晶,析出相Cr_(23)C_(6)大量增加,弥散分布于基体。冷轧态Incoloy 800合金耐腐蚀性能最好,高密度位错为表面钝化膜的形成提供位点,进入活化阶段钝化膜能降低腐蚀速率。其中,600℃退火合金相较其他温度的耐腐蚀性能较好。700℃退火后,Cr_(23)C_(6)相大量析出,耐腐蚀性能最差。

Ti_(2)AlNb粉末合金制备及力学性能影响

热等静压工艺是常见的粉末Ti_(2)AlNb合金制备方法,为深入研究制粉工艺等因素对粉末Ti_(2)AlNb合金组织性能的影响,分别采用等离子旋转电极雾化法和无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备Ti_(2)AlNb洁净预合金粉末,并对2种工艺制备的预合金粉末以及二者的混合粉末进行表征。通过热等静压工艺制备Ti_(2)AlNb合金,研究制粉工艺、包套泄漏形成的孔隙缺陷及夹杂物对Ti_(2)AlNb合金显微组织与力学性能的影响,并采用优化的工艺进行多种Ti_(2)AlNb粉末合金构件的成形。实验结果表明:制粉工艺会影响粉末合金的持久性能,包套泄漏引起的孔隙缺陷会显著降低粉末Ti_(2)AlNb合金的力学性能,夹杂物会显著影响粉末合金室温拉伸性能的一致性与稳定性。

添加少量锌元素对SnSb8Cu4巴氏合金性能的影响

研究了质量分数为0.83%的Zn元素对SnSb8Cu4巴氏合金显微组织、硬度及抗高温蠕变性能的影响,结果表明:加入Zn元素后,SnSb8Cu4基体中析出了大量细小弥散的SnSb颗粒,且倾向于沿Sn基体晶界析出,金属间化合物Cu_(6)Sn_(5)和SnSb颗粒的总体积分数从14.9%增加到21.2%;室温下布氏硬度的增加不明显,但100℃下的抗蠕变能力显著提高。Zn元素的加入降低了Sb在Sn基体中的固溶度,使更多的SnSb颗粒沿晶界析出,对蠕变变形过程中晶界滑动起到钉扎作用,从而提高了抗蠕变能力。稳态蠕变阶段,压痕蠕变速率与压痕应力呈指数关系,根据实测数据推导出SnSb8Cu4和SnSb8Cu4Zn的压痕应力指数分别为2.95和2.73。

表面活性剂对电镀锌-铟合金性能的影响

目的研究表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与聚乙二醇2000(PEG)对Zn-In合金镀层性能的影响。方法采用单因素试验确定了CTAB与PEG的含量,使用响应曲面法建立耐蚀性能测试参数与表面活性剂含量之间的数学模型。实验采用线性电位扫描,并采用维氏显微硬度仪,接触角测试仪、SEM、EDS和XRD对电镀锌-铟合金镀层的析氢行为、硬度、表面湿润性、表面形貌、元素种类以及物相组成进行表征。结果通过响应曲面法建立了耐腐蚀性能参数与CTAB和PEG含量之间的数学模型,获得复合表面活性剂组成,镀层的耐蚀性良好;接触角测试结果显示,未加添加剂的膜层表面湿润角为56°,优化后镀层表面湿润角仅为25°,具有较好的亲水性,且由于晶粒细化使试样硬度提升;镀层主要由Zn、In、C、O等元素组成,加入表面活性剂对镀层的影响不大,金属铟的生长晶面主要为(101)和(102)晶面。结论最佳添加复合表面活性剂的比例为CTAB0.33g/L,PEG0.87g/L,电镀液中添加表面活性剂后能够有效提升镀层耐腐蚀性能,有效抑制了析氢反应。

低温冷风微量润滑技术对TC6钛合金加工特性的应用研究

目的探究机加工中低温冷风微量润滑技术对切削温度、材料塑性变形以及已加工表面质量的影响。方法针对TC6钛合金进行低温冷风微量润滑切削加工应用试验,对比常温干切削和–27℃低温冷风微量润滑切削以及改变加工参数对TC6材料已加工表面缺陷、微观形貌及粗糙度的影响规律,分析低温冷风微量润滑加工应用特点。结果相较于常温干切削,低温冷风微量润滑切削可以明显降低TC6材料在加工中因热量累积而导致的塑性变形,抑制了切削变形区材料与刀具因内摩擦加剧而导致的咬焊现象,减少了已加工表面黏屑、划痕、凹坑、撕裂、侧流等缺陷,有效提高了加工表面质量,与常温干切削加工相比,低温微量润滑切削的表面粗糙度值降低了19%;在加工参数为变量的切削中,提高进给量使已加工表面粗糙度值增加了49%,进给量对已加工表面质量的影响最大;提高背吃刀量使已加工表面粗糙度值增加了43%,背吃刀量对表面质量的影响次之;切削速度对表面质量的影响最小,但背吃刀量和切削速度的增加易使工艺系统产生振动,造成不稳定切削现象。结论将低温冷风微量润滑技术应用在TC6材料的加工上对提高加工质量、满足低碳工业的需求具有一定的帮助。

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。

硼含量对Fe-Cr-B合金凝固组织和性能的影响

以廉价的硅、锰、铬为基础元素,在低碳含量的情况下,研究硼含量对Fe-Cr-B合金凝固组织和性能的影响,并与未加入硼元素的试样进行对比。实验结果表明,未加入硼元素的试样组织结构简单,物相组成主要为马氏体,硬度达到59.2HRC。少量硼元素的加入即可使得Fe-Cr-B组织中生成沿晶界分布网状结构的共晶相骨架,基体物相组成并无变化。随着硼含量的提高,共晶相数量增加,组织细化,并且在共晶相内部明显分为硼化物和碳硼化合物两种物相。加入硼元素后试样硬度均达到62 HRC以上,且随着硼含量增加,其中硼含量1.4%的试样硬度最高,达到65.7 HRC。但在硼含量(质量分数)从1.4%上升到2.0%的过程中,过饱和的硼元素造成共晶相组织粗大,并且使得基体显微硬度下降,硬度不但没有提高反而略微下降至65.0 HRC。

基于响应面法的TC11钛合金振动热摆辗损伤预测及工艺优化

为有效避免TC11钛合金振动热摆辗过程中出现的材料损伤,获得对摆辗件损伤最小的工艺参数,以TC11钛合金圆柱件作为研究对象,建立基于Lemaitre断裂准则的TC11钛合金圆柱件振动热摆辗有限元模型,通过仿真获得TC11钛合金圆柱件振动热摆辗损伤值,以振动热摆辗损伤值为优化目标,采用响应曲面分析法建立基于TC11钛合金圆柱件的振动热摆辗损伤预测模型,将摆辗成形过程中的加热温度、进给速度、振动频率和振动振幅作为影响因素,分析各影响因素对振动热摆辗损伤值的影响,并进行实验验证。结果表明,各因素对摆辗件损伤值影响显著性按降序排列为:进给速度→加热温度→振动振幅→振动频率;通过对响应面损伤模型进行寻优设计,获得振动热摆辗工艺参数的最优组合为:加热温度为906℃,进给速度为4mm/s,振动频率为49.1Hz,振动振幅为0.066mm。