Ni-Cr-Al合金在1000℃空气中的氧化

研究了两种不同Cr含量的常规熔炼Ni Cr Al合金在1000℃空气中的氧化行为.合金氧化动力学遵循抛物线规律,Ni 20Cr 2 5Al合金在1000℃的氧化增重略小于Ni 15Cr 2 5Al合金,二者的氧化增重都明显小于Ni 20Cr合金.Ni 20Cr 2 5Al合金1000℃氧化后形成了外层的Cr2O3及内层极薄的Al2O3型氧化膜,在Ni Cr合金中加入Al,由于Cr、Al的相互作用,降低了形成Cr2O3和Al2O3外氧化膜所需的Cr或Al的临界含量,促进了保护性Al2O3或Cr2O3膜的生成.

Ni-Cr-Al合金Ti+Nb微合金化前后相含量及其分布对高温性能的影响

研究了Ni-Cr-Al合金及其Ti+Nb微合金化+时效处理后,合金中相含量及其分布对900℃拉伸及900℃/29.5MPa持久拉神性能的影响。结果表明,微合金化后,合金中 y’及M_(23)C_6相总量增加;其900℃抗拉强度和900℃/29.5MPa持久寿命相应增加;晶界上MN相含量的增加以及M_(23)C_6相含量的减少有利于合金高温抗拉强度和持久寿命的提高。

Ni-Cr-Al合金中间处理过程的微观相场模拟

基于微观相场模型,模拟研究中间处理+时效处理(1273K+1073K)工艺对Ni-15.5%Al-10.5%Cr(原子分数,下同)合金沉淀机制和有序相体积分数的影响。研究发现:经过中间处理,合金沉淀机制为非经典形核长大;而单级时效时,沉淀机制为等成分有序化+失稳分解混合机制。中间处理可得到尺寸较大的沉淀强化相γ′相,有序相体积分数和平均长程序参数有所提高,孕育期比单级时效延长。

低Al含量Ni-Cr-Al合金有序化及相边界演化的数值模拟

基于三元微观相场模型,模拟研究了873K时低Al含量三元合金Ni-Cr-Al有序化及相边界演化过程。研究发现,合金Ni-11Cr-7Al(原了百分数,下同)沉淀机制为非经典形核长大,沉淀过程中L12有序相伴随着DO22有序相的形核长大,同时,部分DO22有序相向L12有序相转化。由于Cr原子替代Al原子位置,在L12有序相内两种原子占位几率接近,形成Ni3(CrxAl1-x)结构的L12有序相,并且与DO22有序相共存。

新型Cu-Ni-Cr-Al合金性能的研究

通过对新型Cu-Ni-Cr-Al合金成分的配料控制,研究的铜合金平均弹性极限σ0.005为1062MPa;1和100h的弹性稳定性指标分别达到99.6%和99.2%;使用弹性材料制作的元件具有力-位移关系曲线的良好一致性;使用研制材料制作的元件进行长期弹性稳定性考核优良。

Ni-Cr-Al合金中D0_(22)相和L1_2相沉淀过程微观相场模拟

基于微观相场动力学模型和微观弹性理论,对Ni75Cr19Al6.0合金的沉淀过程进行了研究。结果表明,合金沉淀初期,D022相以失稳分解机制从无序基体中析出,L12相以非经典形核长大机制析出,两相均呈现不规则形状且随机分布。共格沉淀相和母相之间的点阵错配度引起的弹性场对沉淀过程产生明显影响,D022相和L12相在沉淀后期表现出强烈的各向异性特征,其形貌均转变为长方块状,沿弹性"软"方向([100]和[001])规则分布,沉淀后期在基体中形成高度择优取向的微观组织。粗化过程中,D022相和L12相的平均半径的立方与时效时间整体上并不满足线性关系,弹性约束系统中的长大规律发生变化。

电子束物理气相沉积Ni-Cr-Al合金薄板微观组织研究

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在温度为700℃的不锈钢基片上沉积厚度为0.2mm的Ni-Cr-Al高温合金薄板,然后将合金薄板与基片剥离。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)等测试手段研究了Ni-Cr-Al合金薄板的微观组织。结果表明,沿厚度方向合金具有两种不同晶粒形貌的两层结构,在沉积材料的靠近基板侧观察到柱状晶区,同时表现出{111}织构,而在远离基板一侧晶粒形貌则为近等轴晶且无织构现象;合金表面晶粒细小均匀且呈岛状分布,每个"岛屿"由许多晶粒尺寸约为100 nm柱状晶粒组成;晶粒内部亚结构表现为孪晶。

EB-PVD沉积Ni-Cr-Al合金的组织和力学性能的研究

利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法制备出厚度为0.5mm的Ni-Cr-Al高温合金。研究了该合金在制备状态和长期时效后的显微组织及其力学性能。结果表明,制备态合金表面的晶粒尺寸约为185nm,并且材料断面呈层状结构。合金在760℃下时效16h,72h和120h后,材料断面的层状结构消失,且明显看到晶粒的存在。合金时效16h后,在靠近基板一侧形成柱状晶,但远离基板一侧为等轴晶。760℃长时间时效形成的主要强化相为γ'相。断口结果表明,制备态合金室温断口为混合型断口,接近基板一侧发生沿柱状晶边界的脆性断裂,而在另一侧为韧窝为主的韧性断裂。材料经长时间的真空时效后,断口由脆性断口转变为韧性断口。合金的室温显微硬度随时效时间的增加而下降,这是由于γ'相不断长大所引起。与制备态合金相比,时效后合金的力学性能明显改善。

Ni-Cr-Al合金分级时效过程的原子尺度的模拟

基于微观相场模型,模拟了Ni-8%Cr-17%Al合金(原子分数)在分级时效工艺(1273K+1073K)下沉淀过程中原子图像和体积分数的变化规律。研究发现分级时效工艺与单级时效工艺相比,沉淀强化γ′相尺寸较大,数量较少,γ′相体积分数略有增加,合金沉淀孕育期延长。

用透射和扫描电镜观察Ni-Cr-Al合金γ'和Cr(α)析出相

Ni-Cr-3％Al-0.2％Ce合金0.3mm细丝经500～600℃时效处理,用透射和扫描电镜观察组织形貌,用化学定量提取法和测定微区成分的方法确定相Ni、Cr、Al的含量,用程控图像仪测定富Cr(α)相析出颗粒大小和分布,查明γ’相沿基体{100}面共格析出并呈细小颗粒状,在γ’相周围析出的过饱和富Cr(α)相弥散分布在合金基体中。据此认为该合金是由γ’相和富Cr(α)相复合析出强化合金基体的。

二次时效处理对Ni-Cr-Al合金组织和性能的影响

在 Ni-Cr 合金中加入3%Al 和0.3%Ce.细化合金晶粒组织可以拔成直径0.2～0.3 mm 细丝,形成弥散硬化型的高硬弹合金.实验表明:在600℃,3h 一次时效处理后再进行500℃,5 h 低温度二次时效处理能获得86%(质量分数)的过饱和富 Cr(α).测定析出富Cr(α)相颗粒的平均直径为1.6214 mm,颗粒的总面积占测绘面积的百分数为20.7%.二次时效处理使一次时效析出的富 Cr(α)相颗粒聚集最大,并且析出新生富 Cr(α)相颗粒细小,弥散分布,提高了合金的硬度和强度,改善了合金的韧性.

四元Co-Ni-Cr-Al合金高温氧化模式及其转变机理

为深入探究Cr、Al元素对Co-Ni合金高温氧化行为的影响,本工作研究了四元Co-20Ni-8Cr-xAl (x=3、5,质量分数,%)合金在纯氧中800、900、1000和1100℃下的氧化行为。氧化后,2种合金表面均生成了复杂的氧化膜。2种合金在800、900和1000℃下均有不连续Al_(2)O_(3)膜生成,1100℃下仅在Co-20Ni-8Cr-5Al表面生成Al2O3。温度从800℃升到900℃,合金的氧化速率均提高,而温度从1000℃升高到1100℃后,2种合金的氧化速率均下降。合金中Al含量由3%增加到5%,Co-Ni-Cr-Al合金的氧化速率随之下降,但5%的Al含量仍不足以令合金表面生成保护性的Al2O3膜。与Al含量相同的Co-Ni-Al三元合金相比,Cr和Al的同时存在有利于降低四元Co-Ni-Cr-Al合金的氧化速率。

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。

Ni-Cr-Al合金电弧喷涂工艺对涂层结合强度的影响

为使Ni-Cr-Al合金电弧喷涂涂层获得优良的性能,以涂层结合强度为判据,通过正交试验对Ni-Cr-Al合金电弧喷涂工艺进行了优化。利用扫描电镜、能谱仪等手段对涂层和断口形貌进行分析,同时对涂层的显微硬度进行了测试。结果表明,喷涂距离、雾化空气压力、喷涂电流、喷涂电压对Ni-Cr-Al合金涂层结合强度具有不同的影响,确定优化后的工艺参数为喷涂电流160 A,喷涂电压32 V,雾化空气压力0.5 MPa,喷涂距离160 mm。在优化工艺参数条件下,电弧喷涂Ni-Cr-Al合金涂层组织呈现出典型的层状结构,其最大结合强度可达34.30 MPa,具有较好致密性和硬度。

Ni-Cr-Al合金中Cr、Al含量对热加工性的影响

Ni-Cr-Al系高温合金作为一种常用的新型航空发动机密封材料,通过调整Cr、Al含量可以提高耐高温及热腐蚀性能,但同时也会影响合金的热加工性。通过热模拟压缩试验,分析了Cr,Al含量分别在15%～25%,4%～5%(质量分数,下同)范围调整时,对合金高温变形特性的影响规律。结果表明,Cr、Al含量的提高会不同程度缩小合金的安全热加工区域。通过热力学平衡相计算和组织观察发现,成分变化影响热加工性的主要原因是晶界胞状碳化物的形态及析出量变化。综合考虑热变形试验、组织观察结果以及耐高温腐蚀的因素,20%Cr和4%Al是比较合适的成分选择。

Ni-Cr-Al纳米晶合金在1000℃的高温氧化行为

研究了纳米晶Ni-Cr-Al合金的高温氧化行为 ,发现与铸态合金不同 ,随成分不同纳米晶合金在 10 0 0℃氧化时 ,氧化物可分为四个区 :A单一Al2 O3 区 ;B复杂氧化膜含一连续Al2 O3 内层区 ;C复杂氧化膜含内氧化物区 ;DAl2 O3 和NiAl2 O4共生区 .纳米晶化明显扩展了Al2 O3

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.

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.