玻璃纤维化学镀Ni-Fe-Pr-P合金及性能研究

为获得性能优良的导电玻璃纤维,采用化学镀的方法,在玻璃纤维表面镀覆了一层均匀、致密的Ni-Fe-Pr-P合金层。利用扫描电镜、X射线能谱仪、数字万用表、振动样品磁强计、矢量网络分析仪观察了镀层的表面形貌,分析了镀层成分、含量,研究了材料的导电性与磁性能,并在8.2～12.4GHz频段内测试了材料的吸波性能。研究发现:掺杂稀土镨的镀层有较好的导电性,合金镀层中镨原子的含量最大可达9.21%;合金镀层的磁损耗值很低,是一种典型的电损耗材料;添加适量的稀土镨能显著地改善镀层的吸波性能。

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。

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。

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。

室内装饰用6063铝合金的表面改性与防腐性能研究

为了提升室内装饰用6063铝合金的表面性能,采用化学刻蚀、阳极氧化和表面修饰相结合的方法对6063铝合金基体进行了表面改性处理。对比分析了化学刻蚀时间(0、1、3和5 min)对表面改性膜层显微形貌、润湿性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,化学刻蚀处理后会在6063铝合金基体表面形成形状不规则、尺寸不等的腐蚀坑,化学刻蚀处理后6063铝合金试样的表面粗糙度和与水滴的接触角都有所增加,且化学刻蚀时间越长、表面粗糙度越大,化学刻蚀3 min后试样与水滴的接触角达到151°。6063铝合金在化学刻蚀、阳极氧化和修饰处理后,十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷已成功自组装到阳极氧化膜表面形成硅烷膜。极化曲线和电化学阻抗谱的测试结果保持一致,即相较于未经化学刻蚀的试样,经过化学刻蚀处理后再进行阳极氧化和表面修饰处理的试样的耐蚀性能都会有所提高,且经过3 min化学刻蚀试样的耐蚀性能最好,适宜在室内装饰用6063铝合金的表面改性中应用。

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。

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。

MAB和B30铜合金的空泡腐蚀行为

利用电化学工作站、空蚀试验机、冷场发射扫描电镜和光学显微镜,研究了ZCuAl_(8)Mn_(14)Fe_(3)Ni_(2)(MAB)和B30铜合金在3.5%NaCl溶液和蒸馏水中的空泡腐蚀行为。结果表明,B30的空蚀腐蚀速率大于MAB;MAB发生了选择性相腐蚀,空泡腐蚀机理较复杂;在3.5%NaCl溶液中,MAB在中心腐蚀区、低腐蚀内环区和腐蚀外环区的孔隙率均高于B30。

热处理制度对TC11钛合金高温力学性能的影响

通过改变热处理制调控TC11钛合金微观组织,研究不同热处理工艺下TC11钛合金显微组织结构与高温力学性能之间的内在联系。结果表明,随着热处理温度逐渐升高,初生等轴α相晶粒尺寸增大,百分含量占比逐渐减小,β相含量占比逐渐增大,并且伴随着针状次生α相的增多。在室温使用环境下,TC11合金在热处理B制度(960℃×2 h,AC+530℃×6 h,AC)下获得良好强塑性匹配,此时抗拉强度(R_(m))为1089 MPa,屈服强度(R_(p0.2))为976 MPa,断裂伸长率(A)为19%,断面收缩率(Z)为51%。在500℃高温使用环境下,热处理A制度(950℃×2 h,AC+530℃×6 h,AC)下合金力学性能最优,R_(m)为771 MPa,R_(p0.2)为584 MPa,A为19%,Z为71%,相比于热处理C制度(970℃×2 h,AC+530℃×6 h,AC)下分别提高了8.2%,6.3%,35%,73%。在500℃以上使用环境下,晶粒越细小的合金,高温强度反而降低,与室温力学性能相反,此时为获得良好的强塑性匹配,选用热处理制度B最佳。

形状记忆合金嵌入式加固钢筋混凝土柱抗震性能试验

为研究形状记忆合金(SMA)嵌入式加固法对钢筋混凝土柱抗震性能的影响,设计制作6根SMA嵌入式加固钢筋混凝土柱试件,通过低周往复荷载试验研究SMA筋加固混凝土柱的破坏过程及破坏模式,分析SMA加固量、轴压比和环包CFRP布对加固柱滞回性能、位移延性、刚度退化和耗能等抗震性能的影响,基于数字图像相关法分析SMA筋嵌入式加固柱的曲率分布。结果表明:SMA筋嵌入式加固钢筋混凝土柱因柱脚处纵向受拉钢筋屈服和混凝土压溃形成塑性铰而破坏,主要表现为延性破坏模式;相同轴压比下,加固柱试件较普通混凝土柱承载力提高了51.2%~70.2%,位移延性和累计耗能也得到提升,抗震性能显著改善;随加固量增加,SMA筋嵌入式加固柱的耗能、塑性铰长度和极限位移显著提高;在层间位移角达到1/50之前,承载力没有明显下降;轴压比增大至0.4时,加固柱的峰值荷载和耗能能力增大,延性显著降低,环包CFRP布后加固柱的变形和耗能明显改善。基于平截面假定,提出SMA筋嵌入式加固钢筋混凝土柱受弯承载力计算模型,计算结果与试验结果吻合良好。

轻质高熵高温合金成分设计研究进展

相比于传统镍基高温合金,轻质高熵高温合金可同时具有高强度、低密度等特点,受到了广泛关注。综述了轻质高熵高温合金的研究进展,并依据相结构将其划分为4类:单相固溶强化合金、金属间化合物相强化合金、共晶组织强化合金和非金属元素强化合金。单相固溶强化合金通过元素调控实现性能优化,例如Al-Nb-V-Ti-Zr体系中Al元素的添加可显著提升其强度和硬度。金属间化合物相强化合金通过第二相的加入提升性能,但需注意某些金属间化合物可能导致脆化。共晶组织强化合金展现出良好的高温性能,但其室温塑性仍需改进。非金属元素强化合金通过多种机制进行强化,但元素添加量的精确控制至关重要。尽管在轻质高熵高温合金的成分设计和微观结构优化方面已取得一定成果,但仍面临成本高和工艺复杂等挑战。未来研究应聚焦于优化成分结构、深化理论研究、降低制备成本以及拓展应用与跨领域合作等方面,以促进轻质高熵高温合金的发展与广泛应用。

RH精炼过程中合金熔化混匀现象的水模型研究

【目的】在RH精炼处理的不同阶段,根据需要会加入大量合金,以调整钢液成分,其在RH中的运动、熔化及均匀分布,决定了精炼过程的生产节奏。【方法】通过水模型实验与数值模拟,研究了NaCl饱和溶液与NaCl颗粒分别作为示踪物质,在RH装置内的传输过程及混匀现象。以KCl溶液冷冻制备的盐球类比重型合金,研究其由真空室顶部进入RH后的运动及混匀过程。【结果】结果表明:颗粒与溶液在各点处的无量纲浓度曲线变化趋势一致,颗粒方案的响应时间和第一峰值时间略晚于溶液方案,第一峰值浓度也较低,这和颗粒溶解过程有关。当溶液体积或颗粒质量增加后,在下降管出口处盐水溶液的浓度曲线第一峰浓度较大且峰值时间较短。颗粒作为示踪物质时的混匀时间均远高于(接近2倍)同等盐分溶液的方案。在RH加入盐球时,其在真空室底部短暂停留后流入下降管,随后停留在钢包底部直至融化,期间缓慢释放盐分,使得钢包底部区域达到混匀的时间较长。在实际RH精炼过程中,加入重型难熔合金后,应注意钢包底部区域物质的混合规律。

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。

镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究

针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂机制。结果表明,合金的夹杂物主要为氮化物。在细晶组织状态下,高温疲劳断裂机制为氮化物(单独和团簇态)起始断裂。高应变幅载荷下(≥0.9%),断裂源主要为试样表面氮化物,极少情况为表面硼化物和氧化物(Al_(2)O_(3)和MgSiO_(3)),且只有Al_(2)O_(3)导致合金过早疲劳断裂;低应变幅载荷下(<0.9%),断裂源为氮化物-解理面型,均在试样近表面/内部。两种不同的断裂方式分别导致高应变幅载荷下400℃疲劳寿命高于650℃疲劳寿命,低应变幅载荷下反之。统计发现,引起疲劳断裂的所有氮化物的尺寸全部达到/超过细晶组织平均晶粒尺寸。在粗晶组织状态下,400℃下疲劳断裂机制为准解理起始断裂。晶粒尺寸的增加极大降低了可能诱发疲劳开裂的夹杂物的有效数量,滑移诱发的解理断裂成为主导断裂机制。

HFRP铝合金组合桁架应急桥性价比分析研究

为了研究混杂纤维复合材料(HFRP)-铝合金组合桁架在应急桥上大规模推广应用的可行性,首先,建立该桥梁的三维有限元模型,计算其变形与振动特性,将理论计算值与现有装备实测值进行比较;其次,在满足应急桥刚度与强度要求情况下,利用该有限元模型研究不同碳纤维体积比的HFRP-铝合金组合桁架桥与全铝合金桥、全钢桥在桥梁振动性能、质量与原材料价格等方面的差异,利用理论推导解释振动特性随着用材变化而变化的内在机制。结果表明:有限元模型预测值与实测值基本一致,该模型可作为对比分析的基础;在变形与应力都满足设计要求情况下,HFRP与金属上弦组合的桥梁造价虽然比钢制桥梁高,但是造价与自重更轻的全铝合金桥梁相当,且自重是所有桥梁中最轻的,在振动频率上更容易满足规范要求;理论推导发现,在刚度控制设计桥梁中,结构1阶振动频率与结构质量呈反比关系,因此自重大幅度降低后的组合桥自振频率得到了有效提高。

稀土Ce微合金化强化的Mg-Li基合金组织与力学性能

为了开发低成本、高强韧的超轻Mg-Li基合金,利用稀土Ce微合金化制备了超轻Mg-5.5Li-xCe(x=0,0.25,0.5,质量分数,%)三组合金.结果表明:微量Ce的添加可以显著细化合金的晶粒,当Ce添加量(质量分数,下同)为0.5%时,挤压态合金的再结晶晶粒尺寸最小,由初始的3.31μm细化至0.57μm,且继续增大Ce添加量并不会进一步细化合金的晶粒;Ce微合金化形成的双峰结构显著优化了合金的力学性能,Mg-5.5Li-0.5Ce合金的屈服强度比Mg-5.5Li二元合金提高了近2倍,由初始的141 MPa增至242 MPa,最大抗拉强度增至303 MPa,断裂伸长率超过8%;稀土Ce微合金化导致的合金晶粒细化和双峰组织结构,以及晶界处Ce的界面偏聚是合金力学性能提升的关键.

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.

高熵合金腐蚀行为研究进展

高熵合金独特的成分设计和多组元间协同作用,赋予了其许多特殊的物理、化学和力学性能,如在多种腐蚀介质中展现出优于传统合金的耐腐蚀性,在现代工业和高技术领域展现出巨大的应用潜力。从高熵合金成分、制备方法和热机械处理工艺对其晶粒尺寸、元素分布、相结构、晶体缺陷的影响出发,阐明了在多种腐蚀介质中高熵合金表面钝化膜组成成分、形成过程和稳定性的差异化原因,进一步对腐蚀发生的具体形式、腐蚀产物和腐蚀机理进行梳理,准确评估了高熵合金的腐蚀性能。最后,对突破传统合金的应用限制,解决极端服役环境下的“卡脖子”难题,开发高强塑耐腐蚀高熵合金,推进高熵合金新材料工业化应用过程中面临的挑战进行了总结与展望。