铸态Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性

研究铸态Ti-Zr-Ni准晶体的贮氢特性。Ti40Zr40Ni20合金在吸铸条件下形成了近单一的二十面体准晶相(IQC相),其吸氢坪台压力在170℃时约20 kPa,160℃时只有0.6 kPa,吸氢量为0.8%(质量分数);而Ti45Zr38Ni17合金在同样条件下则形成了IQC、MgZn2结构的C14 Laves相与体心立方结构的β-(Ti,Zr)固溶相,它可实现室温贮氢,150℃时贮氢量达到4%,且具有较好的吸氢动力学。结果表明,合金成分与制备方法对Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性有较大影响。

Pd替代对Ti-Zr-Ni准晶合金结构的影响

针对Ti_(45)Zr_(38)Ni_(17)与Ti_(40)Zr_(40)Ni_(20)准晶合金用X射线衍射仪、透射电子显微镜与金相等手段研究了不同含量的Pd替代对其结构的影响.在吸铸态下,前一个合金形成了二十面体准晶相(IQC)与少量配位数为8的bccβ-(Ti,Zr)相,用2%Pd(原子分数,下同)对合金的Ti或Zr组元替代,抑制了β-(Ti,Zr)相析出并促使配位数为14的MgZn_2结构的简单六方C14 Laves相生成.而后一个合金中IQC相则与少量简单六方α-(Ti,Zr)共存,在2%Pd替代后α-(Ti,Zr)消失,生成了单一的IQC相,但当Pd替代量增加到6.7%或13.3%时,配位数为12的IQC相急剧减少而C14相大量析出,并在Ti_(40)Zr_(26.7)Ni_(20)Pd_(13.3)合金中生成了单一C14相.结果表明,添加中等尺寸的Pd原子有利于提高Ti-Zr-Ni合金的原子密堆性,使合金趋于生成高配位数的Laves相,这种相的Fermi面与Brillouin区的相互作用不显著,偏离了电子相的稳定机制.

吸铸Ti-Zr-Ni准晶棒的成分偏析

探讨了铸态Ti-Zr-Ni准晶的成分偏析问题。通过水冷铜模吸铸法制备6个名义成分为Ti40Zr40Ni20的φ3mm圆柱状样品,采用X射线衍射与能谱分析分别对样品底端和顶端的相结构与成分分布进行了测定。结果表明,这些样品在一定长度范围内都形成了近单一的二十面体准晶相,最长的准晶样品达到40mm。它们都存在明显的宏观成分偏析,其中Ni易于在样品的底端富集,而Ti在顶端富集,这属于比重偏析;而Zr的偏析与工艺控制有关,可通过改善工艺消除它。

铸态Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性

准晶是一种具有非晶体学旋转对称性的准周期长程平移有序相，其内部结构中含有大量的四面体空位，非常有利于氢原子的贮存。研究表明，Tj45Zr38Ni17准晶的最高吸氢能力达到2．5％（质量分数，下同），Th1．5Zr41．5Ni17准晶的贮氢能力甚至达到4％，而且它们还能够实现循环吸放氢。可见，Ti／Zr基准晶具有较好的贮氢性能。

Ti-Zr-Ni系三元准晶的成分特征研究

系统研究了两个等电子浓度线(e/a=1.20,1.25)上Ti-Zr-Ni铸态合金的组织与结构,发现吸铸法可在很宽的成分区间(TixZr100-x)100-yNiy,43.75％≤x≤81.25％,17％≤y≤20％)内获得Ti-Zr-Ni准晶,其中,Ti40Zr40Ni20为理想准晶成分,能形成长15 mm、直径6 mm的单相准晶棒.准晶成分特征研究表明: Ti-Zr-Ni准晶系也具有与Al基三元准晶系相似的相图特征.一方面, Ti-Zr-Ni准晶与其类似相一起构成准晶“等电子浓度线”现象;同时,三元准晶成分满足准晶“变电子浓度线”特征,形成准晶的理想成分Ti40Zr40Ni20位于准晶等电子浓度线与变电子浓度线交点处.

Pd替代对Ti-Zr-Ni准晶合金中的相形成与稳定性影响（英文）

Pd能用来作为添加元素改善Ti-Zr-Ni准晶合金的吸氢性能,但是Pd添加的作用机制仍然不清楚。本工作通过采用XRD、TEM、DSC分析技术研究了Pd在Ti45Zr38Ni17和Ti40Zr40Ni20两个合金中对Ti、Zr的替代行为。结果显示：在前1个合金中,替代4%-6%（原子分数,下同）Ti或4%Zr能够确保纯二十面体准晶形成;在后一个合金中,替代3%-4%Ti或3%以下Zr才能形成纯二十面体准晶。这说明Ti具有更高的替代极限。Ti39Zr38Ni17Pd6与Ti36Zr40Ni20Pd4两个衍生准晶合金在400℃温度下退火会转变为晶体相,而它们的初始准晶合金Ti45Zr38Ni17和Ti40Zr40Ni20在400℃仍然结构稳定,这反映出添加Pd后准晶合金的热力学稳定性变低。这种替代趋势和准晶稳定性的降低很可能归功于Pd具有适宜的原子尺寸。

三维二十面体准晶弹性半平面周期接触问题研究

借助平面弹性复变方法,研究了周期刚性压头作用下三维二十面体准晶弹性半平面的周期有限摩擦和周期粘结接触问题.从应力、位移分量的复变函数形式表达式出发,利用半平面Hilbert核积分公式、Plemelj公式,得到两类周期接触问题的解答.针对周期有限摩擦接触问题,得到了三类周期刚性压头(直水平、直倾斜和圆形基底)作用在准晶体半平面上接触应力的封闭解.针对半平面周期粘结接触问题,求得接触边界上作用周期尖劈形位移时接触应力的显式解答.当不考虑相位子场的作用时,文中求得的理论结果可退化到正交各向异性材料平面弹性周期接触问题的对应结果.数值算例说明准晶弹性常数对接触应力分布规律及大小的影响.本文结论可为分析准晶材料压痕实验结果及准晶材料性能提供一定理论依据.

准晶问题多项式应力函数及其在有限元中的应用

本文基于广义Lekhnitskii各向异性弹性理论,提出了一种确定准晶问题多项式应力函数的系统性方法,并将之应用于杂交应力函数(HSF)单元的构造.结果表明,对于准晶平面问题,任意齐n次多项式应力函数至多存在6个独立的多项式,且多项式应力函数的一般表达式可以显式地给出.所得的多项式作为解析试函数用于构造准晶问题的新型八节点HSF单元,与传统的有限元相比,HSF单元具有更高的精度和更优异的性能.

一维六方压电准晶双材料椭圆孔边不对称裂纹断裂行为

基于一维六方压电准晶理论,利用复变函数方法研究了一维六方压电准晶双材料椭圆孔边不对称裂纹的反平面问题。利用保角变换将椭圆孔孔边裂纹问题转化为直裂纹问题,结合Stroh公式求解得到电不可通和电可通两种条件下场强度因子和能量释放率的解析表达式。数值算例结果显示:一维六方压电准晶双材料界面Griffith裂纹比椭圆孔边裂纹更易促进裂纹扩展;考虑相位子场可使能量释放率变化更显著,表明压电准晶材料相比压电材料更脆。此研究可为压电准晶元件的设计和制备提供理论依据。

垂直于一维六方准晶双材料界面裂纹的反平面问题

利用Fourier变换方法和切比雪夫多项式展开法,研究垂直于一维六方准晶双材料界面裂纹的反平面问题。给出合理的边界条件,将垂直裂纹问题转化为奇异积分方程组的求解,再引入位错密度函数,由切比雪夫多项式法求得问题的数值解。

Ti-Zr-Ni基准晶合金的热力学和电化学贮氢性能

对急冷凝固方法、熔融纺丝法、机械合金化法等制备Ti-Zr-Ni基准晶合金的方法进行探讨,综述了几种Ti-Zr-Ni基准晶合金的热力学和电化学贮氢性能。

含椭圆孔有限大二十面体准晶板平面弹性问题的边界元分析

基于扩展的Stroh方法,对含椭圆孔有限大二十面体准晶板平面弹性问题进行边界元分析.首先利用扩展的Stroh方法,研究了二十面体准晶的Green函数,得到了含椭圆孔无限大二十面体准晶平面弹性问题位移和应力的基本解.利用该基本解,通过加权余量法建立了区域内积分方程和边界积分方程,并采用线性插值函数及Gauss积分对含未知量的边界积分方程和区域内积分方程分别进行离散,得到了离散格式.进一步,对椭圆孔的孔边应力进行了数值求解,并将有限大板的数值结果与无限大板的解析解进行了对比验证,说明当板与椭圆孔尺寸之比小于某下限值时,不能用无限大板的解析解对有限大板进行分析.最后,分析了在垂向拉伸作用下,板的大小、孔口尺寸及倾斜角度对孔边应力的影响.结果表明:板的尺寸沿垂直拉伸方向变化对孔边应力的影响更明显;随着椭圆孔尺寸的增加,孔边应力集中现象越明显;若长轴垂直拉伸方向,椭圆孔倾斜会减缓孔边应力集中程度.

准晶增强Mg-Zn-Y合金显微组织及凝固过程研究

采用SEM、XRD、DSC和Factsage 8.0热力学计算软件研究了Mg-9.02Zn-1.68Y合金的显微组织和凝固过程。研究表明,Mg-9.02Zn-1.68Y合金室温组织主要由α-Mg、准晶I-Mg3Zn6Y和Mg_(7)Zn_(3)相组成,其凝固过程为先结晶出枝晶α-Mg,之后发生二元共晶转变形成(α-Mg+I-Mg_(3)Zn_(6)Y)共晶组织,最后随着温度降低形成少量(α-Mg+Mg_(7)Zn_(3))共晶组织。由于试验合金中存在含量较高的准晶I-Mg3Zn6Y相,其硬度达HV70,从而为后续再加工或时效热处理打下良好的性能基础。

爆炸喷涂AlCuFeSc准晶涂层的摩擦学性能研究

采用爆炸喷涂制备了AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电镜、X射线衍射对准晶涂层的微观及物相结构进行了表征,通过显微硬度计测试了准晶涂层的表面硬度,结果表明涂层与基体间结合良好,其中涂层主要由准晶相和β-AlFe组成,室温下涂层的表面硬度为569.4HV0.3,经退火处理后涂层硬度最高可达到658.33HV0.3。同时开展了在室温和700℃高温环境中,5、15、25 N不同载荷下AlCuFeSc准晶涂层的摩擦磨损性能研究,利用白光干涉仪对磨痕进行三维形貌观测并计算磨损的磨痕宽度、磨痕深度、体积损失,得出磨损率;采用SEM分析了不同实验条件下磨痕形貌的特征。结果表明,AlCuFeSc准晶涂层在不同温度及不同载荷下的耐磨系数在0.500~0.656之间(均低于基体),室温环境下准晶涂层的磨损机制随载荷增加从磨粒磨损为主转变为粘着磨损为主;高温环境下磨损机制则都以粘着磨损为主,准晶涂层对2A12基体具有良好的减摩耐磨功能。

带椭圆孔有限大二维八次对称准晶问题的应力分析

首先,利用扩展的Stroh方法,研究含椭圆孔无限大八次对称二维准晶板的格林函数,得到边界元法求解含椭圆孔有限大八次对称二维准晶板所需的基本解。其次,利用加权余量法,建立边界积分方程,采用线性插值函数及高斯积分对含未知量的边界积分方程进行离散并重新组织离散格式,形成变量统一的线性方程组。最后,对椭圆孔的孔边应力进行数值求解,并将有限大板的数值结果与无限大板的解析解进行对比验证,说明边界元法的有效性。进一步分析在垂向拉伸作用下,板材的尺寸、孔口的大小及倾斜角度对孔边应力的影响。数值实例结果表明,随着椭圆孔尺寸的增加,孔边应力集中现象越明显。若长轴垂直拉伸方向,椭圆孔倾斜会减缓孔边应力集中程度。而裂纹尖端的应力强度因子随着裂纹的增长而增加。

一维纳米准晶层合梁的非局部振动、屈曲与弯曲研究

基于非局部理论,建立了一维纳米准晶层合简支深梁模型,研究了其自由振动、屈曲行为及其弯曲变形问题.采用伪Stroh型公式,导出了纳米梁的控制方程,并通过传递矩阵法获得简支边界条件下纳米准晶层合梁固有频率、临界屈曲载荷及弯曲变形广义位移和广义应力的精确解.通过数值算例,分析了高跨比、层厚比、叠层顺序及非局部效应对一维纳米准晶层合简支梁固有频率、临界屈曲载荷和弯曲变形的影响.结果表明:固有频率和临界屈曲载荷随着非局部参数增大而减小;外层准晶弹性常数更高时,固有频率和临界屈曲载荷更大;叠层顺序对纳米准晶梁的力学行为有较大影响.所得的精确解可为纳米尺度下梁结构的各种数值方法和实验结果提供参考.

准晶及压电材料黏附接触力学研究进展

作为具备多场耦合特性的先进功能材料,准晶及压电材料目前已被广泛应用于各种微纳器件与结构.在微纳尺度下,系统的力学行为将由各种表面力(如静电力、毛细力以及范德华力等)引起的黏附效应主导.近年来,准晶及压电材料在微纳尺度下的黏附接触行为获得越来越多学者的关注和研究.本文在简要介绍经典黏附接触理论的基础上,综述了准晶及压电材料相关黏附接触力学问题最新研究进展,其中包括准晶材料的理论和实验研究以及压电材料理论研究.最后对未来准晶及压电材料黏附接触力学问题研究进行了展望.

一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹问题的D-B模型

基于解析函数理论与保角映射方法,通过构造一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹问题的D-B(Dugdale-Barenblatt)模型,研究了一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹的弹塑性断裂力学问题,得到了塑性区尺寸及场强度因子的解析解,推广了材料中裂纹问题的已有结果,扩大了准晶压电材料弹塑性断裂力学问题的研究范围。

一维六方压电准晶中具有双对称分支裂纹的断裂问题

研究一维六方压电准晶体中具有两条对称分支裂纹的断裂问题,利用复变函数方法分析得出双对称分支裂纹的应力场、电位移场和能量释放率的解析形式,分析讨论双对称分支裂纹尖端场强度因子受分支裂纹偏折角和裂纹长度的影响。经过研究得出:当0 <λπ<π/2时,随着裂纹偏折角的增大,主支裂纹尖端的无量纲应力强度因子逐渐减小;随着主支裂纹长度的增加,主支裂纹尖端的无量纲应力强度因子增加;随着分支裂纹长度的增加,主支裂纹尖端的无量纲应力强度因子增加。