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。

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。

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.

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.

一维六方压电准晶中正n边形孔边快速传播裂纹反平面问题的解析解

目的研究压电效应下一维六方准晶材料中含正n边形孔边快速传播裂纹的反平面问题。方法运用动力学基本理论和Schwarz-Christoffel变换技术,在电非渗透型和电渗透型2种边界条件下研究。结果给出了裂纹以速度v传播时Ⅲ裂纹的动态应力强度因子和电位移强度因子的解析解。结论当v→0时,所得结果退化为静力学问题,这对工程结构和材料的制备与应用有一定的指导意义。

爆炸喷涂Al-Cu-Fe准晶涂层性能分析

目的提高准晶涂层内部准晶相含量,进而研究Al-Cu-Fe准晶涂层的各项性能。方法采用爆炸喷涂的方式在2A12铝合金基底上制备了Al-Cu-Fe准晶涂层。借助SEM、XRD等手段对Al-Cu-Fe准晶粉体的组织形貌、物相形成进行研究。采用显微硬度计、拉力试验机测试涂层的力学性能。采用比热容测试仪、激光热导仪检测涂层的热性能。使用摩擦磨损试验仪研究了涂层的摩擦磨损性能。结果水雾化法制成的Al-Cu-Fe准晶粉体主要包含准晶相和少量的β-Al_(42.54)Cu_(34.65)Fe_(22.81)相,准晶含量为73%。882℃为准晶相的熔点,粉体在800℃的退火温度下准晶含量能达到98.7%。涂层在700℃下比热容为0.749 J/(g·K),热导率为5.913W/(m·K)。涂层的显微硬度为569.4HV0.3,经退火处理最高硬度可达658.33HV0.3。涂层的结合强度为33.25 MPa,退火处理后结合强度为58.75 MPa。涂层在不同载荷和温度下,摩擦因数为0.768~0.512(均低于基体),在15 N和20 N的载荷下磨损率较基体提升明显(磨损率仅为基体的7.31%),高温环境下同载荷较室温环境下涂层的磨损率提升明显(高温磨损率为低温的3.00%)。结论准晶涂层可以对基体起到良好的热防护,对基体的减摩耐磨具有积极的作用。对涂层进行退火处理后,能有效提高涂层的硬度、结合强度等性能。

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。

准晶相含量对AlCuFe基涂层耐蚀性能影响机制

随着我国“海洋强国”战略目标日益推进,舰船表面使用的铝合金部件面临着海洋腐蚀的风险。为进一步提升铝合金的耐腐蚀性能,增长其使用寿命,通过爆炸喷涂技术于铝合金基体上制备AlCuFe和AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征准晶粉末及涂层的微观及物相组织结构,进一步利用拉伸试验机、电化学工作站等分析涂层的结合力及耐蚀性能,研究准晶相含量与涂层耐蚀性能间的影响规律。结果表明,爆炸喷涂制备的AlCuFe和AlCuFeSc涂层致密度高且与基体结合良好,结合强度分别为51.9MPa、51.2MPa。经700℃退火处理后的涂层准晶相含量分别由49%、38%提升至93.2%、92.5%。退火前的准晶涂层耐腐蚀性能与基体相近,退火后的准晶涂层自腐蚀电流密度仅为铝合金基体的1/5,证明准晶相含量提升增强了涂层的耐蚀性能。同时盐水静态挂片测试336 h后,退火处理的涂层表面未生成明显的腐蚀区域,准晶相含量提升促使表面生成的氧化铝钝化层为基体提供了良好的保护,研究可以为未来舰船使用铝合金表面的腐蚀防护提供新思路,同时也可为铝基准晶涂层的制备应用提供研究基础。

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。

热处理工艺对超音速火焰喷涂Al-Cu-Fe准晶涂层性能影响

目的使用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备Al-Cu-Fe准晶涂层,研究热处理温度对涂层中准晶相含量和性能的影响以及封孔处理对涂层耐蚀性的改善。方法以304不锈钢为基体和真空雾化Al-Cu-Fe准晶粉末为热喷涂材料,采用超音速火焰喷涂方法制备准晶涂层,并进行550~700℃热处理。利用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析准晶粉末和涂层的衍射花样、微观形貌、成分和相结构。分别使用显微硬度仪和电化学工作站对比测量304不锈钢和准晶涂层的硬度和耐蚀性能。结果粉末中二十面体准晶相(I相)为主相,并伴生准晶类似相(β相)。经过超音速火焰喷涂后,涂层中I相和β相的含量分别为78.7%和21.3%,相组成与原始粉末接近。550℃和600℃热处理1h后,涂层中β相消失,I相占比进一步上升,并伴随Al2Cu(θ相)产生。随着热处理温度继续升高至650℃,β相开始重新析出;当热处理温度升至700℃,β相占比增至13.5%。热处理后准晶涂层的最高硬度为674HV,为304不锈钢硬度(182HV)的3.7倍。准晶涂层经过热处理和表面封孔后,其在3.5%NaCl溶液中腐蚀的速率低于304不锈钢。结论合适的热处理温度是制备高纯准晶涂层的关键因素,准晶含量的提升有利于提高准晶涂层的硬度和耐蚀性。

一维六方压电准晶双材料界面共线裂纹问题

利用复变函数理论中的解析延拓、奇性主部分析和推广的Liouville定理,求解了一维六方压电准晶双材料在集中载荷作用下界面共线裂纹反平面弹性问题.导出了含有一条和两条有限长界面裂纹的封闭解,同时给出了裂纹尖端场强度因子(包含声子场和相位子场应力强度因子和电位移强度因子)的表达式.数值算例分析了外荷载与耦合系数之比对裂纹尖端场强度因子变化规律的影响.从数值结果中可以看出,当裂纹长度增加时,裂纹尖端场强度因子随之增加;应力强度因子随双材料耦合系数之比的增大而增大,电位移强度因子几乎不变;不同载荷作用下,裂纹尖端场强度因子随着裂纹长度改变时的变化趋势也不尽相同.研究结果可为压电准晶双材料的设计和制备提供一定的理论参考.

功能梯度一维六方准晶中裂纹对SH波的散射

在准晶的线性动力学理论框架下,利用积分变换技术研究了功能梯度一维六方准晶在SH波作用下的裂纹动态断裂问题。假设材料性质呈指数函数连续变化。利用Fourier余弦变换,将描述断裂问题的偏微分方程边值问题转化为两对对偶积分方程,采用Copson方法对其进行数值求解。确定了裂纹面上声子场和相位子场显式表达式,得到了动态场强因子。最后通过数值计算主要探究了梯度参数、裂纹长度、振幅、入射角度和标准波数对材料断裂特性的影响规律。此研究为准晶体的优化设计和无损检测奠定了理论基础。

一维六方准晶纳米板中Lamb波特性研究

准晶纳米结构在工程中经常承受以弹性波为代表的动态工作载荷,为深入研究其动态失效机制,研究了一维六方准晶纳米板中Lamb波的波动特性。基于修正的偶应力理论,推导出Bak模型下Lamb波的波动控制方程,使用勒让德正交多项式方法(LOPM)求解该动力学方程,计算得到其频散曲线和位移分布。研究了声子场和相位子场尺寸效应、声-相耦合效应对波动特性的影响。结果表明:尺寸效应使声子模态和相位子模态相速度增大;声-相耦合效应显著地增大了声子模态中的相位子位移振幅和相位子模态中的声子位移振幅。研究结果为准晶纳米结构的设计和无损检测奠定了一定的理论基础。

对边简支十次对称二维准晶板弯曲问题的辛分析

该文讨论了对边简支十次对称二维准晶中厚板弹性问题的辛方法.将十次对称二维准晶弹性理论基本方程转化为Hamilton对偶方程,采用分离变量方法,获得了相应Hamilton算子矩阵的辛特征值及辛特征函数系.证明了Hamilton算子矩阵的辛特征函数系在Cauchy主值意义下的完备性,在此基础上,基于Hamilton系统的辛特征函数展开,给出了十次对称二维准晶板弯曲问题的解析表达式.

含圆孔有限八次对称二维准晶的边界元分析

利用推广的Stroh方法,得到含有圆孔无限八次对称二维准晶材料的格林函数。进一步采用半解析半数值的边界元方法,获得在均匀边界加载作用下,有限八次对称二维准晶体内的圆形孔口所引起的应力解答,并分析半径尺寸以及不同加载情况对圆孔边应力的影响。