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.

Ta:后现代女性主义视角下的元宇宙社区

后现代女性主义运动在元宇宙社区中采取了两种话语路径以抵抗男权秩序。第一种路径是通过使用中性的“Ta”话语来实现边缘群体(赛博格、同性恋、双性人等)在主流社会的平等融入。这一路径在元宇宙社区中建立了一个更具包容性和多元性的认知框架和文化秩序。第二种路径是在科学技术层面构建元宇宙社区“Ta”气质概念,以解构“男人/女人”二元不平等的社会秩序。从元宇宙社区主体生存角度来看,“Ta”这一流行语不是一个简单的词汇游戏,而是具有思想史意义上的社会观念革新。然而,尽管后现代女性主义运动在元宇宙社区中通过“Ta”话语努力促进平等和社会观念革新,但其面临的悖论也凸显了在追求变革的道路上所遭遇的困难和挑战,需要不断探索更全面的解决方案。

冷喷涂制备多孔Ta涂层及生物相容性

目的提高生物医用钛合金的生物相容性。方法采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性。结果涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6%,弹性模量为147 GPa。喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa。TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性。钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能。在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金。结论多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22%。其生物活性高于TC4钛合金基体。

Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶的制备工艺研究

为了获得钽铌合金(Ta-Nb)材料在高压下的状态方程数据,制备了用于激光状态方程实验研究的铝/钽铌合金(Al/Ta-Nb)阻抗匹配靶。研究了Ta-Nb合金箔的精密轧制与飞秒激光切割工艺,获得了厚度13μm,宽度400μm的Ta-Nb合金台阶样品。使用聚乙烯醇(PVA)水溶胶将Ta-Nb合金台阶与铝(Al)标准材料进行复合装配。利用白光干涉仪、电子密度计等仪器对阻抗匹配靶的表面形貌、台阶厚度、样品密度等靶参数进行精密测量,结果表明研制的Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶能够满足激光状态方程物理实验需求。

TA2纯钛薄板微流道液压成形工艺研究

双极板是氢燃料电池的重要部件之一,钛作为金属双极板基材有诸多优势,但钛的成形性能差、回弹较为严重,本文以0.1 mm TA2纯钛薄板微流道液压成形为研究对象,通过试验和有限元模拟相结合的方法研究纯钛微结构变形行为,分析工艺参数对微流道成形质量的影响规律,为液压成形钛双极板提供参考。建立了TA2纯钛薄板微流道液压成形的有限元模型,通过与试验件的轮廓及厚度分布验证有限元模型的准确性;研究了液体压力、加载速率和脉动加载对微流道成形的影响。结果表明,微流道液压成形过程中材料应变路径为平面应变,且上圆角位置最容易破裂;加载速率对微流道成形影响不大,随着加载速率的提高,成形深度略有下降,但是变化不大,仅有3%;脉动加载路径能够提高材料的流动变形能力,在均为临界破裂情况下,相比较线性加载路径成形深度有较高的提高,可达232.2μm,提高幅度为23%。

冷轧和再结晶退火对Ta-2.5W合金组织和力学性能的影响

采用电子束熔炼法制备了Ta-2.5W合金,研究了18.8%、48.5%和75.8%不同冷轧变形量对Ta-2.5W合金显微组织和力学性能的影响,并研究了退火对冷轧Ta-2.5W合金显微组织、性能及织构的影响。结果表明:随着变形量的增加,合金的晶粒不断压扁拉长,变形量75.8%时已经形成明显的纤维组织,合金的硬度和强度随着变形量的增加不断提高,原因是加工硬化。开始变形时合金组织中形成{111}<110>、{111}<121>织构,随着变形量增加,开始出现{100}<110>织构,{111}<121>织构逐渐消失,当变形量达75.8%时主要为{100}<110>织构,只剩下较少的{111}<110>织构;随着退火温度的升高,合金的纤维状组织开始逐渐消失,出现大量的等轴晶粒,发生了再结晶,晶粒尺寸、分布更为均匀,织构强度逐渐降低;1450℃退火保温1 h后,合金再结晶比例达到95.7%,已基本完成再结晶,此时合金中的织构强度大幅降低,约为冷轧态时的50%;退火后合金的强度降低,但塑性显著增加,有利于其后续变形加工。

TA1箔力学性能和断裂行为的尺寸效应

对不同晶粒尺寸的100μm厚TA1箔进行单轴拉伸试验,研究其力学性能和断裂行为的尺寸效应,并构建基于尺寸效应的微尺度本构方程。结果表明,随着晶粒尺寸增大,钛箔的拉伸应力及强度呈现增大的趋势,伸长率先缓慢下降至25%,随后快速降低。拉伸过程中颈缩阶段和平缓阶段不断缩短,除晶粒尺寸为56.88μm的试样外,其余试样断口夹角处于50°~60°,为典型的剪切型断裂。晶粒尺寸超过21.08μm后,断口表面的撕裂棱和韧窝数量不断减少,断裂模式由塑性断裂转变为准解理断裂,晶粒尺寸大于36.14μm后,钛箔基体从HCP-Ti结构转变为FCC-Ti结构,位错密度降低,断口表面出现明显的解理断裂特征,断裂模式完全转变为解理断裂。基于表面层模型构建考虑尺寸效应的本构模型,可精确预测微尺度钛箔拉伸过程中的力学特性。

GO掺杂对TA1钛合金等离子体电解氧化涂层硬度和耐磨性能的影响

本研究在掺杂氧化石墨烯(简称“CO”)的硅酸盐电解液中对TA1钛合金进行等离子体电解氧化处理,旨在获得较高硬度的等离子体电解氧化陶瓷涂层(PEO)。通过表征涂层的物相组成、表面与截面形貌、粗糙度、显微硬度、摩擦因数以及结合力等参数,分析了CO浓度对涂层性能的影响。研究结果表明,CO参与涂层的形成过程,能够有效地减小微孔和裂纹尺寸,表面粗糙度降低。涂层厚度虽然略有降低,但致密性显著增加。与未掺杂GO的PEO涂层相比,当GO掺杂量为0.6g·L^(-1)时掺杂GO的PEO涂层显微硬度提升18.54%,摩擦系数降低84%,临界载荷强度提高32.59%。

激光选区熔化成形工艺对TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形技术制备TA15钛合金,通过光学显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和室温拉伸等研究了激光功率和扫描速度对SLM成形TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响规律。结果表明:在低激光功率(100~125 W)、高扫描速率(1200~1600 mm/s)区域,激光能量密度较低,合金内部缺陷主要为不规则形状的缺陷;在高激光功率(150~200 W)、低扫描速度(800~1000 mm/s)区域,激光能量密度过高,合金内部缺陷主要为规则球形缺陷。规则球形缺陷的存在会导致合金塑性显著降低、对强度影响较弱;而不规则未熔合缺陷的存在会显著降低合金强度和伸长率。TA15钛合金的最佳工艺参数:激光功率为200 W、激光扫描速度为1600 mm/s时,成形合金拉伸强度为(1291±4.2)MPa,断裂伸长率为(8.5±0.5)%。

热处理对薄壁TA1焊管高频感应焊接接头显微组织和力学性能的影响

首先对壁厚0.4 mm的薄壁TA1焊管进行高频感应焊接,随后,在不同温度下对焊接接头进行5 min的热处理。利用光学显微镜和扫描电镜分析了热处理前后焊接接头的显微组织,并对焊接接头的力学性能进行了测试。结果表明:热处理使TA1焊管焊接接头的显微组织和力学性能发生显著变化,当热处理温度为600℃时,焊接接头发生了完全再结晶,晶粒细小,抗拉强度略有下降,塑性增强,拉伸断口呈典型的韧性断裂特征,这主要是针状马氏体消失和细晶强化所致。

TA18钛合金TIG焊接头组织及耐腐蚀性能研究

采用2B实芯焊丝对12 mm厚的TA18钛合金板进行了TIG焊试验,研究了TA18钛合金TIG焊接头的显微组织,不同腐蚀介质中的电化学和应力腐蚀行为。结果表明:TA18钛合金接头焊缝区域分布大量粗大的柱状晶和少量等轴晶,在盖面、打底及中间填充层存在部分网篮组织;热影响区主要由针状的α’(α’)相、残余α相和β相组成。在3.5%NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验,TA18钛合金接头各区域的耐腐蚀性能从高到低为:母材>焊缝>热影响区。比较TA18钛合金接头在大气环境和模拟海水环境中的慢应变速率拉伸应力-应变曲线,表明该接头的力学性能受海水影响不明显,且对海水的应力腐蚀敏感性较低。

TA2+Q345B轧制复合板覆层腐蚀特性研究

钛/钢轧制复合板因其优异的耐蚀性和结构性能而广泛应用于化工、海事等领域。因复合板轧制工艺需兼顾钛/钢两者特性而与单一材质的传统生产工艺有所差别,且在冶金结合界面处元素互扩散是否对覆层TA2组织及腐蚀性能产生影响待研究。通过组织观察、能谱测试和电化学腐蚀试验,研究了界面元素互扩散对覆层TA2组织及腐蚀性能的影响。结果表明:冶金结合界面处元素的互扩散距离仅为8~10μm,不足以影响整个覆层组织;覆层TA2耐腐蚀膜成膜初期存在反复腐蚀,但随着静置时间延长而逐渐稳定,不再发生腐蚀。

TA2/Q235B复合板不同作用面成形极限及界面损伤行为

采用Nakazima实验法对不同尺寸的退火态TA2/Q235B复合板样品进行胀形实验,研究不同作用面对TA2/Q235B复合板的成形极限和界面损伤行为的影响。结果表明,当凹模与碳钢侧接触时,由于接触材料、界面变形协调能力和应变状态的不同,复合板的胀形高度和成形极限增加,其中R140试样的极限拱高达到最大值(46.17 mm),R60和R180试样在3个方向上的厚度减薄量和界面裂纹更大。此外,由于硬度和拉应力不同,两组样品中所有的水平和斜向孔都向纯钛侧延伸。

9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝组织和冲击性能分析

对9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝的微观组织演变和冲击性能进行了分析.结果表明,由于搅拌针剧烈的机械搅拌和焊接热循环的双重作用,搅拌摩擦焊缝区域内发生晶粒破碎、完全奥氏体化动态再结晶、晶界处M23C6相溶解和晶内M3C相析出,焊后较大的冷却速率抑制晶粒长大,促进了马氏体转变.在−100~20℃温度内进行了冲击试验,随着冲击试验温度的增加,母材和FSW焊缝的冲击吸收能量均表现为单调增大的特征,同时冲击断裂模式由脆性断裂逐渐转变为延性断裂.由于FSW焊缝中板条马氏体的形成、“针状”M3C碳化物的析出,FSW焊缝的硬度显著增大,并且在相同温度下FSW焊缝的冲击韧性发生降低,韧—脆转变温度由母材的−50℃升高至−40.2℃.

钛合金TA7铣削加工特性研究

TA7钛合金高强度和低热导率的特点使其成为典型的难加工材料。为了研究钛合金TA7的铣削加工特性,开展了钛合金TA7铣削实验,研究切削参数对TA7切削特性的影响规律。基于MINITAB分别建立了切削力、表面粗糙度与切削参数的回归模型,并分析了切削力、表面粗糙度、残余应力与切削参数的响应关系,揭示了切削参数对切削力时域和频域信号、已加工表面形貌与残余应力影响规律。

铝中间层对TA2/5083爆炸焊接影响的数值模拟

为研究添加中间层对TA2/5083爆炸焊接的影响,分别选取0.3 mm和0.5 mm厚度的1060铝中间层,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE算法建立三维数值模型,分别模拟出添加0.3 mm和0.5 mm厚度1060铝中间层的焊接过程,与直接爆炸焊接TA2和5083复合板进行对比。模拟结果表明:选择适当厚度的1060铝中间层,能有效减少基板所受碰撞压力,让爆炸焊接过程更加平稳;结合建立的爆炸复合窗口,添加中间层能大大扩展可焊接窗口,减小碰撞速度,模拟结果更加接近理论碰撞速度,使复板以更佳的飞行速度与基板结合;0.3 mm厚度中间层复合板的焊接质量高于0.5 mm厚度中间层高于无中间层的,模拟与实验吻合较好,添加合适厚度的中间层1060能大程度提高TA2/5083复合质量。

高功率脉冲磁控溅射技术制备ta-C膜及性能改性研究

硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行观察,通过拉曼和XPS对其结构进行研究,通过纳米压痕对其硬度进行表征,通过纳米划痕对薄膜的结合力进行研究并通过摩擦磨损试验对薄膜的耐磨性进行探究。结果表明,通入C2H2气体可有效改善ta-C薄膜的结构、硬度、结合力和耐磨性能。改变C2H2流量可调控ta-C薄膜的性能,随着C2H2流量的逐渐增大,薄膜的各项性能呈现先增大后减小的趋势,当C2H2流量为15 cm^(3)/min时,薄膜的各项性能都达到较为优异的结果,ta-C薄膜厚度达655.9 nm,硬度提高到43.633 GPa,结合力提升到19.2 N,此时sp3键含量为70.19%,ta-C薄膜表面均匀、致密,且性能优良。

Ti-V-Ta多主元合金辐照位错环形成的级联重叠模拟

针对Ti-V-Ta多主元合金中辐照位错环的形成行为,采用分子动力学方法开展了级联重叠模拟,分析讨论了辐照位错环形成的级联重叠机制.研究发现,在Ti-V-Ta多主元合金中,与缺陷团簇的级联重叠可以直接产生不同类型的位错结构,级联重叠后的缺陷构型由PKA能量和预置缺陷团簇的类型和尺寸决定.相比于单次级联碰撞,级联重叠可以提高<100>取向位错环的形成概率.与空位团簇的级联重叠是形成<100>空位位错环的重要机制,而空位团簇的尺寸是形成<100>空位位错环的决定因素,当PKA能量足以溶解缺陷团簇时,更容易形成<100>空位位错环.与间隙团簇的级联重叠是形成<100>间隙位错环的一种可能机制,但发生概率较小.本研究有助于理解Ti-V-Ta多主元合金中辐照缺陷的形成和演化行为,促进材料抗辐照性能的评价,并为难熔高熵合金的成分设计和优化提供理论支持.

纯钨表面等离子Ta合金层耐腐蚀性能研究

利用双层辉光等离子表面合金化技术在纯钨表面制备Ta合金化改性层以改善材料的耐腐蚀性。研究不同温度工艺参数对Ta合金层组织结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明:在不同温度工艺参数下均制备出连续致密的Ta合金化改性层,且随温度升高,合金层的厚度增加。合金层主要由纯Ta相组成。Ta合金层的自腐蚀电位高于基材的,而自腐蚀电流密度较低,即Ta合金层更难以发生电化学腐蚀反应且腐蚀速率更低。900℃合金层的耐蚀性能最佳,腐蚀速率降至8.45×10^(-3)g·m^(-2)·h^(-1),表现出优良的耐腐蚀性。

带有反向正脉冲的HiPIMS技术制备ta-C膜及性能研究

目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损实验分别分析脉冲频率、反向正脉冲能量对ta-C薄膜沉积速度、膜结构、硬度、结合强度、耐磨性能的影响。结果采用钨钢为基体进行实验,将频率从4000 Hz到1500 Hz依次降低,制备涂层。在频率为4000 Hz的处理条件下制备涂层时,ta-C膜层的厚度为479.2 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到59.53%,硬度为32.65 GPa,且得到的薄膜在12.7 N时失效,耐磨性较差,摩擦因数约为0.163。在频率为1500 Hz的处理条件下制备涂层时,涂层各项性能均有所提升,ta-C膜层的厚度为488.6 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到63.74%,硬度为40.485 GPa,且薄膜在14.9 N时失效,耐磨性较优,摩擦因数约为0.138。结论通过调节脉冲频率,可以有效提高ta-C薄膜的沉积效率,改善膜的结构和性能。随着沉积ta-C薄膜频率的降低,薄膜中sp^(3)的含量呈现增大趋势,摩擦因数也随之降低,有效改善了ta-C膜的耐磨性。