基于二元堆积理论高致密CuW复合材料制备及耐电弧侵蚀性能研究

目的提高CuW复合材料的致密度及耐电弧侵蚀性能。方法基于二元堆积理论设计并制备了双粒径W颗粒混杂CuW75复合材料,通过微观组织表征、硬度测试、导电率测试及密度测试,重点对比研究了单粒径CuW75复合材料和双粒径混杂CuW75复合材料致密性和微观组织的内在关联,并通过电接触实验研究了双粒径混杂CuW75复合材料耐电弧的侵蚀性能。结果双粒径混杂CuW75复合材料微观组织均匀,W相及Cu相网络连通程度高,致密度高达99.79%,较CuW75复合材料国家标准致密度提升了2.9%,硬度较CuW75复合材料国家标准提升了6.7%。电接触实验结果表明,双粒径混杂CuW75复合材料熔焊力波动幅度小,平均熔焊力(35.06cN)较1μm单粒径CuW75复合材料的降低了11%;平均燃弧能量(147.29mJ)及平均燃弧时间(2.53ms)较1μm单粒径CuW75复合材料的分别下降了38%和36%。双粒径混杂CuW75复合材料受电弧侵蚀面积小,侵蚀坑较浅,耐电弧侵蚀性能优异。结论双粒径混杂W颗粒制备CuW复合材料可以明显提升材料的致密度及微观结构连通性。双粒径混杂CuW复合材料可以更好地分散电弧,具有优异的抗熔焊性能及耐电弧侵蚀性能。

弥散铜/35Cr电触头材料的热变形行为

通过快速热压烧结和内氧化法相结合制备了Al_(2)O_(3)-Cu/35Cr复合材料,在变形温度和试验速率分别为650~950℃和0.001~1 s^(-1)下,采用Gleeble−1500D型试验机对材料进行热变形试验,通过其真应力−真应变曲线分析了两种试验参数对流变应力的影响,并构建了复合材料的本构方程和热加工图,分析其热加工参数。结果表明:复合材料的Cr颗粒均匀分布在纳米γ-Al_(2)O_(3)弥散强化Cu基体上,其烧结态致密度、导电率和显微硬度分别为98.9%、44.4%IACS和145HV。Al_(2)O_(3)-Cu/35Cr复合材料具有热敏感性和正应变速率相关性,并且在变形量为0.3~0.5时最佳变形温度和应变速率参数分别为650~680℃、0.55~1 s^(-1)和810~950℃、0.007~0.123 s^(-1)。

铸态Cu-1.16Ni-0.36Cr合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500型热模拟试验机,研究了Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在变形量为50%、变形温度为750~950℃、变形速率为0.01~10 s^(-1)下的热压缩变形行为,建立该合金热变形的本构方程和热加工图。结果表明:Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在700~900℃的变形温度下以动态回复为主,在950℃下发生完全的动态再结晶。通过真应力应变曲线得到了该合金热变形的本构方程和热加工图。根据应变对流变应力的影响对本构方程进行修正,通过修正后的回归方程对流变应力进行模拟,模拟结果与实验结果吻合。热加工图表明,该合金适宜的热变形工艺参数为900~950℃和0.1~1 s^(-1),其中950℃和1 s^(-1)变形条件下组织状态最佳,为晶粒细小均匀的等轴晶。

第一性原理设计阳离子掺杂H-Nb_(2)O_(5)负极材料及其电化学性能研究

铌基氧化物负极材料因具有优异的锂离子扩散速率而备受关注,但铌基氧化物导电性较差,严重限制了其大规模应用。本研究运用第一性原理计算方法,采用VASP软件包结合Hubbard修正的广义梯度近似(GGA+U)计算了不同阳离子掺杂对H-Nb_(2)O_(5)的态密度带隙的影响,结果表明,掺杂Ni^(2+)、Co^(2+)、Ag^(+)能改善H-Nb_(2)O_(5)电子结构,将其带隙由纯相H-Nb_(2)O_(5)的0.35 eV分别降低至0、0.1、0.17 eV。在此基础上,采用固相法分别制备了掺杂Ni^(2+)、Co^(2+)、Ag^(+)的H-Nb_(2)O_(5),并对其结构及电化学储锂机理进行了研究。其中,Ni^(2+)掺杂H-Nb_(2)O_(5)展现出较优的电化学性能,在2.5 C条件下放电比容量达203 mAh/g;在50 C条件下容量仍保持在89 mAh/g;25 C条件下3000次循环中每次容量损失率仅为0.0021%。锂离子迁移势垒计算结果表明,Ni2+掺杂H-Nb_(2)O_(5)的迁移势垒为0.674 eV,远低于纯相H-Nb_(2)O_(5)的0.847 eV。

Al_2O_3/Cu-WC复合材料热变形行为及热加工图

在Gleeble 1500D热模拟机上对Al2O3/Cu-WC复合材料进行热压缩实验,研究变形温度为350-750℃、应变速率为0.01-5 s 1条件下的热变形行为。结果表明:Al2O3/Cu-WC复合材料高温流变应力—应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;热变形过程中的稳态流变应力可用双曲正弦本构关系式来描述,其激活能为229.17 kJ/mol。根据材料动态模型,计算并建立Al2O3/Cu-WC复合材料的热加工图,据此确定热变形流变失稳区及热变形过程的最佳工艺参数,其热加工温度为650-750℃,应变速率为0.1-1 s 1。

轻金属材料超声波焊接的研究现状

介绍了铝合金、镁合金的国内外超声波焊接的最新研究现状,分析了各种工艺方案的特点与效果。以往的研究结果表明:焊前用乙醇润湿铝合金表面可提高其超声波焊接性,而对于镁合金则通过卤化处理可以有效地提高其超声波焊接接头强度;采用一定的钎料对铝合金、镁合金进行超声波钎焊能较好提高其接头力学性能。并指出了超声波钎焊将成为今后铝合金、镁合金等轻金属超声波焊接的发展方向。

汽车车身用铝合金与钢的异种材料电阻点焊技术研究现状

综述了铝合金与钢的异种材料电阻点焊技术的研究现状。介绍了工艺垫片法和过渡层法两类工艺方法,分析了其各自特点。利用工艺垫片法能够以较低的焊接电流获得具有很高抗剪强度的接头;采用过渡层法能获得具有较高抗拉强度的接头,但焊接时需要较高的焊接电流。探讨了界面反应层对接头性能的影响。认为铝钢异种材料连接时,界面反应层的控制是获得优质连接接头的关键,并就此指出了今后铝钢的电阻点焊的研究方向。

激光滚压焊技术在异种金属连接中的应用

近来铝合金/钢、铝合金/钛合金等异种金属的连接在汽车等行业越来越受到重视。但是采用熔化焊来连接异种金属非常困难,同时扩散焊的效果也不很理想,主要是因为焊接过程中在界面处会产生较多的脆性金属间化合物。因此,急需一种高可靠性、高效率的新工艺对此类异种材料进行高质量的连接。激光滚压焊正是针对这一需求而开发的新型连接工艺。详细介绍了该工艺方法的提出背景、工作原理、界面上金属间化合物的特点以及所得到焊接接头的主要性能。

稀土镧对Mg-7Al-2Zn镁合金阳极材料腐蚀和电化学性能的影响

制备了Mg-7Al-2Zn、Mg-7Al-2Zn-0.05La、Mg-7Al-2Zn-0.10La 3种镁合金阳极材料,研究了稀土镧元素对合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀和电化学性能的影响。采用析氢和自腐蚀测试、扫描电子显微镜、电化学工作站、蓝电测试系统,研究了镁阳极的腐蚀行为和电化学性能。结果表明:镧元素的添加显著抑制了Mg-7Al-2Zn合金的析氢反应,提高了合金的耐蚀性,腐蚀方式由不均匀腐蚀向均匀腐蚀转变。添加少量的La可以保持镁合金的活性。Mg-7Al-2Zn-0.05La合金作为阳极材料时,镁空气电池的放电电压和能量密度达到最大值,分别为0.96 V和1092.8 mWh·g^(-1)。

稀土Y对铜线材抗氧化行为的影响机理研究

目的针对纯铜线材的抗氧化性能不足问题,通过稀土微合金化制备了含微量Y元素的铜线材,研究稀土Y含量对铜线材抗氧化性能的影响。方法采用扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪和X射线衍射仪等表征手段,分析了氧化膜脱落后基体表面形貌以及稀土Y元素在氧化过程中的存在形式与氧化膜的生长过程,揭示了添加稀土元素Y提高纯铜抗氧化性能的作用机理。结果稀土Y的引入提高了纯铜线材的抗氧化性能,在600℃、10 h条件下,Cu-0.03Y线材相对于Cu线材氧化增重率由0.55%降低至0.2%,降幅达63%。稀土元素Y的添加使铜线材的(100)晶面占比减少,(111)晶面占比增多,基体表面易被活化的(100)原子面占比降低,铜线材的抗氧化性能提高。在Cu-0.1Y线材中稀土元素浓度较高时发生偏聚,稀土元素与氧的亲和力大于铜与氧的亲和力,偏聚处形成不连续的稀土氧化物,使氧离子与铜离子的接触反应面积增大,相比Cu-0.03Y线材抗氧化性能降低。结论氧化过程中稀土离子的扩散速率慢、半径大,对铜离子的向外扩散起到阻碍作用,降低了铜离子的扩散速度,提高了铜线材的抗氧化性能。

Cu-Cr-Zr原位复合材料的组织与性能

采用真空熔铸与形变相结合的方法制备高强高导Cu-Cr-Zr原位复合材料,利用SEM和TEM分析材料在铸态及变形态的显微组织,研究不同变形量和中间热处理对Cu-Cr-Zr原位复合材料的抗拉强度和导电率的影响。结果表明:Cu-Cr-Zr合金经室温冷变形,Cr相由铸态树枝状转变为纤维状;中间热处理能够明显提高材料的导电率;采用500℃中间热处理并结合冷变形,能得到具有较好综合性能的Cu-Cr-Zr原位复合材料,其抗拉强度达到1119MPa,导电率(vsIACS)达到76%。

钨含量对W-Cu复合材料高温变形行为的影响

采用Gleeble-1500D热模拟试验机，在温度为650-950℃、应变速率为0．01-5S、总应变量为0．7的条件下，对25％W-Cu和50％W-Cu（质量分数）复合材料的热变形行为及其热加工图进行研究和分析。结果表明：此两种复合材料的高温流动应力-应变曲线主要以动态再结晶为特征，峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增大；在真应力-应变曲线基础上建立的W-Cu复合材料高温变形本构模型较好地表征了其高温流变特性；同时，利用50％W-Cu复合材料DMM加工图分析了其变形机制和失稳机制，确定其热加工工艺参数应优先选择变形温度为650-700℃、应变速率为1-5s^-1，或者变形温度为850-950℃、应变速率为0．01-0．1s^-1。

铝合金在日本轨道车辆的应用及相应焊接技术

为了减低能耗、提高速度,轨道车辆轻量化是必然选择。采用铝合金制作车体是减轻车体自重的有效措施。对铝合金在日本轨道车辆的应用及相应焊接技术的发展状况进行了综述。介绍了日本四代铝合金轨道车辆的结构特征、所用合金类型以及焊接方法,探讨轨道车辆用铝合金、焊接技术的发展趋势。高Zn的7N01合金应用将会受到限制,容易循环再利用的5000系、6000系合金的应用将越来越广泛。搅拌摩擦焊会成为轨道车辆生产的主要焊接技术,激光焊在远程焊接方面也值得期待。

阴极钛材表面处理工艺对其表面状态及铜离子电沉积初期行为的影响

目的研究表面处理工艺对钛材表面状态的影响,进一步探究阴极钛材表面状态对铜离子电沉积初期形核行为的影响。方法利用砂纸研磨、机械/电解抛光、化学腐蚀等不同的表面处理工艺,制备出不同表面状态的钛材,对钛材的表面粗糙度和形貌分别进行测试和扫描电镜观察。以不同表面状态的钛材作为阴极,进行铜离子的电沉积实验,对初始沉积层组织进行扫描电镜观察,并统计铜晶核的尺寸、覆盖率。结果砂纸研磨的钛材表面粗糙度最大,随着砂纸目数的增加,粗糙度降低,划痕变得细密,沉积的铜晶核尺寸较小、分布均匀、面覆盖率较高;抛光可显著降低钛材表面粗糙度,电解抛光的粗糙度最低,但铜晶核难以牢固附着;化学腐蚀会在钛材表面残留金属颗粒或暴露晶界组织,沉积的铜晶核分布不均匀且易发生团簇。结论铜离子的初始沉积形核行为与阴极钛材的表面粗糙度和缺陷状态密切相关,采用3000#~4000#砂纸精细研磨的方式,可使钛材表面粗糙度Rz保持在1~1.2μm,且表面覆盖有高密度均匀细小的划痕缺陷,最有利于铜离子的高密度均匀形核。

新型MIG焊接技术的发展

将新型MIG焊技术分为脉冲MIG焊、双丝MIG焊和复合热源MIG焊三种主要类型,阐述了研究及发展状况,分别对其工艺特点、适用范围及目前所取得的成就进行了分析,并展望发展趋势。

计算机和网络技术在焊接电源设计中的应用

焊接电源是焊接技术领域的重要研究内容,组织焊接电源数据库、实现电源CAD和仿真设计系统并构建基于Web的焊接电源开发与应用平台,具有重要的实际意义和价值。着重从上述三方面对所应用的核心技术进行了分析和归纳,介绍了计算机技术和互联网络在焊接电源领域的发展现状和趋势。

铝合金与不锈钢大气钎焊性的改善——铝合金与不锈钢焊接技术(二)

在基本查明铝合金与不锈钢焊接困难原因的基础上,参考钎料对纯铝等温凝固过程的数值解析以及熔融钎料层消失时间的推定及试验结果,探讨了解决对策.采用电阻炉、TCM10000万能试验机进行了钎焊接头改善及评价试验,以此为依据提出了改善铝合金与不锈钢钎焊性的新焊接方法,即增大钎焊间隙实施钎焊的方法;预先使钎料对不锈钢产生润湿,然后再与铝合金实施钎焊的方法.又采用上述方法进行了其它形状部件的制作,从理论到实践验证了新焊接方法的可行性.

脉冲激光烧蚀金属的动力学研究进展

简要评述了激光烧蚀金属过程中的等离子体羽、烧蚀材料蒸汽、温度场方面的实验和理论模型研究进展。报道了激光能量密度(或者功率密度)、脉宽等参数对等离子体、烧蚀蒸汽动力学过程影响的实验和理论结果。简要评述了激光烧蚀金属过程中的等离子体羽、烧蚀材料蒸汽、温度场方面的实验和理论模型研究进展。报道了激光能量密度(或者功率密度)、脉宽等参数对等离子体、烧蚀蒸汽动力学过程影响的实验和理论结果。

轧制变形Cu-10Fe-2Ag-0.15Zr原位复合材料的组织和性能

通过分道次冷轧和多次中间退火工艺制备了Cu-10Fe-2Ag-0.15Zr原位复合材料,并对其组织、强度、电导率和形变量之间的关系进行了研究。研究表明形变量越大,Fe纤维越均匀细化,强度越高。中间退火可以在不损害其强度的情况下大幅提高其电导率。通过变形和中间退火的合理配合,可获得较好强度和电导率匹配。本实验较好的强度和电导率组合为820MPa/55.4%IACS和713MPa/61.3%IACS。

(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料载流摩擦磨损行为

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-100高速载流摩擦试验机进行载流摩擦磨损性能测试。采用透射电镜和扫描电镜观察复合材料的显微组织和载流摩擦磨损表面形貌。研究不同的增强相对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料磨损性能的影响,分析其磨损机理。采用AUTOGRAPH AG-I 250 kN拉伸设备对试样进行拉伸,并分析抗拉强度与磨损性能的变化关系。结果(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的硬度和极限抗拉强度相较于Cu-Al_(2)O_(3)复合材料分别提高了20.2%和12.7%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的摩擦系数最小,为0.33,相对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料降低了42.1%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面磨损形貌最为光滑,无大面积电弧烧蚀现象,犁沟数量少且浅。结论(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;纳米级Al_(2)O_(3)颗粒、微米级WC颗粒和SiC晶须三者协同强化铜基体,提高了复合材料的强度和硬度,从而降低了铜基复合材料的摩擦系数和磨损率。WC颗粒和SiC晶须采用合适质量配比时,可以有效地改善Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损情况。