2023, 17(4):593-604. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000401 CSTR:
摘要:合金在高温下的流变应力与组织演变特征是构建合金热加工参数的重要基础。基于此,利用Gleeble 1500D对AZ31连铸板在温度为450和500 ℃、应变速率为0.15 s-1的压缩行为进行了研究,并将其与400 ℃及以下温度的压缩变形行为进行了对比。结果发现:随着温度的升高,合金的稳态流变应力值下降,在500 ℃进行35%变形时仅约28.2 MPa;在较低温度时,合金流变应力取向差异(0 °试样<5 °试样<10 °试样)随温度升高而消失;不同于稳态流变应力的变化,再结晶比例则随变形温度的升高而增大,变形量与再结晶比例之间保持正相关,而取样角度使得再结晶比例的取向性较强,500 ℃时再结晶比例在不同取样方向上遵循0 °试样<5 °试样<10 °试样的变化趋势;随着变形量的进行,动态再结晶越来越充分,其组织形貌逐渐由晶界处的零散分布再结晶晶粒向“项链状”再结晶分布转变,并且逐渐呈包围状态向晶体内部扩展,最后完全取代原始连铸板组织。此外,通过示意图的方式再现了合金再结晶的形核与长大过程。
2023, 17(4):605-611. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000402 CSTR:
摘要:对快速凝固粉末冶金制备的挤压AZ91镁合金,在温度为250—400 ℃、应变速率范围为0.01—1 s-1下进行了热压缩变形试验。同时,利用热加工图分析评价了合金的热加工特性。结果表明:合金的流变应力,随变形温度的升高或应变速率的减小而减小;同时,基于双曲正弦关系建立了描述流变应力行为的本构方程,RS/PM制备的AZ91挤压合金的热变形机制为晶格扩散控制的位错蠕变;通过微观组织验证了动态再结晶和流变失稳行为,当温度高于350 ℃、应变速率在0.01—0.1 s-1时,合金的可加工性最佳。
2023, 17(4):612-618. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000403 CSTR:
摘要:采用Gleeble-3500 热/力模拟试验机,在变形温度为250—350 ℃、应变速率分别为0.001、0.01、0.1和1 s-1、真应变量分别为0.3、0.45、0.6的条件下,对Mg54Al22Li11Zn11Ti2轻质高熵合金进行热压缩实验。基于Arrhennius模型对热压缩实验数据进行拟合,建立合金的本构方程,并绘制该合金在不同真应变下的热加工图。结果表明:在实验条件下,合金的热变形过程为加工硬化和动态再结晶为主的动态软化,且该合金的流变应力值与应变速率呈正相关,与变形温度呈负相关;该合金的热加工图表明,最佳的热加工工艺参数为变形温度335—350 ℃、应变速率1×10-3—1 s-1。
陈旭栋,徐军,尹翠翠,李新涛,冯波,周楠,王天国,郑开宏,潘复生
2023, 17(4):619-624. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000404 CSTR:
摘要:利用材料性能模拟软件JMatPro对Mg-Al系合金进行热力学和相转变的计算,得到镁合金在半固态和液态不同温度下粘度变化的规律。使用CFD方法对镁合金熔体的固-液混合过程进行了模拟,计算不同粒径Ti颗粒在不同熔体粘度下在搅拌槽中的分布情况,以及Ti颗粒分散性的变化趋势,并通过在树脂中添加不同比例稀释剂调控粘度值,研究纳米Ti颗粒在不同粘度下的分散行为。结果表明:随着Ti颗粒粒径减小,熔体粘度增加,这有利于Ti颗粒在搅拌槽中各区域分布;在相同搅拌速度下,随着搅拌时间增加延长和熔体粘度提高,Ti颗粒团聚行为明显降低,微观区域明显改善。
2023, 17(4):625-635. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000405 CSTR:
摘要:异质结构由机械性能存在显著差异的软区和硬区组成,变形过程中软区和硬区不同的机械性能可诱发额外的强韧化机制,从而影响材料的综合机械性能。近年来,异质结构镁合金的制备工艺和性能改善机制研究受到了材料工作者的广泛关注。综述了双相结构、双峰结构、异质片层结构和梯度结构4种典型异质结构变形镁合金的制备工艺和性能特点,并讨论了异质结构镁合金的发展现状以及该领域面临的挑战,为新型异质结构镁合金的应用指明了方向。
2023, 17(4):636-642. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000406 CSTR:
摘要:阐述了镁铝合金层状复合材料的优缺点和研究现状,介绍了轧制复合、挤压复合和爆炸复合3种常用的层状复合材料的制备方法。列举了几种具体的镁铝金属层状复合板的组成成分,分析了界面特征及界面温度对镁铝复合板的微观结构的影响机制和性能变化规律,为镁铝合金层状复合材料的应用与发展指明了方向。
2023, 17(4):643-657. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000407 CSTR:
摘要:钛合金的综合性能优良、应用领域广泛,不足是表面硬度偏低、摩擦系数较大、易磨损、易形成氧化膜等,常常需要进行合适的表面处理以提高其使用性能。激光是一种新型热源,能够精确控制能量在空间与时间上的分布。利用高能量激光扫描钛合金的表面,使其表层材料发生急热、急冷温度变化,通过辅以气相、液相、固体粉末等加工介质,实现对钛合金表面形貌、成分、组织和性能的调控。首先扼要介绍了激光对钛合金表面的作用及激光表面加工工艺参数,然后分别综述了6种典型的钛合金表面激光加工技术的研究现状,并展望了钛合金表面激光加工技术的研究方向。旨在为合理选择钛合金表面加工工艺和开发新型钛合金产品提供参考。
2023, 17(4):658-666. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000408 CSTR:
摘要:长余辉材料是一种储能型发光材料,其可以将吸收的一部分能量储存在陷阱中,在外部刺激下以光的形式缓慢释放出来。近年来,新型的长余辉纳米材料在可控制备方法和独特的光学性能方面取得了的突破,在新型涂料、建筑节能、信息防伪及生物医学等领域中引起了广泛关注。综述了新型长余辉纳米材料的制备方法、光物理性质的调控策略及在不同领域中的应用研究进展,并对下一代长余辉纳米材料的未来研究方向和挑战进行了展望。
2023, 17(4):667-675. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000409 CSTR:
摘要:介绍了基于搅拌摩擦焊原理开发的固相增材制造技术,根据制备工艺差异,搅拌摩擦增材制造技术可分为3类,分别为基于薄板逐层堆积的搅拌摩擦增材制造技术、消耗金属粉材的固相搅拌摩擦增材制造技术及消耗金属棒材的摩擦表面增材制造技术。对上述3类搅拌摩擦增材技术的国内外研究现状进行了介绍和分析,并对基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来的发展进行了展望。
2023, 17(4):676-689. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000410 CSTR:
摘要:固体表面的液滴撞击是实际应用中遇到的许多现象的重要部分,如微流控设备、冷却喷雾、喷墨打印、农药喷洒等。此外,通过超疏水结构表面修饰应用设备的功能表面能够显著提高设备的防污、抗粘附等功能,但是这种基于微纳结构的功能性表面抵抗液滴钉扎效应的能力很大程度限制了其应用。因此,研究液滴撞击超疏水表面行为对提高设备的抗腐蚀、自清洁等性能具有重要意义。首先介绍了非均匀表面的润湿理论,然后总结了近年来针对超疏水表面静态和动态液滴润湿行为的研究成果,着重阐述了结构润湿性、物理形貌及冲击速度对液滴接触时间和最大铺展系数的重要影响,介绍了液滴最大铺展系数预测模型的研究进展,进而指出了目前研究的不足之处。最后,对液滴回弹机制和最大铺展系数的研究进展进行了展望。
2023, 17(4):690-696. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000411 CSTR:
摘要:采用高温固相法合成了新型Y3Al2Ga3O12:Ce3+,Ge4+绿色长余辉材料,并对其光致发光性能、余辉性能和光色热稳定性能进行了研究。结果表明:Y3Al2Ga3O12:Ce3+,Ge4+绿色长余辉材料在320—490 nm范围的宽带吸收与蓝光LED芯片相匹配,其发射光谱为位于450—650 nm范围的宽发射带,对应于Ce3+的5d-4f跃迁;Y3Al2Ga3O12:Ce3+,Ge4+的内量子效率可以达到83.28%,τ80值约为12 s,远大于交流LED对于内量子效率>60%和τ80>0.4 ms的要求;在423 K前,Y3Al2Ga3O12:Ce3+,Ge4+具有良好的光色稳定性。以上结果表明,Y3Al2Ga3O12:Ce3+,Ge4+是一种潜在的能被蓝光激发的交流LED用绿色长余辉材料。
2023, 17(4):697-701. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000412 CSTR:
摘要:卤化物钙钛矿化合物作为具有可调特性的半导体材料引起了人们的兴趣,由于其加工方式廉价,使其在电子领域中有巨大的应用潜力。然而,铅的毒性仍然阻碍了卤化物钙钛矿化合物的实际应用,因此亟需开发无铅卤化物钙钛矿。采用配体辅助沉积法,在室温下制备了Cs3Bi2(IxBr1-x)9(x=1、0.9、0.7、0.5、0.3和0.1)钙钛矿纳米晶,并通过调节溴碘比,调节了钙钛矿纳米晶的波长。所制备的纳米晶属于六方晶系,通过X射线衍射仪可以发现,随着Br离子添加量的增加,Cs3Bi2(IxBr1-x)9的晶体结构逐渐发生转变;荧光光谱和Commission Internationale de l′Eclairage图谱显示,通过调节溴碘比,Cs3Bi2(IxBr1-x)9荧光发射从绿色逐渐转变为蓝色,实现了蓝绿范围内连续的光谱调节。上述方法为无铅全无机钙钛矿纳米晶体的快速阴离子交换,提供了一种新的方案。
2023, 17(4):702-706. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000413 CSTR:
摘要:采用液相沉淀-低温热分解法制备了大比表面积羟基氧化钴,通过XRD、SEM和激光粒度仪对样品的结构和形貌进行表征,结果表明所制备的产物主相为CoOOH,其比表面积达到60 m2?g-1,形貌呈片状颗粒,中位径D50为0.13 μm。同时,研究了大比表面积CoOOH对钴酸锂正极材料的包覆性能及电化学性能。SEM结果表明,大比表面积CoOOH均匀地覆盖在钴酸锂颗粒表面。电性能测试结果表明,CoOOH包覆的钴酸锂在电压3.0—4.6 V范围内经100次循环充放电后,其容量保持率达到87.9%,优于氢氧化钴。
2023, 17(4):707-713. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000414 CSTR:
摘要:在能源领域中,管道结垢导致阻力增加、生产效率低及能量损失。超疏水涂层因具有优良的疏水性及低表面能特性而受到广泛关注。将超疏水涂层引入到管道中,从热力学、结晶学和流体力学的角度分析了超疏水涂层的防结垢和减阻的机理,采用化学刻蚀法在铝片表面和铝管内壁制备超疏水涂层,然后对铝片开展动静态抗结垢实验及管内的流动实验,结果发现超疏水涂层具有优良的减阻、防结垢性能。将超疏水涂层应用于工业设备中,其不仅可以减少管道阻力、降低沿程损失,还可以有效地防止工业设备结垢。表明,刻蚀法制备超疏水涂层的成本较低、简单易行、安全可靠,展现了良好的应用前景。
2023, 17(4):714-721. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000415 CSTR:
摘要:针对飞秒激光加工镍基高温合金叶片气膜孔时,功率对气膜孔内壁质量影响的问题进行了研究。利用EBSD表征技术,研究了制备功率为4、10和16 W的气膜孔截面的微观组织结构。结果表明:经飞秒激光处理后,热障涂层气膜边界区域的晶体结构发生明显变化;不同功率的飞秒激光对陶瓷涂层结构的影响范围存在差异,因此制备的气膜孔边界质量也存在较大差异,其中功率为10 W的飞秒激光制备的气膜孔边界质量最佳。本研究结果对于指导飞秒激光加工工艺对材料微观组织影响具有重要意义。
2023, 17(4):722-727. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000416 CSTR:
摘要:利用液态模锻方法制备了6061铝合金轮毂,测试了热处理后轮毂不同部位的力学性能,同时利用Abaqus仿真模拟软件对轮毂的静态承载能力进行了分析。结果表明:轮毂不同部位的力学性能不同,性能最高处为外轮缘,抗拉强度为375 MPa、屈服强度为345 MPa;性能最低处为轮辋,抗拉强度为343 MPa、屈服强度为317 MPa;轮毂不同部位的性能差异主要是由晶粒度所致,外轮缘处的晶粒最细小、晶粒度达到5.032,轮辋处的晶粒最粗大、晶粒度为4.350。Abaqus仿真结果表明,静载条件下,所制备的轮毂性能达到了设计使用要求。
2023, 17(4):728-732. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000417 CSTR:
摘要:通过OM、SEM、EDS、拉伸测试、硬度检测等方法,研究了低温均匀化热处理工艺对特定成分的6082铝合金铸锭组织及性能的影响。结果表明:当均匀化温度从350 ℃升高至450 ℃时,随着温度的升高晶界上的第二相(α-Al(FeMnCr)Si)分解越充分,晶内析出相(Mg2Si)析出越均匀;温度升高对应的力学性能也相应提升,其中抗拉强度及硬度在450 ℃/10 h时达到最大值为162.5 MPa和53.3HV,导电率在450 ℃/15 h时达到最大为48.63%IACS;相同均匀化温度下保温10和15 h,对6082铝合金的组织和力学性能影响不大。
2023, 17(4):733-739. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000418 CSTR:
摘要:以Mg-3Sn-2Al-1Zn-0.6Sb镁合金经过正挤压与复合挤压后的材料为研究对象,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度测试等方法,研究了不同温度和时间下挤压后镁合金的组织和性能。结果表明:随着时效温度的升高,析出相Mg2Sn和Mg17Al12的数量显著增加,材料硬度提升幅度也更大;随着时效时间的增加,时效硬度呈现先增加后下降的趋势;正挤压与复合挤压样品均在时效4 h后达到峰时效,正挤压试样的最大显微硬度值为98.9 HV,而复合挤压试样的最大显微硬度值为81.2 HV,表明时效对正挤压材料的强化效果明显优于复合挤压材料。
2023, 17(4):740-746. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000419 CSTR:
摘要:利用热力学计算软件和扫描电镜分析Ti-Ca处理DH36钢的夹杂物特征,运用Thermecmaster-100kN热力模拟实验机模拟热输入250—400 kJ?cm-1的焊接热循环,利用光学显微镜、扫描电镜和激光共聚焦显微镜分析焊接热影响区的显微组织,利用冲击试验机测试了低温韧性。结果表明:DH36钢中的典型夹杂物为Al2O3,还存在Al-Ca-Ti-O-Mn-S复合夹杂物,该夹杂物可有效地抑制高温下的奥氏体晶界迁移,促进晶内针状铁素体形成;热输入为250—400 kJ?cm-1时,热影响区的显微组织由针状铁素体、珠光体和铁素体组成,随着热输入的增大,珠光体和铁素体含量随之增多;在1/2厚度位置模拟250—400 kJ?cm-1热输入时,在-20 ℃下热影响区的冲击韧性均能充分满足国家规定的行业使用标准要求。
2023, 17(4):747-752. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000420 CSTR:
摘要:探讨了铝型材粉末喷涂前处理的不同方法,主要涉及酸性除油和碱性除油及无铬钝化和有铬钝化方法。通过比较刻蚀量、钝化膜膜重、耐酸碱腐蚀试验和砂浆腐蚀试验等方面的综合数据,评估了不同前处理工艺的效果,并利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)对经前处理后铝型材的表面微观形貌和元素组成进行了初步分析。值得注意的是,进行了48 h的酸碱浸泡腐蚀试验和1个月的砂浆模拟腐蚀试验,这些试验是在现行国标GB/T 5237.4-2017检测方法基础上进行的,显示出超越国标的腐蚀破坏性,以快速区分不同前处理工艺的耐蚀性优劣。结果表明,不同前处理工艺对粉末涂层的耐蚀性有显著影响,其中酸性除油和有铬钝化工艺表现出最佳的耐腐蚀性能,其次是酸性除油和无铬钝化工艺,最后是碱性除油和无铬钝化工艺。
2023, 17(4):753-760. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000421 CSTR:
摘要:设计了一种金属注射成形30Cr13Cu4不锈钢材料,研究了热处理工艺参数(时效处理温度和保温时间)对材料组织及性能的影响。结果表明:含Cu金属粉末注射成形的合金组织均匀,相对密度为97.9%;随着时效温度的提高,基体上析出的碳化物数量增加并长大,而析出的球形纳米ε-Cu相转变成短棒状,材料的硬度先增加后降低;在520 ℃下进行时效处理时,随着保温时间的延长,合金的硬度不断提高,保温14 h后合金硬度为327 HV,析出弥散分布的ε-Cu析出相对合金硬度提高作用明显。