作为电镀和热喷涂的替代技术,超高速激光熔覆技术自问世以来备受瞩目。通过与常规激光熔覆技术对比,阐明超高速激光熔覆的技术原理;与电镀、热喷涂、常规激光熔覆等技术对比,分析其技术特点和优势。从设备、材料、工艺、组织和应用等方面综述超高速激光熔覆技术的研究现状,分析该技术的不足,并对其研究及应用发展提出建议。

本文结合实验和模拟,系统研究了放电等离子体烧结(spark plasma sintering, SPS)制备自钝化钨合金(self-passivation tungsten alloys, SPTAs)块体时的温度场、电流场对其组织均匀性的影响,建立烧结温度、时间、电流密度与块体微观组织的关系。结果表明：不同尺寸SPTAs块体在SPS固结时的温度沿径向分布不均,致使测量温度远低于样品实际温度。结合显微组织表征,发现提高样品烧结时的电流密度可缩短烧结时间,对获得细晶、均质结构样品有积极作用,但需要考虑样品因径向温度梯度引起的晶粒尺寸差异。本研究可为大尺寸SPTAs块体的SPS制备工艺设计提供参考。

对陶瓷施加一定的约束和预应力,可以改变陶瓷对冲击的破坏响应,延迟界面击溃,从而提高复合装甲的抗侵彻性能。本文介绍了陶瓷复合装甲的抗弹机理,综述了常见约束模式(轴向约束、径向约束和三维约束)对其抗弹性能的影响,以期对陶瓷复合装甲的结构设计、抗弹机理研究及应用扩展提供一定的 参考。

表面织构是陶瓷材料有效的减摩抗磨手段,能够降低陶瓷在滑动时的摩擦因数以及减少因磨损带来的损耗。本文从陶瓷表面织构的制备、类型、几何参数以及摩擦学机理出发,对其进行综合评述。首先,介绍陶瓷材料表面织构主要的制备方法(激光加工、反应离子刻蚀)。其次,讨论表面织构的类型(凸体、凹坑、凹槽、仿生织构等)以及几何参数(宽度、深度、面积占比等)对陶瓷摩擦学性能的影响。随后,分析表面织构在干滑动以及润滑条件下的摩擦学机理。在干滑动条件下,表面织构能困住磨屑以及减小陶瓷与对磨体的接触面积;在润滑条件下,表面织构能改善陶瓷在滑动时的流体动压和润湿性,这均能提升陶瓷的摩擦学性能。最后,总结与展望陶瓷表面织构目前面临的难题以及未来的研究方向。

金属材料普遍存在腐蚀现象,这限制了金属资源的综合利用。近年来,受到自然界超浸润现象的启示,超疏水涂层作为一种新型金属防护手段,已得到广泛应用。本文对超疏水表面的基础理论进行阐述,重点综述镁合金、铝合金、碳钢、钛合金表面超疏水涂层近期的发展状况,以期为开发新型功能材料,推动相关技术进步,促进多领域的交叉应用提供参考和指导。

为了探究Ti元素对高熵合金涂层组织与性能的影响,利用激光熔覆技术在Q235基体表面制备CoCrFeNiTi_x (x=0.4、0.6、0.8、1.0)涂层,采用XRD、SEM、EDS等方法分析涂层的相结构和显微组织,用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机测试涂层的硬度和耐磨性。结果表明：涂层的显微组织由胞状晶向树枝晶转变,相结构由BCC和FCC组成。涂层显微硬度的提高归因于固溶强化和细晶强化的共同作用,涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,并伴有轻微氧化。当x=0.8时,涂层的硬度(HV)可达524,磨痕较为平整,耐磨性优异。

铜铁合金具有优异的导电、导热性能以及独特的电磁屏蔽性能,且成本低廉,应用广泛,但易发生成分偏析。为解决这一问题,以五水合硫酸铜和七水合硫酸亚铁为原料,采用电共沉积法制备Cu-Fe合金镀层,通过扫描电子显微镜、能谱仪和透射电镜对镀层进行表征,研究电流密度、主盐离子浓度、络合剂浓度对镀层成分和显微组织的影响,探究镀层的生长过程。结果表明：Fe²⁺、Cu²⁺和柠檬酸(络合剂)浓度分别为0.016、0.04和0.2 mol/L,电流密度为2.0 A/dm²时,Cu-Fe合金镀层光亮平整无裂纹,具有较高的Fe含量(w(Fe)=14.87%)。镀层中Cu和Fe分布均匀,不存在单独的Fe相,证明电沉积过程中形成了亚稳合金。镀层中广泛分布着纳米晶,晶粒尺寸在20~100 nm之间。Cu-Fe镀层由细小枝晶密集生长,而后分化为小颗粒紧密生长,随时间延长颗粒逐渐长大,出现显著优先生长,颗粒之间可见明显间隙。不均匀的电场和成核位置分布是导致枝晶无序生长的主要原因。

Si₃N₄陶瓷因其强共价键特性而具有优异的力学性能,但这一特性也使其难以进行二次加工,严重制约了其在工业领域的广泛应用。本研究采用动态热锻(dynamic hot forging, DHF)技术对商用Si₃N₄陶瓷 进行加工处理,研究热锻温度对材料微观结构和力学性能的影响。结果表明：在(60±5) MPa的动态压力和1 800 ℃的热锻温度下,Si₃N₄陶瓷展现出最佳力学性能,其硬度达到13.84 GPa,断裂韧性为6.88 MPa·m^1/2,抗弯强度高达925 MPa,各项性能指标均显著优于原始试样。这种性能提升主要归因于两个关键因素,一是热锻过程中气孔等缺陷的消除,二是动态压力诱导产生的结构织构化效应。本研究开发的DHF技术为高性能难加工陶瓷材料的二次加工与强化提供了一种有效的新方法。

本文采用传统铸造和热加工工艺制备复合添加Sc、Zr的高Zn含量7xxx系铝合金,通过室温拉伸实验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等,研究Sc、Zr的复合添加对高Zn含量7xxx系铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：设计制备的新型高Zn含量(w(Zn)=10.9%)铝合金的抗拉强度为769 MPa,伸长率为4.7%。合金中高含量的Zn有利于形成高密度的纳米η'相,实现优异的沉淀强化效果。Sc和Zr复合添加形成的初生Al₃(Sc,Zr)相有助于细化凝固组织,而时效过程中析出的次生Al₃(Sc,Zr)相则可以有效抑制再结晶和阻碍位错运动,二者结合实现了良好的晶界强化作用。

采用传统熔炼铸造法制备Al-Zn-Mg-Cu合金,通过晶间、剥落、应力和电化学腐蚀实验,结合金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等表征手段,研究再结晶和结晶相对合金腐蚀行为的影响。结果表明：再结晶程度更低和残余结晶相更少的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金具有更好的耐腐蚀性能,腐蚀48 h后的剥落腐蚀等级为EB,弯曲张应力为522 MPa时的应力腐蚀裂纹萌生时间为30 min,电化学腐蚀速率变慢。超高强铝合金的腐蚀分为3个阶段：腐蚀初期,点蚀在残余结晶相(S相)和晶界析出相(η相)周围发生;腐蚀中期,点蚀沿大角度晶界发展为晶间腐蚀,裂纹在S相附近形成并沿大角度晶界扩展,导致应力腐蚀开裂;腐蚀后期,腐蚀产物膨胀以及晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的共同作用引发剥落腐蚀。残余结晶相和再结晶对合金腐蚀性能有不利影响,基体中残留的S相为腐蚀提供了发生位点,η相在再结晶形成的大角度晶界上连续分布,为晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹扩展提供连续通道。

为了获得更低损耗的铌酸盐基微波介质陶瓷,本文以ZnO、GeO₂、MoO₃和Nb₂O₅为主要原料,采用固相反应合成法制备Zn[(Ge_0.5Mo_0.5)_xNb_1-x]₂O₆ (x=0.05、0.10、0.15、0.20)铌酸盐微波介质陶瓷。采用XRD、SEM以及矢量网络分析仪分别表征材料的物相组成、微观形貌及介电性能。结果表明：烧结温度为1 180 ℃时,x=0.05的微波介质陶瓷表面形貌最为致密,相对密度最大(94.58%),具有较好的微波介电性能,介电常数ε_r为21.7,品质因数Q_f为64 610 GHz,谐振频率温度系数τ_f为-81.2×10^-6/℃。

高电阻率的无机氧化物纳米粒子被广泛用作软磁粉芯的绝缘包覆材料,以降低粉芯高频下的涡流损耗,提升器件的工作稳定性和能量利用效率。针对非磁性氧化物纳米粒子的存在会导致粉芯致密性和磁导率下降的问题,本文将温压工艺引入FeSiBC非晶磁粉芯的制备中,重点研究温压温度对FeSiBC非晶磁粉芯的成形性、磁学性能以及力学性能的影响。结果表明：温压温度为120 ℃时,软化的树脂能够有效填充进磁粉间的间隙,增强黏结效果,使粉芯具有最佳的压缩性和综合磁学性能。此时,原始和包覆粉芯的抗压强度分别为220.0和269.1 MPa,相较于室温压制粉芯分别提升了107.5%和47.8%;有效磁导率在100 kHz~10 MHz范围内分别稳定至20.8和18.7 H/m,相较于室温压制粉芯分别提升了20.9%和16.9%;1 MHz、0.05 T下的交流损耗分别为2 693.5和2 228.0 kW/m³,相较于室温压制粉芯分别下降了13.9%和21.3%。本工作通过优化温压工艺参数,提升磁粉芯的应用频率和能量利用效率,为制备性能优良的FeSiBC磁粉芯提供指导。

双离子掺杂是改善富锂锰基正极材料Li₂MnO₃电化学性能及循环稳定性的有效方法,然而掺杂离子间微妙的相互作用对Li₂MnO₃性能的影响机制还不清晰。本研究通过第一性原理计算分别研究Mg单掺杂和Mg/Al共掺杂Li₂MnO₃的晶格结构、电子结构、O稳定性以及Li扩散动力学。结果表明：相对于Mg单掺杂,Mg/Al共掺杂能引起明显的晶格畸变,提高局域O的电化学活性,但同时会牺牲一定的O稳定性。此外,Mg/Al共掺杂还可以促进局域Li的层内扩散。本研究突出对比了Mg/Al共掺杂和Mg单掺杂对Li₂MnO₃电化学性能影响的差异,为优化富锂锰基正极材料设计提供理论依据。

对均匀化后的7050铝合金铸锭进行不同变形温度(390、420、450 ℃)的多向锻造实验。通过光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜和室温拉伸性能测试,研究变形温度对锻造态、固溶态和时效态7050铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：多向锻造对合金中粗大的残余结晶相起到一定的消减效果,残余相的面积分数随变形温度升高而降低。多向锻造后,合金芯部基本为粗大的原始晶粒,随变形温度升高动态再结晶程度增大;固溶处理后,随变形温度升高残余结晶相的面积分数降低,亚晶含量增加;时效处理后,随变形温度升高纳米级析出相的含量增加。时效态合金的强度随变形温度升高而提高,变形温度为450 ℃时,合金综合力学性能最好,其屈服强度为496.7 MPa,抗拉强度为555.1 MPa,伸长率为8.1%。

为探究铜-石墨复合材料在不同对偶材料下的载流摩擦磨损性能及相关机理,采用加压烧结法制备2种不同石墨含量的铜-石墨复合材料,并选用T2紫铜、QCr0.8铜锆合金和镀硬金的紫铜作为对偶材料进行载流摩擦磨损实验。通过扫描电镜、纳米压痕仪、表面轮廓仪和销盘摩擦磨损试验仪,对材料的微观结构、硬度和载流摩擦磨损性能进行研究。结果表明：与3种对偶材料对磨,铜-石墨材料的摩擦因数均在0.4~0.5之间,磨损率在10^-13 m³/(N·m)数量级,平均电压降在0.7~1.4 V之间,平均电噪声在0.2~0.7 mV之间。其中,QCr0.8铜锆合金作为对偶材料时,铜-石墨复合材料的载流摩擦磨损性能最佳,表现出最低的磨损率、电压降和电噪声,此时材料的磨损机制主要为剥层磨损和少量磨粒磨损,表面形成了由Pb、石墨和少量氧化物组成的润滑膜。

提高碳纳米管(carbon nanotube, CNT)在Cu基体中的分散性以及两者的界面结合,可以有效改善碳纳米管增强Cu基(CNT/Cu)复合材料的性能。本文采用一步水热法在CNT表面原位生成碳化聚合物点(carbonized polymer dot, CPD),对CNT进行表面改性处理,再通过烧结法制备CNT@CPD/Cu复合材料,对复合材料的力学和电学性能进行测试。结果表明：经酸化处理的CNT₁表面改性处理后,其结构破坏严重,增强效果减弱。未经酸化处理的CNT₂表面改性处理后,CPD负载于CNT₂上,不仅保留了CNT的结构完整性,还能显著改善其在基体中的分散性,增强与Cu的结合。此外,CPD和CNT的加入可有效细化Cu晶体,抑制位错运动;CPD和CNT与Cu基体间的“铆钉”界面结合,不仅能降低电子散射效应,还能为电子转移提供额外的通道,从而提升复合材料的电学性能。CNT₂@CPD/Cu复合材料的极限抗拉强度相较纯Cu提高了28.9%,电导率为95.9%IACS。该研究结果为开发新型高强高导Cu基复合材料提供了新思路。

铼和钌在镍基单晶高温合金中的应用常受限于其含量和相稳定性,寻找能同时代替铼和钌的新元素具有重要意义。本研究设计了一种具有高含量锇的新型镍基单晶高温合金,采用传统Bridgman技术制备铸态单晶合金,并对合金进行固溶时效处理,通过光学显微镜和扫描电子显微镜研究合金的析出相演化规律。结果表明：铸态合金中锇和钨偏析于枝晶干区域,而铝、钽、钛则偏析于枝晶间区域,即使经过长时间的固溶热处理,锇和钨仍有轻微的偏析。由于枝晶区域的元素偏析,一次时效处理后枝晶间的γ′相比枝晶干的γ′相更易转变为立方形,二次时效处理使析出相的尺寸和体积分数略微增大,形状从立方形向圆形转变。

基于响应面法开展56NiCrMoV7钢表面激光熔覆Ni60合金粉末的理论及实验研究。以激光功率、扫描速度、送粉速率和搭接率为影响因素,以涂层表面平整度、稀释率及显微硬度为响应目标建立多元回归预测模型,进行工艺参数优化和涂层质量预测。结果表明：送粉速率和扫描速度的交互作用对表面平整度影响最大;激光功率、送粉速率及搭接率对稀释率均有显著影响;送粉速率对显微硬度影响最大,激光功率次之。优化的工艺参数为激光功率1 647 W,送粉速率0.5 rad/min,扫描速度5 mm/s,搭接率0.4,所制备Ni60合金涂层的表面平整度、稀释率和显微硬度预测值与实验值一致性较好。Ni60合金涂层与56NiCrMoV7基体之间为冶金结合,涂层的硬度和耐磨性均优于基体,表面强化效果明显。

易脆这一固有特性极大限制了高性能陶瓷材料在工业领域的广泛应用。本文通过电场辅助动态热锻制备超高韧3YSZ陶瓷,研究在电场和动态力场耦合作用下3YSZ陶瓷的微结构演化和力学性能。结果表明：在1 000 ℃的恒定炉温、20 V/cm的电场强度、140 mA/mm²的电流密度和(50±10) MPa的动态压力下热锻10 min后,3YSZ陶瓷的维氏硬度和断裂韧性分别达到了(12.40±0.58) GPa和(10.69±0.33) MPa·m^1/2,相较传统烧结陶瓷分别提高了11.5%和54.9%。韧性的显著提升主要是由于电场辅助动态热锻降低了3YSZ陶瓷中四方相的稳定性,使其在外力诱导时更易发生相变,从而有效抑制裂纹的扩展。电场辅助动态热锻技术具有无需添加增强相和增韧效果显著的优势,为高性能3YSZ陶瓷材料的增韧提供了新路径。

为改善C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能,以ZrC纳米粉体和Si粉为反应渗料,采用反应熔渗(reactive melt infiltration, RMI)法制备ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等研究ZrC纳米粉体含量对C/C-SiC复合材料微观结构和烧蚀性能的影响。结果表明：随ZrC纳米粉体含量增加,复合材料的孔隙率增大,而密度变化不大。ZrC纳米粉体一部分弥散分布在SiC基体中,一部分则发生了团聚。烧蚀30 s后,ZrC纳米粉体摩尔分数为6%时,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率最低,分别为2.0 mg/s和3.9 μm/s。随ZrC纳米粉体含量增加,烧蚀过程中形成的ZrO₂含量增多,对SiO₂的钉扎作用明显增强,能有效提升C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。