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2022年 27卷 5期
出版日期：2022-10-15
工艺技术
理论研究
理论研究
453
梯度纳米结构多晶铝剪切变形的分子动力学模拟
黄倩如, 刘江辉, 孔毅, 杜勇
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022020
构筑4种不同梯度纳米结构的多晶铝原子结构模型,采用分子动力学方法对其进行结构弛豫与剪切变形的计算模拟,获得剪切形变过程中的位错演变和晶粒原子结构,研究在同一变形条件下不同梯度纳米结构多晶铝的晶粒形变机制和剪切变形过程中微观结构的变化,并研究其力学性能。结果表明,在剪切形变过程的初始及中间阶段,不同梯度纳米结构的形变机制基本一致,都发生大量位错运动并塞积在晶界处,而后穿过晶界,最终在晶粒表面释放。在变形过程的中后期,不同梯度纳米结构则表现不一样。其中剪切强度较大的结构,剪切形变后不存在贯穿多个晶粒的剪切带,且部分粗晶粒由于晶粒取向与剪切方向差异较大和晶粒旋转等原因分解为几个较小的晶粒,而细晶粒则无明显变化。剪切强度较小的结构在剪切形变过程中由于位错塞积与释放及晶界的相互连接而形成贯穿剪切带,严重影响剪切强度。
2022 Vol. 27 (5): 453-459 [
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460
Ag-Cu-Co体系的相图热力学研究
毛学良, 李晓静, 刘树红, 杜勇
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022036
通过电感耦合等离子体发射光谱仪、电子探针显微分析仪和X射线衍射仪研究铸态及400 ℃、650 ℃退火态Ag-Cu-Co合金的相组成。结果表明,铸态和退火态Ag-Cu-Co合金中均未观测到Ag-Cu-Co三元化合物。400 ℃退火态合金中,Cu和Co在FCC(Ag)中的最大溶解度分别为9.78%和0.88%(摩尔分数,%,下同),Ag和Co在FCC(Cu)中以及Ag和Cu在HCP(Co)中的最大溶解度则分别为2.37%和0.98%,以及0.22%和4.15%。而650 ℃退火态合金中,Cu和Co在FCC(Ag)中,Ag和Co在FCC(Cu)中以及Ag和Cu在FCC(Co)中的最大溶解度分别为15.74%和0.97%,3.69%和4.47%,以及0.15%和7.48%。采用CALPHAD(calculation of phase diagram)方法,基于文献报道的Ag-Cu、Ag-Co和Cu-Co二元系的热力学参数外推,获得了Ag-Cu-Co三元体系的热力学数据库。使用该数据库计算Ag-Cu-Co体系400 ℃和650 ℃等温截面、液相面投影图及三元合金的凝固路径,计算结果与实验数据一致,说明CALPHAD外推获得的三元体系热力学描述的准确性。
2022 Vol. 27 (5): 460-470 [
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工艺技术
471
Ti粉活化对碳热还原氮化法制备Ti(C,N)粉末的影响
谢军龙, 李开华, 叶金文
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022026
以TiO
2
、碳黑为原料,抛尾Ti粉为活化剂,结合TG/DSC、XRD分析手段,研究抛尾Ti粉活化碳热还原氮化制备Ti(C,N)粉末的动力学和物相演变。采用Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)方法计算未添加和添加抛尾Ti粉体系中Ti
3
O
5
转变为Ti(C,N)的活化能,分别为(5 053.34±683.64) kJ/mol和(4 485.46±687.33) kJ/mol,发现抛尾Ti粉可有效降低碳热还原氮化反应的活化能;碳热还原氮化过程的物相演变研究表明,800 ℃下Ti与TiO
2
反应直接生成Ti
4
O
7
,越过了传统未添加钛粉体系中的Ti
n
O
2
n
-1
(
n
>4)系列中间相转变过程,1 400 ℃保温0.5 h即可得单相Ti(C,N)。在1 750 ℃保温4 h成功制备了
w
(O)为0.34%、
w
(游离C)为0.33%,粒径1~2 μm的高品质Ti(C,N)粉末。
2022 Vol. 27 (5): 471-477 [
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478
选区激光熔融制备Cu-Cr-Nb-Ce合金组织与性能的高温稳定性
艾永康, 刘祖铭, 张亚洲, 叶书鹏, 李建
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022024
采用选区激光熔融(selective laser melting, SLM)法制备Cu-Cr-Nb-Ce合金,通过对合金进行1 000 ℃高温热处理,研究Cu-Cr-Nb-Ce合金显微组织、力学性能和导电性能的高温稳定性。结果表明,在SLM成形件的
XY
面(垂直于建造方向),基体组织由熔池道中心的长柱状晶和沿熔池道边界分布的细小等轴晶组成,两者交错分布,平均晶粒尺寸为28.3 μm,第二相为在基体中弥散分布的纳米级Cr
2
Nb相。SLM成形件经1 000 ℃高温热处理10、50和100 h后,晶粒的整体形貌无明显变化,但平均晶粒尺寸分别增加8.5%、18.7%和27.2%;Cr
2
Nb相的平均尺寸从29.5 nm分别长大到348.6、524.9和589.4 nm,最大尺寸达1~3 μm,并且在晶界分布更密集;合金的维氏硬度(HV)明显下降,从126分别降至84、79和75。经10 h热处理,电导率从18.5%IACS显著提高到54.6%IACS,延长热处理时间,则电导率不再明显提高。
2022 Vol. 27 (5): 478-487 [
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488
Mo对WC-(8Co, 2Ni)硬质合金组织与性能的影响
郭巨华, 李彬, 何人桂, 汪建英, 娄嘉, 刘艳军, 李詠侠, 杨海林
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2021099
采用化学包覆法制备WC-(8Co,2Ni)-
x
Mo (
x
为质量分数,%。
x
=0,0.5,1.0,1.5)复合粉末,真空烧结后得到含Mo的WC-(8Co,2Ni)硬质合金。研究前驱体和复合粉末的微观形貌和物相组成,分析Mo对WC-(8Co,2Ni)硬质合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,WC-(8Co,2Ni)-
x
Mo复合粉末中的Mo均匀分布在WC颗粒表面。WC-(8Co,2Ni)-
x
Mo硬质合金较致密,无明显孔洞,WC和黏结相无明显聚集。随Mo质量分数从0增加至1.5%,WC晶粒的平均尺寸从1.6 μm减小至1.1 μm。合金硬度(HRA)从87.3±0.1提高至88.3±0.2,抗弯强度从(2 890±27) MPa下降至(2 560±29) MPa。含Mo合金在腐蚀过程中生成低电导率的含Mo钝化膜,耐腐蚀性能明显提升。
2022 Vol. 27 (5): 488-497 [
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498
超高应变率变形下纯钨的断裂失效行为和动态再结晶
陈逊, 黄宇峰, 张磊, 陈柏杉, 刘文胜, 马运柱
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022027
采用激光冲击加载技术对粉末冶金烧结态钨和熔炼态钨进行超高应变率下的动态加载,利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对冲击后的多晶钨进行损伤特征和微观组织表征,研究孔洞对冲击载荷下多晶钨的断裂失效行为和动态再结晶机制的影响。结果表明：在超高应变率下多晶钨的断裂失效模式仍以沿晶断裂为主,晶界孔洞和晶内孔洞均为动态加载下材料失效的起源。孔洞对冲击波的反射造成了在孔洞周围应力持续集中,位错大量形成并互相缠结,使得形变储存能迅速增加。在较高的冲击压强下,烧结态钨通过晶界弓出机制发生动态再结晶形核,冲击后存在大量的等轴状再结晶组织,并且由于冲击波随着深度的增加而衰减,再结晶程度随深度增加逐渐降低。
2022 Vol. 27 (5): 498-508 [
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509
Mg-Fe-LDH涂层改性AZ91D合金的耐蚀性、体外降解及成骨性能
景绍慧, 周吉祥, 赵大鹏, 吴宏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022031
为满足临床上对镁基金属植入物耐腐蚀和促成骨的要求,以AZ91D镁合金作为基体材料,采用水热法在其表面制备致密均匀的Mg-Fe-层状双氢氧化物(Fe-LDH)涂层,得到Fe-LDH/AZ91D样品。通过电化学和析氢实验探究涂层对镁基体耐腐蚀性和体外降解性能的影响,结合CCK-8及体外矿化实验研究Fe-LDH/AZ91D的生物相容性及成骨相关性能。结果表明：Fe-LDH涂层的存在为AZ91D与腐蚀液的直接接触建立了屏障,有效提升耐腐蚀性能,改性后的镁合金缓蚀效率达到92.76%;PBS中浸泡14天后,AZ91D的质量损失率(40.59%)几乎是Fe-LDH/AZ91D(25.16%)的1.6倍,腐蚀速率(4.14 mm/a)约为Fe-LDH/AZ91D(2.13 mm/a)的2倍;不同Fe-LDH/ AZ91D体积分数浸提液下细胞相容性良好,能较好地维持细胞的成骨活性,并达到与空白组样品同样的水平。
2022 Vol. 27 (5): 509-518 [
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519
Cr、Zr微合金化超高强Al-Zn-Mg-Cu-Yb铸态合金的组织及腐蚀性能
许永祥, 方华婵, 段志英, 张茁, 汪家瑜, 朱梦真, 朱凯, 肖鹏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022041
采用铸锭冶金法制备Cr、Zr微合金化Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金。通过电化学测试和静置腐蚀实验,结合X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜和透射电镜研究Cr、Zr微合金化Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金中凝固结晶相的析出特征,及其对铸态合金腐蚀行为的影响机理。结果表明：3种铸态Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金中的枝晶主要由Al
2
CuMg(
S
相)、Al
8
Cu
4
Yb和Mg(Zn,Cu,Al)
2
(
Sigma
相)组成,而Cr或Zr的添加导致
Sigma
相中Cu含量增多,
Sigma
相电位提高,枝晶与铝基体之间的电位差减小,从而改善了铸态合金的耐腐蚀性能。与Al-Zn-Mg-Cu-Yb和Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Cr合金相比,Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Zr合金具有更高的耐蚀性,腐蚀形式由沿枝晶腐蚀转变为均匀腐蚀。
2022 Vol. 27 (5): 519-531 [
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532
激光熔覆法制备WC-Co球粒强化高熵合金复合硬质涂层的组织与性能
蓝阳, 马青原, 杨紫涵, 张文慧, 彭英博, 郑俊, 张伟, 刘惠仁, 许雄亮
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022046
在FeCoCrNiMo
0.15
高熵合金(high entropy alloy, HEP)粉末中分别添加WC和WC-Co硬质相球粒,然后采用激光熔覆法在304不锈钢基材上制备2种以FeCoCrNiMo
0.15
高熵合金为基体的硬质复合涂层WC/HEA和WC-Co/HEA,研究这2种复合涂层的微观组织、硬度、耐磨与耐蚀性能,并与真空扩散焊制备的Ni60/WC复合涂层性能进行对比。结果表明,WC-Co/HEA涂层中WC颗粒的球形度高,涂层内气孔和裂纹较少,添加Co元素可有效避免激光熔覆过程中WC发生分解。WC/HEA和WC-Co/HEA复合涂层的平均显微硬度(HV)都在800 MPa以上,其中WC-Co/HEA涂层的平均显微硬度(882.55 MPa)高于WC/HEA涂层的硬度(817.27 MPa),且其平均摩擦因数(0.40)略低于WC/HEA涂层(0.46)。与Ni60/WC涂层相比,HEA基涂层对WC的保持性和润湿性更好,能降低涂层与WC之间的界面反应,因此WC-Co/HEA复合涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、耐蚀性能均优于Ni60/WC和WC/HEA涂层。
2022 Vol. 27 (5): 532-541 [
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542
加张烧结下连续氧化铝纤维的组织结构演变规律
彭劭恒, 姚树伟, 王娟, 刘文胜, 马运柱
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022038
采用溶胶凝胶干法纺丝-高温烧结的方法制备连续氧化铝纤维,在对前驱体纤维进行预烧结和高温烧结时,利用自行设计搭建的加张烧结装置对纤维施加轴向张力,通过对氧化铝纤维的形貌、成分及组织结构进行表征,并与自由烧结(不加张力)的纤维进行对比,研究张力对烧结过程中氧化铝纤维的热分解、相变、组织结构演变以及性能的影响。结果表明：施加张力可显著提高预烧结纤维和烧结纤维的平直度,促进前驱体纤维中残留物质的分解和脱除;加张烧结可抑制纤维的轴向收缩,加大径向收缩,并促进γ-Al
2
O
3
向α-Al
2
O
3
转变;加张烧结还能改善纤维的晶粒形貌与孔洞分布,促进晶粒生长与晶间孔洞的收缩脱除,促进纤维致密化。相对于自由烧结,施加0.9 MPa轴向张力使得1 500 ℃烧结3 min的氧化铝纤维平均抗拉强度从0.35 GPa提高到1.16 GPa,提高231%。
2022 Vol. 27 (5): 542-549 [
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550
水热法制备γ-AlOOH对酸性大红GR的吸附性能
吕凤程, 王丁, 李中林, 李玉平, 李义兵, 何贵香
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022052
以十八水合硫酸铝为铝源,尿素为沉淀剂,采用水热合成法制备γ-AlOOH吸附剂,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和N
2
吸附-脱附法对γ-AlOOH的显微结构与形貌,以及对酸性大红GR的吸附性能进行分析与测试,研究吸附时间、酸性大红GR溶液的初始pH和初始质量浓度对γ-AlOOH吸附酸性大红GR的影响。结果表明,γ-AlOOH吸附剂为核-壳微米花分级结构,纯度较高,比表面积为205.07 m
2
/g,平均孔径为3.07 nm。在酸性大红GR溶液的初始质量浓度为300 mg/L、体积为200 mL、pH值为2、温度为25 ℃条件下,1 g γ-AlOOH吸附剂对酸性大红GR的吸附量达470.65 mg,酸性大红GR脱除率为78.44%,吸附过程的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附热力学符合Langmuir热力学模型;经过8次循环吸附后,1 g再生吸附剂对质量浓度为300 mg/L的溶液中酸性大红GR的吸附量仍达到422.57 g,脱除率为70.43%。
2022 Vol. 27 (5): 550-558 [
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559
粒度粒形分析技术用于3D打印球形金属粉末的球形度和卫星化测定——兼议GB/T 39251—2020
刘文莉, 杨正红, 王莘泉
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022021
3D打印球形金属粉末的粒度粒形特征对于成形后的零件性质有很大影响。因此探索恰当的粒度粒形参数指标以对3D打印球形金属粉末进行质量控制至关重要。3D打印球形金属粉末粗细粒级按一定的比例混合能够有效地提高产品强度和表面质量,但是传统的激光衍射法不能准确地表征多粒群粉体的粒度分布,而图像法则能够轻易地解决这个问题。3D打印球形金属粉末的球形度和卫星化程度是粒形研究的重点,但球形度实际是一组具有宏观形状、介观形状和微观形状的多层级表征参数,不能用某一个参数来完整表征。本文针对3D打印球形金属粉末,提出图像法测量粒度的仪器(Occhio 500nano XY)和方法,并与传统激光衍射法进行了比较。提出两个微观形状定量参数——钝度和赘生物指数是3D打印金属粉末球形度的最适用评价参数,并阐述了这些参数的含义和区分度。指出了钝度是最灵敏的球形度表征参数之一,赘生物指数则可以反映球体颗粒的卫星化程度,而GB/T 39251—2020中建议的圆形度参数,对颗粒的形状变化极不灵敏,不宜作为3D打印球形粉末的质量控制 参数。
2022 Vol. 27 (5): 559-568 [
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