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2023年 28卷 5期
出版日期：2023-10-15
工艺技术
工艺技术
413
添加Yb对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr合金组织性能的影响
段志英, 张芊芊, 方舟, 方华婵, 张茁, 陈康华
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023021
采用熔炼铸造法制备复合添加Zr、Cr及复合添加Zr、Cr和Yb的2种Al-Zn-Mg-Cu合金。采用金相显微镜、透射电镜和扫描电镜观察合金的显微组织,并进行力学性能和抗腐蚀性能测试。结果表明：AlZnMgCu-Zr-Cr-Yb合金经固溶处理后始终保持以小角度晶界为主的纤维状组织,这归因于合金中析出的大量细小(10~20 nm)、弥散分布的(Al,Cr)
3
(Zr,Yb)相,阻碍了位错和晶界迁移,明显抑制基体再结晶。由于Yb元素的加入,合金的硬度、强度、伸长率和断裂韧性提高,断裂韧性由24.2 MPa·m
1/2
提高到32.4 MPa·m
1/2
。同时,合金的抗应力腐蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀性能提高,应力腐蚀开裂临界应力强度因子(
K
ISCC
)由10.6 MPa·m
1/2
提高到17.0 MPa·m
1/2
,晶间腐蚀深度减小,剥蚀敏感性降低,剥蚀等级由EB+降为EA。
2023 Vol. 28 (5): 413-426 [
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427
两步水热法制备纳米花状Ni
3
Fe/Ni
3
S
2
高效电催化剂促进碱性电解水析氧反应
陈宇翔, 何捍卫
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023039
分别以Fe(NO
3
)
3
∙9H
2
O和Na
2
S∙9H
2
O作为Fe源和S源,用镍网(nickle mesh, NM)作为Ni源与支撑基底,采用两步水热法合成Ni
3
Fe/Ni
3
S
2
析氧催化剂,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜分析催化剂的显微组织与形貌,用电化学工作站进行电化学性能测试。结果表明：两步水热法合成的Ni
3
Fe/Ni
3
S
2
催化剂为丰富立体的纳米花形貌,这种形貌可提升催化剂的空间利用率。Ni
3
S
2
暴露出高折射率的$\{\bar{2}10\}$晶面,与Ni
3
Fe的(111)晶面产生协同效应,从而提升了催化活性。在1 mol/L的KOH溶液(25 ℃)中,10 mA/cm
2
电流密度下Ni
3
Fe/Ni
3
S
2
/NM的析氧过电位为229 mV,在5.35 mol/L的KOH溶液(80 ℃)中,600 mA/cm
2
电流密度下的过电位为335 mV,且经6 000圈循环伏安法循环后,过电位衰减率仅为2.39%,说明该催化剂具有良好的析氧性能和稳定性。
2023 Vol. 28 (5): 427-437 [
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438
钾掺杂O3型层状氧化物正极材料及其性能
魏树兵, 何勇菊, 曹鑫鑫, 梁叔全
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023049
采用简单固相法制备K掺杂O3型Na
0.9-
x
K
x
Cu
0.22
Fe
0.30
Mn
0.48
O
2
(
x
=0、0.05、0.1)正极材料,通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜及电化学实验,分析和研究材料的结构稳定性和电化学性能。结果表明：K掺杂可增强材料的结构稳定性,同时Na
+
的扩散速率和材料的电化学可逆性显著提升。K掺杂使O3→P3相变发生得更早更快,有利于提升O3型正极材料的能量效率。O3型Na
0.85
K
0.05
Cu
0.22
Fe
0.30
Mn
0.48
O
2
正极材料具有优异的循环稳定性,在0.5 C倍率下循环150次后容量保持率为88.6%。K掺杂成本低廉、操作简单,有助于推动稳定的高性能钠离子电池的产业化发展。
2023 Vol. 28 (5): 438-447 [
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448
退火处理对粉末冶金CoCrFeNiC
0.05
高熵合金热轧板显微组织和力学性能的影响
张扬帆, 周睿, 陶慧, 李慧中, 梁霄鹏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023050
以Cr、Co、Fe、Ni单质块体和Cr
3
C
2
为原料,采用气雾化法制备预合金粉,通过热等静压法制备CoCrFeNiC
0.05
高熵合金,对合金进行热轧和退火处理,结合X射线衍射、金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射、硬度测试和拉伸性能测试等手段,研究退火处理对粉末冶金CoCrFeNiC
0.05
高熵合金热轧板显微组织和力学性能的影响。结果表明：热轧变形后,合金晶粒形态由热等静压的等轴状转变为条带状,织构组态以F织构为主,晶内存在孪晶和亚微米级Cr
23
C
6
碳化物。经800 ℃退火处理后,合金发生完全再结晶。热轧结合中温退火(500 ℃)是获得具有良好综合力学性能CoCrFeNiC
0.05
高熵合金的有效途径,合金的屈服强度为961 MPa,抗拉强度为1 023 MPa,伸长率为13.6%。
2023 Vol. 28 (5): 448-455 [
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456
Nb颗粒增韧Ti-45Al-5Nb-0.3W合金的高温氧化行为
黄佳妮, 李慧中, 梁霄鹏, 车逸轩
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023051
通过热等静压制备2%Nb颗粒增韧Ti-45Al-5Nb-0.3W(摩尔分数)合金(Nb
p
/TiAl合金),并于1 280 ℃热处理24 h使元素扩散充分,富Nb区转变为层片组织与γ晶粒。在800、850和900 ℃空气中进行恒温氧化,利用光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜、能谱仪和电子探针显微分析,研究合金氧化前后的物相组成和氧化膜的结构,揭示Nb
p
/TiAl合金的氧化机理。结果表明：Nb
p
/TiAl合金在800、850与900 ℃恒温氧化时的氧化动力学曲线均为抛物线型,在100 h氧化后单位面积的质量增量分别为3.32、7.36和17.27 g/m
2
;合金表面均形成了具有保护性的氧化膜,氧化膜为TiO
2
/Al
2
O
3
/(Al
2
O
3
+TiO
2
+NbO)/(TiN+Ti
2
AlN+AlNb
2
)的多层结构,能有效抑制O元素在合金中的扩散,提高合金的抗氧化性能。
2023 Vol. 28 (5): 456-464 [
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465
退火温度对镍/铜爆炸复合板微观组织与力学性能的影响
陈慧杰, 李慧中, 梁霄鹏, 陆雨晨, 曾智恒
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023052
通过爆炸焊接工艺制备Ni/Cu层状复合板,通过光学显微镜、扫描电镜、电子探针和能谱仪以及拉伸、剪切和硬度实验,研究退火温度对Ni/Cu复合板显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：随退火温度升高,复合板界面两侧Ni、Cu基体晶粒尺寸增大,界面元素扩散层厚度增加,退火温度为600 ℃时,元素扩散层厚度达到5.82 μm。200 ℃退火后复合板的硬度分布相比于爆炸态变化不大,退火温度为400 ℃和600 ℃时,界面硬度(HV1)分别为65.1和66.1,明显低于爆炸态(160.2);爆炸态及200、400和600 ℃退火后复合板的抗拉强度分别为351.6、305.9、281.7和284.8 MPa,伸长率分别为2.6%、7.8%、39.1%和39.4%;退火温度为400 ℃时,复合板的剪切强度达到最大值,为191.3 MPa,比爆炸态提高了17.5 MPa。
2023 Vol. 28 (5): 465-472 [
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473
热暴露对不同时效处理的铝锂合金微观组织与性能的影响
张淑英, 姜波, 肖盼
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023053
采用扫描电镜、X射线衍射、透射电镜和硬度测试等方法,研究热暴露对不同时效态2A97铝锂合金微观组织与性能的影响。结果表明：T6和T8态合金经热暴露后物相的种类及形貌变化规律相似,随热暴露温度升高,合金中的θʹ相(Al
2
Cu)粗化且数量减少,T
1
相(Al
2
CuLi)向平衡相转变,合金热稳定性变差。与T8态不同的是,T6态合金中的强化相除T
1
相和θʹ相外,还有立方相,但该相的强化效果远低于T
1
相和θʹ相。立方相经200 ℃热暴露后,数量增多,经300 ℃热暴露后,回溶进入基体。故在低温热暴露后T6态合金的热稳定性优于T8态,但在高温热暴露后两种时效态合金的热稳定性基本相当。T8态合金的硬度显著高于T6态,经低温热暴露后,T8态合金的硬度下降幅度大于T6态,但两种合金高温热暴露后的硬度下降幅度基本一致。
2023 Vol. 28 (5): 473-480 [
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481
Nb相增塑核壳结构TiAl/Nb复合材料的制备及组织性能研究
申景园, 胡连喜, 王皓洋
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023054
针对传统 γ-TiAl合金室温塑性低、难以满足工程化应用的难题,本文提出Nb相增塑核壳结构TiAl/Nb复合材料,系统研究了复合材料的制备工艺和力学性能。结果表明：在200 r/min转速下球磨120 h可实现细小Nb颗粒对大尺寸 γ-TiAl雾化粉的完全包裹,随后在40 MPa下,1 200 ℃真空热压1 h可获得增塑相可控的致密核壳结构组织。制备的TiAl/Nb复合材料在室温下的屈服强度为971.5 MPa,抗压强度为2 337.7 MPa,断裂应变为31.7%,表现出高强度和良好的塑性。这种强度和塑性的协同提高归因于延性β-Nb相促进了基体相之间的协调变形,提高了材料的整体持续变形能力。
2023 Vol. 28 (5): 481-489 [
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490
制备工艺对粉末冶金FeCrNi中熵合金耐腐蚀性能的影响
胡海霞, 刘咏, 黄千里
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023061
分别采用包套热挤压和热压烧结法制备FeCrNi中熵合金,研究制备工艺对合金组织结构及耐蚀性能的影响。结果表明：采用热挤压工艺制备的FeCrNi中熵合金平均晶粒尺寸为13 μm,且存在粗大的退火孪晶,而热压烧结工艺制备的FeCrNi中熵合金晶粒组织更细小,平均晶粒尺寸为6 μm。在0.5 mol/L H
2
SO
4
+2×10
-6
mol/L HF溶液中,热压烧结FeCrNi中熵合金表现出更好的耐蚀性,即更高的击穿电位(0.979 V)、更低的腐蚀电流密度(7.68×10
-6
A/cm
2
)以及更宽的钝化区Δ
E
(1.011 V)。热挤压FeCrNi中熵合金钝化膜中Cr元素主要以Cr(OH)
3
形式存在,而热压烧结FeCrNi中熵合金钝化膜中Cr元素主要以Cr
2
O
3
形式存在。这是因为热压烧结FeCrNi中熵合金的细晶组织具有高密度晶界,能够为Cr提供更多扩散通道,从而促进钝化膜中Cr
2
O
3
的形成,提高钝化膜的稳定性和耐腐蚀性。
2023 Vol. 28 (5): 490-499 [
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500
闪烧致密Al
2
O
3
-ZrO
2
复相陶瓷的微观结构及力学性能
姚曙, 刘佃光, 赵科, 刘金铃
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023065
以α-Al
2
O
3
和氧化钇稳定氧化锆粉体为原料,无压烧结制备致密Al
2
O
3
-ZrO
2
复相陶瓷,在临界电场下进行热处理后,对Al
2
O
3
-ZrO
2
复相陶瓷的微观结构和力学性能进行研究。结果表明：在900 V/cm的电场下,烧结致密Al
2
O
3
-ZrO
2
复相陶瓷的闪烧起始炉温为308 ℃。在炉温为1 200 ℃、电场为700 V/cm的条件下,闪烧致密Al
2
O
3
-ZrO
2
复相陶瓷原位合成Al
2
O
3
-ZrO
2
共晶结构。闪烧陶瓷主要分为复相区、过渡区和共晶区3个区域。复相区的微观结构与烧结陶瓷相似,形状不规则的Al
2
O
3
和ZrO
2
相均匀分布;过渡区晶粒异常长大,粗大的Al
2
O
3
和ZrO
2
相均匀分布;共晶区则呈现典型的Al
2
O
3
-ZrO
2
共晶结构。共晶区的维氏硬度和韧性分别为17.94 GPa和3.51 MPa·m
1/2
,与采用定向凝固技术制备的Al
2
O
3
-ZrO
2
共晶陶瓷的力学性能相当。
2023 Vol. 28 (5): 500-508 [
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423
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