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2025年 30卷 3期
出版日期：2025-06-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
157
基于中子衍射技术对钛铝合金有序-无序相变计算的研究与展望
李茜, 顾炅琳, 刘国梁, 袁小明, 杜勇
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024119
Ti-Al合金能有效提升航空发动机的性能,在航空航天领域具有不可或缺的应用价值。然而,该合金在升温、加压等加工过程中可能经历多个有序-无序相变,这会对其力学性能产生显著影响。X射线衍射在材料分析中应用广泛,但难以区分具有相同点阵结构的有序相和无序相(如α
2
和α相),相比之下,中子衍射通过入射束流与物质的原子核相互作用产生衍射,具有比实验室传统X射线更强的穿透能力。而且中子衍射与X射线衍射的峰强度分布呈现出差异性,这使得中子衍射不仅能辅助区分Ti-Al合金有序相和无序相,还能进一步测量物相的有序度。中子衍射与X射线衍射技术在衍射图谱上的互补特性,为深入研究Ti-Al合金的有序-无序相变提供了强有力的支持。本文系统阐述了基于中子衍射和X射线衍射技术,计算Ti-Al合金衍射峰强度和有序度的方法,详细介绍了两种衍射技术的实验方法及其在Ti-Al合金相变研究中的应用,并展望了其在相关领域的应用与发展前景。
2025 Vol. 30 (3): 157-170 [
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理论研究
171
Ni-Cr-W体系热力学评估
李晨博, 王子谦, 吴俊峰, 章立钢
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025001
本文采用最新文献报道的Ni-Cr、Ni-W和Cr-W二元热力学参数,结合Ni-Cr-W三元体系实验数据,使用相图计算(calculation of phase diagram, CALPHAD)方法进行热力学评估和优化计算,获得了一套自洽的热力学参数,其中σ相的热力学模型为亚点阵模型：(Cr,Ni,W)
0.533
(Cr,Ni,W)
0.333
(Cr,Ni,W)
0.134
。计算的Ni-Cr-W体系等温截面图(1 273、1 473、1 673和1 813 K)和液相面投影图与实验数据匹配较好,说明本工作的热力学数据库能够很好地再现实验结果,对此体系相关的高元合金设计具有参考意义。
2025 Vol. 30 (3): 171-178 [
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179
基于机器学习筛选低热导率稀土钽/铌酸盐材料
廖梦婷, 黎峻利, 皮智鹏, 张帆
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024109
稀土(rare earth, RE)钽/铌酸盐(RE(Ta/Nb)O
4
)作为新一代的热障涂层备选材料,因其优异的性能而备受关注。本文基于机器学习法分析RE(Ta/Nb)O
4
(RE=Sc、Y、Yb、Dy、Gd、Sm、Ho、La、Lu、Tm、Er、Ce、Eu)材料的热导率,并结合贪心算法寻找具有更低热导率的热障涂层材料。利用元素组成、原子特性与参数、晶体结构信息和热力学数据作为特征参数,采用梯度提升决策树作为预测模型对材料进行筛选,并通过实验进行验证。结果表明：(Y
2/7
Yb
5/7
)(Ta
1/2
Nb
1/2
)O
4
的实验值与预测模型符合较好,梯度提升决策树作为后续热导率预测的机器学习模型,筛选出了多种低热导率的RE(Ta
1/2
Nb
1/2
)O
4
热障涂层材料。多稀土共掺杂和高熵化RE(Ta/Nb)O
4
的热学性能比某些单组分RE(Ta/Nb)O
4
更突出,是具有潜力的新型热障涂层材料。
2025 Vol. 30 (3): 179-192 [
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193
统一外推模型与传统外推模型在Ag-Bi-Cu、In-Li-Sn和Al-Sn-Zn三元合金系混合焓计算中的性能对比
吕洋, 吕启文, 廖玲慧, 刘东云, 居天华
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024120
合金溶液的热力学性质是评估合金相稳定性及计算相图的重要数据,准确预测这些数据对开发新合金材料、优化冶金过程、提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。本文利用统一外推模型(unified extrapolation model, UEM)计算了Ag-Bi-Cu、In-Li-Sn和Al-Sn-Zn三元合金系在不同组成下的混合焓,并与多种常用的外推模型(Kohler、Muggianu、Toop和通用溶液模型)的计算结果以及文献中的实验数据进行对比。结果表明,UEM的预测结果整体上优于其他模型,在热力学性质预测方面表现出较高的准确性和适用性。
2025 Vol. 30 (3): 193-203 [
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工艺技术
204
Nb含量对激光定向能量沉积Ti-Al-Nb合金组织与力学性能的影响
袁晓慧, 李瑞迪, 袁铁锤
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025002
激光定向能量沉积(laser-directed energy deposition, LDED)成形Ti-Al合金的微观组织通常表现为贯穿多个熔池的粗大柱状晶,使得该合金较难获得均匀的力学性能。本文选用Nb作为Ti-Al二元合金的添加元素,通过LDED技术成形一系列Ti-6Al-
x
Nb (
x
=5、6.5、7.5,质量分数)三元合金,采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和电子背散射衍射仪对合金的微观形貌、室温拉伸性能以及变形机制进行研究,探究Nb含量对LDED成形Ti合金微观组织及拉伸性能的影响。结果表明：不同Nb含量合金的微观组织形貌较为接近,均主要由细长的针状或片层状α/α′相组成,且存在少量的残余β相。当Nb质量分数为6.5%时,合金具有最高的极限抗拉强度((902±35) MPa)和屈服强度((849±20) MPa),这主要归因于晶粒尺寸的减小。此外,随Nb含量增加,合金的伸长率逐渐降低。当Nb质量分数为7.5%时,合金的伸长率最低,为(10.2±1.4)%。
2025 Vol. 30 (3): 204-214 [
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215
硫酸铍结晶温度对氧化铍性能的影响
覃国松, 袁铁锤, 管建波, 李瑞迪
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025010
本文在5、15、25 ℃对90 ℃的BeSO
4
饱和溶液进行冷却结晶,再将BeSO
4
粉末煅烧得到BeO粉末,对BeO粉末进行球磨、喷雾造粒、压制、烧结制备出BeO陶瓷,研究冷却结晶温度对BeO粉末形貌和粒度以及BeO陶瓷形貌和性能的影响。结果表明：随冷却结晶温度降低,BeO粉末的粒度减小,同时BeO颗粒的形状更加均匀规则。当冷却结晶温度由25 ℃降低至5 ℃时,BeO陶瓷的密度由2.86 g/cm
3
提升至2.93 g/cm
3
,抗弯强度由243 MPa提升至270 MPa,热导率由247 W/(m·K)提升至292 W/(m·K)。
2025 Vol. 30 (3): 215-223 [
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224
激光扫描速度对3D打印青铜合金熔覆层组织及耐磨性能的影响
伍强, 肖叶龙, 沈明学, 熊光耀, 季德惠, 赵火平
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025022
铜及铜合金具有优良的导电、导热等特性,3D打印的发展使得青铜合金精密构件在高端制造中的重要性日益突显。本文采用激光粉末床熔融技术在不同扫描速度(200、400、600 mm/s)下制备青铜合金,通过光学显微观察、硬度测试、摩擦实验、三维形貌分析、SEM和EDS表征分析,对其显微结构、力学性能和摩擦学性能展开研究。结果表明：随扫描速度增大,3D打印青铜合金熔覆层孔隙率增大,熔池组织晶粒尺寸减小,晶粒组织更加致密,硬度提高;青铜合金的摩擦学性能提高,摩擦损耗降低。此外,3D打印青铜合金的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损,且在较小扫描速度下氧化磨损更严重。
2025 Vol. 30 (3): 224-232 [
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233
FeSiAl/ZnO@YCo复合材料的制备及其吸波性能
潘文倩, 周伟, 李杨
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025003
本研究采用非均相沉淀和热处理方法在YCo粉末颗粒表面包覆ZnO,并引入FeSiAl粉末,制备FeSiAl/ZnO@YCo复合材料,对比研究不同YCo复合材料体系的吸波性能及电磁损耗机理。结果表明：FeSiAl/ZnO@YCo复合材料的吸波性能显著优于YCo。在4.6 GHz处 YCo的反射损耗值不足-3.00 dB,而FeSiAl/ZnO@YCo复合材料的最大反射损耗值为-16.50 dB,有效吸收带宽约为1.9 GHz,低频吸波性能得到显著改善。在高频段,FeSiAl/ZnO@YCo复合材料同样表现出优良性能,其在16.2 GHz的反射损耗值达到-24.80 dB,有效吸收带宽为2.1 GHz。FeSiAl/ZnO@YCo复合材料微波吸收性能的提高主要归因于多重损耗机制(界面极化、共振损耗、涡流损耗等)以及显著改善的电磁参数和衰减常数。
2025 Vol. 30 (3): 233-244 [
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245
电磁发射轨道表面不同模拟涂层对电磁热耦合场及耐磨性能的影响
袁仔豪, 王兴, 刘梓屹, 陈德山, 康丽, 林永强, 梁伟晗, 姚萍屏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025014
为研究极端电磁热耦合场下电磁发射轨道表面的磨损与防护,基于COMSOL和ABAQUS有限元软件,建立Mo、Ni、W耐磨导电轨道涂层的电磁热模型和热力耦合磨损模型,探索不同耐磨导电涂层对电磁发射的电磁热分布与轨道耐磨性的影响。结果表明：涂覆涂层后,轨道电流密度的分布改变,热效应减小,轨道的整体温度降低。在电磁发射过程中,轨道的机械磨损主要集中于前半段,涂覆涂层能明显降低轨道磨损。无涂层轨道的最大磨损深度为1.142 μm,磨损体积为2.170 mm
3
;涂覆Mo、Ni、W涂层后轨道的最大磨损深度分别为0.070、0.095、0.042 μm,轨道磨损体积在0.030~0.069 mm
3
的范围内。其中,由于W的导热性能最好、导电性能优异、硬度高、耐磨性能好,其最大磨损深度和磨损体积皆最低。
2025 Vol. 30 (3): 245-260 [
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