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2025年 30卷 5期
出版日期：2025-10-15
工艺技术
理论研究
理论研究
387
不同压强下B
12
RE (RE=Sc, Y)物理性能的第一性原理研究
蒙佳莉, 陈泽宇, 崔志昊, 奚永奇, 庞淇元, 郑绍龙, 陶小马
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025009
本文利用第一性原理计算方法系统地研究了B
12
Sc和B
12
Y在0~50 GPa压强下的热力学性质、力学性能以及电子结构特性。结果表明：计算获得的晶格常数和形成焓与现有文献报道的数据相符,B
12
Sc和B
12
Y的弹性常数计算值满足立方晶系的力学稳定性判据,且随压强增大,弹性常数
C
11
、
C
12
和
C
44
的增幅不同,
C
12
增幅最大,
C
11
其次,
C
44
增幅最小。同时,随压强增大,B
12
Sc和B
12
Y的体积模量增幅最大,弹性模量次之,剪切模量增幅最小。B
12
Sc和B
12
Y常压下的维氏硬度分别为32.45和36.34,因此这两种化合物具有作为Mg合金强化相的潜力。声速、德拜温度和晶格热导率随压强的增大而提高,0 GPa时B
12
Sc和B
12
Y的德拜温度分别为1 336.6 K和1 233.2 K,表明化合物具有较高的熔点和较强的原子间相互作用。B
12
Sc和B
12
Y呈现金属性,B和B之间形成了共价键,为化合物提供较强的原子间相互作用,因此化合物的德拜温度和硬度均较高。
2025 Vol. 30 (5): 387-394 [
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工艺技术
395
激光粉末床熔融成形(Fe
45
Mn
35
Co
10
Cr
10
)
99
C
1
高熵合金的显微组织和变形机制
李湘龙, 耿赵文, 陈超, 罗晋如, 周科朝
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025026
以气雾化(Fe
45
Mn
35
Co
10
Cr
10
)
99
C
1
预合金粉末为原料,采用激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术制备FeMnCoCrC高熵合金,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和室温拉伸测试研究LPBF工艺参数对合金显微组织和力学性能的影响,并揭示合金的变形机制。结果表明：FeMnCoCrC高熵合金具有稳定的单相FCC结构,晶粒取向随机且没有明显的织构,同时LPBF成形过程中,合金形成了丰富的位错胞状结构,未观察到碳化物的析出。在激光功率为120 W、扫描速度为400 mm/s的最优参数下成形的合金,在屈服强度提高的同时保持了良好的伸长率,其屈服强度达到603 MPa,抗拉强度为850 MPa,伸长率为44.0%。FeMnCoCrC高熵合金的塑性变形机制以位错滑移和孪晶诱导塑性变形为主,两者共同提供了稳定的加工硬化能力,变形过程中的马氏体诱导塑性变形机制被完全抑制。
2025 Vol. 30 (5): 395-404 [
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405
La
2
Zr
2
O
7
/YSZ双陶瓷热障涂层的深层应力荧光检测
白易博, 丁呈云, 楚倩倩, 李文生, 成波
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025013
热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)被广泛应用于航空发动机金属热端部件,而陶瓷层深层应力是导致TBCs陶瓷层整体剥落失效的核心因素。本文针对服役温度更高的La
2
Zr
2
O
7
/YSZ双陶瓷热障涂层系统,在YSZ层设计制备Y
2
O
3
:Eu
3+
荧光应力响应单元,对TBCs进行1 300 ℃烧结实验,结合Eu
3+
荧光-应力响应方程计算TBCs深层残余应力,通过密度泛函理论计算解释荧光迁移机制。结果表明：应力响应单元的探测深度可达100 μm,TBCs深层会经历压应力与拉应力的转变。应力会引起Y
2
O
3
:Eu
3+
荧光应力响应单元晶格畸变,使其电子云结构改变,最终导致光学特性规律性变化。
2025 Vol. 30 (5): 405-413 [
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414
激光粉末床熔融GH3536合金的显微组织和力学性能
梁升翔, 李瑞迪, 袁铁锤, 张毅, 马鑫, 黄敏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025032
GH3536合金在高温下能保持稳定的性能,被广泛应用于涡流器、发动机叶片等耐高温零部件。本文采用激光粉末床熔融工艺,以分区块旋转扫描方式制备GH3536合金块体,通过扫描电镜和电子背散射衍射表征合金表面的显微组织,并测试打印态合金室温下的力学性能和显微硬度。结果表明：GH3536合金内部存在少量孔隙和裂纹,水平面(
XOY
面)和建造面(
XOZ
面)组织差别较大,前者存在相互平行的扫描轨迹,后者存在熔池,在熔池边界晶粒细小,位错密度较高。合金平行于
XOY
面和平行于
XOZ
面的室温抗拉强度分别为878 MPa和762 MPa,伸长率分别为32%和42%。合金拉伸断口处存在大量细小的韧窝,
XOY
方向和
XOZ
方向的显微硬度(HV
0.2
)分别为308和299。
2025 Vol. 30 (5): 414-423 [
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424
动态热锻制备高性能织构Si
3
N
4
陶瓷
杜炫浩, 姚曙, 范建业, 郭会敏, 蔡楒泷, 赵玉龙, 赵科, 刘金铃, 刘佃光
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025028
Si
3
N
4
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Si
3
N
4
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,Si
3
N
4
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。
2025 Vol. 30 (5): 424-432 [
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433
热处理对薄层化C/C复合材料微观结构和力热性能的影响
李海梅, 刘在栋, 乔志炜, 叶志勇, 刘俊文, 李志强, 魏琰斌, 余文皓, 龙泉源, 卢丽, 文青波, 王雅雷, 熊翔
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025042
本文采用化学气相沉积法制备具有薄层化特征的展宽缝合结构C/C复合材料,系统研究了高温热处理对C/C复合材料微观结构、力学性能及热膨胀性能的影响。结果表明：高温热处理导致碳纤维/热解碳基体界面剪切强度下降和材料整体石墨化度提升。热处理后,C/C复合材料的抗拉强度由112.3 MPa提升至195.3 MPa,主要得益于碳纤维/热解碳基体界面剪切强度的降低;而C/C复合材料的抗压强度则由300.0 MPa降低至121.6 MPa,主要归因于复合材料层间结合强度的下降,层间解离则是其主要的破坏模式。此外,热处理后C/C复合材料石墨化度的提升是导致其模量增加和热膨胀系数降低的主要原因。
2025 Vol. 30 (5): 433-445 [
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446
选区激光熔化316L不锈钢梯度晶格结构的压缩性能
汪小康, 吴丽光, 叶建波, 胡耀武, 刘辉, 蔡高参
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025040
晶格结构因具有结构质量轻、隔音性能好、比强度高、比刚度高以及吸振性能好等优点,在航空航天、汽车制造、生物医疗等领域应用广泛。为了研究梯度策略与梯度晶格结构力学响应之间的联系,本研究设计具有不同梯度策略的梯度晶格结构,并采用选区激光熔化技术制备相应的零件,通过模拟仿真与实验验证相结合的方法对梯度晶格结构的压缩性能展开研究。结果表明：在压缩过程中晶胞的节点是应力的主要分布位置,均匀结构、单向梯度结构和双向梯度结构表现出不同的变形行为。梯度晶格结构的弹性模量、屈服强度、抗压强度和平台应力均高于均匀结构。双向梯度结构的力学性能优于单向梯度结构,能量吸收性能高于均匀结构和单向梯度结构。本研究可为预测不同梯度晶格结构的压缩响应提供技术支持。
2025 Vol. 30 (5): 446-455 [
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456
助熔剂法中碳酸钠与氯化钠对二氧化铈微纳米形貌的调控机制
杨志鹏, 甘雪萍, 刘荣辉
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025046
CeO
2
成本低廉、应用广泛,对其进行形貌调控是一直以来的重要课题。本文采用助熔剂法对块状CeO
2
进行球化,系统探究Na
2
CO
3
、NaCl及其复合助熔剂对CeO
2
形貌调控的作用机制。结果表明：助熔剂种类与浓度会显著影响CeO
2
的球形化过程,Na
2
CO
3
在900 ℃以上通过化学活性作用促进微米级(约5 μm)近球形颗粒形成,其机理涉及Na⁺晶格掺杂与氧空位协同效应,在1 000 ℃、Na
2
CO
3
和原料的质量比为1.8∶10时可获得圆度为0.80的高品质球形CeO
2
;而NaCl主要通过物理熔盐效应诱导纳米级(500~800 nm)颗粒生成,但存在严重团聚问题。复合助熔剂体系中两种组分呈现作用机制冲突,导致球形度劣于单一体系。研究证实工艺调控可突破传统固相法形貌控制瓶颈,其中Na
2
CO
3
体系兼具工艺简单、成本低廉与产物分散性高的特点,为工业化生产中在1~10 μm范围内制备粒径可调的球形CeO
2
提供了新的参考思路。
2025 Vol. 30 (5): 456-470 [
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