Cu-Zr-Ti块体非晶合金的形成及其力学性能

在Cu-Zr-Ti的三元合金系中发现了具有高非晶合金形成能力的Cu₆₀Zr_40-xTi_x(x=5%~27.5%,x为原子数分数)合金,采用铜模铸造法制备了块体非晶合金,其过冷液体温度区间为38~65?K.在该合金系中具有最高非晶形成能力的成分范围为Cu₆₀Zr_40-xTi_x(x=7.5%~12.5%),其非晶形成临界直径为5?mm,是Cu-Zr-Ti三元非晶合金中迄今为止非晶形成能力最高的合金.Cu₆₀Zr_40-xTix(x=7.5%~12.5%)块体非晶合金的杨氏模量、压缩断裂强度、压缩塑性应变和硬度分别为80~114?GPa,1?730~1?865?MPa,0.3%~1.5%和Hv 693~Hv 824,并随Ti含量的增加而提高.同时具有高非晶形成能力、高强度及显著塑性变形能力的铜基块体非晶合金的发现对非晶合金的基础研究和高性能结构材料的开发具有重要意义.     

非晶Cu形成过程及其力学性能的微观机理研究

用分子动力学方法模拟了非晶Cu的形成过程,研究了非晶Cu力学性能的微观机理.用径向分布函数(RDF)和键对分析方法(PA),分析了快速冷却过程中系统内部结构的变化.非晶Cu径向分布函数第2个峰有明显的劈裂,键对分析表明,在快速降温过程中2331,2211和2101键对的增多是径向分布函数第2峰劈裂的原因.对非晶Cu进行拉伸、剪切加载模拟,结果表明,非晶Cu应力达到最大值之后,没有应力值的突降,宏观上出现类似塑性变形的行为.但是,非晶金属变形的微观机理不同于晶体.本文引入微观数密度统计分析,发现加载过程中微观密度呈现非均匀演化,这为理解宏观类似塑性行为的微观机理提供了线索和可能的分析方法.      

化学镀Ni—P合金等温处理的结构转变

利用电子显微术研究了化学镀Ni—P合金层在260℃等温不同时间的非晶-晶体转变。结果表明,晶体镍首先从非晶态中析出,Ni_3P相亦直接从非晶态中生成,而不经过亚稳过渡相。     

具有初始随机材料缺陷的非晶合金剪切带模拟

基于自由体积理论建立了以自由体积为内部参量的非晶合金本构模型,并通过ABAQUS UMAT子程序将之在有限元模拟中实现.以初始自由体积为材料缺陷参量,通过FORTRAN子程序抽取随机数及匹配单元编号的方法定义了初始随机材料缺陷.采用平面应变模型模拟了具有初始随机材料缺陷的非晶合金剪切带的形成和扩展过程,结果表明:自由体积局部增加会造成形变局部化,继而形成剪切带,并且剪切带的成核、形成和扩展会松弛周围应变和自由体积.数值模拟能有效捕捉非晶合金剪切带主要特征,其结果符合实验观察和自由体积理论预测.     

稀土元素对Al-Ni-Gd-Y合金晶化行为的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)研究了稀土元素(RE)对Al-Ni-Gd-Y非晶合金晶化行为的影响.Al-Ni-Gd-Y非晶合金的初始晶化温度随着稀土元素含量的增加而升高.在Al_(88-x)Ni₆Gd₆Y _x ( x =1,2,3,4)系中,随着Y含量的增加,初始晶化产物由面心立方Al(fcc-Al)变成为fcc-Al+Al₃Gd/Al₃Y+未知相.研究了热处理工艺对Al₈₆Ni₈Gd₃Y₃合金力学性能的影响,其中,当Al₈₆Ni₈Gd₃Y₃在568K下保温10min时,其显微硬度及韧性较高,析出尺寸为1~3nm的fcc-Al纳米晶颗粒.     

TiAl/IN718合金过渡液相连接

采用过渡液相TLP(Transient Liquid Phase)连接技术,以金属Ti,Cu,Ni箔构成复合焊料连接TiAl和IN718合金.研究了保温时间对接头界面结构的影响.实验结果表明:采用Ti-Cu,Ti-Ni复合焊料可以制备无缺陷的接头,但2种焊料形成液相的过程和机理不同.由于在等温凝固过程中,从IN718合金中扩散过来的合金元素可在焊缝区聚集,从而在接头中形成亚层结构.通过对接头焊缝区的组织分析和硬度测试表明,在实验条件下Ti-Ni焊料的等温凝固过程持续时间比Ti-Cu的短.     

L10结构金属间化合物空位形成能

L1₀结构CoPt和FePt 薄膜因其高磁各向异性而成为新一代超高磁记录密度材料.采用Miedema理论计算了多种L1₀结构金属间化合物的空位形成能.研究结果表明:在这些金属间化合物中可能形成的空位类型,如FeNi和MnNi合金中易形成Ni空位;FePt和FePd合金中易形成Fe空位;CoPt合金中易形成Co空位;NiPt合金中易形成Ni空位;MnPt合金中易形成Pt空位;MnPd和MnHg合金中易形成Mn空位;MnRh合金中易形成Rh空位.这一研究结果为进一步研究开发高性能的磁性薄膜提供了理论依据.     

γ-TiAl基自生复相材料的显微组织特征

研究了添加硼、硅、碳的 γ-TiAl基自生复相材料的显微组织特征.在压力4?GPa、温度1?273?K、反应合成时间60?min的条件下,通过粉末间的原位置换放热反应制备了样品.研究发现:Ti-Al-B三元合金含有TiAl相、Ti₃Al相和TiB₂相;Ti-Al-Si三元合金含有TiAl相、Ti₃Al相和Ti₅(Al,Si)₃相;Ti-Al-C三元合金含有TiAl相和Ti₃AlC相;Ti-Al-B-Si四元合金含有TiAl相、Ti₃Al相、TiB₂相和Ti₅(Al,Si)₃相;Ti-Al-B-C四元合金含有TiAl相、Ti₃AlC相和TiB₂相;Ti-Al-B-Si-C五元合金含有TiAl相、Ti₃AlC相、TiB₂相和Ti₅(Al,Si)₃相,其组织非常相似于预先设计的组织.在此基础上就不同相对性能的影响进行了分析.     

基于巨磁阻抗效应的微型磁传感器技术研究

从非晶丝的巨磁阻抗效应入手, 详细分析了非晶丝巨磁阻抗效应原理及其影响因素, 阐述了基于非晶丝巨磁阻抗效应的传感器工作原理, 并设计了传感器的信号调制电路. 该微型化、低功耗的磁传感器有望应用于空间磁场测量.      

LY12cz铝合金晶间腐蚀模拟试验研究

用金属间化合物 θ(CuAl₂)、S(Al₂CuMg)、MnAl₆与纯Al(L1)组成多电极体系,以模拟LY12cz合金的晶界区.通过电化学测试、SEM和能谱分析等方法研究了该合金晶间腐蚀机理.证实其晶间腐蚀是由沿晶界偏析的强化相与贫Cu区所组成的多电极体系引起的.在含Cl^－离子的中性溶液中,S相是导致晶间腐蚀的主要阳极相.S相首先发生阳极溶解,随后,贫铜区、MnAl₆相逐步随S相一起溶解.以这种方式沿晶界形成了阳极溶解通道,导致晶间腐蚀.     

热冲击作用下钨钒合金的表面开裂及熔化行为

本文研究了机械合金化+热压（HP）烧结制备的钨钒（W-V）合金在热冲击作用下的表面损伤行为。以合金中钒的质量分数作为变量,探究钒质量分数的变化（1%~10%）对钨钒合金抗热冲击性能的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪等多种测试方式,分析表征了HP烧结钨钒合金的组织结构特征及其经过热冲击测试后的表面开裂及熔化行为特征。结果表明:在1 800℃、20 MPa的压力条件下保温2 h可以制备出致密度高、合金化程度高的钨钒合金,且随着钒质量分数的增加,合金样品的致密度有所提高;合金样品中钨基体硬度大于富钒相,在高能电子束模拟的国际热核聚变实验堆（ITER）边界局域模（ELMs）热冲击作用下,钨基体对裂纹扩展的阻碍作用明显强于富钒相;随着钒质量分数的升高,合金的开裂阈值和熔化阈值均降低,本文对相关机理进行了讨论。      

高强合金与钛合金的电偶腐蚀行为

采用电偶腐蚀实验方法、扫描电镜和能谱方法等研究了高强合金与钛合金异接电偶腐蚀行为.从不同材料、不同成分对电偶腐蚀的影响,研究了电偶腐蚀的规律及电偶对偶接的可能性.同时比较了铝合金和高强度钢与钛合金电偶腐蚀行为的差异,探讨了自腐蚀电位差与电偶电流密度的关系.实验表明,铝合金LY12、铝合金LC4、高强度钢30CrMnSiA均不能与TC2钛合金偶接,高强度钢1Cr17Ni2则可以与TC2偶接,且电偶电流密度随自腐蚀电位差增大而增大.      

真空与磁场热处理改善FeCo合金的软磁性能

针对发电机中转子用FeCo合金(国产牌号1J22)进行了组织结构与磁性能的研究.通过对该合金进行真空处理以及磁场热处理,研究了组织结构对软磁性能的影响规律;研究了附加磁场强度以及热处理温度对磁场处理效果的影响,并结合该合金的磁致伸缩伸缩系数的变化规律,分析了磁场热处理效果的微观机制.当合金组织为轧制态时,磁场热处理效果不明显;在合金的再结晶温度以上进行磁场热处理时,获得了显著的磁场热处理效果,矫顽力下降至72A/m(0~9Oe)以下.     

AZ91D镁合金表面热扩散渗锌膜层研究

为了提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能和表面硬度,对其进行了表面热处理扩散渗锌处理,并对其得到的膜层表面和断面形貌、结构组成、耐腐蚀性能、显微硬度等性能进行了探讨,测量了该合金热扩散渗锌前后试样的阳极极化曲线和交流阻抗图,这些试验结果都表明在AZ91D镁合金材料表面进行热扩散渗锌获得的表面膜层均匀细致,膜层由Mg₇Zn₃、Mg和Zn构成,而且该膜层与基体相比耐腐蚀性和对镁合金基体的防护性能有了显著提高,并具有较高的表面显微硬度.     

Zr含量对Mg-Zr合金组织和性能的影响

研究了镁锆合金的晶粒细化机理,制备了不同锆含量的镁锆合金,在制备过程中采用了含有SF₆的混合气进行气体保护.研究了镁锆合金凝固组织与性能,以及应变、频率、温度和锆含量对合金阻尼性能的影响,利用减振实验验证了合金的阻尼性能.结果表明:随着合金锆含量的增加,晶粒尺寸细化为30 μm,同时合金力学性能得到了改善.研究还表明,合金阻尼性能和频率无关,但随着应变量的增加而不断提高,并且在ε=1×10-4时,损耗因子达到5.3×10-2高阻尼水平.采用Mg-Zr合金制作的仪表基座对振动信号的传递比为1.88,显著低于ZM6和LY12合金基座的传递比.      

铝锂合金的内耗研究

研究了铝锂二元和五元合金的内耗。采用倒扭摆法,测定了不同热处理和时效状态的铝锂合金在升温和降温过程中的内耗和剪切模量。测量频率为0.3～5.0Hz。观测到了铝锂二元和五元合金中各自不同的内耗峰(即晶界内耗峰,Ke Peak)。实验表明,与纯铝和传统的铝合金相比,铝锂合金葛峰的峰高值比较低,并且对应葛峰的温度较低。根据晶界粘滞性滑动模型,上述实验结果可以归因于溶质原子Li及其沉淀相δ′(Al_3Li)和δ(AlLi)对晶界滑动的阻尼。本文对铝锂合金在不同热处理状态下的显微组织结构进行了透射电镜TEM观察。     

钛合金旋转超声辅助钻削的出口毛刺

针对航空航天领域钛合金难加工材料采用普通麻花钻传统钻削过程中孔出口毛刺大、导致去毛刺困难及影响紧固件装配质量的问题,提出了一种基于新刃型刀具(八面钻)的钛合金旋转超声辅助钻削(RUAD)的新技术。分析了RUAD原理,采用文中所设计的RUAD主轴结合CA6140车床平台、测力系统、测温系统、高速摄影系统以及非接触激光测量系统进行了钛合金RUAD制孔试验和孔出口毛刺研究,对比普通钻削(CD)分析了RUAD降低孔出口毛刺的机理,并建立了基于八面钻的CD和RUAD的毛刺形成模型。试验结果表明:相比于CD,RUAD明显降低钻削力、孔出口最高切削温度和毛刺高度,分别降低了16.79%~20.2%,18.54%~21.68%和82.27%~89.18%,极大降低了钛合金孔出口去毛刺的困难和制造成本,提高了生产进度。     

高强铝合金穿晶剪切断裂研究

为了澄清穿晶剪切模式的产生条件,对各种工业铝合金和单晶体进行了大量的实验研究和理论分析.变形的平面应变状态(外在或内在的)和应变硬化率趋近于0是产生剪切应变局部化的基本条件.剪切应变局部化导致剪开,即为穿晶剪切断裂.对作者原来提出的模型进行改进.