A1CuMgZn单晶合金的空间凝固

重力对合金凝固过程与缺陷形成具有重要影响.在常规地面条件下难以清晰揭示凝固过程中的重力效应及其作用规律,而在微重力环境中重力对熔体的作用以及对凝固过程的影响大大降低.利用天宫二号空间实验并结合地面对比实验,研究AlCuMgZn单晶合金在微重力和重力环境下枝晶生长形貌和特征参数差异以及成分偏析和缺陷形成的异同,揭示重力对枝晶生长过程和成分偏析等现象的影响及其在凝固缺陷形成中的作用.     

枝晶生长中的对流效应与形态选择——地基实验研究

通过在生长界面前区域创生液相流动,研究了在稀薄合金中对流对强制性枝晶生长的作用。本文首次报告了对流对强制性枝晶生长的影响。SCN—Acc.模型合金中的定量实验表明,枝晶生长的动力学和形态是温度梯度、生长速度和枝晶端前沿液体流动速度的函数。作为以地面为基础的实验研究,将有助于理解太空凝固试验的结果。     

TiAlB合金中初生TiB2的形貌及其形成机理

用原位自生法制备了Ti-53Al-xB合金,并用X射线衍射仪、扫描电镜对合金的相组成和微观组织进行了研究.结果表明:该合金主要由TiAl和TiB2两相组成;初生TiB2呈六面棱柱状,在TiAlB合金凝固过程中,Al原子富集在初生TiB2固-液界面前沿,导致固-液界面上B原子过饱和度不均匀性增加,使固-液界面变得不稳定, 从而在TiB2(0001)面上产生凸台或柱棒状分枝;分枝的各晶面取向与母体的取向一致,在初生TiB2(0001)面的凸台状或柱棒状分枝上能观察到清晰的台阶.     

用电磁力模拟空间微重力效应制备二元偏晶合金

提出了一种在地面利用电磁场与金属熔体的相互作用来模拟失重效应的方法。探讨了实现准失重环境的可能性,建立了准失重模拟装置。并成功地制备了均匀的Pb-Zn二元偏晶合金样品。实验结果表明,用此方法进行微重效应模拟可消除重力造成的斯托克斯(Stokes)沉积,制备的Pb-Zn二元偏晶合金中的弥散体(Pb)分布均匀,铅粒子的形状主要为微米量级的小球。与我们在我国返回式实验卫星上搭载的Pb-Zn合金样品相比较,其弥散体的分布状况无大的差异,只是前者弥散体尺寸略大于空间样品。然而,用该方法在准失重条件下制备的样品,无论在弥散体大小和均匀程度方面都与地面普通条件下(受重力影响)的样品有本质的区别。     

SmCox-0.4Ti0.4合金薄带的相结构和磁性能

SmCo_x-0.4Ti_0.4(x=5.0, 5.5, 6.5, 7.0)合金经42m/s速度甩带快速凝固制成薄带,在真空热处理炉中,进行750℃两小时热处理.对制得的甩带状态和热处理状态合金薄带分别测试其相结构和磁性能.结果表明:SmCo_x-0.4Ti_0.4合金甩带状态样品相结构随Co含量的不同而变化,其中x=5.0,5.5和6.5的合金样品由2∶ 17和1∶ 5两相结构组成;x=7.0成分样品由1∶ 7单相结构组成.甩带状态样品的比饱和磁化强度和比剩余磁化强度基本上线性增加,内禀矫顽力在合金成分为x=5.0时出现最大值,为1.01T.薄带样品热处理前后均具有纳米晶结构,表现出剩磁增强效应.样品矫顽力机制主要为形核型,反磁化形核场主要来源于SmCo硬磁相大的磁晶各向异性及其纳米晶结构.热处理后,除x=7.0样品外,其余样品矫顽力均有所下降.     

金属材料快速凝固激光加工与成形

报道近年来在先进金属材料快速凝固激光表面改性、金属间化合物高温耐磨耐蚀涂层新材料快速凝固激光熔覆制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展, 主要内容包括:钛合金激光表面合金化及激光熔覆表面改性、激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、小面相非平衡凝固液固界面结构及生长机制、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术.      

固溶时效处理对高强高韧钛合金显微组织与力学性能的影响

对固溶时效处理后的高强高韧钛合金初生α相的体积分数、尺寸,次生α相的体积分数和α_s/β相界面密度等显微组织特征进行了定量表征和统计分析,探讨了随着固溶温度的变化,高强高韧钛合金显微组织与其力学性能间的相关性.结果表明:在α+β两相区固溶时效处理,随着固溶温度的升高,合金初生α相的体积分数降低,相尺寸先降低后略有升高,次生α相的体积分数升高,α_s/β相界面密度先升高后降低.初生α相的体积分数与伸长率、静力韧度和裂纹形成功正相关,α_s/β相界面密度与合金屈服强度成正相关.      

地面模拟微重力条件下Cu-Pb合金的制备及微观结构与摩擦性能研究

利用地面上建立的微重力电磁模拟设备成功制备出了Cu-Pb二元难混合金,并对其微观组织结构与摩擦性能进行了分析与测试。样品SEM分析结果表明,模拟微重力状态下制备的合金样品较好地克服了地面上因重力影响而产生的严重成分偏析,少数弥散相较均匀地分布于基体中,少数相含量越低,弥散体尺寸越小,分布越均匀;摩擦性能测试结果显示合金模拟样品的摩擦性能明显好于基体金属,且摩擦系数随少数相Pb的含量的增大而减小,体积磨损率随少数相含量的增大先快速减小而后又缓慢增大。同时对实验结果进行了简单的分析与讨论。      

一种基于凝固地理系的捷联惯导极区导航算法

针对传统惯性导航系统机械编排在极区导航存在无法定位定向问题，提出了一种基于凝固地理系的捷联惯导极区导航新方案。该方案在极区内采用相对于原点三轴位置代替传统的经度、纬度、高度导航，导航计算不存在奇点。给出了凝固地理系捷联惯导系统的机械编排，推导了该坐标系与地理坐标系之间位置、速度和姿态信息的转换关系。仿真分析表明：凝固地理系可以解决现有机械编排在极点附近无北向基准所引起的问题，导航参数连续并且无原理性误差，可以满足飞机在极区飞行时的需要。     

溶液法制备PVDF薄膜电活性相方法

为了制备具有电活性相的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,采用了简单易操作的溶液涂膜方法,并研究了不同前驱体溶液浓度、搅拌时间以及热压工艺对PVDF不同电活性相的晶型结构形成的影响,利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对PVDF薄膜的晶型结构进行分析.结果表明:前驱体溶液浓度7%~10%,搅拌时间2~3h都有利于β相的形成,利用红外光谱,可以计算β相的含量,在前驱体溶液浓度7%,搅拌时间2h时得到最大的β相含量81.3%;热压对PVDF薄膜的晶型结构有很大的影响,经过热压处理的PVDF薄膜中γ相转变成更加致密的β相.      

空间微重力条件下偏晶合金的研究

利用我国首次卫星搭载,进行了偏晶合金Zn—Pb、Al—Pb 的空间微重力下的重熔试验,研究了低于临界温度下Al—Pb 合金重熔过程中的物理规律;在临界温度之上重熔了Zn—Pb 合金,发现了Marangoni 对流对合金凝固过程的影响;在液态烧结条件下制备了均匀的粉末Zn—Pb 合金。在微重力下的研究表明:空间微重力条件对消除由于重力引起的宏观偏折和自然对流十分重要,但在重力消失后,非重力的其它因素的影响又显得格外重要。     

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.     

泡沫铜/低熔点合金复合相变材料凝固放热分析

为研究泡沫铜/低熔点合金(LMPA)复合相变材料在间歇放热工作环境下恢复至初始状态的能力及不同孔隙率泡沫铜的添加对其凝固放热过程的影响，通过数值模拟对比分析了47合金、正二十三烷与泡沫铜复合前后的凝固放热过程，并调节泡沫铜/47合金复合材料孔隙率计算模拟芯片温度在凝固放热过程中温度随时间变化曲线。结果表明:泡沫铜的添加对2类材料凝固过程均有促进作用，模拟芯片恢复至目标温度所需时间分别被缩短6.6%和47.7%。因体积潜热值的差距，泡沫铜/47合金凝固时需放出更多热量，恢复至目标温度的时间较长，是正二十三烷复合相变材料的1.52倍。随着孔隙率的增大，复合相变材料恢复至室温状态所用时长变化不大，考虑到孔隙率对相变热控过程中的影响，实际使用时应综合考虑。      

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.     

微重力与电磁场对凝固过程的影响

欧洲空间局两项材料领域课题MICAST和CETSOL均涉及微重力科学相关研究.通过等轴晶柱状晶转变（CET）分析了微重力环境对材料凝固过程的影响;介绍了一项在地面施加行波电磁场的标准（Benchmark）凝固实验,其温度场演化及微观凝固组织和浓度偏析均展示了磁控受迫对流对金属材料凝固过程的显著作用.      

再生型壳与ZTC4熔体的界面稳定性

从研究再生型壳中几种典型金属离子对铸件表面的污染影响规律入手,通过在型壳材料中添加Al、Nb和Mn等金属元素实际浇铸ZTC4合金（Ti-6Al-4V）,探讨不同残留金属在铸造过程中对铸件表面质量、陶瓷/钛合金界面成分、组织形貌及显微硬度等的影响,揭示废弃型壳材料中铸造残留金属对钛合金新铸坯陶瓷/合金界面稳定性的影响规律。结果表明:含Al、Nb和Mn等金属残留的型壳浇铸ZTC4合金,铸件表面外观平整无明显铸造缺陷;相比无金属残留型壳,含残留金属型壳的铸件表面粗糙度明显增加;Al金属残留对型壳与熔融钛合金界面稳定性的影响较小,而Nb和Mn金属残留能明显降低型壳与熔融钛合金的界面稳定性,铸件表面粗糙度可以在一定程度上反映界面稳定性;当型壳中含有Al金属残留时,陶瓷/合金界面处析出Ti₅Si₃相。      

热处理对粉末冶金TiAl双态组织与性能的影响

对粉末冶金制备的Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)(at%)合金在1 280 ℃进行直接热处理,通过3种不同冷却速度获得了不同的双态组织.当冷却速度为50℃/min时,组织中的α晶粒通过析出γ片形成片层团,获得主要由片层团和γ相组成的双态组织,组织中过高片层体积分数导致拉伸延长率不高;而冷却速度为10℃/min 和5℃/min时,形成了主要由α₂晶粒和γ相组成的双相组织,α₂晶粒的存在进一步降低了材料室温延长率.     

高速太阳风中α粒子分布的形成

以多级波粒相互作用模型和1维电磁混合模拟方法研究了高速太阳风中α粒子分布的形成机制．认为α粒子从其产生区到1AU,经历4个特征区域：在冕洞下方的小尺度磁重联区,α粒子产生并得到加速：在约十几个太阳半径日冕区,α粒子形成球壳分布函数：在几十个太阳半径处,在Alfven波和温度各向异性不稳定性的作用下,α粒子分布函数演化为漂移Maxwell分布：当α粒子进入0．3－1AU时,Alfven波的作用使α粒子速度超过太阳风速度约1个局域Alfven速度．     

微重力下两相控温型储液器内气液界面仿真分析

两相控温型储液器对机械泵驱动两相流体回路的稳定运行起到关键作用,而储液器内部气液分布状态是其控温性能的决定性因素之一。在轨微重力条件下,储液器内两相流动特性与地面状态差别巨大,这将给储液器的设计带来较大难度。针对两相控温型储液器在轨微重力下的两相工质分布特性,通过计算流体力学（CFD）方法对其内两相流动行为进行数值模拟。通过使用连续表面张力模型计算表面张力,使用多相流计算的流体体积分数方法对两相控温型储液器内气液界面形态的发展进行了追踪预测,并与理论解进行对比,结果吻合一致。通过对两相控温型储液器在不同Bond数、接触角、工质充灌量等参数下的仿真分析,得到了不同条件下储液器内气液运动及分布情况,结果表明:两相控温型储液器内气液界面状态与储液器尺寸、壁面浸润性、工质充灌量相关。研究结果可以为微重力下两相控温型储液器内气液界面的控制提供理论依据,并能指导储液器研制及在轨应用。      

Ni75Al4V21合金沉淀早期微观相场法模拟

采用三元体系微观相场动力学模型,对较低铝浓度的Ni₇₅Al₄V₂₁合金中γ′相和θ相沉淀早期进行计算研究,模拟了合金的原子图像演化过程,并计算了θ(Ni₃V)相和γ′(Ni₃Al)相的相内成分序参数分布和长程序参数分布.结果表明,θ相先析出,其沉淀机制为等成分有序化+失稳分解,等成分有序化产生非化学计量比的单相θ有序畴,并被相界分开,失稳分解为一特殊的分解类型,主要发生在相界处,形成化学计量比θ有序相;此失稳分解过程同时又是γ′相在θ相界处以非经典异相形核方式析出的过程,先形成非化学计量比γ′有序相,并逐渐长成为化学计量比γ′有序相,从而形成2种有序相共存的组织形态.