基于内聚力模型的γ-Ti Al合金中γ/γ界面裂纹扩展的多尺度模型（英文）

通过建立多尺度模型预测γ-TiAl合金中裂纹的扩展行为。利用分子动力学(MD)建立了真孪晶(TT)γ/γ界面模型,得到了界面内聚力区域(CZM)的本构参数;采用Voronoi方法生成了多晶γ-Ti Al合金介观模型,将CZM本构参数耦合到该模型中,得到了对应的不含缺陷、含钝裂纹和钝裂纹+中心空洞缺陷的临界应力断裂云图,利用几何相似性平均了多晶模型和整体裂纹拉伸关系曲线并分析了γ-Ti Al合金的损伤机理;根据连续介质假说建立了宏观有限元模型(FEM),通过对紧凑拉伸试样模拟给出了力-位移曲线并得到了材料的断裂韧性。最后,将宏观有限元模拟得到的裂纹扩展行为与实验结果进行比较,验证了该模型的有效性。结果表明:在晶粒数比例相同的情况下,缺陷对整个近γ结构的强度有着显著的敏感性,同时该多尺度方法可以有效地连接不同尺度并预测裂纹的扩展。     

γ/α 2 相界面对TiAl合金超音速微粒轰击影响的分子动力学模拟

为探究γ/α₂相界面对TiAl合金在轰击过程中的变形机制和轰击后力学性能的影响,通过分子动力学来模拟超音速微粒轰击双相TiAl合金的过程。结果表明：γ/α₂不同厚度比模型的冲击变形机制不同,变形主要集中在γ相和界面处。随着γ相厚度的减小,与相界面接触的位错首先被界面处的失配位错网络吸收,然后在相界面处成核,最终穿过相界面进入α₂相。冲击过程中产生的位错以Shockley位错为主,试样中形成了不完全层错四面体。冲击之后分别使用单轴拉伸模拟和纳米压痕模拟,测定了试样的强度和表面硬度。拉伸过程中相变、孪晶和层错是不同厚度比试样的主要变形机制。与其他试样相比,厚度比为1:3的双相TiAl合金在冲击后具有最高的屈服强度、硬度和弹性模量。     

γ-TiAl合金纳米切削过程中随机表面粗糙度影响的原子模拟

采用分子动力学模拟方法研究了随机粗糙度对γ-TiAl合金纳米尺度切削的影响。为了模拟真实工件表面,在考虑刀具不同前角和切削深度的情况下,采用多参数的Weierstrass-Mandelbrot（W-M）函数生成随机表面粗糙度,用工件的等效高度来量化切削深度。结果表明,粗糙度对工件的纳米切削有不可忽视的影响。此外,粗糙度的影响在不同切削参数的情况下也不同。     

γ-TiAl合金表面TiC渗镀层的摩擦磨损性能

为了改善γ-TiAl合金摩擦学性能不理想的问题,采用双辉等离子表面合金化技术在γ-TiAl合金表面制备了TiC渗镀层,并使用扫描电子显微镜（SEM）、辉光放电光谱成分分析仪（GDOES）和X射线衍射仪（XRD）对TiC渗镀层的形貌、化学成分和物相结构进行分析,借助显微硬度计、划痕仪和往复摩擦磨损试验机对渗镀层的表面硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行研究。结果表明：在γ-TiAl合金表面形成了纳米结构的TiC渗镀层,其中,沉积层厚约7 μm,扩散层厚约15 μm。渗镀层硬度比基体显著提高,达到2200 HV_0.2。渗镀层的摩擦因数和比磨损率都比基体大幅降低,摩擦因数从基体的0.7下降为0.37,比磨损率仅为基体的6.5%,表明制备的TiC渗镀层有效提高了γ-TiAl合金的耐磨性能。     

耐腐蚀性能和拉伸性能提升的 α 型钛合金设计

通过2个电子参数（结合次数Bo_t和d轨道能级Md_t）提出了新设计的α型钛（α-Ti）合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bo_t值（3.847）以及不同的Md_t值（2.430,2.426,2.422）。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度（σ_UTS）、断裂应变（?_f）和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明,3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600 μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σ_UTS和?_f值为801 MPa和16%,Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σ_UTS和?_f值为708 MPa和15%,Ti-5Al-2.5Sn合金的σ_UTS和?_f值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8 ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σ_UTS、?_f和耐热盐腐蚀结果表明,新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。     

高铌γ-TiAl合金表面微弧氧化陶瓷涂层的耐蚀性及高温氧化行为

利用微弧氧化技术（MAO）在硅酸钠和氢氧化钾溶液中对高铌γ-TiAl合金表面原位生长陶瓷涂层以提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电化学工作站和箱式电阻炉高温氧化测试分析涂层的表面及截面形貌、相组成、元素化学结合状态、耐蚀性和高温氧化行为。XRD和XPS结果表明,陶瓷涂层主要由Al₂TiO₅、SiO₂和Nb₂O₅组成。涂层与基体界面结合良好,厚度约2.15 μm。高铌γ-TiAl合金经微弧氧化处理后,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流降低近1个数量级。微弧氧化处理试样在800~900 ℃中的氧化增重仅为基体的8.9%~37.5%。微弧氧化陶瓷涂层将基体的氧化激活能从247.79 kJ/mol增加到涂层试样的574.41 kJ/mol。     

γ-TiAl加工过程中粗糙表面对材料去除和亚表面缺陷影响的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了γ-TiAl在纳米尺度下的加工响应。采用规则生成的粗糙工件表面,研究其对原子去除机理的影响。通过改变织构密度和刀具半径,研究了切削过程。结果表明,工件表面形貌对亚表面缺陷的产生和原子去除有不可忽视的影响,粗糙表面会影响剪切模式下切削过程中层错剪切带的形成。提高织构密度增加了亚表面缺陷的数量,加工表面的完整性因切割方式的不同而不同。刀具的相对锐度对切削机制和纹理效果有一定影响。     

热腐蚀对GH4169高温合金 δ 相析出和拉伸性能的影响

分别在650、750、850 ℃热处理条件下,研究了高温合金GH4169在75Na₂SO₄+25NaCl （质量分数）熔盐环境下的热腐蚀行为,之后进行组织表征和力学性能测试。结果表明：随着热处理温度的不断升高,高温合金的抗拉极限强度（UTS）和屈服强度（YS）都出现急剧退化,伸长率显著提高。但在750 ℃条件下,晶界处析出的针状δ相能提高高温合金的强度,导致合金出现沿晶脆性断裂现象,降低了合金的塑性。在650和750 ℃下,腐蚀机理符合II型热腐蚀,但在850 ℃条件下符合I型热腐蚀,2种不同类型腐蚀都促进了基体δ相的析出。     

基于三态组织的近 α 钛合金近 β 锻+固溶时效工艺参数匹配

基于正交试验结果,对近β锻+固溶时效工艺参数进行了显著性分析,并详细讨论了工艺参数对TA15钛合金显微组织的影响及合理的工艺参数,以获得性能优异的三态组织。结果表明：变形温度、固溶温度和固溶时间是3个最为重要的工艺参数,分别对等轴α_p相的体积分数和直径、片层α_s相的体积分数及片层α_s相的厚度影响最大。较合理的TA15钛合金处理工艺参数为970 ℃/0.1 s^-1/60%变形程度/水淬+930 ℃/1.5 h/空冷+550 ℃/5 h/空冷。     

TA15合金基于变 m 值法超塑性研究

基于变应变速率敏感性指数m值的方法对TA15合金超塑性进行了研究,在1053~1223 K温度范围内进行了超塑性拉伸实验。结果表明：TA15合金的延伸率为580%~1922%。微观组织分析表明合金变形过程中晶粒随温度升高而逐渐长大,但仍保持等轴状,在1223 K时发生α→β相转变,超塑性能严重下降。与恒应变速率法相比较,该方法大幅度提高了TA15合金的超塑性能。此外,超塑性变形过程中,力学性能和微观组织演变特征与Ashby-Verrall模型较吻合,因此推断出TA15合金基于变m值法超塑性变形的主要机制是扩散蠕变协调的晶界滑移。     

从吸附角度观察Mg-Ca合金中Mg2Ca和 α-Mg的氧化：DFT研究

基于DFT计算O₂在α-Mg（0001）和Mg₂Ca（0001）上的吸附过程,以探明Mg-Ca合金中的α-Mg和Mg₂Ca氧化机理。结果表明,在吸附过程中,O₂与α-Mg和Mg₂Ca有很强的相互作用,且均为化学吸附,但Mg₂Ca的吸附结构不如α-Mg的吸附结构稳定。在氧化过程中,O₂与α-Mg和Mg₂Ca中的Ca和Mg原子发生反应,形成Mg-Ca-O氧化膜,从而提高Mg-Ca合金的抗氧化性。但Mg₂Ca的吸附结构稳定性比α-Mg差,因此Mg₂Ca形成的氧化膜对基体的保护作用比α-Mg弱。     

Ti600合金在(α+β)相区的热变形行为和本构模型

对具有片层状初始组织的Ti600合金的热变形行为进行了研究。变形温度范围为800~960 ℃,应变速率范围为10^-3~1 s^-1。随后提出了应变硬化指数（n）来表征流动软化和加工硬化之间的竞争。并且通过分析流变曲线和观察显微组织研究了该合金的软化行为。结果表明,变形参数对Ti600合金的流变行为有显著影响。当变形超过峰值应变之后,n值逐渐降低,动态软化过程开始占主导地位。微观组织分析表明：热变形过程中,α相的弯曲、破碎、动态回复和动态再结晶行为是造成Ti600合金软化的主要原因。最后基于实验数据,建立了3种本构模型,分别是应变补偿Arrhenius模型、Hensel-Spittel模型和修正的Arrhenius模型,来表征Ti600合金的流变行为。将3种模型预测的流变应力与实验结果进行比较,并计算其相关系数值和平均相对误差值来评估模型的准确性。3种模型的相关系数值分别为0.965、0.989和0.997,平均相对误差值分别为12.86%,9.74%和3.26%。这些结果表明,这3种模型都可以描述Ti600合金的流变行为,而修正的Arrhenius模型具有最高的预测精度。     

γ′相尺寸对一种含Re单晶镍基高温合金中温持久性能的影响

通过改变含Re单晶镍基高温合金热处理过程中的一次时效温度（1150， 1180 和1200 ℃），获得了3种不同形貌和尺寸的γ′相。随后，对含有不同γ′形貌的3种样品进行了中温高应力（760 ℃/800 MPa）持久试验。结果表明，γ′相的大小对单晶高温合金的持久性能有很大影响。适当增大γ′相的尺寸可以促进合金的均匀变形，从而提高合金的中温持久寿命。     

基于基团贡献法估算(富锂)锂离子电池正极材料Li1+ xM 1- x O2 的热力学性质

富锂Li_1+xM_1-xO₂材料的研究主要集中在其结构和电化学性能上,而很少关注其热力学性能。开发具有高能量密度和容量的新型富锂材料取决于这种材料的结构、热力学性质和电化学性质之间的固有关系。对富锂材料Li_1+xM_1-xO₂的热力学性质了解不足,使得新型Li_1+xM_1-xO₂材料的开发和利用受到限制。鉴于Li_1+xM_1-xO₂材料缺乏热力学数据,根据基团贡献方法的原理对LiAlO₂进行拆分。基于热力学原理,提出了用于估计LiAlO₂的ΔG^θ_f,298、ΔH^θ_f,298和C_p的数学模型。采用基团贡献法估算了56种固体无机化合物的ΔG^θ_f,298和ΔH^θ_f,298以及54种固体无机化合物的C_p,298,以检验该模型的可靠性和适用性。利用基团贡献法估算了固体无机化合物的数学模型。利用基团贡献法拟合的基团参数选择的实验数据准确可靠。在结果令人满意的基础上,建立了用于估算3种类型的Li_1+xM_1-xO₂材料的ΔG^θ_f,298,ΔH^θ_f,298和C_p的数学模型,并估算了63种常见Li_1+xM_1-xO₂材料的ΔG^θ_f,298、ΔH^θ_f,298和C_p,298。     

TiAl合金与GH3039摩擦焊接界面组织

使用GH3039合金作为γ-TiAl与碳钢摩擦焊接的过渡第三体,采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析了TiAl/GH3039摩擦焊接接头的界面结构。结果表明,γ-TiAl和GH3039摩擦焊接接头的最大抗拉伸强度能达到400 MPa以上。GH3039一侧热力影响区的塑性变形大于TiAl一侧,并且在两侧均发生动态再结晶。接近GH3039母材相层中的Ni含量几乎不变,接近TiAl母材相层中的Ti含量也几乎不变。在GH3039侧面附近的焊接区中,富Ni和富Cr晶粒的分布是互补的。Ti和Al容易溶于富Ni的晶粒中,而Mn容易溶于富Cr的晶粒中。在结合区中形成的大量富Cr晶粒是体心立方结构的α-Cr。γ-TiAl和GH3039摩擦焊接的典型界面结构为：γ-TiAl+α₂-Ti₃Al/α₂+τ₃/τ₃-Al_1+x-yTi_1+yNi_1-x/τ₃+α-Cr/(Ni, Cr)_ss/GH3039。     

粉末镍基U720Li高温合金长期时效下的组织与性能稳定性

研究了经粉末冶金的镍基U720Li高温合金在680、700和730 ℃长期时效（3000 h）下的组织演变及力学性能变化,表征了γ′相在长期时效过程中的形貌与尺寸变化。结果表明,γ′相粗化行为由扩散过程控制。在680和700 ℃下的长期时效过程中,U720Li高温合金的抗拉伸和蠕变性能保持稳定;但在730 ℃/500 h长期时效后,合金屈服强度逐渐降低,塑性增加。在730 ℃长期时效过程中,U720Li高温合金的疲劳和蠕变性能急剧下降,这与γ′相的形貌演变有关。     

Er含量对ZL201A铝合金组织和力学性能的影响

通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪分析和力学测试,研究了添加Er对ZL201A铝合金的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Er的加入使α-Al基体从柱状晶粒转化为细小的等轴晶粒,同时θ相（Al₂Cu）从细小的网络结构转变为弥散细小颗粒结构。当Er含量达到0.4%（质量分数）时,晶粒细化效应达到最大,合金的力学性能最佳;α-Al的平均晶粒尺寸为19 μm;抗拉伸强度和伸长率分别为298.14 MPa和6.56%;断裂模式从脆性断裂转变为韧性-脆性断裂,有利于铝合金的实际应用。当Er含量超过0.4%（质量分数）时,合金的晶粒尺寸增大,力学性能下降。     

纳米柱状多孔WO3- x /TiO2 薄膜的电致变色性能

采用反应磁控溅射在掠射角度α=0°和α=80°的条件下制备氧化钨（WO_3-x）薄膜,然后在其表面沉积二氧化钛（TiO₂）。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）对WO_3-x/TiO₂薄膜的晶体结构、表面/断面形貌以及表面化学成分进行表征。在三电极体系1 mol/L LiClO₄/PC溶液中,采用电化学工作站和紫外-可见分光光度计测试了WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色性能。XRD结果表明,WO_3-x/TiO₂薄膜为非晶态结构,与掠射角度无关。当掠射角度为80°时,获得了纳米柱状多孔薄膜。从 W 4f和Ti 2p的XPS谱图确认氧化钨为亚化学计量比的WO_3-x,而氧化钛为满足化学计量比的TiO₂。与致密薄膜相比,纳米柱状多孔薄膜需要较低的驱动电压且具有较快的响应速度。纳米柱状多孔薄膜的电荷容量为83.78 mC,是致密薄膜电荷容量30.83 mC的2倍以上。在±1.2 V驱动电压下,注入和脱出离子扩散速率分别为D_in=5.69×10^-10 cm²/s和D_de= 5.08×10^-10 cm²/s。与纯WO₃薄膜相比,WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色循环稳定性更好。纳米柱状多孔薄膜在可见光范围内具有较大的光调制幅度,因此其光密度变化（ΔOD）大于致密薄膜。     

空气气氛下碳热还原筛分法制备Magnéli相Ti n O2 n -1

介绍了一种在空气气氛中通过碳热还原筛分法制备Magnéli相（Ti_nO_2n-1，4＜n＜10）低价钛氧化物的方法，研究了还原温度和还原时间对还原产物的物相、电阻率的影响。结果表明，提高还原温度和延长还原时间有利于将TiO₂还原为Magnéli相Ti_nO_2n-1。将Magnéli相Ti_nO_2n-1 (n=4，5) 粉末在1350 ℃下干燥20 min，通过扫描电子显微镜观察，其粒径为0.5~8 μm。在还原温度为1350 ℃时，还原产物的电阻率随还原时间的延长而显著降低。在1350 ℃下还原50 min的产物的电阻率最小，为79.3 Ω?cm，其物相组成几乎全部为Ti₃O₅。     

孔洞式缺陷对γ-TiAl合金断裂行为的影响

采用分子动力学模拟方法研究了孔洞在不同温度、位置以及尺寸下对多晶γ-TiAl合金裂纹扩展的影响。结果表明,含孔洞式缺陷多晶γ-TiAl合金在1～750 K时为脆性解理断裂,1000 K和1200 K为韧性蠕变断裂。孔洞位于晶界和三叉晶界上时,合金更容易失效。与完美晶体相比,微孔洞的存在增加了多晶γ-TiAl合金的塑性。当孔洞半径大于1.0 nm时,多晶γ-TiAl合金的屈服应力和屈服应变急剧降低,材料发生失效的时间提前。孔洞尺寸的不同会影响材料的断裂方式,当孔洞半径R≤0.8 nm时,含孔洞多晶发生沿晶断裂;当R>0.8 nm时,多晶γ-TiAl合金的孔洞不断扩大逐步占满整个晶粒,发生穿晶断裂。