金属基复合材料高通量制备及表征技术研究进展

"材料基因工程"计划是以大数据作为支撑,采用高通量设计、制备和表征技术,促使材料研究从传统的试错模式转向低成本、快速响应的新模式,从而加快新材料的研发速度,实现研发成本和周期"双减半"的目标。金属基复合材料由于组分复杂、制备过程为热力学非平衡状态,带来一些新的问题需要解决,包括:(1)高通量制备方法方面,针对合金块体样品开发的喷印合成法、多元结扩散法等基于热力学平衡理论的高通量制备技术无法直接用于金属基复合材料构件块体坯料的制造;(2)高通量表征技术方面,缺乏针对金属基复合材料单一样品成分、形貌、组织、结构和性能的多维、多场、多尺度同步采集技术,以及针对阵列样品成分、形貌、组织与结构的快速表征技术。鉴于上述问题,本文综述了金属基复合材料高通量制备及表征技术发展现状及已取得的进展,特别是在增强体呈梯度分布的金属基复合材料制备技术与高通量组合表征方法上取得的突破,推动了高通量制备及表征技术在金属基复合材料领域的应用。最后指出了金属基复合材料高通量计算、制备方法和表征技术方面存在的瓶颈问题,并对高通量制备与表征技术的发展进行了展望。     

高通量方法在钎焊领域的应用现状

高通量方法作为“材料基因组技术”三大核心要素之一,在材料成分设计、组织分析、性能优化、过程模拟等方面起着关键性作用. 钎焊技术作为焊接与连接领域的重要分支之一,是现代制造业中材料连接应用最广的方式. 首先对高通量方法在钎焊领域的应用研究进行概述,其次主要对近5年有关高通量制备钎料、软钎焊和硬钎焊领域高通量计算方面的最新研究进行高度归纳、总结,最后提出了目前钎焊基因工程研究的局限性,特别是高通量方法与钎焊技术有机组合方面存在的不足之处,同时指明了高通量方法在钎焊领域应用研究发展的方向,为未来实现钎焊4.0、智能钎焊工厂等提供技术支撑和参考信息.     

基于材料基因工程的铂基高温合金数据库建设进展

贵金属铂价格昂贵,采用传统的“试错法”进行研究,试验周期长、成本高。材料基因工程将高通量计算、高通量实验和数据库相结合,使新材料研发速度提高一倍、成本降低一半,为铂基高温合金的研发提供了新的思路。基于材料基因工程思想,详细介绍了目前课题组在铂基高温合金高通量计算、高通量实验和数据库建设方面的研究进展情况,旨在为其他贵金属合金产品的研发提供借鉴。     

Composition Design of Additive Manufacturing Materials Based on High Throughput PreparationEI北大核心CSCD

增材制造作为一种新型制造技术,为航空航天、交通运输和生物医学等领域带来了革命性变化。但目前增材制造用金属材料仍基于传统合金,部分材料并不适用于高能束加工,性能仍有提高空间。目前的增材制造专用材料开发未脱离传统试错法,效率低下,是制约增材制造材料性能提高的瓶颈问题。本文就增材制造钢、钛合金、铝合金材料现状和问题进行了讨论,并列举增材制造高通量制备和表征技术在材料开发和设计上的应用,结合增材制造高通量制备的原理和特点,最后阐述了增材制造高通量制备和表征技术在材料开发上的机遇和挑战,并对增材制造关键材料开发与成分优化未来的发展方向做出展望。     

基于增材制造的钢铁块体材料高通量实验方法

近年来先进高强度钢发展迅速,在航空航天、海洋工程和医疗器械等领域引起了广泛关注.基于材料基因工程的研究方法,介绍了增材制造用于钢铁块体材料高通量实验的高效性和潜在优势,回顾了利用基于增材制造的高通量实验筛选出结构功能一体化钢材的高效制备与评价方法.讨论了其他代表性高通量实验方法的特点并提出组合高通量实验的可能性.最后展...     

高通量实验技术发展现况及在贵金属研究中的应用分析

随着科技的发展材料基因组工程技术成为材料科学研究的热点,其中的高通量实验技术是其中最重要的三部分之一。针对该类技术,首先总结了各类高通量实验技术的基本原理、种类和方法;在此基础上针对贵金属研究领域的特点,分析了各种高通量实验技术在贵金属材料研究领域中的优缺点和存在的问题,以及贵金属高通量实验方法需要基本的主要特征;给出了适合贵金属研究的高通量实验方法以及改进之处,并对其发展方向进行了分析和讨论。     

扩散偶制备技术发展及其应用

针对在材料科研领域已得到广泛应用的扩散偶技术,总结了扩散偶技术的特征、发展和优势,介绍了传统制备扩散偶的多种方法,以及当前较为新颖的放电等离子烧结法、激光成型、薄膜法、多元扩散节等制备高通量扩散偶的技术路线和相关技术。在此基础上总结了扩散偶技术在相图测定、扩散动力学数据测定、钎焊性能研究及高通量制备技术方面的应用。最后,结合贵金属材料体系的特点对贵金属扩散偶制备的工艺提出了具体的要求及建议。     

数据驱动镍基铸造高温合金设计及复杂铸件精确成形

材料基因组工程与材料智能制备加工技术的发展为航空发动机高温合金关键热端部件的研发与制造提供了新的思路.针对航空发动机涡轮机匣类结构件高温合金材料与铸造成型的需求,开发了高通量并发式的热动力学模拟软件系统,结合镍基铸造高温合金的筛选判据,从520万余种成分组合中筛选并研制了一种新型镍基铸造高温合金,815℃、400 MP...     

航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展

本文概述了我国粉末高温合金及制备技术的研究进展。在粉末制备方面,重点介绍了Ar气雾化制粉技术关键因素,包括设备、雾化过程、粒度控制、O含量控制、粉末形貌控制和夹杂控制等。针对涡轮盘件制备技术,总结了双性能涡轮盘、双合金整体叶盘技术和等温锻造模具用材料的研究进展。此外,还介绍了在粉末高温合金高通量实验和表征以及蠕变行为等方面的研究进展。结合当前航空发动机、3D打印等高端工程用材料重大需求,对我国粉末高温合金制备技术和发展方向进行了展望。     

基于激光选区熔融的高通量制备系统设计及样品制备

SLM(激光选区熔融)原位合金化技术,即原材料采用混合单质粉末在激光选区熔融过程中直接完成元素合金化并同步成型高致密度样件的方法.该技术可省掉原料粉末预合金化过程,通过实时、定量粉末混合给料控制,可实现块体样品的高通量制备.将SLM合金化与高通量制备两者有机融合应用于特种材料体系如高熵合金等材料的开发,实现材料成分、结构、物理化学性质的高通量获取,可为材料设计和制备技术的发展提供一项颠覆性的创新手段,科学意义和应用价值巨大.基于自主设计开发的SLM高通量制备系统,采用铁、镍单质元素粉一次性制备12组Fe-Ni合金块体样品,采用CALPHAD方法计算了铁镍合金的相图及密度,通过金相扫描、能谱、XRD、显微硬度试验等方法分析设备的实时混粉精度和样件的成型性能.计算和实验结果显示,基于自研高通量SLM设备的粉末成分混合精度可控制在6％(质量分数)以内.样品成型性能良好,致密度均在98.5％以上,金相组织中未见明显的孔洞、未熔合和未熔颗粒.随着镍含量变化,高通量打印样品硬度在150～330HV之间变化,未见明显的硬度离散分布,设备打印功能稳定可靠.     

高通量硬度测试仪的研究

为了缩短新材料的研发周期，降低研发成本，以硬度测试的特点和机理为基础，设计相应的机械控制系统和软件，开发了具有32个工位的高通量硬度测试仪，从而实现材料力学性能的高通量表征。该设备可以实现硬度测量过程中的自动打点、自动记录、自动切换样品，测试所需时间约为普通手动硬度计的1/3，提高了材料性能的表征速率。采用高通量硬度测试仪对具有不同硬度的标准硬度块品、不锈钢样品以及高熵合金样品进行测试，结果表明：高通量硬度测试仪适用于硬度值不小于 200HV(约19HRC)的材料，示值误差为-0.2HRC，示值重复性为0.764HRC，测试精度满足硬度计的要求，测试结果可靠。     

高通量硬度测试仪的研究

为了缩短新材料的研发周期,降低研发成本,以硬度测试的特点和机理为基础,设计相应的机械控制系统和软件,开发了具有32个工位的高通量硬度测试仪,从而实现材料力学性能的高通量表征。该设备可以实现硬度测量过程中的自动打点、自动记录、自动切换样品,测试所需时间约为普通手动硬度计的1/3,提高了材料性能的表征速率。采用高通量硬度测试仪对具有不同硬度的标准硬度块品、不锈钢样品以及高熵合金样品进行测试,结果表明：高通量硬度测试仪适用于硬度值不小于 200HV(约19HRC)的材料,示值误差为-0.2HRC,示值重复性为0.764HRC,测试精度满足硬度计的要求,测试结果可靠。     

复合材料工程应用分析

介绍了复合材料的发展及应用概况,针对碳纤维复合材料在航空航天领域的应用进行了分析,概述了复合材料产品的成形工艺技术,提出了目前复合材料制作工艺技术存在的问题及发展方向.为开展复合材料的工程应用研究提供参考.     

离子束表面工程技术的进展*

综述了离子束表面工程技术近期研究进展,重点讨论了等离子体浸没离子注入(PIII)、强流脉冲离子束技术(HIPIB)、等离子体喷涂物理气相沉积(PS-PVD)、电子回旋共振(ECR)等离子体和磁过滤阴极真空弧沉积等表面工程技术;介绍了离子束表面工程在替代传统电镀技术、航空航天材料表面改性、太阳能利用中材料的表面改性、生物医学材料的表面改性等领域的应用。指出了离子束表面工程技术的未来研究方向,即深入研究离子束与材料表面的作用机理,开发高性能结构涂层和功能涂层,发展新的离子束复合表面技术。     

纳米结构镁的制备及其储氢性的研究进展

氢能的利用越来越受到人们的重视,而氢的储存和运输限制了其广泛的实际应用。镁基合金作为一种固体储氢材料,在储氢领域显示出巨大的潜力。但是,吸放氢温度高,释氢速率慢,阻碍了其工程应用。为了提高镁基合金的储氢能力,目前的研究主要集中在合金成分的优化和加工工艺的改进方面,而纳米细化是最有前途的方法之一。详细介绍了纳米镁的各种制备工艺,包括高能球磨、物理气相沉积、氢化化学气相沉积、液相化学合成和模板法,并分析了各种方法的优缺点。阐述了纳米结构和元素掺杂对镁基合金储氢性能的影响。本研究为储氢领域的材料开发和制备工艺的改进提供参考。     

日本金属热处理未来发展路线概述

本文概要地介绍日本热处理技术协会在2010年制定的金属热处理未来发展路线(Roadmap)。这套日本热处理发展路线重点回顾了日本在近10年来热处理领域的主要研究课题和研究开发成果,详细地分析了目前日本热处理界所面临的问题,提出了今后热处理领域的发展方向。通过对日本热处理发展路线的了解,可以推测出日本在金属材料、机械、汽车、车辆、船舶、重型机械等产业的发展趋势和未来热处理行业将起到的作用。也期待对促进中国热处理技术和制造业的发展有所借鉴。