6061/AZ31B/6061对称复合板的组织与力学性能研究

本文在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

反应温度及时间对奥氏体不锈钢渗铬层组织结构的影响

利用固体粉末包埋技术对316H奥氏体不锈钢进行了1090℃保温0.5～20 h和750～1150℃保温10 h的化学热处理,研究了不同工艺参数对渗铬层组织结构和耐磨性的影响。通过光学金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究了保温时间和反应温度对渗铬层的微观组织结构的影响规律,使用摩擦磨损试验机研究了不同工艺参数对渗铬层耐磨性的影响。结果表明:反应温度对渗铬层的厚度影响显著,在同一温度下进行渗铬,渗铬层的厚度与渗铬时间呈抛物线关系;渗铬层主要由Cr_(23)C_6、Cr_2C和α-Fe-Cr固溶体组成,在渗铬过程中,首先在试样表面形成碳铬化物层,随着反应温度提高或保温时间延长,在碳铬化合物层下会生成α-Fe-Cr固溶体层,进一步提高反应温度和保温时间,碳铬化合物层逐渐消失。渗铬后试样的耐磨性明显提高,且在相同温度下渗铬,保温时间短的耐磨性好;相同保温时间,反应温度低的耐磨性好。     

原子层沉积Al2O3 保护层氢终端金刚石MISFETs的电学特性

研究了Zr-Si-N氢终端金刚石（H-diamond）绝缘栅场效应晶体管（MISFET）在有无Al₂O₃保护层情况下的电学特性。分别采用原子层沉积法（ALD）和射频溅射法（RF）制备了Al₂O₃保护层和Zr-Si-N栅介质层。MISFETs的转移特性曲线表明,其栅阈值电压在有无Al₂O₃保护的情况下从-2.5 V变化到3 V,表明器件从常关型转换为常开型。输出和转移特性曲线揭示了氧化铝的存在保护了氢终端,使其免受磁控溅射过程的损伤。     

Microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V/Ti-22Al-25Nb joint formed by diffusion bonding

Ti-6Al-4V (wt.%) and Ti-22Al-25Nb (at.%) were joined by diffusion bonding at 950 °C and 15 MPa for 100 min, and the microstructure and mechanical properties of the resulting joints were investigated. The composition of the diffusion layer is B2/discontinuous α/α₂ layer/necklace-shaped β+α′ layer, where the content of any element at a given point mainly depends on the distance of the point from the interface and the phase type at the point. The tensile strength of the joint is 894 MPa, which is almost the same as that of the Ti-22Al-25Nb base alloy. The fracture surfaces on both sides of the joint are composed of two main regions. One region displays a relatively flat surface and fractures along the bonding interface. The other is composed of a moderate number of irregularly-shaped cavities on the Ti-6Al-4V side and many irregularly-shaped bulges on the Ti-22Al-25Nb side. Both regions result from fracture along the boundaries between β+α′ layers and α_p grains or from the transcrystalline fracture of α_p grains.     

邯钢光伏支架用热镀锌S390GD(S450GD)+Z产品的开发

环保节能领域光伏支架用有锌花镀锌产品是邯钢市场开发的重点,但用户对其表面质量、力学性能、耐蚀性能和变形延展性有较高的要求。从热轧备料,酸洗工艺,热镀锌退火温度及锌层控制等方面阐述了开发光伏支架用热镀锌S390GD(S450GD)+Z产品的质量保证措施。通过降C、增Mn的化学成分设计,板坯出炉温度1 100～1 150℃、粗轧压下率40%～45%、终轧温度(850±20)℃、卷取温度降至(580±20)℃ 的热轧工艺优化,保证了热轧原料强度。通过酸液温度、酸洗速度、缓蚀剂添加量的优化,以及热镀锌退火温度、锌液成分的优化改进,实现了锌花结晶均匀性控制,产品质量满足用户要求。     

基于ALD低温制备的纳米涂层刀具性能研究

目的 探索基于原子层沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)的纳米涂层低温制备技术,并重点研究涂层沉积过程及纳米氧化铝涂层对刀具力学性能的影响.方法 利用原子层沉积法,在200℃的环境下制备不同涂层厚度的纳米Al2O3涂层刀具,对涂层的微观组织、厚度、硬度、断裂韧性、断口形貌、弯曲强度、结合力及摩擦系数进行检测.结果 ALD沉积技术能将纳米涂层均匀沉积在YT5刀具表面,且涂层光滑,无滴状气泡,涂层厚度可以精确控制在纳米级.ALD涂层与基体结合力的大小与涂层厚度相关,随着涂层厚度增大,结合力呈先增后降的趋势,测得50、100、200 nm等3种纳米涂层结合力大小分别为11.07、12.74、7.86 N.纳米涂层能够提高刀具的硬度,显著降低刀具表面的摩擦系数,测得刀具摩擦系数分别为0.56、0.43、0.67,最高降低摩擦系数达40％以上.此外在200℃的沉积温度下,没有产生金属相变,因而对刀具基体没有影响,刀具的断裂韧性和弯曲强度没有降低.结论 基于ALD的纳米涂层低温沉积技术所制备的纳米涂层刀具,具有良好的力学性能及涂层-基体界面结合力,能显著提高刀具性能,改善切削加工条件.     

粘结层粗糙度对YSZ涂层热震性能的影响

目的 提高YSZ涂层的服役寿命.方法 采用火焰喷涂和等离子喷涂的方法,在GH4169高温合金上分别制备NiCoCrAlY粘结层和8YSZ陶瓷层.在制备陶瓷层之前,通过低压喷砂的方法对粘结层表面进行处理,改变粘结层的表面粗糙度.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、3D测量激光显微镜,表征涂层的物相、微观形貌和表面粗糙度.使用马弗炉进行1100℃的热震实验,表征YSZ涂层的热震性能.结果 通过喷涂方法制备的粘结层,表面较为粗糙,喷砂处理后,有效地改善了表面情况,表面粗糙度下降了1～3μm.随着热震实验的进行,陶瓷层和粘结层中间形成的热生长氧化物(TGO)不断增厚.喷砂处理后,涂层的氧化速率降低.热震实验后,涂层边缘处会萌生微裂纹,随着裂纹的累积扩展,最终贯通,形成局部的涂层剥离.失效前后,YSZ没有相变发生.结论 涂层失效多发生在TGO界面处,粘结层的高温氧化引起TGO层生长增厚,会导致涂层的失效.平整的TGO生长界面可以减少接触面,降低粘结层的氧化速率.平整界面可以避免局部起伏造成的TGO过度生长.经过表面喷砂处理改善粘结层粗糙度的涂层,具有更优异的抗热震性能.TGO层的形成和生长,容易导致微裂纹的萌生和扩展.粘结层表面处理后,能够为TGO的形成和生长提供相对平整的界面,有效提高TGO的质量,进而提高涂层的抗热震性能.     

3D打印Ti-6Al-4V钛合金表面纳米孔洞制备技术

目的 通过3D打印技术制得钛合金,并构建出微米级多孔粗糙表面,再通过阳极氧化表面处理技术在微米级多孔粗糙表面构建出纳米级结构.方法 首先,通过高压水处理与酸蚀处理相结合的方法,对3D打印钛合金表面进行前处理,去除不良结合的球形粉末颗粒,降低3D打印钛合金表面的粗糙度及各向异性.然后,通过阳极氧化处理,在3D打印钛合金表面制备出具有纳米级孔洞的TiO2类骨膜层.结果 3D打印钛合金表面存在较大的各向异性,导致后续的电化学过程中电场放电不均匀,形成的TiO2类骨膜层稳定性差,而阳极氧化的前处理方法可有效解决这些问题.此外,纳米多孔结构抑制了阳极氧化处理中不稳定放电现象的发生,保证了膜层表面颜色的均匀性,且使膜层与钛或钛合金结合牢固,可在3D打印钛合金表面构建纳米级膜层结构.结论 该工艺方法制备的3D打印钛合金表面膜层的成膜速率和稳定性较好,膜层呈三维网状结构,大孔内附有小孔.该结构有利于细胞在其表面更好地粘附、分化和增殖,是理想的医用植入材料.     

原子层沉积技术改性CrN硬质涂层性能的第一性原理研究

目的 基于密度泛函理论的第一性原理,对原子层改性氮化铬(CrN)涂层的关键性能进行仿真计算,以充分了解涂层微观组织结构演变和微观界面结构本质,为后续原子层沉积CrN工艺研究提供理论指导.方法 通过建立CrN(011)-CrN(011)复合体系模型,分析计算了涂层的界面性能、弹性性能及热力学性能.结果 模型结构经过优化后,各原子层间间距均发生不同程度的减小,且各层间距趋于一致.态密度分析表明:其优良的结构稳定性主要来自6.4～4.8 eV范围内Cr原子3d轨道和N原子2p轨道间的相互作用;基于应力应变的弹性常数满足波恩准则判定依据,力学性能稳定,计算结果为硬度30.29 GPa,体积模量409.83 GPa,剪切模量270.86 GPa.采用NVT系综模拟,当温度T≤1023 K时,温度波动振荡收敛;当温度T>1023 K时,温度在某个时间点瞬时激增而不收敛,可以得出CrN涂层的极限使用温度为1023 K.结论 原子层沉积改性的CrN硬质涂层具有优良的界面相容性,成键强度高,界面能低,结构性能稳定.     

低盐溶液电火花-电解复合加工微小方孔试验

综合电火花加工快速蚀除材料与电解加工溶解重铸层的优势,提出了在低电导率的NaNO3溶液中使用电极逐层往复式铣削加工微小方孔的电火花-电解复合加工方法,并研究了电解液浓度、电压和电容参数对微小方孔加工质量的影响。结果表明:电解液浓度与加工电压对微小方孔加工质量影响较大,电容影响相对较小。选用最优加工参数在100μm厚的321不锈钢片上加工微小方孔,得到的方孔加工质量好、侧壁表面无重铸层,且工具电极相对损耗仅0.05%。