纳米结构材料摩擦学研究进展

近10年来,由于潜在的工业应用价值,纳米晶体材料的摩擦磨损性能开始引起科研工作者的重视。很多实验结果证明,当晶粒尺寸细化到纳米量级时,材料显示出与其粗晶态不同的摩擦磨损性能。纳米结构材料的摩擦磨损性能受众多因素的影响,包括晶粒尺寸、硬度、塑性、弹性、表面层组织与成分等。     

碳化硅颗粒增强TC11钛基复合材料的组织与力学性能研究

采用球磨工艺将碳化硅颗粒与TC11钛合金粉末混合,通过放电等离子体烧结工艺制备了碳化硅颗粒增强钛基复合材料(SiCp/TC11),并研究了复合材料的微观结构和力学性能。结果表明,SiCp/TC11复合材料内部无孔洞,烧结致密。碳化硅颗粒与钛基体发生反应,生成碳化钛颗粒。随着碳化硅颗粒含量的增加,SiCp/TC11复合材料的晶粒尺寸逐渐减小,维氏硬度升高。添加0.5%(质量分数)的碳化硅颗粒后,SiCp/TC11复合材料的室温屈服强度和抗拉强度分别提高了31.3%和14.1%,500℃高温抗拉强度提高了6.9%。SiCp/TC11复合材料强度的提高主要归因于晶粒细化、固溶强化以及载荷传递。     

等离子烧结温度对CoCrCuFeNi高熵合金组织及性能影响

本文通过氩气雾化制备CoCrCuFeNi球形粉末,随后在900℃、1000℃、1100℃、1150℃温度下通过放电等离子活化烧结(Spark plasma sintering,SPS),成功制备CoCrCuFeNi高熵合金块体。结果表明：随着烧结温度的升高,材料室温抗拉强度先降低后升高,均匀却延伸率先大幅度提高,随后降低;当烧结温度为1100℃时,材料屈服强度和抗拉强度分别达到379.3MPa和655.6MPa,断后延伸率达21.9%;当烧结温度超过1100℃时,开始出现局部熔化现象,材料内部出现元素明显偏析现象。烧结温度为900℃时,拉伸断口沿球形粉末表面脆性断裂,随着烧结温度提高,断口转变为包含韧窝的韧性断裂。由于高温烧结过程中基体内发生渗碳现象,透射电镜结果表明碳与基体发生反应,形成第二相碳化物。     

氧对钽合金热加工的影响

研究了钽合金热加工过程中氧的行为及其对钽合金工件热加工过程和可加工性的影响。结果表明,在热加工过程中,工件表面大量吸氧,表层粉化严重,次表面层硬化;变形时产生大量的表面裂纹,增加了材料的加工损耗;在表面进行涂层防护可减少表面氧化。     

(GNPs+B)/TC4复合材料组织和硬度研究

采用放电等离子烧结技术(SPS),制备石墨烯纳米片(GNPs)、硼粉(B)增强TC4钛基复合材料(TiMCs)。利用扫描电镜、拉曼光谱对混合粉末以及烧结后材料的组织进行了研究。利用维氏硬度仪对复合材料进行硬度测试。结果表明:GNPs和B与基体原位反应生成TiC颗粒(TiCp)和TiB晶须(TiBw)构成的非连续网状结构能有效细化晶粒,使晶粒粒径从118.8μm减小到33.1μm。GNPs和B的加入可以显著提高材料的维氏硬度,GNPs/TC4和(GNPs+B)/TC4复合材料的维氏硬度分别为3.91和4.15 GPa,相比于TC4钛合金(3.37 GPa)分别提高了16%和23%。GNPs/TC4和(GNPs+B)/TC4复合材料硬度的提升可以归因于晶界处的硬质颗粒(TiBw和TiCp)的存在。     

用于乏核燃料后处理的商用 Zr702 在沸腾硝酸溶液中的应力腐蚀开裂行为

研究了商用Zr702在沸腾硝酸中应用于乏核燃料后处理工业的应力腐蚀开裂（SCC）行为和应力腐蚀敏感性（I_SCC）。使用独立设计的慢应变率拉伸（SSRT）系统在沸腾的硝酸中获得应变率为10^-5 s^-1的Zr702的应力-应变曲线。进行微观表征以及数值分析以量化Zr702的SCC行为。结果表明,随着HNO₃浓度的增加,Zr702的I_SCC由5%明显增加到26.67%。商用Zr702在沸腾HNO₃溶液中力学性能的急剧下降归因于试样表面的解理断裂,并且解理裂纹的深度随着HNO₃浓度的增加而增加。最后,提出了预测商业Zr702在沸腾HNO₃溶液中SCC行为的模型和方程。HNO₃浓度、I_SCC、断裂应力（σ_SCC）和解理裂纹深度（d_cc）之间的定量关系可以使用高阶回归方程来描述和预测。     

碳化硅纳米线增强钛基复合材料的制备与性能研究

采用球磨法将Ti60合金粉末与碳化硅纳米线(SiCnw)混合,通过放电等离子活化烧结工艺制备SiCnw/Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能力学试验机研究复合材料的组织形貌、物相结构和力学性能。结果表明,在Ti60合金中添加SiCnw后,基体晶粒尺寸显著减小,当SiCnw添加量为0.1%(质量分数)时,SiCnw/Ti60复合材料的晶粒尺寸较Ti60合金下降42%,抗拉强度提高2.7%,为1037 MPa。SiCnw在晶界处的均匀分布可起到钉扎效应,在拉伸过程中SiCnw承担了基体间的载荷传递,从而提高了SiCnw/Ti60复合材料的拉伸强度。     

热等静压Ta合金中的隐形胞状硬质强化结构

采用增氧的纯钽金属粉末经热等静压(HIP)烧结制备成块体结构,在不同温度下进行高温退火,分析了热等静压和后续退火工艺试样的显微硬度。结果发现:在热等静压状态下的试样,其晶粒晶界处的显微硬度值很高,而晶粒中心处的显微硬度值较低,形成了一种表现为外层硬而内部软,类似于细胞单元的表面有硬化层形成的隐性的壳形网络结构。高温退火处理会减弱这种结构直至消失。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃,0.1 s-1条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃,0.001 s-1和1180℃,0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

微纳米颗粒增强TiAl基复合材料组织与室温力学性能

原位自生颗粒增强金属基复合材料是提高金属材料强韧性的有效途径,采用放电等离子烧结技术(SPS),以氧化石墨烯、碳化硅、氮化硼为增强体,原位自生制备TiAl基复合材料,研究第二相对TiAl基复合材料显微组织演变及室温性能的影响。结果表明,增强体的改变直接影响了TiAl基复合材料第二相形貌和分布。添加石墨烯在TiAl合金α₂和γ片层界面处弥散析出微纳米尺度第二相Ti₂AlC;添加碳化硅在基体中分别生成微米级晶界相Ti₅Si₃,微纳米片层间相Ti₂AlC;添加氮化硼未能在TiAl合金α₂和γ片层界面处析出微纳米第二相,而是纳米级TiB₂和Ti₂AlN相析出在晶界处与基体形成连续核壳结构;复合添加石墨烯和氮化硼既能在片层间原位析出Ti₂AlC相,又能在晶界处形成核壳结构。TiAl基复合材料的室温压缩性能和摩擦磨损性能均得到有效提高,复合添加石墨烯和氮化硼可获得优异的室温力学性能。TiAl基复合材料的...