新型金属材料(二)

探讨了新型金属材料的现状、应用与发展，包括金属间化合物、非晶带和大块金属玻璃合金、纳米晶粒尺度的金属材料及金属基复合材料等，并对其发展远景进行了预测。对传统金属材料的现状也进行了分析讨论，认为金属材料是最重要的结构材料和功能材料。全方分两期发表。     

新型金属材料(一)

探讨了新型金属材料的现状、应用与发展，包括金属间化合物、非晶带和大块金属玻璃合金、纳米晶粒尺度的金属材料及金属基复合材料等，并对其发展远景进行了预测。对传统金属材料的现状也进行了分析讨论，认为金属材料是重要的结构材料和功能材料。全文分两期发表。     

基于数学模型的纳米尺度下高性能铜系层状金属的强化能力分析

制备了高性能铜系层状金属,并基于数学模型分析了纳米尺度下该金属的强化能力。结果表明,改变H-P公式中的K值可以提高位错导致滑移的临界切应力值τ*,从而改变金属的组元层和界面层,提高金属的强度。对于纳米尺度下的高性能铜系层状金属,可以采用改变组元层单层厚度的方法来提高材料的极值强度。     

微纳米尺度金属导电材料热疲劳研究进展

世界已逐渐进入以物联网和智能制造为主导的工业4.0时代,特别是人工智能和大数据处理的强烈需求,微纳米尺度器件的研发制造及广泛使用的日趋活跃使得小尺度材料得到广泛关注。由于这些材料的几何尺度和微观结构尺度的约束效应,其热疲劳损伤行为与块体材料不同。同时,材料尺度由微米向纳米量级的转变也会引起损伤机制的转变,使材料表现出不同的损伤形式,产生显著的尺寸效应。本文综述了近年来国内外开展的有关金属薄膜/线的热疲劳实验方法、热疲劳损伤行为及演化和热疲劳影响因素的研究进展,探讨了微纳米尺度金属材料热疲劳的微观机制和尺寸效应,并对这一领域的研究前景进行展望。     

高性能铜系层状金属材料设计:纳米尺度下强化能力与韧化能力思考

对近年来国内外在纳米层状金属材料的强化能力及其尺度与界面效应、塑性形变行为及稳定性等基本规律的研究进展进行了系统的总结,并对纳米层状材料的强化能力与韧化能力进行了深入的探讨.最后,对纳米层状金属材料的强化与韧化能力中的关键科学问题及未来研究进行了展望.     

碳/金属复合材料界面结构优化及界面作用机制的研究进展

依赖于增强相的界面效应和尺寸效应,金属基复合材料不断向综合性能优异的方向发展。由于界面结构对金属基复合材料最终的综合性能起决定性作用,故通过工艺设计实现界面结构的优化成为金属基复合材料的重要研究方向。碳材料(金刚石、碳纳米管和石墨烯等)由于具有优异的本征力学与功能特性,作为金属基复合材料的增强相近年来受到研究者的广泛关注。本文总结了近年来碳/金属复合材料界面结构的不同优化手段,讨论了不同界面结构对碳/金属复合材料结构和功能性能的作用机制,并对未来碳/金属复合材料的界面研究方向进行了展望。     

纳米金属腐蚀

纳米尺度金属的小尺寸效应、超高比表面积以及表面大量缺陷、悬空化学键等活性反应位,使其具有完全不同于传统块体金属的优异化学反应活性。然而,高反应活性在使得纳米金属在获得特殊性质和功能的同时,其抗氧化、腐蚀等稳定性问题也成为限制其实际应用的主要因素。金属纳米材料在实际应用中绝大部分是在溶液环境下,或处于有液体接触的复杂多相体系中,腐蚀问题不可避免。纳米金属材料在溶液中的腐蚀失效问题是该类材料实现真正大规模实际应用必须要面对和解决的关键问题。但由于其具有低维度和小尺寸等特点,纳米金属的腐蚀研究存在极大的困难,无论是研究实验方法还是理论体系都与传统宏观金属腐蚀体系具有很大的不同。本文系统总结了近年来关于纳米贵金属(Pt、Ag)、纳米过渡金属(Cu、Ni、Fe)、活性纳米金属(Al、Mg)以及纳米半导体金属(Ge)等典型低维纳米金属材料的环境稳定性及腐蚀行为研究进展,并对未来在纳米尺度金属腐蚀研究的理论和实验创新方面进行了分析和展望     

纳米晶Ni晶间断裂的数值模拟

提出了一种针对超细晶和纳米晶金属(主要是fcc金属)晶间断裂的微结构计算模型,即采用基于机制的应变梯度塑性(CMSG)理论描述晶粒内部材料塑性变形过程中的变形、强化和尺度效应;采用黏聚力界面模型来模拟晶界的滑移和分离现象,以及晶间裂纹的萌生和演化,直至晶间断裂导致的材料失效.利用该计算模型模拟了纳米晶Ni的拉伸实验过程,对纳米晶Ni宏观力学行为和晶间微裂纹萌生与扩展之间的关系进行了研究,验证了针对超细晶和纳米晶力学性能的计算模型的有效性;同时,模拟结果表明,非均匀塑性变形导致高应变梯度效应,晶粒塑性变形强化显著,使晶界主导的变形机制对纳米晶金属的整体力学性能产生重要影响.     

纳米金属材料的界面力学行为研究

将常规多晶材料的粗晶粒尺寸缩小到纳米尺度时,这些纳米晶体材料会呈现出与其对应的粗晶材料迥异的物理现象.与材料力学行为最相关的是强度及塑形变形机理这两个方面.考虑到晶界的变形与破坏可能是纳米晶体材料低塑性的根源,克服纳米晶体材料中强度与韧性之间存在的"熊掌和鱼不可兼得"的问题,也通常称为晶界工程.在众多的晶界中,孪晶界面被发现可同时保持材料的强度和韧性.本文主要就纳米金属材料中界面的力学行为做一个简要综述,包含晶界的强化力学机理以及新型孪晶界面的力学行为与揭示内在尺度效应的模型研究.     

功能结构一体化高阻尼复合材料

从阻尼机制出发,论述了发展结构功能一体化高阻尼材料应走金属材料与粘弹性材料的复合之路。用离心铸造法制备的以ZA27为基的泡沫金属,再浸渗高分子材料可以制备出高性能阻尼复合材料。     

钢纤维增强有色金属基复合材料综述

有色金属基复合材料相对于传统有色金属材料而言,具有更好的抗氧化性、高耐热性、高比强度、高比模量、耐磨损和高使用寿命。在有色金属基复合材料的众多的增强体中,非金属纤维(C/C、SiC)与金属基质结合界面的相容性是制约金属基复合材料性能的关键问题,而金属纤维与金属基质之间良好的相容性能够有效改善金属材料的性能。金属纤维增强有色金属基复合材料的制备工艺主要有扩散粘结法、液态渗透法、压力铸造法、涂层热压法、双辊轧制法。 本文主要总结了钢纤维增强有色金属基(Al、Mg、Cu、Zn和Zr)复合材料的制备方法、微观组织、界面特征和机械性能,指出了钢纤维增强有色金属基复合材料进一步研究发展所需要解决的问题。     

WC-Co超细硬质合金微观结构对其性能的影响

介绍硬质合金微观结构对硬度、强度影响的相关研究进展,探讨孔隙率、碳含量、晶粒大小、粘结相以及界面性质等微观结构因素差异引起硬质合金的宏观力学性能的变化,探索高性能超细WC-Co硬质合金的制备技术的研究进展和发展趋势。     

Microstructure of Al_2O_3/SiO_2 ceramic core nano-composites

1　INTRODUCTIONThedevelopmentofnewgenerationofhighper formanceaeroengineneedstoimprovethecombustiblegastemperaturegreatly[15] ,andtheadoptionofhol lowgascoolingbladeisanimportantmethod[6 8] .Butthekeyofproducinggascoolingbladewithhighcoolingefficiencyisthepreparationofceramiccorewithhighproperties .Withtheincreaseofthecoolingefficiencyofthegasblade ,thepropertydemandoftheceramiccoresbecomeshigherstepbystep .The propertiesoftheceramiccorearedeter minedbyitsmaterials.Ceramiccoresmainlyinclu…     

晶粒尺寸对耐热钢在高温水蒸汽中的氧化行为的影响

从氧化动力学、氧化膜相组成及微观结构方面,研究了晶粒尺寸对18Cr-8Ni耐热钢在700 ℃下的高温水蒸汽中氧化行为的影响。结果表明：晶粒细化提高了耐热钢的抗水蒸汽氧化性能,降低了其氧化增重,推迟了失稳氧化的发生;晶粒细化改变了耐热钢氧化膜的微观结构,减小了“弹坑”区的尺寸且促进了“弹坑”区与合金界面上富Cr氧化物层的形成;晶粒细化对耐热钢抗水蒸汽氧化性能的改善主要归因于其对氧化物的形核和Cr向氧化膜/合金界面扩散的促进作用。     

弥散强化钼合金的研究进展

钼及其合金是一类具有高熔点、高强度、高硬度和高导热性等优异特性的难熔金属,广泛应用于航空航天、核能、电子和化工等领域。然而,钼及其合金也存在一些固有缺陷,如高温强度不足、室温延性低、再结晶温度低、抗辐照性能差等。为了提升钼及其合金的性能,研究人员采用了多种方法,其中弥散第二相颗粒是一种简单高效的强化手段。本文综述了已报道的不同金属碳化物和氧化物强化相对钼合金微观结构和力学性能影响的工作结果。分析了氧化物和碳化物的颗粒形貌、尺寸、分布、体积分数以及与钼基体的界面结构对钼合金力学性能的影响,讨论了不同掺杂技术获得高性能钼合金材料的特点,阐述了弥散强化钼合金在工业应用和生产等方面面临的挑战和机遇。本文力求为弥散强化钼合金的设计提供科学依据,扩展钼合金在各领域的广泛应用。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

热输入对3Cr耐候钢MAG焊缝金属组织和性能的影响

采用三种热输入进行3Cr耐候钢MAG焊,借助金相显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析了热输入对焊缝金属组织和性能的影响.结果表明,三种热输入焊缝金属组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体和M-A组元组成.随着焊接热输入的增加,焊缝组织中粒状贝氏体含量增加;M-A组元含量增加且尺寸增大.随着热输入的增加,焊缝金属冲击韧性降低.组织粗化、M-A组元含量增加尺寸增大是导致其韧性降低的主要原因.接头不同区域耐蚀性能相当,腐蚀产物主要由α-FeOOH组成.热输入为8~12 kJ,采用所选焊丝焊接高强耐候钢能够获得强韧性、耐蚀性匹配良好的焊接接头.热输入为8 kJ,接头综合性能最佳.     

块体金属基纳米复合材料的制备技术

金属基纳米复合材料（MMNCs）兼有高的强度和良好的韧性，是金属基复合材料（MMCs）的一个重要发展方向。但是，无论是采用液相铸造法还是固相烧结法，欲制备纳米颗粒增强的块体金属基复合材料均相对困难。综述了国内外制备块体金属基纳米复合材料的工艺原理、结构特征和主要性能，并展望了其发展和应用前景。     

一种改进的模拟凝固微观组织的宏微观耦合模型

按照复杂性研究思想，将元胞自动机理论和金属凝固理论相结合，建立了模拟凝固微观组织演变的宏微观耦合模型Micros CA-Solidification。与原有元胞自动机模型相比，该模型考虑了溶质再分配和液相中溶质扩散机制，考虑了成分过冷、曲率过冷及界面各向异性对枝晶尖端局部过冷度和界面平衡温度的影响，可较细致地模拟晶粒的结构和形态转变。     

TC4钛合金消音蜂窝结构钎焊工艺

采用Ti基钎料真空钎焊方法进行了TC4钛合金消音蜂窝钎焊试验,对不同钎料添加厚度钎焊后消音蜂窝堵孔、钎焊界面焊合率、钎焊界面组织和力学性能进行了对比分析,确定了TC4钛合金消音蜂窝钎料添加厚度和钎焊工艺参数.结果表明,随着钎料添加厚度的增加,消音蜂窝带孔面板堵孔率增加,同时钎料元素对钎焊界面原始组织溶解加剧,蜂窝的拉伸力学性能下降明显.增加钎料添加厚度能够显著提高钎焊界面焊合率,当钎料添加厚度增加至30 μm以上时,能够获得焊合率良好的消音蜂窝结构.钎料添加厚度为30 μm,钎焊温度920℃,保温时间90 min时,钎焊后的钛合金消音蜂窝力学性能良好,且消音蜂窝声学性能试验测试结果和理论模型计算结果一致.