Al-Cu-Mg合金S相及S/a相界面价电子结构分析

基于EET理论,计算了a-Al与S相及S/a相界面的价电子结构,分析了S相价电子结构与析出强化、S/a相界面价电子结构与界面性能的关系。研究表明：S相共价键分布较为均匀,Cu原子将S相原子间键合力最强的4条共价键连接在一起构成主键络。S相析出强化的微观本质在于其最强共价键的键合力比基体a-Al的大135.14%,对位错运动具有较强的阻力作用。S相与基体a-Al形成的(100)_S//(100)_a和(010)_S// _a及(001)_S//(021)_a面的共价电子密度差Dr分别为0.003%、3.564%和5.811%,(100)_S//(100)_a面上的共价电子密度为10.3915 nm^_-2和10.3918 nm^_-2,(010)_S// _a面上的共价电子密度为0.0486 nm^_-2和0.0469 nm^_-2,(001)_S//(021)_a面上的共价电子密度为0.0486 nm^_-2和0.0459 nm^_-2。与(001)_S//(021)_a和(010)_S// _a面相比,(100)_S//(100)_a面的原子键合力与共价电子密度均最大,共价电子密度差最小,界面连续性最好,界面的应力最小。     

Al-Cu合金{001}_(GP)//{001}_α界面价电子结构分析

基于EET理论和Gerold的Al-Cu合金GP区终态原子结构模型,研究了GP区、基体α相的价电子结构,计算了GP区与基体α相形成的界面{001}GP//{001}α的价电子结构。结果表明:GP区的(001)面内外层电子密度差Δρ相差很小,只有1.81%,GP区内外的连续性很好;GP区的(001)面内层、外层与基体α之间的电子密度差Δρ分别为6.29%与4.48%,平均电子密度差为5.38%,(001)α-Al//(001)GP界面连续性很好;GP区的(100)面与基体α之间的电子密度差Δρ为64.13%,(001)α-Al//(100)GP界面连续性较差;GP区向θ″相转变时,θ″相在GP区的(100)面形成比在(001)面形成容易。     

Mo改善TiC/Fe金属陶瓷界面润湿机理的价电子理论分析

本文以固体与分子经验电子理论(EET)为基础,通过建立添加Mo的TiC/Fe金属陶瓷复合材料的结构模型,计算了Mo的添加对TiC颗粒的包覆相(Ti1-xMox)C价电子结构以及陶瓷相/α-Fe相界面价电子结构的影响。结果发现:Mo的加入使陶瓷相的最强共价键nA增强、陶瓷相与α-Fe相之间界面电子密度增加,有利于α-Fe相对陶瓷相的润湿改善,初步分析了这种微观电子结构的变化与宏观润湿性之间的关系。     

过渡元素改善B4C/Al材料界面润湿性的机理研究

B₄C/Al复合材料是目前最理想的中子吸收材料,但工业上常用的液态搅拌法制备过程中存在着界面润湿性差的问题。本文结合实验及第一性原理的方法,通过研究Al(111)/AlB₂(0001)和Al(111)/TiB₂(0001)界面的结构来分析工业上添加过渡元素Ti对B₄C/Al界面润湿性的改善机制。通过计算发现,Al(111)/TiB₂(0001)界面相对Al(111)/AlB₂(0001)界面具有更高的粘附功值,说明其界面结合更强。进一步对比Ti掺杂二硼化物和AlB₂的偏态密度结构,发现Ti掺杂体具有较低的反键态,表明Ti-3d和B-2p轨道电子杂化后,在B、Ti原子间形成了较强的化学键,从而促进了Al(111)/TiB₂(0001)界面处的强结合作用,提高了Al(111)/TiB₂(0001)界面粘附功,故而改善了B₄C/Al界面的润湿性。根据同样的理论依据,V掺杂体也具有较低的反键态,V和B之间的强结合效果或许能够改善B₄C/Al界面的润湿性,成为又一理想的溶体改性掺杂元素。     

等离子喷涂制备ZrB2/SiC/Ta2O5涂层抗烧蚀性能研究

为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,通过等离子喷涂法在C/C表面制备了SiC/Al₂O₃内层和ZrB₂/SiC/Ta₂O₅外层的双层涂层,通过XRD,SEM和EDS分析了涂层烧蚀前后的物相组成、微观结构和成分分布。烧蚀前涂层表面没有裂纹并且内层与基体、内层与外层之间结合良好。元素Zr、Si、Ta在涂层表面的分布相近,涂层表面成分分布均匀性良好。通过氧乙炔火焰在1800 ℃下对涂层的抗烧蚀性能进行考核。烧蚀过程中形成的镶嵌结构有利于阻挡氧气的渗入,Ta-Si-O玻璃层的形成封填了涂层孔隙,对基体有良好的保护效果,涂层表现出了较好的抗烧蚀性能。     

ZrCr梯度界面层对Zr/Al2O3涂层体系抗热震性能影响及机理研究

采用中频磁控溅射和超音速等离子喷涂依次在锆合金(Zr-4)基体表面制备了Zr(84.61 at.%)Cr/Zr(17.39 at.%)Cr/Al₂O₃(ZrCr梯度界面层)和Al₂O₃ (无ZrCr梯度界面层)涂层。利用XRD、SEM和HRTEM等重点分析了ZrCr梯度界面层对Zr-4/Al₂O₃涂层界面微观结构、结合强度和抗热震性能的影响。研究结果表明：通过增设ZrCr梯度界面层,能显著提升Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系结合强度至50.3±2.52 MPa,较Zr-4/Al₂O₃体系结合强度值提升约46%;循环热震条件下,Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系膜基界面完整,与ZrCr梯度界面层能显著提升界面结合强度且喷涂及热震实验过程中ZrCr梯度界面层Cr原子优先形成较致密的Cr₂O₃能进一步有效抑制氧扩散至Zr-4有关;Zr-4/Al₂O₃膜基界面则出现明显开裂甚至剥离行为,其主因是Zr-4/Al₂O₃两者界面热应力集中而导致Zr-4/Al₂O₃界面开裂;HRTEM和EDS线扫描结果证实在Zr-4/Al₂O₃界面开裂处形成的疏松ZrO₂氧化物是后续热震循环中进一步加剧涂层大面积剥落失效的根本原因。     

TiP/AM60复合材料的组织与力学性能

采用超声振动辅助半固态搅拌法在不同搅拌速度下制备了钛颗粒增强AM60镁基复合材料。显微组织结果表明,加入Ti颗粒后,晶粒尺寸增大,Ti颗粒界面处析出Al₈Mn₅相,Ti颗粒与Mg基体的界面结构为结合良好的共格界面。拉伸试验结果表明,Ti_P/AM60复合材料的抗拉强度高于AM60镁合金基体。随着搅拌速度从300 r/min增加到900 r/min,抗拉强度和伸长率均先增大后减小。当搅拌速度为 600 r/min时,Ti_P/AM60复合材料的抗拉强度和伸长率分别达到最大值183 MPa和14.3%。与AM60基体合金相比,复合材料的抗拉强度提高了15%,延伸率提高了51%。     

Al-Si合金中 α-Al依附于AlB2 异质形核的原子机制

利用固体与分子经验电子理论分别计算了α-Al,AlB₂与(Al-Si)B₂的价电子结构与结合能。结果表明,AlB₂最外层的Al-Al原子层相对不稳定,随着Al-Si熔体中Si含量的增加,α-Al和AlB₂的结合能均降低。根据计算结果,提出了Al-Si合金中α-Al在AlB₂上异质形核的一种全新原子机制。加入Si后,一定量的Si原子进入AlB₂,在AlB₂表面形成稳定的Al-Si二元原子结构层,提高了AlB₂表面的稳定性。这种稳定的二维Al-Si原子层在随后的异质形核过程中起着重要的过渡作用,是AlB₂成为α-Al有效异质核心的原子机制。     

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。     

SiCf/Ti-60热稳定性研究

本文对采用磁控溅射先驱丝法制备的SiC_f/Ti-60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,界面反应层主要产物为TiC,纤维中C、Si元素和基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;C元素扩散速率较快,在界面处和基体内形成TiC,基体中的TiC主要集中分布在α相晶界处。SiC_f/Ti-60复合材料反应层长大受扩散控制并遵循抛物线定律,界面反应层长大指数因子为2.27×10_-4 m/s_1/2,界面反应层长大激活能为118 kJ/mol。     

钨丝／Zr基金属玻璃复合材料的界面反应与扩散

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强不同Nb含量的Zr基金属玻璃复合材料，利用X-Ray衍射、扫描电镜以及电子探针考察了复合材料界面反应和界面扩散情况，研究了基体合金中的Nb含量对复合材料界面反应和界面扩散的影响。结果表明：对Zr55Al10Ni5Cu30基复合材料，渗流时，钨丝与液相中的Zr发生界面包晶反应，生成W5Zr3界面相，并使界面位置向液相方向移动。在Zr55Al10Ni5Cu30合金的基础上添加Nb，发现Nb优先在钨丝界面偏聚，降低了Zr在钨丝界面的偏聚和活度，抑制钨丝与液相中的Zr包晶反应的发生，没有生成W5Zr3界面相，界面处只存在简单的扩散层。同时发现Zr元素在钨丝中的扩散系数降低，此时界面位置向钨丝方向移动。     

氧化铝基复合陶瓷-金属钎焊界面的热应力

用Ag-Cu-Ti钎料钎焊SiCw／Al2O3复合陶瓷和金属时，陶瓷与钎料发生化学反应，在陶瓷表面形成由TiO、TiC等物相组成的反应层。采用有限元法，对SiCw／Al2O3复合陶瓷／反应层界面的热应力进行了计算。结果表明，复合陶瓷／反应层界面的残余应力变化急剧，最大拉应力位于晶须、基体和反应层交界处；晶须内部及其表面存在较高的双向压应力，Al2O3基体主要承受垂直于界面的拉应力；SiC晶须／反应层界面及其附近的反应产物TiC内具有较高的平行于界面的拉应力，当连接界面承受剪力作用时，SiC晶须／反应层界面和TiC处极易破坏。借助TEM和SEM观察了复合陶瓷／反应层界面区的精细结构和剪切断口形貌，并利用计算结果对观察到的现象进行了分析。     

等离子熔覆Fe基/WC-10Co-4Cr涂层的组织与性能研究

目的 制备高强度和高硬度的耐磨性涂层,用于已磨损的机械零件表面,以延长其使用寿命,避免机器因磨损而带来的各种故障。方法 采用等离子熔覆技术在40CrMnMo表面制备WC-10Co-4Cr/Fe300合金复合熔覆层,研究不同质量分数WC-10Co-4Cr对熔覆层组织和性能的影响。利用金相显微镜、超景深光学显微镜、SEM、EDS、XRD对熔覆层的组织形貌进行表征和物相分析,借助数显显微硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试熔覆层的硬度和耐磨性。结果 WC-10Co-4Cr/Fe300合金作为一种复合材料,与基材形成了冶金结合,结合区域无孔洞和裂纹。熔覆层微观结构随着WC-10Co-4Cr含量的增加,逐渐由柱状晶向树枝晶过渡,它主要由Fe₆W₆C、(Cr、Fe)₂₃C₆和WC相组成。熔覆层的平均硬度大致随着WC-10Co-4Cr含量的增加而提高,当WC-10Co-4Cr的质量分数达到20%时,熔覆层的硬度最高(518.5HV0.2),大约是基体硬度的1.7倍。熔覆层的主要摩擦机理为磨粒磨损,随着WC-10Co-...     

Microstructures and mechanical properties of BP/7A04 Al matrix composites

The microstructures and interface structures of basalt particle reinforced 7A04 Al matrix composites (BP/7A04 Al) were analyzed by using OM, TEM, SEM and EDS, and the mechanical properties of 7A04 Al alloy were compared with those of BP/7A04 Al matrix composites. The results show that the basalt particles are dispersed in the Al matrix and form a strong bonding interface with the Al matrix. SiO₂ at the edge of the basalt particles is continuously replaced by Al₂O₃ formed in the reaction, forming a high-temperature reaction layer with a thickness of several tens of nanometers, and Al₂O₃ strengthens the bonding interface between basalt particles and Al matrix. The dispersed basalt particles promote the dislocation multiplication, vacancy formation and precipitation of the matrix, and the precipitated phases mainly consist of plate-like η (MgZn₂) phase and bright white band-shaped or ellipsoidal T (Al₂Mg₃Zn₃) phase. The bonding interface, high dislocation density and dispersion strengthening phase significantly improve the mechanical properties of the composites. The yield strength and ultimate tensile strength of BP/7A04 Al matrix composites are up to 665 and 699 MPa, which increase by 11.4% and 10.9% respectively compared with 7A04 Al alloy without basalt particles.     

玄武岩颗粒增强7A04铝基复合材料的界面结构及力学行为

采用喷射成形技术制备7A04铝合金及玄武岩颗粒增强7A04铝合金复合材料,利用金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析复合材料微观组织和界面结构,对比研究复合材料的力学性能。结果表明:玄武岩颗粒在铝基体中弥散分布,并与铝基体形成强力结合界面,玄武岩颗粒边缘的SiO2不断被反应生成的Al2O3取代,形成一层几十纳米厚度的高温反应层,反应生成的Al2O3强化玄武岩颗粒与铝基体的结合界面;弥散分布的玄武岩颗粒促进基体中位错增殖、空位形成和析出相的析出,析出相主要以板状的η(MgZn2)相和亮白色条状或椭球状的T(Al2Mg3Zn3)相为主,结合界面、高位错密度及弥散分布的第二相显著提高复合材料的力学性能,添加玄武岩颗粒的7A04铝合金复合材料的屈服强度和极限拉伸强度分别达667 MPa和696 MPa,与未添加玄武岩颗粒的7A04铝合金相比分别提高10.4%和10.1%。     

STRAIN AND FRACTURE OF LIQUID PHASE SINTERED ALLOY 90W-TNi-3Fe

研究了液相烧结的90W-7Ni-3Fe合金的形变和断裂特征。试样由基体相首先开始屈服,承受塑性变形。当界面结合强度较低时,试样首先沿界面裂开,而当界面结合强度增高到高于钨的解理断裂应力时,试样同时发生钨球的穿晶解理开裂和基体相的塑性撕裂。 氢是造成烧结试样界面脆化的重要原因之一。真空热处理能去除界面孔隙中的氢以及钨颗粒和基体相界面之中的氢,从而提高界面的结合强度,使试样的断裂强度和塑性同时得到提高。     

钛合金蜂窝夹层结构钎焊界面的价电子结构分析

对TC1钛合金蜂窝夹层结构试件的钎焊界面组织进行观察、分析确定界面生成相的晶体结构,采用EET理论中BLD方法和平均原子模型,计算分析了钎焊界面价电子结构.从原子间结合力的角度分析了钛合金蜂窝夹层结构钎焊界面的价电子结构,探讨了界面结构与力学性能的本质关系.钎焊过程中界面处生成了六方晶体结构TiNi₃(Cu,Zr)化合物和体心立方结构Ti(Ni,Zr,Cu)相.从原子间成键角度,最大共价电子数和晶格电子数分别反映了晶体的强度和塑性.TiNi₃(Cu,Zr)化合物和Ti(Ni,Zr,Cu)相的最大共价电子数分别为0.055 8和0.303 7,晶格电子分别为0.993 5和1.392 8,而界面处基体的最大共价电子数和晶格电子数分别为0.305 9和1.397 3.因此,与TiNi₃(Cu,Zr)化合物相比,Ti(Ni,Zr,Cu)和钛固溶体晶胞不仅具有较高的强度,还具有相对良好的塑性,而TiNi₃(Cu,Zr)化合物相的存在和连续分布不利于钎焊界面的强度和塑性.     

界面合金化制备WC_P颗粒增强钢基复合材料

采用真空实型负压铸渗工艺,通过在预制复合层中添加适量钼铁粉进行界面合金化,成功制备出了WCP颗粒增强钢基表面复合材料。结合OM、SEM、XRD和显微硬度计等分析手段对复合层物相组成、显微结构与性能进行了测试。结果表明,添加16.67%(质量分数)的钼铁粉有效改善了复合层界面组织及力学性能的连续性,改善了复合材料的铸渗效果,增加了铸渗层厚度,合金碳化物含量增加,复合层基体硬度约是基材的2倍,提高了复合材料的耐磨性。     

Nano-scale chemical analysis of rust on a 2% Si-bearing low alloy steel exposed in a coastal environment

Corrosion products of the rust layer formed on a 2% Si-bearing low alloy steel during atmospheric exposure at a coastal area in Japan for three years were characterized. The inner layer of the rust, i.e., near oxide/metal interface, has a layer structure and the average grain size of corrosion products is finer than that in the upper region that is few micro meter above the interface. A series of nano probe energy disperse X-ray spectroscopy (EDS) and selected area electron diffraction (SAED) analyses performed using a field emission gun (FEG) transmission electron microscope (TEM) revealed that the inner layer consists of an iron rich, coarse grained β-FeOOH matrix and the silicon enriched narrow band composed a mixture of α-FeOOH and nano-meter size silicon oxide. On the other hand, the α-FeOOH single phase area exists where the layer structure did not develop. The result of detailed microstructural analyses indicated that the silicon plays an important role in modifying the rust layer structure.     

Interface of 3D Micro-cellular Structural AlMnCe/Al_2O_3 Composite

The AlMnCe/Al2O3 metal/ceramic composite with 3D micro-cellular structure is prepared by spark plasma sintering (SPS) at 520 ℃. It consists of consecutive nano-Al2O3 sintering body phase and AlMnCe alloy discrete phase. The microstructure of sample, characteristic of the micro-cellular structure and microstructure of the interface are investigated via scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM) method. The results indicate that two kinds of interfaces are formed in the sample during SPS process, one is the micro-nano type metal/ceramic interface between the metal cellular body and the nano-ceramic cellular wall, the other is the nano-nano type ceramic/ceramic interface in the nano-ceramic cellular wall. The fusion transition area with a width 200-300 nm at interface of the AlMnCe alloy and nano-Al2O3 sintering body is formed. The AlMnCe alloy has a sufficient immersional wetting for the Al2O3 cellular wall. The bonding of interface between the nano-Al2O3 sintering body and the AlMnCe alloy particle is powerful, and new phase and crack is not found.