新型1200 MPa级Ti-35421合金应力腐蚀敏感性的原位电化学研究

以新型1200 MPa级Ti-35421合金(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)为研究对象,采用慢应变速率拉伸实验结合原位电化学监测研究了不同应变速率和阴极保护电位对其应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明：当应变速率为1.67×10^-5mm·s^-1时Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中应力腐蚀敏感性最高,其塑性损失和应力腐蚀指数分别为27.27%和0.273;裂纹尖端钝化膜层在应力和腐蚀的共同作用下钝化保护弱于溶解,导致了应力腐蚀加剧;当外加阴极保护电位为-600mV时Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性最低,其最佳阴极保护电位范围为-450～-600 mV,降低了阳极共轭反应,从而使其塑性损失和应力腐蚀指数分别降低到1.01%和0.113。     

预应变状态对J55油套管钢在长庆油田地下洛河水中腐蚀电化学性能的影响

利用电化学阻抗谱（EIS）和光电流技术研究了拉伸、压缩及弯曲三种状态下J55油套管钢在长庆油田洛河水中所成钝化膜电化学性能及光电特性。结果表明：随着拉应力的增加,传递电阻R₁、膜电阻R₂及扩散电阻减小,表明拉应力增加可使钝化膜对基体耐腐蚀的保护作用减弱;随着压应力和弯曲应力的增加,传递电阻R₁、膜电阻R₂及扩散电阻增加,说明在压、弯曲应力状态下钝化膜对基体的保护作用增强。Mott-Schottky曲线测试结果发现,拉应变程度增加,M-S曲线直线部分的斜率减小,说明钝化膜内的施主密度增加;而随着压、弯曲应力增加,M-S曲线直线部分的斜率增大,表明膜内的施主密度减小。光电流测试表明,光电流随着拉应变程度的增加而减小,随压缩和弯曲应变程度的增加而增大。     

新型医用Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr和Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr合金在林格溶液中的电化学腐蚀行为

采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测量方法研究了新型医用钛合金Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr和Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr在林格溶液中的电化学腐蚀行为,计算了2种合金在林格溶液中的腐蚀电位(φcorr)、腐蚀电流(Icorr)及钝化电流(Ipass),并根据EIS曲线建立了等效电路进行参数分析,同时与Ti-6A1-4V(TC4)合金进行比较。结果表明:Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr、Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr和TC4合金的Icorr和Ipass依次增大,而φcorr依次减小。EIS结果分析显示,3种合金在林格溶液中均可形成致密内层和疏松外层的双层钝化膜,其中致密内层钝化膜对合金表面的保护起主要作用。3种合金的致密内层的阻挡作用按TC4、Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr和Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr的顺序递增。     

纳米晶Ta_2N涂层在模拟人体环境中的耐蚀性能研究

为了改善植入钛合金材料在人体环境中耐蚀性能,采用双阴极等离子反应溅射沉积方法,在医用Ti-6Al-4V钛合金表面制备了厚度为40 mm、平均晶粒尺寸为12.8 nm的Ta_2N纳米晶涂层。采用纳米压入仪、Vikers压痕仪和划痕仪考察了Ta_2N纳米晶涂层的硬度、弹性模量、韧性以及涂层与基体间的结合力。结果表明,Ta_2N涂层的硬度和弹性模量分别为(32.1±1.6)GPa和(294.8±4.2)GPa,涂层与基体的结合力为56 N;在压入载荷为0.49~9.8 N下,Vikers压痕表面以及横断面均未观察到微裂纹,反映其具有较高的压痕韧性。采用动电位极化、电化学阻抗谱、恒电位极化和电容测量(Mott-Schottky)等多种电化学表征技术,对Ta_2N涂层在Ringer's生理溶液中的电化学腐蚀行为进行了深入研究,并从钝化膜组成、致密性和半导体特性3个方面探讨了涂层的腐蚀防护机理。结果表明,在Ringer's生理溶液中,Ta_2N涂层表面形成的钝化膜更加致密,其腐蚀抗力明显优于Ti-6Al-4V合金。XPS分析结果表明,在较低的极化电位下,Ta_2N涂层的钝化膜主要由TaO_xN_y构成,随着外加极化电位的升高,其进一步氧化形成Ta_2O_5;电容测试结果表明,Ta_2N涂层表面所生成的钝化膜具有n型半导体特征,其施主浓度和载流子扩散系数明显低于Ti-6Al-4V合金表面生成的钝化膜。     

新型医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金在Hanks溶液中的电化学腐蚀行为研究

采用极化曲线分析、电化学阻抗谱（EIS）测试和浸泡实验的方法,并结合XPS,XRD和SEM等分析手段对新型医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金在37℃的Hanks人工模拟体液中的电化学腐蚀行为进行了研究,并与纯Ti和Ti-6Al-4V合金进行了比较.结果表明:在37℃的Hanks溶液中,Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的腐蚀电流密度与纯Ti相等,并且钝化性能优于纯Ti和Ti-6Al-4V,这与其钝化膜中存在大量的Nb₂O₅密切相关;EIS结果显示,Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金表面形成内层致密而外层疏松的双层钝化膜结构,致密层特性对材料的耐蚀性能起到决定性作用;随着浸泡时间的延长,致密内层的电阻大幅度提高,Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的耐蚀性能增强,同时疏松外层中的微缺陷发展成为宏观裂纹,造成疏松外层整体脱落.     

划伤方法研究应力作用下硫代硫酸根对800合金再钝化动力学的影响

采用划伤方法研究应力作用下硫代硫酸根对800合金再钝化动力学的影响机理,采用C形环对试样进行应力加载。结果表明,划伤过程的最大电流与再钝化电流随电极电位的升高而升高,随着电位升高划伤部位的阳极溶解过程加快。与应力加载前对比,试样加载后划伤过程的最大电流与再钝化电流均增加,表明应力使金属的阳极溶解速度变快,同时使再钝化过程变难。硫代硫酸根可与应力协同阻止再钝化过程,这主要是由于硫代硫酸根的吸附与电化学还原成吸附硫,进而加快金属的溶解所致。     

Ti-75合金在人工唾液中的腐蚀性实验研究

选择生物材料,在考虑该材料的生物相容性的同时,还要测试该材料在应用环境中的腐蚀性.为探讨Ti-75作为口腔修复材料的可能性,进行了腐蚀性研究.实验是在351型电化学腐蚀系统上进行的,以人工唾液为电解质,测试了Ti-75、TC4、TA2三种软材和临床常用的钴铬合金、镍铬合金的腐蚀性能.结果表明,钛材的自腐蚀电位(Ecoor)高于钴铬合金和镍铬合金,而两种钛合金又高于纯钛,因此,从Ecoor值来看,五种材料的耐蚀顺序应为两种钛合金,纯钛.钴铬合金,镍铬合金.从阳极极化曲线看,当电位升到0.23V时,三种钛材的电流基本不再增加,即进入稳态钝化状态.而且电位从0.23V升到1.2V时,仍处于钝化区,未发现过钝化现象.阳极极化     

几种改进磷化膜耐蚀性对比和自修复性初探

研制了钼酸钠添加剂改进磷化膜及钼酸钠、硝酸铈、硅酸钠溶胶封闭后处理改进磷化复合膜,拟替代高毒性铬酸盐钝化膜。采用中性盐雾试验、Tafel极化和电化学阻抗测试对比分析了这4种改进磷化膜与几种传统无铬转化膜、铬酸盐钝化膜耐蚀性的差异;用SEM和EDS研究带划痕试样经盐雾腐蚀后划痕表面的组织形貌和化学成分,初步探讨了改进磷化复合膜的自修复性。结果表明:3种改进磷化复合膜的耐蚀性优于铬酸盐钝化膜,具有自修复作用,有望成为铬酸盐钝化膜的替代品;硅酸钠溶胶封闭后处理改进磷化复合膜的耐蚀性最优。     

Hank‘s人工模拟体液中离子注氮对4种植入金属材料腐蚀行为的影响

采用电化学测试技术研究了离子注氮对SUS316L不锈钢，Co-Cr合金，工业纯钛和Ti-6Al-4V植入合金在Hank’s人工模拟体液中腐蚀行为的影响。腐蚀电位和极化曲线的测量结果表明，注氮使4种植入金属材料的腐蚀电位正移，钝化电位区间扩大，耐蚀性明显提高。注氮的工业纯钛和Ti-6Al-4V合金的耐蚀性最佳，其钝化区拓宽为4V以上。通过AES分析发现，离子注氮后钛及其合金表面形成的氮化钛膜层及弥散的氮化钛析出相的化学效应，使基体电化学性能得到提高。注氮的Co-Cr合金的耐蚀性略优于SUS316L不锈钢。Co-Cr合金表面形成的钴氮化合物相对基体起到保护作用，降低了腐蚀速率。SUS316L不锈钢表面形成铁和铬氮化合物膜，有效地阻止了Cr^3 的水解，且氮离子注入促进Fe3O4的产生，提高了耐腐蚀性能。     

Ru对Ti-6Al-4V合金腐蚀行为的影响及机理研究

利用电化学测试、EDS以及XPS,研究了Ru对Ti-6Al-4V (TC4)合金在HCl溶液中腐蚀行为的影响,并结合对腐蚀产物和元素随深度分布的分析,探讨了Ru对TC4合金耐蚀性的影响机理。结果表明,添加Ru使TC4合金在10%(质量分数) HCl溶液中腐蚀电位升高,腐蚀电流密度降低,钝化电流基本保持不变;而使其在15%(质量分数) HCl溶液中的腐蚀速率降低,耐蚀性提高。TC4合金在HCl溶液中主要腐蚀产物为TiO_2,Al_2O_3和V_2O_5。在反应过程中,Ru起到有效的阴极改性作用,促进TiO_2钝化膜在表面沉积,使钝化膜增厚一倍,进而提高了钝化膜的致密性,使TC4合金的耐蚀性得到有效提高。     

高功率脉冲磁控溅射制备的TiN薄膜 应力释放及其结合稳定性研究

目的 探究高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）制备的氮化钛（TiN）薄膜在自然时效过程中,应力、薄膜/基体结合性能随时间的变化规律。方法 采用高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）技术,通过调控基体偏压（-50、-150 V）,制备出具有不同残余压应力（3.18、7.46 GPa）的TiN薄膜,并采用基片曲率法、X射线衍射法、划痕法和超显微硬度计评价了薄膜的应力、薄膜/基体结合性能、硬度随时间的变化规律。结果 在沉积完成后1 h内,-50 V和-150 V基体偏压下制备的TiN薄膜压应力分别在3.12~3.39 GPa和7.40~7.55 GPa范围内波动,薄膜压应力没有发生明显变化;沉积完成后1~7天,平均每天分别下降28.57 MPa和35.71 MPa;7~30天,平均每天分别下降2.08 MPa和2.50 MPa;30~60天内,平均每天分别下降1.67 MPa和7.00 MPa。其压应力连续下降,且均表现出前期下降速率快,后期下降逐渐放缓的趋势。自然放置60天后,应力基本释放完毕,薄膜性质基本保持稳定。同时,薄膜/基体结合性能随时间逐渐变差,薄膜硬度下降。结论 HPPMS制备的TiN薄膜在自然时效过程中,其残余应力会随时间增加,连续下降,进而影响薄膜的力学性能。     

TC4表面沉积Nb涂层在模拟体液环境下的电化学性能研究

利用双阴极等离子溅射技术在Ti-6Al-4V (TC4)合金表面沉积Nb涂层,采用XRD、XPS和SEM研究涂层的组成及横截面形貌,并采用电化学工作站对涂层与基体的电化学性能及其钝化膜半导体特性进行研究.电化学测试均在模拟人体体液环境的Ringer's溶液中37℃下进行.结果 表明,Nb涂层厚度约为18 μm,无孔洞、...     

氢含量对Ti-6Al-4V合金室温高速压缩性能的影响(英文)

利用电磁成形实验研究氢含量对Ti-6Al-4V合金室温高速压缩性能的影响,通过微观组织观察揭示氢致压缩性能机理。结果表明,氢对Ti6Al4V合金的高速压缩性能存在有益的影响。在电磁成形实验放电能量相同的条件下,Ti-6Al-4V合金的变形率随氢含量的增加呈先增加后降低的趋势。当Ti-6Al-4V合金置氢0.2%(质量分数)时,合金的变形率增加了47.0%。确定了有利于Ti6Al4V合金室温电磁成形时的最佳氢含量。分析了氢致压缩性能的机理。     

Finite Element Prediction of Residual Stress in Rhombic Dodecahedron Ti-6Al-4V Titanium Alloy Additively Manufactured by Electron Beam Melting

In this work, a three-dimensional nonlinear transient thermo-mechanically coupled finite element model (FEM) is established to investigate the variation in temperature and stress fields during electron beam melting (EBM) of rhombic dodecahedron Ti-6Al-4V alloy. The influence of the processing parameters on the temperature and residual stress evolutions was predicted and verified against existing literature data. The calculated results indicate that the interlayer cooling time has very little effect on both the temperature and stress evolutions, indicating that the interlayer cooling time can be set up as short as possible to reduce manufacturing time. It is presented that the residual stress of the intersection is higher than that of non-intersection. With increasing preheating temperature, the residual stress decreases continuously, which is about 20%-30% for every 50 °C rise in temperature. The temperature and stress fields repeated every four layers with the complex periodic scanning strategy. Both x and y-component residual stresses are tensile stresses, while z-component stress is weak compressive or tensile stress in typical paths. It is proposed that the interlayer cooling is necessary to obtain a rhombic dodecahedron with low residual stress. These results can bring insights into the understanding of the residual stress during EBM.     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

Hot deformation behaviors and dynamic recrystallization mechanism of Ti-35421 alloy in β single field

Hot deformation behaviors and microstructure evolution of Ti?3Al?5Mo?4Cr?2Zr?1Fe (Ti-35421) alloy in the β single field are investigated by isothermal compression tests on a Gleeble?3500 simulator at temperatures of 820?900 °C and strain rates of 0.001?1 s^?1. The research results show that discontinuous yield phenomenon and rheological softening are affected by the strain rates and deformation temperatures. The critical conditions for dynamic recrystallization and kinetic model of Ti-35421 alloy are determined, and the Arrhenius constitutive model is constructed. The rheological behaviors of Ti-35421 alloys above β phase transformation temperature are predicted by the constitutive model accurately. The EBSD analysis proves that the deformation softening is controlled by dynamic recovery and dynamic recrystallization. In addition, continuous dynamic recrystallization is determined during hot deformation, and the calculation model for recrystallization grain sizes is established. Good linear dependency between the experimental and simulated values of recrystallized grain sizes indicates that the present model can be used for the prediction of recrystallized grain size with high accuracy.     

Modeling and Simulation for the Stress Relaxation Beha- vior of Ti-6Al-4V at Medium Temperature

应力松弛是钛合金在升高温度和加载条件下的一个显著特性,也是热校形和热处理的理论基础。因此研究了一种Ti-6Al-4V钛板在923~1023 K温度范围内、几种应变水平下的拉伸应力松弛行为。结果表明,应力松弛速率随着温度的升高而增加,材料中的残余应力经过一段时间之后趋向应力松弛极限;另外,在相同温度下,不同应力水平的应力松弛极限相同。进而,建立了一种描述应力松弛行为的显式三次延迟函数,本构精度高达97%,可用于工艺设计及理论分析。最后,基于应力松弛和蠕变的关系,提出了一种隐式蠕变型本构方程描述应力松弛行为,并将识别的材料参数输入ABAQUS,数值模拟了Ti-6Al-4V的热应力松弛行为,发现模拟的应力变化规律符合应力松弛曲线,证明了蠕变型本构方程对应力松弛模拟的适用性。     

GH4169疲劳试样加工残余应力的表征及其对低周疲劳寿命的影响

为了探究GH4169合金低周疲劳试样加工过程中表面残余应力的变化及残余应力对低周疲劳性能的影响,采用X射线衍射法对“车 磨 抛”不同加工工艺的试样表面残余应力进行表征及对成品试样进行残余应力层深度测试,通过中子衍射法对试样内部进行残余应力测试。采用电液伺服万能试验机进行了低周疲劳试验。结果表明：GH4169合金低周疲劳试样加工表面残余应力随着切削量的增加由表面残余压应力变为残余拉应力。根据残余应力层深度测试,机加工对试样表面造成残余应力层深度小于0.01 mm,内部残余拉应力减小;根据疲劳试验结果,GH4169合金疲劳寿命与表面轴向残余压应力呈正相关关系。     

Effect of power density and pulse repetition on laser shock peening of Ti-6Al-4V

Laser shock peening (LSP) was applied to Ti-6Al-4V (wt. %) simulated airfoil specimens using a Nd:Glass laser. Laser shock peening processing parameters examined in the present study included power density (5.5, 7, and 9 GW/cm²) and number of laser pulses per spot (one and three pulses/spot). The LSP’d Ti-6Al-4V samples were examined using x-ray diffraction techniques to determine the residual stress distribution and percent cold work as a function of depth. It was found that the residual stress state and percent of cold work were relatively independent of LSP power density. However, the number of laser pulses per spot had a significant effect on both residual stress and percent of cold work for a given power density level. In addition, there was a strong correlation between the magnitude of residual compressive stresses generated and the percent cold work measured.