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层级式胞状结构和内部孔隙对触变成型AZ91D镁合金力学性能的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：谷立东尚晓晴王杰邓俊钧赵震曾小勤上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海交通大学巴黎卓越工程师学院伯乐智能装备股份有限公司上海交通大学材料科学与工程学院模具CAD国家工程研究中心上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室

本工作研究了触变成型AZ91D合金的微观组织和内部缺陷特征，并阐明了它们对力学性能的影响机制。在580至640℃的触变成型温度下制备了测试样品，使用X射线断层扫描技术观察样品内部孔隙，采用晶体塑性有限元模拟进行变形分析。显微组织... 详细信息

本工作研究了触变成型AZ91D合金的微观组织和内部缺陷特征，并阐明了它们对力学性能的影响机制。在580至640℃的触变成型温度下制备了测试样品，使用X射线断层扫描技术观察样品内部孔隙，采用晶体塑性有限元模拟进行变形分析。显微组织表征结果表明，半固态触变成型制备的合金具有多层级的胞状组织，α -Mg基体与周围的共晶相组成了结构胞。随着温度的升高，大胞的含量减少，材料强度提升。强度变化的机制在于粗晶即使在硬取向下也承受较小的应力。塑性与温度呈非单调关系，在620℃的中等温度下，材料获得了最高的延伸率、最少的孔隙数量和较低的孔隙局部聚集程度。低注射温度下所形成的分离和撕裂以及高注射温度下形成的缺陷带是材料内额外的裂纹源，它们使塑性劣化。

关键词： AZ91D镁合金制备工艺胞结构孔隙强度和塑性

镁合金表面膨胀陶瓷化涂层室温制备及1100℃阻燃机制

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陶瓷学报 2024年第3期 584-594页

作者：王博阳郭芳威张瑞吉李林刘德生李德江曾小勤张醒上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室中国民用航空总局第二研究所上海宇航系统工程研究所

具有轻质高强性能的先进镁合金材料逐渐在航空航天和储氢运输领域得到应用，但是镁合金材料由于化学性质活泼燃点低，存在极大的爆炸爆燃安全隐患。针对目前镁合金表面热防护技术的不足，研制了可室温一体化喷涂成型的膨胀陶瓷化防隔热... 详细信息

具有轻质高强性能的先进镁合金材料逐渐在航空航天和储氢运输领域得到应用，但是镁合金材料由于化学性质活泼燃点低，存在极大的爆炸爆燃安全隐患。针对目前镁合金表面热防护技术的不足，研制了可室温一体化喷涂成型的膨胀陶瓷化防隔热涂层，对其阻燃性能和阻燃机理进行了系统性的研究。结果表明：在1100℃火焰烧蚀条件下，涂层膨胀率可以达到300%～500%，背温降低至500℃以下，且涂层质量损失率为30%～40%，残骸强度达到110 kPa～190 kPa，具有优异的阻燃隔热能力和力学强度。膨胀炭层和膨胀石墨引入的多尺度孔隙结构可以有效阻隔热量和氧气传导，且MoAlB (MAB)相材料良好的力学性能和自愈合性能形成的致密硬质结构大大提升了残骸强度，使得涂层在极端环境下表现优异的综合阻燃性能。

关键词：阻燃性能膨胀陶瓷化耐烧蚀残骸强度

来源：博看期刊

一种提高镁合金零部件抗火焰蔓延性的尺寸设计类判据

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1123-1135页

作者：胡波韩嘉璇李德江李子昕曾小勤丁文江林占宏金晨赵寿上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心&金属基复合材料国家重点实验室上海200240 青海盐湖特立镁有限公司西宁810000

基于能量守恒定律提出了一种用于预测棒状镁合金样品火焰蔓延时间的判据,该判据表明火焰蔓延时间主要受合金材料和样品尺寸影响。控制体的初始温度和起燃温度以及样品的S/l_c比值(样品横截面面积/横截面周长)是火焰蔓延时间的决定性因... 详细信息

基于能量守恒定律提出了一种用于预测棒状镁合金样品火焰蔓延时间的判据,该判据表明火焰蔓延时间主要受合金材料和样品尺寸影响。控制体的初始温度和起燃温度以及样品的S/l_c比值(样品横截面面积/横截面周长)是火焰蔓延时间的决定性因素。火焰蔓延时间正比于ΔH(将单位质量的样品从初始温度加热到起燃温度所需的能量)和S/l_c比值,这在Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn、Mg-2.7Nd-0.4Zn-0.6Zr和Mg-4.0Y-3.3Nd-0.5Zr镁合金中得到验证。对于尺寸相同的样品,Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn合金样品有着最大的ΔH以及最长的火焰蔓延时间;对于材质、长度和横截面面积相同的样品,圆形横截面样品的S/lc比值最大,其抗火焰蔓延性能也最佳。

关键词：镁合金零部件抗火焰蔓延性显微组织尺寸设计判据

高导热镁合金滤波器壳体压铸工艺、组织与性能研究

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铸造 2024年第2期73卷 194-201页

作者：周丽萍李子昕张玮宸林占宏金晨赵寿曾小勤李德江上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240 青海盐湖特立镁有限公司青海西宁811600

以Mg-4La-2Al-0.3Mn(LA42)合金为研究对象,利用OM、XCT、数值模拟等方法,对比AZ91D常规压铸工艺,优化出适用于LA42合金滤波器壳体的压铸工艺。研究表明,滤波器壳体的最优压铸工艺是浇注温度720℃、模具温度250℃、增压压力90 MPa。该工... 详细信息

以Mg-4La-2Al-0.3Mn(LA42)合金为研究对象,利用OM、XCT、数值模拟等方法,对比AZ91D常规压铸工艺,优化出适用于LA42合金滤波器壳体的压铸工艺。研究表明,滤波器壳体的最优压铸工艺是浇注温度720℃、模具温度250℃、增压压力90 MPa。该工艺下成形的滤波器壳体,其背部与散热齿的显微组织与性能相差较大。壳体背部冷却速率慢,晶粒尺寸大,伴随大量预结晶组织,而散热齿冷却速率快,晶粒尺寸细小,伴随冷隔和孔洞缺陷。散热齿热导率[107.7W/(m·K)]低于壳体背部热导率[112.3W/(m·K)]。散热齿屈服强度(170.1 MPa),远高于壳体背部屈服强度(138.4 MPa)。但散热齿区域因为含有明显冷隔和孔洞缺陷,显著影响伸长率。

关键词：镁合金热导率力学性能压铸

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镁及其合金导热研究进展

金属学报 2022年第4期58卷 400-411页

作者：曾小勤王杰应韬丁文江上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

本文简要回顾了国内外镁合金导热行为和导热机制的研究工作,梳理了影响镁合金导热的因素,如固溶原子、变形和温度等。在此基础上,归纳总结了高导热镁合金的发展,并讨论了导热与力学性能之间的倒置关系,最后提出高导热镁合金的设计思路... 详细信息

本文简要回顾了国内外镁合金导热行为和导热机制的研究工作,梳理了影响镁合金导热的因素,如固溶原子、变形和温度等。在此基础上,归纳总结了高导热镁合金的发展,并讨论了导热与力学性能之间的倒置关系,最后提出高导热镁合金的设计思路和发展方向。主要结论如下:固溶原子会导致晶格畸变而降低镁合金热导率,与其化合价、原子半径和原子核额外电子有关;第二相与Mg基体的界面会对电子运动产生阻碍作用,进而削弱热导性能,具体与其形貌、尺寸、分布和含量相关;对于变形镁合金,沿径向或法向方向的导热性能往往优于挤压或轧制方向;温度是影响镁合金热导率的重要因素,在不同的温度区间内,热导率的主要散射机制不同,一般需要对各温度区间分开讨论。未来关于导热镁合金的研究仍有必要继续深入,可以重点聚焦于以下方面:镁合金显微组织与其导热性能的关系量化;多元镁合金的导热行为及其导热模型的建立;高导热镁合金成分设计与组织控制;镁合金导热行为的物理本质探究。

关键词：镁合金热导率电阻率固溶原子热处理

镁空气电池负极表面改性对其电化学性能的影响

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中国有色金属学报 2023年第11期33卷 3778-3788页

作者：张鹏孙煜坤王雅茹曾小勤努丽燕娜上海交通大学化学化工学院上海200240 上海交通大学科学技术发展研究院上海200240

分别以纯镁、AZ31镁合金、WA111(Mg-11%Y-1%Al)镁合金为负极,通过液相沉积法在镁负极表面形成均匀致密的Ca-P生物陶瓷膜层。将MnO_(2)催化剂涂覆在碳纤维布-泡沫镍复合基底上作为空气正极,以3.5%(质量分数)NaCl水溶液作为电解液,研究了... 详细信息

分别以纯镁、AZ31镁合金、WA111(Mg-11%Y-1%Al)镁合金为负极,通过液相沉积法在镁负极表面形成均匀致密的Ca-P生物陶瓷膜层。将MnO_(2)催化剂涂覆在碳纤维布-泡沫镍复合基底上作为空气正极,以3.5%(质量分数)NaCl水溶液作为电解液,研究了表面膜层对镁空气电池电化学性能的影响。通过对比放电后未改性电极和改性电极表面的微观结构,探讨了膜层对电池性能显著影响的原因。结果表明:经过表面改性的镁负极具有更高的负极利用率,放电稳定性也更好;极化曲线和交流阻抗测试显示表面膜层提高了镁负极的耐腐蚀性。该生物陶瓷膜层由宽10μm、长60μm的针叶状二水磷酸氢钙(CaHPO_(4)·2H_(2)O)晶体交织咬合生长而成;这种多孔结构在加强镁负极表面耐腐蚀性的同时,使表面放电产物变得疏松易脱落,无法形成完整致密的钝化膜,从而提高了镁空气电池的放电性能。

关键词：镁空气电池负极修饰 Ca-P生物陶瓷膜层电化学性能腐蚀

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镁合金点燃及燃烧行为的研究进展

中国有色金属学报 2022年第10期32卷 2857-2875页

作者：胡波李德江韩嘉璇曾小勤丁文江上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240

本文先从固体材料的点燃理论、燃烧扩展模型等方面详细阐述了镁合金点燃及燃烧机理,然后对镁合金点燃和燃烧特性的评估方法进行了总结,最后详细分析了环境气氛、测试方法、样品尺寸、材料热惯性、氧化膜以及合金元素等对镁合金点燃及燃... 详细信息

本文先从固体材料的点燃理论、燃烧扩展模型等方面详细阐述了镁合金点燃及燃烧机理,然后对镁合金点燃和燃烧特性的评估方法进行了总结,最后详细分析了环境气氛、测试方法、样品尺寸、材料热惯性、氧化膜以及合金元素等对镁合金点燃及燃烧特性的影响,旨在系统地理解镁合金的点燃及燃烧行为,为推动镁合金在航空航天领域的应用提供理论支撑。

关键词：镁合金点燃机理点燃特性燃烧机理氧化膜

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镁合金抗高温氧化机理研究进展

金属学报 2023年第3期59卷 371-386页

作者：沈朝王志鹏胡波李德江曾小勤丁文江上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240

本文简要回顾了国内外镁合金抗高温氧化机理的研究进展,归纳总结了纯Mg的高温氧化机理和镁合金高温氧化热力学与动力学及抗氧化机理,并探讨了先进表征技术在镁合金高温氧化研究中的潜在应用前景,最后展望了耐高温氧化镁合金的发展方向... 详细信息

本文简要回顾了国内外镁合金抗高温氧化机理的研究进展,归纳总结了纯Mg的高温氧化机理和镁合金高温氧化热力学与动力学及抗氧化机理,并探讨了先进表征技术在镁合金高温氧化研究中的潜在应用前景,最后展望了耐高温氧化镁合金的发展方向。主要观点如下:镁合金主要是通过形成具有一定厚度、连续且致密的氧化膜来抑制Mg蒸气向外扩散和O的内渗透;镁合金的高温氧化通常与第二相的热稳定性有密切关系;当微量合金元素不足以在表面生成相应氧化物时,可通过形成置换固溶体和反应性元素效应来提高保护作用;具有表面活性的元素会在合金表面富集并减小氧化物尺寸,从而增强氧化层;合金元素的选择性氧化与协同作用对镁合金的抗氧化性能至关重要;在镁合金中加入纳米或微型颗粒可通过减少特定的氧化区域来提高镁合金的高温抗氧化性。未来关于耐高温氧化镁合金的研究可基于以下方面继续深入:应用先进表征技术精准揭示镁合金抗氧化的机理和本质;建立合金元素与氧化膜晶粒尺寸和力学性能的内在关联;设计合理的多合金元素成分体系。

关键词：镁合金高温氧化抗氧化机理氧化膜先进表征技术

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中国Mg材料研发与应用

金属学报 2010年第11期46卷 1450-1457页

作者：丁文江曾小勤上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

经过50多年的发展,中国已经成为世界上最大的Mg原材料生产国.2000年,师昌绪等5位院士联合向国家科技部提出了加速我国Mg工业发展的建议,促成了科技部启动"十五"科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化",拉开了我国大规模Mg材料研究和... 详细信息

经过50多年的发展,中国已经成为世界上最大的Mg原材料生产国.2000年,师昌绪等5位院士联合向国家科技部提出了加速我国Mg工业发展的建议,促成了科技部启动"十五"科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化",拉开了我国大规模Mg材料研究和应用的序幕.经过10年的发展.我国在先进镁合金材料、表面处理技术和镁合金加工技术方面都取得了极大的进步,正在从Mg生产大国向Mg研发应用的强国迈进.

关键词：镁