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基于脱合金反应制备富Nb相增强非晶复合材料的微观组织与力学性能

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中国有色金属学报 2024年

作者：郭威祝梦媛赵觅吕书林吴树森华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室华中科技大学航空航天学院深圳华中科技大学研究院

本文采用传统电弧熔炼与金属熔体脱合金法两种手段成功制备了富Nb相增强锆基非晶复合材料，并系统比较了上述两种方法制备获得样品的微观结构和力学性能。研究发现，基于上述两种方法均可获得富Nb相增强非晶复合结构，无杂质析出相生成... 详细信息

本文采用传统电弧熔炼与金属熔体脱合金法两种手段成功制备了富Nb相增强锆基非晶复合材料，并系统比较了上述两种方法制备获得样品的微观结构和力学性能。研究发现，基于上述两种方法均可获得富Nb相增强非晶复合结构，无杂质析出相生成，样品的热学特征值相近。但是，金属熔体中脱合金反应制备获得的非晶复合组织中富Nb相尺寸更小，同时综合力学性能相比于传统电弧熔化法更加优异。形变过程中富Nb相可有效阻碍基体中主剪切带的迅速扩展，促进剪切带增殖，形成多重剪切带。同时，富Nb相本身塑性变形也可进一步降低界面应力水平，提高材料强韧性。

关键词：非晶复合材料脱合金反应微观组织强韧性

深冷循环热处理下锆基金属玻璃的回春行为调控

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 582-591页

作者：郭威余圣丁俊吕书林吴树森赵觅华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 深圳华中科技大学研究院深圳518057 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室材料创新设计中心西安710049 华中科技大学航空航天学院武汉430074

研究Zr_(55)Cu_(30)Ni_(5)Al_(10)(摩尔分数,%)金属玻璃在深冷循环处理过程中的回春行为。实验发现,随着循环次数的增加,样品的回春程度更高,表现为更高的弛豫焓与更低的密度。回春程度经200次循环后逐渐饱和,这可能与非晶结构中有限的... 详细信息

研究Zr_(55)Cu_(30)Ni_(5)Al_(10)(摩尔分数,%)金属玻璃在深冷循环处理过程中的回春行为。实验发现,随着循环次数的增加,样品的回春程度更高,表现为更高的弛豫焓与更低的密度。回春程度经200次循环后逐渐饱和,这可能与非晶结构中有限的自由体积含量有关。同时,高循环次数下的样品硬度更低,塑性更好,这与其剪切转变区体积增大有关。此时,更低的剪切面形成能有利于多重剪切带的形成。此外,还发现自由体积含量与样品塑性应变及剪切转变区体积呈线性关系。分子动力学模拟结果还表明,在高冷速下回春程度高的样品会发生原子体积的饱和。

关键词：金属玻璃回春深冷循环热处理循环次数塑性

脱合金工艺对混杂增强非晶复合材料组织与性能的影响

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中国有色金属学报 2024年第7期34卷 2283-2292页

作者：李龙丰郭威吕书林王锦程吴树森华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 深圳华中科技大学研究院深圳518057

基于金属熔体脱合金法制备了具有核壳混杂增强结构(核相为高熔点富Ta相,壳为B2-CuZr相)的[(Zr_(0.5)Cu_(0.5))_(92.5)Al_(7)Sn_(0.5)]_(0.95)Ta_(5)非晶复合材料,系统研究了不同脱合金工艺参数下非晶复合材料的显微组织及力学性能的演... 详细信息

基于金属熔体脱合金法制备了具有核壳混杂增强结构(核相为高熔点富Ta相,壳为B2-CuZr相)的[(Zr_(0.5)Cu_(0.5))_(92.5)Al_(7)Sn_(0.5)]_(0.95)Ta_(5)非晶复合材料,系统研究了不同脱合金工艺参数下非晶复合材料的显微组织及力学性能的演变规律。结果表明:脱合金温度和时间是控制富Ta相尺寸的关键参数。当反应温度过低或反应时间过短时,会造成富Ta相聚集、增强相分布不均匀;当反应温度过高或反应时间过长时,会导致富Ta相粗化。当脱合金反应时间为2 min、脱合金反应温度为1473 K时,非晶基体中富Ta相尺寸细小且弥散分布,并促进B2-CuZr相异质形核细化,得到了尺寸更细小、分布更均匀的核壳混杂增强结构。细小均匀的增强相可有效阻碍非晶基体中主剪切带的快速扩展,复合材料的力学性能得到大幅提高,断裂强度达到2439 MPa,塑性应变为11.6%。

关键词：非晶复合材料核壳混杂增强结构金属熔体脱合金法力学性能

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AlN/ZC55镁基复合材料的制备及其热物性能研究

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特种铸造及有色合金 2024年第9期 1165-1169页

作者：陈露郭光辉李建宇吕书林郭威吴树森华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室

镁基封装材料具有低密度、高电磁屏蔽性的优点，但过高的热膨胀系数限制了其使用。AlN是一种新型的基板材料，其具有高于镁合金的热导率与低于镁合金的热膨胀系数，可作为强化相改善镁合金的热物性能。本研究通过搅拌铸造法制备了AlN/Z... 详细信息

镁基封装材料具有低密度、高电磁屏蔽性的优点，但过高的热膨胀系数限制了其使用。AlN是一种新型的基板材料，其具有高于镁合金的热导率与低于镁合金的热膨胀系数，可作为强化相改善镁合金的热物性能。本研究通过搅拌铸造法制备了AlN/ZC55复合材料，探究了AlN含量对于复合材料热物性能的影响。结果表明，AlN可以显著降低复合材料的热膨胀系数，同时小幅削弱复合材料的散热性能。当添加质量分数为20%的AlN时，复合材料的热导率为126.2 W/（m·K），热膨胀系数仅有19.83×10-6K-1。

关键词：镁基复合材料热导率热膨胀系数 AlN

来源：博看期刊

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液态金属脱合金反应及其应用的研究进展

铸造 2024年第3期73卷 321-336页

作者：余圣郭威黄润华吕书林吴树森华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 深圳华中科技大学研究院广东深圳518057

液态金属脱合金反应(Liquid Metal Dealloying,LMD)是一种基于熔融金属液中合金各组分与金属液反应性不同(混合焓正负关系)而产生的一种选择性溶解反应,是一种新型的多孔材料及复合材料的制备手段。本文首先从液态金属脱合金反应的概念... 详细信息

液态金属脱合金反应(Liquid Metal Dealloying,LMD)是一种基于熔融金属液中合金各组分与金属液反应性不同(混合焓正负关系)而产生的一种选择性溶解反应,是一种新型的多孔材料及复合材料的制备手段。本文首先从液态金属脱合金反应的概念和原理入手,详细介绍了此反应应用于纳米多孔材料与金属基复合材料的制备案例。在多孔材料制备方面,液态金属脱合金反应不仅可满足贱金属类纳米多孔材料的高效生产需求,还可通过脱合金反应条件调控孔隙结构。在复合材料制备方面,脱合金反应可使得析出相尺寸更加细小,分布更加均匀弥散,从而提高复合材料的综合力学性能。最后,本文对液态金属脱合金反应的最新应用与机理研究进行了概述,并对此类反应的未来应用进行了展望。

关键词：液态金属脱合金多孔材料复合材料

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耐热Al-Ce合金的组织和力学性能

特种铸造及有色合金 2024年第2期44卷 222-227页

作者：肖昌焱林冲谭纬文李杰吴树森武汉工程大学机电工程学院化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室武汉430205 华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、能谱仪等手段,研究了Al-xCe(x=6,8,10,12,%,质量分数,下同)和Al-8Ce-yNi(y=2,3,4,5,6,%)合金的组织和力学性能。结果表明,随着Ce含量增加,Al-Ce二元合金中α-Al枝晶显著细化,共晶Al_(11)Ce_(3)相... 详细信息

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、能谱仪等手段,研究了Al-xCe(x=6,8,10,12,%,质量分数,下同)和Al-8Ce-yNi(y=2,3,4,5,6,%)合金的组织和力学性能。结果表明,随着Ce含量增加,Al-Ce二元合金中α-Al枝晶显著细化,共晶Al_(11)Ce_(3)相体积分数增大;当Ce含量为12%时,生成了粗大的初生Al_(11)Ce_(3)相。随着Ni含量增加,Al-8Ce-yNi合金固液两相区变窄,α-Al晶体固液界面成分过冷程度增加,晶体分枝加快,这导致了α-Al枝晶尺寸明显减小,同时合金中出现了由Al_(3)Ni和Al_(11)Ce_(3)相构成的三元共晶团网状结构。Al-8Ce-yNi合金室温和350℃高温抗拉强度均随着Ni含量的增加而增大。当Ni含量为6%时,合金室温和350℃高温下抗拉强度均达到最大值,分别为189 MPa和72 MPa。

关键词：耐热Al-Ce合金组织力学性能

原位自生富Fe相增强Mg-Cu-Ag-Gd-Fe非晶复合材料的制备及其力学性能

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铸造 2024年第7期73卷 941-946页

作者：黄润华郭威吕书林王锦程吴树森华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室湖北武汉430074 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 深圳华中科技大学研究院广东深圳518057

基于元素间混合焓差异,通过在Mg基非晶合金中添加Fe元素,使合金凝固过程中析出原位自生富Fe相,从而制备出原位自生相增强镁基非晶复合材料。研究发现,富Fe相均匀分散在镁基非晶合金基体中,平均尺寸为8μm,体积含量约为14%。相比于基体... 详细信息

基于元素间混合焓差异,通过在Mg基非晶合金中添加Fe元素,使合金凝固过程中析出原位自生富Fe相,从而制备出原位自生相增强镁基非晶复合材料。研究发现,富Fe相均匀分散在镁基非晶合金基体中,平均尺寸为8μm,体积含量约为14%。相比于基体材料的脆性断裂,原位自生富Fe相增强镁基非晶复合材料表现出明显的屈服与塑性变形,塑性形变量达9.5%,并且断裂强度也较基体合金有所提高。通过对断面的分析发现富Fe相在变形过程中可有效阻碍非晶基体中主剪切带的快速扩展,使其发生偏转和增殖,生成多重剪切带,使复合材料的力学性能显著提高。

关键词：非晶复合材料室温塑性剪切带富Fe相

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铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展

精密成形工程 2024年第3期16卷 62-75页

作者：曹梓恒郭威吕书林王锦程吴树森华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 深圳华中科技大学研究院广东深圳518057

铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景,综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。首先,介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系,目前铝基非晶主要分为3大体系:二元、三元和多... 详细信息

铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景,综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。首先,介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系,目前铝基非晶主要分为3大体系:二元、三元和多元体系,以及综合性能和形成能力2大方面,多元体系表现更佳,并逐渐向更多元化发展;其次,系统介绍了铝基非晶合金的制备方法,包括粉末状、薄带状、块体样品的制备,相较于非晶薄带的制备,块体和粉状的制备方法较为丰富,而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料;随后,详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势,从性能上来看,铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好,目前主要以涂层的形式参与应用,除此之外,研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究,由于玻璃形成能力的限制,作为结构材料的应用较少;最后,对其未来应用前景进行了展望,认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。

关键词：铝基非晶合金成分体系制备方法性能特点应用现状

挤压铸造与超声处理对铸造铝锂合金组织与性能的影响

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精密成形工程 2024年第3期16卷 131-137页

作者：潘宇李建宇陈露吕书林吴树森郭威华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

目的研究挤压铸造与超声处理工艺对铸造铝锂合金组织与性能的影响规律,分析工艺改变对组织细化及性能提升的作用机理,解决传统重力铸造下铝锂合金性能较差的问题。方法将挤压铸造(SC)与超声处理(UT)相结合制备Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合... 详细信息

目的研究挤压铸造与超声处理工艺对铸造铝锂合金组织与性能的影响规律,分析工艺改变对组织细化及性能提升的作用机理,解决传统重力铸造下铝锂合金性能较差的问题。方法将挤压铸造(SC)与超声处理(UT)相结合制备Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合金,在熔体超声2min后,以50MPa的挤压力制备合金,探究各工艺对铸造铝锂合金显微组织与力学性能的影响。结果与传统的重力铸造(GC)相比,SC合金的孔隙率和成分偏析显著降低,晶粒尺寸也明显减小,特别是经过UT+SC处理的合金得到了进一步优化。经UT+SC处理后,Al-2Li-2Cu合金的极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率分别为235MPa、135MPa和15%,与GC合金相比,分别提高了113.6%、28.6%、1150%,与SC合金相比,分别提高了5.4%、3.8%、15.4%。结论UT+SC工艺能明显提升铸造铝锂合金的性能。UT+SC制备的Al-Li合金的强度和伸长率的提高归因于孔隙率的降低、晶粒细化和第二相的均匀分布。将挤压铸造与超声处理相结合制备铸造铝锂合金解决了重力铸造下合金性能较差的问题,为满足航空航天要求的高强韧铸造铝锂合金的制备提供了一种行之有效的新方法。

关键词：铸造铝锂合金挤压铸造超声处理微观组织力学性能