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高Al含量的亚稳β型Ti-Al-Mo-Nb-V系列钛合金的组织与力学性能

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材料导报 2024年第2期38卷 207-212页

作者：张健朱智浩张爽董闯大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室辽宁大连116024 大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连116028

目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚... 详细信息

目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚稳β型Ti-Al-(Mo,Nb,V)系列钛合金。结果表明,Ti-6.5Al-1.5V-11.5Mo-2.8Nb合金在吸铸态下的β相结构达到临界稳定状态。此时,该合金的拉伸屈服强度为623 MPa,延伸率为16.6%,其屈服强度略低于对标合金TB18,但延伸率明显高于同系列合金和TB18合金,具有最佳的综合力学性能。此外,该合金液固温区为31℃,在同系列合金中最低,且明显低于对标合金TB18的液固温区238℃。

关键词：亚稳β钛合金高Al含量显微组织力学性能

热挤压Mg-Zn-Ca-Mn合金及其复合材料的组织与力学性能研究

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热挤压Mg-Zn-Ca-Mn合金及其复合材料的组织与力学性能研究

作者：朱智浩太原理工大学

学位级别：硕士

本文保持Zn和Ca总质量百分比(wt.%)为4%,设计并制备了具有不同Zn/Ca比的Mg-x Zn-(4-x)Ca-0.5Mn(x=2.9,2.2,1.4 wt.%)合金。在此基础上,通过添加0.5 wt.%Ti C纳米颗粒,制备出Ti C/Mg-Zn-Ca-Mn纳米复合材料。系统地研究了Zn/Ca比及纳米Ti C的加入对铸态及挤压态Mg-Zn-Ca-Mn合金及其纳米复合材料组织与性能的影响。研究结果表明,铸态Mg-2.9Zn-1.1Ca-0.5Mn合金中第二相主要为Mg Zn相;随Zn/Ca比的降低,第二相的种类逐渐由Mg Zn相转变为CaMgZn相。经均匀化处理后,Mg Zn相溶入基体,未溶的CaMgZn相则呈断续网状分布。加入纳米Ti C后,铸态复合材料的晶粒均明显细化,其第二相均为CaMgZn相,Ti C富集区第二相尺寸细小且呈弥散分布。随Zn/Ca比的降低,细晶强化及第二相强化逐渐增加,导致合金屈服强度(YS)逐渐提高;均匀化处理后Mg-Zn-Ca-Mn合金的YS得到进一步提高;Ti C的加入进一步提高了细晶强化作用,并改善了第二相的分布,导致铸态、均匀化处理态Ti C/Mg-Zn-Ca-Mn复合材料的YS相比于合金均显著增加。经不同挤压工艺后,Mg-2.2Zn-1.8Ca-0.5Mn合金中均发生了动态再结晶(DRX),导致晶粒显著细化,同时出现动态析出的Mg Zn相。DRX晶粒的平均尺寸、体积分数和析出相的平均尺寸随挤压速率或挤压温度的降低而趋于减小,而析出相的体积分数则趋于增加。挤压态合金具有典型的纤维织构,未动态再结晶区的织构强度明显高于DRX区。Mg-2.2Zn-1.8Ca-0.5Mn合金的YS和极限抗拉强度(UTS)随挤压速率或挤压温度的降低而趋于增加,断裂延伸率(EL)则逐渐降低;随Zn/Ca比的降低,Mg-Zn-Ca-Mn合金的DRX晶粒尺寸和体积分数趋于降低,析出相的体积分数亦显著降低;其(0002)基面和(11-20)柱面织构逐渐减弱。YS和UTS随Zn/Ca比的降低逐渐升高,而EL逐渐降低。在挤压工艺为270℃/0.01mm s时,Mg-2.2Zn-1.8Ca-0.5Mn合金的力学性能最佳,其YS、UTS和EL分别为～364.1 MPa、～383.8 MPa和～6.1%。TiC/Mg-2.2Zn-1.8Ca-0.5Mn复合材料挤压后晶粒尺寸显著细化,出现Mg Zn相的动态析出。Ti C/Mg-2.2Zn-1.8Ca-0.5Mn复合材料基体的DRX晶粒尺寸、体积分数和析出相尺寸随挤压速率或挤压温度的降低趋于减小,析出相体积分数则略有增加。YS和UTS随挤压速率或挤压温度降低趋于升高,而EL逐渐降低。随Zn/Ca比减小,Ti C/Mg-Zn-Ca-Mn纳米复合材料的DRX晶粒尺寸与体积分数、析出相的尺寸与体积分数均逐渐减小;导致其YS和UTS逐渐提高,EL则逐渐降低。经270℃/0.1mm s挤压后Ti C/Mg-2.2Zn-1.8Ca-0.5Mn复合材料的综合力学性能最佳,其YS、UTS和EL分别为～423.6MPa、～436.8MPa和～2.4%。

关键词：镁合金镁基纳米复合材料挤压显微组织织构力学性能

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数字金融对区域技术创新的影响研究

数字金融对区域技术创新的影响研究

作者：朱智浩东北师范大学

学位级别：硕士

在国内外形式都非常严峻的环境下,当前我国正处于“十四五”规划的重要时期,整体经济面临着产业结构升级的压力,经济增长动能要从“要素”投入向“创新”驱动转化,且绿色经济越来越成为新的经济发展共识。无论是从金融市场或委托代理等... 详细信息

在国内外形式都非常严峻的环境下,当前我国正处于“十四五”规划的重要时期,整体经济面临着产业结构升级的压力,经济增长动能要从“要素”投入向“创新”驱动转化,且绿色经济越来越成为新的经济发展共识。无论是从金融市场或委托代理等金融理论出发,还是从提高技术创新水平的实际出发,又或是“深化金融体制改革,增强金融服务实体经济”等政策性的倡导,都表明了充足的资金供给对于提升区域性的技术创新水平有着重要意义,因此寻求新的金融发展模式与现实相契合将成为提升技术创新的关键点。数字金融作为有别于传统金融的一种新的金融模式,其依托于科技进步,大数据以及对数据运算能力的提升;即在硬件、“材料”以及算法均有大幅提升的前提下,数字金融这一新金融模式有可能为解决深层次的金融矛盾而提出合理的解决方案。因而本文搜集了2011-2020年的省级面板数据,采用两步系统矩估计法以及动态面板回归模型检验了数字金融对区域技术创新的影响。此外,本文还利用SDM（空间杜宾模型）检验了数字金融对区域技术创新的空间溢出的影响。本文的研究结果表明,数字金融能够通过优化产业结构以及缓解融资约束,从而有效地提升了地区的技术创新水平。此外,数字金融对区域技术创新的正向影响存在显著的空间特征,具体可以分解成直接效应与间接效应,即区域内的正向影响和区域外的溢出,但研究结果显示,直接效应即区域内的正向影响在数字金融提升区域技术创新水平中的作用更加重要。进一步研究结果显示,数字金融影响区域技术创新的空间溢出效应无论在时间,地域还是变换空间权重矩阵的条件下均存在着差异。本文的研究成果丰富了金融尤其是数字金融或者普惠金融等相关领域的文献;在政策制定层面也能够为国家或者地区提供一定的参考意义,有助与我国创新驱动发展战略的实施,对于实现社会主义现代化的伟大愿景有一定的参考价值;在执行层面,各地区可以根据本地区的实际情况,有的放矢地发展数字金融,从而切实提升本地区的技术创新水平,也可以根据区位条件,加强地区之间的协调与联动。

关键词：数字金融区域技术创新融资约束产业结构优化空间溢出效应

介观尺度燃烧驱动温差发电的实验研究与数值模拟

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介观尺度燃烧驱动温差发电的实验研究与数值模拟

作者：朱智浩浙江科技学院

学位级别：硕士

随着我国经济科技水平的不断提高,面临的能源问题愈发严峻。近期国家对于碳中和、新能源车和物联网等领域都提出了新的要求。目前的可移动电源系统多为锂电池系统,其能量密度低,充电时间长,使得新能源车和无人机等移动设备的续航供电问... 详细信息

随着我国经济科技水平的不断提高,面临的能源问题愈发严峻。近期国家对于碳中和、新能源车和物联网等领域都提出了新的要求。目前的可移动电源系统多为锂电池系统,其能量密度低,充电时间长,使得新能源车和无人机等移动设备的续航供电问题愈发凸显。本文设计了一款介观尺度燃烧驱动的温差发电机。以塞贝克效应为原理,通过燃烧丙烷气体,采用微型温差发电机直接将燃烧产生的热能转化为电能。本文研究包括以下几点:（1）设计了全新结构的微型温差发电机燃烧器。首先,使用多台阶稳燃结构,火焰可自适应燃烧位置,保持燃烧稳定。其次,使用烟气逆流换热技术,加强整体换热能力,同时可使未燃气体预热。最后,使用多排交错肋柱（Pin-fin）达到强化集热效果。（2）使用传统碲化铋温差发电模块对该温差发电机性能进行了全面测试。包括不同化学当量比、燃烧功率、冷端散热情况、壁面保温情况等条件。当化学当量比处于0.95,燃烧功率为1041 W,壁面全面保温时,整体发电功率达到最高（29.6 W）,发电效率也达到最高（2.84%）。在研究的范围内,冷端散热功率的提高反而导致发电效率降低。（3）采用新型碲化铋-碲化铅温差发电片与传统碲化铋温差发电片混合结构,研究了不同燃烧功率、化学当量比和冷端散热条件下微型温差发电机的发电性能。研究发现采用混合温差发电模块时,系统的发电功率得到了显著的提高,最高发电功率增加到51.0 W,比采用碲化铋温差发电模块时系统的最高发电功率（29.6 W）增加了72.3%。（4）使用GAMBIT与FLUENT软件进行全面模拟,研究集热器热端壁面温度与实际测量值的区别。发现模拟温度数值略微高于实际测量值,推断燃料有一部分未燃烧完全导致温度降低且存在一定的测量误差。此外,研究发现本文设计的燃烧器可以有效预热未燃气体,从而增加了系统的稳燃性。

关键词：介观尺度燃烧温差发电发电功率发电效率功率负载特性

基于不同α/β团簇式比例的Ti-Al-V合金的铸态组织和力学性能

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金属学报 2023年第12期59卷 1581-1589页

作者：朱智浩陈志鹏刘田雨张爽董闯王清大连理工大学、三束材料改性教育部重点实验室大连116024 沈阳铸造研究所有限公司、高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室沈阳110022 大连交通大学、材料科学与工程学院大连116028

在课题组前期工作基础上,设计并铜模吸铸了满足α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(17-n)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(2)Ti)}n团簇式的合金系列,通过改变β相团簇式的个数n,获得组织覆盖α到β的Ti-(3.19~7.45)Al-(0~12.03)V系列合金,进而表征了铸态组织和室温拉伸力学性能。结果表明,随着n增加,铸态组织由单一α(α'马氏体)经双相态直到单相β,α'马氏体形态由板条状逐渐转变为细片状和针状,当n=5时开始出现β相,n=8时α'马氏体数量最多且呈针状,当n=12时α相完全消失,形成单一β相。相应地,合金强度呈先上升而后下降的趋势,塑性变化趋势则相反,这源自细小针状α'马氏体提升强度而降低塑性的作用。当n=8时,合金的强度达到最大(比Ti-6Al-4V提高了90 MPa),抗拉强度约为1019 MPa、屈服强度约为867 MPa、延伸率与Ti-6Al-4V持平(约为4%),尤其是比强度和比硬度均优于Ti-6Al-4V,达到了230 kN·m/kg和0.76 GPa·cm^(3)/g,分别提升了9%和5%。

关键词：钛合金 Ti-Al-V 团簇加连接原子模型成分式成分设计显微组织力学性能

Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

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航空材料学报 2023年第2期43卷 42-50页

作者：刘毓涵朱智浩张爽董闯大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室辽宁大连116024 大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连116028

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金,但其铸态强塑性不足。本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(2)Ti)}_(5):首先通过改变β相团簇式个数为2,使合金成分偏向α-Ti,其次增加β相团簇式中V原子个数至3,提高了β-Ti结构单元稳定性,然后用不同个数Zr(x=1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti,最后得到了团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(15)-β-{[AlTi_(14-x)Zr_(x)]V_(3)}_(2),设计了Ti-(6.64~6.82)Al-(2.42~2.35)V-(1.44~7.02)Zr(质量分数/%)合金,采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭,并用真空铜模吸铸成合金棒材,进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。结果表明:合金均由α'相马氏体组成,其形貌由针状魏氏逐渐转为网篮组织,其中Ti-6.64Al-2.35V-7.02Zr(Zr含量最高)合金为网篮组织,具有最佳的力学性能,屈服强度σ_(YS)为806 MPa,抗拉强度σ_(UTS)为963 MPa,伸长率δ为5.9%,相比于相同状态下Ti-6Al-4V合金,分别提高了23%、19%、51%;比强度和比硬度分别为217 kN·m/kg和0.71 GPa·cm^(3)/g,相比于Ti-6Al-4V合金分别提高了18%和10%。

关键词：钛合金 Ti-Al-V-Zr 成分设计团簇式力学性能

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基于α''组织设计适于激光立体成形的新型高塑性Ti-4.13Al-9.36V合金

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材料研究学报 2021年第10期35卷 741-751页

作者：刘田雨朱智浩张爽董闯闵小华王清大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室大连116024 大连交通大学材料科学与工程学院大连116028 大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

为了提高Ti-6Al-4V合金的加工硬化率和塑性,基于其团簇成分式12[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))+5[Al-Ti_(14)](V2Ti)设计成分式为4[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))+12[Al-Ti_(14)](V2Ti)的(Ti-4.13Al-9.36V,%)合金,采用激光立体成形工艺制备Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V(对比合金),研究了沉积态和固溶温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V合金的显微组织均由基体外延生长的初生β柱状晶和晶内细小的网篮α板条组成。Ti-6.05Al-3.94V合金的初生β柱状晶的宽度约为770μm,α板条的宽度约为0.71μm;而Ti-4.13Al-9.36V合金的初生β柱状晶的宽度显著减小到606μm,α板条的宽度约为0.48μm。经920℃固溶-淬火处理后Ti-6.05Al-3.94V样品的显微组织为α’+α相,其室温拉伸屈服强度约为893 MPa,抗拉强度约为1071 MPa,延伸率约为3%。经750℃固溶-淬火处理后Ti-4.13Al-9.36V样品的显微组织为α’’+α相,与α’马氏体相比,应力诱发的α’’马氏体能显著地提高合金的加工硬化能力,其室温拉伸屈服强度约为383 MPa,抗拉强度约为989 MPa,延伸率达到了17%。这表明,根据团簇理论模型调控α’’+α的显微组织能有效提高激光立体成形Ti合金的加工硬化能力和塑性。

关键词：金属材料成分设计团簇加连接原子模型激光立体成形加工硬化

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介观尺度燃烧驱动温差发电的实验研究

中国电机工程学报 2021年第24期41卷 8502-8509页

作者：李国能朱智浩郑友取郭文文汤元君浙江科技学院能源与环境系统工程系浙江省杭州市310023

为开发高性能微型可移动电源系统,设计并实验测试了一种介观尺度燃烧驱动的温差发电机(micro/mesoscale combustion powered thermoelectric generator,MCP-TEG)。MCP-TEG采用多台阶稳燃技术、烟气逆流换热技术和错列肋柱(Pin-fin)强化... 详细信息

为开发高性能微型可移动电源系统,设计并实验测试了一种介观尺度燃烧驱动的温差发电机(micro/mesoscale combustion powered thermoelectric generator,MCP-TEG)。MCP-TEG采用多台阶稳燃技术、烟气逆流换热技术和错列肋柱(Pin-fin)强化传热技术,同时将燃料混合器、预热器、燃烧器、稳燃器、集热器和均热器一体化集成。实验结果发现,设计的MCP-TEG的发电功率为29.6W,高于目前国内外的报道值,对应的发电效率为2.84%。此外,论文详细研究了MCP-TEG的输入功率、化学当量比、冷端散热和保温设计对发电性能的影响。实验发现存在一个最佳的化学当量比,使得MCP-TEG的发电功率最大。对于水冷型MCP-TEG,增加冷端散热并不一定能够获得更大的净发电功率。燃烧器的外壁面保温特性对发电性能有重要的影响,对于当前的MCP-TEG,燃烧器外壁面增加一层3 mm的保温层后,发电功率和发电效率均比不保温条件下的结果增加了4.6%。

关键词：介观尺度燃烧温差发电功率负载特性发电功率发电效率

基于Ti-6Al-4V团簇式设计的超高强Ti-Al-V-Mo-Nb-Zr合金

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材料研究学报 2023年第4期37卷 308-314页

作者：陈志鹏朱智浩宋梦凡张爽刘田雨董闯大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室大连116024 大连交通大学材料科学与工程学院大连116028 沈阳铸造研究所有限公司高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室沈阳110022

设计并用真空铜模吸铸制备了近α型双相Ti-Al-V-Mo-Nb-Zr合金系列,其成分框架满足Ti-6Al-4V的α+β双相团簇式,即α和β相团簇式的比例为12:5。同时,通过多元合金化尤其是改变Zr含量,可将后者改造成具有更高β稳定性的形式[Al-Ti_(14-x)... 详细信息

设计并用真空铜模吸铸制备了近α型双相Ti-Al-V-Mo-Nb-Zr合金系列,其成分框架满足Ti-6Al-4V的α+β双相团簇式,即α和β相团簇式的比例为12:5。同时,通过多元合金化尤其是改变Zr含量,可将后者改造成具有更高β稳定性的形式[Al-Ti_(14-x)Zr_(x)](Mo_(0.6)Nb_(0.2)V_(1.2)Al),x=0.6~3。这些合金的铸态组织其特征为网篮状,并含有大量针状α'马氏体。随着Zr含量的提高这些合金的晶粒细化,其强度和硬度也随之提高,Zr含量最高的Ti-6.7Al-2.2V-2.1Mo-0.7Nb-10.0Zr合金达到超高强水平,其铸态的拉伸强度为1404 MPa,维氏硬度为451HV,与热处理后的典型超高强钛合金β-21S的性能接近,与在相同条件下制备的Ti-6Al-4V相比其强度和硬度分别提高52%和39%,比强度和比硬度分别提高45%和33%。

关键词：金属材料钛合金 Ti-Al-V-Mo-Nb-Zr 团簇式力学性能