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原位SiC纳米线增韧SiC陶瓷的抗热震性能

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复合材料学报 2022年第9期39卷 4366-4374页

作者：肖元李露郑瑞晓马朝利北京航空航天大学材料科学与工程学院空天先进材料与服役教育部重点实验室北京100191 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191

SiC陶瓷的本征脆性及其在高低温交变环境中抗热震能力的不足已成为制约其广泛应用的关键问题之一。本文以聚碳硅烷为前驱体、二茂铁为催化剂,通过前驱体转化法在制备低密度SiC陶瓷的同时在陶瓷中原位合成SiC纳米线,并采用前驱体浸渍裂... 详细信息

SiC陶瓷的本征脆性及其在高低温交变环境中抗热震能力的不足已成为制约其广泛应用的关键问题之一。本文以聚碳硅烷为前驱体、二茂铁为催化剂,通过前驱体转化法在制备低密度SiC陶瓷的同时在陶瓷中原位合成SiC纳米线,并采用前驱体浸渍裂解工艺将低密度陶瓷进一步致密化制备原位SiC纳米线增韧SiC陶瓷。实验结果表明,引入原位SiC纳米线后,SiC陶瓷的抗热震性能显著提升,经历30次“室温?1 500℃”的热震循环氧化后其氧化增重率仅为2.53%,相较于纳米线改性前的SiC陶瓷氧化增重率下降了59%。相应的微结构分析表明,合成的SiC纳米线为β-SiC晶型,其中包含部分堆垛层错。纳米线沿方向择优生长,其生长遵循典型的“气-液-固”生长机制。SiC纳米线主要通过纳米线桥连和拔出增韧机制缓解陶瓷制备及高低温交变过程中产生的应力集中,减少裂纹数量和尺寸,进而提升陶瓷断裂韧性和抗热震性能。引入SiC纳米线后,SiC陶瓷内部平均裂纹长度由27.7μm下降至18.2μm,断裂韧性由3.76 MPa·m增加至7.83 MPa·m。

关键词： SiC陶瓷原位SiC纳米线生长机制聚碳硅烷抗热震性能

SiC/SiC陶瓷基复合材料高温环境损伤原位监测研究进展

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无机材料学报 2024年 1-14页

作者：吴晓晨郑瑞晓李露马浩林赵培航马朝利北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京航空航天大学材料科学与工程学院

连续SiC纤维增强SiC(SiCf/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点,在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiCf/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构,其服役环境苛刻、... 详细信息

连续SiC纤维增强SiC(SiCf/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点,在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiCf/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构,其服役环境苛刻、损伤失效过程复杂,深刻理解与准确分析其在近服役环境下损伤失效模式对于材料和构件的可靠服役具有重要意义。传统的“事后分析”方法无法获取材料在复杂服役环境下的损伤失效过程数据,因此迫切需要发展面向高温服役环境的复合材料原位表征测试技术。本文介绍了基于扫描电子显微镜、数字图像相关、显微计算机断层扫描、声发射、电阻等原位监测方法的基本原理、优势与局限性,重点讨论了以上各种原位监测方法及多种原位监测方法联用在SiCf/SiC复合材料高温环境力学表征中的最新研究进展。最后,总结了SiCf/SiC复合材料高温环境原位监测技术存在的挑战,并对多种原位技术联用、太赫兹辐射等新型检测技术、复杂构件的损伤原位监测方法等未来发展方向进行了初步展望。

关键词： SiC /SiC复合材料原位监测数字图像相关声发射显微计算机断层扫描综述

基于原位电阻法的7A65铝合金厚板双级时效工艺

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金属学报 2024年

作者：肖文龙臧晨阳郭锦涛冯佳文马朝利北京航空航天大学云南创新研究院北京航空航天大学材料科学与工程学院天目山实验室

7xxx系超高强铝合金厚板凭借其轻质、高比强度等优点被广泛应用于航空航天等领域。为了优化7A65铝合金厚板的双级时效工艺,本工作利用原位电阻分析法系统分析了7A65铝合金的时效析出行为,制定了合金的双级时效工艺,并通过组织观察及力... 详细信息

7xxx系超高强铝合金厚板凭借其轻质、高比强度等优点被广泛应用于航空航天等领域。为了优化7A65铝合金厚板的双级时效工艺,本工作利用原位电阻分析法系统分析了7A65铝合金的时效析出行为,制定了合金的双级时效工艺,并通过组织观察及力学性能测试探讨了时效工艺对厚板力学性能的影响规律及板材的强韧化机制。合金的等温转变曲线(TTT曲线)显示,在120～220℃内发现了η相的脱溶“C曲线”。根据TTT曲线确定板材的最佳双级时效工艺为:121℃、6 h+152℃、19 h,经此时效工艺后板材具有38%IACS以上的电导率和550 MPa以上的屈服强度,同时延伸率达到9%。

关键词： 7A65铝合金双级时效析出动力学微观组织力学性能

微量Sm元素对TiC/Al-Cu-Mg-Mn复合材料微观组织和力学性能的影响

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材料工程 2024年

作者：刘强易格冯佳文郗洪雷严鹏肖文龙马朝利北京航空航天大学材料科学与工程学院北京航空航天大学云南创新研究院天目山实验室

以0.27%(体积分数)TiC颗粒增强的TiCp/Al-5Cu-1.9Mg-0.9Mn复合材料为基体，研究不同Sm元素含量对复合材料组织与力学性能的影响规律。结果表明：Sm元素的加入明显细化了枝晶组织，促进了固溶处理过程中第二相的溶解，使得时效态组织中T-... 详细信息

以0.27%(体积分数)TiC颗粒增强的TiCp/Al-5Cu-1.9Mg-0.9Mn复合材料为基体，研究不同Sm元素含量对复合材料组织与力学性能的影响规律。结果表明：Sm元素的加入明显细化了枝晶组织，促进了固溶处理过程中第二相的溶解，使得时效态组织中T-Al20Cu2Mn3和S’-Al2CuMg析出相的数量密度增加，当Sm元素含量较高时(0.3%，质量分数，下同)，组织中将出现块状难溶稀土化合物。随着Sm的加入，复合材料室温和250 ℃下的屈服强度逐渐增加，但会引起塑性降低，当Sm元素添加量为0.3%时，室温屈服强度从246 MPa提高到310 MPa，250 ℃屈服强度从191 MPa提高到220 MPa。分析认为，强度提高源于Sm引起的组织细化和析出相数量密度增加，而塑性下降是由于粗大块状难溶稀土化合物割裂了基体，导致裂纹源容易萌生。

关键词：铝基复合材料 Al-Cu 稀土元素微观组织力学性能

多重纳米结构轻质高强铝基复合材料的制备和组织性能

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航空学报 2014年第10期35卷 2802-2812页

作者：郑瑞晓张艺镡马朝利马凤梅肖文龙北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

为了研究多重纳米结构对块体材料强化和变形能力的影响机制,采用粉末冶金法制备了多重纳米结构的B4C颗粒增强铝基复合材料,并对复合材料的强化和形变破坏机制进行了定量和定性的讨论。由100%球磨复合粉末制备的块体复合材料的室温压缩... 详细信息

为了研究多重纳米结构对块体材料强化和变形能力的影响机制,采用粉末冶金法制备了多重纳米结构的B4C颗粒增强铝基复合材料,并对复合材料的强化和形变破坏机制进行了定量和定性的讨论。由100%球磨复合粉末制备的块体复合材料的室温压缩强度为670MPa;当加入10vol%气雾化态的Al2024粉末后,复合材料的室温压缩强度升高到1.115GPa;之后随着气雾化态Al2024粉末含量的增加,复合材料的强度逐渐下降,但是没有产生明显的塑性变形;当气雾化态Al2024粉末的含量增加到50vol%时,复合材料的压缩强度下降到580MPa,断裂前变形率达到了10%。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的分析结果显示,亚微米级的B4C颗粒、位错以及纳米晶基体分别通过Orowan强化、位错强化和细晶强化机制对复合材料进行强化;粗晶Al2024区域与复合结构区域的比例显著影响复合材料的形变及破坏机制。

关键词：多重纳米结构金属基复合材料机械球磨强化机制力学性能

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1200MPa级新型高强韧钛合金

中国材料进展 2016年第12期35卷 914-918页

作者：赵永庆马朝利常辉辛社伟周廉西北有色金属研究院陕西西安710016 北京航空航天大学北京100191 南京工业大学江苏南京211800

随着飞机结构件用钛量的大幅度增加,对钛合金的性能要求也随飞机设计概念的改变而改变,在追求钛合金高强度的同时,也要求合金具有高的韧性。为设计一种强度高于1200 MPa、断裂韧性大于65 MPa·m^(1/2)的新型高强高韧钛合金,在计算合金M... 详细信息

随着飞机结构件用钛量的大幅度增加,对钛合金的性能要求也随飞机设计概念的改变而改变,在追求钛合金高强度的同时,也要求合金具有高的韧性。为设计一种强度高于1200 MPa、断裂韧性大于65 MPa·m^(1/2)的新型高强高韧钛合金,在计算合金Mo当量的基础上,合金设计时综合考虑了合金元素对α相、β相的强化和韧化的影响,以及微观组织对强韧性的影响,设计获得一种新型高强高韧富β型的钛合金Ti-5321。实验室条件下30 kg铸锭和中试条件下500 kg铸锭试制的棒材在较理想的显微组织下,新设计的合金室温抗拉强度大于1200 MPa、延伸率大于8%、断裂韧性大于65 MPa·m^(1/2),相比于现有高强高韧钛合金,显示出明显优势。

关键词：高强韧钛合金成分设计组织力学性能

孔挤压对7A85铝合金直耳片高周疲劳性能的影响（英文）

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稀有金属材料与工程 2015年第10期44卷 2358-2362页

作者：文世珍刘翠云吴若邻马朝利北京航空航天大学空天材料与服役教育部重点实验室北京100191

提出采用孔挤压方法来提高7A85铝合金直耳片的高周疲劳性能。孔挤压后耳片孔壁的显微组织、显微硬度和残余应力的测试结果表明孔挤压后孔壁处形成了大约150μm的塑性变形层。塑性变形层内,显微硬度较高,存在残余压应力,且晶粒在平行于... 详细信息

提出采用孔挤压方法来提高7A85铝合金直耳片的高周疲劳性能。孔挤压后耳片孔壁的显微组织、显微硬度和残余应力的测试结果表明孔挤压后孔壁处形成了大约150μm的塑性变形层。塑性变形层内,显微硬度较高,存在残余压应力,且晶粒在平行于挤压棒运动方向上被拉长,垂直于挤压棒运动方向上被压缩。高周疲劳测试结果表明,孔挤压后的耳片疲劳寿命和疲劳强度均得到了较大的提高。通过对比孔挤压与未孔挤压耳片的疲劳源区和裂纹扩展形貌,分析了孔挤压提高7A85铝合金耳片疲劳性能的内在机理。

关键词：孔挤压 7A85铝合金耳片高周疲劳

Ultrahigh performance of Ti-based glassy alloy tube sensor for Coriolis mass flowmeter

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中国有色金属学会会刊：英文版 2006年第A02期16卷 202-205页

作者：马朝利 A．INOUE 张涛 School of Materials Science and Engineering Beijing University of Aeronautics and Astronautics Beijing 100083 China Institute for Materials Research Tohoku University Sendai 980-8577 Japan

Bulk metallic glasses (BMGs) have potential applications for both structural and functional components owing to their good mechanical proper-ties. With the aim of demonstrating great engineering value of BMGs, a direct melt-forming technique based on suction casting for the production of glassy alloy tubes was developed. The fabrication, structure, geometry, properties and sensor performance of the tubes were examined. The results show that the Coriolis mass flowmeters using the Ti-based glassy alloy sensor tube exhibit excellent measurement sensitivity, viz. 28.5 times higher than that of the conventional flowmeter manufactured using stainless steel (SUS316) tube.

关键词：钛基玻璃合金管科里奥利质量流量计传感器超高性能

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TC18钛合金耳片的断口形貌及疲劳性能

中国有色金属学报 2010年第S1期20卷 1050-1054页

作者：刘翠云李焕喜马朝利北京航空航天大学材料科学与工程学院空天材料与服役教育部重点实验室

对TC18钛合金直耳片的疲劳性能进行研究,测试在不同处理状态及平均应力水平下耳片的疲劳Smax—N曲线,并利用扫描电镜(SEM)对疲劳试样断口的典型裂纹源形貌和裂纹扩展形貌进行观察分析。结果表明:热处理状态和平均应力对耳片疲劳寿命有... 详细信息

对TC18钛合金直耳片的疲劳性能进行研究,测试在不同处理状态及平均应力水平下耳片的疲劳Smax—N曲线,并利用扫描电镜(SEM)对疲劳试样断口的典型裂纹源形貌和裂纹扩展形貌进行观察分析。结果表明:热处理状态和平均应力对耳片疲劳寿命有较大影响;在相同的平均应力下,机械加工后退火处理的试样具有较高的疲劳寿命;在相同退火处理状态下,平均应力水平高,疲劳寿命长;疲劳裂纹主要在夹杂物、材料表面缺陷及次表面内部缺陷等处形成;在裂纹扩展区,对试样加载的应力水平越高,裂纹扩展速率也越大。

关键词： TC18钛合金疲劳性能断口形貌疲劳源疲劳裂纹扩展区