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搅拌摩擦加工制备AZ31/CoCrFeNi复合材料的组织、力学性能和磨损性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第8期33卷 2328-2339页

作者：王文方园彭湃张志娟韩鹏张婷刘志浩关肖虎王智乔柯王快社西安建筑科技大学功能材料加工国家与地方联合工程研究中心西安710055

采用搅拌摩擦加工工艺制备CoCrFeNi高熵合金颗粒增强AZ31镁基复合材料。采用OM、SEM、EDS和EBSD对复合材料的微观结构进行表征。通过拉伸、显微硬度和干滑动磨损实验研究复合材料的力学性能和磨损性能。结果表明,高熵合金颗粒分布均匀,... 详细信息

采用搅拌摩擦加工工艺制备CoCrFeNi高熵合金颗粒增强AZ31镁基复合材料。采用OM、SEM、EDS和EBSD对复合材料的微观结构进行表征。通过拉伸、显微硬度和干滑动磨损实验研究复合材料的力学性能和磨损性能。结果表明,高熵合金颗粒分布均匀,与镁基体具有良好的冶金结合。复合材料的屈服强度、抗拉强度和硬度分别比母材高80 MPa、46 MPa和HV 54.9。细晶强化是主要的强化机制,对屈服强度的贡献率为43.9%。复合材料的平均摩擦因数由母材的0.331降低到0.240,磨损机制由母材的黏着磨损转变为磨粒磨损。

关键词：搅拌摩擦加工高熵合金颗粒镁基复合材料界面层拉伸性能磨损性能

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磷尾矿综合利用研究现状

化工矿物与加工 2024年第7期53卷 27-36页

作者：张守逊吴雨瑶郭永杰谢贤王翔昆明理工大学国土资源工程学院金属矿尾矿资源绿色综合利用国家地方联合工程研究中心国家磷资源开发利用工程技术研究中心

磷尾矿是对磷矿石进行选矿富集后产生的固体废弃物，其长期堆放不仅会占用大量土地，还会对土壤及地下水环境造成严重威胁，且因其中含有大量有价元素，还会造成资源浪费。本文介绍了磷尾矿的来源及危害，梳理了国内磷矿石选矿工艺，总... 详细信息

磷尾矿是对磷矿石进行选矿富集后产生的固体废弃物，其长期堆放不仅会占用大量土地，还会对土壤及地下水环境造成严重威胁，且因其中含有大量有价元素，还会造成资源浪费。本文介绍了磷尾矿的来源及危害，梳理了国内磷矿石选矿工艺，总结了磷尾矿中有价元素回收方法，如浮选法、化学选矿法、磁选法等；综述了磷尾矿材料化应用研究现状，主要包括3个方面：制备建筑材料，如地质聚合物、水泥、陶瓷等；制备功能材料，如陶粒、耐火材料、阻燃剂等；其他方面，如用作路基材料、制肥料、处理废水等。加快制定新型材料标准，降低磷尾矿综合利用成本，是未来需要着力解决的问题。

关键词：磷尾矿综合利用有价元素材料化建筑材料功能材料

搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

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材料导报 2018年第21期32卷 3814-3822页

作者：席小鹏王快社王文彭湃乔柯余良良西安建筑科技大学冶金工程学院西安710055 西安建筑科技大学功能材料加工国家地方联合工程研究中心西安710055

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、... 详细信息

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。

关键词：搅拌摩擦加工颗粒铝基复合材料均匀性界面增强相

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纯钼金属高温塑性变形行为研究进展

材料导报 2019年第19期33卷 3277-3289页

作者：夏雨王快社胡平胡卜亮李世磊陈文静周宇航冯鹏发西安建筑科技大学冶金工程学院西安建筑科技大学功能材料加工国家地方联合工程研究中心金堆城钼业股份有限公司

稀有金属钼属战略性基础材料,具有熔点高、高温强度大、膨胀系数小、高温蠕变速率低和导电/导热性能好等优点,被广泛应用于航空航天、核工业、半导体照明、医疗、机械加工等重要工业领域,纯钼金属板材作为附加值高的深加工终端产品和冲... 详细信息

稀有金属钼属战略性基础材料,具有熔点高、高温强度大、膨胀系数小、高温蠕变速率低和导电/导热性能好等优点,被广泛应用于航空航天、核工业、半导体照明、医疗、机械加工等重要工业领域,纯钼金属板材作为附加值高的深加工终端产品和冲压结构件原材料,更是被大量应用于高新技术领域。然而,由于钼本身具有变形温度高、低温塑性差、高温下氧化严重等一系列加工缺点,导致钼板轧制加工过程困难,经常出现各种缺陷和问题,如头部张嘴开裂、分层和边裂等,严重限制了其应用范围。因此,研究高纯钼金属塑性变形中的变形行为,并根据真应力-应变关系建立纯钼板材高温塑性变形的本构方程,探究工艺参数、变形行为及微观组织演变的相互关系可以为高性能、高纯钼粉末烧结材料的加工制备和应用提供理论和实践依据,进而提高我国粉末冶金钼产品在国际中的竞争力以及影响力。近年来,国内外学者一直借助热模拟试验机对纯钼高温变形行为和真应力-应变本构方程进行研究,通过在不同温度、应变速率下进行的热模拟压缩及拉伸实验得到的真应力-应变曲线及微观结构图,阐述了纯钼高温塑性变形在不同情况下的变形机制:在较低温度、高应变速率作用下,加工硬化起主要作用;在高温、低应变速率时,会发生流变软化现象,进而得到纯钼热加工最佳的温度范围及应变速率。另外,研究者根据热模拟实验所得到的真应力-应变的变化规律,采用包含考虑Zener-Hollomon参数的双曲正弦模型Arrhenius方程,建立了纯钼板高温塑性流变应力与变形温度和应变速率之间的本构方程。依据此本构方程计算出的纯钼板坯流变应力理论值与实际值的平均相对误差较小,表明所建立的本构方程对纯钼热成形加工工艺的制定具有一定的理论指导意义。本文综述了近年来国内外高纯钼金属塑性变形行为及其本构方程的研究进展,分别对粉末冶金纯钼高温热模拟压缩及拉伸的研究进展进行了介绍,分析了温度、应变速率、应变程度对纯钼高温塑性变形行为的影响,建立了纯钼高温热变形过程中的本构方程,并对今后研究方向进行了建设性的展望。

关键词：纯钼塑性形变变形行为本构方程

异型变截面焊接构件变形与应力控制关键技术研发及应用

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中国科技成果 2019年第7期20卷 69-69,70页

作者：王发展郑建校何育民安高灵刘太平西安建筑科技大学中联重科股份有限公司渭南分公司《热加工工艺》杂志、功能材料加工国家地方联合工程研究中心

焊接构件在大型装备中一般作为关键受力件,在关键部位根据需要通常采用异型结构,其焊接质量直接影响其可靠性、疲劳寿命以及整机性能的发挥。目前,高效、低变形、低残余应力的焊接技术是其关键成形技术。异型变截面焊接构件残余应力与... 详细信息

焊接构件在大型装备中一般作为关键受力件,在关键部位根据需要通常采用异型结构,其焊接质量直接影响其可靠性、疲劳寿命以及整机性能的发挥。目前,高效、低变形、低残余应力的焊接技术是其关键成形技术。异型变截面焊接构件残余应力与变形的有效控制是该领域的前沿课题和难题。挖掘机动臂作为一种典型的异型变截面焊接结构件,本项目以挖掘机动臂焊接变形和应力控制为切入点,形成了从理论、关键技术到工程应用的系列创新性研究成果,并将所获技术成果推广应用到工程机械其他焊接结构件的制造过程,显著提升了行业核心技术水平,提高了成果应用企业产品质量和竞争力。

关键词：成果推广应用成形技术焊接构件异型结构应力控制构件变形变截面焊接结构件

热处理工艺对钼金属板材组织和性能影响的研究进展

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材料导报 2021年第3期35卷 3141-3151页

作者：陈文静胡平邢海瑞夏雨李世磊左烨盖王快社冯鹏发常恬李来平西安建筑科技大学冶金工程学院西安建筑科技大学功能材料加工国家地方联合工程研究中心金堆城钼业股份有限公司西北有色金属研究院

金属钼是一种硬而坚韧的难熔金属,熔点高达2 620℃,具有良好的耐腐蚀、抗蠕变和抗热震性,被广泛应用于航空航天、核工业及电子产业。钼及钼合金常通过粉末冶金制备,避免传统工艺制备工序复杂的同时保证了钼及钼合金的成分及成品质量。... 详细信息

金属钼是一种硬而坚韧的难熔金属,熔点高达2 620℃,具有良好的耐腐蚀、抗蠕变和抗热震性,被广泛应用于航空航天、核工业及电子产业。钼及钼合金常通过粉末冶金制备,避免传统工艺制备工序复杂的同时保证了钼及钼合金的成分及成品质量。其体心立方结构和塑脆转变温度高,严重影响了钼和钼合金的成型加工性能及由资源向钼成品转化的经济效益。成型加工中常使用锻造和轧制手段进行变形,但是会造成严重的加工硬化。热处理工艺能简单有效地改善钼金属在加工过程中的残余应力、加工硬化等不利影响,提升产品的质量与性能。钼合金变形过程中,单向轧制时会产生{111}〈uvw〉织构,在较高的变形量下,织构发生偏转,转至{112}〈110〉;交叉轧制时趋向{100}〈uvw〉织构。轧制变形量为40%～90%,1 200℃退火处理后钼合金板材均会完成再结晶,当温度升至1 250℃以上时晶粒变得粗大,无论是单向轧制织构还是再结晶期间织构转化时〈110〉织构均会存在。加热速率较快(>100 K/min)的情况下,钼合金的晶粒尺寸更细小。钼中掺入Ti、Zr、La等元素,会在亚晶界或晶界处形成碳化物或氧化物,改变微观组织,提升了再结晶温度,热处理后断裂方式从脆性断裂转变为韧性解理断裂,提升了钼合金的综合力学性能。本文综述了纯钼和钼合金板材的变形量、热处理工艺参数对其组织和性能影响的研究,对简化、有效生产高质量的钼板材过程给予理论指导,同时削减热处理能耗,有助于发展绿色热处理技术,并对未来钼板材热处理研究方向提出了展望。

关键词：钼合金变形热处理微观组织力学性能

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TZM合金电化学腐蚀行为研究（英文）

稀有金属材料与工程 2017年第5期46卷 1225-1230页

作者：胡平宋瑞王快社杨帆胡卜亮陈震宇李秦伟曹维成刘东新郭磊喻海良西安建筑科技大学陕西西安710055 功能材料加工国家地方联合工程研究中心陕西西安710055 金堆城钼业股份有限公司陕西西安710077 西安瑞福莱钨钼有限公司陕西西安710201 澳大利亚卧龙岗大学

采用粉末冶金和轧制工艺制备出TZM合金和稀土镧掺杂的La-TZM合金,通过动电位极化研究合金电化学腐蚀行为,扫描电子显微镜观察、能谱定量分析表征腐蚀产物显微结构特征。保持Cl^-浓度不变分别探讨合金在中性、酸性、碱性介质中耐侵蚀能... 详细信息

采用粉末冶金和轧制工艺制备出TZM合金和稀土镧掺杂的La-TZM合金,通过动电位极化研究合金电化学腐蚀行为,扫描电子显微镜观察、能谱定量分析表征腐蚀产物显微结构特征。保持Cl^-浓度不变分别探讨合金在中性、酸性、碱性介质中耐侵蚀能力。结果表明,TZM合金在中性和碱性介质中抗腐蚀性能优于La-TZM合金,而在酸性介质中La-TZM合金抗腐蚀性能优于TZM合金,两类合金抗腐蚀性均表现为酸性介质强于中性介质,碱性介质最弱。Cl^-有效破坏腐蚀表面形成的钝化膜,OH^-和Cl^-双重侵蚀促使两类合金晶间腐蚀加剧、粉末冶金制备的TZM合金及La-TZM合金对酸性介质具有良好的耐蚀性。

关键词： TZM合金腐蚀极化曲线电化学特性

热处理对冷喷涂Al-Ni沉积体组织和力学性能的影响

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稀有金属 2020年第11期44卷 1153-1162页

作者：李旭王强牛文娟毛轩西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学功能材料加工国家地方联合工程研究中心陕西西安710055 西安建筑科技大学陕西省冶金工程技术研究中心陕西西安710055

Al-Ni金属间化合物具有高熔点、高蠕变强度、低密度、耐腐蚀和抗氧化等优良性能。本研究预先采用冷喷涂工艺制备Al-50%Ni沉积体,后将沉积体在450、500和550℃氩气环境中保温8 h进行热处理,探讨热处理对冷喷涂Al-50%Ni复合沉积体的显微... 详细信息

Al-Ni金属间化合物具有高熔点、高蠕变强度、低密度、耐腐蚀和抗氧化等优良性能。本研究预先采用冷喷涂工艺制备Al-50%Ni沉积体,后将沉积体在450、500和550℃氩气环境中保温8 h进行热处理,探讨热处理对冷喷涂Al-50%Ni复合沉积体的显微组织、相成分、硬度和耐磨损性能的影响。结果表明:与喷涂态的Al-50%Ni沉积体相比,随着热处理温度的升高,沉积体中Al_(3)Ni、Al_(3)Ni_(2)相的含量逐渐增加,经550℃热处理后,显微组织基本转变为金属间化合物。同时,因Al、Ni在沉积体中扩散系数不相同,导致柯肯达尔效应出现,沉积体中孔隙率随温度升高逐渐增加。喷涂态Al-50%Ni沉积体的平均显微硬度为HV_(0.2)76.0,经450℃热处理后,沉积体形变强化效果消除,平均显微硬度为HV_(0.2)46.2,随着热处理温度升高,金属间化合物含量增加,沉积体的平均显微硬度在500℃时为HV_(0.2)98.6,550℃时为HV_(0.2)376。同时,热处理态Al-50%Ni沉积体的质量磨损均比冷喷涂态小;且随着热处理温度的升高,沉积体抗磨损性能逐渐提高。

关键词：冷喷涂热处理显微组织显微硬度耐磨损性能

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钨铜梯度材料热震过程中显微组织及热性能

复合材料学报 2021年第12期38卷 4205-4211页

作者：徐仙陈鹏起台运霄魏邦争卫陈龙程继贵合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009 安徽省粉末冶金工程中心合肥230009 有色金属材料与加工国家地方联合工程研究中心合肥230009

针对目前W-Cu功能梯度材料(FGM)在长期热震循环过程中的稳定性缺乏相应研究的问题,以化学镀W-10wt%Cu复合粉体和Cu粉为原料,通过叠层压制和常压气氛烧结的工艺制备了W-10wt%Cu/W-20wt%Cu/W-30wt%Cu层状梯度材料。在600℃、800℃、1000... 详细信息

针对目前W-Cu功能梯度材料(FGM)在长期热震循环过程中的稳定性缺乏相应研究的问题,以化学镀W-10wt%Cu复合粉体和Cu粉为原料,通过叠层压制和常压气氛烧结的工艺制备了W-10wt%Cu/W-20wt%Cu/W-30wt%Cu层状梯度材料。在600℃、800℃、1000℃温度下进行热震试验,对试样在不同热震温度、热震次数下的显微组织和热学性能变化进行了研究。试验结果表明,随着热震温度升高,渗出至试样各梯度层表面的Cu逐渐增加。当热震温度达到1000℃时,试样各梯度层表面出现大量Cu聚集成片的现象,同时在W-20wt%Cu/W-30wt%Cu界面处发现了界面裂纹。随着热震次数的提高,在W-10Cu层中,Cu逐渐渗出表面并在内部留下微孔。此外,W-Cu FGM的热导率随热震次数的增加而减小,在1000℃经过200次热震后,室温热导率由200.54 W·(m·K)^(−1)降至159.23 W·(m·K)^(−1),降低了20.60%。该结果揭示了热震循环中裂纹形成与显微组织变化的耦合失效机制,明确了W-Cu FGM安全服役的范围。

关键词： W-Cu合金功能梯度材料热震显微组织热导率