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镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

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精密成形工程 2022年第8期14卷 93-103页

作者：乔绅周文哲谭庆彪董安平祝国梁疏达孙宝德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上海200240

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述... 详细信息

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ'相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。

关键词：增材制造高温合金 CM247LC 微观组织裂纹

TiAlN(0001)/Al 固液界面从头算分子动力学研究

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中国有色金属学报 2023年

作者：俞彪韩延峰李东胡光敏东青张佼孙宝德上海交通大学上海市先进高温材料精密成形重点实验室材料科学与工程学院

通过从头算分子动力学模拟计算，系统研究了不同终止面Ti2AlN(0001)/Al 固液界面在铝熔点附近的的界面结构、界面能以及电子结构。计算结果表明：Ti2AlN(0001)的四类终止界面均能诱导Al熔体按照fcc-Al{111}密排面 “A-B-C” 次序堆垛成... 详细信息

通过从头算分子动力学模拟计算，系统研究了不同终止面Ti2AlN(0001)/Al 固液界面在铝熔点附近的的界面结构、界面能以及电子结构。计算结果表明：Ti2AlN(0001)的四类终止界面均能诱导Al熔体按照fcc-Al{111}密排面 “A-B-C” 次序堆垛成准固相区，准固相区外延扩展能力依次为N终止界面 > Al终止界面 > Ti(N)终止界面 > Ti(Al)终止界面；Ti2AlN(0001)四类终止界面诱导Al熔体形核强弱的原因在于界面处Ti2AlN表层原子与第1层Al原子不同强度的结合引起后续Al原子层间结合强弱；这为Ti2AlN作为铝合金新型异质形核基底以及作为铝基复合材料增强相的界面结构设计提供了理论依据。

关键词： Ti AlN 固液界面从头算分子动力学界面能电子结构

镍基变形高温合金中γ′相的多尺度分布行为及其对热变形性能的影响（英文）

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稀有金属材料与工程 2019年第9期48卷 2821-2828页

作者：韩国明李飞孙宝德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上海200240 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

主要研究了镍基变形高温合金在不同热处理过程中γ′相的析出、形貌、尺寸及分布行为。通过扫描电镜观察分析高温固溶热处理后连续冷却、中断固溶冷却以及等温时效淬火后的组织构成。结果表明,固溶处理后连续冷却过程中,当冷却速率较高... 详细信息

主要研究了镍基变形高温合金在不同热处理过程中γ′相的析出、形貌、尺寸及分布行为。通过扫描电镜观察分析高温固溶热处理后连续冷却、中断固溶冷却以及等温时效淬火后的组织构成。结果表明,固溶处理后连续冷却过程中,当冷却速率较高时,二次γ′尺寸大小均匀,呈现单峰分布,随着冷却速率降低,二次γ′尺寸增加,逐渐聚集长大并呈现花状形貌;在等温时效过程中二次γ’周围过冷度重新建立,随后淬火过程中会产生三次γ′,三次γ′与二次γ′构成双峰分布。在此基础上,探讨了γ′相析出及演化对合金热变形行为的影响。

关键词：变形高温合金 γ′相热处理热变形

K4169合金循环加载过程中的微观组织演变

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金属学报 2020年第9期56卷 1185-1194页

作者：吴贇刘雅辉康茂东高海燕王俊孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 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上海200240

通过熔模精密铸造、循环加载和微观组织表征等方法研究了K4169合金循环加载过程中的微观组织演变特征,重点分析了不同循环周次后Laves相和δ-Ni3Nb相的变形和断裂特征。结果表明,在室温380 MPa应力幅值循环加载实验中,循环寿命主要取决... 详细信息

通过熔模精密铸造、循环加载和微观组织表征等方法研究了K4169合金循环加载过程中的微观组织演变特征,重点分析了不同循环周次后Laves相和δ-Ni3Nb相的变形和断裂特征。结果表明,在室温380 MPa应力幅值循环加载实验中,循环寿命主要取决于显微疏松体积分数,裂纹优先萌生于试样表面的显微疏松位置。Laves相的断裂不受循环周次的影响,在循环加载初期,显微疏松附近的长带状Laves脆性相容易开裂,其内部还产生平行排列的二次裂纹,成为裂纹扩展的敏感区域。δ-Ni3Nb层片呈现2种变形和断裂特征:沿长度方向的开裂;层片表面滑移和断裂。循环加载初期,显微疏松附近的δ-Ni3Nb层片容易产生沿长度方向的开裂,而随着循环周次的增加,远离显微疏松的δ-Ni3Nb层片表面滑移迹线逐渐增多直至滑移断裂。γ-Ni基体在循环加载过程中产生孪生变形特征,导致应变局部化程度加剧,进而使Laves相和δ-Ni3Nb层片周围产生应力集中。

关键词： K4169高温合金循环应力微观组织演变 Laves相 δ-Ni3Nb相

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高温合金定向凝固数值模拟研究进展

特种铸造及有色合金 2023年第10期43卷 1336-1350页

作者：任能杨绿伟李军曾龙夏明许李建国上海交通大学材料科学与工程学院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

高温合金定向凝固过程中存在着传热、流动、传质的宏观传输,凝固收缩、补缩,溶质再分配、迁移,晶粒生长和熔化等行为共同作用下的多相共存、多物理场耦合作用、跨尺度的复杂过程,导致复杂形状叶片铸件中频繁出现杂晶、雀斑、小角度晶界... 详细信息

高温合金定向凝固过程中存在着传热、流动、传质的宏观传输,凝固收缩、补缩,溶质再分配、迁移,晶粒生长和熔化等行为共同作用下的多相共存、多物理场耦合作用、跨尺度的复杂过程,导致复杂形状叶片铸件中频繁出现杂晶、雀斑、小角度晶界、条纹晶等缺陷。由于过程的不透明以及合金的高成本,发展数值模拟技术对深入认识高温合金定向凝固过程的机理、建立精准有效的控制方法具有重要意义。综述了近年来在镍基高温合金定向凝固数值模拟领域相关的研究进展,并对其应用进行了展望。

关键词：定向凝固高温合金数值模拟多物理场微观组织

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铝空气电池阳极材料的研究进展

中国材料进展 2016年第11期35卷 849-855页

作者：李碧谕东青张佼王俊孙宝德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上海200240

铝空气电池是一种金属燃料电池,发展至今已有数十年历史。与其他电池技术相比,铝空气电池在电极成本、能量密度、环保性、易充电性(阳极可更换的机械式充电)等方面具有独特的优势,是一种潜在的具有大规模商业开发和应用价值的电池技术... 详细信息

铝空气电池是一种金属燃料电池,发展至今已有数十年历史。与其他电池技术相比,铝空气电池在电极成本、能量密度、环保性、易充电性(阳极可更换的机械式充电)等方面具有独特的优势,是一种潜在的具有大规模商业开发和应用价值的电池技术。可以预见铝空气电池技术的进步,将给传统电池技术和铝工业的发展带来巨大的机遇和变革。回顾了铝空气电池的发展历史,介绍了铝空气电池的结构和工作原理。主要聚焦电池的阳极材料,归纳了铝阳极的活化机理,论述了铝阳极材料当前存在的主要问题,综述了铝的纯度、微合金化、热处理及加工变形等因素对其电化学性能的影响,对铝空气电池阳极材料未来的研究重点及方向进行了展望。

关键词：铝空气电池阳极材料微合金化组织电化学性能

熔体超声处理对高纯铝凝固组织的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2014年第7期24卷 2414-2419页

作者：黄海军徐逸帆疏达韩延峰王俊孙宝德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上海200240 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

通过实验并结合熔体中声场与流场的数值模拟,研究熔体超声处理对高纯铝凝固组织的细化。结果表明:经超声处理后高纯铝凝固组织在声发射端前沿产生锥形有效细化区,内部晶与壁面晶大量出现,其共同影响最终的组织细化。超声后的等温处理导... 详细信息

通过实验并结合熔体中声场与流场的数值模拟,研究熔体超声处理对高纯铝凝固组织的细化。结果表明:经超声处理后高纯铝凝固组织在声发射端前沿产生锥形有效细化区,内部晶与壁面晶大量出现,其共同影响最终的组织细化。超声后的等温处理导致近半数的核心重熔。因此,异质形核与均质形核对超声细化同等重要。

关键词：晶粒细化超声铝凝固

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脱合金制备纳米多孔金属在植入领域研究进展

中国材料进展 2023年第4期42卷 304-313页

作者：李仲杰董安平杜大帆许浩张婷邢辉祝国梁孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

纳米多孔金属因其特殊的结构带来的优异性能,在催化和能源等领域得到了广泛的应用。在医用植入领域,具有微/纳米尺度双连续多孔结构的仿生材料也逐渐引起重视,但目前传统的成型工艺很难实现该类结构的制备。近年来,由于纳米多孔金属与... 详细信息

纳米多孔金属因其特殊的结构带来的优异性能,在催化和能源等领域得到了广泛的应用。在医用植入领域,具有微/纳米尺度双连续多孔结构的仿生材料也逐渐引起重视,但目前传统的成型工艺很难实现该类结构的制备。近年来,由于纳米多孔金属与人体骨骼中的多孔结构类似且具有良好的综合性能,开始被尝试引入医用植入领域以获得新型金属植入材料。现有研究发现,纳米多孔结构的金属材料在力学与生物学上均有着相对较好的性能表现,故在植入领域有着极大的应用潜力。聚焦于脱合金制备纳米多孔金属,系统综述了该类纳米多孔金属在植入领域的研究进展。首先介绍了常见的金属植入材料,然后重点阐述了脱合金法制备纳米多孔金属植入材料的具体制备工艺,并基于所制备的纳米多孔金属具有的结构特征列举了该类结构金属在植入领域的具体应用形式,最后对纳米多孔金属在植入领域的发展前景进行了展望。

关键词：脱合金纳米多孔制备工艺应用形式金属植入材料研究进展

Al-Ti-B细化含Zr铝合金中毒现象的研究进展

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轻合金加工技术 2017年第8期45卷 20-25,69页

作者：贾义旺疏达王舒滨祝国梁董安平孙宝德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上海200240

Zr是高强铝合金中普遍添加的合金元素,当用Al-Ti-B细化含Zr铝合金时,却会产生细化剂的中毒现象。Zr中毒随着时间的延长而加重,并且该过程是不可逆的。深入研究Zr中毒机制有重要应用价值。目前提出的Zr中毒机制有以下四种:一是Zr与TiB_2... 详细信息

Zr是高强铝合金中普遍添加的合金元素,当用Al-Ti-B细化含Zr铝合金时,却会产生细化剂的中毒现象。Zr中毒随着时间的延长而加重,并且该过程是不可逆的。深入研究Zr中毒机制有重要应用价值。目前提出的Zr中毒机制有以下四种:一是Zr与TiB_2反应生成ZrB_2或(Ti_(1-x)Zr_x)B_2;二是Zr替换了TiB_2表面TiAl_3层中的Ti;三是Zr与Ti反应生成(Ti_(1-x)Zr_x)Al_3;四是Zr与杂质元素Fe反应生成Al_8Fe_4Zr。对Zr中毒机制的研究进展作了详细介绍。

关键词： Al-Ti-B细化剂晶粒细化铝合金 Zr中毒 TiB2