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NiTi形状记忆合金中的氢效应研究进展

材料工程 2024年第5期52卷 57-66页

作者：赵厚锐左舜贵王盖世肖飞中国航发长江动力有限公司湖南岳阳414100 上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

NiTi形状记忆合金应用于牙齿正畸弓丝、心血管支架、流体阀门等场景时受应力与化学腐蚀的双重作用,导致合金出现一定程度的氢脆并影响构件的可靠性与安全性。本文围绕NiTi合金中的氢效应问题,综述氢在NiTi合金中的占位、存在状态与扩散... 详细信息

NiTi形状记忆合金应用于牙齿正畸弓丝、心血管支架、流体阀门等场景时受应力与化学腐蚀的双重作用,导致合金出现一定程度的氢脆并影响构件的可靠性与安全性。本文围绕NiTi合金中的氢效应问题,综述氢在NiTi合金中的占位、存在状态与扩散行为。总结NiTi合金中氢的含量、状态、分布和扩散系数的表征方法,介绍氢对NiTi合金马氏体相变、阻尼行为的影响,重点讨论NiTi合金的氢脆行为、氢脆影响因素及氢脆机制,并总结用于避免或延迟NiTi合金氢脆发生的措施与方法。最后,提出氢在NiTi合金各相中的扩散行为研究、氢分布的可视化表征以及氢-马氏体相变相互作用等研究方向,以期为NiTi形状记忆合金的研究人员提供有益参考。

关键词： NiTi合金形状记忆合金马氏体相变氢效应氢脆

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镁合金电弧增材制造研究现状及展望

材料工程 2024年第2期52卷 16-30页

作者：刘宏杰刘文才孙家伟王茜瑶邝思羽吴国华上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电... 详细信息

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法,重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能,讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素,分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题,并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。

关键词：镁合金丝材制备电弧增材制造力学性能

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镍基高温合金反重力铸造压力曲线设计与验证

航空材料学报 2024年第2期44卷 143-150页

作者：隋大山麻晋源许圆王迪董安平孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院塑性成形技术与装备研究院上海200030 上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620 上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料与精密成形重点实验室上海200240

针对镍基高温合金反重力铸造工艺中传统压力曲线设计方法的不足,充分考虑铸件沿充型方向的变截面结构特征,通过CAD软件的二次开发,实现铸件截面积的自动计算,以定量化描述铸件的截面变化特征。基于伯努利方程和流量守恒方程,推导出充型... 详细信息

针对镍基高温合金反重力铸造工艺中传统压力曲线设计方法的不足,充分考虑铸件沿充型方向的变截面结构特征,通过CAD软件的二次开发,实现铸件截面积的自动计算,以定量化描述铸件的截面变化特征。基于伯努利方程和流量守恒方程,推导出充型压力与金属液面上升速度之间的关系,提出基于铸件截面积自动计算的新型压力曲线设计方法。在此基础上,对镍基高温合金铸件的反重力铸造过程进行数值分析。充型模拟结果表明:与传统压力曲线设计方法相比,新型设计方法确定的压力曲线能使最小截面处充型速度峰值由0.611 m/s降至0.439 m/s,降幅达28.15%,有效避免金属液震荡和飞溅;同时可缩短充型时间,确保金属液快速平稳充型。水力学实验和浇注实验表明,新型压力曲线的充型液面更平稳,能有效抑制铸造缺陷,证明新型压力曲线设计方法的有效性,为合理设计反重力压力曲线提供依据。

关键词：镍基高温合金反重力铸造压力曲线变截面数值模拟

Cu含量和热处理工艺对Al-Si-Mg-Mn-xCu铸造铝合金显微组织和力学性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 737-754页

作者：贾志宏周广文周宏宇刘飞丁立鹏翁瑶瑶向开云赵海东南京工业大学先进轻质高性能材料研究中心南京211816 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 江苏大学材料科学与工程学院镇江212013 华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510640 南京工程学院材料科学与工程学院南京211167

采用三维X射线显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及硬度测试系统研究Cu含量及热处理工艺对真空压铸Al-Si-Mg-Mn-xCu合金显微组织和力学性能的影响。研究发现,虽然Cu含量增加会提高铸锭中气孔的密度和尺寸,但是Cu添加... 详细信息

采用三维X射线显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及硬度测试系统研究Cu含量及热处理工艺对真空压铸Al-Si-Mg-Mn-xCu合金显微组织和力学性能的影响。研究发现,虽然Cu含量增加会提高铸锭中气孔的密度和尺寸,但是Cu添加将促进凝固过程中含Cu初生相(Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu)的形成,从而提高合金性能。合金中形成5种不同结构的初生相,包括共晶Si、α-Al(Fe,Mn)Si、β-Mg_(2)Si、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。随着Cu含量增加,θ相的面积分数迅速增加,α-Al(Fe,Mn)Si相面积分数首先降低,随后缓慢增加,而Q相的变化趋势与α-Al(Fe,Mn)Si相相反。这些初生相在热处理过程中会出现不同的演变规律。在随后的时效处理过程中,Q'和θ'相的协同析出能显著提高合金的时效硬化潜力。

关键词：铝硅铸造合金真空压铸热处理显微组织力学性能初生相

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激光表面改性钛合金的摩擦磨损性能研究

精密成形工程 2024年第1期16卷 52-58页

作者：王天宇孙红飞李九霄杨冬野武文海原子玟赵海张卓上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620

目的研究皮秒激光表面处理对Ti-13Nb-13Zrβ钛合金表面形貌以及硬度和摩擦磨损性能的影响规律。方法采用皮秒激光对β钛合金进行表面改性,利用扫描电镜观察皮秒激光加工后样品的表面形貌,并对基体和皮秒激光加工后的样品进行摩擦磨损对... 详细信息

目的研究皮秒激光表面处理对Ti-13Nb-13Zrβ钛合金表面形貌以及硬度和摩擦磨损性能的影响规律。方法采用皮秒激光对β钛合金进行表面改性,利用扫描电镜观察皮秒激光加工后样品的表面形貌,并对基体和皮秒激光加工后的样品进行摩擦磨损对比试验。结果当皮秒激光扫描速度为50mm/s、激光功率分别为0.5W和5W时,在β钛合金表面生成了周期为500nm和830nm的纳米条纹结构,β钛合金基体的平均摩擦因数为0.70,经皮秒激光加工后样品的平均摩擦因数为0.26,比β钛合金基体的下降了62.8%。β钛合金基体的摩擦磨损失重为0.0032g,磨损率为1.01×10^(-6),皮秒激光加工后样品的摩擦磨损失重为0.0013g,磨损率为4.10×10^(-7)。结论在β钛合金皮秒激光表面改性过程中,当激光能量相同时,低扫描速度使激光热量可以长时间聚集和扩散,当扫描速度相同时,高激光能量对材料表面烧蚀的程度较大。在样品表面制备出了周期性纳米条纹结构,与基材相比,周期性纳米条纹结构与摩擦球的接触面积明显减小,同时犁沟效应有所降低,样品表面摩擦磨损性能显著提升,表明激光诱导周期性纳米条纹结构在改善材料摩擦学性能领域有极大的应用潜力。

关键词：皮秒激光 β钛合金表面改性表面纳米结构摩擦磨损性能

水中溶解氧对低锡中铌锆合金氧化膜显微组织和电化学性能的影响

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机械工程材料 2024年第6期 11-17页

作者：王旭彤李九霄于一笑赵志伟郑锋欣曾奇锋刘庆冬上海工程技术大学材料科学与工程学院上海交通大学材料科学与工程学院上海大学材料科学与工程学院上海交通大学核科学与工程学院

在含溶解氧（质量浓度分别为300,1 000μg·L-1）环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验，研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化，并结合离位电化学检测表... 详细信息

在含溶解氧（质量浓度分别为300,1 000μg·L-1）环境中对Zr-0.4Sn-0.7Nb-0.3Fe-0.1Cr-0.15Mo-0.12O新型低锡中铌锆合金进行了长达300 d的堆外高压釜腐蚀试验，研究了腐蚀过程中合金表面氧化膜微观结构的变化，并结合离位电化学检测表征了腐蚀后合金的电化学性能，分析了溶解氧对电化学性能的影响。结果表明：在含溶解氧环境中腐蚀时，合金表面氧化膜的厚度随时间呈线性增加，氧化膜内裂纹增多，氧化膜/基体界面起伏加剧；当溶解氧含量较高时，合金的腐蚀质量增加较大，表面氧化膜内裂纹较多。在含溶解氧环境中腐蚀130 d时，合金的自腐蚀电位和极化电阻最小，自腐蚀电流密度最大，其耐腐蚀性不仅与表面氧化膜厚度有关，还受氧化膜内缺陷影响；腐蚀300 d时，合金的阻抗谱呈多容抗弧特征，较高溶解氧含量下的容抗弧数量较多。

关键词：锆合金高温高压腐蚀氧化膜溶解氧电化学检测

激光喷丸对激光熔化沉积Ti45Al8Nb合金微观组织及高温抗氧化性能的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：蒋露露兰亮白澄岩辛如意高双汪浩宇何博陈超越卢国鑫上海大学材料科学与工程学院省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海工程技术大学材料科学与工程学院高温合金精密成形研究中心山东大学材料科学与工程学院

本文采用激光喷丸(LSP)技术来改善激光熔化沉积Ti45Al8Nb合金的高温抗氧化性。通过扫描电镜、X射线衍射、电子背散射衍射等方法研究了LSP前后激光熔化沉积Ti45Al8Nb合金的显微组织和高温氧化行为。结果表明，在900°C的氧化温度下，经过... 详细信息

本文采用激光喷丸(LSP)技术来改善激光熔化沉积Ti45Al8Nb合金的高温抗氧化性。通过扫描电镜、X射线衍射、电子背散射衍射等方法研究了LSP前后激光熔化沉积Ti45Al8Nb合金的显微组织和高温氧化行为。结果表明，在900°C的氧化温度下，经过LSP处理后样品的质量增长率有所下降，表明经过LSP处理的样品在高温下具有较好的抗氧化性能。LSP处理后样品中形成了细晶层、变形晶层和粗晶层构成的梯度结构，这有利于氧化过程中Al原子的扩散，导致了表面形成致密的Al2O3层。最后，探讨了LSP技术提升激光熔化沉积Ti45Al8Nb合金抗氧化性能的机理。

关键词： TiAl合金激光熔化沉积激光喷丸增材制造氧化性能

钛基石墨烯复合材料的分散性、界面结构及力学性能

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材料导报 2024年第5期38卷 234-241页

作者：佘欢时磊董安平上海应用技术大学机械工程学院上海201418 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240

石墨烯由于独特的结构和优异的力学、导电、润滑等性能,被认为是理想的金属基复合材料的增强体。将石墨烯作为增强体增强钛基复合材料有着巨大的应用潜力。然而,石墨烯的分散性及其与钛基体的反应是制约获得高性能石墨烯增强钛基复合材... 详细信息

石墨烯由于独特的结构和优异的力学、导电、润滑等性能,被认为是理想的金属基复合材料的增强体。将石墨烯作为增强体增强钛基复合材料有着巨大的应用潜力。然而,石墨烯的分散性及其与钛基体的反应是制约获得高性能石墨烯增强钛基复合材料的难点。本文综述了钛基石墨烯复合材料的分散性、界面及力学性能的研究进展。钛基石墨烯复合材料通常采用粉末冶金法制备,石墨烯能较均匀地分散于复合材料组织中,但当石墨烯添加量过多时仍会出现团聚现象。石墨烯与钛基体易发生反应生成TiC,通过固化烧结工艺的改进、基体复合化、石墨烯表面改性以及原位自生等方法可以有效地抑制界面反应并提高界面结合力。随着石墨烯含量的增加,钛基石墨烯复合材料的压缩、拉伸强度与硬度一般呈现先增大后减小的趋势。石墨烯增强钛基复合材料的强化机制通常以载荷传递强化为主,但有些情况下由石墨烯引起的位错强化、细晶强化及奥罗万(Orowan)强化效果也较为显著。

关键词：石墨烯钛基复合材料分散性界面强度强化机制

基于介观模型的锆合金辐照变形数据挖掘库的建立与应用研究

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核技术 2024年第6期47卷 76-88页

作者：黄俊张自康刘桂森沈耀上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合... 详细信息

在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合金辐照变形实验数据,建立了一个包含实验数据及其详细描述信息的数据库;在此基础上,利用数据库进行规律探索,结合自研介观模型进行模型验证和数据挖掘。特别地,对数据库中的50余组初步数据进行数据挖掘,探讨了模型参数与控制变量之间的关联要素。通过数据挖掘发现,随着Nb含量的增加,滑移系的临界分切应力增加;随着温度升高,锆合金的辐照蠕变柔度增加。相比于传统的数据归纳方法,该研究引入了基于物理机制的介观模型拟合和数据挖掘的新思路,为锆合金辐照变形研究带来新的方法和启示,在收集的数据充分扩充后,其效益将会更显著。

关键词：锆合金辐照变形介观模型数据挖掘库黏塑性自洽模型