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依托大科学装置开展建制化材料研究——大科学装置材料研究专刊前言

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金属学报 2024年第8期60卷 I0001-I0002页

作者：李殿中李昺中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

随着研究的深入,人们认识到材料变得越来越复杂化。在空间维度上,基于平移对称性的长程有序晶体结构往往并不能有效、准确地描述材料的原子结构。比如多组元合金中,多种邻近元素的原子无序占据高对称性的晶格格点位置,化学起伏造成的电... 详细信息

随着研究的深入,人们认识到材料变得越来越复杂化。在空间维度上,基于平移对称性的长程有序晶体结构往往并不能有效、准确地描述材料的原子结构。比如多组元合金中,多种邻近元素的原子无序占据高对称性的晶格格点位置,化学起伏造成的电子浓度涨落以及原子适配造成的局域应变涨落使得材料的实际结构严重偏离高对称性的平均结构。而在介观尺度上,不同于均匀结构的传统材料,具有梯度结构、核壳结构、多级结构等特殊结构的异构材料先后被报道。在时间维度上,材料准静态结构和性能往往不能真实地反映材料的本来面貌,而这必须诉诸材料的瞬态结构和性质。自然地,按照结构决定性能的朴素观点,材料结构的时空不均匀性直接导致了性能表达的不确定性。

关键词：大科学装置长程有序电子浓度梯度结构介观尺度建制化时间维度原子结构

B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的增韧机理

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材料研究学报 2024年第8期38卷 614-620页

作者：张巍张杰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

在碳化硼(B_(4)C)陶瓷中加入第二相Al_(2)O_(3),研究其对B_(4)C陶瓷断裂韧性的影响和B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的增韧机理。结果表明,在B_(4)C陶瓷中引入第二相Al_(2)O_(3)使B_(4)C陶瓷的断裂韧性提高。Al_(2)O_(3)加入量为40%(质量分数)的B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷,其断裂韧性达到最大值4.96 MPa·m^(1/2)。B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的增韧机理是,在B_(4)CAl_(2)O_(3)复合陶瓷中裂纹的扩展过程中Al_(2)O_(3)晶粒形成了解理结构。这种解理结构,延长了裂纹扩展的路径和消耗了部分裂纹扩展能。同时,Al_(2)O_(3)晶粒与B_(4)C晶粒之间因热膨胀失配而产生了残余应力。虽然B_(4)C晶粒内的压应力有利于抑制裂纹的扩展,但是B_(4)C晶粒与Al_(2)O_(3)晶粒的相界处产生的张应力在一定程度上弱化相界的结合而使部分裂纹在扩展过程中沿晶扩展出现偏转,从而使B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的断裂韧性提高。

关键词：无机非金属材料断裂韧性 B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷解理结构热膨胀失配裂纹扩展

空穴传输层的厚度对石墨烯基有机发光二极管性能的影响

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材料研究学报 2024年第3期38卷 168-176页

作者：刘锐张鼎冬张辉任文才杜金红沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳110142 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

以石墨烯作为透明阳极、以1,1-双[4-[N,N-二(对甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)作为空穴传输层,用蒸镀法构建柔性绿光OLED器件,研究了蒸镀速率对TAPC层形貌的影响和TAPC层的厚度对器件性能的影响。先控制蒸镀速率分别为0.05、0.1和0.15 n... 详细信息

以石墨烯作为透明阳极、以1,1-双[4-[N,N-二(对甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)作为空穴传输层,用蒸镀法构建柔性绿光OLED器件,研究了蒸镀速率对TAPC层形貌的影响和TAPC层的厚度对器件性能的影响。先控制蒸镀速率分别为0.05、0.1和0.15 nm·s^(-1)制备了厚度为60 nm的TAPC膜层,蒸镀速率为0.05 nm·s^(-1)的TAPC膜层其表面粗糙度(2.52 nm)最低。随后在保持其他材料层厚度不变的情况下,以0.05 nm·s^(-1)的蒸镀速率分别制备了厚度为50、60、70和80 nm的TAPC膜层并构建了OLED器件。对比研究发现,TAPC层厚度为70 nm的器件性能最佳,其最大亮度达到34350 cd·m^(-2),最高外量子效率(EQE)达到21.02%。该器件还具有优异的柔韧性,是色坐标位于(0.3140,0.6386)的标准绿光OLED器件。

关键词：无机非金属材料有机发光二极管空穴传输层石墨烯柔性光电子

等温淬火对纳米贝氏体钢的组织和力学性能的影响

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材料研究学报 2024年第4期38卷 279-287页

作者：王玉钊蒋中华贾春妮张玉妥王培沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

依据Thermo-Calc计算设计了一种成分为Fe-0.8C-2Mn-1.5Si-1.5Cr-0.25Mo-0.25Ni-1Al-0.25Co-0.1V可用于制造钢丝的纳米贝氏体钢,使用热膨胀相变仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉伸实验等手段研究了等温淬火温度和... 详细信息

依据Thermo-Calc计算设计了一种成分为Fe-0.8C-2Mn-1.5Si-1.5Cr-0.25Mo-0.25Ni-1Al-0.25Co-0.1V可用于制造钢丝的纳米贝氏体钢,使用热膨胀相变仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉伸实验等手段研究了等温淬火温度和时间对其组织和力学性能影响。结果表明:这种纳米贝氏体钢低温等温淬火后的组织,由纳米结构的贝氏体铁素体板条、残余奥氏体和少量的马氏体组成。随着等温淬火温度的提高相变速率随之提高,贝氏体铁素体的体积分数增大。随着等温淬火时间的延长,贝氏体铁素体的体积分数增大而过冷奥氏体的量减少,在室温下生成的块状M/A岛的尺寸减小和体积分数降低,碳的配分使过冷奥氏体的稳定性提高,M/A岛中的脆性马氏体比例大幅度降低,拉伸断口由混合型断裂向准解理断裂转变。将这种钢在230℃保温48 h后强塑性匹配最佳,其抗拉强度和屈服强度分别达到1625和1505 MPa,延伸率达到34.5%。

关键词：金属材料等温淬火微观组织力学性能纳米贝氏体铁素体残余奥氏体

碳纳米管/氧化锌协同增强碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能

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材料研究学报 2024年第1期38卷 61-70页

作者：马源王函倪忠强张建岗张若南孙新阳李处森刘畅曾尤中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2... 详细信息

在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2~12.4 GHz波段的电磁屏蔽效能达到50 dB,比碳纤维复合材料提高了51.52%。这种材料的优异性能,可归因于氧化锌纳米线的高效介电损耗、连续碳纳米管薄膜的高导电性、层间多组元界面的多重反射和高效吸收损耗。

关键词：复合材料电磁屏蔽性能叠层混杂结构氧化锌纳米线碳纳米管

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GCr15轴承钢时效过程碳化物的演化行为

材料研究学报 2024年第2期38卷 130-140页

作者：刘震寰李勇翰刘洋王培李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

对GCr15轴承钢进行170℃时效处理,使用SEM、TEM、XRD等手段对其表征,研究了这种钢在时效过程中碳化物的演化行为及其对性能的影响。结果表明,在840℃淬火后再在230℃回火,钢的硬度不低于59HRC,冲击韧性大幅度提高,钢中的残余奥氏体基本... 详细信息

对GCr15轴承钢进行170℃时效处理,使用SEM、TEM、XRD等手段对其表征,研究了这种钢在时效过程中碳化物的演化行为及其对性能的影响。结果表明,在840℃淬火后再在230℃回火,钢的硬度不低于59HRC,冲击韧性大幅度提高,钢中的残余奥氏体基本上消除,可保障其170℃的性能和尺寸稳定性。在时效过程中发生的碳原子配分和碳化物析出,使钢基体中碳的浓度、晶格畸变、微区应力应变先降低后稳定,过渡碳化物向非共格的渗碳体转变和粗化。这两个因素的耦合作用使钢的硬度降低、冲击韧性先升高后降低。马氏体的碳脱溶和碳化物类型的转变相互协调,使钢时效1000 h到2000 h间硬度有所回升。为了提高时效过程中钢的显微组织和性能的稳定性,淬火后又进行了深冷处理以引入高密度缺陷,促进了回火和时效过程中碳元素的配分,使析出的碳化物细小弥散并抑制了其在时效过程中的长大与粗化。深冷处理使碳化物的长大速率由298 nm^(3)/h降低到229.5 nm^(3)/h,在一定程度上延缓了性能的衰退、提高了GCr15轴承钢在真空干泵高温环境中的性能稳定性。

关键词：金属材料 GCr15钢时效处理冲击韧性深冷处理碳化物演变

Ce元素对316LN奥氏体不锈钢高温蠕变性能的影响

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材料研究学报 2024年第1期38卷 23-32页

作者：杨仁贤马澍成蔡欣郑雷刚胡小强李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

采用蠕变持久试验机、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等实验手段,系统研究了Ce元素添加对316LN奥氏体不锈钢(316LN钢)高温蠕变行为和微观组织的影响。结果表明,添加0.032%的Ce元素使316LN钢的蠕变断裂寿命显著提高。在温度为700℃、载... 详细信息

采用蠕变持久试验机、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等实验手段,系统研究了Ce元素添加对316LN奥氏体不锈钢(316LN钢)高温蠕变行为和微观组织的影响。结果表明,添加0.032%的Ce元素使316LN钢的蠕变断裂寿命显著提高。在温度为700℃、载荷为150 MPa的条件下,添加0.032%Ce元素的316LN钢蠕变寿命为555.5 h,比不添加Ce元素时的蠕变寿命312.6 h提高了78%。在温度为600~700℃、载荷为150~200 MPa的条件下,未添加Ce元素和添加0.032%Ce元素的316LN钢对应的蠕变应力指数分别为7.64和9.07,蠕变激活能分别为415.3 kJ/mol和454.8 kJ/mol,蠕变门槛应力分别为61.7 MPa和76.6 MPa。蠕变断裂后的微观组织表明,添加0.032%的Ce元素显著促进了蠕变过程中316LN钢晶内Laves相的析出。晶内细小弥散分布的Laves相,在蠕变过程中能够阻碍位错移动,提高基体的蠕变抗力,从而有效改善蠕变性能。

关键词：金属材料 316LN奥氏体不锈钢高温蠕变稀土Ce 析出强化

冷拉拔钢丝横截面应变不均匀性的晶体塑性研究

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材料研究学报 2024年第2期38卷 81-91页

作者：赵勇刘腾远贾春妮杨朕聃陈响军王培李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

建立钢丝多道次拉拔宏观有限元和珠光体团等效晶体塑性有限元相耦合的多尺度模型,研究了冷拉拔钢丝横截面的应变分布、应变路径的演化规律和应变量及应变路径对材料强化效应的影响。结果表明,钢丝冷拉拔后其横截面上的塑性应变量呈现出... 详细信息

建立钢丝多道次拉拔宏观有限元和珠光体团等效晶体塑性有限元相耦合的多尺度模型,研究了冷拉拔钢丝横截面的应变分布、应变路径的演化规律和应变量及应变路径对材料强化效应的影响。结果表明,钢丝冷拉拔后其横截面上的塑性应变量呈现出从心部到表面先升高后降低的分布特征,钢丝心部区域的应变路径接近等比例加载,而靠近表面区域的应变路径则比较曲折。曲折多变的应变路径使更多的滑移系开动,从而产生额外的强化最终使材料的硬度提高。横截面不同位置的应变量和应变路径差异的综合作用,使冷拔钢丝横截面上次表层的硬度最高。

关键词：材料合成与加工工艺应变不均匀性晶体塑性有限元冷拉拔钢丝应变路径

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碳化硼陶瓷自润滑研究现状

中国表面工程 2024年第3期37卷 103-114页

作者：张巍张杰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

碳化硼(B_(4)C)陶瓷的自润滑对其摩擦学性能具有重要影响,但缺乏这方面的系统性综述介绍。碳化硼具有高的硬度(维氏硬度为36 GPa),因此碳化硼陶瓷是一种应用于耐磨元件的潜在候选材料。然而,碳化硼陶瓷的摩擦因数较高,增加了摩擦系统的... 详细信息

碳化硼(B_(4)C)陶瓷的自润滑对其摩擦学性能具有重要影响,但缺乏这方面的系统性综述介绍。碳化硼具有高的硬度(维氏硬度为36 GPa),因此碳化硼陶瓷是一种应用于耐磨元件的潜在候选材料。然而,碳化硼陶瓷的摩擦因数较高,增加了摩擦系统的能耗,限制了其广泛应用。自润滑是一种可避免外部润滑剂造成污染的方法,揭示碳化硼陶瓷自润滑的机理可为解决碳化硼陶瓷摩擦因数高的问题提供可行参考方案。目前碳化硼陶瓷自润滑的方式主要有预氧化、添加固体润滑剂、构建表面浮雕结构三种。预氧化是将碳化硼陶瓷预先在空气环境中进行高温下氧化处理,使其表面生成氧化层;添加固体润滑剂是将具有层状晶体结构的材料添加到碳化硼陶瓷基体中,在滑动过程中固体润滑剂从碳化硼陶瓷基体中脱落,从而在碳化硼陶瓷的磨损面上形成一层外部润滑层;构建表面浮雕结构是在碳化硼陶瓷基体中引入硬度相对较低的第二相,利用两相晶粒的硬度差,在滑动过程中原位生成凹凸的表面形貌。这些自润滑方法虽然存在技术上的局限,但仍可在一定工况下实现碳化硼陶瓷的自润滑,减小摩擦副的摩擦因数,降低摩擦系统的能耗。总结近年来碳化硼陶瓷自润滑的相关研究进展,并对碳化硼陶瓷自润滑未来的研究方向进行展望,研究结果填补了碳化硼陶瓷自润滑领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为碳化硼陶瓷自润滑的设计、研究及应用提供有益的指导。

关键词：碳化硼陶瓷自润滑预氧化固体润滑剂浮雕结构