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T6热处理对粉末触变成形技术制备Ti@(Al-Si-Ti)p/A356Al复合材料组织和性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 520-528页

作者：张治国陈体军张学拯王延明兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

采用粉末触变成形技术制备了由“芯-壳”结构粒子增强的A356Al复合材料,然后通过T6热处理进一步提高该复合材料的综合力学性能。结果表明,“芯-壳”结构增强体颗粒不仅能够提高复合材料的抗拉强度、屈服强度(增加率分别为18.0%和32.7%)... 详细信息

采用粉末触变成形技术制备了由“芯-壳”结构粒子增强的A356Al复合材料,然后通过T6热处理进一步提高该复合材料的综合力学性能。结果表明,“芯-壳”结构增强体颗粒不仅能够提高复合材料的抗拉强度、屈服强度(增加率分别为18.0%和32.7%),延伸率10.8%,具备与基体铝合金(12.4%)相当的塑性。在T6热处理过程中,随时效时间的延长,该复合材料的强度、硬度先增加(1~7 h,即欠时效)后减小(9~12 h,即过时效),在8 h时达到最大值(即峰时效),此时复合材料的抗拉强度、屈服强度和硬度分别为325.4 MPa、254.4 MPa和1019.2 MPa,比热处理前分别提高了33.7%、74.0%和48.5%;峰时效延伸率为9.4%,与热处理前相比几乎没有下降。即经过T6热处理后,“芯-壳”结构增强体粒子能在提高复合材料强度的同时,最大程度地保留其良好的塑性。最后,分析了时效8和12h的复合材料基体中析出相的尺寸、密度和类型,并对其强化机制进行了讨论。

关键词：铝基复合材料粉末触变成形 “芯-壳”结构 T6热处理组织与性能

电爆喷涂FeCoCrNiAl_(x)高熵合金涂层的形成机制与性能

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材料工程 2024年第1期52卷 231-240页

作者：闫维亮周辉朱亮魏玉鹏兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

采用电爆喷涂技术在TC4钛合金表面制备FeCoCrNiAl_(x)(x=0,0.5,1.0,摩尔比,下同)涂层。使用XRD,SEM,EDS,显微硬度计以及摩擦磨损实验等材料分析手段,研究Al含量对高熵合金涂层物相结构、表面形貌、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:... 详细信息

采用电爆喷涂技术在TC4钛合金表面制备FeCoCrNiAl_(x)(x=0,0.5,1.0,摩尔比,下同)涂层。使用XRD,SEM,EDS,显微硬度计以及摩擦磨损实验等材料分析手段,研究Al含量对高熵合金涂层物相结构、表面形貌、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:涂层的晶粒尺寸为纳米级,均形成了简单的FCC,BCC及FCC+BCC结构固溶体。随Al元素的增加,物相结构由FCC相逐渐向BCC相转变。涂层表面平整、致密,没有明显的裂纹等缺陷,且各元素分布均匀,并没有发现元素偏聚现象。划痕测试表明,FeCoCrNiAl_(1.0)涂层出现失效的平均临界载荷为37.2 N;涂层与基体呈冶金结合。涂层的硬度和耐磨性与Al含量呈正相关关系,x=1.0时,平均显微硬度达到最大值531.8HV,约为基体的1.62倍;FeCoCrNiAl_(1.0)涂层的磨损量最小,耐磨性约为基体的3.9倍,磨损机制主要为磨粒磨损。

关键词：电爆喷涂高熵合金涂层合金化耐磨性

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Ni,Co元素对FeCrAlCu系高熵合金涂层组织和耐磨性能的影响

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材料工程 2024年第1期52卷 241-248页

作者：刘建军马凯丁雨田冯力兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

为了解决金属零件表面的防护问题,采用冷喷涂辅助感应重熔合成高熵合金涂层的方法,在45#钢基体表面制备FeCrAlCu,FeCrAlCuNi,FeCrAlCuCo,FeCrAlCuNiCo高熵合金涂层,通过XRD,SEM,EDS,TEM,磨擦磨损试验机等,研究Ni,Co元素添加对FeCrAlCu... 详细信息

为了解决金属零件表面的防护问题,采用冷喷涂辅助感应重熔合成高熵合金涂层的方法,在45#钢基体表面制备FeCrAlCu,FeCrAlCuNi,FeCrAlCuCo,FeCrAlCuNiCo高熵合金涂层,通过XRD,SEM,EDS,TEM,磨擦磨损试验机等,研究Ni,Co元素添加对FeCrAlCu系高熵合金涂层的相结构、显微组织以及耐磨性能的影响。结果表明:FeCrAlCu系高熵合金涂层均为FCC+BCC相构成,其中Ni元素添加可以促进FCC相形成,Co元素添加促进B2相(AlCo)生成。FeCrAlCu系高熵合金涂层组织均为树枝晶,随着Ni,Co元素的同时添加,涂层中的枝晶数目增加,并明显粗化。Ni,Co元素同时添加时,FeCrAlCuNiCo高熵合金涂层的摩擦性能最佳,涂层的硬度为565.5HV,摩擦因数为0.349,磨损率为3.97×10^(-5)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)。

关键词：冷喷涂感应重熔高熵合金涂层耐磨性

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反向处理铜箔微纳组织形成机理及其对力学性能的作用机制

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表面技术 2024年第16期53卷 219-228页

作者：高颢洋郑月红牛嘉楠朱敏喇培清祝思佳兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

目的第五代移动通信技术(5G)时代,高频高速信号传输过程中由于“趋肤效应”引起的信号损耗甚至“失真”越来越严重,为了解决这一问题,提出了一种反向处理铜箔的新技术,然而国内当前应用的高性能反向处理铜箔(RTF)主要依赖进口,要想在短... 详细信息

目的第五代移动通信技术(5G)时代,高频高速信号传输过程中由于“趋肤效应”引起的信号损耗甚至“失真”越来越严重,为了解决这一问题,提出了一种反向处理铜箔的新技术,然而国内当前应用的高性能反向处理铜箔(RTF)主要依赖进口,要想在短时间内缩小国内外铜箔性能和生产效率的差距,最终实现这类高端铜箔的国产化,必须在明确该类铜箔微纳结构形成机理及其对性能影响的前提下,加快制备工艺的开发和优化。方法采用电镀法在阴极钛辊上沉积了电解生箔,在其光面进行粗化和镀Zn层等后续处理获得反向处理铜箔,同时以国外反向处理铜箔为参照,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜详细分析其微纳组织与结构,采用激光共聚焦显微镜和万能试验机测量其粗糙度和拉伸性能。结果本工作中的RTF具有与国外商业产品相似的微观结构,由小的等轴晶和较大的柱状晶组成,且包含较多的纳米孪晶,孪晶界占比为30.8%,平均宽度为7.9 nm。S面是均匀的米粒状铜颗粒,而M面是较大的圆锥形铜颗粒。S面上的Zn层均匀致密,厚度约为6.5 nm,只有小部分Zn扩散到基底上形成CuZn3相。但从S面到M面,优选取向从(111)Cu逐渐变为(220)Cu,这与参比RTF略有不同。性能方面,参比RTF的Ra和Rz分别为1.22、1.42μm,抗拉强度为335.10 MPa,伸长率为15.5%,本工作中的RTF具有较低的粗糙度,Ra和Rz分别为0.68、1.03μm,其强度也具有明显优势(393.68 MPa),但延展性低于参比样品。通过对比分析,总结了铜箔在初始外延、过渡生长和电沉积条件控制的生长阶段3个阶段的生长特性,给出了影响每个阶段晶粒生长的主要因素,并且详细讨论了晶粒尺寸和纳米孪晶宽度对铜箔拉伸性能的影响。结论对RTF微观结构和性能的深入研究,有助于找到高性能铜箔国产化“瓶颈”的根源,为高性能铜箔在5G通信领域的进一步发展和应用奠定基础。

关键词：铜箔电镀反向处理微纳结构粗糙度拉伸性能

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AlCrNiFeTi高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能

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材料工程 2024年第1期52卷 183-192页

作者：张建斌南志远朱程郭鑫兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金(high-entropy alloy,HEA)作为电极,使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织... 详细信息

采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi高熵合金(high-entropy alloy,HEA)作为电极,使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi高熵合金涂层。通过XRD、OM、EDS、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。结果表明,AlCrNiFeTi电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主,电极微观组织结构呈典型的树枝晶。涂层由沉积点堆叠铺展形成,表面均匀致密呈橘皮状、凸凹不平,为喷溅花样展开,涂层截面结构无宏观缺陷,厚度约为59.67μm。AlCrNiFeTi涂层最大显微硬度为587.3HV0.2,比基材的硬度提高了约2.45倍。随着载荷的增大,涂层的磨损机制由氧化磨损和轻微磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。当摩擦载荷为5 N时,磨损率为1.213×10^(-3)mm^(3)/(N·m),摩擦因数仅为0.446,涂层的磨损率较基材的磨损率减小了约28.3%。

关键词：电火花沉积高熵合金 AlCrNiFeTi涂层 304不锈钢组织摩擦磨损

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GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合行为数值分析

机械工程学报 2024年第2期60卷 159-167页

作者：樊丁李德全侯英杰黄健康冯毅兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

GMAW潜弧焊是GMAW在大电流范围内配合高速送丝实现高熔敷率、低飞溅率的一种高效焊接方法,可对中厚板进行有效焊接,显著提高焊接效率。为研究大电流细丝GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合机理,建立了细丝GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合数学模型,其中特... 详细信息

GMAW潜弧焊是GMAW在大电流范围内配合高速送丝实现高熔敷率、低飞溅率的一种高效焊接方法,可对中厚板进行有效焊接,显著提高焊接效率。为研究大电流细丝GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合机理,建立了细丝GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合数学模型,其中特别考虑了熔滴过渡和金属蒸气的影响。数值模拟结果表明:纯CO_(2)保护气下细丝GMAW潜弧焊电弧可稳定潜入熔池;GMAW潜弧焊电弧形态与普通GMAW钟罩形的电弧形态不同,电弧进入空腔后,在扩张的同时向下挖掘,使空腔深度显著增加;GMAW潜弧焊时,由热-力耦合引起的电弧-熔池动态演变是导致大熔深的根本原因,该模型的建立为GMAW潜弧焊的应用奠定了理论基础。

关键词： GMAW潜弧焊数值模拟电弧-熔池耦合行为

A356铝合金微弧氧化膜微动磨损行为的研究

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 796-806页

作者：孙璐李元东马颖曹驰罗晓梅邱谨兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学温州泵阀工程研究院浙江温州325000

采用微弧氧化(MAO)在A356铝合金表面制备MAO膜,利用球-平面接触在SRV-V微动摩擦磨损机上探究变载荷和位移下微弧氧化对A356铝合金微动磨损机制的影响。结果表明:MAO膜由疏松层和致密层构成,其均匀性、致密性和结合力良好。MAO膜的摩擦... 详细信息

采用微弧氧化(MAO)在A356铝合金表面制备MAO膜,利用球-平面接触在SRV-V微动摩擦磨损机上探究变载荷和位移下微弧氧化对A356铝合金微动磨损机制的影响。结果表明:MAO膜由疏松层和致密层构成,其均匀性、致密性和结合力良好。MAO膜的摩擦系数、磨损率均低于A356铝合金,MAO膜减摩耐磨性较好。随位移增加MAO膜的摩擦耗散能系数低于A356铝合金,MAO膜能提升A356铝合金微动磨损过程的稳定性。载荷增加时A356铝合金磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损,伴随犁削和疲劳剥层;MAO膜磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损和疲劳剥落。位移增加时A356铝合金磨损机制为粘着磨损和疲劳剥落,伴随微犁削;MAO膜磨损机制为粘着磨损和疲劳剥层-粘着磨损和磨粒磨损。A356铝合金的磨痕内聚集Fe、O元素,存在材料转移和氧化磨损;MAO膜磨痕内聚集Fe元素,存在材料转移。

关键词： A356铝合金微弧氧化微动磨损磨损机制耐磨性

碳纤维-FeCoCrNiAl高熵合金颗粒混杂增强7075铝基复合材料的力学性能及断裂行为

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 643-650页

作者：高昌琦马勤魏玉鹏田江霞魏明宇王乔博孙良玉兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 泉州信息工程学院机械与电气工程学院福建泉州362000

为探究双相增强体对铝基复合材料拉伸性能和断裂行为的影响,采用真空热压烧结工艺在580℃,30MPa条件下保温10min制备了FeCoCrNiAl高熵合金颗粒增强7075铝基复合材料(HEA_(p)/Al),Ni-Co-P镀层修饰碳纤维增强7075铝基复合材料(CF/Al)和FeC... 详细信息

为探究双相增强体对铝基复合材料拉伸性能和断裂行为的影响,采用真空热压烧结工艺在580℃,30MPa条件下保温10min制备了FeCoCrNiAl高熵合金颗粒增强7075铝基复合材料(HEA_(p)/Al),Ni-Co-P镀层修饰碳纤维增强7075铝基复合材料(CF/Al)和FeCoCrNiAl高熵合金颗粒及Ni-Co-P镀层修饰碳纤维混杂增强铝基复合材料(CF-HEA_(p)/Al)。并对不同复合材料微观结构及拉伸性能进行分析表征及比较。结果表明:CF-HEA_(p)/Al复合材料的屈服强度(YS)与极限拉伸强度(UTS)随纤维含量的升高(体积分数由0至40%)呈现先增大后降低的变化,延伸率则逐渐降低。鉴于Ni-Co-P镀层修饰碳纤维与FeCoNiCrAl高熵合金颗粒的混杂强化效应,CFHEA_(p)/Al复合材料的YS和UTS较HEA_(p)/Al与CF/Al复合材料明显提高,且其断口表现出基体韧性断裂及纤维拔出与断裂的多种失效特征。

关键词：碳纤维 FeCoCrNiAl高熵合金颗粒混杂增强效应力学性能断裂行为

蜂窝状多孔碳材料装载硫单质及其在锂硫电池中的储能性能研究

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材料导报 2024年第16期38卷 6-11页

作者：康小雅何天启朱福良冉奋兰州理工大学材料科学与工程学院省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

单质硫及其放电最终产物Li_(2)S的绝缘性以及两者密度差异引起的结构坍塌等问题严重阻碍了锂硫电池的进一步发展,找寻合适的基体材料是解决上述问题的有效策略。本工作选用一种蜂窝状多孔碳作为硫正极的基体材料,通过常规的熔融扩散法... 详细信息

单质硫及其放电最终产物Li_(2)S的绝缘性以及两者密度差异引起的结构坍塌等问题严重阻碍了锂硫电池的进一步发展,找寻合适的基体材料是解决上述问题的有效策略。本工作选用一种蜂窝状多孔碳作为硫正极的基体材料,通过常规的熔融扩散法将硫单质固定在碳孔隙中,并利用SEM、XRD、XPS和BET等方法对多孔碳@单质硫复合材料进行了表征。结果表明,硫单质均匀地负载在碳骨架中。同时,蜂窝状结构碳不仅为硫单质提供了电子导电网络,也保证了正极的稳定性。更重要的是,蜂窝状的结构为循环过程中硫正极的体积膨胀提供了一定的缓冲空间,缓解了结构坍塌这一问题。此外,碳基体丰富的孔隙度在一定程度上减少了多硫化物的穿梭。因此,在0.1C的倍率下,多孔碳@单质硫复合材料首次放电比容量高达1125.9 mAh/g,300次循环后比容量可保持305.1 mAh/g。

关键词：锂硫电池正极材料蜂窝状多孔碳电化学性能