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高延性水泥基复合材料拉伸开裂行为多尺度模拟研究进展

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硅酸盐学报 2025年第01期 173-189页

作者：雷东移武志盈贾昊瑄于龙王冰汤金辉李莹李炎隆刘加平青岛理工大学土木工程学院海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心东南大学材料科学与工程学院西安理工大学水利水电学院

高延性水泥基复合材料(ECC)克服了普通混凝土延性差、裂缝控制能力弱的缺点，当前针对混凝土断裂力学的机理分析主要依据微、宏观试验数据进行，但该过程耗时耗力且无法直观展示开裂过程中纤维–基体间的应力传递及异相物质间的分子或... 详细信息

高延性水泥基复合材料(ECC)克服了普通混凝土延性差、裂缝控制能力弱的缺点，当前针对混凝土断裂力学的机理分析主要依据微、宏观试验数据进行，但该过程耗时耗力且无法直观展示开裂过程中纤维–基体间的应力传递及异相物质间的分子或原子交互作用，而计算机模拟技术凭借高效、可视化、低成本的优势为精准预测、深入分析试验结果提供了强力支撑。为全面了解当前ECC拉伸开裂行为多尺度模拟的研究现状，将分子动力学、数值模拟(有限元模拟)、近场动力学和人工神经网络按纳、介、宏观3类尺度、4类方法分类概述其对ECC拉伸开裂行为的模拟。纳观尺度方面，分子动力学从分子或原子层面出发，着重分析未改性及改性纤维对ECC变形过程中纤维–基体界面结合性能的影响机理。介观尺度方面，数值(有限元)模拟重点关注纤维、基体及其界面特性等宏、细观因素对ECC拉伸应变硬化行为的影响规律。宏观尺度方面：近场动力学模拟针对ECC多缝开裂特性研究较少，其主要基于非局部作用分析了普通及纤维增强混凝土在不同方向荷载下的开裂演化行为；人工神经网络对ECC的力学性能预测有一定研究，但该方法主要通过建立预测模型，实现混凝土配合比设计并预测相关参数与力学性能之间的关联性。同时，论述了4种模拟技术在ECC拉伸开裂行为中的不足及发展趋势。

关键词：高延性拉伸应变硬化分子动力学数值(有限元) 近场动力学人工神经网络

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单晶UBM在电子封装微互连中的研究进展

稀有金属材料与工程 2023年第9期52卷 3283-3294页

作者：高幸张志杰施权周旭魏红耿遥祥江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212003

3D封装是未来电子封装制造技术领域的重要发展方向,3D封装中微凸点的尺寸将急剧降低,此时,芯片凸点下金属层(UBM)可能仅包含几个甚至单个晶粒。因此,UBM的晶体取向对界面金属间化合物(IMC)的形核和生长过程将具有显著影响,而界面IMC的... 详细信息

3D封装是未来电子封装制造技术领域的重要发展方向,3D封装中微凸点的尺寸将急剧降低,此时,芯片凸点下金属层(UBM)可能仅包含几个甚至单个晶粒。因此,UBM的晶体取向对界面金属间化合物(IMC)的形核和生长过程将具有显著影响,而界面IMC的特性会直接影响到凸点微/纳尺度互连的可靠性。因此,以单晶作为UBM研究界面物质的传输与IMC的生长规律,具有重要的理论和应用价值。本文对近年来以单晶Cu、Ni和Ag作为UBM焊点的界面反应进行综合分析,总结了单晶UBM上特殊形貌IMC晶粒的形成条件、界面IMC与单晶基体的位向关系、IMC的生长动力学过程、柯肯达尔空洞的形成规律、单晶UBM上IMC的晶体取向调控方法及晶体取向对无铅焊点力学性能和可靠性的影响,为评价单晶UBM凸点的力学性能和可靠性及提供指导。

关键词：件3D封装单晶Cu 单晶Ni 单晶Ag 界面反应

7055-T7951铝合金热轧厚板微观组织及非均匀力学行为

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稀有金属材料与工程 2020年第12期49卷 4199-4206页

作者：邵勇赵鹏飞刘启航郭平义石凤健杨宏宇严林杨娜江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212003

对工业级7055-T7951铝合金热轧厚板的合金成分、室温拉伸性能、显微组织以及织构特征等进行了实验分析,对该板材的微观组织状态、力学性能各向异性与织构特征关系进行了详细研究,结果表明:该板材镁元素含量总体处于下限水平,难溶的合金... 详细信息

对工业级7055-T7951铝合金热轧厚板的合金成分、室温拉伸性能、显微组织以及织构特征等进行了实验分析,对该板材的微观组织状态、力学性能各向异性与织构特征关系进行了详细研究,结果表明:该板材镁元素含量总体处于下限水平,难溶的合金化合物很少,晶内的析出相主要为η′相和少量的η相,材料处于轻微过时效状态。板材存在明显的力学性能各向异性,沿轧制方向及横向的屈服及抗拉强度相近且明显优于与轧制方向呈45°方向上的指标。板材中心层各方位上的强度指标均优于表层对应方位上的指标,并且中心层的力学性能各向异性强于表层。该板材中心层有较为强烈的轧制类织构Brass和S,而表层则是以再结晶织构R为主。基于施密特定律研究了板材不同厚度层不同拉伸方向上平均屈服强度与施密特因子间的定性关系,探讨了织构特征对热轧厚板非均匀力学行为的影响规律。

关键词： 7055铝合金 T7951热处理织构热轧厚板各向异性

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选区激光熔化成形高硬度AlSiMg3合金

稀有金属材料与工程 2020年第11期49卷 3943-3949页

作者：侯裕耿遥祥陈金汉罗金杰唐浩许俊华喻利花鞠洪博江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212003

基于选区激光熔化(SLM)技术熔体快速冷却的特点,通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量,设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明,SLM成形样品均由α-Al、Si和M... 详细信息

基于选区激光熔化(SLM)技术熔体快速冷却的特点,通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量,设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明,SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性,当激光功率为160W,扫描速度为200 mm/s时,样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加,样品中富Si组织的比例逐渐升高,Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大,使得SLM成形样品的硬度(HV)逐渐升高,最大值为(1940±30)MPa。样品经150℃时效处理后,由于α-Al内部纳米颗粒的析出,导致样品硬度增大,最大值为(2100±20)MPa,远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。

关键词：选区激光熔化 AlSiMg3 时效处理显微组织力学性能

CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究

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金属学报 2020年第8期56卷 1084-1090页

作者：丁文王小京刘宁秦亮江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶... 详细信息

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800~900℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。

关键词：高熵合金真空扩散扩散速率反应机理

C含量对TiWCN复合膜微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

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金属学报 2014年第11期50卷 1350-1356页

作者：喻利花董鸿志许俊华江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

采用磁控溅射仪制备了一系列不同C含量的Ti WCN复合膜.利用XRD,SEM,纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪等对Ti WCN复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能进行了表征.结果表明:Ti WCN复合膜由fcc结构的Ti WCN相和六方结构的Ti2N相组成;随着C... 详细信息

采用磁控溅射仪制备了一系列不同C含量的Ti WCN复合膜.利用XRD,SEM,纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪等对Ti WCN复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能进行了表征.结果表明:Ti WCN复合膜由fcc结构的Ti WCN相和六方结构的Ti2N相组成;随着C含量增加,薄膜硬度先升高后降低,室温摩擦系数逐渐减小,而磨损率先减小后增大.当C含量为11.25%时,硬度达到最大值,为35.97 GPa;磨损率获得最小值,为1.26×10-5mm3·N-1·m-1.当C含量为13.68%时,摩擦系数最小,为0.32.当温度低于370℃时,Ti WCN复合膜的摩擦系数和磨损率小于Ti WN薄膜;当温度超过370℃时,Ti WCN复合膜的摩擦系数和磨损率大于Ti WN薄膜.C添加到Ti WN薄膜中提高了薄膜的力学性能和常温摩擦磨损性能,而薄膜的高温摩擦磨损性能并未得到改善.

关键词：磁控溅射 Ti WCN复合膜微结构力学性能摩擦磨损性能

高Mg含量Al-Mg-Sc-Zr合金选区激光熔化成形性及力学性能

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稀有金属材料与工程 2021年第3期50卷 939-947页

作者：耿遥祥唐浩罗金杰许俊华李洁鞠洪博喻利花张志杰江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212003

基于宽粒径分布粉末(2~46μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM成形性、组织和力学性能的影响。结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品... 详细信息

基于宽粒径分布粉末(2~46μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM成形性、组织和力学性能的影响。结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品成形性的干扰,SLM成形样品的最大相对密度为98.6%。样品显微组织由熔池边界细小等轴晶和熔池内部粗大晶粒构成,Mg含量的增加降低了样品织构和柱状晶的含量。经不同温度时效处理后,SLM成形样品的硬度先增加后降低,在350℃时具有最大值。SLM成形样品在350℃时效处理时,硬度和压缩屈服强度均随时效时间的增加出现双峰值现象,时效1 h后样品的硬度(HV)和屈服强度均达到最大值,分别为(1670±30)MPa和(457±10)MPa,延伸率为(27±3)%。样品经350℃长时间时效处理后,由于第二相粒子的粗化,导致样品的硬度和强度有所降低。本研究通过保留铝合金粉末的细粉区,有效提升了粉末的利用率,降低了原料成本,获得了成形性和力学性能较优的高Mg含量SLM成形Al-Mg-Sc-Zr铝合金。

关键词：选区激光熔化 Al-Mg-Sc-Zr铝合金时效处理显微组织力学性能

选区激光熔化高强Al-(Mn,Mg)-(Sc,Zr)合金成形性及力学性能

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金属学报 2022年第8期58卷 1044-1054页

作者：耿遥祥唐浩许俊华张志杰喻利花鞠洪博江乐简江林江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

基于选区激光熔化(SLM)技术熔体急冷的特点,通过同时增加(Mn+Mg)和(Sc+Zr)合金化元素的含量,设计了SLM专用Al-(Mn,Mg)-(Sc,Zr)合金,系统研究了时效温度对合金组织和力学性能影响。结果表明,合金表现出良好的SLM成形性,不同激光扫描速率... 详细信息

基于选区激光熔化(SLM)技术熔体急冷的特点,通过同时增加(Mn+Mg)和(Sc+Zr)合金化元素的含量,设计了SLM专用Al-(Mn,Mg)-(Sc,Zr)合金,系统研究了时效温度对合金组织和力学性能影响。结果表明,合金表现出良好的SLM成形性,不同激光扫描速率下制备样品的致密度均超过99.0%。样品具有典型的熔池状显微结构,熔池边界为等轴晶,熔池内部包含少量的柱状晶,晶粒的平均尺寸约为4μm。经低温(≤350℃)时效处理后,由于Al_(3)Sc纳米颗粒的大量析出,使得样品的力学性能大幅提升。样品的最大Vickers硬度为(218±5)HV,最大压缩屈服强度和抗压强度分别达到(653±3)和(752±7)MPa,所有样品的压缩延伸率均超过60%。合金的强度超过现有报道的大多数SLM成形铝合金及经T6处理的AA7075铝合金。多种强化机制共同作用使得SLM成形Al-(Mn,Mg)-(Sc,Zr)合金具有高强度。

关键词：选区激光熔化 Al-(Mn Mg)-(Sc Zr)合金时效处理力学性能

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C含量对ZrCN薄膜结构和力学性能的影响

金属学报 2012年第4期48卷 469-474页

作者：喻利花马冰洋许俊华江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

通过非平衡磁控溅射的方法制备了不同C含量的ZrCN复合薄膜,采用XPS,XRD,SEM,AFM,纳米压痕仅和摩擦磨损仅等对薄膜的化学成分、微结构、表面形貌、力学性能及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,ZrCN薄膜中(C+N)/Zr原子比对薄膜的相组成、... 详细信息

通过非平衡磁控溅射的方法制备了不同C含量的ZrCN复合薄膜,采用XPS,XRD,SEM,AFM,纳米压痕仅和摩擦磨损仅等对薄膜的化学成分、微结构、表面形貌、力学性能及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,ZrCN薄膜中(C+N)/Zr原子比对薄膜的相组成、微结构和力学性能都有很大的影响.当(C+N)/Zr原子比小于1时,C进入ZrN的晶格间隙并形成Zr(C,N)固溶体.而当(C+N)/Zr原子比大于1时,多余的C形成非晶态的CN或单质C,ZrCN复合膜呈fcc结构.随着C含量升高,ZrCN复合膜的硬度先增大后减小,而摩擦系数逐渐减小,磨损所产生的磨痕逐渐变窄、变浅.C的加入使得ZrCN复合膜的摩擦磨损形式发生改变,摩擦磨损性能得到提高.含C量为13.2%的ZrCN薄膜硬度达到31 GPa,摩擦系数仅为0.26,综合具备了硬度高、摩擦磨损性能好的优良特点.

关键词： ZrCN薄膜微结构力学性能摩擦磨损

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