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D0_(22)相强化型Ni_(2)CoCrFeNb_(0.15)高熵合金的变形机理

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 412-421页

作者：何峰林美卢健麟王志军李俊杰王锦程西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜的背散射电子衍射及电子隧道衬度成像技术研究了D0_(22)相强化型Ni_(2)CoCrFeNb_(0.15)高熵合金在单轴拉伸变形过程中的织构演化、变形亚结构特征、位错与析出相交互作用以及断裂行为。结果表明:位... 详细信息

采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜的背散射电子衍射及电子隧道衬度成像技术研究了D0_(22)相强化型Ni_(2)CoCrFeNb_(0.15)高熵合金在单轴拉伸变形过程中的织构演化、变形亚结构特征、位错与析出相交互作用以及断裂行为。结果表明:位错的平面滑移主导了该合金的单轴拉伸变形,D0_(22)超点阵相是促进位错平面滑移的主要因素。因位错的平面滑移模式产生的平面滑移带随着应变量的增加,其密度随之增加,平均间距随之减小。变形过程中先形成{001}织构,然后{111}织构增强,最终获得典型的{001}和{111}拉伸织构。当合金在单独拉伸变形过程中达到最大应力时,晶界处萌生裂纹并扩展为断裂主裂纹,导致塑性变形失稳。

关键词：变形机制多主元合金析出强化超点阵相

超高温氧化物陶瓷激光增材制造及组织性能调控研究进展

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无机材料学报 2024年第7期39卷 741-753页

作者：陈乾苏海军姜浩申仲琳余明辉张卓西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学深圳研究院深圳518057

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够... 详细信息

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够一步实现从原材料粉末到高性能结构件的一体化高致密成型,具有柔性度好、成型效率高的特点,可以快速制备高性能、高精度、大尺寸复杂结构部件。近年来,基于液固相变发展的熔体生长氧化物陶瓷激光增材制造技术已成为高温结构材料制备技术领域的前沿研究热点之一。本文首先概述了激光增材制造技术的基本原理,着重介绍了选区激光熔化与激光定向能量沉积两种典型激光增材制造技术的工艺特点。在此基础上,重点阐述了利用激光增材制造技术制备不同氧化物陶瓷的组织特征及工艺参数对微观组织的影响规律,并总结比较了不同体系氧化物陶瓷力学性能的差异。最后,对该领域存在的问题进行了梳理和分析,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：超高温氧化物陶瓷激光增材制造选区激光熔化激光定向能量沉积组织调控综述

水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

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无机材料学报 2024年第4期39卷 409-415页

作者：张婷婷王方园刘长友张国荣吕佳辉宋宇晨介万奇西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室西安710072

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可... 详细信息

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。

关键词： Cr^(2+):ZnSe 核壳结构纳米孪晶孪晶机制烧结

定向凝固结构功能一体化氧化铝基共晶复合陶瓷研究进展

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材料工程 2024年第9期52卷 34-46页

作者：谭雪苏海军刘园姚佳彤姜浩余明辉西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

航空航天、电子信息、生物医学等高新技术的飞速发展对先进陶瓷材料的性能提出了更高的要求。具有单一特性的结构或功能材料已无法满足当前的需求,因此发展结构功能一体化高性能复合陶瓷已成为世界各国竞相竞争的目标。定向凝固氧化物... 详细信息

航空航天、电子信息、生物医学等高新技术的飞速发展对先进陶瓷材料的性能提出了更高的要求。具有单一特性的结构或功能材料已无法满足当前的需求,因此发展结构功能一体化高性能复合陶瓷已成为世界各国竞相竞争的目标。定向凝固氧化物共晶复合陶瓷是近年来发展的一类用于超高温氧化环境中长期服役的结构功能一体化复合材料。该类材料具有高熔点,低密度,优异的高温强度、高温蠕变性能等特性,同时兼具光学、电磁学、生物学等功能特性。本文综述了以Al_(2)O_(3)基材料体系为代表的定向凝固结构功能一体化共晶陶瓷的发展现状,总结出定向凝固共晶陶瓷的制备方法、技术原理和生长特点。重点阐述系列Al_(2)O_(3)基共晶陶瓷的凝固微观组织与结构特征,分析复合陶瓷的力学、光学、磁学和生物特性等性能及影响因素,并介绍其特点优势和应用范围。最后,总结定向凝固结构功能一体化共晶复合陶瓷在工程应用方面所面临的挑战和关键瓶颈,提出了共晶复合陶瓷材料在成形技术创新、综合性能提升、新体系开发等方面发展的主要方向。

关键词：定向凝固结构功能一体化 Al_(2)O_(3) 共晶复合陶瓷

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共晶组织强化NbMoZrVSi_(x)难熔高熵合金的摩擦磨损性能及磨损机理

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金属学报 2024年第7期60卷 937-946页

作者：王瀚铭杜银裴旭辉王海丰西北工业大学凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心西安710072

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性... 详细信息

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性能的影响规律,分析了不同硅化物的析出形态对合金磨损机理的影响。结果表明:适量Si元素添加时,NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金的bcc基体晶界处会均匀析出由Zr-Zr3Si相组成的共晶组织结构,该共晶组织会显著提高合金的硬度和耐磨性。不同于NbMoZrV、NbMoZrVSi_(0.05)和NbMoZrVSi_(0.2)合金波动较大的摩擦学行为,在不同加载力下,含有共晶组织结构的NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在室温滑动干摩擦实验中表现出了稳定的摩擦系数和磨损率。磨损机理分析表明,Zr-Zr3Si共晶组织的形成会抑制NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在摩擦过程中的裂纹萌生扩展以及脆性剥落,并促进随后均匀氧化的发生,使得其仅表现出轻微磨粒磨损的特征,从而使其耐磨性得到显著提升。

关键词：难熔高熵合金共晶组织耐磨性磨粒磨损

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考虑端部槽缝射流压力扰动的造型端壁研究

工程热物理学报 2024年第10期45卷 3041-3048页

作者：杜昆贾毅豪刘存良西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学太仓长三角研究院太仓215400 西北工业大学陕西省航空动力系统热科学重点实验室西安710129 西北工业大学西北工业大学-喀山国立技术大学先进航空发动机热结构国际联合实验室西安710129

以某典型高压涡轮平面叶栅为研究对象,分别研究了槽缝射流导致的端壁静压变化对3种造型幅值下的非轴对称端壁造型气动、冷却及换热特性变化规律。结果表明:MFR=0.75%时,随造型幅值增加,总压损失逐渐减小,叶栅总压损失系数最大可降低2.20... 详细信息

以某典型高压涡轮平面叶栅为研究对象,分别研究了槽缝射流导致的端壁静压变化对3种造型幅值下的非轴对称端壁造型气动、冷却及换热特性变化规律。结果表明:MFR=0.75%时,随造型幅值增加,总压损失逐渐减小,叶栅总压损失系数最大可降低2.208%;端壁造型可显著增加高冷效区面积,但叶片前缘至55%Cax范围内的横向平均气膜有效度降低;对于传热特性而言,端壁造型可以削弱前缘及通道中后部的换热强度,造型幅值越大,削弱效果越明显,面平均换热系数最大降低7.11%;基于带有槽缝射流的端壁静压分布进行造型更有利于提高端壁的冷却特性,降低换热强度。

关键词：非轴对称端壁槽缝射流端壁换热造型幅值

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预合金化粉末制备钛基复合材料研究进展

中南大学学报（自然科学版） 2024年第8期55卷 3151-3164页

作者：杨经纶陈彪李金山西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135

钛基复合材料(TMCs)以其高强度、高比模量、优良的耐磨性和耐热性,成为航空航天等领域广泛使用的先进结构材料。粉末冶金(PM)和增材制造(AM)作为TMCs的常见先进制备工艺,因其具有高材料设计自由度和材料利用率而备受青睐。然而,这些工... 详细信息

钛基复合材料(TMCs)以其高强度、高比模量、优良的耐磨性和耐热性,成为航空航天等领域广泛使用的先进结构材料。粉末冶金(PM)和增材制造(AM)作为TMCs的常见先进制备工艺,因其具有高材料设计自由度和材料利用率而备受青睐。然而,这些工艺在增强相分布、尺寸及结构方面的局限性,使得TMCs的力学性能提升面临挑战。预合金化粉末为TMCs提供了新颖的增强相结构,可以将TiC、TiB等陶瓷颗粒细化至纳米级并均匀分布,显著细化材料,同时,还可以与一次粉末边界(PPB)网络结构结合,实现增强相的多级分布,为PM和AM工艺在优化TMCs的强塑性方面开辟新的途径。基于此背景,本文综述了利用预合金化粉末制备PM TMCs和AM TMCs的研究进展,介绍了预合金化粉末的制备工艺,并探讨了其带来的新型结构与性能优化效果。最后,总结了该工艺在当前阶段面临的突出问题,并展望了未来的研究方向和发展趋势。

关键词：钛基复合材料预合金化复合材料粉末粉末冶金增材制造

定向凝固Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金微观组织演化及单晶生长

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1616-1625页

作者：王强力钟宏李斗郑晗煜胡忠武高选乔张文李双明西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016

采用定向凝固技术研究了Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金微观组织的演化规律,以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体,并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明,Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金... 详细信息

采用定向凝固技术研究了Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金微观组织的演化规律,以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体,并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明,Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金在定向凝固过程中界面更容易失稳,其平-胞界面转变速率小于1μm/s,胞-枝界面转变速率范围约为2~5μm/s。合金的一次、二次枝晶间距均随着定向凝固速率增加而逐渐减小,并分别与抽拉速率满足指数关系。定向凝固后,该合金枝晶干区域富集Co、Cr和Fe元素,而熔点较低的Mn、Ni和Al元素倾向于富集枝晶间区域。以自然竞争法获得的胞状、树枝状亚结构单晶的取向分别为[214]和[213]。纳米力学性能数据表明偏析行为造成的亚结构对单晶体的弹性模量和硬度影响较小,而晶体取向对单晶体的弹性模量影响较大,对硬度值影响较小。

关键词：定向凝固高熵合金微观组织演化亚结构单晶生长

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大曲率板壳综合冷却效率模化数值研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1332-1340页

作者：杜昆梁庭睿宋辉刘存良西北工业大学动力与能源学院西安710129 西北工业大学太仓长三角研究院太仓215400 西北工业大学陕西省航空动力系统热科学重点实验室西安710129 西北工业大学-喀山国立技术大学先进航空发动机热结构国际联合实验室西安710129

现阶段针对航空发动机热端部件复合冷却,提出的综合冷却效率来表征固体表面的无量纲温度分布。基于一维半无限大平板综合冷却效率模化公式为指导实验参数匹配与冷却结构设计提供了理论支持,然而在大曲率区域该模化公式预测误差较大。因... 详细信息

现阶段针对航空发动机热端部件复合冷却,提出的综合冷却效率来表征固体表面的无量纲温度分布。基于一维半无限大平板综合冷却效率模化公式为指导实验参数匹配与冷却结构设计提供了理论支持,然而在大曲率区域该模化公式预测误差较大。因此本文提出一种大曲率板壳综合冷却效率模化的公式,并建立不同曲率的冲击-气膜冷却板壳结构进行验证。结果显示,随着曲率增大,一维半无限大平板综合冷却效率模化公式得到的面平均综合冷却效率预测误差达到52%;在所研究的全部曲率半径模型中,大曲率板壳综合冷却效率模化公式的预测精度显著提高,误差值最大不超过26%。

关键词：综合冷却模化公式曲率板壳预测误差