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高速低温喷涂气固作用行为及喷涂系统研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 101-114页

作者：马式跃刘梅军杨冠军李长久西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域... 详细信息

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域获得广泛关注。以粉末低温高速碰撞沉积过程为主线,凝练现有冷喷涂和低温超音速火焰喷涂两种具体工艺的共性特征,阐明喷涂气流与粉末颗粒的气固两相交互作用规律,分析出合理调控颗粒温度和速度是改善沉积体性能的关键。其次分析高速低温喷涂设备系统的构成,详细讨论各核心部件的结构设计策略及对气固流动行为的影响,总结出通过调整工艺参数与喷枪结构,可以实现颗粒温度和速度的按需控制。最后,对高速低温喷涂工艺及设备系统发展目前尚存的关键问题进行展望。总结如何通过喷涂参数与装置设计,最终达成调控沉积体性能的目的,有助于深入理解高速低温喷涂的沉积机理,对研制高性能的喷涂设备系统具有参考意义。

关键词：高速低温喷涂固相冷喷涂低温超音速火焰喷涂设备系统

事故容错锆包壳表面FeCrAl合金涂层的研究进展

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材料导报 2024年第12期38卷 200-210页

作者：王亚恒左家栋王亚强张金钰吴凯刘刚孙军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

日本福岛核事故暴露出了核燃料包壳锆合金在失水事故工况下的致命缺陷,即锆水反应,同时也引发了高安全事故容错燃料(ATF)包壳材料的研究热点。表面涂层技术是一种有效提升现役锆合金包壳事故容错能力的重要途径,其中FeCrAl合金涂层由于... 详细信息

日本福岛核事故暴露出了核燃料包壳锆合金在失水事故工况下的致命缺陷,即锆水反应,同时也引发了高安全事故容错燃料(ATF)包壳材料的研究热点。表面涂层技术是一种有效提升现役锆合金包壳事故容错能力的重要途径,其中FeCrAl合金涂层由于具有优异的抗高温氧化性能和高温力学性能,是极具发展潜力的ATF包壳涂层候选材料之一。本文主要综述了FeCrAl合金涂层的制备工艺、成分组织、服役性能(力学、氧化、腐蚀、辐照)及失效机制,并对锆合金包壳/FeCrAl涂层体系在工程应用中存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。

关键词：锆合金包壳表面技术 FeCrAl涂层微观组织服役性能失效机制

机器学习型分子力场在金属材料相变与变形领域的研究进展

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金属学报 2024年第10期60卷 1388-1404页

作者：李志尚赵龙宗洪祥丁向东西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

金属材料在服役过程中通常伴随着相变与形变,深入理解其背后的微观机制,对于开发能够满足国家重大需求的新型金属材料至关重要。分子动力学模拟技术,特别是机器学习型分子力场赋能的分子动力学模拟技术,作为一种新的原子模拟范式,正逐... 详细信息

金属材料在服役过程中通常伴随着相变与形变,深入理解其背后的微观机制,对于开发能够满足国家重大需求的新型金属材料至关重要。分子动力学模拟技术,特别是机器学习型分子力场赋能的分子动力学模拟技术,作为一种新的原子模拟范式,正逐渐成为从原子尺度理解金属相变与形变的强有力工具。本文综述了近年来机器学习型分子力场在金属材料相变与形变中的研究进展。首先简述了机器学习型分子力场的基本原理与发展历程;聚焦金属材料的相变与形变过程,着重阐述了机器学习型分子力场对其相变动力学与形变微观机制在原子尺度上的理解;针对现有机器学习型分子力场在金属材料相变与形变研究中存在的壁垒进行总结,并对未来可能的发展方向提出了展望。

关键词：机器学习型分子力场相变与形变分子动力学模拟金属材料

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压气机整体叶盘修复再制造的研究进展

航空材料学报 2024年第3期44卷 65-81页

作者：张高刘梅军韩嘉琪刘宏杨冠军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

压气机整体叶盘的应用,是高性能发动机的典型技术之一,但整体叶盘接触包含各种固体物的高速气流,频繁出现多种不同形式的结构损伤和性能衰退,严重制约发动机高性能、高可靠和长寿命运行。基于深度维修的整体叶盘再制造技术,是解决上述... 详细信息

压气机整体叶盘的应用,是高性能发动机的典型技术之一,但整体叶盘接触包含各种固体物的高速气流,频繁出现多种不同形式的结构损伤和性能衰退,严重制约发动机高性能、高可靠和长寿命运行。基于深度维修的整体叶盘再制造技术,是解决上述难题的有效途径。本文针对压气机整体叶盘修复再制造过程中的共性基础问题,总结国内外整体叶盘修复再制造的历史沿革和技术发展,根据整体叶盘几何结构损伤形式和服役损伤形式,从损伤可修复评估与设计、熔焊修复技术、压力焊修复技术、钎焊及激光增材修复及技术、表面加工及优/强化技术等五个部分进行系统阐述,并探讨整体叶盘修复再制造中评估设计、技术发展和深度修复等重要问题,旨在推动整体叶盘再制造技术快速发展和应用。

关键词：压气机整体叶盘修复再制造

放电等离子体烧结结合高温热处理制备高强高导热氮化硅陶瓷

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2934-2941页

作者：李涛张博魏智磊邓康史忠旗西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室西安710049

采用放电等离子体烧结(SPS)结合高温热处理工艺,以α-Si_(3)N_(4)为主要原料、MgSiN_(2)和Y_(2)O_(3)为复合烧结助剂制备出兼具高强度和高导热性能的Si_(3)N_(4)陶瓷,研究了SPS温度对Si_(3)N_(4)陶瓷致密化过程和热导率的影响,并分析了... 详细信息

采用放电等离子体烧结(SPS)结合高温热处理工艺,以α-Si_(3)N_(4)为主要原料、MgSiN_(2)和Y_(2)O_(3)为复合烧结助剂制备出兼具高强度和高导热性能的Si_(3)N_(4)陶瓷,研究了SPS温度对Si_(3)N_(4)陶瓷致密化过程和热导率的影响,并分析了高温热处理温度对Si_(3)N_(4)陶瓷微观结构和性能的影响。结果表明,Si_(3)N_(4)陶瓷的致密度和热导率随着SPS温度的升高而提高,在1600℃保温5 min即可制备出致密度约为99%的Si_(3)N_(4)陶瓷样品。对其进行高温热处理发现,样品的热导率随着热处理温度的升高而提高,抗弯强度则与之相反。经1800℃热处理的样品,热导率为57.36 W·m^(-1)·K^(-1),相较未经热处理的样品提升了13.27%,同时抗弯强度仍保持在743 MPa的较高水平。

关键词：氮化硅放电等离子体烧结高温热处理热导率抗弯强度

添加WC颗粒对镁合金表面等离子喷涂Al基涂层耐腐蚀和耐磨损性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第7期34卷 2275-2288页

作者： Haroon RASHID 雒晓涛董昕远张黎李长久西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室西安710049

常规热喷涂工艺制备的金属涂层内的粒子界面弱结合导致其不能为基材提供长效的腐蚀防护,因此,采用大气等离子喷涂,实现粒子间的冶金结合,制备高致密Al-15%WC(体积分数)复合涂层。结果表明,由于WC颗粒中C元素的去氯效应,以及超高温熔滴(>... 详细信息

常规热喷涂工艺制备的金属涂层内的粒子界面弱结合导致其不能为基材提供长效的腐蚀防护,因此,采用大气等离子喷涂,实现粒子间的冶金结合,制备高致密Al-15%WC(体积分数)复合涂层。结果表明,由于WC颗粒中C元素的去氯效应,以及超高温熔滴(>1800℃)间的自冶金结合,在最优等离子喷涂条件下制备出无氧化物杂质的涂层。涂层的致密结构使其表现出优异耐腐蚀性能,其腐蚀电流密度比镁合金基体降低4个数量级,比纯铝块材降低2个数量级。WC硬质颗粒的添加使Al-WC复合涂层的耐磨损性能相较纯Al块材提高1个数量级。

关键词：大气等离子喷涂 Al-WC涂层自冶金结合去氧效应耐腐蚀性耐磨性

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2023年新型光电半导体材料热点回眸

科技导报 2024年第1期42卷 188-203页

作者：马伟凡群平刘宇航闫晗周科王艺林赵超毕召召吴强王炳俊白海瑞西安交通大学金属材料强度国家重点实验室

第三代光电半导体具有可溶液低成本加工，透明轻薄，柔韧性好，可大面积成膜以及具有光电响应和离子传输能力等独特优势。聚焦此类半导体材料所制备的器件，回顾了有机光伏以及有机/无机杂化钙钛矿光伏的最新进展，探讨了其在柔性自供... 详细信息

第三代光电半导体具有可溶液低成本加工，透明轻薄，柔韧性好，可大面积成膜以及具有光电响应和离子传输能力等独特优势。聚焦此类半导体材料所制备的器件，回顾了有机光伏以及有机/无机杂化钙钛矿光伏的最新进展，探讨了其在柔性自供电、建筑光伏一体化等应用场景下的显著优势，讨论了第三代发光器件在材料选择和结构设计等方面的发展及其在照明和显示领域的应用前景；盘点了第三代半导体材料在人工光电突触方面的最新进展，主要聚焦于新机理、新器件结构、新功能，同时介绍了人工突触器件在感存算一体芯片、神经网络、智能仿生器件方面的最新应用。凝练了该领域所面临的重点科学问题，并展望了未来的科研及应用趋势。

关键词：第三代光电半导体有机光伏钙钛矿光伏第三代发光器件人工光电突触

基于冷烧结技术的陶瓷-聚合物复合材料研究进展

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航空制造技术 2024年第4期67卷 46-57页

作者：郭靖邰晓倩司明明西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

传统的陶瓷烧结一般需要1000℃以上的高温,烧结周期长、能耗高。高温会对界面控制、物相稳定、材料共烧等产生不利影响,因此,很难以聚合物为填料实现陶瓷-聚合物复合材料的共烧。冷烧结技术通过引入中间液相溶解-沉淀过程,实现了在≤30... 详细信息

传统的陶瓷烧结一般需要1000℃以上的高温,烧结周期长、能耗高。高温会对界面控制、物相稳定、材料共烧等产生不利影响,因此,很难以聚合物为填料实现陶瓷-聚合物复合材料的共烧。冷烧结技术通过引入中间液相溶解-沉淀过程,实现了在≤300℃时陶瓷的快速致密化,有效解决了陶瓷与聚合物的共烧问题。从冷烧结技术的发展概况出发,介绍了冷烧结工艺及致密化机制,详细阐述了冷烧结技术在陶瓷-聚合物复合材料中的应用及发展情况,包括微波介质材料、铁电材料、锂离子电池、压敏材料、半导体材料和热电材料,并分析了冷烧结技术目前待解决的问题,对冷烧结技术的未来发展做出展望。

关键词：冷烧结陶瓷聚合物复合材料共烧

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纳米结构多主元合金的力学行为及强塑化机制

金属学报 2024年第1期60卷 16-29页

作者：刘畅吴戈吕坚西安交通大学金属材料强度国家重点实验室材料创新设计中心西安710049 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心西安710049 香港城市大学机械工程系中国香港999077 香港城市大学深圳研究院深圳518057

超强高塑性合金在基础设施、航空航天、国防军工等领域中有广泛的应用需求,然而,金属的塑性通常随着强度的增加而降低,即:强度-塑性相互掣肘。本文从纳米结构多主元合金的强塑化研究存在的挑战出发,综述了剧烈塑性变形、物理气相沉积、... 详细信息

超强高塑性合金在基础设施、航空航天、国防军工等领域中有广泛的应用需求,然而,金属的塑性通常随着强度的增加而降低,即:强度-塑性相互掣肘。本文从纳米结构多主元合金的强塑化研究存在的挑战出发,综述了剧烈塑性变形、物理气相沉积、机械合金化等纳米结构制备方法对多主元合金力学性能的影响。阐述了相关合金的跨尺度变形机制及塑性变形起源,并对未来纳米结构多主元合金的研发及机制分析进行了展望。

关键词：多主元合金纳米结构强度塑性剧烈塑性变形物理气相沉积