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材料导报 2024年第15期38卷 8-12页

作者：高磊屈星海吴一栋陈晶阳肖程波惠希东北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

K439B镍基合金是一种承温能力达800℃的新型铸造高温材料,在发动机机匣类复杂结构件有重要应用前景。作为该合金中的主要晶界强化相,碳化物在合金长期时效过程中的演化规律尚不清楚。以K439B合金为对象,在800℃下对该合金进行了6000~100... 详细信息

K439B镍基合金是一种承温能力达800℃的新型铸造高温材料,在发动机机匣类复杂结构件有重要应用前景。作为该合金中的主要晶界强化相,碳化物在合金长期时效过程中的演化规律尚不清楚。以K439B合金为对象,在800℃下对该合金进行了6000~10000 h的等温时效实验,研究了其长期时效过程中碳化物的演变规律和转变机理。结果表明,K439B合金的组织稳定性优异。经过长期时效后,晶界和枝晶间组织中仍保留大部分标准热处理态时的MC型碳化物,仅有部分MC型碳化物分解为M_(23)C_(6)型碳化物和γ′相,未出现η相和σ相等TCP有害相。晶界M_(23)C_(6)型碳化物表现出两种不同的粗化行为,一是M_(23)C_(6)型碳化物逐渐宽化,在长期时效后宽度均一,碳化物排列整齐;二是在某些晶界部位,粗化后的M_(23)C_(6)型碳化物呈现不规则的形状,甚至向晶粒内部延伸。晶界M_(23)C_(6)型碳化物并未出现沿整个晶界的完全相连情况,其主要是γ′相颗粒将两个相邻的M_(23)C_(6)型碳化物分隔所致。

关键词： K439B镍基高温合金长期时效组织稳定性碳化物

Mn含量对Ti-6Al-4Mo合金显微组织和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 718-725页

作者：黄庆国应字祥王志磊张志豪刘新华北京科技大学新材料技术研究院材料先进制备技术教育部重点实验室现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083

以开发综合力学性能良好的高弹性模量钛合金为研究目的,采用冷坩埚悬浮熔炼法制备了Ti-6Al-4Mo-x Mn(x=0,1,2,3,4,质量分数,%)合金,研究了Mn含量对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4Mo-x Mn合金由α和β相组成,未出现Ti... 详细信息

以开发综合力学性能良好的高弹性模量钛合金为研究目的,采用冷坩埚悬浮熔炼法制备了Ti-6Al-4Mo-x Mn(x=0,1,2,3,4,质量分数,%)合金,研究了Mn含量对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4Mo-x Mn合金由α和β相组成,未出现Ti-Mn相。随着Mn含量的增加,合金的α→β相变温度降低,合金中β相的体积分数增加,合金的组织变细,魏氏组织逐渐增多;合金的硬度(HRC)从30增加到46,抗拉强度从838 MPa增加到1266 MPa,这是因为Mn元素在合金中引起了固溶强化和组织细化;合金的弹性模量呈现先升高后降低的趋势,当Mn含量为1%时,合金的弹性模量最高,约136 GPa,同时抗拉强度为916 MPa,较Ti-6Al-4V合金分别提高24.0%和3%,综合力学性能最好。

关键词： Mn含量 Ti-6Al-4Mo-xMn合金显微组织力学性能弹性模量

基于EBM增材制造CoNi基高温合金组织与力学性能

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航空材料学报 2024年第2期44卷 125-132页

作者：李龙飞喻遥闫春雷冯强北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金,并结合电子束熔化(electron beam melting,EBM)技术的工艺参数优化,制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明... 详细信息

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金,并结合电子束熔化(electron beam melting,EBM)技术的工艺参数优化,制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明:扫描速度为2000 mm/s时,合金孔隙率最低,约为0.14%;打印态CoNi基合金显微组织为沿方向生长的柱状晶粒,平均晶粒宽度约为235μm,γ′相体积分数约为30%;经过热等静压及固溶时效处理后,孔隙率进一步降低至约0.09%,柱状晶粒基本没有变化;γ′相的平均尺寸为(70±18)nm,体积分数为(32±3.6)%。室温拉伸实验结果表明,增材制造γʹ相强化CoNi基高温合金展示出优异的强塑性配合,展示出良好的工业应用前景。

关键词： CoNi基高温合金增材制造裂纹敏感性显微组织力学性能

Al和Cr协同作用提高核用高强钢耐水蒸气氧化性能

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金属学报 2024年第3期60卷 357-366页

作者：彭祥阳张乐李聪聪侯硕刘迪周建明路广遥蒋虽合中广核研究院有限公司设备研究所深圳518000 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

前期研发的Fe-Ni-Al基超高强度马氏体时效钢表现出了良好的力学和抗辐照性能,然而典型Cr_(2)O_(3)氧化保护膜的耐热钢在轻水反应堆高温高压含水蒸气的服役环境中极易失效,亟待研发兼具抗高温水蒸气氧化、优异力学和抗辐照性能的先进材... 详细信息

前期研发的Fe-Ni-Al基超高强度马氏体时效钢表现出了良好的力学和抗辐照性能,然而典型Cr_(2)O_(3)氧化保护膜的耐热钢在轻水反应堆高温高压含水蒸气的服役环境中极易失效,亟待研发兼具抗高温水蒸气氧化、优异力学和抗辐照性能的先进材料。本工作在前期研发的Fe-Ni-Al系超高强度马氏体时效钢基础上添加不同含量的Cr元素,在保持新型马氏体钢优异力学性能的同时,对其在干燥空气和含水蒸气环境中的氧化性能进行研究。采用非自耗真空电弧炉制备合金铸锭,并对时效处理后的高强钢进行600℃干燥空气和潮湿空气2种环境中的抗氧化性能测试,对氧化后样品的表面和截面形貌进行微观组织表征。结果表明,添加9%Cr后的Fe-13Ni-2.3Al高强钢在600℃空气+10%水蒸气的气氛中氧化100 h的平均单位面积增重仅为0.1 mg/cm^(2),是添加5%Cr的Fe-13Ni-2.3Al高强钢和Fe-18Ni-3Al马氏体时效钢的1/50。对氧化后高强钢微观组织表征分析表明,在Al和Cr元素协同作用下,Fe-13Ni-9Cr-2.3Al高强钢在600℃空气+10%水蒸气条件下表面自发形成了富Fe、Cr、Al的复合氧化膜,提高了抗高温水蒸气氧化性能,其中Cr通过第三组元效应降低氧化物膜-基体界面氧分压,从而促进在高温水蒸气条件下在基体表面形成致密连续的富Al氧化膜。

关键词：超高强度钢水蒸气氧化氧化膜第三组元效应协同效应

(Ti_(35)Zr_(40)Nb_(25))_(100-x)Al_(x)(x=0,5,10,15,20)高熵合金相组成、组织和力学性能

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材料工程 2024年第1期52卷 108-117页

作者：曹前蔚鸾翀李基民叶丰刘斌斌北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

难熔高熵合金主要由难熔金属元素组成,其熔点通常高于1800℃,且具有高热稳定性和优异抗高温软化能力,在高温领域具有巨大的应用潜力,但是高密度导致的比强度不足和室温脆性等缺点成为其应用的阻碍。本文设计并制备了系列新型非等原子比(... 详细信息

难熔高熵合金主要由难熔金属元素组成,其熔点通常高于1800℃,且具有高热稳定性和优异抗高温软化能力,在高温领域具有巨大的应用潜力,但是高密度导致的比强度不足和室温脆性等缺点成为其应用的阻碍。本文设计并制备了系列新型非等原子比(Ti_(35)Zr_(40)Nb_(25))_(100-x)Al_(x)(x=0,5,10,15,20)轻质难熔高熵合金,研究了Al含量对相组成、组织和力学性能的影响。X射线衍射分析表明,随着Al含量的增加,合金的相结构由无序BCC转变为有序B2。五种铸态合金具有类似的组织形貌,铸锭边缘存在一个沿着冷却方向生长的细长枝晶区域,铸锭中心区域则主要为等轴枝晶。能谱分析表明Nb元素在枝晶干偏聚,Al和Zr元素则富集在枝晶间,这是由Nb的高熔点以及Al和Zr的强键合共同决定的。室温压缩实验发现Al含量的增加导致合金的屈服强度和抗压强度均逐渐提升,但没有降低室温塑性,所有合金的室温压缩断裂应变均超过50%。

关键词：高熵合金相组成组织元素编析力学性能固溶强化

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型壳加热温度对单晶高温合金显微组织及“雀斑”形成的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1191-1203页

作者：王志成李嘉荣刘世忠杨万鹏王效光北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

利用所设计的阶梯试样进行定向凝固试验和模拟,研究定向凝固过程型壳加热温度对单晶高温合金铸件显微组织和“雀斑”形成的影响。分析糊状区的温度场及形貌。结果表明,升高型壳加热温度,一次和二次枝晶间距减小,糊状区液相的渗透率和对... 详细信息

利用所设计的阶梯试样进行定向凝固试验和模拟,研究定向凝固过程型壳加热温度对单晶高温合金铸件显微组织和“雀斑”形成的影响。分析糊状区的温度场及形貌。结果表明,升高型壳加热温度,一次和二次枝晶间距减小,糊状区液相的渗透率和对流通道的宽度降低,“雀斑”形成倾向性降低,“雀斑”宽度减小,“雀斑”区域枝晶碎片减少。此外,随着型壳加热温度的升高,糊状区液相冷却速率增加,糊状区熔体的冷却时间减少,液体流动对枝晶的破碎程度得到削弱,这进一步降低单晶高温合金铸件“雀斑”形成的倾向性。

关键词：单晶高温合金 “雀斑”形成型壳加热温度定向凝固数值模拟

J55钢在模拟CO_(2)注入井环空环境中的关键性腐蚀因素

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材料研究学报 2024年第4期38卷 308-320页

作者：崔怀云刘智勇卢琳北京科技大学新材料技术研究院北京100083 国家市场监管重点实验室(钢制管子及管件安全评价) 石家庄050000 海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室鞍山114000

基于实际CO_(2)驱注井环空环境计算环空参数、测试电化学和进行相关性分析,研究了环境总压、CO_(2)分压、pH值以及温度对J55钢腐蚀电化学行为的影响。结果表明,CO_(2)分压和温度是影响J55钢腐蚀速度的关键因素。CO_(2)分压与电荷转移电... 详细信息

基于实际CO_(2)驱注井环空环境计算环空参数、测试电化学和进行相关性分析,研究了环境总压、CO_(2)分压、pH值以及温度对J55钢腐蚀电化学行为的影响。结果表明,CO_(2)分压和温度是影响J55钢腐蚀速度的关键因素。CO_(2)分压与电荷转移电阻(Rct)显著相关,Spearman相关系数为-0.623;CO_(2)分压的升高使溶液的pH值降低从而促进析氢反应,使腐蚀速率提高。温度与Rct的相关行显著,Spearman相关系数为-0.692;温度的降低抑制材料的电化学反应活性且阻碍腐蚀产物膜的形成,减缓了J55钢的腐蚀。溶液初始pH值的降低能促进J55钢的腐蚀,但是温度和CO_(2)分压的影响可将其覆盖。

关键词：材料失效与保护 CO_(2)腐蚀电化学 J55 钢环空环境

GH4169合金中富铌相的定量统计分布表征方法研究及应用

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冶金分析 2024年第4期44卷 1-8页

作者：宋妍王蓬杨植岗周晴晴李冬玲鲍磊钢铁研究总院有限公司金属材料表征北京市重点实验室钢研纳克检测技术股份有限公司

GH4169合金中加入了大量的铌元素来提高其高温强度，在其制备过程中不可避免产生铌偏析，并导致较多富铌相的产生，这些富铌相的形貌、数量、尺寸及其分布均会对材料的力学性能产生直接影响，因此有必要对富铌相进行原位定量统计分布表... 详细信息

GH4169合金中加入了大量的铌元素来提高其高温强度，在其制备过程中不可避免产生铌偏析，并导致较多富铌相的产生，这些富铌相的形貌、数量、尺寸及其分布均会对材料的力学性能产生直接影响，因此有必要对富铌相进行原位定量统计分布表征。本文基于扫描电子显微镜(SEM)多视场自动采集和能谱高效分析技术，建立了GH4169合金大尺寸范围内全域微米级富铌相的定量统计分布表征方法，通过对扫描电子显微镜亮度、对比度进行设置，能谱计数采集时间的优化，实现了富铌相颗粒与基体组织图像的良好分割和微米级富铌相的可靠检出，获得了测试区域内全域富铌相的位置、形貌、尺寸、数量等信息，并绘制了富铌相二维分布图和尺寸频度分布图谱。将方法应用于GH4169合金棒材横截面不同区域富铌相的定量统计分布表征，探讨了棒材中心到边缘富铌相数量、尺寸分布的演变规律。富铌相数量呈中心、边缘少，r/2(r为半径)处多的趋势；富铌相中心平均尺寸最大，r/2与边缘富铌相平均尺寸较为接近，较中心处有减小趋势。对后续改进工艺，降低富铌相的尺寸提供了参考。

关键词：富铌相扫描电子显微镜(SEM) 能谱(EDS) 定量统计分布 GH4169合金尺寸数量

与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

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科学通报 2024年第14期69卷 1906-1922页

作者：耿宇陈超陈匡磊张先坤张铮张跃北京科技大学前沿交叉科学技术研究院北京100083 后摩尔时代芯片关键新材料与器件教育部重点实验室北京100083 新能源材料与技术北京市重点实验室北京100083 北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 新金属材料国家重点实验室北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

作为现代信息社会的物理基石,以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程.但是,随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限,传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战,导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急... 详细信息

作为现代信息社会的物理基石,以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程.但是,随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限,传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战,导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生.超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势,可有效解决上述问题,被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一.目前,二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果,但距离产业化应用仍需要克服一些挑战.本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势,系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题,提出了相应解决办法和应对措施,分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战,明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.

关键词：集成电路二维过渡金属硫族化合物电子器件与硅基技术兼容

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