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Zr添加及冷轧形变对TiNi合金微观结构及力学性能的影响

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材料工程 2024年第6期52卷 184-192页

作者：张江千佳祥杨院霞郝刚领王幸福王新福王伟国许巧平延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000 中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室合肥230031

采用真空电弧熔炼+吸铸制备Ti_(50-0.5x)Ni_(50-0.5x)Zr_(x)系列合金。金相观察和拉伸力学性能测试表明,添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率,过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr_(2)Ni的生成而降低力... 详细信息

采用真空电弧熔炼+吸铸制备Ti_(50-0.5x)Ni_(50-0.5x)Zr_(x)系列合金。金相观察和拉伸力学性能测试表明,添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率,过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr_(2)Ni的生成而降低力学性能。对Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金进行多道次冷轧形变和退火处理,结果表明:Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金的抗拉强度σb及断后伸长率δ均随冷轧退火道次的增加而提高,经过四道次的冷轧变形后,二者分别由未经轧制的561 MPa,11.14%提高到768 MPa,35.1%。SEM和TEM微观观察表明,冷轧过程中沿晶分布的硬质Ti_(2)Ni颗粒被剪切、破碎、细化,呈不连续分布。700℃退火处理后,形变组织发生回复再结晶,出现纳米晶和非晶区,且随冷轧形变的增加,基体中可见大量的板条状纳米孪晶组织和高密度位错。

关键词： TiNi合金力学性能冷轧形变微观结构 Zr元素添加

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脉冲电流作用下纯铁及RPV钢缺陷修复的正电子湮没研究

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核技术 2024年第8期47卷 15-22页

作者：文海懿全琪玮杨炫烨赵文增张思敏吴奕初刘向兵武汉大学物理科学与技术学院湖北省核固体物理重点实验室武汉430072 苏州热工研究院有限公司苏州215004

为探究电脉冲处理(Electropulsing Treatment,EPT)对金属材料缺陷的修复作用,设计了一套电脉冲处理设备和与其配套的处理方法,并对电子辐照样品与拉伸样品等含有缺陷的金属材料样品进行电脉冲处理。利用正电子谱学对原子尺度缺陷的十分... 详细信息

为探究电脉冲处理(Electropulsing Treatment,EPT)对金属材料缺陷的修复作用,设计了一套电脉冲处理设备和与其配套的处理方法,并对电子辐照样品与拉伸样品等含有缺陷的金属材料样品进行电脉冲处理。利用正电子谱学对原子尺度缺陷的十分灵敏的特点,对电脉冲处理后样品进行正电子寿命谱学等研究,获得纯铁及反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)钢辐照或形变产生的缺陷及通过电脉冲处理后的部分“修复”情况。结果表明:缺陷“修复”的效果既与样品初始状态有关,又与电脉冲处理参数有关,电脉冲处理样品的正电子平均寿命和维氏硬度变化趋势一致。正电子湮没作为新的无损检测方法有望给出脉冲电流作用下材料损伤或缺陷“修复”的判据,可方便、快速及高灵敏探测实际工况部件的缺陷状态。

关键词：正电子湮没脉冲电流缺陷修复纯铁

稀土Y元素对CuAlMn形状记忆合金晶粒细化及其力学性能的影响

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材料工程 2024年第7期52卷 214-224页

作者：千佳祥杨院霞张江郝刚领王幸福王新福王伟国李先雨许巧平延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000 中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室合肥230031

CuAlMn形状记忆合金具有优良的耐热稳定性和高阻尼特性,在多种领域有着明确的目标需求,然而,晶粒粗大易导致沿晶断裂,严重弱化了合金的力学性能。为改善合金力学性能,引入了稀土Y元素,采用电弧熔炼吸铸炉制备了Cu-11.36Al-5Mn-xY(x=0~3... 详细信息

CuAlMn形状记忆合金具有优良的耐热稳定性和高阻尼特性,在多种领域有着明确的目标需求,然而,晶粒粗大易导致沿晶断裂,严重弱化了合金的力学性能。为改善合金力学性能,引入了稀土Y元素,采用电弧熔炼吸铸炉制备了Cu-11.36Al-5Mn-xY(x=0~3,质量分数/%,下同)系列铸态合金,又经固溶时效对合金微观组织进行了调控和均质化。采用DSC、XRD、金相和SEM对合金的相变、物相、微观组织结构进行了表征。通过显微硬度计和万能材料试验机测试了合金的硬度和力学性能。结果表明,Y元素添加可有效细化CuAlMn合金晶粒,晶粒尺寸从数百微米下降至10μm左右,同时伴随着大量网格状含Y析出相沿晶析出,冷却过程中晶粒形核区的增多和生长受到抑制是晶粒细化的主要因素。合金硬度随Y元素添加量的增大而升高,这与合金中大量含Y硬脆相的析出有关,Y含量越高,析出相体积分数越高,此外,固溶时效态样品硬度高于铸态样品,源于固溶时效态样品析出相在整个基体内的分布和更高的析出相体积分数。合金的压缩强度和拉伸断裂强度在Y元素含量为0.1%~0.4%时得到明显提升,其强化机制可通过细晶强化、沉淀强化和固溶强化来理解。合金压缩断裂应变在Y元素含量为0.4%时达到最大,断后伸长率在Y元素含量为0.1%时达到最大,其变化趋势与晶粒细化和沉淀析出相的耦合效应有关。

关键词： CuAlMn形状记忆合金稀土Y元素添加晶粒细化力学性能

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激光诱导石墨烯的制备、改性与应用

复合材料学报 2024年第6期41卷 2761-2774页

作者：李钊刘翠中国科学技术大学化学系合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所合肥230031

激光诱导石墨烯(Laser induced graphene,LIG)是一种新型的石墨烯制备技术,该工艺是通过高能束辐照含碳基底实现三维网络结构石墨烯的快速生成。与传统的石墨烯制备工艺相比,LIG制备技术具有快速制备、可图案化、环境友好、微观形貌可... 详细信息

激光诱导石墨烯(Laser induced graphene,LIG)是一种新型的石墨烯制备技术,该工艺是通过高能束辐照含碳基底实现三维网络结构石墨烯的快速生成。与传统的石墨烯制备工艺相比,LIG制备技术具有快速制备、可图案化、环境友好、微观形貌可控和成分可控等特点,因此受到了广泛的关注。本文总结了LIG近年的研究进展,包括前驱体的成分调控、光源的选择和LIG的微结构控制。同时也探究了近年来LIG的原位和非原位的修饰改性方法,阐述了LIG在柔性储能电极和传感器领域的应用,并对LIG在集能源、传感和检测一体化设备方向的发展进行展望。

关键词：激光诱导石墨烯原位掺杂复合材料柔性电极传感器

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冷轧退火循环对富镍TiNiZr合金微观组织及力学性能的影响

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复合材料学报 2024年

作者：张江郝刚领千佳祥杨院霞王幸福王伟国汪聃许巧平中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室延安大学物理与电子信息学院

TiNi形状记忆合金具有优异的功能特性和结构特性，在多种领域有着明确的目标需求。本文聚焦B2结构奥氏体富镍TiNi合金，拟通过冷轧退火循环调控TiNi合金微观结构，以期提升合金较低的力学强度和塑性形变能力。系统考察了Ti48.9Ni50.9Zr... 详细信息

TiNi形状记忆合金具有优异的功能特性和结构特性，在多种领域有着明确的目标需求。本文聚焦B2结构奥氏体富镍TiNi合金，拟通过冷轧退火循环调控TiNi合金微观结构，以期提升合金较低的力学强度和塑性形变能力。系统考察了Ti48.9Ni50.9Zr0.2和Ti47.9Ni51.9Zr0.2合金力学性能和微观结构与冷轧形变以及再结晶退火之间的依赖关系。拉伸力学性能测试表明，冷轧退火循环可显著提升合金综合力学性能，其中Ti48.9Ni50.9Zr0.2合金6道次冷轧退火后抗拉强度从未轧制样品的550 MPa提升至1070 MPa，断后伸长率从4.9%增加至10.0%。通过EBSD、SEM和TEM微观结构观察可以发现，合金多道次冷轧退火后，形变组织和再结晶组织交替变化，合金晶粒显著细化，发生了明显的择优取向，合金织构进一步增强。析出相Ti2Ni和Ti3Ni4破碎细化，纳米级Ti3Ni4与基体间有着良好的晶格匹配性。此外，合金中出现了应力诱发的马氏体以及析出相附近大量高密度位错。合金力学性能与材料微观结构密切相关，强度和塑性提升机制可通过细晶强化、位错强化、沉淀强化和织构强化来理解。

关键词： TiNi合金冷轧形变微观结构力学性能 Ti Ni 析出相

Y元素及双步轧制对CuAlMn合金微观结构和力学特性的影响

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复合材料学报 2024年

作者：千佳祥郝刚领杨院霞许巧平王幸福王伟国延安大学物理与电子信息学院中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室

Cu基形状记忆合金由于晶粒粗大和弹性各向异性，呈现出较低的力学断裂强度和塑性形变能力。本文通过添加微量稀土Y元素制备了系列Cu-11.36Al-5Mn合金，并经热轧和双步轧制（热轧+冷轧）实现了对合金微观结构的调控。实验发现，CuAlMn合... 详细信息

Cu基形状记忆合金由于晶粒粗大和弹性各向异性，呈现出较低的力学断裂强度和塑性形变能力。本文通过添加微量稀土Y元素制备了系列Cu-11.36Al-5Mn合金，并经热轧和双步轧制（热轧+冷轧）实现了对合金微观结构的调控。实验发现，CuAlMn合金由奥氏体和少量的18R马氏体组成。Y元素添加后，晶粒得到显著细化，基体中可见沿晶分布的含Y沉淀析出相以及伴生的富Al相，热轧形变后晶粒进一步细化，高密度位错和位错胞元结构出现。双步轧制退火后，位错密度持续增大并出现了高密度位错缠结，沿晶析出大量富铜?沉淀相，孪晶和马氏体条交替排列。拉伸力学性能测试表明，稀土Y元素可显著提升合金的力学性能，热轧和双步轧制后进一步提高，拉伸断裂强度从366.67 MPa (原始态)→546.99 MPa (0.4%Y )→879.25 MPa (80%热轧)→1025.25 MPa (60%热轧-60%冷轧)。断后伸长率与拉伸断裂强度具有相同的变化趋势，从原始态的3.05%提升至双步轧制形变后的8.38%。最大超弹性应变随Y元素的添加而增大，但相同应变下原始态CuAlMn具有更高的超弹性，且经历轧制形变后超弹性应变迅速下降。最后，通过微观结构的演变系统讨论了合金力学性能提升机制。

关键词： CuAlMn合金双步轧制微观结构力学特性稀土Y添加

硼元素对CuAlNiMn形状记忆合金微观组织与力学性能的影响

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材料工程 2024年

作者：杨院霞千佳祥张江郝刚领王幸福王新福王伟国李先雨许巧平延安大学物理与电子信息学院中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室

通过在合金中引入微量硼元素，采用真空电弧熔炼炉制备Cu-12Al-4Ni-Mn-xB（x=0%， 0.1%，0.2%， 0.3%，质量分数，下同）形状记忆合金，研究硼的添加对合金微观结构、物相转变和力学性能的影响。结果表明：硼的引入可显著细化晶粒，晶... 详细信息

通过在合金中引入微量硼元素，采用真空电弧熔炼炉制备Cu-12Al-4Ni-Mn-xB（x=0%， 0.1%，0.2%， 0.3%，质量分数，下同）形状记忆合金，研究硼的添加对合金微观结构、物相转变和力学性能的影响。结果表明：硼的引入可显著细化晶粒，晶粒尺寸从数百微米下降至(11±3.45) μm。硼元素添加后，物相转变温度向高温侧移动，表明相变过程需要更高的热激活能。当硼含量为0.2%时，合金显微硬度得到提升，由未添加硼元素的(301.7±2.6)HV提高至(334.3±3.4)HV，这应与晶粒细化和硬脆相硼化物的析出有关。合金拉伸断裂强度和断后伸长率得到极大提升，当硼含量为0.2%时，断裂强度由(320±2.6) MPa提高至(788±17) MPa，伸长率由(1.44±0.05)%提高至(3.74±0.12)%，固溶退火后，二者进一步提升至(856±10.7) MPa和(5.78±0.16)%。分析表明，细晶强化、硼化物颗粒的沉淀强化以及固溶强化是力学性能提升的主要机制，合金断裂模式由脆性断裂转变为韧性断裂。

关键词： CuAlNiMn形状记忆合金晶粒细化微观结构力学性能

放电等离子烧结制备W-ZrC/HfC-Re合金的力学性能和热稳定性研究

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稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1321-1331页

作者：王慧丁晨师谢卓明刘瑞方前锋王先平刘长松吴学邦中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

采用机械球磨和放电等离子烧结法(SPS)制备了W-0.5%ZrC-(1, 3)%Re(WZC1R,WZC3R)和W-0.5%HfC-(1,3)%Re(WHC1R,WHC3R)(质量分数)4种钨基材料,并对其微结构、力学性能和高温稳定性进行了测试与分析。WZC3R合金在500℃时的极限抗拉强度(UTS... 详细信息

采用机械球磨和放电等离子烧结法(SPS)制备了W-0.5%ZrC-(1, 3)%Re(WZC1R,WZC3R)和W-0.5%HfC-(1,3)%Re(WHC1R,WHC3R)(质量分数)4种钨基材料,并对其微结构、力学性能和高温稳定性进行了测试与分析。WZC3R合金在500℃时的极限抗拉强度(UTS)高达728 MPa,600℃时UTS维持653 MPa,比SPS制备的纯W提升近2.1倍。弥散分布的纳米尺寸ZrC颗粒起到钉扎晶界和位错的作用,提升了材料强度,此外抑制晶粒粗化带来细晶强化作用。WHC3R在400℃时,其延伸率为13.9%,韧脆转变温度(ductile-brittle transition temperature, DBTT)介于300℃和400℃,比SPS制备的W-ZrC和纯W分别降低200℃和300℃。固溶元素Re通过增加可动滑移面的数量,降低引发塑性变形所需的临界应力,从而改善钨材料的韧性。SPS制备的4种钨基材料展现出优异的热稳定性,1600℃真空退火1 h后,试样的晶粒尺寸和维氏显微硬度均未显著变化。其原因是Re溶质原子使钨产生晶格畸变,抑制高温下钨原子的扩散,阻碍晶界迁移,减缓钨晶粒粗化的动力学过程,从而提升材料的高温稳定性。

关键词：钨合金固溶强化弥散强化力学性能高温稳定性

卤化物钙钛矿金属位铋离子掺杂的调控研究进展

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物理学进展 2024年第2期44卷 73-95页

作者：黄小芮孙悦贺圣荣邢军新疆固体物理与器件重点实验室新疆大学乌鲁木齐830017 物理科学与技术学院新疆大学乌鲁木齐830017

高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池目前正从实验室研发向工业生产转型,并在未来全球能源领域展示了其不可估量的应用价值。为了实现高性能的金属卤化物钙钛矿太阳能电池,钙钛矿材料作为有源工作层,其性能的提高和优化过程经过了十几年,... 详细信息

高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池目前正从实验室研发向工业生产转型,并在未来全球能源领域展示了其不可估量的应用价值。为了实现高性能的金属卤化物钙钛矿太阳能电池,钙钛矿材料作为有源工作层,其性能的提高和优化过程经过了十几年,并已取得巨大的进步。本文以高性能卤化物钙钛矿中金属位铋离子掺杂的调制研究为重点,系统总结了卤化物钙钛矿薄膜的发展和常规制备工艺。研究表明,三元阳离子钙钛矿可以抑制黄相的形成、改变晶粒尺寸、提高稳定性等特点,成为未来高性能钙钛矿光电器件的首选。文章还对铋离子(Bi^(3+))掺杂钙钛矿体系进行了讨论,研究发现Bi3+的特殊电子结构和无毒化学性质,不仅能够提高钙钛矿的稳定性,还能灵活调控钙钛矿的光电性能,从而实现铋离子掺杂的高性能钙钛矿太阳能电池。结合目前卤化物钙钛矿太阳能电池的研究现状,我们可以预见在未来的器件优化过程中,可以将铋离子掺杂策略与三元混合阳离子钙钛矿相互结合。最后,我们展望了实现高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池的几个潜在研究方向。

关键词：钙钛矿铋离子掺杂太阳能电池光电性能