Gum Metal特指一类符合某些特定电子状态参数和成分条件的钛合金, 具有很多特异的性能, 如室温超塑性、低加工硬化率, 经历超过90%的冷旋锻后具有高强度、非线性超弹性、低的杨氏模量, 以及Invar和Elinvar性能等。自Gum Metal问世以来, 其特异性能的机理和变形机制便一直存在很大的争议。本文结合作者近几年的研究工作, 从合金设计、制备工艺、性能、成分敏感性和塑性变形行为等几个方面, 综合评述了该类合金的研究现状。

用无催化碳热还原法合成了大量三维分级的In2O3亚微/纳米结构, 用XRD、SEM、TEM和EDS等手段对In2O3纳米棒的形貌、成分和结构进行了表征。结果表明: In2O3纳米棒为具有体心立方结构单晶, 沿着<100>和<111>方向外延生长, 属于自组装和气固外延生长机制。同质外延生长的分级结构是``二次成核''和气固生长协同作用造成的。In2O3纳米棒的室温光致发光的发光峰位于386和435 nm, 属于紫外发光和蓝光发光, 分别起源于近带边发射和光生空穴与占据单离子氧空位的电子之间的复合。

采用第一性原理平面波赝势方法研究了两种氨硼烷结构(Pmn21及P42cm)的晶格参数、电子结构以及动力学性质。结果表明, Pmn21结构的能量低于P42cm结构, 与实验观测结果相符, 即低温相为Pmn21结构而室温相为P42cm结构。Pmn21到P42cm相变所引起的结构变化主要体现为氨硼烷分子间双氢键键长显著增加, 而分子内部化学键键长变化不大。根据电子态密度分析了氨硼烷的成键状态。氨硼烷室温相的XRD图谱和FTIR图谱的理论预测结果与实验结果符合得较好。

采用等离子镀膜方法在纳米ZnO颗粒表面沉积一层有机薄膜, 制备出聚合物/ZnO复合材料。用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、光致发光光谱(PL)和紫外--可见吸收光谱(UV--Vis)对其形貌、结构和性能进行表征, 研究了聚合物/ZnO复合材料的光学性能以及聚合物与纳米ZnO颗粒的结合强度。结果表明, 用等离子镀膜法可在纳米ZnO颗粒表面沉积一层醋酸乙烯酯(VAC)聚合物薄膜, 薄膜与无机纳米ZnO颗粒以共价键形式结合, 结合牢固。 这层聚合物薄膜改变了纳米ZnO的表面性能, 导致聚合物/ZnO复合材料的紫外--可见吸收能力增强而光致发光性能降低。

数值模拟和实验研究了6201合金管材连续流变扩展挤压成形过程中的温度场分布和熔体流动规律。结果表明, 在连续流变扩展挤压6201合金管材过程中, 辊--靴型腔中的合金等温线向轧辊侧偏移, 随着浇注温度的升高半固态区间逐渐下移; 在辊--靴型腔中合金熔体服从牛顿流体的层流运动规律, 从工作辊表面向靴表面速度依次递减, 在靴表面速度为0 m • s^-1; 在扩展挤压模中合金呈辐射状逐层填充扩展腔, 并发生分流--汇合流动, 呈现出均匀的层流流动, 在模具中心和分流孔流动速度最大, 并逐渐向侧壁递减; 与分流孔中心位置和焊合部位对应的成形管材横断面流线密集, 在两者之间出现一个流线舒缓的过渡地带; 制备6201合金管材的合理浇注温度范围为750--780℃。

用化学共沉淀法制备4.5%Y2O3--ZrO2(YSZ)和0.6% La2O3--YSZ、0.8% La2O3--YSZ、1.2% La2O3--YSZ(0.6La、0.8La、1.2La)(摩尔分数)纳米复合陶瓷粉末, 研究了四组粉末的高温相稳定性。结果表明: 采用正向滴淀方法制备的0.6La粉末(粒径~50 nm)团聚严重, 而用反向滴淀方法制备的0.6La粉末(粒径~20 nm), 粉末团聚少; 各组前躯体粉末在600℃煅烧2 h后都呈单一四方相结构; 在1200℃烧结100 h后0.6La、0.8La坯体呈单一四方相结构, 无相变, YSZ和1.2La坯体都有立方相且1.2La坯体有锆酸镧相生成; 在1300℃烧结100 h后0.6La, 0.8La, 1.2La坯体呈四方相和立方相结构, 其中1.2La坯体有锆酸镧相生成, 在相同条件下烧结的YSZ坯体有少量(~1.5\%)单斜相产生; 在1400℃烧结100 h后各组份中四方相已不能保持稳定, 转化为单斜相和立方相, 0.6La、0.8La、1.2La、YSZ坯体单斜相含量分别为30.5%, 32%, 35%, 46.0%。在YSZ中添加少量La2O3在1300℃烧结能有效改善其高温相的稳定性。

研究了含饱和CO2的NaCl溶液pH值对3Cr低合金钢腐蚀及其电化学行为的影响。结果表明: 当NaCl溶液的pH值较低(2, 3.9)时, 腐蚀产物膜为单层结构, 呈龟裂状; 当pH值较高(6.5)时, 腐蚀产物具有三层结构, 外层腐蚀产物为颗粒状, 内层仍呈龟裂状。NaCl溶液的pH值对3Cr低合金钢的腐蚀电化学行为也有显著影响。 NaCl溶液的pH值升高能改变电极过程中的主要阴极反应, 使腐蚀电位逐渐负移, 且电荷转移电阻的增大使腐蚀电流密度减小。

将20Mn5钢和20Mn5Si2钢进行淬火和配分(Q&P)工艺处理, 用扫描电镜观测其微观组织, 用X射线法测量残余奥氏体量, 研究了Si对其微观组织和力学性能的影响。结果表明, 试验钢中的奥氏体含量明显高于传统的TRIP钢和Q&P工艺处理钢; 在相同Q&P工艺条件下, 20Mn5Si2钢比20Mn5有较多的残余奥氏体, 析出物数量较少。同时, 20Mn5Si2钢具有较低的屈服强度、较高的抗拉强度和达到28 GPa\%的强塑积。Si的添加提高了中锰钢中残余奥氏体量, 这种奥氏体在拉伸变形过程中的TRIP效应是产生较高抗拉强度高和延伸率的主要原因。

采用化学共沉淀法制备了具有α相和β相相互嵌套结构的氢氧化镍。用X--射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外光谱(FT--IR)和扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的微观结构和表面形貌。用循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)和充放电测试表征了样品的电化学性能。结果表明, 与纯β相氢氧化镍相比, α/β互嵌结构的氢氧化镍具有更高的电化学反应活性、更低的电化学反应阻抗和更高的放电比容量和放电电压。同时, α/β互嵌结构氢氧化镍还具有较好的循环性能。

用微弧氧化和溶胶凝胶法在AZ91D镁合金表面制备复合膜层, 用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等分析手段表征其成分、相结构和截面形貌, 研究了复合膜层的耐蚀性。结果表明, 溶胶凝胶膜有效地封闭了镁合金表面微弧氧化膜的微孔, 形成结合力好且较为致密的复合膜层。复合膜层的组成主要有MgO、MgAl2O4、SiO2和ZrO2, 其耐蚀性能有显著提高。

将Fe--Cr--Ni--Co合金堆焊在304不锈钢表面, 再对冷却后的堆焊层进行表面重熔, 进行不同时间的空蚀实验。采用失重分析、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪分析空蚀后的合金层, 与304不锈钢和堆焊层对比, 研究了表面重熔对耐空蚀性能的影响。结果表明: 堆焊层和重熔层的耐空蚀性能远高于304不锈钢, 重熔后的合金层其耐蚀性优于堆焊层; 在空蚀过程中发生了奥氏体向马氏体的转变, 吸收了空蚀能量, 延缓了空蚀的进行; 堆焊合金的表面重熔使晶粒细化, 细化的晶粒对裂纹发展的阻止作用提高了耐空蚀性能。

通过2024--T3和新型2524--T34铝合金的疲劳实验和对试样表面及疲劳断口的观测, 研究了材料的微观结构和疲劳裂纹萌生机制。实验在室温下完成, 应力比为0.1、加载频率为15 Hz。结果表明: 实验材料呈现了再结晶的层状晶粒结构, 晶粒沿着轧制方向被拉长, 并较为平坦。2024铝合金中二相粒子的分布更为密集无序, 且粗大、不规则形状的二相粒子分布更多, 而2524铝合金中二相粒子多沿轧制方向呈带状分布。2524铝合金中的多数裂纹萌生于材料中含Fe的粗大的$\beta$相粒子, 并伴有少量的滑移带裂纹形核和材料缺陷裂纹形核等; 包铝层的滑移带形成的挤入挤出为2024和2524包铝合金的裂纹多处形核提供了主要位置。

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(rf--PECVD), 在45钢表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜, 借助激光拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM), 分析了DLC膜的键结构、表面形貌和结构特征, 用原位纳米力学测试系统测定了薄膜的硬度。以GCr15钢为摩擦副材料, 用UMT--Ⅱ摩擦磨损实验机考察了不同载荷和滑行速度条件下DLC膜的摩擦磨损性能, 并分析了磨损机理。结果表明, 在45钢表面沉积的薄膜具有典型的类金刚石薄膜的结构特征, 薄膜表面由致密的纳米级颗粒组成, 具有较高的硬度。在各种摩擦磨损实验条件下DLC薄膜表现出良好的抗磨损性能, 摩擦系数均明显比45钢的低, 尤其在高速低载下摩擦系数低至0.008。

采用有机醇盐水解法制备SiO2溶胶, 用浸渍--提拉制膜技术在AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷层表面制备SiO2膜层, 研究了镁合金表面微弧氧化--SiO2复合膜层的微观结构和耐蚀性。结果表明: SiO2溶胶进入微弧氧化陶瓷层表面的微孔并形成了SiO2膜层; 由微弧氧化陶瓷层和SiO2膜层组成的复合膜层的腐蚀电位比单一陶瓷层明显提高, 其腐蚀电流密度减少约二个数量级; 水/正硅酸乙酯的摩尔比显著影响复合膜层微观结构, 进而改变SiO2膜层阻挡腐蚀介质的能力。

研究了Ni2+掺杂近化学计量比铌酸锂(Ni2+:SLN)晶体的近红外发光特性。用980 nm LD光激发, Ni2+:SLN单晶的近红外发光中心位于1087 nm, 荧光峰半高宽约为72 nm。晶体荧光衰减特性的测定结果表明, 其室温荧光寿命为~240 μ s。晶体的近红外的宽带发光, 源于Ni2+离子八面体格位的3T2g(3F)→3A2g(3F)能级跃迁。

采用多弧离子镀技术和Ti--Al合金靶及Zr单质靶的组合, 在高速钢基体上制备了(Ti,Al,Zr)N多元N梯度硬质反应膜。分别用扫描电镜、X射线衍射仪观察测定(Ti, Al, Zr)N梯度膜膜层的表面、断面形貌、成分以及相结构, 研究了(Ti, Al, Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能。结果表明, 与TiN、(Ti, Al)N、(Ti,Zr)N及(Ti, Al, Zr)N等单层硬质膜相比, 采用Ti--Al合金靶及单质Zr靶组合方式制备的(Ti, Al, Zr)N多元氮梯度硬质反应膜具有较高的硬度和膜/基附着力, 硬度最高可达HV6000, 膜/基附着力大于180 N。同时, 膜层还具有良好的抗热震性能。

提出了一种在室温、潮湿和大气环境等温和条件下, 通过酯化反应在纳米SiO$_{2}$微球表面接枝偶氮分子, 合成纳米SiO2引发剂的新方法。使用这种纳米SiO2引发剂原位引发单体苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯进行自由基聚合, 在SiO2表面接枝聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。结果表明: 用合成的纳米SiO2引发剂原位引发单体聚合后, 在纳米SiO2表面接枝的聚合物约占SiO2质量的45%; 接枝聚合物后体系的平均粒径从80 nm增大到大约100 nm, 得到了以SiO2为核、以聚合物为壳的无机/有机复合微球。

分别用溶胶-凝胶法和原位氧化聚合法制备了镨掺杂钡铁氧体/聚吡咯复合膜, 借助X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析仪等手段表征了复合膜的结构和形貌, 研究了样品的磁性能和吸波性能。结果表明, 复合膜的饱和磁化强度Ms和剩余磁化强度Mr均比钡铁氧体单膜的低, 复合膜的矫顽力Hc比钡铁氧体膜的高; 镨掺杂钡铁氧体--聚吡咯复合膜兼具介电损耗和磁损耗, 有利于拓宽吸收频带和改善吸波性能。

采用1,2--双--(三甲氧基硅基)--乙烷(BTME)和聚甲基含氢硅氧烷(PMHS)作为反应组分, 在无需模板剂的溶胶--凝胶体系中制备了孔壁镶嵌乙基和孔道表面挂载甲基的有机--无机杂化多孔凝胶材料。用固体硅核磁共振、傅里叶红外光谱、低温氮气吸附/脱附、高分辨透射电镜、接触角测定和热重分析等手段研究了材料的结构和性能。结果表明, 在PMHS/BTME质量比为1 : 8、碱量为0.08 g、水量为2 mL的溶胶--凝胶条件下, 制备出的疏水有机--无机杂化凝胶材料骨架稳定性良好, 结构性能优异(比表面积和孔体积分别为1076 m2/g和1.03 cm3/g)。

用固相烧结法制备掺杂La2O3的Ba0.55Sr0.45TiO3/Mg2TiO4微波复合陶瓷, 研究了掺杂对其微观结构、微波(f=10 GHz)介电性能和调谐率的影响。结果表明: 当掺杂La2O3量(质量分数)为1.2%时, La3+进入BST晶格, 且抑制了BST/Mg2TiO4中Ti从+4向+3价转化; La2O3的掺入比较明显地降低了介电常数和微波损耗, 当掺杂La2O3量为1.2%时介电常数为52, 损耗角为0.0011(f=10 GHz), 调谐率13.6%(3 kV/mm)。