应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱技术等手段研究了G18CrMo2-6钢正火组织中第二相在680℃下保温一系列时间段的转变。结果表明, 在正火后贝氏体中析出相主要为马氏体/奥氏体(M/A)组元和合金渗碳体(M₃C); 在回火保温初期M/A分解为铁素体(α)与M₃C组织, 随着保温时间延长M₃C逐渐球化并溶解, M₂₃C₆在晶界析出并长大, 同时基体上有细小弥散的MC相析出。即回火保温过程中组织随时间的延长发生M/A→α+M₃C, M₃C→M₂₃C6+MC的变化。

为了从微观分子相互作用层面研究三维打印骨支架工艺中的粉末粘结机理及本质, 本文采用分子动力学的模拟仿真方法, 分别从内聚能密度结合能、对关联函数、力学性能等方面对目前应用较多的PVP、PAM、PVA三种粘结剂的性能进行了研究, 并将所得结果进行了分析和比较。仿真结果表明, 三种粘结剂与HA相互作用模型的界面结合能的大小关系与粘结剂本身的内聚能密度大小关系一致, 即PAM > PVA > PVP; 粘结剂高分子与羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA)的对关联函数分析表明, 粘结剂与HA发生相互作用主要是通过高聚物中的极性官能基团与HA中的Ca原子、羟基发生作用形成离子键、氢键, 且离子键作用强度较大; 此外, 三种相互作用模型各个方向的力学性能较单一HA有所降低, 且相互作用模型力学性能的优劣关系为PVA/HA > PAM/HA > PVP/HA, 这一结论与结合能的大小关系并不完全一致, 这说明相互作用模型的力学性能与粘结剂的粘性并不存在特定的内在关系。

采用渗流铸造法制备W纤维/Zr基非晶复合材料, 研究高径比的变化对复合材料室温压缩力学性能的影响。结果表明, 复合材料的屈服强度随样品高径比的增大先降低, 高径比大于1时趋于平稳。高径比大于或等于1.25时, 复合材料的压缩塑性应变变化不大。高径比小于1.25时, 复合材料的压缩塑性应变均大于50%。压头与样品端部摩擦力的作用、W纤维之间非晶丝高径比的变化和W纤维与非晶基体之间变形的不匹配综合作用最终导致小高径比的复合材料样品具有更好的压缩力学性能。

采用熔融共混法与阻燃剂复配法制备了MWNTs/CMSs/PET复合材料。通过扫描电镜(SEM)、极限氧指数法(LOI)、UL94垂直燃烧法、锥形量热仪(Cone)及热重红外联用分析仪(TG-IR)表征了样品的结构、阻燃性能及热降解行为, 分析了MWNTs/CMSs阻燃PET材料的阻燃机理。结果表明, 当MWNTs/CMSs添加量为1%(质量分数), MWNTs与CMSs质量比为1: 1/2时, 二者可有机地结合为一个整体, 有利于MWNTs/CMSs在PET基材中发挥协同阻燃作用。与纯PET及CMSs/PET相比, MWNTs/CMSs/PET能有效降低火灾危险性。MWNTs/CMSs阻燃PET主要是通过MWNT与CMSs两者的协同作用延缓PET热裂解行为, 一方面MWNTs在其燃烧时可在PET表面形成致密的网络状炭层结构, 减少了熔滴的产生; 另一方面CMSs其燃烧时在PET表面形成湍流炭, 以此阻止氧气和热量进入PET内部, 同时释放出不燃气体CO₂以降低周围环境中可燃气体的浓度, 阻止燃烧的继续进行, 最终实现了MWNTs/CMSs/PET材料的良好阻燃。

采用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM)及能谱(EDAX)等方法, 研究了Ni-4.66Cr-5.87Co-7.54Mo-2.90W-4.97Ta-6.32Al合金在900℃和1000℃的高温氧化行为。结果表明, 合金氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快, 氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化, 且呈现氧化温度越高波浪式越明显的特征; 氧化300 h后合金表面氧化物膜分为2层, 外层氧化物为NiO、Ni₂Cr₂O₄、Ni₂CoO₄和CoTa₂O₆, 分布在外层的CoTa₂O₆抑制基体中元素Al向外扩散, 形成内层氧化物Al₂O₃。在氧化期间, 合金内部生成了内氮化物AlN, 且在合金内部AlN与Al₂O₃成规律性分布, 与外氧化膜相邻的为元素Al的内氧化物Al₂O₃区域, 远离外氧化膜的基体内部为元素Al的内氮化物AlN区域, 随氧化温度升高, 内氧化区和内氮化区的深度增加, 内氧化物和内氮化物的尺寸增大。

利用Gleeble-1500D热模拟压缩试验机对Si-Mn-Cr-B合金钢进行高温单道次热压缩试验, 研究了不同应变速率(0.01-5 s^-1)、不同变形温度(950-1200℃)、50%变形程度条件下的热变形行为, 探索了应变速率和变形温度对应力-应变曲线和微观组织演变的影响, 并在Arrhenius型双曲正弦函数的基础上建立了Si-Mn-Cr-B合金钢的热变形本构方程。结果表明: Si-Mn-Cr-B合金钢高温变形时的峰值应力随应变速率的增大和变形温度的降低而升高, 而高温变形受热激活能过程的控制, 其热变形激活能为Q=372.6 kJ/mol; 材料在变形过程中发生了动态再结晶, 随着温度的升高和应变速率的降低, 动态再结晶晶粒的平均尺寸均呈增大趋势。

结合数值模拟与实验研究了常规条件下Al-Bi偏晶合金难混溶区的凝固过程, 分析了Bi含量对Al-Bi偏晶合金显微组织演变的影响。结果表明, 成分为Al-10%Bi合金试样下部组织中富Bi液滴的平均直径和体积分数分别是成分为Al-5%Bi合金试样下部组织中富Bi液滴平均直径和体积分数的1.1倍和12.8倍, 且Al-10%Bi合金试样下部聚集了大量的大尺寸富Bi液滴, 其显微组织均匀性较差; 成分为Al-5%Bi的合金试样中富Bi液滴的平均尺寸较小, 显微组织较均匀; 偏晶点成分的Al-3.4%Bi偏晶合金显微组织中无大尺寸富Bi液滴生成, 显微组织均匀。分析表明, 富Bi相含量的增加导致液滴受重力作用增强, 加剧了难混溶区液-液相分离和分解的凝固行为, 增大了富Bi液滴的尺寸和数量, 液滴受到的Ostwald熟化和碰撞凝并的作用增强, 促使大量的大尺寸富Bi液滴聚集在试样下部, 加重了偏晶合金显微组织的宏观偏析。

通过XRD, SEM, EDS分析和显微硬度测试, 研究了Fe含量对CrMoVNbFe_x高熵合金铸态组织的相结构变化、微观组织和力学性能的影响。结果表明, 随Fe含量的增加, 合金相结构由单一的bcc结构固溶体逐步转化为bcc和σ两相结构。合金的铸态组织为典型树枝晶, Mo主要分布在枝晶内, Fe和Cr主要分布在枝晶间, 随Fe含量的增加, Nb在枝晶间的含量增加。随Fe含量的增加, 合金的组织显著细化, 而且显著提高合金的硬度, 最高硬度达到HV950。

采用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了大厚度TiAlN涂层, 并对大厚度涂层的力学性能进行了系统的研究。结果表明: 梯度增加和循环增加N₂流量制备大厚度涂层的厚度分别达到68.79 μm和64.48 μm, 且涂层力学性能良好; 大厚度涂层残余应力沿层深的分布, 总体趋势从膜基界面向表面逐渐增大, 全膜厚平均压应力低于1 GPa, 表面硬度近2000 HV, 循环大厚度涂层的膜基结合好于梯度大厚度涂层, 而梯度大厚度涂层展现出更低的摩擦系数与磨损率。

采用Gleeble试验机研究了厚规格 (22mm) X80管线钢的动态相变行为, 得到了动态CCT曲线, 对不同冷却工艺钢的显微组织、力学性能以及析出行为进行了系统的对比分析。结果表明, 在40℃/s的高冷速条件下试验用钢的组织为细小的板条贝氏体(LB), 相变终止温度达到约400℃; 在超快冷工艺条件下钢卷的强度有所提高, 韧性没有明显的变化; 其显微组织中准多边形铁素体(QF)的比例下降, 板条贝氏体(LB)的比例上升, M/A岛的比例有所降低; 轧后快冷可抑制奥氏体中的析出, 提高Nb在铁素体中的析出比例, 使析出粒子尺寸更加细小, 提高析出强化效果。

高温腐蚀性环境是发动机热端部件热障涂层出现机械应力失配和氧化锆晶型变化从而发生失效的主要原因之一。本文通过共沉淀-煅烧法制备了Yb/Y双掺杂氧化锆粉体, 压片烧结后进行高温熔盐(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂, CMAS)腐蚀实验, 利用XRD、SEM及EDS等表征手段对腐蚀过程中元素的扩散和物相、形貌的变化进行研究。结果表明, 氧化锆晶格中的Yb在腐蚀过程中先于其他元素与CMAS反应而流失(从氧化锆晶格扩散至腐蚀剂中), 但Yb的流失能减缓Y元素的偏析, 从而稳定亚稳四方相氧化锆(\begin{array}{c}\stackrel{\text{′}}{t}\end{array}-ZrO₂); Yb的最优掺杂量为5%, 此时腐蚀反应产生的单斜相氧化锆(m相)的含量最少。

根据磁控溅射金属铜膜在超声清洗中从硅基底上发生剥落的现象, 分析了样品在声场中的运动和受力状态, 发现样品会发生受迫振动, 拉-拉周期应力引起膜基界面的失效是薄膜脱落的主要原因, 而空化作用是次要原因。通过建立的力学模型, 计算了膜基结合强度。与划痕法等所测得的膜基结合强度值的比较, 计算值与测量值在数量级和与溅射参数变化趋势上有很好的吻合。此评价方法可以应用于溅射铜膜/多晶金刚石的膜基体系上, 并研究了超声参数、基底表面形貌、基底成份等因素对膜基结合强度的影响。