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ISSN 1005-3093
CN 21-1328/TG
创刊于 1987 年 (月刊)
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  2019年, 第33卷, 第1期 刊出日期:2019-01-25 上一期    下一期
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研究论文
热处理对真空压铸NZ30K镁合金微观组织及力学性能的影响
魏杰,王渠东,叶兵,蒋海燕,丁文江
材料研究学报. 2019, 33 (1): 1-8.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.289
摘要   HTML   PDF (16233KB)

使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、硬度测试和拉伸性能测试等方法,研究了热处理对真空压铸NZ30K镁合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:铸态合金的宏观组织分为表层区和心部区,表层区组织由细小α-Mg等轴晶和分布在晶界的Mg12Nd组成,心部区组织则由细小α-Mg等轴晶、粗大预结晶组织(ESCs)和分布在晶界的离异共晶Mg12Nd组成。在固溶处理过程中心部区晶粒的长大比表层区更为显著,晶界迁移速率与晶粒尺寸不均匀呈正相关性,满足晶粒长大模型v=M0 exp (-Q/RT) A (1/D1-1/D2)。合金的优化热处理工艺为540℃×6 h+200℃×8 h。与铸态合金(UTS=186.0±1.5 MPa,YS=131±2.5 MPa,EL=6.6±0.4%)相比,峰值时效态合金的抗拉强度和屈服强度分别提高到了223.6±4.1 MPa和172.8±2.9 MPa,但延伸率降低到了4.2±0.3%。其强度的提高主要得益于时效析出的片状纳米β"相能够有效地阻碍位错在基面上的滑移。铸态和热处理态合金的表层区断裂模式均为韧性断裂,而心部区的断裂模式在铸态下为准解理断裂、在固溶态下为解理断裂、在峰值时效态下为准解理断裂。

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TaN薄膜的等离子体增强原子层沉积及其抗Cu扩散性能
王永平,丁子君,朱宝,刘文军,丁士进
材料研究学报. 2019, 33 (1): 9-14.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.799
摘要   HTML   PDF (2217KB)

使用Ta[N(CH3)2]5和NH3等离子体作为反物用等离子体增强原子层沉积工艺生长了TaN薄膜,借助原子力显微镜、X射线光电子能谱、四探针和X射线反射等手段研究了薄膜的性能与工艺条件之间的关系。结果表明,TaN薄膜主要由Ta、N和少量的C、O组成。当衬底温度由250℃提高到325℃时Ta与N的原子比由46:41升高到55:35,C的原子分数由6%降低到2%。同时,薄膜的密度由10.9 g/cm3提高到11.6 g/cm3,电阻率由0.18 Ω?cm降低到0.044 Ω?cm。与未退火的薄膜相比,在400℃退火30 min后TaN薄膜的密度平均提高了~0.28 g/cm3,电阻率降低到0.12~0.029 Ω?cm。在250℃生长的3 nm超薄TaN阻挡层在500℃退火30 min后仍保持良好的抗Cu扩散性能。

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加工7075航空铝合金用金刚石涂层刀具的制备及其切削性能
王宜豹,黄楠,刘鲁生,袁子尧,李鹏,张文雪,姜辛
材料研究学报. 2019, 33 (1): 15-26.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.774
摘要   HTML   PDF (30392KB)

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术在WC-Co8%硬质合金刀具表面制备金刚石涂层,调节甲烷浓度等沉积工艺制备了单层金刚石涂层刀具和微米金刚石涂层(1.2 μm)、纳米金刚石涂层(200 nm)交替多层金刚石涂层刀具。以7075航空铝合金作为切削工件,在无润滑干切条件下测试了单层金刚石涂层刀具和多层金刚石涂层刀具的切削性能。实验结果表明,切削2 h后单层金刚石涂层刀具涂层脱落宽度达到35 μm,刀刃钝化;有多层金刚石涂层刀具的刃型保持完整,涂层无脱落。对单层金刚石涂层和多层金刚石涂层平面样品进行了洛氏压痕实验。结果表明,多层金刚石涂层的脱落面积约为单层金刚石涂层脱落面积的1/5到1/10,进一步说明多层金刚石涂层有更强的抵抗裂纹产生的能力。这些结果表明,金刚石多层结构能提高涂层与基体的界面结合力,延长金刚石涂层刀具的使用寿命。

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低电子浓度Ti-Nb-Zr合金组织及性能研究
周洪雷,侯峰起,郝玉琳
材料研究学报. 2019, 33 (1): 27-33.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.436
摘要   HTML   PDF (4762KB)

研究了β稳定元素Nb和中性元素Zr对Ti-Nb-Zr合金的微观组织及力学性能的影响,结果显示:随着Nb和Zr含量增加,α"马氏体相和ω相两种典型亚稳相变均可被抑制,在较低电子浓度条件下获得单一β相组织,其临界电子浓度约为4.19,显著低于Ti-Nb二元合金的临界值(4.24);低电子浓度单一β相Ti-Nb-Zr合金的弹性模量较低,其强度与弹性模量比值较高,具有优于Ti-Nb二元合金的生物力学相容性。

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双连续Si3N4/1Cr18Ni9Ti复合材料的制备和冲蚀性能
杜奇,高勇,任志恒,曹小明,王超,张劲松
材料研究学报. 2019, 33 (1): 34-42.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.296
摘要   HTML   PDF (15459KB)

用凝胶注模和压力铸造两步法制备具有双连续结构的Si3N4/1Cr18Ni9Ti复合材料并分析其物相组成、宏观和微观结构,研究了材料的冲蚀率与攻角、流速、含沙量以及时间的关系。结果表明,与1Cr18Ni9Ti材料相比,Si3N4/1Cr18Ni9Ti复合材料具有双连续结构,界面结合良好;其冲蚀率随着攻角变化的幅度小,冲蚀率与流速之间的关系由1Cr18Ni9Ti材料的线性关系转变为指数关系(E∝V0.67),且随着时间的延长冲蚀率降低;冲蚀率与含沙量之间的关系仍呈线性。具有双连续结构的Si3N4/1Cr18Ni9Ti复合材料,具有更加优异的耐冲蚀性能。

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含有Cu、Mo、Sn的高强度蠕墨铸铁的蠕变行为
武岳,李建平,杨忠,郭永春,马志军,梁民宪,杨通,陶栋
材料研究学报. 2019, 33 (1): 43-52.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.778
摘要   HTML   PDF (15334KB)

研究了一种含有Cu、Mo、Sn的高强度蠕墨铸铁在623~823 K、40~150 MPa的蠕变行为,观察了不同形态的蠕变损伤组织并分析了蠕变变形及断裂机理。当T/Tm>0.5(T为使用温度,Tm为蠕墨铸铁熔点)、载荷大于150 MPa时这种蠕墨铸铁的蠕变变形显著,且变形主要来自基体变形、蠕变空洞的形核长大以及石墨/基体界面的开裂。随着温度的提高和载荷的增加,蠕变变形逐渐由晶界移动转变为晶内变形。在蠕变过程中有两种开裂机制:(I)微裂纹在石墨/基体开裂处形核长大并优先沿铁素体向基体扩展,与邻近石墨/基体开裂连接而逐渐形成主裂纹;(II)晶界处的蠕变空洞形核长大转变成蠕变裂纹。氧原子通过石墨的连通性向组织内部扩散,造成上述两种裂纹表面氧化。由于,石墨、铁素体、珠光体三者性能的差异,石墨/铁素体界面比石墨/珠光体界面更易发生开裂。另外,在773 K、823 K组织中的珠光体分解明显,层片状渗碳体逐渐转变为短棒状,在晶界附近则以颗粒状为主。

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高电导率低热膨胀系数针状焦的制备
秦斌,王群,王富孟,靳利娥,解小玲,曹青
材料研究学报. 2019, 33 (1): 53-58.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.787
摘要   HTML   PDF (5324KB)

将不同量的中间相炭微球(MCMB)引入煤沥青后经过二次生长、融并和中间相重排,制备出层状结构良好和性能优异的针状焦(NCs)。用偏光显微镜观察和分析了所得中间相和半焦组织的结构;用X射线衍射仪和扫描电镜分析了NCs的微观结构;用高精度电阻率测试仪测试了电阻率;用热机械分析仪测定了热膨胀系数。结果表明:加入适量的MCMB有利于提高焦的有序性,促进针状焦石墨片层结构的形成,显著降低针状焦的电阻率和热膨胀系数值;MCMB的添加量(质量分数)低于50%时,NCs结构有序性随着添加量的提高而提高;MCMB的添加量超过50%,则焦的质量下降。MCMB的添加量为50%时电阻率和热膨胀系数值(0°~100℃)分别降低27.9%和45.7%,石墨化度提高46.2%。

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石墨烯改性润滑油的悬浮分散特性和摩擦学性能
佟钰,李宛鸿,董嘉,宋学君,王函,曾尤
材料研究学报. 2019, 33 (1): 59-64.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.798
摘要   HTML   PDF (2921KB)

用分光光度法定量评定润滑油中石墨烯的浓度,根据石墨烯的浓度(0.0125~0.075 mg/mL)与润滑油吸光度之间的正相关特性考察了石墨烯的初始浓度、超声处理时间以及表面活性剂掺量等因素对石墨烯改性润滑油悬浮分散特性的影响和最佳工艺参数范围,并将优化出的分散性良好、长期稳定悬浮的石墨烯改性润滑油用于摩擦学性能测试。结果表明,适当的超声分散和表面改性可提高石墨烯改性润滑油的分散悬浮效果。石墨烯浓度为0.025 mg/mL时石墨烯改性润滑油的摩擦系数降低74.78%,磨斑尺寸减小了28.33%。

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MoP纳米粒子锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能
肖雅丹,靳晓哲,黄昊,吴爱民,高嵩,刘佳
材料研究学报. 2019, 33 (1): 65-71.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.793
摘要   HTML   PDF (5645KB)

用直流电弧等离子体法制备金属钼纳米粉体再使其与赤磷发生固相反应,用两步法制备出磷化钼纳米粒子。使用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等手段表征磷化钼纳米粒子的结构并进行了电化学性能测试。结果表明,MoP纳米粒子呈球状,粒径为20~50 nm;在电流密度为100 mA/g的条件下MoP纳米粒子负极材料的首次放电比容量达到746 mAh/g,50次循环后放电比容量为241.9 mAh/g;电流密度为2000 mA/g时放电比容量为99.90 mAh/g,电流密度恢复到100 mA/g其放电比容量仍然保持247.60 mAh/g。用作锂离子电池的负极材料,MoP纳米粒子具有优异的稳定性和可逆性。

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核用SA508-4N钢粗晶区再热裂纹敏感性评价
陈重毅,麻永林,邢淑清,白庆伟,刘永珍
材料研究学报. 2019, 33 (1): 72-80.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.290
摘要   HTML   PDF (17985KB)

采用等温恒速拉伸方法评价了核用SA508-4N钢焊接粗晶区(CGHAZ)的再热裂纹敏感性。使用激光共聚焦、扫描电镜和透射电镜观测和分析粗晶区和断口处的组织、裂纹以及断口形貌,结果表明:SA508-4N钢的母材为回火马氏体,较高含量的碳和铬影响碳化物的大小和分布状态,粗晶区马氏体的形成不利于抑制再热裂纹的产生。碳化物的析出使晶内和晶界的强度不同,当晶内强度大于晶界强度时形成沿晶脆性断裂;当晶内和晶界强度的差距较小时断裂形式包括穿晶和沿晶断裂。SA508-4N钢粗晶区对再热裂纹不敏感,成分A粗晶区的抗再热裂纹能力比成分B的高。在实际生产中,优选的工艺参数为:成分A、焊接t8/5为25 s、焊后热处理温度580℃。

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