总结了合金相分离方法制备多孔金属材料的最新研究进展。结合合金相分离机理,探讨了相分离过程中界面调幅分解和扩散耦合生长对多孔拓扑结构的形成过程的影响。阐述了相分离合金体系、成分变化和工艺参数对多孔结构的形貌特征、孔隙率以及韧带尺寸特征的影响规律。同时,结合其大比表面积和互联韧带等特征,阐述了相分离多孔金属材料的性能及其在催化、电解质电容器、生物医学等领域的应用前景。最后针对合金相分离制备多孔金属的研究发展趋势进行了展望。
对75%变形量热轧态Cu71Al18Mn11合金进行热区温度分别为800、850和900℃和抽拉速度分别为2、5和15 μm/s的正交定向再结晶实验,研究工艺参数对热轧态Cu71Al18Mn11合金的定向再结晶组织和超弹性性能的影响,并分析定向再结晶机理。结果表明:随着抽拉速度的提高,定向再结晶的效果呈现先增强后减弱的趋势。抽拉速度为2 μm/s时为粗大等轴晶中掺杂着少量柱状晶的组织,抽拉速度提高到5 μm/s时可获得大长径比柱状晶组织,但抽拉速度提高至15 μm/s时则定向再结晶组织为柱状晶与等轴晶混合组织。大长径比柱状晶组织的合金其超弹性性能较好,900℃-5 μm/s定向再结晶合金的应变量为12%时残余应变仅为1.1%,超弹性应变为9.05%。抽拉速度和热区温度影响定向再结晶过程中柱状晶吞并其前端一次再结晶晶粒的速度,从而影响定向再结晶组织;当热区移动的速度、柱状晶吞并前端一次再结晶晶粒的速度和柱状晶前端生成一次再结晶晶粒的速度三者达到平衡时柱状晶界面持续向前推进,最终生成大长径比的柱状晶组织。
用放电等离子烧结技术(SPS)制备钛合金/不锈钢复合板,模拟计算连接界面处的电流密度场、温度场和应力场并分析了复合材料的微观组织、界面微纳力学行为和拉伸性能。结果表明:在高能脉冲电流的作用下发生短时尖端放电使连接界面处的温度瞬间升高,连接界面相对平直并发生了明显的Ti、Fe、Cr原子扩散,在界面处生成了少量的TiFe、TiFe2和FeCr等金属间化合物。结合界面处金属间化合物的硬度达到3.557 GPa,远高于两侧金属基体(钛合金2.943 GPa,不锈钢2.717 GPa)的硬度。钛合金/不锈钢复合板的拉伸强度可达385.7 MPa,分别为钛合金母材和不锈钢母材的72%和80%。在拉伸过程中,不锈钢板解理断裂后钛合金板承载直至发生典型的韧性断裂。
使用Thermo-Calc软件计算CLF-1钢中平衡析出相的成分和含量,研究了各平衡相中的元素分布随温度变化的规律、主元素对各相析出量、析出温度的影响,以及元素在各平衡相之间分配的规律;用透射电子显微镜(TEM)表征了添加Ti元素后析出相的尺寸和数密度。热力学计算结果表明:TaC相中C的分配量只占M23C6中C分配量的约3.3%。C元素的不均匀分配,是CLF-1钢中MX相析出量较低的主要原因之一;在不引入其它强碳化物形成元素的情况下,无法用提高C含量的方式使MX相中C的分配量提高;Cr含量的提高会降低TaC的析出温度,因此其含量不宜超过8.8%;W含量的提高会降低MX析出量,因此不宜超过1.5%;Mn元素对各析出相都没有显著的影响;N含量不宜超过0.02%;在CLF-1钢中添加0.2%Ti可使MX相在650℃的析出量提高9倍,C的分配量提高15倍。实验结果表明:0.2%的Ti元素可使M23C6的数密度降低21.5%,平均尺寸减小20 nm,并使MX相数密度提高4.7倍。这些结果,有力地验证了Ti元素对MX相析出的促进作用。
采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)等手段研究了DZ125L合金在固溶处理过程中组织的演变。结果表明:在固溶过程中,MC碳化物的形态由草书状转变为颗粒状或短棒状;枝晶干γ'相的溶解速率比枝晶间的高;在1240℃和1250℃固溶时,随着保温时间的延长γ'和γ/γ'共晶相的面积分数减小而枝晶间的γ'相平均尺寸增大;而在1230℃固溶时,γ'、γ/γ'共晶相的面积分数以及枝晶间γ'相的平均尺寸按照先减小、后增大、再减小规律变化。在1230℃固溶过程中出现的γ'和γ/γ'共晶相面积分数反常增大,是枝晶干γ'相的快速溶解使枝晶干Ta元素通过γ基体扩散到枝晶间所致。
研究了纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金在拉伸过程中塑性变形产生的空洞裂纹的演化进程与其拉伸力学性能的相关性,比较了服役温度和平均晶粒尺寸对纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金和纳米晶Ni的拉伸力学性能、微结构演化以及位错总长的影响。结果表明:服役温度从低温10 K升到高温1000 K时多晶CoNiCrFeMn高熵合金比单晶CoNiCrFeMn高熵合金屈服应力的降幅分别为14.9%、13.1%和17.4%;多晶Ni比单晶Ni屈服应力的降幅分别为38.9%、30%和32.3%。同时,随着服役温度的提高,纳米晶高熵合金和纳米晶镍的弹性模量和屈服强度呈线性下降趋势。晶界缺陷诱导的内应力和空洞裂纹缺陷,使多晶镍的屈服应力比单晶高熵合金百分比的降幅更大;空洞裂纹缺陷的产生和其外形尺寸改变是材料服役力学性能急剧下降以及纳米晶高熵合金和纳米晶镍拉伸力学性能显著差异的根本原因。拉伸载荷使多晶材料晶粒内先产生极多的内秉堆垛层错,且随着温度的升高大晶粒易分化出细小晶粒并出现晶粒细化的纳观现象。同时,受内应力的诱导多晶高熵合金和多晶镍更易在晶界边缘产生新位错,且位错分布与内应力分布的趋势一致;随着温度的升高热胀冷缩使多晶材料的晶界范围进一步扩张,使应力的分布区域比在低温下更大。
对喷射成形M3高速钢进行不同制度的热处理,使用OM、SEM、TEM、EDS、XRD以及硬度测试等手段研究了这种钢在淬、回火过程中的组织和硬度变化以及硬度偏低问题。结果表明,随着淬火温度的提高组织中的M6C型碳化物百分占比呈降低的趋势,而MC型碳化物的百分占比只有在淬火温度高于1200℃时才稍有降低;在淬火温度不高于1230℃的条件下仍能保证组织中碳化物尺寸细小且均匀分布。组织中的MC型碳化物成分分布的不均匀与其生成和工艺的雾化过程相关。随着淬火温度由1200℃提高到1230℃,钢的回火硬度显著提高。淬火温度的提高使MC型碳化物的溶解量提高,可有效解决喷射成形高速钢硬度偏低的问题。
使用液相沉淀法和热聚合法制备Bi2O3/g-C3N4复合催化剂,用SEM、XRD、XPS、FT-IR和紫外可见漫反射等手段对其微观形貌、晶体结构和光催化性能进行了表征。结果表明,这种Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂的形貌较好、分布均匀,具有较高的光催化性能;复合催化剂Bi2O3/g-C3N4-30%的光催化性能最好,用300 W模拟可见光氙灯照射2 h后对盐酸四环素(TCH)的去除率为70%;捕获实验的结果表明,光催化降解盐酸四环素(TCH)的主要活性物种为超氧自由基(·O2-)。