用熔融-退火-放电等离子体烧结法(SPS)制备了晶粒尺寸均匀致密度高的La0.75Fe3CoSb12热电合金. 研究了退火时间和温度对Skutterudite合金晶粒长大影响, 晶粒生长动力学指数n=2.7, 表观生长激活能Q=381±30 kJ/mol, 晶粒长大主要受扩散机制控制. SPS的致密度随烧结时间的延长和湿度的升高而增加, SPS后微观组织的观察表明, 通过控制退火湿度可有效地控制合金最终的晶粒尺寸.

以X射线衍射分析术为主要分析手段, 探讨了双相合金Mg-8Li-1Al(质量分数, %)在等通道转角挤压(ECAP)变形过程中的变形方式. α相在第1道次ECAP过程中主要的变形方式是{1011}<1012>孪生, 在随后道次的ECAP过程中主要变形方式为位错滑移, 变形方式的转让变主要是由于ECAP造成的组织细化效应; 对于β相, 各道次ECAP的主要变形方式均为位错滑移.

随着等通道转角挤压(ECAP)次数的增加, Mg-8Li-1Al(质量分数, %)合金的室温拉伸强度和塑性同时增加, 对应当1, 2, 3, 4次ECAP, 合金的屈服强度分别为169, 185, 196和198 MPa, 延伸率分别为12%, 14%, 25%和27%. 微观组织分析表明, ECAP方法在细化两相组织、提高合金强度的同时, 还改善了α相组织的均匀性和等轴性, 并使各晶粒间的了以向差逐渐增大.这种处在非平衡状态的、具有较大取向差的晶界结构, 在室温拉伸变形过程中可激活晶界滑移或晶粒转动等变形方式, 进而使材料的塑性随道次增加而得到提高.

采用喷雾干燥法制备了4种不同Ca含量的BSCCO 2223初始粉末, 并研究了Ca掺杂对Bi-2223银包套超导带材的相转化、微观结构和电流传输性能的影响. 实验表明, 增加Ca含量促进了2223相的转化和提高了带材的临界电流, 但同时也在超导芯中引入了较多的富Ca的非超导杂相. 分析认为, 较高的Ca含量增加了体系烧结过程中液相的含量, 进而促进了相转化和晶粒生长及晶间连接, 因而改善了电流传输输能力.

以析出热力学、长大动力学及位错理论为基础, 研究了铝合金在时效过程中盘/片状、棒/针状析出相尺寸、体积分数对时效合金强化效果的影响, 从微观-宏观相结合的角度建立了具有盘/片状、棒/针状细小时效强化相铝合金的时效工艺屈服强度量化模型, 并通过513 K温度下时效Al-Cu-Mg合金和463 K温度下时效Al-Mg-Si合金的实验结果对模型进行了验证, 取得了较满意的吻合结果. 并对本模型的模拟精度与时效析出相参数之间的关系进行了讨论.

研究了定向凝固NiAl-28Cr-5Mo-1Hf合金的显微组织和高温拉伸蠕变行为. 该合金由NiAl相、Cr(Mo)相和少量聚集在NiAl和Cr(Mo)相界处Ni2AlHf（Heusler）相组成。 蠕变曲线表现为较短的减速度蠕变阶阶段和较长的稳态蠕变阶段及较高的蠕变应变，且蠕变后显微组织的变化不大. 该合金的蠕变由晶格自扩散引起的位错攀移所控制. 蠕变断裂数据符合Monkman-Grant关系.

定量研究了相场模型中过冷度、温度对相场的耦合系数、各向异性系数等参数对晶粒形貌的影响, 讨论了不同枝晶形貌和海藻状形貌的产生和转化. 研究了生长速度与晶粒形貌及相扬参数的联系, 分析了枝晶生长尖端的分叉及边枝的产生原理.

研究了孔隙率、孔径对闭孔泡沫铝合金导热系数的影响, 结果表明, 由于大量孔洞的存在, 泡沫铝的导热系数较同样成分的实体材料显著下降, 低孔隙率在0.80—0.93范围内, 约为实体材料的1/30—1/80, 随着孔隙率的增加, 导热系数迅速下降, 而孔径对泡沫铝的导热系数影响不大. 从串-并联和并-串联模型出发, 分析了孔隙率对泡沫铝材料导热系数的影响, 发现串-并联模型更能反映泡沫铝的结构特征, 与实测值吻合更好.

研究了冷轧多晶Ni3Al-(0.2%, 0.6%, 1.0%, 1.5%)Zr(原子分数)合金在不同热处理温度(800—1100)℃下的显微组织和力学性能. 结果表明, 适当的热处理温度, 可使无硼Ni3Al-Zr多晶合金获得优良的室温拉伸强度和塑性. 随着热处理温度的升高, 不同Zr含量Ni3Al合金的再结晶体积分数增加, 再结晶晶粒尺寸增大, 室温拉伸强度下降. 随着合金中Zr含量的增加, 再结晶温度降低, 再结晶晶粒尺寸减小. 不同Zr含量Ni3Al合金的拉伸塑性明显依赖于热处理温度. 对于低Zr(0.2%)合金, 在1000℃热处理后, 拉伸塑性最佳; 对于中Zr(0.6%)合金,在850℃热处理后, 拉伸塑性达到最大值; 对于高Zr(≥1.0%)合金,拉伸塑性峰值出现在900℃热处理下, 当热处理温度超过900℃, 拉伸塑性显著降低.

利用透射电子显微镜观察冷拔缩径变形和退火后低碳锰硼钢的组织形貌, 研究了该钢的变形特征及组织演化规律. 结果表明: 在变形带中, 铁素体沿平行于剪切应力方向形成条带状亚晶, {110}晶面为变形条带状亚晶的滑移面, 条带状亚晶内存在高密度位错; 经退火处理后, 条带状亚晶内的位错束集成与条带状亚晶界垂直的位错胞壁, 形成类方形位错胞结构; 进一步经位错胞壁的扩散迁移, 形成各胞壁之间呈120°夹角的亚晶结构.

对亚包晶、过包晶以及接近包晶点分成的Zn-Cu二元合金进行了定向凝固实验, 研究其在45 K/mm的温度梯度以及2—6400 μm/s凝固速度下的组织选择及深化规律, 发现Zn-2%Cu的低速度凝固组织为η相单相生长, 高速下为η相胞晶+胞晶间ε相的组织; Zn-2.7%Cu, Zn-3%Cu以及Zn-4%Cu的低速凝固组织为η相基体+ε相定向枝晶, 高速凝固组织为η相胞晶+ε相等轴晶, 基于最高界面生长温度判据, 在充分形核假设下对凝固过程中的相选择规律进行了分析, 并与实验结果较好的吻合.

最高界面生长温度判据在充分形核假设条件下已经被应用于包晶凝固的相选择分析中, 但在形核成为组织和相选择的重要控制因素时则需要对其适用性进行考察. 本文在采用最高界面生长温度判所据基础上, 通过分析界面沿成分过冷区的形核条件, 对依据最高界面生长温度判据建立的组织选择图进行了修正, 获得的结果能够很好地描述实验中获得的包晶合金定向凝固组织的演化规律.

研究了II、III型过载对I型疲劳裂纹扩展行为的影响并与I型过载进行比较. 结果表明: 单周II、III型过载也延迟了其后的I型疲劳裂纹扩展, 但作用程度小于I型过载; 过载延迟效应随过载时基础载荷的降低和过载比的加大而增强, 在近门槛区过载表现为疲劳裂纹扩展停止、疲劳门槛提高, 在高基础载荷过载时疲劳裂纹则延缓、减速扩展. 过载延迟行为主要由裂尖尾迹塑性诱导裂纹闭合和裂尖附近残余压应力状态引起.

利用电化学阻抗技术研究了温度、Cl-浓度、Cr元素对N80钢CO2腐蚀电极过程的影响. 结果表明, 随着温度的升高, CO2腐蚀的阴极、阳极电极反应速率会明显增大, 与此同时, 温度的升高又容易使腐恂产物膜在试样表面形成, 对基体金属起到一定的保护作用. 增加介质中的 Cl-浓度, 会使阳极溶解速率先增加, 后减小; 阴极还原速率则缓慢减小; 同时, Cl-还会破坏腐蚀产物膜在试样表面的覆盖. N80钢加入Cr元素以后, CO2腐蚀阴极、阳极反应速率降低, 材料具有一定的抗CO2腐蚀能力.

用纳米力学探针测量了316不锈钢电解抛光以及抛光后阳极钝化试样的载荷-压入位移曲线, 并研究了氢的影响. 结果表明, 一旦表面存在氧化膜(电解抛光)或钝化膜(阳极钝化), 在载荷-位移曲线上就会出现恒载荷平台; 对氧化膜, 平台载较小, 对应膜的屈肥; 对钝化膜, 平台载大, 对应膜的破裂. 氢可降低钝化膜的平台载荷以及相同载荷下的压入位移, 从而使得钝化摹仿复合弹性模量Er和破裂应力σF都随试样中氢浓度C0的升高而下降, 例如, Ef(GPa)=100+82 e-0.01C0, σF(GPa)=1.59+2.93 e-0.01Co.

研究了不同浓度NaOH对NiTi形状记忆合金在模拟体液(SBF)中诱导磷灰石沉积的影响. 用XRD, ESEM, FTIR及XPS等分析了碱处理前后试样表面的结构、形貌、基团和组元化合价的变化. 结果表明, 经1 mol/L NaOH溶液处理的NiTi合金因为钛酸钠的生成而具有较高的生物活性，在SBF中浸泡3 d后自然沉积含CO32-的类骨磷灰石，而且原子吸收光谱分析其 在Hank’s溶液中的镍离子溶出量最少. 随着碱处理浓度的提高, NiTi合金表面除钛酸钠外, 还有镍酸钠生成, 使磷灰石形核的孕育期加长, 在Hank’s溶液中的镍离子溶了量也明显增加.

用粉末冶金法制备了亚微米SiC颗粒增强纯铝基复合材料(Al MMC), 对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究. 结果表明, 15%SiCp(150 nm)/Al MMC的拉伸强度和屈服强度分别为342.3和272.4 MPa, 比纯铝分别提高了89.0%和117.9%, 其延伸率为6.3%. 拉伸断口观察表明, SiCp/Al MMC断裂机制为界面脱粘和SiC团聚体的脆断. 该复合材料具有高强度的原因是基体的微观发生了变化, 用位错密度强化和弥散强化机制对Al MMC的强化作用进行了评估, 预测结果与实验值符合得很好.

采用液相包裹法对亚微米Al2O3颗粒进行稀土表面改性, 用挤压铸造法制备表面经稀土改性的Al2O3p/6061Al复合材料. 对颗粒表面经稀土改性前后增强6061Al复合材料在不同温度下的时效析出行为进行分析研究. 结果表明: 改性后的亚微米Al2O3粉体颗粒表现Y2O3包裹均匀, 其增强的复合材料在不同时效阶段的硬度值均较改性前有明显提高. 且随着时效温度的升高, Mg2Si析出过程加快, 时效峰提前, 呈现出硬度值变小的趋势. 透射电镜观察表明, 表面改性颗粒增强的复合材料基体中存在一定量的位错和析出相; 而改性前复合材料却呈现出位错和析了相极其稀少的组织特征. 分析了改性前后复合材料时效组织形成的原因.

逐点测试了活性化TIG焊(A-TIG)电弧光谱的频域及空间分布, 分析了A-TIG电弧光谱的构成. A-TIG光谱的频域分布为连续光谱背景下的线光谱; Ar和活性剂粒子分布在整个电弧空间, 其中活性剂元素谱线在电弧中最强, 其次是钨极前方, 在熔池上方最弱; 活性剂元素谱线线形及重现性好; 与常规TIG焊相比, 电弧中的Fe谱线明显增多, 大多数分布在熔池上方和电弧中部区域; 电弧周围分布着很多活性剂粒子; 电弧中心Ar谱线强度提高说明电弧中心温度有所提高.

针对通孔焊点进行了热冲击的可靠性测试, 以非破坏性和破坏性的实验方法, 对比分析了波峰焊点和再流焊点的抗热疲劳能力. 结果表明, CTE(热膨胀系数)失配是焊点产生裂纹的主要非法所得因, 而焊点形态的差异又使得再流焊点内部断裂程度不同于波峰焊点. 再流焊点裂纹产生在钎料内部; 而波峰焊点由于具有饱满的圆角过渡形态, 裂纹产生在镀铜孔与线路板的连接拐角处. 裂纹的产生导致了两种焊点强度的降低, 对其电性能影响却甚微.

通过建立可靠性分析的力学模型, 对温度循环载荷下通孔焊点内部应力应变场的分布特征进行了有限元数值模拟, 结果表明, 焊接方式的不同造成焊点形态的差导, 进而应力应变的分布孔雀同; 再流焊点的应力应变集中在钎料体及镀铜管处, 而波峰焊点中线路板与镀铜层接触的拐角处是高应力集中区, 这些位置容易引起裂纹产生和扩展. 在热载荷过程中, 应力应变场的等值分布呈现出与温度历史相关的动态特性.

利用45号碳素钢, 实验研究了不同加热速度及保温温度和保温时间条件下马氏体回火过程的组织变化. 结果发现, 即使在高速加热过程中, 马氏体也能发生回火组织转变. 通过数据处理, 利用回火参数λ建立了能比较准确、方便地预测回火组织转变量的动力学方程. 数值模拟计算结果表明, 马氏体回火组织转变量计算结果与实验结果吻合.