利用拉扭薄壁管疲劳试样, 在应变控制拉扭循环加载下对高温合金材料GH4169的 多轴循环特性进行了实验研究. 高温疲劳实验过程中, 采用单、多轴混合加载路径 对薄壁管疲劳试件进行加载, 通过连续记录拉与扭的应力响应值研究了变幅高温 多轴疲劳特性. 结果表明, 在高温低周单、多轴混合疲劳块载荷加载下, 试件的疲 劳寿命与应力响应特性不但取决于应变加载路径, 而且与加载路径的排列顺序和 加载参数的大小有关.

Cu含量较高的Sm2Co17基永磁材料在高温下具有较大的内禀矫顽力, 而Fe含量较高时其高温下的磁性较差. TEM显示磁体由胞状结构构成, 胞内为2 : 17R相, 胞壁为1 : 5相. 在MFM (磁力显微镜)下可观测到片状相(1 : 7相), 畴结构为波纹畴和条状畴, 但是在片状相出现的区域并未观察到畴壁钉扎点, 而在胞壁相的三角结合区域畴壁的钉扎强度最高. 高温X射线衍射分析表明, 随着性能的降低观测到材料的相结构发生了较大的变化, 由室温下的2 : 17R主相、1 : 5相和1 : 7相变为非晶结构, 且最终转变成700℃时的SmCo3主相和2 : 17R相. 相结构的转变直接导致磁体性能的降低

利用相变热力学和界面摩擦概念, 推导出Fe--Mn--Si合金相变热滞(As-Ms)的一般计算表达式; 根据此关系式, 计算了这种合金的相变热滞, 计算结果与实验值相符. 合金的界面摩擦能耗比较大, 且与合金的热滞成正比, 由此可知合金的热滞大是由于界面摩擦能耗大所造成的.

基于溶质扩散和界面能的作用, 建立了过冷熔体中自由树枝晶的生长模型, 考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性. 用胞元自动机(CA)方法模拟了枝晶生长、界面扰动以及分枝的竞争演化. 对枝晶尖端生长速度和过冷度的关系进行了模拟计算, 并与L--G--K理论模型进行了定量的比较.

对L3纯Al进行了Ti离子注入与阳极氧化, 用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了阳极氧化膜层的表面成分, 利用电化学阻抗谱(EIS)研究了阳极氧化膜的腐蚀行为. 结果表明, Ti离子以TiO2的形式存在于Al阳极氧化膜层中, Ti离子的注入并不影响Al阳极氧化膜的非晶结构. Ti离子注入可以使Al阳极氧化膜在酸性和碱性的NaCl溶液中的阻抗参数R明显提高, 参数C降低.

用分子动力学方法模拟了Cu双晶和Al双晶薄膜的111生长, 模拟时假定在薄膜平面内保持恒定的等轴双向应变, 薄膜中两晶粒的能量计算表明: 不同晶粒的能量存在差异, 能量较低的晶粒在沉积中择优生长, 逐渐取代能量较高的晶粒, Cu膜择优生长速率显著高于Al膜; 两种薄膜择优生长的机制完全不同, Cu膜中处于不利位向的晶粒通过孪晶过渡转变为择优取向, 转变完成、晶界湮灭后薄膜中残留的缺陷为位错; 而Al膜则是通过无序结构重结晶实现上述转变, 转变完成、晶界湮灭后薄膜中残留的缺陷为间隙原子. 文中对上述择优生长驱动力的来源、以及在纳米多晶中的重要性进行了讨论.

利用谐振吸收原理和传输线理论分析了超薄金属膜的吸波性能. 测量了Al, Ni薄膜的方块电阻及其用于不同厚度泡沫结构的平板反射率, 实验结果表明: 超薄金属膜结构可以实现谐振吸收; 吸波性能由介质材料和金属薄膜共同决定. 讨论了超薄金属膜结构中泡沫厚度对吸收峰位的影响, 及金属薄膜的方块电阻对吸收峰值的影响.

采用单向对称拉压低周疲劳方法在具有等轴晶的工业纯镁试样中引入了微米级的内部裂纹. 裂纹主要位于晶内和穿晶位置, 宽度为0.5---1.5 um, 长宽比分布在10---35之间. 在623 K对疲劳试样进行2, 4和6.5 h 的真空退火处理. SEM观察表明: 晶内疲劳微裂纹纵剖面二维形态发 生了主要由表面扩散控制的形态变化, 由初始的扁椭圆形演化成多个球洞定向排列的形态; 穿晶疲劳微裂纹纵剖面二维形态则在表面和 晶界扩散的耦合作用下首先在晶界处分隔成两部分, 并在晶界上留下了一个空洞. 在退火处理的后期阶段, 空洞收缩消失, 引起空洞间距的增大并引起试样密度少量恢复.

通过热力学计算, 得出SrO被Al还原的化学反应自由能和还原反应临界温度, 表明造渣反应和真空可有效降低化学反应自由能, 由此将还原反应临界温度由标准状态的2244 K降低到1100 K以下. 热力学计算、反应产物X射线衍射分析及56%产Sr率测量结果均表明, 真空铝热还原法制备金属Sr实际上同时发生了2个反应. 反应产物除蒸馏出的金属Sr (纯度为99.0%)外, 残留渣团主要为3SrOAl2O3, 并掺有SrOAl2O3.

对Al--TiO2--B2O3系利用放热弥散(XD)反应法合成了铝基复合材料. 当B2O3/TiO2摩尔比为0时, 增强相由alpha--Al2O3 颗粒和棒状物Al3Ti组成, 抗拉强度和延伸率分别为250.4 MPa和4.0%, 断口中有的棒状物自身开裂, 断裂由Al3Ti自身萌生裂纹, 并沿其解理面扩展至界面引起. 加入B2O3后, 棒状物Al3Ti减少, 基体晶粒细化, 强度和延伸率同步提高; 当B2O3/TiO2摩尔比为1时, Al3Ti基本消失, 抗拉强度和延伸率分别提高到320.8 MPa和10.6%, 断口形貌由细小韧窝组成. 随着实验温度的增加, 延伸率进一步提高, 拉伸强度则随之下降, 棒状物Al3Ti因与基体的界面结合强度降低而与基体中脱离, 表明Al3Ti对复合材料的性能提高不利.723 K时, 延伸率上升至20.5%, 抗拉强度下降至85.6 MPa.

利用电弧熔炼及铜模快速铸造的方法制备Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金, 通过电化学方法向块状非晶中充入氢. 结果表明, 氢提高玻璃转变温度下的线膨胀系数, 降低晶化开始温度处的线膨胀系数, 延缓玻璃转变前结构弛豫现象的发生. 另外, 充氢能够增加块体非晶合金材料的原子平均最近邻距离和有效作用势深度.

将熔化极气体保护焊(GMAW)的热输入处理为三维移动串热源, 建立了串热 源模型, 模拟了JG590低合金钢的GMAW焊接热过程. 进行了JG590钢的GMAW焊接工艺 实验, 通过焊缝横截面熔合线的几何形状以及焊接接头的几何尺寸对所建模型进 行了实验验证. 分析评价了目前常用的t8/5计算公式, 利用JG590钢GMAW焊 接热过程的模拟结果, 结合其连续冷却组织转变图(CCT图), 成功预测了焊接热 影响区(HAZ)的组织及硬度.

利用SEM, TEM, XRD分析了共晶SnBi/Cu焊点经120℃时效7 d后界面 组织结构的变化. 焊点界面处金属间化合物厚度由原来初始态的约2 um 增至时效态的10 um, 并且化合物也由原来单一的Cu6Sn5转变为 Cu6Sn5和Cu3Sn相. 进 一步研究表明, 在Cu3Sn与Cu之间界面处偏析了大量尺寸约100 nm的Bi颗粒. 双缺口试样的断裂韧性实验表明, 热时效促使焊点断裂韧性快速下降, 同时该 焊点的断口也由原来初始态的韧性断裂转变为时效后Cu3Sn与Cu界面处的脆性 断裂, 脆性断裂后一侧断口为鲜亮的Cu表面. 在TEM下, 通过与220℃/5 d时 效态纯Sn/Cu焊点相同界面的比较, 可以断定引起该焊点失效的原因是Bi颗粒 在此界面处的偏析. 含Bi无Pb焊料由于Bi在界面析出而引发的脆断将会是微电 子器件长期使用中的一个潜在危害.

使用有限元方法模拟了不同搅拌头转速下, 搅拌摩擦焊接过程中Al 6061--T6材料的 三维流动, 以及材料流动与搅拌头转速的关系. 结果表明, 在搅拌摩擦焊接过程中, 后退侧的材料流动较前进侧更为剧烈, 并且随着搅拌头转速的增加, 材料流动也 会得到不同程度增强. 搅拌头前方的材料在搅拌头的推动作用下向上涌起, 被旋推 到搅拌头后方并向下运动, 该过程的周而复始是促使搅拌摩擦焊接顺利完成的主 要原因. 等效塑性应变等值线的形状与材料热影响区、热力影响区以及搅拌区的边 界形状具有较好的对应关系, 随着搅拌头转速的增加, 等效塑性应变随之增加.

采用电化学阻抗谱技术研究了耐候钢Q400NQR1和09CuPCrNi在2.0% NaCl中性溶液中的腐蚀行为, 建立了其腐蚀等效电路模型并分析了 其相关电化学参数随时间的演化规律. 结果表明, 两种耐候钢的溶 液腐蚀过程均可以分为四个阶段, 即点蚀诱导期、点蚀发展期、腐 蚀中期和腐蚀后期; Q400NQR1较09CuPCrNi具有较高的抗溶液腐蚀能 力, 前者在腐蚀的中期生成保护性较强的内层锈层, 而后者 形成的内层锈层难以稳定且易于出现均匀腐蚀的现象.

研究了三元Ni--6Si--xAl (x=6, 10, 15, 原子分数,%)合金在900℃, 0.1 MPa 纯氧气中的氧化行为. 二元Ni--Al合金形成了外NiO膜, 并伴随有Al的内氧化. 而所有三元合金锈层底部均形成了连续完整的外Al2O3膜, 防止了Al的 内氧化, 从而显著降低了三元合金的腐蚀速率. 因此, 与二元Ni--Al合金相比, Si的存在能非常有效的减少形成Al2O3膜所需的临界Al含量. 在对Wagner 关于二元合金中最活泼组元由内氧化向外氧化转变判据理论进行扩展的基础上, 阐述了第三组元Si的作用.

流动氯化物体系中碳钢、双相钢电极的电化学阻抗谱(EIS)明显不同. 随着流速增大, 电极表面受到的切应力增大, 反应阻抗减小, 电化学腐蚀加速, 协同效应增 强, 结果使电极流动腐蚀速度增加. 与碳钢相比, 双相钢电极 在较高流速下其电化学阻抗谱才在低频区发生特征变化. 证明了曹楚南提出 的不可逆电极阻抗谱理论同样适用于流动腐蚀过程中电极过程的研究, 揭示 了在流动体系中, 当电极表面受到足够大的切应力作用时, 在低频区电极电 化学阻抗谱会发生特征改变. 其中, 电化学阻抗谱的低频感抗弧特征预示着 在流动腐蚀过程中, 受到强力流体力学作用的电极表面会改变其常规的溶解 速度和溶解机制, 同时表面伴随有坑、点局部腐蚀的发生. 在此情况下, 钝态金属电极的电化学阻抗谱进一步反映了电极表面受到固体颗粒摩 擦或撞击的阻抗谱特征.

基于质量守恒和动量守恒, 结合脱碳动力学条件建立了真空脱气(VD)过程中钢液流动和脱碳过程相耦合的数学模型, 利用该模型可以对不同工艺条件下的VD脱碳过程进行模拟研究. 模拟结果 表明, VD脱碳过程主要是依靠钢液内部的CO气泡脱碳; Ar气泡脱碳以及钢 液自由表面的脱碳贡献相对较小.

通过在LD31铝合金表面电刷镀Ni, Cu后再沉积SnCu钎料合金镀层的钎焊实验, 研究了钎料镀层的连接机理及界面反应. 改进了可降低Ni层应力的电刷镀镀Ni液的配方, 开发 出适合镀层钎焊的SnCu钎料合金镀液. 钎焊时钎料润湿为附着润湿. 研究了在 300℃钎焊时焊缝界面金属间化合物的生长规律, 结果表明：焊缝中Cu--SnCu 界面处生成了球状和棒状的Cu6Sn5金属间化合物; 拉伸时焊缝主要 沿着SnCu金属间化合物和富Sn相之间的界面断裂.

金属--气体共晶定向凝固(Gasar)是一种制备规则多孔金属的新工艺. 本工作通过分 析气泡的生长条件, 建立了藕状多孔结构形成的压力判据(H2气和Ar气分压比), 并从实验上研究了凝固压力对气孔尺寸的影响规律. 结果表明, 随着凝固压力(气体总 压)的增大, 气孔平均直径不断降低.

采用图像分析技术, 通过分析亚共晶Al--Si合金共晶硅相几何参数与变质级别的关系, 建立了变质级别的量化指标, 实现了亚共晶Al--Si合金变质级别的定量金相分析. 分析 表明, 共晶硅相的形状因子反映了AFS变质级别的变化趋势. 综合考虑共晶硅相形状及 大小给出的面积加权形状因子与变质级别之间有很好的对应关系, 可用来准确 表征亚共晶Al--Si合金的变质级别.