采用磁控溅射方法在Si-(111)基片上沉积 Au/NiCr/Ta多层金属膜利用XRD分析晶体取向,SEM观察表面和断面形貌,AFM研究表面粗糙度,纳米压入研究薄膜硬度.结果表明薄膜表面粗糙度依赖于基体沉积温度,并且影响薄膜电阻和纳米硬度.

对二元Fe-Al合金,含Cr和Si的Fe3Al合金的正电子寿命谱测量表明:随着二元Fe-Al合金中Al含量的增加,空位浓度增加,微孔洞的开空间增大.在Al含量高于40%(原子分数)的B2-FeAl合金中存在着较高的空位浓度和开空间相当于Fe中10-15个空位聚集体的微空洞.在B2-FeAl和D03 Fe3Al合金中,晶格中最邻近的Fe-Al原子对之间发生Fe d Al p杂化作用,Al的3p电子与Fe的3d电子被局域化并形成共价键,导致合金中的自由电子密度降低.二元Fe-Al合金中的平均电子密度随着Al含量的增加而下降.用Cr元素对Fe3Al进行合金化,合金基体和晶界处的自由电子密度均增加;而加入Si元素,合金基体和晶界处的自由电子密度均减小.讨论了Fe-Al合金的微结构对其力学性能的影响.

利用微观Langevin方程对δ'相(Al3Li)沉淀过程的原子图像进行模拟研究,该方程不但能同时描述原子簇聚和有序化过程,将相分离和粗化在同一物理框架内考虑,而且无须预先设定第二相结构,可观察到动力学演化过程中可能出现的瞬时相.模拟结果表明:对于Al-15Li(原子分数,%)合金,最初在无序基体中出现的L12相浓度与无序相相同,在L12相之间形成重位点阵界面;随后,L12相有序度进一步增加,重位点阵界面逐渐转变为L12结构;最后形成被反相畴界分开的L12结构单相有序相.单相有序相一经形成.便开始分解,分解主要发生在反相畴界处,富Li区向平衡δ'相转化,贫Li区自发无序化,形成δ'相与无序基体共存的平衡结构.在沉淀过程后期.δ'相粗化特征明显,大颗粒长大,小颗粒变小或消失,两相界面由不规则变为平直.

利用奥氏体不锈钢/低碳锅炉钢(1Cr18Ni9Ti/20G)爆炸焊接复合板,通过电子束焊接得到带有界面裂纹的三点弯曲J积分裂纹扩展阻力试样和四点弯曲疲劳试样.分别进行了带界面裂纹双材料和相应单一材料试样的裂纹扩展阻力曲线及其疲劳扩展行为的实验研究.结果表明:双材料界面裂纹的静态和动态扩展阻力均低于裂纹在相应单一材料中的扩展阻力.

采用双级雾化水冷快凝与粉末冶金技术制备了(2024Al)-20Si-5Fe(质量分数,%)耐磨合金,分析了合金的微观组织,利用磨损实验研究了合金的耐磨性和磨损失效形式结果表明:快凝粉末冶金合金具有比铸造合金更细小的微观组织,更高的耐磨性和减磨性.耐磨性是铸造合金的2.5-4倍.快凝合金的磨损失效形式主要是磨粒磨损和疲劳磨损.而铸造合金的磨损失效形式主要是磨粒磨损、粘着磨损和部分氧化磨损.

利用Bain点阵对应对K-S模型的晶格改建过程进行了严密的数学描述.对于不同的马氏体正方度,提出了计算第一切变、第二切变及晶格调整的计算依据,并给出了普遍的计算公式.以Fe-1.4C和纯铁为例,计算了马氏体相变的点阵畸变.进一步分析表明,K-S模型实质是Bain模型的旋转.计算的结果与实测的取向关系相符合.

研究了高密度脉冲电流对A356铝合金低温熔体凝固组织的影响.实验中对680和630℃的低温熔体施加脉冲电流处理,对比试验和凝固曲线测试结果表明.低温熔体中施加脉冲电流有利于增大凝固过冷度.提高冷却速率.缩短凝固时间.细化凝固组织.同时.经脉冲电流处理后.随熔体的保温时间延长.凝固组织逐渐粗化.分析认为.低温熔体结构比凝固过程本身更能影响最终凝固组织.

以高密度聚乙烯(HDPE)颗粒和水形成的悬浮液为研究体系,考察了有无超声波作用下,介质流量、夹杂物数量以及夹杂物的粒径对总去除率、上浮去除率、壁面粘附去除率的影响.实验结果表明.在短时间内(30 s)超声波对流动液体中的夹杂物具有明显的去除效果.总去除率达93%.夹杂物的总去除率随着超声波输入电功率的增大而提高:超声波对较多数量或较大粒径的夹杂物去除效果更显著超声波作用下流动液体中的夹杂物比静止液体中的更容易去除超声波对流动液体中夹杂物去除效果的去除机理主要是通过气泡捕获夹杂物、超声空化效应产生直接包裹夹杂物的气泡以及通过夹杂物碰撞凝聚使夹杂物容易上浮实现去除.

利用SEM,TEM及X射线衍射分析技术观察了高强耐蚀Ni-Co Cr高温合金不同温度(704,750,849℃)长期时效1000 h及700 ℃长期时效至5008 h过程中的组织演变过程.结果表明,700 ℃即使长期时效5008 h,γ'相粗化缓慢.而且没有发现TCP相(如σ相)的析出.当温度升高到750 ℃.γ'相迅速长大.晶界上碳化物析出增多.并析出片状的η相.导致合金冲击性能下降温度达到849 ℃时.析出大量的η相.甚至形成魏氏组织形貌.由此可见.该合金在700 ℃时具有较好的组织稳定性.

采用双简双路送粉法研究了WC含量(体积分数)分别为0%,9%,18%,27%,36%,45%,54%,72%和100%时Stellite 6+WC的激光熔覆.在E24低碳钢上熔覆的Stellite 6+WC涂层微观组织演变中发现了两种明显不同的凝固特征.第一种凝固特征以先共晶枝晶和枝晶间共晶为主导.WC含量从0-36%,加入的WC完全溶解,凝固组织包含α- Co,σ-CoCr和M7C3类碳化物.第二种凝固特征以各种块状、花状、蝴蝶状及星状析出物和基体为主导.WC含量从45%-100%,大部分WC溶解.基体中最高W含量(质量分数)为26%左右,析出物中的最高W含量达64 6%,微观组织包含WC,Co和各种Co-W-C/Fe-W-C复杂碳化物激光熔覆纯WC时出现了许多内部含W约91%,外围含W约68%的特殊块状组织,可能是包晶反应冻结的产物.

利用高温合金Rene95粉末在镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆,研究熔覆层中凝固显微组织的生长特性.基于对柱状晶向等轴晶转化理论的分析,证实通过控制工艺参数组合,可获得具有良好取向的单道多层、多道搭接多层定向凝固涂层和圆环的定向凝固试样,涂层内部的定向凝固柱状枝晶组织细密,枝晶一次间距为5-30 μm,二次臂很小或者完全退化涂层内无明显的成分偏析现象.

利用晶体生长的最小过冷度判据,对DD2单晶合金激光重熔过程中重熔区组织的生长速度进行了分析.建立了枝晶尖端生长速度与激光束扫描速度和固液界面前进速度的关系.根据此分析对熔池组织进行了预测.并与实验结果进行了比较.发现激光熔池中枝晶组织的生长方向强烈地受基材晶粒取向和激光束扫描方向的影响枝晶生长条件下.择优取向对枝晶生长方向的影响要较热流的影响大.理论预测与实验结果相吻合.

利用楔型张开加载(WOL)试样和带缺口的拉伸试样原位研究了Ni3Al+NiAl双相合金氢致裂纹形核扩展的过程.当试样中的氢浓度为C0=12.6×10-4%时.氢致裂纹止裂门槛应力强度因子为KIH=15.7 Mpa@m1/2,裂纹扩展第二阶段速率为(da/dt)II=0.019 mm/h.对氢浓度为C0=24.7×10-4%的试样.SEM下的原位拉伸表明.氢致裂纹形核的临界应力下降.氢致裂纹择优沿NiAl/Ni3Al相界形核、扩展:而未充氢试样的裂纹在NiAl基体中形核、扩展.导致解理开裂任何裂纹的形核、扩展和NiAl中的滑移带无关.滑移带主要集中在Ni3Al相.它是裂纹扩展的障碍.

采用透射电镜(TEM)研究了高温轧制、中温轧制以及轧制后退火态Fe-6.5Si合金的有序化和微观组织,探讨了该合金有序相和微观组织对常温脆性的影响:结果表明.轧制及退火工艺的不同虽然可以明显改变Fe-6.5Si合金的微观组织及其有序相的尺寸和形态,但是各处理态下均未能完全抑制有序相的形成,同时中温轧制时,该合金中存在严重的应力集中.

分别测定了不锈钢和碳钢静态与动态纯腐蚀失重率、冲刷腐蚀失重率及其电化学行为.研究了静态与动态纯腐蚀失重率对材料冲刷腐蚀交互作用失重率的影响.实验表明:(1)动态纯腐蚀比静态纯腐蚀更能反映材料在液固两相流中冲刷腐蚀交互作用的本质:(2)本实验条件下.T8钢动态纯腐蚀失重率是静态纯腐蚀失重率的2倍以上.18-8不锈钢动态纯腐蚀失重率竟是静态纯腐蚀失重率200倍以上.静态交互作用失重率是动态交互作用失重率的2倍以上可见静态与动态纯腐蚀对定量研究材料冲刷腐蚀交互作用会产生很大的差异:(3)在腐蚀性浆料中,首先要保证材料具有一定的耐蚀性.其次再考虑提高材料的硬度和耐磨性.这样才能有效地提高材料的耐冲刷腐蚀性能.对不同的工况.必须同时兼顾材料的耐蚀性和耐磨性.

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程,发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型.将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合.模拟了Al 5Pb(质量分数.%)合金的凝固过程.结果表明.在固/液界面前存在一过冷区.弥散相液滴在此区间内形核.这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大.随着凝固速度的提高.形核率升高,弥散相液滴的数量密度增大.平均半径减小.

研究了K4169高温合金在各种工艺条件下及向熔体中加入复合细化剂时的晶粒组织.结果表明.降低浇注温度和加入复合细化剂可以明显细化冷凝后基体的晶粒和提高铸件断面等轴晶的比例在通常的浇注温度1400℃下加入复合细化剂.对合金熔体进行或不进行过热处理时.可使圆柱锭的晶粒分别细化至ASTM 1.7级和ASTM 3.2级:断面等轴晶的比例分别达96%和99%以上.当浇注温度为1420 ℃、加入复合细化剂并对合金熔体进行过热处理时,可使圆柱锭晶粒细化至ASTM M10.5级.断面等轴晶的比例达90%以上.提出了晶粒细化的机理并对晶粒细化后断面等轴晶比例增大的现象进行了分析.

铸造工艺参数和细化剂对K4169合金枝晶组织、元素偏析、夹杂及缩松有明显的影响.浇注温度越低.一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距就越小.在同一浇注温度下.化学法细晶试样的一次枝晶主轴长度较普通铸造试样的短.但二者的二次枝晶臂距没有明显差别.晶粒细化后.合金中主要元素 Fe,Cr,Nb,Mo和Ti的偏析减轻,晶粒的形态由树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变.对晶粒球化现象做了合理解释.微量细化剂的加入不会在铸件中形成夹杂.不会改变合金的相组成.在高的浇注温度下.细化剂使晶粒细化的同时.也使铸件中的缩松大大减少.

在热力学基础上建立了Mg-9Al合金的铸造凝固模型.考察了Mg-9Al合金在铸造凝固条件下的固相分数、体积收缩和微观偏析行为.模拟结果表明,在本凝固条件下,合金实际凝固结束温度在共晶温度附近而不是固相线温度.凝固过程中的体积变化也是非线性的,在凝固初始阶段收缩较大:当剩余液相到达共晶成分时收缩较小.在凝固后期由于发生共晶转变.产生副烈的凝固收缩模拟结果与实验测试相符合.

对搅拌铸造法制备的SiCp/2024Al复合材料超塑性的预处理、力学行为、微观结构及变形机制进行了研究.结果表明.合适的强烈塑性变形是改善复合材料组织进而提高超塑性的有效方法:经小挤压、热轧和冷轧后.在温度为823 K、初始应变速率为1.1×10-3s-1的拉伸变形条件下.超塑延伸率为405%,超塑变形机制为晶粒的适度长大、动态连续再结晶和适当的微量液相共同协调的晶界滑动:液相不是该复合材料展现超塑性的必要条件.

建立了液-固挤压复合材料管材成形过程的非稳态温度场的有限元数学模型.开发了相应的模拟软件.对复合材料管材成形过程的温度场进行了模拟研究.得到了成形全过程的温度场分布图.依据该图可以预测管材成形质量.结合实验分析了影响管材成形质量的内原因.模拟结果与实验结果吻合较好.为深入了解金属的流动规律和合理选择工艺参数奠定了理论基础.

采用OM,SEM,EDS及XRD法研究了聚焦光束预涂粉末堆焊和送粉堆焊过程的熔池凝固特点.分析了堆焊层微观组织的形成机理.实验结果表明.大线能量光束堆焊层由底部具有外延生长特征的γ(Fe,Ni)平面晶及逆热流择优生长的γ(Fe,Ni)树枝晶组成.而且堆焊层表层树枝晶与光束扫描方向的夹角小于堆焊层底部树枝晶与光束扫描方向的夹角.送粉堆焊及预涂粉末堆焊层中的基底相均为γ(Fe,Ni)相.后析出的γ(Fe,Ni)富Cr.预涂粉末堆焊时堆焊层局部区域Cr,C元素的富集导致了Cr23C6析出.送粉堆焊过程中熔池过热度小.B,Si等造渣元素的烧损少.堆焊层中局部区域富集的B元素优先与Cr元素结合以Cr5B3形式析出.