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ISSN 0412-1961
CN 21-1139/TG
创刊于 1956 年 (月刊)
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  2021年, 第57卷, 第1期 刊出日期:2021-01-11 上一期   
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综述
蛋白质吸附对医用金属材料体外腐蚀行为的影响
王鲁宁, 刘丽君, 岩雨, 杨坤, 陆黎立
金属学报. 2021, 57 (1): 1-15.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00198
摘要   HTML   PDF (9742KB)

医用金属材料与体液接触时,蛋白质会快速吸附在其表面,并对材料的腐蚀行为产生影响。体外测试结果表明,蛋白质的吸附会减缓腐蚀;蛋白质-金属复合物脱离材料表面会加速腐蚀,如果沉积在材料表面,则会减缓腐蚀。蛋白质在金属材料表面的吸附及对腐蚀的影响与自身的种类和浓度、金属材料的性质等因素有关。目前,蛋白质吸附对医用金属材料腐蚀行为的影响尚未达成共识。蛋白质作为体液中重要的成分之一,体外测试中需要考虑其对医用金属材料腐蚀的影响,以便于明确体内外测试结果的差异和寻找合适的体外测试环境,这将有利于对医用金属材料在体内的腐蚀行为做出合理的预测。

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镍基合金焊接裂纹研究现状
余磊, 曹睿
金属学报. 2021, 57 (1): 16-28.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00200
摘要   HTML   PDF (8064KB)

近年来,镍基合金焊接件在航空航天、核电、火电和石油化工等工程领域的应用需求快速增长。本文介绍了镍基合金的分类以及镍基合金焊接方法的研究,由于成本以及技术等的限制,镍基合金的焊接主要采用熔化焊焊接方法。重点综述了镍基合金焊接裂纹的产生机理以及各元素对裂纹的影响。镍基合金熔化焊焊接过程中易产生4种焊接裂纹:结晶裂纹、液化裂纹、失塑裂纹和应变时效裂纹。总体上,结晶裂纹和液化裂纹产生机理已较为明确,焊接过程中低熔点液态薄膜的出现是结晶裂纹和液化裂纹产生的主要因素。失塑裂纹目前仍没有对其明确的定义,镍基合金失塑裂纹产生机理也存在着较大的分歧。镍基合金应变时效裂纹是沉淀强化镍基合金所特有的,裂纹产生与沉淀相的沉淀速率密切相关。杂质元素和添加元素对镍基合金焊接裂纹敏感性有着重要影响,元素的影响虽然已经进行了大量的研究,但元素单独或者协同对裂纹敏感性的具体影响仍需进一步的研究。

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形状记忆合金弹热制冷效应的研究现状
肖飞, 陈宏, 金学军
金属学报. 2021, 57 (1): 29-41.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00270
摘要   HTML   PDF (5976KB)

弹热制冷效应是利用固-固相变潜热的交替吸收和释放,实现制冷,具有能效高、温变较大和无制冷剂等特点,是非气-液压缩制冷首选技术。与磁热和电热制冷相比,弹热制冷具有成本低、制冷幅度大及效能高等优点。弹热效应所采用的材料主要为形状记忆合金,也成为该类合金近十来年的研究热点。本文概述了弹热效应的制冷机理及测量方法,归纳总结了Ti-Ni基、铜基、铁基以及Heusler型形状记忆合金体系作为弹热制冷材料的研究现状、潜力及尚存在的问题,并对形状记忆合金弹热制冷材料的应用进行了展望。

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难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的机遇与挑战
李天昕, 卢一平, 曹志强, 王同敏, 李廷举
金属学报. 2021, 57 (1): 42-54.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00293
摘要   HTML   PDF (4755KB)

传统反应堆结构材料性能已趋于极限,亟需开发新型材料。难熔高熵合金是以多种难熔元素作为主元的新型金属材料,具有独特的力学、物理和化学性质,尤其在高温力学、抗辐照等方面表现出优异的性能。难熔高熵合金在第4代核裂变反应堆包壳材料、核聚变堆面向第一壁材料等关键领域具有广阔的应用前景。本文结合具有代表性的文献,围绕难熔高熵合金的力学性能、抗辐照性能、抗氧化性能阐述了其强化机制与抗辐照机理,梳理了难熔高熵合金的发展脉络,在此基础上展望了难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的应用前景。

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基于热力学和动力学协同的析出相模拟
刘峰, 王天乐
金属学报. 2021, 57 (1): 55-70.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00413
摘要   HTML   PDF (5150KB)

析出强化是提升金属材料力学性能的重要手段,研究其涉及的析出相形成过程及机理对于理性控制强化效果,意义重大。本文立足于对相变热力学和动力学协同变化的处理,简要综述了基于CALPHAD计算热力学的介观尺度析出相模拟方法(包括DICTRA模拟、Kampmann-Wagner数值模型、Svoboda-Fischer-Fratzl-Kozeschnik模型、扩散场胞法)和从第一性原理计算出发的多尺度方法(包括相场法和基于Fokker-Planck方程的多尺度组织模拟)。基于此,对金属材料热处理过程中析出相形成机理模拟研究的现状与发展前景做了探讨。

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研究论文
高能球磨结合粉末冶金法制备碳纳米管增强7055Al复合材料的微观组织和力学性能
毕胜, 李泽琛, 孙海霞, 宋保永, 刘振宇, 肖伯律, 马宗义
金属学报. 2021, 57 (1): 71-81.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00238
摘要   HTML   PDF (17763KB)

采用高能球磨结合粉末冶金工艺制备了碳纳米管(CNT)含量(体积分数)分别为0、1%和3%的CNT/7055Al复合材料。采用OM、SEM、TEM以及拉伸实验等方法研究了CNT/7055Al复合材料的CNT分布、晶粒结构、近界面结构及力学性能,分析了复合材料的强化机制和各向异性。结果表明,CNT/7055Al复合材料为无CNT的粗晶区与富集CNT的超细晶区组成的双模态晶粒结构;CNT在Al基体的超细晶区中分散良好,CNT-Al界面干净清洁,界面反应产物少;3%CNT/7055Al复合材料沿挤压方向的抗拉强度达到816 MPa,但延伸率仅为0.5%。细晶强化和Orowan强化是CNT/7055Al复合材料主要的强化机制。由于CNT沿不同方向的增强效率不同以及粗晶条带组织的存在,复合材料表现出比基体合金更强烈的各向异性,在垂直挤压方向的拉伸性能要弱于沿挤压方向的拉伸性能。

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高温时效处理对S31042耐热钢组织和蠕变性能的影响
郭倩颖, 李彦默, 陈斌, 丁然, 余黎明, 刘永长
金属学报. 2021, 57 (1): 82-94.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00109
摘要   HTML   PDF (40975KB)

以S31042奥氏体耐热钢为研究对象,采用短时高温时效处理后在700℃下对其进行长期蠕变性能测试。通过OM、SEM和TEM等手段表征了S31042钢蠕变过程析出相的类型和演化规律,并利用蠕变实验分析了高温时效处理对S31042钢高温性能的影响。结果表明,经1050℃时效10 h处理后,S31042钢组织中析出大量尺寸在100 nm左右的Z相,降低了固溶态S31042钢中合金元素Cr和Nb的过饱和度,减小了M23C6相的形核驱动力,将蠕变过程晶界上析出M23C6相的形态由连续的链状调控为断续的短棒状。短棒状M23C6相的形成能够在不影响材料塑性的前提下,增大晶界滑动的阻力,改善材料的持久塑性。

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TiZr-Nb二元合金β结构稳定性和力学性能的影响
王明康, 苑峻豪, 刘宇峰, 王清, 董闯, 张中伟
金属学报. 2021, 57 (1): 95-102.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00125
摘要   HTML   PDF (6910KB)

利用团簇成分式方法设计了[Zr-Zr14](Zr, Nb)3系列二元合金,进而采用Ti替代部分Zr形成三元合金;采用真空铜模吸铸快冷技术制备合金棒材,利用XRD、OM、TEM等对其进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,随着Nb含量增加,Zr-Nb二元合金基体结构从hcp-α向bcc-β转变,β结构稳定的同时伴随有ω相析出。适量Ti添加可显著抑制ω相的析出,进一步改善了合金的β结构稳定性。其中,单相bcc-β合金[Ti-Zr14]Nb3 (Zr-17.37Nb-2.98Ti,质量分数,%)表现出低弹性模量(E=57 GPa)的同时具有最佳的力学性能(屈服强度σYS=557 MPa、延伸率δ=15.5%)。

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微合金化元素La对亚共晶Al-Si合金凝固组织与力学性能的影响
郑秋菊, 叶中飞, 江鸿翔, 卢明, 张丽丽, 赵九洲
金属学报. 2021, 57 (1): 103-110.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00158
摘要   HTML   PDF (18379KB)

利用DTA、OM、SEM、TEM、EPMA以及拉伸实验等方法研究了在添加α-Al晶粒细化剂Al-Ti-B中间合金和共晶Si变质剂Sr条件下,微合金化元素La对亚共晶Al-Si合金凝固组织与力学性能的影响。结果表明:添加微量稀土La能进一步细化α-Al,变质共晶Si,显著提高合金的塑性。分析表明:微量La能降低α-Al晶核与TiB2的润湿角,减小α-Al的形核过冷度,促进α-Al的进一步细化;La能诱发交错孪晶的形成,增大共晶Si的孪晶密度,改变Si相的长大行为,进一步改变共晶Si的形貌。当La的添加量达到0.10%时,LaAlSi金属间化合物在凝固过程的共晶反应阶段形成,该化合物的形成将降低合金的塑性。

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放电等离子烧结TA15钛合金及石墨烯增强TA15复合材料微观组织与力学性能
林彰乾, 郑伟, 李浩, 王东君
金属学报. 2021, 57 (1): 111-120.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00186
摘要   HTML   PDF (14180KB)

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备了TA15钛合金,并研究了烧结温度、烧结时间以及烧结压力参数对合金致密化、微观组织与力学性能的影响。结果表明:在烧结温度为800~1200℃、烧结时间为3~7 min、烧结压力为20~50 MPa的烧结条件下,烧结参数对TA15钛合金的物相组成影响不大;合金的微观组织主要由烧结温度决定,并且延长烧结时间会使微观组织发生一定的粗化,而烧结压力对微观组织没有明显的影响。升高烧结温度、延长烧结时间以及适当地增加烧结压力,有助于TA15钛合金致密化过程的进行。烧结态TA15钛合金的室温及高温压缩力学性能由合金的致密度和微观组织共同决定。采用SPS工艺在900℃及50 MPa的烧结条件下,5 min即可获得致密的TA15钛合金,并具有最佳的室温及高温综合力学性能。此外,在900℃、50 MPa和7 min的烧结条件下,采用SPS制备了0.5% (质量分数)石墨烯增强TA15复合材料,与TA15钛合金相比,复合材料室温与高温压缩屈服强度及极限抗压强度得到了明显提高。

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用慢正电子束研究H/He中性束辐照W-ZrC合金中的缺陷演化
田雪芬, 刘翔, 龚敏, 张培源, 王康, 邓爱红
金属学报. 2021, 57 (1): 121-128.   DOI: 10.11900/0412.1961.2020.00183
摘要   HTML   PDF (5081KB)

利用GLADIS中性粒子束辐照设备对W-ZrC (W-0.5%ZrC,质量分数)合金进行纯H中性束辐照、H+6%He (原子分数)中性束辐照。采用Doppler展宽慢正电子束分析(DB-SPBA)和SEM表征样品的空位型缺陷和表面形貌。在相同纯H中性束辐照功率与注量下,Doppler展宽结果表明,辐照表面温度为850℃时,样品中缺陷类型主要为空位与H之比较大的H-V复合体;1000℃的样品不存在缺陷损伤层,这主要是由于缺陷在高温下进行了恢复。SEM结果表明,辐照表面温度为1000℃的样品比850℃的样品表面光滑,表面损伤得到恢复。在相同H+6%He中性束辐照功率与注量下,辐照表面温度为800℃的样品相比700℃的样品,S参数更大,表明辐照表面温度为800℃时,空位型缺陷迁移合并更为明显,空位型缺陷体积更大,样品中的缺陷损伤层更宽,损伤更为严重。

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