低碳Fe-0.25C-1.48Mn-1.20Si-1.51Ni-0.05Nb (质量分数, %) 钢通过新型Q-P-T工艺处理后获得高的抗拉强度和良好延伸率的综合性能. 对该低碳Q-P-T钢在拉伸过程中残余奥氏体含量的XRD 测定和形变孪晶马氏体的TEM观测, 证明了相变诱发塑性(TRIP) 效应的存在. 基于形变过程中马氏体和残余奥氏体中的平均位错密度测定和 TEM的观察, 验证了在中碳钢中最新发现的残余奥氏体吸收位错(DARA) 新效应在低碳钢中同样存在, 由此提出了DARA效应产生的条件, 阐明了残余奥氏体增强高强度钢塑性的机制.

采用机械合金化和热等静压技术制备纳米结构14Cr-ODS铁素体钢, 利用SEM, XRD和EDS等手段分析了机械合金化过程中粉末形态和结构的变化以及合金元素的固溶情况,  通过TEM研究了14Cr-ODS铁素体钢的微观结构及其在短时高温下的稳定性. 结果表明, 元素粉末经机械合金化过程中发生反复的冷焊和断裂导致粉末尺寸先增加(0--2 h)后下降 (2-70 h), 晶粒尺寸随球磨时间的增加而减小, 同时Cr, W和Y₂O₃等固溶入Fe基体中. 纳米结构14Cr-ODS钢中存在3种析出相: 极高密度的、尺寸在几个纳米的富Y-Ti-O团簇, 少量Y₂Ti₂O₇析出相和块状富Cr-Ti相. 经1250 ℃, 8 h短时高温热处理后, 纳米团簇显示出了良好的稳定性, Y₂Ti₂O₇相的密度增加.

通过改变固溶热处理温度、保温时间和固溶后冷却方式, 研究了不同固溶热处理工艺对一种新型铸造高温合金组织和性能的影响. 结果表明, 将合金在不同温度固溶处理2 h后空冷, 合金在760 ℃, 660 MPa和 980 ℃, 180 MPa条件下的持久寿命随热处理温度的升高先升高而后降低; 固溶处理温度为 1220 ℃时, 760 ℃, 660 MPa条件下的持久寿命达到最高; 固溶处理温度为1180 ℃时, 980 ℃, 180 MPa条件下的持久寿命最高; 当热处理温度从1120 ℃升高到1220 ℃时, 拉伸强度随温度升高而增加, 继续升温到1240 ℃, 拉伸强度下降. 当固溶热处理温度为1120℃, 处理时间在2---8 h范围内变化时, 合金在760 ℃, 660 MPa条件下的持久寿命随时间延长而降低, 而在980 ℃, 180 MPa条件下的持久寿命随处理时间延长而升高; 当热处理时间为2和4 h时, 拉伸强度较高; 延长到6和8 h时, 拉伸强度下降. 当冷却方式不同时, 合金持久性能也发生变化. γ'相和γ/γ'共晶组织在尺寸、形态、分布和数量上的变化是导致合金力学性能变化的关键因素.

基于经典形核理论, 考虑温度和保温时间对沉淀相析出的影响, 建立了镍基高温合金中γ'沉淀相析出模型. 同时结合GH738合金在等温时效实验条件下获得的 γ'相析出特征值数据, 验证模拟计算结果的相对正确性. 结果表明, 沉淀相析出过程经典动态模型可较好预测多元复杂镍基合金体系γ'相以均匀形核为主的析出过程. 进一步利用该模型对GH80A, GH738, U720Li和DD407共计4种典型高温合金计算分析了Al和Ti含量及其比值变化对γ'相析出行为的影响. 结果表明, 对于γ'相平衡态含量, Al的作用程度比Ti大; 而在Al+Ti总量不变的前提下, Ti含量增加将对提高γ'相的析出驱动力, 从而减少完全析出时间有较大的贡献; Ti含量的增加也将使得沉淀相在析出初期的数量增加, 而尺寸减小.

采用反向滴定共沉淀法制备出(Y, Gd)₂O₃∶Eu³⁺前躯体, 再在不同温度下煅烧, 获得(Y, Gd)₂O₃∶Eu³⁺纳米粒子, 用XRD和SEM对样品物相组成及形貌进行了表征; 用TG--DTA获得了样品在不同升温速率下的热分解曲线. 结果表明, 前躯体在煅烧过程中的物相变化分为3个阶段, 用Doyle-Ozawa法和Kissinger法分别计算出各个反应阶段的表观活化能, 其平均值分别为191.54, 557.05和236.58 kJ·mol^-1, 并建立了动力学方程; (Y, Gd)₂O₃∶Eu³⁺晶粒生长活化能是35.58 kJ·mol^-1, 纳米粒子形核过程中的晶粒长大由晶界扩散控制.

利用SEM观察、聚焦离子束(FIB)微区分析和有限元模拟对比研究了直角型和线型Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在高电流密度下(1.5×10⁴A/cm²)的电迁移行为, 从原子扩散距离和微区域电阻变化及阴阳极物相变化的角度研究了焊点结构变化对电迁移影响的机理. 结果表明, 2种焊点通电112和224 h后均发生了Bi向阳极迁移并聚集及 Sn在阴极富集的现象; 直角型焊点阳极由于Bi聚集后膨胀而产生压应力进而导致小丘状凸起和微裂纹出现, 而阴极存在拉应力引发凹陷和微裂纹, 且沿界面呈非均匀变化. 微区组织分析表明, 电迁移作用下焊点内部 Bi原子的扩散速度大于Sn原子的扩散速度. 观察分析和模拟结果还表明, 具有结构不均匀性的直角型焊点中电子流易向电阻较小区域聚集而产生电流拥挤效应, 这是引起直角型焊点电迁移现象严重的根本原因.

采用扫描Kelvin探针测试技术研究了裸铜印制电路板(PCB--Cu)和无电镀镍金处理印制电路板(PCB-ENIG)在霉菌作用下的腐蚀行为, 通过体视学显微镜、扫描电镜和能谱分析对PCB的腐蚀和霉菌生长情况进行了观察和分析. 结果表明, 在湿热环境下霉菌在2种材料表面均能良好生长并且数量逐渐增加, 28 d完成一个生长代谢周期且分生孢子活性良好; 84 d后试样表面都出现了腐蚀产物, PCB--ENIG腐蚀更为严重. 霉菌的生长代谢作用在一定程度上能抑制PCB--Cu表面霉菌生长区域的腐蚀, 但是对PCB--ENIG的微孔腐蚀起促进作用.

对316不锈钢C型环和纵切圆柱2种试样在水冷淬火过程中发生的热处理变形进行了计算机模拟和实验研究. 结果表明:  温度场的精确测量对综合界面换热系数的逆运算结果具有重要影响, 并进一步影响热处理变形的模拟预测. 采用低采集频率数据逆运算得到的界面换热系数, 在温度变化剧烈的高温阶段偏低, 致使变形模拟结果严重失真. 采用高采集频率逆运算得到的界面换热系数, C型环和纵切圆柱试样变形的模拟结果均与实验结果吻合较好.高温阶段界面换热系数对材料的屈服行为的计算结果影响很大, 是影响变形结果的主要原因. 较大的界面换热系数将使材料在较高温度时即进入屈服状态, 并且处于屈服状态的温度范围也较大, 更容易发生塑性变形以及引发刚性运动. 淬火变形的模拟结果对高温段界面换热系数的变化较为敏感, 而对低温段的变化不敏感.

用分子动力学模拟研究了Cu熔体以不同速率冷却微观结构的演变规律.结果表明, 冷却速率在10^12.6 K/s到 10^14.5 K/s之间时,Cu熔体凝固后形成了非晶体与晶体的混合体; Cu熔体中的原子团簇、临界晶核及凝固后晶体的结构均是由hcp和fcc结构层状镶嵌排列构成, 这说明Cu凝固后形成的层状镶嵌结构起源于形核阶段; 冷却速率小于10^13.3 K/s时, Cu层状镶嵌结构中具有fcc结构的原子数多于hcp结构的原子数, 而冷却速率大于10^13.3 K/s后, hcp结构的原子数多于fcc结构的原子数; Cu非晶基体中晶态结构原子团簇的尺寸小于临界晶核尺寸时, 虽然用HA键型指数法能确定出一定数量晶态结构原子键对的存在,但径向分布函数反映不出其晶态结构的特征.

对AZ31镁合金热轧板在350 ℃进行了累积叠轧焊(ARB)变形,采用EBSD技术研究了AZ31镁合金的微观组织和织构演变.结果表明, ARB可以显著细化AZ31镁合金的晶粒组织,经过3道次变形后平均晶粒尺寸为2.18 μm,后续的ARB变形使AZ31镁合金的微观组织更均匀,但晶粒不会再显著细化, 说明存在临界ARB变形道次,使晶粒细化和晶粒长大之间达到动态平衡. AZ31镁合金在ARB 变形过程中的晶粒细化机制为连续动态再结晶, 尤其还观察到了旋转动态再结晶.动态再结晶的形变储存能来源于多道次累积的剧烈应变和沿厚度方向分布复杂的剪切变形. ARB变形过程中旋转动态再结晶和剪切变形使新晶粒c轴发生旋转, 导致基面织构弱化.

在150-350 ℃温区内不同温度下轧制AZ31镁合金板, 观察了不同温度下轧制变形量为9%的AZ31镁合金板材的显微组织, 研究分析了轧制温度对轧制板材中{1011}-{1012} 双孪晶的含量、类型以及高温轧制过程中双孪晶中的动态再结晶行为的影响, 讨论了板材中的孪晶对其力学性能的影响. 研究结果表明: 在150-300 ℃温区内轧制时,板材组织中均有含量不等的{1011}-{1012} 双孪晶,随着轧制温度的升高, 孪晶含量下降. 250 ℃以上轧制的板材中单片一次孪晶中出现的双孪晶类型较为单一, 仅出现共面型双孪晶.在250 ℃以上轧制板材中的双孪晶晶界处中可以观察到明显的动态再结晶现象, 这些动态再结晶晶粒对孪晶界和孪晶起到消除和吞噬的作用. 350 ℃下轧制的AZ31镁合金板材中未观察到{1011}-{1012双孪晶. 随着轧制温度的升高,镁合金轧制板材的强度减弱而塑性增强.

采用OM, SEM, XRD, EBSD及电子万能试验机, 对比研究了Mg-5Li-3Al-2Zn和Mg-5Li-3Al-2Zn-1.2Y-0.8Nd铸态合金的显微组织、力学性能以及室温单向压缩后的织构演变. 研究发现, 复合添加Y和Nd 2种稀土元素后, 合金中絮丝状AlLi相明显减少, 晶粒得到显著细化, 平均尺寸在30 μm左右. 2种合金的塑性表现良好, 加入少量稀土的合金室温压缩的变形量可达到27%. 复合添加的稀土元素大幅度降低了Mg晶格的c/a值, 显著弱化了合金的基面织构,激活了锥面滑移系的同时, 也使得室温下少见的柱面滑移被激活.

制备了3种成分的Mg-Gd-Zn三元合金, 并对其显微组织和力学性能进行了较系统的研究. 结果表明, Mg-(11-13)Gd-1Zn(质量分数, %)三元合金的铸态组织由 α-Mg, (Mg, Zn)₃Gd和具有14H结构的长周期堆垛有序相(14H-LPSO)组成; (Mg, Zn)₃Gd呈现典型的网状共晶形貌, 其体积分数随Gd含量的增加而增大. 热挤压过程中(Mg, Zn)₃Gd相破碎, 其颗粒沿挤压方向排列, 而14H-LPSO相则分布于条状分布的(Mg, Zn)₃Gd颗粒之间. 铸态和挤压态合金在高温固溶处理后, 14H--LPSO相的体积分数增加, 大部分(Mg, Zn)₃Gd相溶入基体. 挤压态合金经固溶和时效(T6)处理后, 显微组织中14H--LPSO相的体积分数大幅度增加, 而且出现了β'和β₁沉淀颗粒. 对挤压后的合金直接进行时效处理(T5)过程中也形成了β'和β₁沉淀, 但14H-LPSO相没有显著增加. 3种合金中 Mg-11Gd-1Zn合金在T6态的性能最好, 抗拉强度高达 416 MPa.

研究了不同组成的KF-AlF₃系溶剂对KBF₄与Al熔体界面反应的影响. 结果表明,采用不同组成的KF-AlF₃系溶剂时, 在氟化盐/Al界面处均有铝硼化合物层形成;当采用共晶成分或过共晶成分KF-AlF₃溶剂时, 铝硼化合物层与Al之间存在的AlF₃可使铝硼化合物层与Al局部或完全脱离; 当采用亚共晶成分KF-AlF₃溶剂时, 在氟化盐/Al界面处未观察到AlF₃存在.对不同组成KF-AlF₃系溶剂和KBF₄的反应过程进行了研究,分析了氟化盐/Al界面处AlF₃的形成机理.

采用苯并三氮唑(BTA)复配钝化体系对B10 Cu--Ni合金进行钝化处理,以提高其在含硫化物环境介质中的耐腐蚀性能, 并研究工艺参数对钝化膜耐蚀性的影响规律. 利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究钝化膜的耐腐蚀性能, 采用X射线光电子能谱分析钝化膜的化学成分.实验结果表明, 在BTA与磺基水杨酸组成的复配体系中形成的钝化膜比BTA单一体系中形成的钝化膜具有更高的耐蚀性, 这是磺基水杨酸与基体合金反应形成的络合物膜与Cu(I)BTA膜协同作用的结果; 钝化处理的时间和温度是影响钝化膜耐蚀性的重要工艺参数, 延长钝化时间和提高钝化温度均可以提高钝化膜的耐蚀性, 60 ℃高温条件下5 min的钝化处理即能够达到常温条件下3 h的钝化处理效果.

对Fe₅₂Co₃₄Hf₇B₆Cu₁非晶合金进行了低频磁脉冲处理,研究低温真空退火对磁脉冲处理Fe₅₂Co₃₄Hf₇B₆Cu₁非晶软磁性能的影响. 结果表明, 磁脉冲处理导致非晶合金发生纳米晶化,析出晶态相α-Fe(Co), 晶粒尺寸为5-10 nm, 形成的纳米晶粒弥散分布于非晶基体的双相纳米合金中. 对磁脉冲处理的试样进行低温真空退火,可以进一步优化纳米合金的软磁性能, 在100 ℃退火可以得到最佳的软磁性能.

将Cu含量高于实际核反应堆压力容器(RPV)钢的模拟钢在880 ℃水淬后,在660 ℃进行 调质处理, 然后在370 ℃时效不同时间, 采用TEM,原子探针层析法(APT)和冲击实验对其进行研究. 结果表明, 时效1150 h后,富Cu团簇的析出仍处于形核阶段, 对韧-脆转变温度(DBTT)没有明显的影响;时效3000 h后, 试样中析出了平均尺寸为1.5 nm的富Cu团簇, 主要分布在位错线上,数量密度达到4.2×10²² m^-3, DBTT由调质处理后的-100 ℃升高至-60 ℃; 时效13200 h后, 富Cu团簇略有长大, 平均尺寸达到2.4 nm,团簇的数量密度与时效3000 h的试样处于相同数量级, DBTT升高至-45 ℃.采用热时效方法使富Cu团簇析出后, DBTT只提高了55 ℃, 没有中子辐照引起的那样显著, 这不仅是因为富Cu团簇的数量密度低, 基体中没有中子辐照产生的晶体缺陷也是重要的原因.

采用电弧离子镀技术及后续热处理工艺在镍基高温合金上制备了均匀NiCrAlY涂层和梯度NiCrAlY涂层, 分析了2种涂层的组织结构, 对比研究了2种涂层静态空气下1000和1100 ℃恒温氧化行为以及1100 ℃的循环氧化行为. 结果表明: 均匀NiCrAlY涂层由γ'/γ相和少量β-NiAl相、α-Cr相组成, 成分分布均匀;梯度NiCrAlY涂层具有外层富Al和内层富Cr的结构, 其中外层由β-NiAl相和少量γ'/γ相、α-Cr相组成. 一方面, 梯度涂层的初始Al含量较高;另一方面, 氧化过程中其富Cr区两侧出现了对富Al区的Al向基体扩散起阻碍作用的Cr(W)析出带.这两方面使梯度涂层长时间维持更多的Al存储相, 提升了氧化膜的迅速生成及再生成能力,从而使涂层具有较好的抗氧化性能.