固溶处理后的2组304不锈钢样品分别经应变量ε=2的多向锻造(MF)和单向轧制(DR)后,再经900 ℃高温退火2-120 min. 采用电子背散射衍射(EBSD)技术和五参数晶界面分析方法(FPA), 研究了样品的晶界特征分布(GBCD)和晶界面分布(GBPD).结果表明, 2组样品中Σ3ⁿ(n=1, 2, 3)特殊晶界的比例均不超过45%,并且在退火过程中, 非共格Σ3晶界逐渐共格化, Σ9和Σ27晶界比例也随之下降. 分别经MF和DR处理后再经120 min退火的样品中,一般大角度晶界(过滤掉Σ3ⁿ)一般均以<111>扭转晶界和<110>倾侧晶界为主, 表明样品中均存在明显的晶界织构 (GBT);在某些特定取向差条件下, 一般大角度晶界的GBPD在样品中存在显著差异,表明退火之前的加工过程对304不锈钢的GBPD有显著影响.

采用分子动力学方法对液态Zn_xAl_100-x (x=25, 50, 75) 合金的快速凝固过程进行了模拟, 并通过键型指数与原子团类型指数表征和分析了凝固过程中熔体微观结构的演变特性. 结果表明, 在冷速1×10¹² K/s下, 3种成分的Zn-Al合金都形成了以1551键对和二十面体(12 0 12 0 0 0)基本原子团为主体的非晶结构, 并且在玻璃转变温度T_g附近熔体中1551键对和二十面体基本原子团的数目最多; 随Zn含量增加, 合金玻璃转变温度T_g、非晶形成能力和化学短程序参数降低. 对应不同成分的合金,Zn和Al呈现不同程度的偏聚与团簇化趋势.

利用EBSD技术研究了样品取向对AZ31镁合金静态再结晶行为的影响. 采用了沿板材法向切取的试样(0°试样)和沿板材横向切取的试样(90°试样)2种取向的样品, 在150 ℃进行15%单轴压缩变形, 然后在275 ℃保温不同时间进行退火实验. 结果表明, 0°试样15%单轴压缩变形内的变形机制以滑移为主; 90°试样15%单轴压缩变形内的变形机制先以拉伸孪生为主, 然后以滑移为主; 由于变形机制的差异, 相同压缩应变下90°试样比0°试样形变储存能要小. 与0°试样相比, 90°试样相同退火参数下静态再结晶开始及结束时间都被推迟. 随着再结晶过程的进行,90°试样和0°试样2°-4°小角晶界含量均降低, 均在30°取向差角处产生峰值; 绝大多数再结晶晶粒优先在原始晶界处形核, 少数再结晶晶粒在拉伸孪晶内部形核.

完成了6根表面经滚压处理的漏斗形圆棒试样疲劳短裂纹复型实验, 结果表明其短裂纹行为表现出明显的微观结构短裂纹(MSC)和物理短裂纹(PSC) 2阶段特征. 在MSC阶段, 由于不同微观结构障碍的阻碍, 主导短裂纹出现2次较明显的扩展减速, 进入PSC阶段后, 随着主导短裂纹尺度的增长, 该现象不再显著. 与表面未经滚压的试样相比, 在给定主导短裂纹尺度条件下, 滚压试样的裂纹扩展速率低得多, 这种差异在MSC阶段可达1个数量级. 滚压试样平均疲劳寿命达到未滚压试样的6.4倍. 表面滚压处理有效抑制了微裂纹的形核与合并, 改善了局部微观结构条件, 并推迟了MSC与PSC过渡阶段的到来,提高了材料的抗疲劳性能. 对主导短裂纹尺度、疲劳寿命分数和有效短裂纹密度3种特征参量进行分析, 确定了其良好假设分布和统计演化规律.

在室温下利用190 keV质子对A508-3钢进行辐照, 辐照剂量分别为0.108, 0.216和0.271 dpa. 对辐照前后样品的微结构进行了TEM观察. 结果表明, 辐照没有产生可观察到的微空洞, 辐照缺陷主要是位错环, 且大部分为Burgers矢量为<100>型的间隙型位错环; 位错环大部分均匀分布在基体内, 还可见位错环分布在位错线附近的情况; 随辐照剂量的增加, 位错环尺寸分布范围变宽, 平均直径增大, 当辐照剂量从0.108 dpa增至0.271 dpa时, 位错环的平均直径由约1.8 nm增至约4.6 nm; 位错环的数量密度在10²² m^-3数量级并随辐照剂量增加略有增加. 对位错环的形成机制及辐照剂量对辐照硬化和脆化程度的影响进行了分析. 在实验范围内, 由位错环引起的硬化和脆化程度随辐照剂量增加而增大, 未出现饱和现象.

为了利用NbC的高硬度和高热稳定性, 并避免其在凝固过程中的过分长大, 采用喷射成形快速凝固技术制备了M3型高速钢和以Nb代V的M3型高速钢. 利用SEM, EDX和XRD等方法研究了Nb对喷射成形M3型高速钢沉积态组织的影响; 利用SRV高温摩擦磨损试验机和三维白光干涉表面形貌仪研究了Nb对喷射成形M3型高速钢摩擦磨损性能的影响. 结果表明, 用等原子分数的Nb替代V, 可大幅增加沉积态中一次$M$C型碳化物, 减少一次M₂C型碳化物, 同时由于喷射成形高冷速的作用, 使得MC碳化物尺寸减小, 分布更弥散; 这些MC型碳化物的存在是M3型高速钢的抗磨粒磨损性能提高的主要原因, 但其对抗氧化性能并无贡献, 在高载荷时抗氧化剥落磨损能力增加不明显; Nb对提高M3高速钢回火稳定性也有明显的作用.

在自行搭建的高温高压水循环回路系统中, 通过原位电化学测量, 结合SEM观察和XPS分析, 研究了核级商用690合金和800合金在模拟压水堆核电站一回路高温高压水环境中的腐蚀行为. 结果表明, 690合金和800合金的自腐蚀电位随浸泡时间的延长而逐渐降低, 浸泡时间对690合金和800合金的阻抗谱影响并不明显. 经过408 h浸泡后, 690合金表面生成了大量针状氧化物,800合金表面则同时生成了针状氧化物和颗粒状氧化物. 690合金表面富Cr氧化层位于表面膜内侧, 而800合金的富Cr氧化层位于表面膜外侧. 在高温高压水中,690合金比800合金表现出更为优异的抗腐蚀能力. 浸泡实验后, 溶液中主要金属离子Ni²⁺,Cr³⁺和Fe³⁺的含量分别为0.1×10^-6,0.1×10^-6和0.3×10^-6.

采用Pb-Sn-Bi合金进行模拟实验, 研究了吹Ar过程中施加低频行波磁场时结晶器内气泡的运动和分布. 用电阻探针法测量了结晶器内金属液面下及液相深处的气泡分布, 考察了磁感应强度、拉速和吹气量对结晶器内气泡运动、数量和分布的影响. 结果表明, 吹气量和拉速的增加使结晶器窄面附近的气泡数量增多;施加行波磁场使液相深处窄面附近的气泡数量减少, 减少了气泡被凝固坯壳捕获的可能性,并且抑制了高浇速时沿结晶器宽度方向气泡上浮不均匀的现象, 可避免局部气泡上浮数量过多而对液面扰动过大. 通过对大气泡分布规律的研究发现施加行波磁场使气泡聚合现象增强, 促进了气泡的上浮, 且当磁感应强度增加到0.12 T时大气泡在结晶器宽度方向上浮更均匀.

在超声波振荡环境下, 用双脉冲电源在Watt-Ni电解液体系中电沉积了纳米晶Ni-CeO₂复合镀层, 采用E-SEM, TEM 和XRD对镀层的形貌,微观结构及相组成进行分析; 通过循环氧化增重曲线和DSC曲线,比较研究了纯Ni镀层和Ni-CeO₂复合镀层的高温抗氧化性能与热稳定性.结果表明, 超声波振荡能有效抑制纳米颗粒在镀液中的团聚;添加20 g/L CeO₂, 可使Ni晶粒细化; 在873 K空气中退火处理2 h,复合镀层中的CeO₂沿裂纹扩展间隙处析出并形成含有稀土元素的弥散相,可起到钉扎晶界和阻止热裂纹萌生的作用. 晶界作为Ni的快速扩散通道,促进稀土弥散相沿晶界析出并形成连续的致密氧化膜, 能有效抑制O与Ni原子在氧化膜中互扩散, 从而降低镀层的氧化速率. 通过测定不同升温速率下镀层DSC曲线的吸热峰对应温度, 由Kissinger方程求得Ni-CeO₂复合镀层中Ni晶粒长大的表观活化能为243.3 kJ/mol,明显高于纯Ni的晶粒长大表观活化能(159.2 kJ/mol),吸热峰对应温度也较纯Ni镀层提高约130 K,因此Ni-CeO₂复合镀层具有更高的热稳定性.

采用等离子喷涂制备了La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇(LZ7C3)热障涂层, 并对涂层的微观组织、相结构、成分、相稳定性、涂层热导率以及抗热震性能进行了研究. 结果表明, LZ7C3涂层由单相烧绿石结构物质组成, 高温稳定性较好; 涂层的热导率较块材下降约20%, 这是由于涂层具有较高的孔隙率所致; 涂层在不同温度范围的热震寿命和失效机制不同, 在室温至约1000℃间的热震寿命为116 cyc, 涂层失效方式以片状剥落为主; 在室温至1100℃间的热震寿命为53 cyc, 涂层失效方式为片状剥落和层状撕裂; 在室温至1200℃间的热震寿命为3 cyc, 涂层失效方式以层状撕裂为主.

应用光电化学响应法和Mott-Schottky曲线法, 研究了Ni201在500 ℃空气中生成的氧化膜和在pH值为8.4的中性缓冲溶液中阳极氧化生成钝化膜的半导体性质, 分析了Ni201表面钝化膜的结构和组成. Mott-Schottky曲线表明, Ni201在该中性溶液中生成钝化膜的平带电位约为0.40 V, 其在500 ℃空气中生成的氧化膜的平带电位约为0.15 V, 前者的载流子浓度约是后者的34倍. 在中性缓冲溶液中生成钝化膜的光电流谱表明, Ni201的结构由内层NiO和外层Ni(OH)₂构成, 其带隙宽度分别为2.8和1.6 eV. 其中, 具有晶体结构的内层NiO的带隙宽度与Ni201在500 ℃空气中生成的氧化膜的带隙宽度2.4 eV相似. 通过光电化学法和Mott-Schottky曲线建立 Ni201表面钝化膜的电子能带结构模型, 解释了其内层NiO和外层Ni(OH)$_{2}$同是p型半导体组成的钝化膜的半导体性质.

运用液相化学还原Ag技术, 制备了球形和片形2种Fe @Ag核壳复合粒子. 表征了这2种屏蔽填料的物相、表面形貌和化学组成, 研究了其静磁性能, 分析了填料的形状对复合材料的复磁导率、电导率和屏蔽效能等电磁特性的影响. 结果表明: 2种复合粒子均为核壳结构完整的Fe @Ag核壳复合粒子, 其Ag壳层均匀且致密; 球形和片形Fe @Ag核壳复合粒子均具有良好的软磁性能; 与形状各向同性的屏蔽填料相比, 以片形Fe @Ag核壳复合粒子为填料的电磁屏蔽复合材料的复磁导率更高, 体积电阻率更低, 该复合材料在电磁波频率范围为30-1500 MHz内的屏蔽效能(SE)为-51-- -55 dB, 优于以球形Fe @Ag核壳复合粒子为填料的电磁屏蔽复合材料. 并且从理论上分析了片形Fe @Ag核壳复合粒子的电磁屏蔽复合材料对电磁波的吸收损耗更强和屏蔽效能更高的物理本质.

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在铝合金表面分别制备了以Cr和Al为打底层,Cr-C和Al-Cr-C为过渡层的Cr/Cr-C/类石墨碳(GLC)和Al/Al-Cr-C/GLC复合镀层, 并与无打底层制备GLC镀层对比, 系统研究了不同镀层微观结构、膜基结合力及摩擦学性能. 结果表明, 铝合金基体表面Cr打底层呈柱状晶生长, Cr/C过渡层无柱状晶特征,且随过渡层增厚, 富Cr区域减少, 实现了成分的梯度变化;  Al打底层与铝合金基体间为一个整体, 没有明显界面; Al-Cr-C过渡层的成分也呈梯度变化; 采用不同打底层和过渡层时, GLC层均为非晶态结构. 较无打底层制备GLC镀层, Cr/Cr-C/GLC和Al/Al-Cr-C/GLC复合镀层与铝合金基底间的膜基结合力显著增强, 以Al为打底层的复合镀层的失效临界载荷最大. 磨损实验中, 在不同载荷条件下2种复合镀层均具有低的摩擦系数.

利用电子束毛化技术在TA15薄板(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)表面生成“毛刺”, 通过OM, SEM, EDS和XRD分析了“毛刺”的组织、元素成分和性能. 研究发现, “毛刺”组织可分为边缘区、中心区、热影响区、基体; 边缘区为粗大晶粒和大量片状马氏体, 硬度最低; 中心区为大晶粒和规则排列的片状马氏体, 硬度次低; 热影响区晶粒较小, 晶界为α相, 晶内为平行排列的片状马氏体组织, 硬度最高; 不同区域的Al含量有明显差异. “毛刺”不同区域的硬度主要取决于Al含量和晶粒尺寸.

基于经典叠层板理论和几何大变形理论, 研究了四边固支Al质蜂窝夹芯板的非线性动力学问题. 在考虑横向阻尼的影响下, 利用Hamilton变分原理建立了蜂窝夹芯板受横向激振力作用时的受迫振动微分方程, 通过振型正交化将 蜂窝夹芯板的受迫振动微分方程简化为双模态下的动力学控制方程, 同时利用Runge-Kutta法数值模拟了系统的非线性动力学行为. 结果表明: 由于芯层六角形胞元结构的影响, 使得蜂窝夹芯板的振动对横向激振力幅值的变化非常敏感; 第一阶模态下的最大振幅总要大于第二阶模态下的最大振幅, 横向激振力幅值在不同的取值范围时, 蜂窝夹芯板存在不同性质的动力学现象, 在横向激振力幅值较小阶段, 系统总是呈现单倍周期运动. 当横向激振力幅值增加到一定数值时, 系统呈现出从周期运动向倍周期及混沌等复杂运动形式的转换.通过相应的弯曲振动响应实验, 对数值分析结果进行了实验验证.

利用OM和TEM对FGH4096粉末高温合金的再结晶组织进行了系统的观察和分析,证实有3种再结晶形核机制存在, 即原始颗粒边界形核、应变诱导蝶状γ'相形核和孪晶叠加形核. 通过研究微观偏析, 弯曲褶皱边界的形成和孪晶叠加效应, 原子扩散和位错运动建立了形核模型.

研究了含Hf镍基粉末高温合金在长期时效处理过程中γ'相形态的演化过程.结果表明: 合金在高温长期处理过程中立方状γ'相发生分裂,呈现出二重平行状和八重小立方体组态, 八重小立方体组态作为择优形态不再发生分裂, 处于低能稳定状态. 不同Hf含量合金的错配度发生明显变化, γ'相的长大或粗化过程可以粗略地分为“界面控制”和“应变控制”2个阶段, γ'相间弹性相互作用能对合金中析出相的形态变化起着重要作用.

采用数字化脉冲MIG焊机, 以ER4043焊丝为填充材料, 实现了6013-T4铝合金薄板与镀锌钢板的熔-钎焊接, 研究了焊接热输入对接头组织和性能的影响.结果表明, 在熔--钎焊接头熔化焊缝焊趾处存在主要由Zn-Al共晶体、富Al的α固溶体和Fe₃Al组成的富Zn区; 钎焊界面上的Fe-Al金属间化合物层厚度在1.05-4.50 μm之间, 且随焊接热输入的增加而增大.Fe-Al金属间化合物呈“锯齿”或“舌”状向焊缝内生长, 主要为FeAl₂,Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃. 随着焊接热输入的增大, 熔--钎焊接头的抗拉强度先增大而后减小, 在850 J/cm的热输入下达到229 MPa, 拉伸后在铝合金焊接热影响区发生断裂, 为塑韧性断裂; 当焊接热输入较小时接头在钎焊界面断裂, 属于脆性断裂.