为了抑制钢包出钢末期出现的漩涡卷渣现象,进而提高钢液的洁净度和钢材质量,从对漩涡形成影响较大的水口偏心率入手,通过数值模拟和水模型实验,重点分析了不同偏心率条件下漩涡的运动过程和速度场的变化规律。研究发现,通过改变出钢过程中漩涡形成时的速度场分布形式和速度值的大小,可以改变漩涡的运动轨迹和趋势,进而降低漩涡的临界高度,有效抑制漩涡的形成。在此基础上,设计出底部吹气的防漩方法,得到最佳的吹气流量和吹气孔位置。

利用热力模拟、EBSD和TEM等方法,研究了Incoloy 028合金在1000~1150 ℃和0.001~1 s^-1应变速率条件下的不连续动态再结晶(DDRX)行为,分析了DDRX过程中链状组织的形成机理。结果表明,随着变形温度降低或应变速率升高,体系发生传统型向链状型DDRX转变,其中传统型DDRX过程由晶粒长大主导,主要在三叉晶界处形核;链状型DDRX发生多层形核长大,其第一层形核机制为孪晶界辅助的原始晶界弓出形核,后续层为亚晶扭转与三叉晶界形核;孪晶界在辅助形核后消失以提高界面移动性,晶粒长大时再次形成以降低体系能量。

以使用线性摩擦焊工艺连接的S31042钢接头为研究对象,在700 ℃下对其进行长期时效和力学性能测试。通过OM、SEM、TEM和拉伸实验研究高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响。结果表明,在700 ℃长期时效过程中,线性摩擦焊中形成的再结晶晶粒和纳米级NbCrN相的稳定性较好,细晶强化和析出强化的综合作用使接头保持优异的高温性能。而焊缝区、热力影响区及热影响区中不同类型的M₂₃C₆相在时效过程中均发生粗化。在时效500 h样品的热力影响区中初次观察到σ相,随着时效时间的延长,σ相的析出数量增加且尺寸增大,导致摩擦焊接头的高温力学性能急剧降低。

采用高温金相显微镜(HTOM)等原位观察和分析手段研究了溶胶-凝胶法制备YAlO₃/Ti₂AlC复合陶瓷涂层过程中干燥与热分解阶段的开裂行为。研究发现,涂层中的开裂现象发生于凝胶体系热分解阶段,是凝胶分子链的断裂导致体系所能承受的最大应力不足以抵抗涂层内逐渐积聚的应力,从而发生了涂层的开裂以及后续升温过程中裂纹的扩展现象。涂层的开裂最初往往发生在较厚的位置,因为在这些位置涂层内的应力集中更为严重。较快速升温可以使涂层表面的应力分布被局限在较小范围内,从而实现减小裂纹尺寸达到改善涂层表面质量的目的,升温速率为5 ℃/min时YAlO₃/Ti₂AlC复合陶瓷涂层的表面质量最佳。

研究了分层厚度对选区激光熔化(SLM)技术成形Ti-5Al-2.5Sn (TA7)钛合金试样致密度、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：在激光功率和扫描间距一定的条件下,当分层厚度≤40 μm时,致密度随激光体能量密度的下降不断提高;当分层厚度>40 μm时,致密度则随激光体能量密度的下降先升高后降低。随分层厚度的增大和扫描速率的降低,SLM成形过程中的冷却速率逐步下降,当冷却速率低于6.8×10⁷ K/s时,显微组织由针状马氏体α′逐渐向岛状α_m转变。通过优化工艺参数,在所有分层厚度(20~60 μm)下均能成形致密的TA7试样,其显微硬度、屈服强度和断裂强度超越铸件和锻件;且当分层厚度≤40 μm时,韧塑性超越铸件,达到锻件水平。成功探索出能够兼顾TA7样品成形效率、冶金质量及力学性能的优选分层厚度及SLM工艺参数组合。

为了提高Fe-30Mn-1C合金的降解速率,采用激光技术,在样品上分别加工不同孔径的孔隙,将支架的设计与缝隙腐蚀结合起来,通过体外浸泡失重实验和电化学测试,研究了合金的降解行为,结果表明缝隙腐蚀可显著提高Fe-30Mn-1C合金的降解速率。

采用激光熔覆方法在30CrMo合金钢表面制备了一种铁基合金耐腐蚀涂层,利用EIS、极化曲线、浸泡腐蚀实验等测试方法,结合XPS研究了该涂层在0.5 mol/L HCl溶液中的腐蚀行为,并与304不锈钢和30CrMo钢进行对比。电化学结果表明,在0.5 mol/L HCl溶液中,与30CrMo钢相比,铁基合金涂层极化曲线出现了明显的钝化区,且具有较低的腐蚀电流密度和较高的自腐蚀电位,熔覆层的耐腐蚀性能显著提高。与304不锈钢相比,铁基合金涂层维钝电流略微变小,钝化区变宽,其耐蚀性与304不锈钢相当。涂层钝化膜主要由Cr₂O₃、FeCr₂O₄和MoO₃组成,涂层具有优良耐蚀性能的本质原因是复合氧化膜的钝化作用对腐蚀介质产生机械阻隔作用。

对0.1C-5Mn中锰钢冷轧后在650 ℃进行不同保温时间的两相区逆相变退火处理,利用电化学充氢和慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了其氢脆敏感性。结果表明,冷轧后中锰钢在退火过程中发生奥氏体逆转变,在退火10 min时可获得优异的强度和塑性配合。随着退火时间延长,可扩散H含量及氢脆敏感性增加,特别是氢脆敏感性的增加幅度十分显著。充氢断口起裂区呈现典型的空心韧窝及包含奥氏体(变形后转变为马氏体)晶粒的实心韧窝的混合断裂模式,这种实心韧窝本质上是在应力作用下氢致裂纹沿奥氏体与铁素体的界面萌生与扩展而形成的一种脆性沿晶断裂。氢脆断裂行为主要与退火过程中逆转变奥氏体的含量及其机械稳定性等因素有关。

研究了不同温度、不同励磁电流、不同磁场频率和不同加载时间条件下,交流磁场对Al-0.99%Fe (质量分数)亚共晶合金熔体热电势差(U)和熔体微观结构的影响。结果表明：交流磁场加载过程中,Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体的U逐渐减小,交流磁场撤除后,减小的U经历了快速恢复和缓慢恢复过程。不同温度下,交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体U的影响程度不同; 随着磁场频率的增大,交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体U的影响逐渐减小;随着励磁电流和加载时间的增大,交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体U的影响逐渐增大,但存在一个饱和加载时间。交流磁场导致Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体的U变化与合金熔体淬火凝固组织中初生α-Al相尺寸变化之间存在相关性,因而可以用U的变化来表征交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体微观结构的影响。

基于多晶材料的微观拓扑结构,从多晶Cu纳米压痕中晶粒内部、晶界面、三叉晶界和顶点团等4类微观结构与缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等方面,研究了压痕表面位错缺陷的演化机制。结果表明：当高维数的微观结构承载压应力时,与其邻近的低维数微观结构表现为拉应力,且更低维数的微观结构(顶点团)更易表现为拉应力;位错缺陷形核时其原子具有较高的内应力与原子势能,扩展时其边缘的不完全位错原子内应力高于内部堆垛层错原子内应力;位错形核与扩展和内应力的累积与释放具有相似的方向性,首先扩展至低维数的顶点团、三叉晶界,而后传递至高维数的晶界面并止于晶界面。

采用LSCM、XRD、SEM、TEM及其附带的EDS,结合相图分析研究了半连续铸造(DC铸造)Al-12Si-0.65Mg-(0~2.27)Mn (质量分数,%)合金铸锭中的第二相及其形成过程。结果表明,Al-12Si-0.65Mg合金铸锭中存在α-Al、共晶Si、Mg₂Si和π相(Al₈Mg₃FeSi₆),它们分别是在567 ℃通过L+Al₅FeSi→α-Al+Si+Al₈Mg₃FeSi₆、555 ℃通过L→α-Al+Si+Mg₂Si及550~554 ℃通过L→α-Al+Si+Mg₂Si+Al₈Mg₃FeSi₆反应形成的。当合金中添加Mn时,α-Al枝晶明显细化,同时合金铸锭中出现α-Al(FeMn)Si相;当Mn含量(质量分数,下同)从0.10%增加至2.27%时,α-Al枝晶形貌、尺寸及数量无明显变化,α-Al(FeMn)Si数量增多而尺寸不变;当Mn含量达到1.07%时,合金在647 ℃通过L+Al₆Mn→α-Al+Al₉Mn₄Si₃反应生成尺寸约80 μm的Al₉Mn₄Si₃,其中溶解了少量Fe形成Al₉(FeMn)₄Si₃,随Mn含量增加其数量增多而尺寸不变;经550 ℃均匀化处理后,合金中的Mg₂Si相溶入基体消失,共晶Si、π相和α-Al(FeMn)Si相球化成颗粒状,Al₉(FeMn)₄Si₃相形貌、尺寸及数量几乎不变,Al-12Si-0.65Mg-(0.10~2.27)Mn合金基体中析出尺寸约几百纳米的Al₉(MnFe)₂Si₃弥散相粒子,其数量随Mn含量增加而增多。

对TA1/Cu/X65三层复合板(复层TA1厚2 mm,中间层Cu厚1 mm,基层X65管线钢厚12 mm)进行了钨极氩弧焊(TIG)对接焊,设计并制备了过渡层焊接材料Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝,从而对焊接接头性能进行有效冶金调控。通过SEM、EDS、XRD、TEM对接头组织特征、界面元素分布进行了分析鉴定,通过拉伸和显微硬度实验测试了接头的力学性能。结果表明,焊缝各层填充金属之间冶金结合良好,且有明显的熔合线和过渡带,其中,在Ti焊缝和过渡层焊缝之间存在宽度大约为150 μm的Ti-Cu冶金反应区,过渡层焊缝和钢焊缝之间的组织主要是铁基固溶体和铜基固溶体。中间Cu夹层和Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝的使用,抑制了Ti-Fe硬脆金属间化合物的产生,形成了塑性相对较好的铜基固溶体和Ti-Cu、Ti-Ag等金属间化合物。接头的平均抗拉强度为507 MPa,主要由X65层贡献。焊缝硬度在各过渡界面处均发生突变,其中在Cu-Ag-Mo-Nb、ERTi-1焊缝处硬度可高达447和507 HV₁₀₀,对接头塑韧性有很大影响。

采用原位电迁移实验研究了在150 ℃、1.0×10⁴ A/cm²条件下倒装芯片Ni/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni-P无铅凸点中β-Sn晶粒取向对金属间化合物(IMC)的聚集析出机制、阴极Ni芯片侧(UBM)溶解行为、电迁移失效机制以及电迁移驱动下β-Sn晶粒的旋转滑移机制的影响。原位观察发现,电迁移过程中(Ni, Cu)₃Sn₄类型IMC在凸点中仅沿着β-Sn晶粒的c轴方向析出,且倾向于在θ角(β-Sn晶粒的c轴与电子流动方向之间的夹角)较小的晶粒内析出;同时,阳极附近观察到β-Sn挤出现象,即凸点出现应力松弛。建立了阴极Ni UBM溶解量与β-Sn晶粒取向的关系模型：β-Sn晶粒取向决定阴极Ni UBM的溶解量,即当θ角很小时,Ni UBM会出现明显溶解;当θ角增大时,Ni UBM的溶解受到抑制,该模型与实验值基本吻合。电迁移导致β-Sn晶粒发生旋转滑移,认为是由于不同取向的相邻β-Sn晶粒中电迁移导致的空位通量不同,从而导致阳极晶界处于空位的过饱和,阴极晶界处于空位的未饱和状态,并促使空位沿着晶界出入于自由表面,最终在垂直方向上会产生空位梯度,由沿晶界的空位梯度对应的应力梯度产生的力矩使β-Sn晶粒发生旋转滑移。