利用分子动力学方法模拟了刚性金刚石压头在Ni单晶体上的滑动过程, 讨论了压入深度对 摩擦力的影响(压入深度对滑动过程中压头下方的微结构演化(能否发射位错环)有很大影响). 结 合摩擦过程中的塑性行为和能量耗散机制, 解释了产生摩擦力锯齿形曲线的原因, 证实了位错的形 核及湮灭是黏--滑机制的原因之一. 不同滑动速度对摩擦力影响的模拟表明, 压头的滑动速度决定 了压头下方位错环的运动和演化形式: 在高速滑动下, 形成的位错环依次沿着滑移面很快向Ni单晶 基体内扩展; 在低速滑动下, 压头下方产生的位错环互相发生作用, 在材料的亚表面形成较低能量的 大位错环, 由此产生的塑性变形主要集中在材料的亚表面.

添加Nb改善了Fe81Ga19合金的塑性, 采用热轧和冷轧相结合的轧制工艺制备出厚度 为0.6 mm的(Fe81Ga19)+ 1%Nb(原子分数)合金薄板. 研究了(Fe81Ga19)+1%Nb合金轧态和退 火态薄板的织构及磁致伸缩效应. 结果表明: 合金的磁致伸缩与样品的织构密切相关, 再结 晶织构取决于热处理工艺. 轧态织构以{111}面织构和近似的{001}<110>旋转立方织构为主, 样品轧向的磁致伸缩系数λ∥=26×10-6. 在1250和1300 ℃保温2 h后水淬样品的织构分别呈现为近似的{011}<100>Gauss织构和单一{001}<100>立方织构, 其磁致伸缩 (3/2)λRD分别达到106×106和134×10-6

将两种形态的AZ31B镁合金(条型内固定板和片状多孔板)植入实验动物(新西兰兔)体内, 并以钛合金板作为对照, 研究了镁合金在修复实验动物下颌骨表面不同形态骨缺损时的骨诱导作用. 结果表明, 镁合金条形内固定板植入90和180 d后, 周围有新骨生成, 新骨生成量高于对照组; 而片 状多孔板植入180 d后, 其下方出现不同程度的成骨和溶骨. AZ31B镁合金具有明显的诱导动物机体 新骨生成的能力; 但当镁合金降解产生的局部镁离子浓度过高时, 则会引起局部的溶骨反应

发展了一个元胞自动机模型来模拟定向凝固中枝晶阵列的一次间距选择. 在模型中通过采用简化的 生长动力学降低了计算复杂度, 并给出了判断系统达到稳定态的方法. 基于两种一次间距的调整机制-侧 枝不稳定性和湮没不稳定性, 分别采取两套不同的数值实验方法: 一套是种晶数目固定, 采用台阶变速方式; 另一套是种晶数目改变, 抽拉速度恒定. 确定了给定的生长条件下枝晶阵列的一次间距的允许范围. 模拟 结果表明, 一次间距的允许范围基本独立于数值实验方法, 而允许范围的上限λmax和下限 λmin可以一般化 地表示为抽拉速度的幂函数. 针对丁二腈-2.乙醇定向凝固枝晶的生长模拟得出的幂函数参数与文献的 实验结果吻合得很好, 模拟结果的下限与实验结果下限吻合的程度优于Hunt-Lu模型的下限.

采用Al-4%Cu合金, 对不同抽拉速率下定向凝固枝晶界面特征进行了研究. 结果表明, 当抽拉速率从100 um/s增至600 um/s时, 一次枝晶间距随抽拉速率的增大而减小. 在枝晶固/液 界面存在枝晶干的凸起, 其平--凸--平--凸的程度随抽拉速率的增加呈现先加强后减弱最后几乎消 失的规律. 随着抽拉速率的增大, 枝晶尖端温度先升高而后降低. 采用KGT模型和非平衡效应 研究了枝晶界面温度, 分析了尖端过冷度和尖端成分对枝晶界面特征的影响, 得到非平衡凝固枝 晶尖端过冷度的计算方程. 界面平-凸-平-凸的程度与枝晶尖端成分和尖端过冷度有关.

利用金属/气体共晶二维定向凝固的方法制备出放射状多孔金属. 凝固过程中, 气孔的 生成使熔体体积膨胀, 从而导致凝固界面前沿出现剧烈的熔体流动. Mg-H系实验结果显示, 横向对 流会影响气孔的生长方向, 促进气泡逸出以及降低气孔分布的均匀性. 通过合理的铸型结构设计以及 选择适当的工艺参数, 可以将剧烈而有害的横向对流限制至一个较低的程度, 从而制得高质量的气孔 均匀分布的放射状多孔镁.

在假设马氏体岛形态和分布的基础上, 采用有限元法计算了粒状组织形成过程中的相变残余应力, 并讨论 了相变残余应力对宏观变形行为的影响. 结果表明: 粒状组织形成过程中, 奥氏体转变为马氏体后将在铁素体基体中产生静水张应力, 而马氏体岛承受压应力作用; 残余应力随马氏体体积分数和铁素体基体强度的增加而增大, 存在临界马氏体体积分数, 此时铁素体完全屈服; 残余应力是导致空冷粒状组织钢出现连续屈服现象的原因之一, 但对屈服强度的影响较小.

利用Gleeble 1500热模拟试验机进行单轴热压缩实验, 研究了合金元素Al对过共析钢缓冷相变和 过冷奥氏体动态相变组织的影响. 结果表明: 在缓冷相变时, Al的加入抑制网状渗碳体形成, 细化珠光体 片层间距; 在过冷奥氏体形变过程中, 动态转变经历动态相变和相变所得珠光体中渗碳体球化及铁素体动 态再结晶等过程. 在动态相变过程中, 没有形成晶界网状渗碳体, 而直接产生珠光体. Al的加入使动态相变过程中奥氏体的稳定性提高、珠光体转变推迟, 进一步细化了珠光体片层间距. 在相变所得珠光体中渗碳体球化及铁素体动态再结晶的过程中, Al阻碍渗碳体粗化, 使渗碳体颗粒和铁素体晶粒尺寸细化.

用示差扫描量热仪、X射线衍射仪、拉伸实验和循环实验研究了退火温度、形变温度和应力--应变循环对 Ti-50.8Ni-0.3Cr超弹性(SE)合金丝和弹簧相变、形变及应力循环特性的影响. 350-600 ℃退火态Ti--50.8Ni--0.3Cr合金 室温下呈SE特性, 室温组织由母相B2和TiNi$_{3}$组成. 退火温度显著影响合金的相变类型, 随退火温度升高, 合金的马 氏体相变温度升高, R相变温度先升高后降低, 应力诱发马氏体应力先降低后升高; 随形变温度的升高, SE弹簧的应力 诱发马氏体切应力增加; 随应力循环次数增加, SE弹簧的应变恢复率先快速衰减后趋于稳定. 预循环训练可增加弹簧SE 特性的稳定性. 要使该合金弹簧具有良好的SE特性, 退火温度应为400-550 ℃, 使用温度应在室温以上.

建立了偏晶合金液--液相变过程中的两相流动模型, 发展了偏晶合金凝固理论模型; 以Al-Pb合金为例, 模拟研究了偏晶合金凝固时的组织演变进程, 考察了流动对凝固组织形成的影响. 结果表明, 对流影响液--液相变的形核特性, 提高凝固界面前沿最高弥散相液滴数量密度、最大液滴半径和最高弥散相 体积分数, 促进宏观偏析组织的形成.

使用嵌入原子势分子动力学方法, 对bcc-Fe在等温压缩(沿[001]晶向)下的相变(bcc 至hcp)的微观过程进行了数值模拟. 结果表明, 当应力超过相变阈值, hcp相开始形核并沿(011) 面长大成片状体系, 同时系统进入超应力松弛状态; 平均应力及hcp相质量分数在初始形核时发生 突变, 之后与体系的体积变化近似呈线性关系; 纵向偏应力与相变质量分数在整个相变过程保持线 性关系; 混合相中, hcp相的平均势能高于bcc相.

通过偏振光显微镜观察了在恒电场作用下湿空气对BaTiO3单晶畴变的影响. 结果表明, 在 恒电场下, 湿度对不同的畴结构有不同的影响. 较低的湿度对a-b和b-c畴结构没有影响. 而 在较高的湿度下, 随着放置时间的增加, b-c畴结构发生了变化, b畴逐渐向c畴转变; 但是较 高的湿度对a-b畴结构无影响. 可用水分子在a(b)畴和c畴上的吸附差别解释上述现象.

采用动态机械分析仪双悬臂法研究了含硼(B)和无硼两种Fe-Ni-Cr奥氏 体合金的内耗行为，并分析了氢致内耗峰以及B对氢致内耗的影响; 利用金相显微镜和扫描 电镜观察了这两种合金在不同热处理状态下的显微组织及相组成. 结果表明，经时效处理 后，无B合金的晶界上析出大量NiTi(η)相和少量碳化物，而含0.008%B的合金的晶界上只析 出少量的碳化物; 热充氢后，含B和无B合金分别在26和36 ℃附近出现一新内耗峰，这 是氢原子与含有析出相的晶界相互作用引起的. 添加B导致合金内耗峰温度和激活能降低， 说明B通过抑制晶界相的析出减弱了晶界对氢的捕获能力，从而减小氢致塑性损失.

采用中频磁控溅射法制备不同厚度的Al膜。利用直线型四探针法测量不同厚度Al膜的电导率，研究薄膜直流电导率随厚度的变化关系（尺寸效应）；并利用网络矢量分析仪测量Al膜与FR4-epoxy环氧树脂玻璃板复合结构微波吸收率，研究电导率尺寸效应对Al膜微波吸收性能的影响。实验结果表明：薄膜厚度对金属Al膜的电导率产生主要影响；在Al膜和FR4-epoxy环氧树脂玻璃板复合结构中，Al膜电导率变化对复合结构的最大吸收峰值以及吸收峰值对应的Al膜厚度会产生显著影响。实验结果利用传输矩阵方法计算得到了验证。

采用电解液微弧碳氮化技术(PECN), 在纯钛试样表面沉积出较厚且与基体结合牢固的多孔纳米 Ti(CxN1-x)改性层, 研究了改性层结构和组成随PECN处理时间的演变规律. 结果表明: 随放电处理时间延 长, PECN--Ti(CxN1-x)膜层厚度、膜层中C/N的原子比以及微孔直径皆增加. 处理150 min时, Ti(CxN1-x) 膜层厚度可达15 um, 且膜层是由晶粒尺寸为40-60 nm的纳米晶粒组成. 处理过程中有氢渗入, 并在Ti(CxN1-x) 层下面形成富含TiH2的过渡层. 后期的真空退火处理可以将氢除去使TiH2完全分解, 而不影响表面Ti(CxN1-x) 膜的成分和形貌

利用CALPHAD (calculation of phase diagrams) 技术和已有热力学数据, 通过对比分析亚稳过冷液态 合金中各结晶相的形核驱动力大小, 寻找结晶能力弱而非晶形成能力强的成分范围. 选择典型的非晶形成体系, 以平衡相图中共晶深度明显不同的3个二元合金 体系Cu--Zr, Ni--Nb和Pd--Si为研究对象, 预测各体系非晶形成能力与成分的关 系, 获得非晶形成最优成分, 并与共晶点成分及实验数据进行对比. 预测结果与实验确定的块体非晶最优成分相符.

利用周浸加速腐蚀实验与力学性能实验对比研究了新型低碳贝氏体钢、超低碳铁素 体钢以及09CuPCrNi钢这3种钢在含氯离子环境中的耐腐蚀性能与拉伸性能的变化. 与超低 碳铁素体钢和09CuPCrNi钢相比, 新型低碳贝氏体钢不仅力学性能提高了, 而且耐腐蚀性 能亦得到改善, 其腐蚀速率明显低于其余2种对比钢, 并且随着腐蚀时间的延长其优势更加 明显. 3种钢的锈层具有相近的相组成, 但新型低碳贝氏体钢的腐蚀产物颗粒最细小且锈层 最致密, 同时在接近钢基体的锈层处Cr和Cu的富集程度最明显且Cl的含量最低. 新 型低碳贝氏体钢锈层阻碍氯离子透过能力高于其余2种对比钢锈层.

采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在碳钢基体上制备了NiCrBSi喷涂层, 对包覆样 品进行900 ℃保温2 h或10 min热处理, 利用电化学阻抗谱(EIS)研究了涂层在3.5%NaCl 水溶液中的腐蚀失效过程和耐蚀性的变化规律. EIS图谱分析表明, 喷态涂层抗介质渗透能力 差, 腐蚀20 h后介质可渗达碳钢基体；900 ℃, 2 h保温热处理涂层腐蚀 15 h后EIS谱发生明 显变化, 产生局部腐蚀；而900 ℃, 10 min处理涂层为均匀腐蚀, EIS谱形可长时间保持稳定. 利用等效电路拟合, 获取了涂层界面反应阻力(腐蚀抗力)随时间变化的关系, 显示高温短 时(10 min)热处理涂层的界面反应阻力高且稳定, 其耐蚀性和抗介质渗透能力远优于喷态 涂层, 但2 h保温热处理涂层的耐蚀性比喷态涂层的差. 利用组织结构分析解释了热处理影响 涂层腐蚀行为的原因.

设计了低碳钢激光点焊工艺, 显示了小尺寸液态熔池均匀回缩的凝固过程, 以此作为平台, 进行了 焊接熔池表面温度与凝固速率测量方法的研究. 采用红外测温仪从熔池表面直接获取熔池凝固过程温度曲 线; 利用金属固相与液相表面发射率的差异从熔池凝固温度曲线中提取能准确反映液--固转变的特征信息, 以此推算了熔池表面的凝固速率; 并通过进一步的工艺实验, 验证了凝固速率与焊点背面直径之间的良好 对应关系. 该方法亦适用于其它热加工过程金属凝固速率的测量与分析.

应用Cu-11Sn-2Ni微晶钎料对25Cr3MoA钢和YG6硬质合金进行了真空钎焊, 观察了接头组织形貌, 建立了钎料层/母材原子互扩散模型, 定量分析了焊接区合金元素的分布特征, 并在专用仪器上测试了接头的剪切 强度. 结果表明: 使用铜基微晶钎料钎焊25Cr3MoA和YG6, 润湿性和铺展性良好, 形成的钎缝饱满致密, 接头 钎着率高; 钎缝组织以铜固溶体为主相, 其间分布着Cu3Sn相、富Ni的Cu9NiSn3相以及少量的 γ-Fe相. 铜原子从钎 缝向母材的扩散深度约为25 um. 应用铜基微晶钎料可实现25Cr3MoA与YG6的真空扩散钎焊连接, 接头剪切强 度较高, 达169 MPa.

利用数值模拟方法研究了板坯结晶器电磁制动和吹氩耦合作用下吹氩量、拉速和线圈电流强度等不同工艺 参数对钢/渣界面行为的影响规律, 分析了结晶器内液面波动指数F与液面波动间的关系. 研究表明, 在一定拉速 和电磁制动条件下, 吹氩量增加会加剧钢/渣界面的局部波动, F值随吹氩量增加而增大, 弯月面处的液渣厚度与F 值呈线性递增关系; 在一定吹氩量和电磁制动条件下, 拉速增加并没有恶化水口附近的钢/渣界面波动, 而使F值 增大, 弯月面处的液渣厚度与$F$值呈线性递减关系; 在一定拉速和吹氩量条件下, 增加线圈电流强度会加剧水口附 近的钢/渣界面波动.

用湿化学共沉淀法制备了(Y, Gd)2O3:Eu3+纳米粒子. 用XRD, TEM, SEM及差示/热重分析 (DSC/TG)手段对粉体进行了表征. 用荧光光度计分析了样品的激发光谱和发射光谱. 结果表明： 在煅烧温度为800 ℃保温2 h时, 合成出近似球形、粒径均匀且分散性好的(Y, Gd)2O3:Eu3+纳米粒 子, 一次颗粒尺寸约为20 nm. 样品在波长为612.0 nm监控光下激发, 出现235和250 nm两个激发 峰, 分别为(Y, Gd)2O3基质吸收和Eu3+迁移态(CTS)吸收造成的. 两个波长激发下的发射光谱峰强 度前者高于后者. 当掺杂Eu3的摩尔浓度为3%时, 发射光谱对应5D07F2 能级跃迁的相对峰强度 最大, 当Eu3+掺杂的摩尔浓度为7%时, 相对峰强度反而降低, 这是由于Eu3+的浓度猝灭造成的.