采用OM, XRD, SEM和TEM研究了由纯铁穿透渗氮所得高氮奥氏体经225 ℃中温转变后的显微组织, 确定了转变产物的种类和形态. 等温转变属于γ→α-Fe +γ’-Fe4N上贝氏体转变, 转变产物由α-Fe板条和γ’- Fe4N板条交替排列而成的贝氏体板条团以及离散分布在贝氏体团块间的残余奥氏体γr小团块组成. 该贝氏体相变在晶界和晶内位错线上优先形核、长大, 具有扩散型相变的特征, 其领先相是γ’-Fe4N. γ’-Fe4N与奥氏体晶体结构上的相似性及界面良好的共格性, 保证了γ’-Fe4N从奥氏体的顺利析出.

应用Pillbox模型研究了低碳钢高温变形对先共析铁素体相变形核率的影响, 主要依据稳态形核率方法进行计算. 为确定变形储能的数值, 探讨了变形参数对变形储能的影响. 计算结果表明, 热变形使铁素体相变起始温度和最大形核率温度升高、相同温度条件下形核率增加、相变孕育期缩短, 如进一步控制铁素体晶粒长大, 可以起到促进晶粒细化的作用.

根据局部平衡模型, Fe-C-Xi合金系铁素体生长模式可以分为合金元素Xi扩散控制的再分配局域平衡模式(partition local equilibrium, PLE)和C元素扩散控制的不分配局部平衡模式(no partition local equilibrium, NPLE). 在基本热力学模型的基础上, 建立了简便计算Fe-C-Xi合金系PLE/NPLE转变温度的方法. 代入合金原始成分, 即可准确计算这一成分对应的PLE/NPLE转变温度. 应用这一方法计算了多种Fe-C-Xi合金系的PLE/NPLE转变温度.

用示差扫描量热仪(DSC)和部分热循环分析法研究了350—800 ℃退火态和300—500℃时效态Ti-(50.2—50.8)Ni(原子分数, %)形状记忆合金多阶段可逆相变的类型及其演化过程. 结果表明, 这些合金发生R和马氏体两种可逆相变, 相变可以一阶段完成, 也可以多阶段完成. 时效态合金的相变比退火态复杂, 时效温度越低相变越复杂. 若用DSC曲线上冷却相变峰数/加热相变峰数表示相变类型, 则退火态和时效态合金冷却/加热时可以发生1/1, 2/1, 2/2,3/2和3/3等类型的相变. 给出了各类相变发生的热处理工艺. 多阶段可逆相变是一个渐变过程, 在冷却相变峰的温度区间进行部分热循环时, 随冷却停止(加热开始)温度降低, 逆相变峰温度降低.

采用球形Mg粉(Q-Mg)、屑状Mg粉(X-Mg)和无定形B粉, 按照MgB2的化学计量比充分混合后, 在10 MPa的压力下压制成块材, 分别在650, 750和800℃下进行烧结. X射线衍射(XRD)结果表明, Q-Mg样品的成相速率远低于X-Mg样品.扫描电镜(SEM)观察显示, 样品中的孔洞形状和尺寸依赖于初始Mg粉的形状和尺寸. 差示扫描量热法(DSC)研究结果显示, 两类样品在升温过程中, 均先后发生了固--固反应、Mg熔化以及液-固反应. 但是, 由于球形粉末表面积较小, 表面能较大, 且表面原子活性较差, 导致了Q-Mg样品的固-固反应起始温度比X-Mg样品高出53.7℃. 基于DSC, XRD和SEM研究结果可知, 球形Mg粉提高了固-固反应温度并延缓了低温下的Mg-B反应速率, 但不改变MgB2晶体的形成和生长机制.

为解决传统塑性应变测试方法无法有效地测量体积成形中金属体内应变分布的问题,提出了一种测量金属塑性应变的新方法. 其原理是将工件加工成内部嵌入螺柱的组合件, 对组合件进行塑性变形, 测量变形后组合件内部的螺纹界面的变形, 进而计算相应位置上的应变. 该方法可以定量给出变形体内部的应变分布, 与传统的坐标网格法相比, 具有不需要剖分工件、不改变应力状态的优点. 该方法可应用于镦粗、挤压、模锻等塑性变形工艺中金属变形流动行为的研究.

根据hcp晶体学结构和优先生长方向, 建立了铸造镁合金晶体生长的物理模型, 提出了一种新的随机性模拟方法——虚拟生长中心计算模型. 模型考虑了枝晶生长动力学、各向异性和二次枝晶臂粗化, 采用枝晶形状函数揭示了一 次枝晶和二次枝晶的生长演化过程. 引入坐标变换技术可更快速准确计算任意晶向枝晶的生长捕获. 耦合了微观溶质场计算, 得到了更准确的枝晶生长形貌和溶质分布情况. 对Mg-Al合金定向凝固和等轴晶生长的模拟验证了本模型的正确性.

铝基稳定准晶存在于三元体系中, 利用团簇线判据分析可知, 准晶的基础结构只需三个组元, 为了进一步确认是否存在四元准晶, 以等电子浓度和等原子尺寸判据作为指导, 分析了Al-Cu-Ni-Fe四元系中的合金相成分规律, 发现三元准晶并没有向四元过渡的倾向, 从而验证了团簇线判据的判断, 即在该体系不存在真正意义上的四元准晶.

应用正则系综分子动力学方法和嵌入原子势函数, 模拟计算了在升温过程中纳米尺度铜团簇Cun(原子数n=531, 603, 683)原子径向密度分布函数ρ(r)及原子的平均能量随温度的变化. 在将团簇沿其径向分为表层、近表层、内层I和内层II四个区域后, 研究了在升温过程中纳米尺度铜团簇表层及内部区域结构变化.结果表明, 团簇Cu603在温度为770 K时团簇表层区域原子的结构部分处于无序状态, 部分保持有序结构, 且这种有序和无序共存的状态一直持续到1000 K, 而在这一温度区间内, 近表层和内层原子的结构仍总体保持有序结构;在1000—1100 K温度区间内, 各区域原子的平均能量均经历一个N形变化后,当温度为1080 K时团簇各区域内原子的结构已变为无序, 但沿径向方向表现为层状分布; 直到1500 K时, 团簇的层状分布特征消失. 团簇Cu531和Cu683具有相似的结果.

对Cu-20%Co合金进行了高压气体雾化快速凝固实验，获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的Cu-20%Co合金粉末.富Co相粒子的尺寸随着粉末尺寸的增加而增大.在凝固过程中, 富Co相液滴受固-液界面推斥;凝固后, Co相粒子主要分布于晶界. 由于富Co液相的表面能较高，液--液相变时弥散相液核通常在雾化液滴内部形成，并在温度梯度的作用下向雾化液滴中心迁移，从而导致在粉末表面形成很薄的富Cu基体相层.

在酸性溶液中对经一种Mannich碱处理的Cu粉进行了腐蚀实验. 热分析结果表明, 原始Cu粉在200℃开始氧化, 而经处理的Cu粉从300℃开始氧化. X射线光电子能谱分析表明, 该Mannich碱与Cu2+形成配位化合物吸附在Cu粉表面, 形成Cu/缓蚀膜结构, 通过覆盖效应抑制了腐蚀. 设计实验分离出该Mannich碱与Cu粉的直接反应产物, 并制备了Mannich碱与Cu2+的配合物. 配合物的红外光谱和紫外可见光谱表明, 该Mannich碱是通过分子中的N原子与Cu2+形成配合物而实现保护作用, 分子中的O原子未参与配位.

利用离子能量为300 keV、束流密度为200 A/cm2、脉冲宽度为75 ns的混合离子束(70%H++30%C+)组成的强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理, 辐照次数分别为1, 5, 10次. 采用SEM, XRD, TEM和EPMA分析辐照后试样表面形貌、表面层相组成和微观结构及元素分布的变化. 结果表明, HIPIB辐照使试样表面光滑化, 表面层晶粒细化、产生择优取向, 杂质元素选择性烧蚀, 电化学腐蚀性能明显提高. 由于HIPIB辐照引起的大应力和冲击波的影响, 辐照后在深度达100μm表层内显微硬度提高, 表面摩擦系数降低, 表面抗磨损性能显著改善.随着辐照次数的增加, 316L疲劳极限和蠕变断裂寿命延长, 稳态蠕变速率降低.

采用超声高频疲劳试验机进行了LC4CS铝合金实验样本容量为66的超高周疲劳寿命实验.结果表明, 超高周疲劳寿命具有双峰分布特征, 这一特征与疲劳裂纹的萌生点有关:较短疲劳寿命的样品的裂纹萌生于夹杂等缺陷处, 而较长疲劳寿命的样品的裂纹萌生于表面. 寿命分布的双峰特征使得传统的升降法不能用于确定材料的超高周疲劳的条件疲劳极限, 超高周疲劳寿命的分散性远大于低周和高周疲劳寿命的分散性.

在加入硅烷偶联剂γ-APS的苯胺中性溶液中采用恒电流法在电镀锌钢板上制备聚苯胺膜, 采用SEM观测其表面形貌, 测试不同条件下聚合膜的厚度.交流阻抗和盐雾实验表明, 加入-APS后, 聚苯胺膜层的致密性和防护性明显提高, 接近铬酸盐钝化膜. 通过XPS分析, 得到γ-APS改性聚苯胺膜掺杂度为11%、氧化度为64%; 与改性前聚苯胺膜相比较,掺杂度降低、氧化度增高. 结合红外光谱和XPS分析, 发现聚苯胺膜中存在4种化学环境:C-Si-O-Si, C-Si-OH, C-Si-O-C, C-Si-O-Zn.

研究了导电聚合物聚苯胺(PAni)/聚苯乙烯(PS)微/纳米复合材料的电磁波吸收特性. 随掺杂态PAni在复合材料中的含量增加, 复合材料电导率和PAni/PS复合板的吸波能力随之提高. PAni的微观形貌对吸波性能有影响, 纤维形貌PAni要比颗粒形貌PAni具有更好的吸波特性. 经过优化后, 厚度为1.80 mm的掺杂态PAni/PS微/纳米复合材料雷达波反射率小于-10 dB的频宽达6 GHz(11.6—17.6 GHz)

采用区熔定向凝固的方法, 制备目标成分为Fe81Ga19的磁致伸缩取向晶体,进行900℃保温真空热处理3 h后油淬. 采用交流阻抗仪测定其阻抗谐振频率, 求出机电耦合系数(K33). 结果表明, 直流磁场强度从32.7 mT增加到48.1和63.6 mT时, K33值由0.126增加到0.129和0.133;压力从0增加到15 MPa, 在32.7 mT磁场条件下K33值与预加应力变化关系不明显, 但在63.6 mT磁场及15 MPa下热处理样品的K33值达到0.157; 样品表面缺陷对交流阻抗曲线有直接影响, 存在表面缺陷的样品很难测出K33值.

采用液态金属冷却定向凝固方法制备出Co-Ni-Ga取向晶体, 并研究了不同晶体生长速度下, 晶体的轴向择优取向及其定向凝固组织的变化. 结果表明: 在温度梯度为250 K/cm、晶体生长速度为0.9 mm/min时, 柱晶具有完全的<110>取向, 存在单变体马氏体并有麦穗状'相析出;当生长速度提高至9 mm/min时, 合金试样为<111>+<001>+<110>混合取向, 凝固组织转变为单一的马氏体板条. EDS表明, 定向晶体沿稳定生长区轴向成分比较均匀, 无明显宏观偏析存在. 采用此方法能够获得比较长的稳定的马氏体单变体区, 为制备铁磁形状记忆合金取向多晶材料提供了新思路.

用Pb-Sn-Bi液态合金模拟了吹氩和施加静磁场时结晶器内弯月面处的流动现象, 观察磁场对吹氩引起的弯月面失稳的抑制作用. 结果表明, 施加磁场改变了Ar气泡通过弯月面的漂浮分布规律, 加强了气泡在水口和窄面之间的漂浮, 使Ar气泡在结晶器宽度方向上漂浮分布更均匀, 减小了水口附近由于大量气泡上浮对液面的扰动. 施加0.5 T磁场能对水口出流以及吹氩所产生的液面波动产生抑制作用. 由相似准则推得, 应用在实际连铸机上抑制吹氩板坯连铸结晶器内液面波动的合适磁场强度为0.36 T.

利用数值模拟与正交实验相结合的方法, 研究了两段式无缝软接触结晶器壁厚(d)、结晶器上半段电阻率(ρ)、电源频率(f)、线圈电流强度(I)对结晶器透磁效果的影响规律.结果表明: 结晶器内部磁感应强度(B)随f和d的增大而减小, 随I和ρ的增大而增强. 各因素对磁场影响的顺序依次为f,ρ, I, d. 通过无量纲分析确定了两段式结晶器内弯月面处B与d, ρ, f, I之间的定量关系为B/(μ0I/d)=4.36×109(ρ/If)0.89. 最后, 确定了两段式结晶器应用于软接触技术最佳的实验条件为: d=5 mm, ρ=8.8×10-7 Ω•m, I=2000 A, f=2500 Hz.

研制了一种新型钢用WC颗粒增强铜基合金覆层用的CuMnNiCr多元铜基钎料, 对该钎料的熔化特性、钎料组织、钎焊工艺及力学性能进行了研究, 并通过优化的钎焊表面合金化工艺, 在普通铸钢件表层制得了WC颗粒增强铜基合金耐磨覆层. 研究结果表明, 与普通的CuZnNi、CuMnNi合金钎料及NiCrBSi高温自熔合金钎料比较, CuMnNiCr多元合金钎料由于多种强化机制而具有优良的综合力学性能. 此外, 该钎料还具有优异的钎焊冶金特性、致密的冶金结合界面以及较高的界面结合强度. 使用该钎料制备的复合覆层具有良好的综合性能. SEM, EDS及XRD分析表明: 该复合覆层与钢母体结合牢固; 覆层内合金基体与WC颗粒形成了冶金结合, WC的体积分数可达54%, 复合覆层组织由α-Cu固溶体基体、α-Cr与MnNi弥散硬化相及WC硬质相组成. 磨损实验证明, 该覆层的耐磨性远优于30MnSiTi马氏体低合金钢.

通过对Cr3C2/Ni3Al复合材料在1000℃进行长期时效和氧化实验, 分别考察了该材料的高温相稳定性和化学稳定性. 结果表明, 经1000℃长期时效后, Cr3C2/Ni3Al复合材料中的Cr3C2强化相保持稳定,而基体中则析出一定量的γ相, 该相的析出强化了Ni3Al基体, 从而使得复合材料的硬度得到进一步提高. Cr3C2/Ni3Al复合材料具有优良的高温抗氧化性能, 其表面形成以α-Al2O3为主的致密氧化膜, 在空气中的氧化速率仅为Ni3Al合金的1/2. 分析认为, Cr3C2在堆焊过程中发生溶解, 导致部分Cr固溶于Ni3Al合金基体中,促进了α-Al2O3的形成, 从而改善了复合材料的抗氧化性. Cr3C2具有良好的高温化学稳定性并与Ni3Al基体有较好的氧化协同性, 从而可得到基体有力支撑以发挥抵抗磨损的作用. 优良的高温稳定性使得Cr3C2/Ni3复合材料适于在1000℃的高温环境下长期服役.

分别采用高温氧化和真空电弧离子镀法在SiC纤维表面制备出C-Al2O3和SiO2-Al2O3复合涂层, 通过真空热压法制备出SiCf/Ni复合材料. 经过850—950℃, 150 h真空热处理后, 复合涂层很好地保护了纤维的完整性, 涂层中的Al2O3层与基体Ni界面结合良好, 有效地阻挡了SiCf/Ni界面处元素互扩散. C- Al2O3涂层的C层出现了扩散现象, 但涂层基本保持完整; SiO2-Al2O3涂层中SiO2层与纤维结合界面处萌生裂纹. C-Al2O3与SiO2-Al2O3复合涂层相比具有更好的阻挡界面处元素互扩散的作用.