采用磁场控溅射击技术制备了原子比为2：1、调制周期Λ分别为20和5 nm的Cu/Al多层膜. 用X射线衍射（XRD），透射电镜（TEM）和热分析（DSC）等技术研究了多层膜的固相反应. Λ=20 nm的多层膜样品中铜和铝膜均沿（111）方向择优生长，加热至145 ℃ 时生成α-Cu固溶体，超过191℃时生成γ2-Cu9Al4相. 制备态Λ=5 nm的样品有α-Cu生成. 加热时γ2-Cu9Al4的生成温度显著降低(134 ℃). 测定了Λ=20 nm多层膜样品中α-Cu和γ2-Cu9Al4的形成激活能分别为0.56 eV和0.79 eV, 后者与文献值相符.

利用θ-θ液态金属X射线衍射仪研究了纯铁和Fe-C二元合金的液态结构, 在此基础上给出了两种金属的微观原子结构. 研究结果表明: 在近熔点熔化后,液态纯铁和Fe-C合金中保持有大量的原子团簇; 液态纯铁的原子团内保持有熔化前的体心立方单元, 单元是共棱组合的; 在液态Fe-C合金中既有Fe-C原子团簇, 也有Fe-Fe原子团簇; 随着温度的升高,两种金属的原子团尺寸都减小, 配位数、原子间平均最近邻距离和原子团内的原子数目均减小.

利用电荷自治离散变分Xα(SCC-DV-)Xα方法计算了LaNi5及其氢化物的电子结构, 分析了LaNi5合金氢化物中氢原子与合金元素的成键方式, 合金中氢化物形成元素与非形成元素的作用机理. 在LaNi5的氢化物中, Ni 4p与H 1s轨道作用形成共价键; Ni原子与La原子也有轨道离域成键, 但随氢原子的进入而减弱; 吸氢使LaNi5的a轴比c轴更容易发生变化.

利用高分辨电子显微镜对电子束辐照诱发非晶GaAs晶化过程现象进行了原位观察. 结果表明, 具有几个原子大小的原子簇在辐照初期产生, 并作为晶化的核心在随后的辐照过程中不断长大; 大部分结晶晶粒保持相同的晶体取向, 其余少量不同取向的晶粒也与前者保持孪晶关系. 电子束辐照诱发非晶GaAs晶化的速率与电子束流密度有关; 电子速辐照非晶GaAs结晶不是电子束诱发材料湿度升高的结果, 而与电子能量有关. 本文对辐照晶化的机制和结晶过程进行了讨论.

在系统分析了bcc金属{110}<111>, {112}<111>和{123}<111>多滑移时的单晶屈服面(SCYS)的基础上, 导出了临界剪切力(CRSS)相等情况下完备的单晶混合屈服应力状态, 求出了相应的活化滑移系及5个独立活化滑移系的组合数, 并将所有可能的屈服顶点按晶体结构的对称性加以分类和列表.

导出了多相合金组成相结构体积分数以及用成分的原子分数与质量分数求得的相含量之间的关系. 结果表明, 组成相结构体积分数是由质量分数算得的相含量和相密度的函数, 尽管用原子分数与用质量分数求得的合金要含量以及与该相的结构体积分数可能在数值上相差甚小,但它们数值来源的物理量不同, 其间有定量关系, 并可在一定条件下反映出其各自的特征.

M963合金的凝固顺序为: L→L+γ→L+(γ’+ MC)+ γ→(γ+γ’)+(γ+ MC)+γ→(γ+γ’)+(γ+ MC)+ γ+γ’; 凝固组织呈树枝状结构, 由γ固溶体基体、γ’析出相及分布在枝晶间区的骨架状MC碳化物和(γ+γ’)共晶组成; 碳降低合金的液相线湿度和(γ+γ’)共晶温度,提高MC碳化物的形成温度,增加MC碳化物的体积分数, 降低(γ+γ’)共晶的体积分数;高熔点元素W和Co在枝晶干偏聚, Al, Ti, Nb, Cr和Mo在枝晶间偏聚.

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征进行研究,并用数值分析方法计算了FGH95合金粉末凝固过程中冷却速率与粉末粒度之间的关系,结果表明:粉末颗粒表面凝固组织主要是树枝晶和胞状长大晶, 随着粉末颗粒尺寸的减少小,内部凝固组织由树枝晶为主逐渐转变为以胞状晶及微晶组织为主,冷却速率与粉末粒度之间的关系为T=2.267×109 d-1.649,由此得出FGH95合金二次枝晶臂距与冷却速率之间的关系为S=36.2T-0.24.

对二元合金势和学数据的拟合与预测模型,由二元系热力学性质预测三元热力学性质模型,以及多元溶液组元的活度相互作用参数表达式等金属合金溶液热力学模型的研究历史和目前进展进行了全面阐述,并对各模型的特征进行了评述.

采用差分扫描量热分析和硬度测定手段，研究了元素Be对铸态Al-11Si-0.3Mg(质量分数,%)合金时效效果的影响.结果表明:在Al-11Si-0.3Mg合金中加入0.25%的Be,铸态时效时硬化相析出速度加快,析出热效应增大,时效硬化效果明显增加.动力学分析表明:亚稳相 β’的析出符合Avrami公式,Be的加入对亚稳相β’的生长方式参数n影响不大,但明显增大了亚稳相β’的形核率参数k.金属型铝硅合金铸件中存在很多空位“陷阱”,Be与空位结合阻止空位迁移消失可以解释Be对亚稳相β’形核率的影响.

研究了原始晶粒尺寸为270 μm的Ni-45Al单相合金的高温变形行为.结果表明,该合金在1000―1100℃温区,1×10-4―2.5×10-2 s-1的应变速率范围内呈现超塑性变形;在1075℃应变速率为2.5×10-4 s-1时,最大延伸率可达245%,相应的应变速率敏感指数为0.3,表观激活能为320 kJ/mol.在超塑性变形过程中发生连续回复和再结品,导致原始大晶粒组织经超塑性变形后的显著细化.

Cu3Au在腐蚀或应力腐蚀时表层Cu原子择优溶解表成脱合金疏松层. 对具有疏松层的三维晶体(约148000个原子),用镶嵌原子方法(EAM)热进行了分子动力学模拟.结果表明,一旦出现疏松层就会产生一个拉应力,它使单端固定、单边存在疏松层的晶体发生弯曲,其挠度(或拉应力)随疏松层增厚以及空位浓度升高而升高.

利用电弧离子镀设务在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢基体表面沉积了不同成分的(Ti1-xAlx)薄膜；X射线衍射分析表明，x在0-0.5之间时，薄膜是B1型(NaCl)单相结构;x=0.64时,同时出了B1和B4型(ZnS)两种相结构,x≥0.79时,只出现B4型结构;随着Al含量的增加,晶格常数减小,B1结构的薄膜择优取向由(111)向(220)转变.力学性能测试表明,适当Al含量可以提高薄膜的硬度、膜基结合强度及抗磨损性能;B1结构(Ti, Al)薄膜的氧化实验表明,随着Al含量的增加,薄膜抗氧化性能显著提高.

利用拉伸实验、电阻-温度曲线测量、X射线衍射、金相与透射电镜观察等方法研究了Cu-18.4Al-8.7Mn-3.4Zn-0.1Zr（原子分数, %）合金应力诱发马氏体的稳定性与可逆性.结果表明:在Ms以上变形,实验合金发生应力诱发β1→M18R转变,但应力诱发马氏体转烃很难进行完全,当变形量高达7.5%时,仍存在未发生应力诱发转变的母相.应力诱发马氏体的稳定性和可逆性与变形量大小有关,合金经大变形量变形后,即使在250℃没浴中回复,仍存在未发生逆变的应力诱发马氏体.在一定的变形条件下,经适量变形的应力诱发马氏体具有很高的可逆性和稳定性,实验合金在Ms以上10-50℃温度范围内变形6.5%-9.0%时,相变滞后宽度可达90℃以上,记忆应变>3.5%.

使用Al-Si合金熔体对钛铝基合金进行表面渗硅处理,在表层发生了不同程度的界面反应,生成成分比例不同的以Si, Ti, Al三元素为主的物相.表面渗硅处理可明显增加钛铝基合金的高温抗氧化性.经1173 K, 100 h的恒温氧化后,表面涂层氧化生成致密的Si-Ti-Al-O复杂氧化物,而且表面涂层与TiAl基体之间还发生了一定程度的界面反应,生成Ti-Si及TiAl2化合物.对于1053 K渗硅处理的试样,在恒温氧化过程中,表面Si-Ti-Al化合物的局部区域已经转化成为更加稳定的Ti-Si化合物.

在自行设计的Couette型同轴双桶流变仪上对半固态AZ91D镁合金浆料的流变性能以及组织进行了研究，结果表明:连续冷却条件下,连续搅拌半固态AZ91D镁合金浆料的表观粘度随固相分数的增大先缓慢而后迅速增大.此外,冷却速率和剪切速率也都显著影响半固态AZ91D镁合金浆料的表观粘度,降低冷却速率和增大剪切速率,都将导致表观粘度下降.显微组织观察表明,降低冷却速率和增大剪切速率都有利于固相颗粒形态向非枝晶形态转变,从而导致表面粘度的降低.

对M963合金熔体进行了过热处理并在1248 K/225 MPa条件下测试了其持久性能.结果表明:随熔体过热温度的升高.铸态组织中的初生MC碳化的不断细化和均匀分布,合金的持久断裂寿命和塑性明显提高;但温度高达2023 K的熔体过热处理,使合金中的气体含量升高,导致显微疏松增加,持久性能降低.在1923 K温度下进行熔体过热处理,可使M963合金在1248 K/225 MPa条件下的持久寿命和持久塑性同时提高一倍以上.

综合考虑影响等离子弧小孔形成的等离子流力、重力、表面张力等力学因素,建立了等离子电弧+乌极电弧(PAW+TIG)双面焊接小孔形成过程的数学模型,并与焊接传热的控制方程耦合,采用数值模拟技术,定量分析了小孔形成的动态过程.根据数值分析结果,将小孔的形成过程分为开始焊接到熔透、熔透到开始穿孔、开始穿孔到小孔形态稳定三个阶段,熔池的最小跨距可作为小孔建立的评价指标.小孔的形成是热、力共同作用的结果.

利用超声振荡空蚀实验机对Cu-Mn-N奥氏体-铁素体不锈钢进行了空蚀研究.结果表明,低硬度Cr-Mn-N不锈钢的抗空蚀性能高于高硬度的0Cr13Ni5Mo不锈钢.空蚀过程中, Cr-Mn-N奥氏体-铁素体不锈钢中的铁素体优先脱落,空蚀表面的铁素体含量由19%迅速降低到6.9%后保持稳定.奥氏体易于在铁素素体脱离后形成的蚀坑处开始脱落.加工硬化是该不锈钢吸收空蚀冲击能量的一个重要途径,是其硬度较低却表面出良好抗空蚀性能的重要原因.

利用X衍射等技术对纯钛和5种成分(Ti-5, 10, 20, 30, 40Mo, 质量分数, %)Ti-Mo二元合金吸氢前后的相组成、晶格常数变化和吸氢特性进行了研究.结果显示:5种成分Ti-Mo合金饱和吸氢后均形成了较单一的面心立方δ相氢化物(Ti(1-x)MoxH1.97). δ相晶格常数随Mo含量增加先呈增加趋势,约10%Mo含量处达最大值,Mo含量继续增加则呈降低趋势,而体心立方β相TiMo合金的晶格常数随Mo含量的增加呈单一的减小趋势.随Mo含量的增加,氢化物的室温平衡压逐渐增加,但含Mo量不大于10%时,增加量并不明显.结合第一原理计算的相应结果,对上述现象进行讨论.

利用电化学阻抗技术研究了N80技术研究了N80钢在不是介质条件下CO2腐蚀过程中可能存在的阴极反应及其反应速度.结果表明,N80钢在CO2腐蚀环境下存在H+和H2O以及H2CO3,HCO3-的还原反应,但在不同条件下各个还原反应的速度并不相同.在酸性的饱和CO2溶液中,H+的还原控制着阴极反应速度,HCO3-和H2CO3的还非法所得反应速度较小;在中性的饱和CO2溶液中,阴极过程以HCO3-和H2CO3的还原为主,H+的还原反应速度比较微弱;在碱性的NaHCO3溶液通入CO2后, HCO3-的还原控制着阴极反应速度.在以上条件下,H2O的还原速度比较微弱,还不会对阴极交换电流产生影响.

用粉末冶金方法制备了一种以三元层状陶瓷Ti2SnC为增强相的Cu/Ti2SnC复合材料,研究了增强相的含量对复合材料的显微结构和硬度、拉伸强度等力学性能的影响.结果有明,Ti2SnC对于铜是一种有效的增强相,当Ti2SnC的体积含量为20%(体积分数,下同)时增强效果最佳,屈服强度和拉伸强度分别达到319 MPa和440 MPa,是相同工艺条件下制备的纯铜的屈服强度和拉伸强度的4倍和2倍,并保持12%的延伸率.强化是由于铜基体晶粒的细化和位错塞积引起的.

利用纵向各向异性有限元模型对双剪切试样的蠕变响应进行了有限元分析,其目的是为了研究双剪切试样用于短纷纷金属基复合材料(MMC)蠕变响应研究的可行性.双剪切试样的蠕变响应与试样的取向和材料的各向异性有关.详细的应务分析表明,双剪切试样在受剪切区域能提供稳定的应和状态,该应力接近于施加应力的平均值,并与试样的取向及材料的各向异性不相关,即双剪切度样可以为MMC提供一简单的复杂应力.提出了用双剪切实验结果来推得MMC蠕变性能和各向异性参数的方法,以便可以用双剪切实验来确定那些很用拉伸和单向压缩实验确定的各向异性材料的参数.

采用射频溅射法制备了纳米“铁磁金属-半导体基体”Fex(In2O3)1-x颗粒膜，并研究了其结构和磁特性.根据颗粒膜低场磁化率χ(T)温度关系和不同湿度下的磁滞回线,证实了在一定的温度范围内,颗粒膜中的纳米铁颗粒表现出磁性驰豫效应:当截止温度TB=50 K时,颗粒膜的磁性由超顺磁性转变为铁磁性.当温度降低到某一临界温度TP时,颗粒膜中结构变化导致磁化状态发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变,探讨分析了在低温下颗粒膜发生结构变化的原因.