基于非Fourier定律,建立了脉冲激光加热条件下单相二元合金表面快速重熔和凝固过程的非平衡传热传质模型.并根据碰撞理论和Aziz的连续生长模型处理固/液界面,以解释快速熔凝过程界面动力学的非平衡效应.快速熔凝问题是涉及热质传输的移动界面问题,通过二阶精度的Von Neumann隐式差分格式和界面跟踪方法进行过程模型的数值求解.应用该模型,分析了Al-Cu二元合金的激光表面熔凝过程.结果表明,激光的高能量密度和非平衡界面动力学所引起的熔化过热和凝固过冷对于快速熔凝过程的影响很大.在快速熔凝过程中,界面速度的变化很大,且因基底材料和热流大小而不同通过计算获得了界面温度、速度、溶质浓度及非平衡分配系数随界面位置的变化.结果显示,在凝固过程中界面速度和界面溶质浓度都存在着很大的波动.

采用相场方法模拟纯物质三维枝晶生长.在不改变相场模型的条件下,提出界面捕获液态计算方法赋值计算单元界面标志,只对界面处的单元求解相场变量,当枝晶生长时,捕获液态单元为界面从而推进界面,并对捕获到的单元校正相场变量.论证了该方法的有效性和正确性.通过液态捕获方法加速相场模型的计算,使单晶粒三维枝晶生长模拟在个人微机上实现.计算枝晶生长形态及枝晶尖端生长速度.计算结果表明该方法可行.

通过构建非晶合金的团簇模型,利用离散变分法从电子层次研究了Al元素对Zr Ni,Zr Cu非晶合金中团簇稳定性的影响.结果表明,Al原子的引入提高了团簇中原子间的亲和力,并且随着Al原子数的增加,亲和力增大,导致新的团簇产生,从而破坏了非晶的团簇结构.Al含量对Zr-Al-Ni非晶合金的稳定性的影响可通过Fermi能级处的态密度大小来反映.

利用余氏固体与分子经验电子理论和程氏改进的TFD理论计算了Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr与Ti-6Al-4V两种合金的相空间及其异相界面价电子结构;利用价电子结构参数--相结构因子和界面结合因子,分析讨论了合金元素Mo,Cr和V对Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr与Ti-6Al-4V钛合金相空间及其异相界面价电子结构的影响,进而在电子结构层次上揭示了Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr合金增韧的微观本质原因.

采用第一原理方法,基于ultrasoft赝势、密度函数理论,从原子层面对纯γ Mn的顺磁、铁磁和反铁磁性状态下的电子、基态属性、相稳定和磁有序结构进行了研究.通过自旋极化分析讨论了纯γ-Mn这3种磁性状态的结构稳定性,发现在基态时,反铁磁性状态的γ-Mn结构最稳定,且Mn原子处于高自旋状态,其理论磁通量为2.41 μB/atom,这与实验结果吻合.通过局部状态密度(DOS),分析了它们的键和磁有序特性,发现主要是位于Fermi态附近的3d轨道电子对磁性起决定性的作用,其向上自旋和向下自旋的主峰分别处于Fermi能下面的键区和Fermi能上面的反键区.通过比较这3种磁性状态可知,反铁磁的γ-Mn存在显著的磁体积效果.

采用热喷涂方法预置0.5 mm厚度的涂层,研究在激光熔覆过程中不同的激光功率对涂层组织特性的影响.对镍基合金涂层和Ni/WC陶瓷涂层进行耐磨实验,结果表明:两种涂层存在不同的磨损特性,WC陶瓷颗粒在涂层及其表面的均匀分布可提高涂层的耐磨性,硬度和韧性的相互匹配是提高材料耐磨性的有效方法.

以JIS SUS 304和SUS 304N为实验材料,在应力控制条件下研究了两种奥氏体不锈钢的低周疲劳性能.结果表明:(1)在低应力区(σa＜430 MPa),SUS 304N的疲劳寿命高于SUS 304的疲劳寿命;但在高应力区(σa＞430 MPa),静强度较高的SUS 304N的疲劳寿命反而低于SUS 304的疲劳寿命.(2)SUS 304中疲劳微裂纹萌生的循环次数比远小于SUS 304N.在低应力区,SUS 304中的疲劳微裂纹萌生后,其扩展速率大于SUS 304N;但在高应力区,SUS 304中的疲劳微裂纹萌生后,其扩展速率小于SUS 304N,使它在高应力区的疲劳寿命超过了SUS 304N.(3)添加氮元素后,奥氏体组织的稳定性得到提高.疲劳实验过程中SUS 304发生了显著的应变诱发马氏体转变,而SUS 304N基本未发生此现象.

对近液相线铸造AZ91D镁合金半固态坯料进行部分重熔,通过改变部分重熔时的加热温度和保温时间来研究其微观组织的演化规律.结果表明,适当控制加热温度和时间,坯料部分重熔时可获良好的触变结构,且坯料铸造时的高冷却速率因促进了坯料组织细化和蔷薇化而在部分重熔时加快固相颗粒球化进程并使球化效果改善;坯料在近液相线温度静置30 min用水冷铁模浇注时,在575-580℃,保温15-30 min可获得较理想的重熔结构;而用石墨模浇注时,则为580℃保温15-30 min.研究还表明,重熔组织演化过程分球化预备、固相颗粒细化和球化及固相颗粒长大3个阶段.该进程是溶质和空位扩散以及相界面张力共同作用的结果.其中,前者在初期、后者在中后期起支配作用.

研究了TC11钛合金β加工后不同冷却速度对显微组织和力学性能的影响.结果表明,水冷可以减少晶界α的析出,晶内得到短、细、无规排列的针状α组织;采用空冷(尤其是炉冷),晶界α连续完整,晶内α粗大、平直,并有大块α出现β锻造后快速冷却在提高强度的同时改善了塑性,水冷的强度比空冷的强度约高出30 MPa,而塑性明显高于空冷.可见,β锻后采用水冷是提高合金塑性的有效方法.

通过含MnO六元钛渣离子团结构模型及结构参数P与熔渣性质的关系,探讨了它们之间的影响规律.结果表明,随着熔渣中四配位离子的增加,其体相粘度增加,而六配位离子的作用则相反.熔渣性质与P值相关性很好,可用于熔渣性质预报.钛渣变稠是TiO2还原导致P值下降所引起的.

采用恒电位极化测定了不同显微组织和热处理的J55钢直缝电阻焊管焊接区的沟槽腐蚀性能.结果表明,明显流线组织的钢板易产生沟槽腐蚀,具有高的沟槽腐蚀敏感性,常在焊接区出现多个腐蚀沟槽;而不连续流线组织的钢板具有较低的沟槽腐蚀敏感性,在焊缝处产生单腐蚀沟槽.足够时间的无相变退火可显著降低直缝电阻焊管焊接区的沟槽腐蚀敏感性.电阻焊接过程中,短时加热重熔和快冷导致的焊缝合金元素部分损失和焊接区的残余应力是低含硫钢电阻焊管沟槽腐蚀的主要原因.

采用电化学测量技术研究了316不锈钢在通高纯氢气的稀盐酸中的腐蚀行为.极化曲线和电化学阻抗谱测定结果表明,316不锈钢在腐蚀电位下处于活化区,其表面能形成多孔的腐蚀产物膜.氢渗入不锈钢试样表面将导致腐蚀阻力减小,且试样表面层的含氢量随腐蚀的进行而增加.SO42-对316不锈钢在测试介质中的腐蚀有抑制作用.

利用等离子喷涂设备将Ti与羟基磷灰石(HA)的混合粉末喷射入水,采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了Ti+HA入水颗粒的形态和相组成.结果表明,经等离子熔融喷射入水后,钛粒子的尺寸小于HA粒子,主要原因之一是HA内形成了空心结构空心结构的形成是由于HA在熔融时生成气相P2O5和H2O,它们在颗粒内聚集形成气泡.入水Ti+HA粒子主要是由晶相和非晶相HA、分解相磷酸三钙(TCP)和磷酸四钙(TTCP)以及Ti的化合物所组成.由于与Ti的混合,HA的分解加剧,而Ti与HA粒子的融合及元素的扩散在飞行过程中已经发生.