在HF-2000场发射电镜上完成了Al/Al2O3颗粒的辐照诱发Al非晶化转变和原位观察.纳米束斑综合分析表明Al非晶化转变是一个氧化过程.

利用X射线衍射和背散射电子衍射(BSED)分析了单向热压缩条件下碳素钢Q235应变强化相变产生的铁素体及先共析铁素体在应力作用下的晶粒取向分布特点.结果表明,通过应变强化相变产生的铁素体晶粒取向并非完全随机分布,而有较强的〈111〉∥ND线织构.这明显不同于形变铁素体和部分动态再结晶的铁素体晶粒取向特征先共析铁素体的相对量与〈100〉∥ND线织构的强度对应.BSED局部取向(差)定量分析表明,〈111〉取向既可来自应变强化相变,也可来自形变的先共析铁素体.虽然先共析铁素体形变后外形为形变长条状,但内部仍存在一定的大角晶界;表明先共析铁素体在大应变下进行了一定程度的动态再结晶.

利用液态X射线衍射仪对Fe-4.30C合金和Fe-4.30C-0.40Ce合金的液态结构进行了研究,结果表明在1473-1673 K的范围内液态Fe-C共晶合金的最近邻距离约为0.259-0.260 nm,Gauss分解说明液态Fe-C合金含有类面心立方结构的单元.当合金中含有质量分数为0.4%的Ce时,其最近邻距离明显增大,约为0.269-0.271 nm,而且在液态Fe-4.30C-0.40Ce合金结构因子S(Q)曲线的小Q处有一较明显的预峰,分析表明这与液体合金中类面心立方结构的Fe-Ce原子团有关.

纯Ni在透射电镜(TEM)中原位拉伸时,裂纹尖端首先发射大量位错,平衡时形成无位错区,微裂纹在裂纹顶端连续形核或在无位错区中不连续形核,并且形核后将钝化成孔洞或缺口.利用特殊的恒位移加载台,可在TEM中原位研究充氢前后恒位移试样裂尖位错组态的变化.结果表明,氢能促进位错的发射、增殖和运动.和未充氢纯Ni相比,充氢试样在更低的外应力下位错就会发射和运动,当氢促进的位错发射和运动到临界条件时就会使氢致裂纹形核、扩展,导致低应力脆断.

采用铜模快冷工艺制备了均质的Al-In过偏晶合金,分析了合金熔配过程、合金成分以及冷却速率对显微组织的影响.研究结果表明,对于质量分数不大于30%In的合金成分,1173 K时保温40 min以上时可得到均匀的单一合金熔体.采用铜模快冷方法可以得到第二相颗粒均匀分布的至少4 mm厚的均质合金薄板.In颗粒尺寸分布具有双峰分布形式.随着In含量的增加或薄板厚度的增大即冷却速率的降低,In颗粒的平均尺寸增大.

用X射线光电子能谱(XPS)和小掠射角X射线衍射(GAXRD)研究了铝合金LY12等离子体基离子注入N+原位注入C形成AlN/DLC(类金刚石碳膜)改性层的成分分布及相结构,用激光Raman光谱分析了表面单一碳层的结构,对过渡层元素进行了Gaussian-Lorentzion峰位拟合分析.结果表明,N浓度在注入层呈Gauss分布,C浓度沿注入方向逐渐减小.C的注入使N分布有所拓宽.C在表面还能形成一层单一稳定的400 nm厚的DLC膜.过渡层主要由Al4C3,Al2O3,AlN,β-C3N4等组成.改性层总厚度达800 nm.

本文研究了C-Si-Mn-B贝氏体钢的疲劳裂纹扩展特性结果表明,在强度相近的情况下,含1.8%Si钢的门槛值△Kth较0.6%Si钢的低,而且钢中的残余奥氏体对提高△Kth值并非有利.1.8%Si钢的△Kth值随钢的屈服强度降低而提高,然而450℃回火后,虽然△Kth提高,但裂纹扩展速率也显著提高,这表明450℃回火贝氏体脆性促进了疲劳裂纹的扩展.在应力强度因子较高的范围内,疲劳裂纹扩展速率受钢的断裂韧性影响,断裂韧性高,裂纹扩展速率低.

Al2O3封装陶瓷在恒载荷下动态充氢能发生氢致滞后断裂,其门槛应力强度因子为KIH=0.71KIc(i=20 mA/cm2)及0.45KIc(i=400 mA/cm2).氢致开裂区全是沿晶断口,而空拉断口则是沿晶和解理构成的混合断口

研究了微量Ti在Ml(NiCoMnTi)5合金中的作用.结果表明,在铸态条件下,Ti几乎全部以TiNi3第二相的形式在晶界析出,退火处理后TiNi3相消失,但SEM和EDS表明Ti取代了AB5型化合物中A侧的稀土Ml,而不是B侧的Ni.Ti在A侧的取代量以5%为宜,此时合金在铸态和退火态的放电容量都在310 mA@h/g以上.进一步提高取代量虽然会改善循环稳定性,但大大降低了放电容量.

研究了真空感应熔炼Ni基高温合金过程中的脱氮行为.计算了不同真空度及加Al和Ti条件下Ni-6Cr-5Co2Mo-6W合金在1600℃时氮的溶解度.实验表明在CaO坩埚精炼过程中加Al对脱氮有促进作用;加Ti则对脱氮有明显不利影响提高熔炼真空度是促进脱氮的有力措施.

在实测样本的基础上,用人工神经网络建立了熔敷金属力学性能的预测模型.该模型预测的结果同实验值之间有很好的对应关系.利用该模型研究了杂质元素S,P,O,N和合金元素C,Mn,Ti对熔敷金属低温韧性的影响,并采用正交实验的方法得出了较佳的熔敷金属化学成分.本文的研究为熔敷金属力学性能的设计和控制提供了有效的途径.

利用本文提出的热力学性质方法,根据Fe-C-j(j=Ti,V,Cr,Mn)熔体中的C溶解度与温度及第三组元j之间的关系式,研究了Fe-C-j熔体中第三组元j对C溶解度的影响因子ki,mj以及组元的活度相互作用系数与第三组元j原子序数间的关系,探讨了Fe-C-j(j=Ti,V,Cr,Mn)熔体中不同组元热力学性质的变化规律.

研究了多相金属间化合物NiAl-33.5Cr-0.5Cr-0.5.Zr合金的显微组织和高温拉伸蠕变行为.铸态合金由β-NiAl和α-Cr组成共晶胞及沿共晶胞界分布的Ni2AlZr(Heu8ler)相组成.热等静压处理后,胞界处的Ni2AlZr相转变为富Zr相.蠕变曲线表现为较短的减速蠕变阶段和较长的稳态蠕变阶段,不同温度、负荷下的蠕变应变几乎相同,均为45%左右,且蠕变后的显微组织变化不大.蠕变变形机制为位错滑移和攀移控制下的动态回复与动态再结晶,不是单独由扩散所控制.蠕变断裂数据符合M0nkman-Grant关系.

研究了Fe-10Cr,Fe-25Cr两种合金在450℃于K,Zn氯化物中的腐蚀.结果表明,与在KCI-ZnCl2熔盐中的腐蚀不同,合金无论在固态的KCl还是熔融态的KCI-ZnCl2盐膜下均发生了加速腐蚀,且在混合盐膜下的腐蚀更为严重,合金的耐蚀性不随Cr含量的增加而得到改善;Fe-Cr合金在上述两种腐蚀条件下的耐蚀性差异与氧的供应量有关,并导致保护性的氧化膜具有不同的热力学稳定性.

利用电化学扫描隧道显微镜(ECSTM),原位研究不同电位下不锈钢在0.5M H2SO4+0.02M NaCl溶液中表面形貌的动态行为,并讨论电位对不锈钢电化学阻抗谱(EIS)的影响.结果表明:不锈钢在活化-钝化过渡区电位表面粗糙度最大;进入钝化区后,在钝化膜完整处,电位越高,表面粗糙度越小,钝化膜呈有序生长.在钝化膜薄弱处,电位控制在0.2 V时,钝化膜最为完整.在0.5 V时,表面微点蚀坑开始萌生.电位为0.8 V时,已有的微点蚀坑有所生长.不锈钢表面ECSTM形貌与电化学阻抗谱测量呈对应关系:电位为0.2 V时,表面钝化膜最为完整,阻抗最大;电位为0.5 V时,在钝化膜薄弱处萌生点蚀坑,钝化膜阻抗有所下降;电位为0.8 V时,钝化膜完整处得到明显的整平,阻抗相比0.5 V时明显提高,但由于已萌生的微点蚀坑开始生长,阻抗相比0.2 V时仍有所降低.

通过模拟连铸末端金属凝固的实验条件,考察施加电磁场时金属熔体内部温度场的变化情况.在Lorentz力作用下,熔体的温度分布更趋均匀;温度场的变化导致凝固速率发生改变,与未施加电磁场相比较,开始阶段的凝固速率变小,凝固末期的凝固速率增大;提出特征固相率的概念,Lorentz力加速了低于某-粘度金属熔体的热、质传输过程,表现为提高了熔体的特征固相率.

采用Wood alloy作为钢液的模拟工质,研究了复合电磁场作用下连铸结晶器内弯月面运动的变化规律.结果表明:(1)施加复合电磁场不仅能够有效地控制由于结晶器内电磁搅拌导致得弯月面运动,而且能够实现弯月面与结晶器壁的分离,形成具有一定高度的悬浮液柱,使得弯月面的稳定性得到提高;(2)两个感应线圈的工作位置对弯月面形状有很大的影响.就本实验装置系统而言,搅拌线圈中心面位于液面下部20 mm左右时液面凹陷深度最大;金属液面控制在高频线圈中心面附近时可获得最大的接触角.

采用高能喷丸技术对SS400钢焊接接头的表面层进行处理.利用XRD,TEM,SEM对处理后的表面层进行结构表征,同时测量了高能喷丸引起的硬度变化.结果表明,高能喷丸处理可使焊接接头的表面层形成尺寸均匀、取向随机分布的纳米晶;焊接接头三个区域的纳米层硬度一致,且远高于高能喷丸处理前样品的硬度,实现了SS400钢焊接接头区表层组织纳米均一化和硬度均一化.表面纳米化对材料表面的强化有着重要的贡献.

用慢应变速率拉伸方法研究了不稳定型奥氏体不锈钢焊缝金属(308L和347L)以及母材(304L)的氢脆敏感性,分别研究了原子氢以及氢致马氏体对氢致塑性损失的贡献.结果表明,当可扩散的氢浓度C0大于临界值(约25×10-6 30×10-6)后三种不锈钢均会出现氢致马氏体(ε+α'),其含量M随C0升高而升高,即M(ε+α′)=54.2-25 exp(-C0/153).氢致马氏体引起的塑性损失Iδ(M)随马氏体含量线性升高,即Iδ(M)=0.45M=24.4-11.3 exp(-C0/153).100%马氏体引起的最大塑性损失约为45%.动态充氢引起的塑性损失Iδ减去充氢除气试样的塑性损失就是原子氢引起的塑性损失Iδ(H),它随C0升高而升高,但当C0＞10-4后,Iδ(H)趋于最大值(对应ε=5×10-6/s),即Iδ(H)max=44%(308L),Iδ(H)max=45%(347L)以及Iδ(H)max=40%(304L).随应变速率ε升高,Iδ(H)逐渐下降,直至为零(对应ε=0.018/s-0.032/s),即Iδ(H)=-16.4-10.6 lgε(308L),Iδ(H)=-20.9-12.1lgε(347L),Iε(H)=-21.9-9.9 lgε(304L).

采用座滴法研究了几种钴基合金在SiC陶瓷上的润湿行为.结果表明,在1493 K-10min的真空加热条件下,设计的CofeNi(Si,B)-(8-15)Cr-(14-21)Ti合金能较好地润湿SiC陶瓷,但合金与SiC之间发生了十分强烈的界面反应,在靠近SiC约115μm的范围内,主要是钎料中元素Co,Fe,Ni,Cr参与反应,而在距离SiC表面稍远的区域则形成了TiC反应带,分析了其原因新设计的CoNi(Si,B)-(8-15)Cr-(14-21)Ti与SiC陶瓷之间发生了适度的界面反应,能实现合金/陶瓷界面的牢固结合;商用钴基钎料BCo1虽然能很好地润湿SiC,但由于钎料自身脆性大,试样冷却后在SiC陶瓷内部发生断裂,而且钎料自身开裂.

采用EB-PVD方法共蒸发Al-Al2O3-YSZ混合源,在高温合金基体上沉积了梯度热障涂层.研究表明,基板温度显著地影响着梯度热障涂层的微观结构和性能;在850℃时沉积得到的热障涂层实现了涂层的结构由金属粘结层向陶瓷顶层的梯度过渡,而且涂层在1050℃的热循环寿命达到了500 h(1000次循环)以上.由于“阴影”效应,在涂层中形成了梯度微孔结构,从而导致涂层的微观硬度朝着其表层逐渐增加;随着基板温度上升,涂层孔隙率增大,微观硬度减小.

本文通过比较在清洁和含氧环境中Mo-Si混合粉末(Mo33Si67)的机械合金化过程,研究了氧对Mo/Si固态反应的影响.采用X射线衍射和透射电镜检测了Mo-Si混合粉末在两种球磨条件下的结构变化,结果发现:在清洁环境中,高能球磨能诱导Mo/Si之间的完全反应,并导致室温相α-MoSi2和高温相β-MoSi2的形成.然而在含氧环境中,氧的侵入不但大大减缓Mo/Si固态反应及金属硅化物的形成速度,而且还导致已形成的稳定硅化物的分解.文中从热力学和动力学两方面分析了氧对Mo/Si固态反应的影响.

利用化学反应的方法研制了一种带膜观察磁畴结构的改进型磁流体-Fe3O4磁流体,并对其生成条件及影响其磁性的因素进行了分析.实验表明:当FeCl2.4H2O:FeCl3@6H2O:NaOH=1:1:6(摩尔比)时最容易生成稳定的Fe3O4.在反应过程中,水质的好坏及有无搅拌是影响Fe3O4磁流体颗粒大小及磁性的主要因素.对Z8牌号的硅钢片进行带膜磁畴观察表明,该磁流体能够实现带膜观察,成纹性及重现性较好,而且磁稳定性也较好,未经任何处理的Fe3O4磁流体可以放置一周左右而磁性不发生变化;用去离子水清洗至pH值为7并且隔绝空气后,可放置更长时间.