数据驱动的铝基复合材料性能预测和逆向设计

采用数据驱动的方法对 SiCp(0.5CNT)/7075Al 铝基复合材料的化学成分以及制备工艺进行了分析, 针对抗拉强度和延伸率两个力学性能进行了特征重要性分析, 构建了包含 8 种机器学习算法的集成框架, 自动进行模型的参数调优和最优模型选择, 并在此基础上进行了材料逆向设计. 实验结果表明, 在 470 ${^\circ}$C 固溶 40 min, 120${^\circ}$C 时效 15 h 的热处理工艺下, SiCp(0.5CNT)/7075Al-1.0Mg 复合材料抗拉强度和延伸率的预测值为 617.48 MPa 和 2.98%, 实验值为 647.0 MPa 和 3.31%, 两项物理性能的平均绝对百分比误差(mean absolute percentage errors, MAPE)较小, 依次为 4.56% 和 9.97%. 这说明本数据驱动方法对铝基复合材料的工艺优化和性能提升有一定指导意义.     

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。     

Al涂层/AZ91镁合金复合铸造界面的研究

对型芯预喷涂一层Al涂层,将AZ91镁合金液浇注到铸型中实现基体和涂层的结合,对凝固后的结合界面组织和相组成进行分析。结果表明,AZ91镁合金液和Al涂层表面的氧化物发生反应,实现了界面间的润湿,形成冶金结合界面。该界面包含3个扩散层:镁合金基体一侧为(Al₁₂Mg₁₇+δ_Mg)共晶组织;中间层为Al₁₂Mg₁₇金属间化合物;Al涂层一侧为Al₃Mg₂金属间化合物,并弥散分布着一些氧化物。试验结果证明,通过复合铸造的方法可以实现Al涂层和镁合金基体的冶金结合。     

Superior corrosion resistance-dependent laser energy density in(CoCrFeNi)95Nb5 high entropy alloy coating fabricated by laser cladding

(CoCrFeNi)95Nb5 high entropy alloy(HEA)coatings were successfully fabricated on a substrate of Q235 steel by laser cladding technology.These(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coatings possess excellent properties,particularly corrosion resistance,which is clearly superior to that of some typical bulk HEA and common engineering alloys.In order to obtain appropriate laser cladding preparation process parameters,the effects of laser energy density on the microstructure,microhardness,and corrosion resistance of(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coating were closely studied.Results showed that as the laser energy density increases,precipitation of the Laves phase in(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coating gradually decreases,and diffusion of the Fe element in the substrate intensifies,affecting the integrity of the(CoCrFeNi)95Nb5 HEA.This decreases the microhardness of(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coatings.Moreover,the relative content of Cr2O3,Cr(OH)3,and Nb2O5 in the surface passive film of the coating decreases with increasing energy density,causing corrosion resistance to decrease.This study demonstrates the controllability of a high-performance HEA coating using laser cladding technology,which has significance for the laser cladding preparation of other CoCrFeNi-system HEA coatings.     

Heusler合金Fe_2VAl的晶体结构与热电性能研究

采用真空电弧熔炼和放电等离子烧结技术制备了Full-Heusler合金Fe_2VAl,利用XRD、XPS对合金的物相结构与成分进行表征,在300～800K温度区间内测试了合金的Seebeck系数、电阻率、热导率等热电参数,并将实验结果与基于L2_1有序结构Fe_2VAl合金的模拟计算值进行了比较。结果表明,实验所制的合金样品中Fe、Al、V原子比接近于2∶1∶1,基本满足Fe_2VAl合金的成分配比;结合XRD衍射谱及10K下合金的饱和磁矩可知,所制合金样品中除了完全有序的L2_1结构相外,还存在部分的B2相。另一方面,基于热电性能测试结果可知,所制Fe_2VAl合金表现出典型的n型半导体特性,其Seebeck系数和电阻率随着温度的升高而降低,这与利用VASP和BoltzTraP软件包结合计算得到的L2_1结构Fe_2VAl合金的热电参数随温度(300～800K)的变化趋势相符合;合金的热导率随着温度的升高呈先降低后升高的趋势,在500K附近具有极小值,而无量纲参数热电优值ZT在500K附近达到最大值,约为0.052。     

多主元FeNiMnCr0.75Alx高熵合金微观结构和力学性能的研究

研究了合金中Al含量的增加对铸态FeNiMnCr_0.75Al_x（x=0.25，0.5，0.75，原子分数）高熵合金晶体结构及力学性能的影响。采用X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对合金的微观结构及形貌进行分析，采用维氏硬度计和MTS万能试验机测试合金的硬度和室温压缩性能。试验结果表明，铸态下，FeNiMnCr_0.75Al_x高熵合金均由bcc和fcc两种晶体结构的相构成。随着Al含量的增加，合金中bcc结构的相的相对含量逐渐增加，导致硬度和压缩屈服强度也随之升高，应变量降低；且Al含量的增加最终也促使合金中无序bcc结构的相逐渐转变为Ni：（Mn+Al）=1：1（原子分数比）型有序bcc结构的相。     

激光快速成型TC4合金显微组织及力学性能

采用金相显微镜、扫描电镜、电子拉伸机等，研究了激光快速成型TC4合金沉积态在平行沉积方向和垂直沉积方向的组织和力学性能.结果表明:激光快速成型TC4合金沉积态宏观组织沿沉积方向生长的粗大β柱状晶呈明暗相间的条带状结构，具备典型的魏氏组织特征;垂直沉积方向的强度比平行沉积方向的强度高，但塑性低;合金断口为韧窝状断口，垂直沉积方向的断口韧窝尺寸比平行沉积方向的小.     

磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光性能

磨粒和抛光垫为化学机械抛光(CMP)提供了重要的机械磨削作用。为了探讨磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光的磨削作用,研究了不同种类磨粒和抛光垫对材料去除率和表面形貌的影响。结果表明：在pH=12-13时,氧化铝抛光液去除率(MRR)为910nm/min,远大于二氧化硅与氧化铈抛光液,且获得较为理想光滑表面。3种不同抛光垫抛光后的铝合金表面,呢子抛光垫表面将不会出现划痕与腐蚀点,表面粗糙度较低为10.9nm。随着氧化铝浓度的增加,材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)均增加。当氧化铝含量为4wt%时,抛光垫使用呢子抛光垫适宜铝合金化学机械抛光,在获得高去除率的同时铝合金表面精度高。     

振动对ZL205A合金偏析组织及硬度的影响

为了解决ZL205A合金铸件产生偏析缺陷等问题，进一步明确振动对偏析组织及硬度的影响规律，采用电磁式振动台作为振动源，探究了振动频率、振幅、振动时间对合金偏析组织占比及硬度的影响情况。结果表明，振动频率在25~55 Hz内变化时，随着振动频率的增加，偏析组织占比呈现先减小、后增加的趋势，硬度呈现先增大、后减小的趋势；振幅由1 mm增加到4 mm的过程中，偏析组织占比逐渐减少并趋于稳定，硬度呈现先减小、后增大的趋势；振动时间由30 s增加至75 s时，偏析组织占比呈现增加趋势并最终趋于稳定，硬度呈现先减小、后增大的趋势。振动频率对合金偏析组织和硬度的影响最为显著，振动时间和振幅的影响次之，此外，偏析组织的析出也会影响合金硬度。研究结果为明确ZL205A合金在振动条件下凝固组织的变化规律、提高铸件质量提供了理论参考。     

AM60B镁合金微弧氧化膜的电化学腐蚀行为

在硅酸盐体系中对AM60B镁合金进行微弧氧化处理,采用循环伏安(CV)法、Tafel极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究膜层在3.5% NaCl介质中的电化学腐蚀行为.结果表明:AM60B镁合金经微弧氧化处理后,膜层耐蚀性得以显著提高.相比低电压下的膜层,高电压下获得膜层微孔略大,但微孔数量明显较少,厚度显著增加,这使得膜层在整个腐蚀过程中呈现了极强的电阻性和优异的耐蚀能力,甚至测试结束时腐蚀介质仍未渗透至膜基面,而低电压下处理得到的膜层,腐蚀介质已渗透至膜基面且侵蚀了基体.