加工工艺对Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金组织和性能的影响

基于d电子理论设计了成分为Ti-21Nb-7Mo-6Sn的亚稳态β钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等设备,研究了Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金在冷轧和退火过程中显微组织的演变。结果表明:冷轧产生大量位错和晶界,组织由β相转变为α"相;在退火过程中,α"相转变为β相,再结晶优先在板条马氏体区形成;随退火温度的升高,Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金的弹性模量先降低后升高,弹性回复率则与之相反;923 K退火10 min后,获得了最低的弹性模量(53 GPa)和最高的弹性回复率(69.84%)。     

粉末冶金法合成高强低模超细晶医用钛合金

为探寻有效的高强低模医用钛合金制备方法,采用机械合金化方法制备了不同Fe含量的(Ti69.7Nb23.7Zr4.9Ta1.7)100-xFex非晶/纳米晶合金粉末,随后采用放电等离子烧结-非晶晶化法得到了高强低模的超细晶钛基复合材料.结果表明:(1)机械合金化过程中,Fe含量对合金的非晶形成能力影响显著,文中实验条件下,只有当x增大至10时才能形成全非晶相的非晶粉末;(2)Fe含量也明显影响合成的块体钛合金的力学性能,合成的不同Fe含量合金中,只有(Ti69.7Nb23.7Zr4.9Ta1.7)94Fe6合金具有高强度和显著塑性,其压缩屈服强度为2425MPa,断裂强度为2650MPa,断裂应变为0.0691,平均弹性模量仅为52GPa,接近第三代生物医用钛合金的最低值.将所合成的超细晶钛合金与常用的两种生物钛合金(Ti-6Al-4V和Ti-13Nb-13Zr)进行抗摩擦磨损性能对比,发现所合成的钛合金具有最佳的耐磨性.     

55%Ni-Fe合金纵向磁场处理降低剩磁Br的探讨

对K_1>0的55%Ni-Fe合金,在预高温退火后使[001]晶向不在磁场处理方向上而形成{100}<310>二次再结晶织构,此时再进行纵向磁场退火,由于结晶各向异性能和感生各向异性能叠加,使易磁化轴偏离磁场处理方向约25°,因而可使剩磁B_r降低,得到扁平回线。     

烧结温度对Ti-15Nb-25Zr-2Fe合金组织与力学性能的影响

采用放电等离子烧结技术制备Ti-15Nb-25Zr-2Fe钛合金,研究了烧结温度（800,1 000和1 200 ℃）对合金致密度、相组成、显微组织及力学性能的影响。结果表明：合金的致密度随烧结温度的升高逐渐升高。800 ℃烧结的样品主要由β相、α"相、α相和单质Zr组成。1 000 ℃和1200 ℃烧结的样品主要由β相和α"相组成,α"相含量随烧结温度的升高逐渐降低。三种温度烧结的样品中均观察到未固溶的Nb,其含量随烧结温度的升高逐渐降低。随着烧结温度的升高,合金的抗压强度逐渐升高,塑性先升高后降低。     

氧含量对Ti-35Nb-3.7Zr-1.3Mo-xO合金组织与力学性能的影响

根据d电子设计理论设计了新型亚稳β合金Ti-35Nb-3.7Zr-1.3Mo-x O,研究了氧含量对该合金组织与力学性能的影响.实验结果表明,合金经固溶后主要为β相,其晶粒尺寸随氧含量提高而细化.低氧合金中存在少量α″相,氧元素对水淬α″相的形成具有抑制作用.冷轧后组织仍主要为β相,但因大变形后缺陷增多而结晶度降低.不同氧含量的合金冷轧后分别出现细针α″相、板条状ω相、锯齿孪晶以及应力诱发α″相等特殊组织.冷轧态Ti-35Nb-3.7Zr-1.3Mo-x O合金的抗拉强度、弹性模量和硬度均随氧含量的提高而升高,但塑性变差.氧含量升高0.1%,则抗拉强度增加约100 MPa;氧含量升高0.3%,则维氏硬度升高约为50;弹性模量处于45~75 GPa之间.在氧含量超过0.6%以后,合金塑性明显变差.     

［111］晶向银纳米杆结构稳定性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,以超细［111］晶向银纳米杆为研究对象,基于Finnis-Sinclair型多体势,模拟研究了纳米杆在不同温度弛豫过程中的动态平衡变化过程,分析研究了弛豫后银纳米杆的稳态结构变化、平均势能的变化及其在不同时刻结构的演变过程。结果表明温度对［111］晶向银纳米杆结构稳定性将产生重大影响,［111］晶向银纳米杆存在一临界失稳温度,当温度小于临界失稳温度时,体系保持完好线状晶态,当温度大于临界失稳温度小于熔点时,体系坍塌熔化后发生重结晶,截面面积增大,长度明显缩短,随温度增加此特征更加显著,接近熔点时,体系形成由(111)和(100)面围成的多面体且势能最低;当温度大于熔点时,体系变成高度无序的球状团簇。     

沉积偏压对含氢类金刚石薄膜机械性能影响机制研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在不同脉冲偏压条件下,在304不锈钢表面沉积了含氢类金刚石薄膜。利用Raman光谱对薄膜中氢、sp~2及sp~3含量进行了表征;利用纳米压痕仪对薄膜杨氏模量及硬度进行了检测;利用台阶仪对薄膜的厚度进行了测量;利用原子力显微镜对薄膜的形貌进行了表征,并探讨了沉积偏压对薄膜机械性能的影响规律及相应影响机制。结果表明:随着脉冲偏压的升高,薄膜中氢含量减少,C-C及C-H sp~3含量减少。I (D)/I (G)从1.45增加至1.71,薄膜硬度从12.40 GPa增加至16.10 GPa,薄膜厚度逐渐增加,厚度最厚达到1.94μm。当沉积偏压为2 400 V时,C-Csp~3含量最高且杨氏模量最大可达151.7 GPa,粗糙度最低为0.432 nm。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜硬度值最大,氢含量最低。等离子体增强化学气相沉积制备含氢类金刚石薄膜的硬度不能完全由薄膜中C-C sp~3的含量决定,薄膜硬度随C-C sp~3含量变化存在滞后效应。     

六方HfB2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方 HfB2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方 HfB2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方 HfB2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。
     

2021 年 2 期目录

β钛合金因其具有良好的生物相容性和耐磨性而被用作硬组织的替代物。对钛合金植入体进行表面改性可以保证材料的整体强度和弹性模量,同时使其与人骨接触部位能够呈现低弹性模量特性。选用Ti-40Nb合金作为基体材料,采用磁控溅射与去合金化相结合的表面改性工艺获得表面纳米多孔结构,并对纳米多孔结构进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,在0.5% HNO₃水溶液中去合金化4 h,随后在1 mol/L KOH水溶液中去合金化12 h,能够得到微纳通透的分层多孔,多孔结构的形成使得Ti-40Nb合金表面的弹性模量达到37 GPa,接近人骨的弹性模量,避免了应力屏蔽带来的影响,同时还保证了Ti-40Nb合金的整体强度。此外,通过分析铸态和薄膜态Ti-Nb-Cu合金去合金化形成多孔结构的过程,探索两者成孔机制的区别。     

Ta-7.5%W合金箔材的退火组织与性能

通过力学性能测试、X线衍射和EBSD(电子背散射衍射分析)等方法研究Ta-7.5%W(质量分数)合金箔材在真空中1 200℃下退火1 h后的力学性能、织构和微观组织。研究结果表明:退火态的Ta-7.5%W合金箔材在沿着横向和轧向拉伸过程中表现出各向异性,其中轧向的抗拉强度达到753 MPa,伸长率达到13.4%,轧向的性能均优于横向性能,这是由于样品中主要织构组分的晶粒沿横向和轧向拉伸开启的滑移系是不一样的。样品中主要形成了3类织构,分别为轧面法向平行于<100>的θ-纤维织构、轧面法向平行于<111>的γ纤维,还有轧向平行于<110>的α纤维织构,其中主要的织构为(112)[1 10]和(111)[1 21],所占的体积分数分别10.2%和11.2%;由不同取向晶粒中的线取向差分布图分析可以看出(111)[1 21]取向的晶粒形成的位错亚结构之间的取向差很大,最大达到8.3°,亚晶之间的平均取向差也达到7°;(001)[1 10]取向的晶粒中形成的位错亚结构之间的取向差小很多,取向差最大也只有2.2°,平均取向差只有1.7°。     

采用双等离子体制备非晶态碳膜的研究

采用直流金属磁过滤阴极真空弧(FCVA)制造出Ti和乙炔(C2H2)气体的双等离子体在单晶硅(100)上制备非晶态碳膜.重点研究了乙炔气体和过滤线圈电流对非晶态碳膜的结构、形貌和机械性能的影响.研究结果表明,薄膜中主要成分是TiC,并以(111)作为主晶向;随着过滤线圈电流的增大,薄膜的晶粒度越来越小;薄膜表面的粗糙度逐渐减小,变得更加平整;薄膜的应力减小,可以下降到2.5 GPa.薄膜的显微硬度和弹性模量随着C2H2体积流qV(C2H2)的增大而降低,硬度和弹性模量分别可以达到33.9 GPa和237.6 GPa.非晶态碳膜的摩擦因数在0.1～0.25之间,大大低于衬底材料单晶硅片的摩擦因数0.6.随着过滤线圈电流增大,摩擦因数减小.     

晶体取向对一种单晶高温合金再结晶的影响

采用晶体劳厄衍射仪对高温合金DD419的单晶试棒铸件进行晶向测量,切取不同一次晶向及二次晶向的样品。对各种晶体取向的样品实施相同的静压加载,然后进行标准固溶热处理。研究结果表明：样品受压表面下方发生了不同程度的再结晶,再结晶的深度与晶体取向具有明显的相关性。当一次晶向[001]与样品表面法向的偏离角度β从0°到90°变化时,样品的再结晶深度H首先逐渐增加,在β=45°时达到最大值,然后逐渐减小至初始值。当二次晶向[010]与样品法向的偏离角度α从0°到45°变化时,样品再结晶深度H也是逐渐增加,在α=45°时同样达到最大深度。单晶高温合金中一次晶向和二次晶向对再结晶具有相同的影响规律。     

偏压对TiN薄膜和Ag-TiN复合膜力学性能的影响

利用射频磁控溅射技术,使用TiN化合物靶,以不锈钢为基底在不同负偏压下沉积TiN薄膜,并通过共溅射获得掺Ag的Ag-TiN复合膜.分别利用XRD、纳米压痕仪、扫描电子显微镜(SEM)和光学接触角测量仪等对样品的晶体结构、硬度、微观形貌和水接触角进行测试.结果表明:在较低负偏压下获得的薄膜为Ti_2N,表现为四方相;在较高负偏压下沉积的薄膜为立方相TiN,呈现(111)择优取向,薄膜表面呈三角棱椎形貌,薄膜硬度明显提高;Ag-TiN复合膜中的Ag元素以单质多晶的形式存在.当偏压为-130V时,TiN薄膜(111)衍射峰十分强烈,此时硬度和弹性模量最高,分别达到36.0GPa和426.937GPa.偏压为-100V时,TiN薄膜接触角最低,表现为疏水性,与TiN薄膜相比,Ag-TiN复合膜的水接触角降低明显,掺杂Ag后的Ag-TiN复合膜转变为亲水性.     

上海郊区夏季鸟类群落特征及多样性研究

2001年和2002年夏季对上海郊区不同生境鸟类进行了调查，共记录到鸟类68种，隶属11目25科。上海郊区夏季鸟类平均密度为2.7237只/hm²,现存生物量为276.0663g/hm²。鸟类多样性指数为2.2815，均匀度指数为0.5407,优势指数为0.2254.农田居民区、滩涂湿地和丘陵林地三种典型生境中，湿地鸟类种类最多，多样性指数最高，但密度最低；农田生境多样性最低，但密度最高，林地生境种类最少。研究结果表明，上海郊区夏季不同生境鸟类群落特征差异显著，但群落结构稳定，改善环境的自然性、增加空间异质性、减少人为干扰等可使鸟类群落的多样性和密度增加。     

微量Mg元素添加对铜晶粒尺寸热稳定性的影响

作为重要的导电导热材料,铜在高温下的晶粒尺寸热稳定性是目前新能源、电子通信等领域的研究热点.利用电子背散射衍射、透射电子显微镜以及高角度环形暗场扫描透射进行分析,研究微量Mg元素添加对铜在高温热暴露下的晶粒长大行为及织构演变的影响规律.结果表明:0.12%(质量分数,下同)的Mg元素添加可以明显地提高铜在高温下的晶粒尺寸热稳定性.纯铜经650 ℃/10 min和950 ℃/10 min热暴露后的平均晶粒尺寸为58.2, 198.0 μm,添加0.12%的Mg元素后,铜合金经650 ℃/10 min和950 ℃/ 10 min热暴露后的平均晶粒尺寸为23.5, 82.5 μm.此外,0.12%的 Mg元素添加明显弱化了铜合金在高温热暴露后的立方织构(Cube){001}<100>,提高了合金中黄铜织构(Brass){110}<112>和铜型织构(Copper){112}<111>的体积分数. Mg元素添加使铜合金形成了10~20 nm的细小γ(Cu2Mg)相,这些γ相对晶界具有明显的钉扎作用,可以抑制晶粒的生长,使铜合金具有较好的晶粒尺寸热稳定性,并且对合金电导率的影响较小.     

Ta-C化合物物理性质的第一性原理研究

【目的】难熔金属碳化物具有优异的物理化学性能,可在众多领域中广泛使用。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理方法对Ta-C二元体系中的TaC、Ta_2C、Ta_4C_33个金属间化合物的热力学、力学性质以及电子结构进行计算研究。【结果】本研究晶格常数计算值和实验值一致,形成焓以及弹性常数计算值和其他理论值吻合。弹性模量计算值表明TaC具有最高的体积模量、剪切模量和杨氏模量,也即其脆性最大;而Ta_2C各个模量最小,其延展性最大。电子结构和电荷密度差显示Ta的d态电子和C的p态电子有杂化的现象,并且Ta-C之间呈现离子键特征。利用德拜模型得到了3个化合物在高温高压下的热物理性质,随着温度的增加,体积模量减小,而热容以及热膨胀系数增大,其中热容在1 000K以上变化越来越小,最后接近杜隆-珀蒂极限值。随着压强的增加,体积模量增大,而热容和热膨胀系数减小。【结论】在3个化合物中,TaC的强度最高,脆性最大,而Ta_2C的强度最低,延展性最好。     

基底偏压对NbN-NbB_2纳米复合薄膜相变与力学性能的影响

利用多靶磁控共溅射技术,在不同基底偏压下制备了多组NbN-NbB_2纳米复合膜,用以探究偏压对复合膜显微结构和力学性能的影响.分别利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪对复合膜的结构、断面形貌、表面粗糙度及其硬度和弹性模量进行测试.实验结果表明:偏压为-160 V时,NbN-NbB_2复合薄膜中出现了立方相δ-NbN与六方相δ′-NbN的混合相,并以δ-NbN(111)晶面取向为主相;此时,复合膜结晶性最强,且具有非晶NbB_2穿插在结晶态NbN中和结晶态NbN紧密包覆非晶NbB_2的相互嵌入式复合结构,这种结构的形成使复合膜的硬度最高达到26.542GPa,弹性模量为291.154GPa;增加偏压至-200V时,复合膜中δ-NbN(111)逐渐向δ′-NbN(110)取向发生转变.退火处理后复合膜硬度值无明显变化,且趋于稳定,说明复合膜具有良好的热稳定性.     

沉积地球化学在层序地层分析中的应用

对于层序地层学研究来说最基本的、也是最关键的问题是层序的识别,而层序的识别包括两个方面的内容,一是层序界面的识别,二是层序内体系域构成的识别.层序界面和层序内体系域的识别除宏观的沉积记录分析方法外,还可通过微观的沉积地球化学分析资料来识别.研究表明,在层序界面的形成过程中,伴随着风化作用的进行,在层序界面上的Fe元素以高价Fe的氧化物形式出现;Al含量高,主要为Al的氧化物;K的含量大于Na元素的含量;Th/U比值很大.体系域与REE和微量元素、常量元素含量密切相关,LST(或SMST)期REE含量最低,TST期REE含量逐渐增高至最大,海泛期达到最高, HST期又逐渐下降.LST期,微量元素含量最低,TST期微量元素含量逐渐增高直至最高,HST期微量元素含量又逐渐下降.     

VAR熔炼TiAl铸锭的成分分布及显微偏析

 采用XRD、SEM和化学成分分析等方法,分析了VAR二次熔炼获得的Ti-46Al-2Cr-2Nb铸锭的成分分布、微观组织及显微偏析,研究了其形成的规律。结果表明,沿铸锭径向,Al元素在R/2处质量分数最高,边缘及中心质量分数较低,Cr元素由边缘向中心质量分数逐渐增多,Nb元素从铸锭边缘到中心质量分数逐渐减少;沿铸锭轴向,Al元素自底部到顶部质量分数逐渐降低,Cr元素分布遵循正偏析元素规律,Nb元素偏析规律与Al元素相似。铸锭大部分区域为由α₂+γ片层团及晶界处少量等轴状γ相组成的近全片层组织,在铸锭中心偏上的区域存在由(α₂+γ)片层团组成的全片层结构。铸锭中显微偏析主要存在于片层团交界处,其中Cr元素的显微偏析比较严重。     

Monte Carlo法计算Zr13.8Ti41.2Cu12.5Ni10-Be22.5大块非晶合金径向分布函数

利用日本SPring-8同步辐射光源和高压装置进行了常压和11.6 GPa高压下Zr_41.2Ti_13.8Cu_12.5Ni₁₀-Be_22.5大块非晶合金的原位能量色散X射线衍射测试, 得到了不同角度下的衍射数据. 基于Monte Carlo方法的思想, 结合计算大块非晶合金径向分布函数的基本原理, 利用Fortran语言编写程序对以上衍射数据进行了分析, 得到了常压和高压下大块非晶合金的全双体分布函数. 常压下原子最近邻区间与所有可能原子对的距离匹配; 同常压相比高压下对应各峰的位置均向原点处移动, 第一近邻的两小峰峰值分别从r₁₁ = 2.5Å, r₁₂ = 3.11 Å变成r′₁₁ = 2.32Å, r′₁₂ = 3.08 Å; 高压下峰形也发生了很多变化, 第二近邻峰由原来的单个衍射峰分解为紧挨的3个小峰. 根据高压下最高峰值相对于常压下的变化得出了大块非晶合金的压缩率为97.15%, 与已有经验公式计算的结果97.50%完全吻合. 结果表明用Monte Carlo数值模拟方法计算大块非晶合金的径向分布函数是可行的, 编写的程序可靠, 可移植性强. 该方法是一种有效的同步辐射数据分析手段, 适合求高温、高压以及两者协同作用等条件下非晶的结构信息.