- 浦恩祥;周文祥;陈泽基;张智睿;黄佑文;徐世春;贾宝瑞;秦明礼;
以Al_2O_3粉末和碳黑作为原料，采用碳热还原法并通过控制除碳工艺过程制备不同氧含量的Al N陶瓷粉末，高氧Al N粉末中氧质量分数为0.9%，低氧Al N粉末中氧质量分数为0.6%。以两种氧含量Al N陶瓷粉末为原料制备Al N陶瓷样品，采用三点弯曲法和3ω法在77～350 K范围内测试了Al N陶瓷的抗弯强度和热导率，研究了氧含量对AlN陶瓷抗弯强度和热导率的影响，并与Al_2O_3陶瓷、Si_3N_4陶瓷的力学和导热性能进行对比。结果表明：高氧Al N陶瓷样品中第二相含量较多，低氧Al N陶瓷样品中第二相含量较少。第二相抑制了Al N晶粒的长大，起到细晶强化的作用，但是第二相的存在降低了声子的自由程，降低了热导率。在实验温度范围内，高氧AlN陶瓷样品抗弯强度高于低氧Al N陶瓷样品，热导率低于低氧Al N陶瓷样品。相比较于Al_2O_3陶瓷和Si_3N_4陶瓷，AlN陶瓷的室温抗弯强度比Al_2O_3陶瓷略高，但不如Si_3N_4陶瓷；AlN陶瓷的室温热导率比Al_2O_3陶瓷和Si_3N_4陶瓷高，达到了200 W·m~(-1)·K~(-1)。同时，AlN陶瓷在低温下也能保持高热导率和较高的抗弯强度，相对于Al_2O_3陶瓷和Si_3N_4陶瓷，其低温应用更加广泛。
2025年03期 v.43;No.221 249-257页 [查看摘要][在线阅读][下载 875K] - 倪晓晴;戴坤杰;孔德成;
激光增材制造镍基高温合金复杂非平衡凝固组织的热稳定性与传统铸态、锻态不同，使得采用传统标准热处理工艺无法获得增材制造合金的稳定组织和优异性能。因此，亟需明晰增材制造非稳态热循环过程中亚稳态析出组织特征与热处理工艺之间的内在关联，理解亚稳态组织热处理过程中的晶粒生长、第二相析出、位错演变等行为。本文以航空发动机及燃气轮机领域广泛应用的γ″强化镍基高温合金（IN718 alloy）为研究对象，综述了其选区激光熔化成形后的组织特征，讨论了其热处理后组织演变与力学性能变化规律的研究进展，旨在探究强约束、快速凝固下高温合金组织调控及力学性能提升方法，进一步拓展激光增材制造技术在航空发动机及燃气轮机等热端结构材料的应用。
2025年03期 v.43;No.221 258-270页 [查看摘要][在线阅读][下载 2303K] - 李玉华;贺羽昕;张仟;赵蓉;王豪杰;楚景慧;牛立斌;
为了探究孔隙结构对多孔钛压缩性能的影响，对多孔钛压缩过程进行有限元模拟，研究孔隙率、孔径尺寸、孔隙形状等不同孔隙结构参数对多孔钛压缩性能的影响规律，同时对2D和3D有限元模拟结果进行对比分析。结果表明：多孔钛弹性模量和屈服强度均随孔隙率增大而减小，孔径尺寸对压缩性能几乎无影响；在圆形、正方形和六边形三种孔隙形状中，圆形孔压缩性能最好，针对椭圆形孔，压缩性能则随压缩方向孔洞尺寸减小而减小；2D和3D有限元模拟结果与Gibson-Ashby模型和Nielsen模型一致，并与试验结果更接近；2D和3D有限元模拟结果均能正确反映孔隙结构对多孔钛压缩性能的影响，而2D压缩模型的计算时间更短。
2025年03期 v.43;No.221 271-282页 [查看摘要][在线阅读][下载 1417K] - 夏鹏;张厚安;廉冀琼;乔东旭;陶鑫;张云浩;党伟;古思勇;
传统Ti(C,N)基金属陶瓷多以Co/Ni为粘结相，本文以高熵(Ti,W,Mo,Nb,Ta)(C,N)陶瓷为硬质相、高熵合金FeCoNiMoW为粘结相，采用真空烧结制备了高熵(Ti,W,Mo,Nb,Ta)(C,N)基金属陶瓷，探索了烧结工艺和粘结相含量对材料力学性能的影响，利用X射线衍射分析了其相组成和扫描电子显微镜观察了其微观结构。结果表明：含质量分数5%FeCoNiMoW的金属陶瓷于1450℃烧结1 h，具有最佳的综合力学性能，其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为HV_(30) 1844.99、1430 MPa和9.91 MPa·m~(1/2)，比含质量分数15%Co/Ni金属粘结相的高熵金属陶瓷的抗弯强度和硬度分别提高了14.40%和5.28%，归因于FeCoNiMoW高熵合金粘结相，引起了较大的晶格畸变效应和迟滞扩散效应，以及FeCoNiMoW高温烧结过程中形成的Mo_2C相，提高了硬质相与粘结相间的润湿性。这为制备高强高硬Ti(C,N)基金属陶瓷提供了新的策略。
2025年03期 v.43;No.221 283-291页 [查看摘要][在线阅读][下载 1076K] - 卫晨军;王禹同;李京昊;赵占勇;
超高速激光熔覆技术是近年发展起来的一种表面改性技术，因其稀释率低、热影响区小、效率高等特点，受到国内外学者的青睐。文章介绍了几种常见表面改性技术并进行比较，从粉末材料、工艺参数、组织性能三方面分析了超高速激光熔覆的研究现状，讨论了传统激光熔覆涂层与超高速激光熔覆涂层微观组织及性能的差异，总结了超高速激光熔覆技术的应用实践，综述了超高速激光熔覆技术目前存在的问题，并对其发展趋势进行展望。
2025年03期 v.43;No.221 292-300页 [查看摘要][在线阅读][下载 949K] - 周红灯;徐文进;田青超;
采用TiH_2/ZrH_2和TiC/ZrC两种掺杂方式分别在不同烧结和热压工艺下制备了TZC钼合金。通过光学金相观察、扫描电子显微分析、物相分析等方法，研究了处理工艺对合金微观组织和成分的影响。结果表明，两种掺杂方式得到的TZC钼合金物相构成基本相同；烧结后合金密度由9.21 g·cm~(-3)（添加TiH_2/ZrH_2）提高到9.68 g·cm~(-3)（添加TiC/ZrC），合金硬度由HV210提高到HV 245；热压后合金相对密度和硬度明显提高，晶粒也由烧结态的双峰型分布转变为单峰型分布。研究发现，在高温烧结过程中，两种添加物的构成都发生了转变，其反应扩散过程决定了其微观结构，从而决定了其密度和硬度的变化。添加TiH_2/ZrH_2的TZC钼合金经热压后的微观组织会形成不同的特征区域；添加TiC/ZrC后，通过直接热压成形可获得晶粒细小、相对密度及硬度优良的TZC钼合金。
2025年03期 v.43;No.221 301-309页 [查看摘要][在线阅读][下载 1303K] - 李胜楠;康珍;徐成瑜;李晓月;董杨;孙恩琪;范天博;张福群;郭洪范;
以金属锌粉为原料，氨气为氮源，甘油为添加剂，利用高温直接氮化法制备Zn_3N_2粉末。研究了甘油含量、反应温度以及反应时间对产物中Zn_3N_2质量分数的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能量色散光谱仪、X射线光电子能谱分析了产物的物相组成、微观形貌、元素分布以及样品表面的化学状态。结果表明：甘油分子内部的键在加热后开始断裂，产生的还原性物质可以还原锌粉表面的ZnO，减少了ZnO的含量，从而有利于后期Zn与NH_3之间的反应，提高产物中Zn_3N_2含量，改善Zn_3N_2粉末分散性。当甘油与锌粉比例（体积/质量，mL/g）为0.20时，经600℃加热3 h，可以制备出Zn_3N_2质量分数为95.72%的粉末，获得Zn_3N_2粉末的光学带隙为2.60 eV。
2025年03期 v.43;No.221 310-316+340页 [查看摘要][在线阅读][下载 1130K] - 许彦亭;赵琪;沈月;赵宗彦;王传军;施晨琦;闻明;
分别采用氢化钛粉、不规则形状Ti粉和球形Ti粉为钛源，与纯钨粉混合为原料粉末，通过高能球磨与真空热压烧结相结合的方法获得钨钛合金。通过X射线衍射仪、扫描电镜、维氏硬度仪等设备测量和分析钨钛合金的相组成、微观形貌、晶粒尺寸、相对密度及硬度。结果表明：三种钛原料制备的钨钛合金中均只观察到黑色的富钛相（β1(Ti,W)）分布于灰色的富钨相（β2(Ti,W)）中，合金样品的相对密度均超过99%，达到了常规高性能靶材致密的要求。由于钛原料物化特性的差异，导致其所制备的钨钛合金微观组织中β1(Ti,W)的分布及粒径尺寸存在差别，其中以氢化钛粉为钛原料制备的钨钛合金性能最佳，其β1(Ti,W)分布均匀且晶粒尺寸细小，钨、钛之间的互扩散速率更高，进而固溶度更高，合金相对密度和力学性能最好，相对密度为99.66%，硬度为HV(678.88±15.25)。
2025年03期 v.43;No.221 317-324页 [查看摘要][在线阅读][下载 1528K] - 曲晟;姜丽鑫;于景坤;
采用反溶剂析出法结合还原热解法制备了近纳米级立方形MgO粉末，选择无水乙醇和不同初始浓度的硫酸镁水溶液制备前驱体粉末，将前驱体与不同质量分数的炭粉混合，在800℃进行还原热分解反应，从而得到立方形MgO粉末。结果表明，通过调整硫酸镁水溶液浓度可以有效控制所制备MgSO_4前驱体的粒度、分散性和球形度。当硫酸镁水溶液初始浓度为0.1 mol/L时，前驱体的颗粒尺寸最小（平均颗粒尺寸为1.21μm），分散性最好，微观形貌为近球形。在还原热分解过程中，前驱体颗粒尺寸越小，形貌越近球形，炭粉添加量越高，MgO的转化率越高。当前驱体和碳粉质量比为2:1时，可以制备纯度较高的立方形MgO粉末。
2025年03期 v.43;No.221 325-332页 [查看摘要][在线阅读][下载 1140K] - 刘治江;范舟;侯涛;田波;张子扬;
研究了选区激光熔化316L不锈钢孔洞半径和打印角度与表面粗糙度的关系，建立了成形结构与表面粗糙度的理论模型，讨论了不同参数下成形零件的表面形貌和表面粗糙度，分析了试样表面粗糙度的影响因素，包括阶梯效应、粉末吸附和翘曲变形等。结果显示，打印角度和孔径都会显著影响试样表面粗糙度。当打印角度超过50°时，孔洞内表面的粗糙度开始急剧增大；在孔径4 mm、打印角度50°情况下，孔洞内表面粗糙度为7.01μm，在打印角度70°情况下，粗糙度达到24.53μm。随着角度和孔径的增大，各因素会共同影响试样表面质量。通过数学模型的构建发现，粗糙度预测在中低角度时效果良好，当打印角度增至80°时会出现明显误差；该模型在一定程度上可以实现对表面粗糙度的准确预测，为优化表面提供有力的理论依据和技术支持。
2025年03期 v.43;No.221 333-340页 [查看摘要][在线阅读][下载 1110K] - 郑熙凡;姜龙凯;高姣姣;宋金鹏;孟维其;王瑶;
以TiC为基体材料，WC和TiN分别为TiC–WC(TW)层和TiC–TiN(TT)层的添加相，采用干压成形法和真空热压烧结技术制备了五种不同层厚比（TW/TT分别为2:1、1:1、1:2、1:3和1:4）的TiC–WC/TiC–TiN层状陶瓷，研究了层厚比对层状陶瓷内部残余应力、微观结构以及力学性能的影响。结果表明，TW层中存在的残余压应力随着TT层厚的增加逐渐增大，TT层中存在的残余拉应力逐渐减小，但两者差值相对稳定。随着TT层厚的增大，TW层的硬度和层状陶瓷的相对密度均缓慢增加，TW层的断裂韧性和层状陶瓷的抗弯强度先增大后减小；而TT层的硬度则随着TT层厚的增加略有减小，断裂韧性却在一直降低。当层厚比为1:3时，层状陶瓷的微观形貌缺陷较少，晶粒大小均匀，结合紧密，获得了最佳的力学性能，其相对密度为(96.47±0.02)%，抗弯强度为(946.01±19.1) MPa；此时，TW层硬度和断裂韧性分别为(16.68±0.17) GPa和(10.19±0.22)MPa·m~(1/2),TT层的硬度和断裂韧性分别为(15.73±0.15) GPa和(7.78±0.26) MPa·m~(1/2)。同时，TT层的平均晶粒尺寸明显小于TW层，裂纹在穿越层交界处时出现裂纹偏转和裂纹桥连，断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂。
2025年03期 v.43;No.221 341-349页 [查看摘要][在线阅读][下载 1105K] - 刘尚阳;杨波;茅健;
本文利用ANSYS有限元分析软件对AlSi10Mg的选区激光熔化成形过程进行热–力耦合分析并进行实验验证。针对目前铝合金选区激光熔化数值模拟不够精确，残余应力预测效率低的问题，利用JMatPro软件计算出AlSi10Mg在不同温度下的非线性热物性参数，并通过ANSYS的UDMAT子程序实现材料状态的转换，以此提高数值模拟的准确度。通过建立的热力耦合数值模型，研究不同的激光工艺参数对温度场和应力场的影响，最后进行相应的AlSi10Mg样件打印实验，并通过X射线应力分析仪测量样件残余应力。结果表明：每一层的扫描过程中，曲线均有明显的波峰，轨道间和层间可实现较好的重熔搭接；随着扫描速率的减小或激光功率的增加，最高温度和熔池尺寸随之增加；在成形过程中，沿着扫描方向的应力最大，垂直于扫描方向的应力最小。通过热力耦合模型所得到的残余应力与实验值误差小于8%，可以通过该热力耦合模型对选区激光熔化制件的残余应力进行预测。
2025年03期 v.43;No.221 350-358页 [查看摘要][在线阅读][下载 1066K] - 李庆棠;张宇辰;吴海荣;
采用激光熔化沉积方法在Fe基材料中获得(Ti,Nb)C复合碳化物颗粒增强相，分析了(Ti,Nb)C颗粒增强Fe基材料的组织特征、界面形成机理以及激光热输入对碳化物析出量的影响规律。在此基础上，通过调节加工参数优化了(Ti,Nb)C颗粒增强Fe基材料的力学性能。结果表明：(Ti,Nb)C颗粒增强Fe基材料的物相主要由α-Fe基体以及(Ti,Nb)C复合碳化物增强颗粒组成，α-Fe晶粒和(Ti,Nb)C碳化物通过低指数晶面的结合获得了匹配良好的界面取向。随着激光热输入的增大，材料中(Ti,Nb)C颗粒尺寸和面积比明显增加，而(Ti,Nb)C颗粒增强Fe基材料的抗拉强度随热输入的增加呈先增后减小的趋势，当热输入105 J·mm~(-2)，抗拉强度最大，为653 MPa。从拉伸应力–应变曲线与断口微观组织形貌可以看到，(Ti,Nb)C颗粒增强Fe基材料表现出良好的韧性，受外部加载时，(Ti,Nb)C复合碳化物颗粒可以吸收和分散应力，阻碍位错和裂纹的扩展，从而达到增强材料力学性能的效果。
2025年03期 v.43;No.221 359-366页 [查看摘要][在线阅读][下载 1073K] - 刘怡然;李磊;
分别使用?2.3 mm、?4.0 mm的陶瓷弹丸对选区激光熔化TC4钛合金试样进行喷丸强化处理，采用激光共聚焦显微镜、材料表面性能综合测试仪、扫描电镜和维氏显微硬度计对试样表面形貌、表面粗糙度、表面摩擦系数、表面磨损形貌和表面显微硬度进行观测与分析。结果表明，经过喷丸强化处理后，试样表面粗糙度降低80.2%～86.3%，其中，对于采用?2.3 mm弹丸处理的试样，表面粗糙度随着喷丸强化时间的增加逐渐增大；采用?4.0 mm弹丸处理的试样，表面粗糙度随着喷丸强化时间的增加逐渐减小。喷丸直径、喷丸时间和作用载荷对试样的摩擦系数均有影响，在10 N载荷作用时，?2.3 mm弹丸处理的试样摩擦系数变化较为明显，?4.0 mm弹丸处理的试样摩擦系数波动较小；载荷增大到20 N时，?2.3 mm弹丸处理后的试样平均摩擦系数波动减缓，?4.0 mm弹丸处理试样的摩擦系数变化不大。喷丸强化处理后的选区激光熔化TC4合金表面有较明显的磨损痕迹和塑性变形破坏，磨损机理主要为磨粒磨损。通过弹丸直径与喷丸强化时间的合理搭配，改善了材料表面摩擦磨损性能，有效抑制了摩擦过程中材料的变形。
2025年03期 v.43;No.221 367-376页 [查看摘要][在线阅读][下载 1265K] - 许磊;孙少祥;历长云;唐玲;高琦;
金属基复合泡沫（metal matrix syntactic foam,MMSF）是由空心微球和金属基体复合而成的一种新型多孔复合材料。本文总结了近些年有关铝基、镁基和钢基等复合泡沫研究的进展情况，并分类概述了不同基体材料的选择和制备工艺对金属基复合泡沫组织结构和力学性能的影响。结果表明，基体材料是金属基复合泡沫的重要组成部分，并直接影响其结构和性能。铝及其合金具有密度小、强度高、可塑性好等特点，是金属基复合泡沫中应用最广泛的基体材料之一。镁及其合金也有低密度、高强度、延展性好等特点，也是一种重要的金属基体材料。钢基复合泡沫的抗压强度和吸能能力优于大多数铝、镁基复合泡沫，并且在受力过程中表现出较好的变形状态，但是其密度普遍高于铝、镁基复合泡沫材料。以高熵合金作为复合泡沫材料基体是一个新的研究方向，该种材料表现出优异的性能。由于高熵合金内部结构复杂，需对制备出的复合泡沫微观结构及力学性能做进一步研究。除了金属基体材料，填充材料、制备工艺、孔隙率、界面反应、后处理技术等都对金属基复合泡沫的结构和性能有着很大的影响。
2025年03期 v.43;No.221 377-390页 [查看摘要][在线阅读][下载 1112K] 下载本期数据