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材料工程
中国航发北京航空材料研究院
材料工程

中国航发北京航空材料研究院

曹春晓

月刊

1001-4381

matereng@biam.ac.cn

010-62496276

100095

北京81信箱44分箱

材料工程/Journal Journal of Materials EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊创刊于1956年，现由北京航空材料研究院主办，国内外公开发行。该刊主要刊登有关材料科学与工程方面的学术论文及研究报告，同时刊登综合性评述，报道新材料、新工艺、新产品信息，及时准确反映我国材料领域最新成就和最新进展。《材料工程》涉及航空航天及各种军民用材料领域，专业包括：金属材料（含金属间化合物），非金属材料，复合材料（聚合物基，金属基，陶瓷基），陶瓷材料，功能材料，工艺（铸造，热变形，焊接，粉末冶金，热处理，表面处理，非金属成型等），理化测试，性能表征，无损检测，失交分析，材料标准化等。该刊是美国工程索引（EI）和金属文摘（MA）收录期刊，据1998年统计，本刊在EI收录的中国科学技术论文数较多的100种期刊中排名第四（167篇）。是中国科技论文统计分析用刊，同时入选《中文核心期刊要目总览》、中国科学引文数据库、中国学术期刊综合平价数据库、中国学术期刊（光盘版）及万方数据“数字化期刊群”和中国期刊网。在国内外材料科技期刊有一定的地位和影响。
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    钛铝金属间化合物激光点火燃烧行为及机理

    吴明宇弭光宝李培杰隋楠...
    1-16页
    查看更多>>摘要：采用激光氧浓度实验方法结合超高温红外测温仪和高速摄像机原位观察、扫描电子显微分析和X射线衍射分析等方法,对钛铝金属间化合物(TiAl合金)的点火燃烧行为进行研究,揭示燃烧过程熔体的形成与运动规律、氧化物类型和结构特征,进而探讨燃烧机理.结果表明:TiAl合金发生起燃及持续燃烧的激光功率和氧浓度临界条件分别遵循抛物线规律和抛物线+直线规律,且显著高于近α型高温钛合金,即具有更好的阻燃性能;TiAl合金的起燃温度高于基体相熔点,起燃时基体部分熔化,导致Al元素由内氧化机制转变为外氧化机制;扩展燃烧阶段形成的氧化物由内侧到燃烧表面依次为Al2O3,Al2Ti7O15,Al2TiO5和Al6Ti2O13相,其中熔凝区内形成的连续网状Al2O3层能够阻碍熔体运动,燃烧区内形成的Ti-Al-O三元相通过降低内层Al2O3的分解压提升Al2O3保护层的稳定性,使TiAl合金具有良好的阻燃性能.

    TiAl合金激光点火氧化燃烧产物燃烧机理起燃温度

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    气流速度对Ti3Al基合金摩擦起燃行为的影响

    邱越海弭光宝李培杰隋楠...
    17-25页
    查看更多>>摘要：采用高温、高速摩擦点燃法研究Ti3Al基合金在220～380 m/s气流环境中的起燃行为,结合理论计算分析气流速度对表面氧浓度、氧化控制步骤的影响,探讨气流速度对起燃行为的影响机理.结果表明:当气流速度达到240 m/s时,Ti3Al基合金开始发生起燃;当气流速度达到360 m/s时,Ti3Al基合金不再发生起燃.低气流速度下,高温下的表面氧浓度低于临界值,氧化反应控制步骤由低温下的化学动力学过程转变为高温下的氧向合金表面的扩散过程.随着气流速度的加快,虽然对流散热速率增大,但表面氧浓度增大引起的氧化产热速率的增大速率比对流散热速率的大,使得升温速率增大,促进Ti3Al基合金发生起燃.高气流速度下,高温下的表面氧浓度仍然高于临界值,氧化反应控制步骤始终是化学动力学过程.随着气流速度的增大,高温下的氧化产热速率增大速率比对流散热速率的小,使得升温速率减小,不利于Ti3Al基合金发生起燃.

    Ti3Al基合金气流速度摩擦起燃机理钛火

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    钛铝系合金的非等温氧化特性

    欧阳佩旋陈航孙若晨李培杰...
    26-33页
    查看更多>>摘要：采用TGA/DSC同步热分析实验,SEM和EPMA表征及理论计算等方法对TiAl和Ti3Al合金在纯氧气氛下1450～1570℃的非等温氧化行为进行研究.结果表明:当氧化温度高于TiAl合金熔点时,TiAl合金熔体表面形成连续、致密的Al2O3阻氧层;熔体中Al与O反应的吉布斯自由能比Ti,Cr和Nb低50～150 kJ∙mol-1,TiAl合金熔体中Al原子的扩散系数(D)约为Ti原子的1.7倍,Al原子不断扩散到熔体表面,且优先与O反应形成连续、致密的Al2O3层;Al2O3阻氧层阻隔氧和金属离子向基体内外扩散,且TiAl合金熔化吸热,降低基体温度,减缓氧化速率,使TiAl合金在1450～1570℃范围的抗非等温氧化性优于Ti3Al合金.

    TiAl合金非等温氧化氧化机理氧化动力学着火

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    氧化物共晶陶瓷激光增材制造裂纹缺陷形成及抑制研究进展

    姚佳彤苏海军姜浩陈乾...
    34-45页
    查看更多>>摘要：氧化物共晶陶瓷以其优异的高比强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化和抗蠕变等独特性能,被认为是超高温氧化腐蚀等极端环境下长期稳定服役的理想材料之一,在新一代高推重比航空发动机高温热端结构部件中具有巨大的应用前景.激光增材制造技术已成为近年来制备高性能复杂结构部件最具潜力的前沿技术,然而陶瓷在激光快速凝固过程中,裂纹缺陷极易产生,严重影响构件的成形质量和性能,成为制约工程化应用的关键.本文综述了激光近净成形和激光粉末床熔融两种典型陶瓷激光增材制造技术,分析对比了两种技术制备的不同形状陶瓷样件的裂纹形态特征,重点从微观组织形态特征、应力状态等角度探讨了激光增材制造氧化物陶瓷裂纹的形成机理,并进一步从工艺参数优化、成分设计、外场辅助等三个方面改善微观组织与减小热应力以抑制裂纹进行系统总结.最后指出氧化物共晶陶瓷激光增材制造在粉末特性、成形主次因素、成形技术研究等方面的未来发展趋势及突破方向.

    氧化物共晶陶瓷激光增材制造裂纹缺陷形成机理裂纹抑制

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    纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程数值模拟研究进展

    赵华坤于涛程泽非徐鉴...
    46-56页
    查看更多>>摘要：纤维增强热固性树脂基复合材料在高端制造领域应用广泛,其固化过程涉及树脂流动、固化反应发生、残余应力引发固化变形等多个步骤.数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料的工艺成型过程是一个多场耦合的复杂问题,建立完善的数值模拟方法用来预测其成型过程中的固化行为对于工艺类型选择、工艺参数设计和复合材料构件性能优化具有重要的理论与实践意义.本文归纳了数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程的主要研究进展,并讨论了不同数值模型的适用条件,通过分析同一问题不同模型的适用条件可以为复合材料固化工艺及参数设计的选择提供指导.提升精度和降低成本是数值模型迭代优化的主要研究方向.在此基础上,本文对数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程进行了总结,并认为未来可以从复合材料的树脂流动多尺度建模、机器学习与材料基因组方法在复合材料的构件优化设计中的应用和残余应力对复合材料的性能及使用寿命的影响等方面开展研究.

    纤维增强复合材料数值模拟热固性树脂成型工艺

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    NiTi形状记忆合金中的氢效应研究进展

    赵厚锐左舜贵王盖世肖飞...
    57-66页
    查看更多>>摘要：NiTi形状记忆合金应用于牙齿正畸弓丝、心血管支架、流体阀门等场景时受应力与化学腐蚀的双重作用,导致合金出现一定程度的氢脆并影响构件的可靠性与安全性.本文围绕NiTi合金中的氢效应问题,综述氢在NiTi合金中的占位、存在状态与扩散行为.总结NiTi合金中氢的含量、状态、分布和扩散系数的表征方法,介绍氢对NiTi合金马氏体相变、阻尼行为的影响,重点讨论NiTi合金的氢脆行为、氢脆影响因素及氢脆机制,并总结用于避免或延迟NiTi合金氢脆发生的措施与方法.最后,提出氢在NiTi合金各相中的扩散行为研究、氢分布的可视化表征以及氢-马氏体相变相互作用等研究方向,以期为NiTi形状记忆合金的研究人员提供有益参考.

    NiTi合金形状记忆合金马氏体相变氢效应氢脆

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    化学气相沉积HfO2涂层的制备及性能

    何锐朋朱利安王震叶益聪...
    67-75页
    查看更多>>摘要：采用化学气相沉积(CVD)法在难熔金属Mo表面制备厚约8μm的HfO2涂层.通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO2的反应过程,分析HfO2涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能,测试涂层与基体的结合力及抗热震性.结果表明:HfO2涂层与基体结合良好,在经历25～2000℃,100次循环热震后涂层表面未出现宏观剥落;划痕法测定的涂层附着力约23 N;在2.5～5μm波段,涂层表面平均发射率为0.48,将Mo在该波段的平均发射率提高了近5倍.

    化学气相沉积氧化铪涂层热力学计算发射率抗热震性

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    无压烧结温度对15％SiC/2009Al复合材料微观组织与力学性能的影响

    边鹏博朱士泽张峻凡肖伯律...
    76-82页
    查看更多>>摘要：针对传统粉末冶金工艺制备成本高、制备效率低等问题,采用冷等静压结合无压烧结及热挤压工艺制备15％(体积分数,下同)SiC/2009Al复合材料.研究不同烧结温度(600,620,640℃)对15％SiC/2009Al复合材料微观组织及力学性能的影响.结果表明:在600℃下烧结,SiC与基体间的结合差,微观下可观察到较多的大尺寸孔隙,材料的致密度低,力学性能差;在640℃高温下烧结,坯锭产生大量液相,并溢出到坯锭表面,造成心部合金元素下降,此外,640℃会引发强烈的界面反应,生成较多大尺寸脆性相,成为材料断裂过程中的裂纹源,导致材料性能下降;620℃为最佳烧结温度,产生较多的液相能填充坯锭中的部分孔隙,进而提高材料致密度以及界面结合强度,复合材料的强度和塑性均取得最佳值,抗拉强度与屈服强度分别达到505,345 MPa,伸长率达到7.2％.

    SiC颗粒铝基复合材料冷等静压烧结温度力学性能

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    激光增材制备Ti-6Al-4V/TiC金属陶瓷熔覆层组织与性能强化

    范战争任维彬方世源王玉江...
    83-92页
    查看更多>>摘要：Ti-6Al-4V合金因具有良好的强度、塑性、韧性、耐蚀性以及可焊性,在航空航天以及化工装备制造领域具有广泛应用,但其硬度以及耐磨性不高等性能短板,一定程度上限制了其摩擦磨损工况下的服役寿命.本研究基于激光熔覆优化工艺方法,增材制备具有TiC添加相的Ti-6Al-4V合金同质金属陶瓷熔覆层,表征并验证TiC增强相对熔覆层组织以及基本力学性能的强化作用.结果表明:熔覆层主要物相包括α-Ti,β-Ti以及TiC,其中TiC在熔覆层内过饱和析出,且受熔覆层不同位置过冷度差异影响,析出的TiC在熔覆层顶部以细小的颗粒状为主,而在熔覆层中部则主要呈树枝及花瓣状析出,熔覆层底部新增了麦穗状的析出形状,而稀释区则未见明显TiC析出.熔覆层平均显微硬度为530HV0.5,较基体提升了61％;在35 N载荷下,熔覆层平均摩擦因数为0.3583,较基体降低了11％,体积磨损率约为基材的87％,磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损.

    激光熔覆Ti-6Al-4VTiC熔覆层组织与性能

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    热处理对超高速激光熔覆制备TiC/IN625涂层组织与耐腐蚀性的影响

    赵海生张峰葛通庞义斌...
    93-102页
    查看更多>>摘要：采用EHLA技术在45钢基材上制备TiC/IN625纳米复合涂层.分析不同热处理温度(800,1000℃和1200℃)对TiC/IN625涂层微观组织、表面形貌、残余应力和耐腐蚀性的影响.结果表明:随着热处理温度的提升,涂层偏析现象得到缓解.较HT0和HT800涂层,HT1000涂层中的Ti元素分布更加均匀.HT0涂层中的部分Laves相在HT1000涂层中开始溶解,释放出Nb元素,与C元素和Ti元素重新结合生成MC(M=Nb,Ti)碳化物.HT1200涂层表面微观组织中大尺寸的碳化物溶解,Ti元素和Ni等其他元素分布更加均匀,并向枝晶间区域扩散.HT0涂层表面残余应力主要表现为残余拉应力,其最大值为362 MPa.电化学腐蚀实验表明,开路电位由HT0涂层的-0.139 V提高到HT1200涂层的-0.132 V.HT800,HT1000,HT1200涂层的电荷转移电阻(Rct)比HT0涂层更大,相较于HT0涂层的4.785×105Ω∙cm2分别提高了46.2％,31.2％和64.3％.

    超高速激光熔覆TiC/IN625涂层残余应力耐腐蚀性

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