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期刊信息/Journal information
稀有金属材料与工程
稀有金属材料与工程

殷为宏

月刊

1002-185X

rmme@c-nin.com

029-86231117

710016

西安市51号信箱

稀有金属材料与工程/Journal Rare Metal Materials and EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊是以稀有金属材料的研究、开发、生产、应用为报道内容的综合性学术技术刊物。《稀有金属材料与工程》主要报道钛、难熔金属(钨、钼、钽、铌、锆、铪、钒)、贵金属(金、银、铂、钌、铑、钯等)、稀散金属和稀土金属等材料的研制；稀有金属材料的加工工艺,熔铸、粉末冶金、压力加工、热处理、机械加工、爆炸复合、涂复、焊接及其它特种加工工艺)；稀有金属材料的化学分析及机械、物理性能测试；同时还报道超导材料、陶瓷材料、磁性材料、功能材料、纳米材料、生物材料等新型材料及先进的材料研制、设计、制造工艺及其在国民经济各领域的应用。
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    Zr合金表面电沉积Ni/Cr涂层的高温氧化行为研究

    朱利安袁伟超王淑祥王震...
    2805-2822页
    查看更多>>摘要：在核反应堆堆芯核燃料包壳中,用锆(Zr)合金表面包覆Cr涂层被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术.熔盐电沉积技术有望解决包壳Zr合金表面高质量Cr涂层的高效低成本制备难题.本研究采用水溶液电沉积和熔盐电沉积方法依次在Zr合金基体表面制备Ni过渡层和Cr涂层,对制备得到的Zr/Ni/Cr试样进行组织结构表征、结合力和纳米硬度测试及高温氧化行为研究.结果表明,Zr合金表面的Ni/Cr涂层均匀致密,与基体间的结合力约为151 N.Zr/Ni/Cr从内到外各层的硬度和弹性模量均逐渐升高,呈准梯度过渡.其中Cr涂层的表面粗糙度约为2 μm,硬度和弹性模量分别为2.86 GPa和172.86 GPa.Zr/Ni/Cr试样在1000和1200 ℃高温蒸汽氧化过程中分别表现出近抛物线和近线性规律,表明Ni/Cr涂层能够在1000 ℃下对Zr合金基体起到良好的保护效果.Zr合金表面Ni/Cr涂层的高温氧化失效机制与Ni过渡层的快速扩散、Cr层的氧化和扩散消耗以及Zr沿Cr晶界快速扩散导致的Cr层性能弱化密切相关.

    耐事故燃料包壳Cr涂层Zr合金电沉积氧化

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    表面激光冲击对双态组织Ti55531钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

    史蒲英陈林刘向宏庞智聪...
    2823-2830页
    查看更多>>摘要：对激光冲击(LSP)前后双态组织Ti55531钛合金的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)进行了研究.分析了激光冲击前后疲劳裂纹扩展样品的断口、微观组织和残余应力.结果表明,经过激光冲击,双态组织Ti55531钛合金的da/dN降低,当ΔK＜22.84 MPa·√m时,激光冲击后样品(BM-LSP)具有比未冲击样品(BM)更低的疲劳裂纹扩展速率,当ΔK=22.84 MPa·√m时,二者具有相近的裂纹扩展速率,为3.92×10-4mm/cycle.LSP后次生a相片层厚度离散性降低38.9％,长度离散性降低22.9％,α相和β相的极密度分别降低37％和16％.LSP后次生a相片层尖端钝化和组织均匀化是缓解疲劳裂纹尖端应力集中,导致da/dN下降的主要因素.此外,激光冲击过程中在材料表面引入深度约900 μm的残余压应力层.残余压应力也是抵消裂纹尖端拉应力、增强裂纹闭合、减缓裂纹扩展速率的重要因素.

    Ti55531钛合金表面激光冲击疲劳裂纹扩展速率(da/dN)微观组织

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    超声表面滚压加工对Zr705合金预腐蚀疲劳行为的影响

    马驰张聪惠朱文光曾祥康...
    2831-2842页
    查看更多>>摘要：本工作主要对原始态和超声表面滚压(USRP)态Zr705合金分别在1 mol/L LiOH溶液、3.5％NaCl溶液、5％HCl溶液中预腐蚀30 d后的疲劳性能进行了研究.结果表明:原始态Zr705合金在3.5％NaCl溶液中腐蚀程度最严重,在5％HC1溶液中次之,在1 mol/LLiOH溶液中腐蚀程度最轻.这与Zr705合金在不同介质中的腐蚀机理不同有关.USRP-Zr705合金由于表层梯度结构中存在高密度的位错缺陷,较原始态Zr705合金更容易被腐蚀.经浸泡腐蚀处理,原始态Zr705合金疲劳寿命明显下降,这主要是由于试样表面在浸泡腐蚀过程中产生腐蚀损伤导致的.经浸泡腐蚀处理,USRP-Zr705试样在1 mol/L LiOH溶液中的疲劳寿命较原始态Zr705合金有所提高,而在3.5％NaCl溶液、5％HCl溶液中疲劳寿命较原始态Zr705合金有所下降.腐蚀环境和表面梯度结构对锆合金疲劳性能的影响存在竞争关系:当腐蚀介质腐蚀性较弱时,表面梯度结构是影响合金疲劳性能的主要因素.当腐蚀介质腐蚀性较强时,在高应力作用下循环加载,表面梯度结构仍是影响合金疲劳性能的主要因素;在低应力作用下循环加载,腐蚀环境是影响合金疲劳性能的主要因素.

    Zr705合金超声表面滚压加工表面梯度结构腐蚀行为预腐蚀疲劳

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    Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在高温高压水中的微动磨损行为

    廖业宏戴龚颖严俊林晓冬...
    2843-2851页
    查看更多>>摘要：采用3D光学表面轮廓仪、扫描电子显微镜、电子背散射衍射和能谱仪等测试技术研究了 290和310 ℃下Cr涂层Zr-1Nb合金包壳管与格架在模拟压水堆一回路水环境中的微动磨损行为.结果表明,当Cr涂层Zr-1Nb合金包壳管与对磨副材料(Zr-4刚凸或Inconel 718弹簧)组成摩擦副时,微动磨损机制均以粘着磨损为主,伴随着对磨副材料向Cr涂层包壳管的转移.随温度升高,Cr涂层包壳管表面磨损量增加,其抗微动磨损性能下降,但在试验温度范围内微动磨损机制未发生变化.此外,当对磨副为刚凸时Cr涂层包壳管的磨损程度大于对磨副为弹簧时的磨损程度,这与对磨副的硬度和接触方式有关.

    核燃料包壳Cr涂层锆合金高温高压水微动磨损对磨副

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    Cr3C2含量对Ni3Al基合金激光熔覆层组织与性能的影响

    阚成玲彭云龚侠李长海...
    2852-2859页
    查看更多>>摘要：本工作借助激光熔覆技术,在45钢上开展不同Cr3C2添加量的Ni3Al+Cr3C2混合粉末制备Ni3Al基合金激光熔覆层试验研究,利用扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜及摩擦磨损试验机等设备,统计不同Cr3C2添加量下原位自生碳化物的含量及尺寸,分析碳化物对Ni3Al基合金熔覆层显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明:Ni3Al基合金激光熔覆层组织主要为Ni3Al基相和原位自生的Cr7C3碳化物.随着Cr3C2含量的增加,熔覆层原位自生碳化物含量由6.8％增加至32.3％,平均尺寸由0.10 μm增长至0.78μm,熔覆层显微硬度(HV)由4615.8 MPa提高至5968.2 MPa.当Cr3C2含量为35％时,碳化物呈小颗粒弥散分布,摩擦磨损过程中产生均匀磨损,使熔覆层磨损量低至0.19 mg,此时对磨盘的磨损量相对最低,约为1.23 mg;而当Cr3C2含量为45％时,碳化物含量虽然达到32.3％,但多以大尺寸颗粒为主,在摩擦磨损过程中大颗粒碳化物发生断裂剥落,加速了对磨盘的磨损.

    Ni3Al基合金激光熔覆原位自生碳化物显微组织耐磨性能

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    化学复合镀Ni-Mo-P/(h)BN镀层的宽温域摩擦学性能研究

    夏雨韦春贝林松盛向青春...
    2860-2872页
    查看更多>>摘要：在GH4169镍基高温合金表面采用化学复合镀技术制备了 Ni-Mo-P镀层和Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层,研究了镀层在不同温度下摩擦磨损后的摩擦学行为以及微观组织结构.采用球-盘式摩擦磨损试验机研究了镀层在室温、300、500、700 ℃下的摩擦学性能.通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对不同温度摩擦试验后镀层的化学成分、组织结构进行分析.利用显微硬度计、洛氏压痕仪对不同温度摩擦试验后镀层的力学性能进行表征.结果表明:沉积态Ni-Mo-P镀层和Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层以非晶为主,同时包含少量纳米晶结构,镀层表面结构致密.随着摩擦试验温度的增加,镀层逐渐从非晶结构向纳米晶结构转变,镀层结晶度增加;当温度增加至500 ℃以上时,镀层内析出Ni3P硬质相,同时由于Mo、P元素的氧化挥发导致镀层内出现了孔洞,镀层致密度下降.随温度增加,镀层硬度呈先升高后降低趋势,膜基结合力从HF1级逐渐降低至HF6级.随着试验温度增加,摩擦系数和磨损率均呈先升高后降低趋势,在300 ℃时摩擦系数最高;在室温至500 ℃范围,镀层磨粒磨损和氧化现象随温度升高逐渐加剧,在500 ℃时磨损率最高;进一步增加温度使得摩擦界面具有较好的润滑效果,提高了镀层在高温下的减摩耐磨性能.添加(h)BN颗粒提高了镀层内P含量,使得Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层韧性增加,提高了复合镀层的硬度和膜基结合力,复合镀层在室温～700 ℃范围内具有较好的耐磨性能.

    Ni-Mo-P/(h)BN复合镀层组织结构硬度膜基结合力宽温域摩擦学性能

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    Ti3AlC2-玻璃-陶瓷涂层对钛合金的高温抗氧化保护性能及机理

    原豪杰田馨刘颖
    2873-2881页
    查看更多>>摘要：为改善玻璃涂层对钛合金的高温抗氧化保护效果,本研究通过球磨法在纯玻璃涂层浆料中引入Ti3AlC2增强相粉末,将浆料刮涂在TC4合金表面并进行抗氧化测试.结果表明,当Ti3AlC2添加量(质量分数)为5％(TAC5涂层)时,TC4合金基底a污染层的厚度最薄,约为65.78 μm.在相同测试条件下,TAC5涂层的α污染层厚度相比于纯玻璃涂层减少约四分之一.Ti3AlC2在1100～1300 K与O2反应的吉布斯自由能均为负值,结合BSE、XRD、Raman和TG等表征结果表明,Ti3AlC2与渗入涂层中的O2反应,优先生成Al2O3和TiO2,从而减少基底与氧气的接触,提高了涂层对TC4合金的高温抗氧化保护能力.同时,Ti3AlC2氧化生成的CO2气体在涂层表面和内部形成了微孔.

    钛合金玻璃-陶瓷涂层抗氧化Ti3AlC2

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    选区激光熔化制备W-25％Re合金组织和性能研究

    张莹莹王学兵熊宁柳学全...
    2882-2890页
    查看更多>>摘要：以球形W-25Re(质量分数,％,下同)合金粉末为原料,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备W-25Re合金试样,研究工艺参数对W-25Re合金组织和性能的影响.利用分析天平、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪等分析方法表征SLM制备的W-25Re合金试样的相对密度、显微组织、相组成和显微维氏硬度等性能.结果表明:SLM制备W-25Re合金过程中无明显的球化、翘曲、变形、分层或不能成形现象,试样表面和侧面无明显孔洞和裂纹等缺陷,成形性良好.随着输入体能量密度逐渐增大,W-25Re合金试样内部垂直面晶粒形态逐渐从等轴晶和柱状晶混合转变为粗大的柱状晶.W-25Re合金试样仅含有立方晶系W13Re7相,衍射峰2θ角向左偏移的变化主要是由残余应力造成的.激光功率和扫描速度对W-25Re合金试样相对密度的影响显著.当体能量密度为1050 J/mm3,即激光功率210 W,扫描速度200 mm/s时,可获得相对密度高达98.493％的W-25Re合金试样;此时,试样水平面和垂直面的显微硬度(HV0.2)分别为5153.8和5101.9 MPa,与轧制态W-25Re合金硬度值接近.

    选区激光熔化W-25Re合金相对密度显微组织显微维氏硬度

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    Mo-14Re合金热变形行为及热加工图

    王先俊杨俊宙王世臣王智轩...
    2891-2896页
    查看更多>>摘要：利用Gleeble-3500热模拟试验机对Mo-14Re合金棒料进行了恒应变速率的压缩实验,研究Mo-14Re合金在1400、1500、1600 ℃和应变速率0.01、0.1、1、10 s-1时的高温流变行为.研究表明,在热变形过程中,流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而降低,这是由于加工硬化和动态软化这2个竞争机制在不同条件下的相对影响所导致的.基于Arrhenius模型和Zener-Hollomon函数,建立了 Mo-14Re合金的流变应力本构方程,求得Mo-14Re合金的热变形激活能为588 310 J·mol-1.根据所建立的热加工图,得出Mo-14Re合金的合理成形工艺参数为温度在1400～1600 ℃,应变速率在0.0089～0.14 s-1,功率耗散系数不低于0.22.

    Mo-14Re合金热变形行为本构方程热加工图

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    Mo-Nb-W单晶微纳米力学性能的各向异性与应变速率响应特征

    殷涛王宝剑胡忠武张伟伟...
    2897-2905页
    查看更多>>摘要：Mo基单晶是深空探测舰船核动力发电元件的关键材料,优化合金成分制备性能优异的单晶材料是提高核电源发电效率和服役寿命的重要途径.本研究采用电子束悬浮区域熔炼方法制备了新型Mo-Nb-W单晶,利用纳米压痕技术研究了不同取向晶面的硬度(H)、接触刚度(S)和弹性模量(E)随应变速率的变化规律.研究发现,bcc结构Mo-Nb-W单晶(111)晶面的载荷-位移曲线连续光滑变化,且塑性指数较高,表明＜111＞方向塑性较好,而(110)和(112)晶面的载荷-位移曲线中均出现了位移突变台阶,同时塑性指数较低,表明＜110＞和＜112＞方向塑性相对较差.随应变速率增大,3个取向晶面硬度因弛豫时间缩短而增大,而接触刚度和弹性模量有降低趋势.Mo-Nb-W单晶力学性能具有明显的各向异性,其中硬度排序为H(111)＞H(110)＞H(112),而接触刚度和弹性模量排序为:S(111)＞S(112)＞S(110)和E(111)＞E(112)＞E(110).随压入深度增加,硬度逐渐变小,表现出明显压痕尺寸效应,其中(111)晶面尺寸效应最为明显.

    Mo基单晶纳米压痕各向异性应变速率压痕尺寸效应

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