Ti-Al系金属间化合物、陶瓷和陶瓷基复合材料这两大类轻质高温结构材料在航空、航天领域具有很好的应用前景, 本文在分析大量文献的基础上, 评述了国内外焊接技术主要研究进展, 包括材料的可焊性研究进展、不同焊接方法和不同材料组合焊接接头对应的性能以及焊接技术应用研究进展, 指出耐高温焊接材料的研制、两大类轻质高温结构材料与异种材料组合的连接技术以及实际焊接接头的考核应用研究应该是今后本领域的重点研究方向。

等通道转角挤压工艺(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)是通过剧烈塑性变形改变微观组织结构生产超细晶粒材料的材料加工方法, 工件变形的均匀性一直是ECAP工艺过程中影响材料性能的主要原因之一。采用空间转换法实现了AZ31镁合金多道次ECAP挤压过程中有限元分析相关场量的准确传递, 完成了四种不同挤压路径ECAP多道次挤压工艺的有限元模拟, 获得了相应挤压件累积等效应变的分布规律。研究确定了经过四道次ECAP挤压以后等效应变累积最为均匀的挤压路径。通过微观组织观察和室温拉伸力学性能实验探讨了不同路径多道次ECAP挤压AZ31镁合金的组织性能变化规律。分析结果表明通过合适的变形路径可以获得细小而均匀的微观组织, 当材料的应变累积均匀时, 其力学性能也较好。

采用熔融共混与模压成型工艺制备了苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)共混增韧PLA复合材料, 考察了SBS的添加量对共混体系的微观形貌、力学性能和热性能的影响。结果表明, SBS/PLA复合材料呈现典型的"海-岛"两相结构, SBS粒子在基体中分散均匀且与PLA间具有较好的界面结合;随着SBS质量分数的增加, SBS/PLA复合材料的抗拉强度和弹性模量均下降, 而断裂伸长率和冲击韧性呈持续上升的变化趋势;SBS的引入使PLA的热分解温度向高温区偏移, 显著改善了SBS/PLA复合材料的热稳定性能。

以硫酸亚铁和硝酸锌为铁源和锌源, 十二烷基硫酸钠为颗粒尺寸控制剂, 草酸钠为沉淀剂, 通过草酸盐的热分解制备了介孔铁酸锌。利用X射线粉末衍射、热分析、红外光谱、场发射扫描电镜和氮气吸附-脱附等手段对不同表面活性剂加入量制备的样品的晶相组成和表面结构进行了表征, 结果显示, Fe²⁺和十二烷基硫酸钠的摩尔比为10: 1, 煅烧温度为500℃时制备的铁酸锌有较大的表面积(82.0m²·g^-1), BJH平均孔径为12.5nm, 孔体积为0.257cm³·g^-1, 得到的介孔铁酸锌具有由尺寸均一的纳米粒子规则排列而形成的"珠串"堆叠超结构。

以微米WC-12Co、纳米WC-17Co和WC-23Co三种团聚烧结粉末为原料, 进行冷喷涂沉积涂层实验, 通过扫描电镜、X射线衍射仪分别分析了涂层的组织结构和相结构, 运用压痕法测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性, 并通过销-盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能。实验表明, 三种粉末所沉积的WC-Co涂层均具有致密的组织结构, 涂层保持与原始粉末相同的相结构, 黏结相Co由于强烈塑性变形发生了同素异构转变, 涂层组织无传统层状结构, WC硬质相发生了局部流动和再分布。对于纳米WC-Co涂层, 随着黏结相含量增加, 涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加, 相对于316L不锈钢, 冷喷涂WC-Co涂层表现出了优异的耐磨损性能, 涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用。

采用横流CO₂激光器在TC4合金表面熔覆Ni基合金涂层, 对激光熔覆层的微观组织、析出相、各合金元素在γ-Ni和M₂₃C₆相中含量变化进行了研究。结果表明, 熔覆层可分为三个区: 熔覆区、结合区和基体热影响区。熔覆区由γ-Ni, TiB₂, TiC, M₂₃C₆和Ni₃B相组成, 其中, TiB₂, TiC和M₂₃C₆细小颗粒均匀分布于γ-Ni初晶上, 共晶组织由γ-Ni和Ni₃B组成。为揭示TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层在3500~500K温度范围的相组成及组织变化规律, 利用Thermo-Calc软件及相应Ni基合金数据库对TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层凝固过程中各析出相进行了热力学计算分析, 研究了熔覆层中γ-Ni, TiB₂, TiC, M₂₃C₆和Ni₃B各相相对含量和B, C, Cr, Fe, Ni, Ti元素在γ-Ni和M₂₃C₆相中的含量随温度变化关系, 为TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层成分设计和工艺优化提供理论依据。

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法, 研究了Fe和Si杂质对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影响。结果表明: 杂质含量的增加降低了合金的淬火敏感性, 用硬度表征时最大降低3.29%。随杂质Fe和Si含量的增加, Al₇Cu₂Fe相和Mg₂Si相含量明显增加, 消耗了基体中的Cu和Mg原子, 合金的过饱和度降低, 从而引起合金淬火敏感性的降低;同时粗大的Al₇Cu₂Fe相和Mg₂Si相有利于再结晶核心的形成, 增加了合金的再结晶晶粒和(亚)晶界数目, 促进慢速淬火过程中η平衡相的析出。过饱和度对合金淬火敏感性的影响大于晶粒结构对合金淬火敏感性的影响。

采用高速电弧喷涂(HVAS)、超音速等离子喷涂(HEPJ)、爆炸喷涂(DGS)三种工艺喷涂技术, 制备了铁基涂层。借助X射线应力测定仪、CETR摩擦磨损试验机、纳米测试仪等工具, 考察了三种涂层表面残余应力场与(211)晶面半高宽, 研究涂层在室温下的摩擦磨损性能。结果表明: 爆炸喷涂(DGS)制备的铁基涂层相对于另外两种涂层具有更好的耐磨性, 主要原因为爆炸喷涂(DGS)制备的同种材料的涂层表面表现为残余压应力, 纳米硬度较大, 晶粒较小, 涂层致密。涂层表面的残余应力与涂层的摩擦性能有很好的对应关系, 晶粒细化与涂层表面晶格畸变的增加可以有效地提高涂层的耐磨性能。

本研究以廉价易得的硼酸和三聚氰胺为原料, 氯化铵为添加剂, 通过湿化学法制备前驱体C₃N₆H₆·2H₃BO₃, 再采用高温热解法制得高比表面氮化硼。运用XRD, FT-IR, SEM, TEM, BET对所制备的样品进行表征。结果表明, 产品主要为带状形貌、内部多孔的六方氮化硼, 比表面积为456.68m²/g, 平均孔径为3.8303nm, 总孔容为0.4373cm³/g。

通过显微组织观察、晶粒尺寸定量分析、显微硬度测试和拉伸实验等手段, 系统研究了线能量变化对热挤压AZ91D镁合金钨极氩弧焊接接头微观组织、显微硬度和极限抗拉强度的影响。结果表明: 线能量过低时, 焊缝易出现未焊透和气孔缺陷, 随着线能量的增加, 熔合区和热影响区的晶粒尺寸均增大。线能量的增加导致热影响区和熔合区中的低熔共晶产物由连续状向颗粒状转变。适当的增加线能量有助于提高焊接接头平均显微硬度和极限抗拉强度, 但过高的线能量会导致焊接接头的平均显微硬度和极限抗拉强度下降。这是因为当线能量增大到一定程度时, 晶粒尺寸(霍尔-佩奇效应)、锌元素蒸发和过时效对金属材料强度产生的作用大于弥散强化(奥罗万强化机理)对材料强度产生的影响, 霍尔-佩奇效应对材料性能的影响占主导地位。

以TiH₂粉末为原料, 通过组元球磨混合、压制成形和烧结工艺制备钛合金。用扫描电镜对球磨过程TiH₂粉末的粒度、形貌变化以及烧结CP-Ti, Ti-6Al-4V合金的组织形貌进行了观察;采用热重分析方法研究了TiH₂粉末脱氢的特性;用热膨胀技术研究了TiH₂, TiH₂-Al-V两种粉末压坯的烧结致密化特性。结果表明: TiH₂粉末经过球磨后迅速变细, 其粒度随球磨时间的延长而减小, 粉末形貌由原来的不规则形状逐渐变为等轴状; TiH₂粉末在烧结过程的脱氢将使α-Ti产生强烈收缩、同时因脱氢后获得的新鲜钛表面所发生的快速粘接而使烧结体迅速致密、得到相对密度大于99%的烧结坯体;TiH₂-Al-V粉末压坯在烧结时因为伴随着合金元素的溶解而使其烧结致密特性不如纯TiH₂粉末压坯的好;TiH₂粉末经过成型、烧结脱氢工艺可获得典型的等轴状纯钛组织, TiH₂-Al-V粉末经过相同工艺可获得典型的层片状α+β钛合金组织、且合金元素分布均匀。

本研究设计合成应用于义齿树脂基托表面的有机-无机杂化膜。由缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(KH560)和正硅酸乙酯(TEOS)共水解缩合制得杂化硅溶胶;由甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)三种单体共聚制得聚合物。两者利用KH560和GMA中的环氧基团进行交联, 形成具有互穿网络结构的杂化膜。对膜层的硬度、附着性及抗破裂性等进行表征, 并对覆膜后的基托树脂的光泽度、吸水性及溶解性进行测试。实验结果表明, 杂化膜不仅具有良好的力学性能, 而且提高了基托树脂的光泽度, 降低了基托树脂的吸水性和溶解性, 最终会提高基托综合性能。

采用反应动力学分析、表面分析、扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了诸外因对改性海绵铁除氧行为的影响及除氧相关机理。结果表明: 改性海绵铁表面铜含量增加对除氧能力的促进作用大于比表面积减小使除氧能力降低的影响。改性海绵铁除氧过程为反应控制过程并符合一级反应动力学方程。另外, 诸外因中溶液初始pH值和初始电导率对除氧速率常数的影响规律是先增后减。增加改性海绵铁投加量和溶液温度对除氧速率常数的提高具有促进作用, 但继续增加改性海绵铁的投加量并不能无限提高除氧速率常数, 速率常数存在极限值为0.3663min^-1。

通过数字图像相关方法对三种航空复合材料的弹性常数进行了测试。通过对DICM理论分析, 依据ASTM标准提出合理的测试方案使得DICM的应变测试精度达到25με, 满足航空复合材料测试要求。同时应用DICM和电测法对比测试了三种不同航空复合材料的弹性常数, 实验结果表明这两种方法得到的实验结果相对误差较小, 应力-应变曲线基本重合, DICM能够很好地反映航空复合材料的应变响应和精确测试其弹性常数。

应用慢应变速率拉伸应力腐蚀实验方法和恒载荷拉伸应力腐蚀实验方法评价了7A52铝合金焊接试样的应力腐蚀(SCC)敏感性, 并对断口微观形貌进行了分析。结果表明: 使用5A56焊丝, 采用金属焊条惰性气体焊接(MIG)工艺双面焊制成7A52焊接件应力腐蚀敏感性比较低, 具有较好的抗应力腐蚀开裂性能;但当使用环境温度较高、施加应力大于90%σ_p0.2时, 也有可能发生应力腐蚀开裂。断口微观分析表明焊接部位普遍存在气孔;高温或高应力下产生SCC开裂的断口存在明显的二次裂纹, 并且随着应力水平的增加, 二次裂纹增大。

在不加表面活性剂的条件下, 采用微波法制备碳纳米管负载组成可控的Cu_1-xNi_x/MWCNTs (x=0.5, 0.6, 0.8) 纳米复合材料, 其结构和形貌通过XRD, TEM, SEM, EDX, FT-IR等技术进行表征, 用VSM测试了材料的磁性能。结果表明: 组成可控近似球形的Cu_1-xNi_x合金纳米粒子均匀地负载在碳纳米管表面;Cu_1-xNi_x合金为面心立方结构, 当Ni含量增加时合金的晶格常数和粒径都逐渐减小;随着铜镍合金中Ni含量的增加, Cu_1-xNi_x/MWCNTs复合材料的饱和磁化强度(M_s)增大, 矫顽力(H_c)减小。另外, 探讨了纳米复合材料的形成机理。

C/C复合材料使用后由于氧化表面硬度有不同程度的下降。经再次防氧化处理后, 测试了表面硬度及抗氧化性能。结果表明: 氧化后C/C复合材料试样的表面肖氏硬度为HS70时, 再次防氧化处理后, 其表面硬度增至HS80, 在700℃恒温静态氧化条件下, 氧化失重率分别为0.44%/15h, 1.2%/22h, 其抗氧化性能最强。表面硬度为HS40的C/C复合材料试样, 距表层1mm深度范围内其硬度均低于基底, 再次防氧化处理后其硬度值从HS40增至HS60, 其700℃抗氧化性能最差, 氧化失重率分别为3.93%/15h, 6.52%/22h。