TA3合金在航空航天领域中的应用主要通过焊接连接，其焊接接头的微观组织和力学性能对焊接构件的服役安全性有着重要影响。本文对比研究了母材和焊缝试样的拉伸性能，并利用扫描电子显微镜和电子背散射衍射研究了拉伸前后的变形形貌。研究结果表明，与母材区域等轴状α晶粒不同，焊缝区域生成了块状、针状和锯齿状α晶粒；拉伸实验表明，由于焊缝区的显微硬度明显高于母材区，导致焊接接头断口位于母材区，其中焊缝区的变形机制为(0112 ̅)[0111 ̅]、(11 ̅02)[11 ̅01]孪晶，母材区变形机制为(11 ̅02)[11 ̅01]孪晶和位错滑移。

面向未来煤炭清洁高效利用的发展需求，开展了先进超超临界汽轮机转子用截面直径为Ø850mm 的C700R-1合金转子锻件的研制。采用闭式镦粗+挤压的方式，研制的大截面锻件锻态晶粒度在4~7级，热处理后的晶粒度在3级左右。由于边缘部位固溶后冷却速率快，后续时效过程中可析出大量均匀细小的γ′相。因此锻件边缘拉伸性能略优于心部和1/2R。边缘位置不同方向拉伸性能波动很小。锻件室温抗拉强度>950MPa，屈服强度>600MPa，冲击AKV>70J；700℃抗拉强度>750MPa，屈服强度>500Mpa。室温和700℃的延伸率和断面伸缩率均在25%以上。锻件在700℃/300MPa条件下的持久时间>7000h。本课题通过闭式镦粗+挤压的变形方式以及合理的热处理工艺，实现了Ø850mm截面等级镍基合金锻件的均质化制造，为后续全尺寸镍基合金转子锻件的制造提供了关键数据。

微米级第二相和再结晶组织对5083-O态合金韧性、强度等性能有重要影响。为获取5083铝合金中微米级第二相和再结晶组织的三维形貌特征，基于双束显微镜系统采集了5083-O态合金多切片在5kV加速电压下的能谱（EDS）数据和在20kV下的电子背散射衍射（EBSD）数据。应用Avizo软件对EDS和EBSD数据进行了三维重构。应用三维重构软件获取了合金中主要微米级第二相Mg₂Si相和富Fe相的尺寸、形态、分布、体积分数等信息。结果表明：5083-O态铝合金中Mg₂Si相、富Fe相和再结晶组织的体积分数分别为0.46%、0.25%和11.7%。Mg₂Si相形状多为近球形、近椭球形或棒状，沿轧向伸长，表面较为圆滑；合金中富Fe相棱角分明，球形度相对较低；三维EBSD的结果表明小尺寸再结晶组织颗粒的球形度大，大尺寸的再结晶组织颗粒的球形度小；在退火过程中，再结晶颗粒是由球形小颗粒开始长大的，再结晶颗粒沿轧向生长最快；三维EBSD结果更真实地反映了再结晶组织的形态。/t/n关键词：5083铝合金；三维重构；第二相；再结晶；EBSD

针对铝合金构件在生产或服役过程中出现的大尺寸裂纹或磨损缺肉等问题，提出了连续送丝搅拌摩擦增材再制造方法，设计了由专用送丝装置、静止轴套与螺杆结构搅拌头组成的搅拌摩擦增材再制造工具，实现了高强铝合金板材表面预置宽度10mm且深度2mm的凹槽缺陷的有效填充与修复。结果表明，表面成形良好，组织均匀，力学性能良好；通过动态回复和再结晶过程对晶粒进行细化，晶粒尺寸为1.59μm；修复件平均抗拉强度和延伸率分别为(410±8) MPa和(11.9±0.9) %，相较于带缺陷试样分别提高了26% 和159%；断口表面具有大量的韧窝，呈典型的韧性断裂特征。

环境障涂层（EBCs）是高性能航空发动机陶瓷基复合材料（CMCs）热端部件的关键防护技术，能够显著提高部件的服役稳定性与可靠性。本文采用大气等离子喷涂技术（APS）制备Si/Yb2Si2O7/Yb2SiO5三层结构EBCs，研究其在1350 ℃、循环水氧条件下的腐蚀行为和衰退机制。结果表明：热处理态涂层主要有由单斜结构的Yb2SiO5相和立方结构的Yb2O3相组成，纳米尺寸的Yb2O3相弥散分布在Yb2SiO5中。循环水氧腐蚀后Yb2SiO5涂层表面呈脊状结构并伴随一定数量的孔洞，腐蚀产物Yb2Si2O7含量随循环次数增加而增加。Yb2Si2O7的形成与干湿交替的腐蚀环境和Si(OH)4气态物质有关。Yb2SiO5涂层内部存在贯穿裂纹但终止于Yb2SiO5/Yb2Si2O7界面，Si粘结层氧化生成的SiO2薄膜整体与Yb2Si2O7中间层和Si粘结层结合良好。本文的三层EBCs体系在1350 ℃下具有优异的抗循环水氧腐蚀性能。

摘要：以Ni-20W二元合金为基础合金，通过Pandat热力学软件结合高通量实验方法设计了一种具有低熔点、低偏析、胞枝状特性的新型Ni-20W-20Cr异质籽晶。DSC结果表明，Ni-20W-20Cr异质籽晶固相线和液相线温度分别为1399.7 ℃和1419.1 ℃，结晶温度间隔为19.4℃，相比于传统籽晶，具有较窄的结晶温度间隔。此外，还统计了Ni-20W-20Cr异质籽晶的组织间距，结果表明其组织一次枝晶间距经历了先增大后减小的过程(111±8.37μm→116±4.77μm→125±6.41μm→105±3.65μm)，符合经典Hunt模型中平界面失稳后，胞晶首先随抽拉速率增加粗化，之后发生胞枝转变，枝晶再次随抽拉速率增加细化的规律。随后，基于界面失稳转变模型，计算了平界面失稳转变速率和胞枝转变速率。结果表明，实验中平界面失稳速率与模型匹配度较好，但实验中的胞枝转变速率高于模型，表明传统一次枝晶间距计算模型可能不适用于阶梯增速实验。同时，EDS结果表明Cr元素偏析于枝晶间，W元素偏析于枝晶干，Ni则较为平均。最后，通过以上结论，在20 μm/s条件下成功制备了具有胞枝状组织的Ni-20W-20Cr异质籽晶，并使用该籽晶成功多次制备了完好的单晶高温合金。 关键词：镍基单晶高温合金；异质籽晶；阶梯增速；一次枝晶间距；

同时具有光热-化学动力学治疗（PTT-CDT）功能的纳米材料在癌症治疗中具有很大的优势，但这种多功能纳米材料的设计和制备仍然具有挑战性。本文以墨鱼汁（M）为核心，在其外部生长一层CuO，成功构建了M@CuO复合多功能纳米材料。M@CuO复合材料呈球形，纳米粒径为128.2 nm，在近红外光（NIR）照射条件下具有良好的光热转换性能（η_T=47.6%）。此外，M@CuO在室温（25℃）时表现出良好的芬顿效应，且芬顿反应速率可通过光热效应进一步提高，相同条件下45℃时的芬顿反应速率是25℃时的2.3倍。在体外细胞实验中，M@CuO显示出良好的生物安全性，且在光热-化学动力学联合治疗效果下可以高效地杀死肿瘤细胞，为开发具有PTT-CDT联合治疗的多功能纳米材料提供了一种有效的策略。

介孔生物活性玻璃（MBG）因其具有良好的生物活性、高比表面积以及有序介孔结构，在骨修复领域具有良好的应用前景。而添加治疗性无机离子或有机分子可以赋予更多的生物学特性。在本研究中，我们通过微乳液辅助溶胶-凝胶法合成了掺杂铜离子（含量分别为1 mol%，3 mol %，5 mol %）的径向结构介孔生物活性玻璃复合微球。所制复合微球保留了MBG原有的球形形态和介孔结构，孔径为10-20 nm，粒径250-310 nm。含铜MBG比表面积随铜离子含量增加而降低，由1Cu-MBG 336.5 m²/g降低为5Cu-MBG 149.1 m²/g。模拟体液浸泡实验表明，复合微球快速诱导了磷灰石的形成，显示出良好的生物活性。抗菌实验结果显示，铜的引入显著提升了MBG的抗菌性，随着铜含量的增加复合微球的抗菌性随之增强，其中5Cu-MBG和大肠杆菌共培养24 h后的抗菌率达80%以上。

本文旨在对比研究化学强化铝硅酸盐玻璃和锂铝硅酸盐玻璃在表面损伤后剩余强度的变化规律。通过自制的喷砂试验机对化学强化铝硅酸盐玻璃和锂铝硅酸盐玻璃分别预制了不同气压下的单颗粒喷砂损伤和多颗粒喷砂损伤，并对两种玻璃在喷砂损伤前的弯曲强度和喷砂损伤后的剩余强度进行了测试。结果表明，化学强化锂铝硅酸盐玻璃的压应力层深度显著大于化学强化铝硅酸盐玻璃；铝硅酸盐玻璃和锂铝硅酸盐玻璃在化学强化后压应力随玻璃厚度方向的变化规律不同，铝硅酸盐玻璃的压应力在40μm深度范围以内大于锂铝硅酸盐玻璃，当深度超过40μm，锂铝硅酸盐玻璃的压应力反而大于铝硅酸盐玻璃；喷砂损伤后，当损伤深度在40μm深度范围内，铝硅酸盐玻璃的剩余强度更大；当损伤深度进一步增大至40μm以上，锂铝硅酸盐玻璃的剩余强度更大；化学强化锂铝硅酸盐玻璃在表面损伤后的剩余强度方面相比铝硅酸盐玻璃有更大优势。

为了研究高能球磨时间对β-MnO₂试样的微观结构以及电化学行为的影响，采用XRD、SEM、激光粒度分析仪、TEM测试并分析试样的相结构、颗粒形貌与大小和晶体结构；采用电池测试仪和电化学工作站测试试样电池的电化学性能、电化学阻抗谱和CV曲线。结果表明，与球磨前试样相比，球磨后试样的晶体结构空间群改变，晶粒尺寸和颗粒尺寸均降低，并形成晶态与非晶态共存的微观结构。随着球磨时间增加，试样颗粒形态向细小分散—颗粒团聚与分散—颗粒团聚与板块转变，同时晶格畸变逐渐严重。球磨后试样电池的活化性能和放电效率均较好，但最大放电容量与球磨时间致使的微观结构、颗粒形态有关。在不同球磨时间下，4.0h球磨试样电池的最大放电容量相对较高，经100次充放电循环后，5.5h球磨试样电池的容量保持率相对较好。根据动力学研究发现，与其它电池相比，4.0h球磨试样电池的电荷转移阻抗、Warburg扩散阻抗相对较小，循环伏安法的峰面积相对较大，这进一步说明了该试样电池具有相对较高的电化学容量和相对较小的充放电电位差。

针对全碳纤维增强聚合物基复合材料在使用过程中其耐疲劳性不足的问题，为了构建出兼具耐压力强和耐疲劳性强、且价格适中等优点的自行车轮辋，本文设计和数值分析了一种由层间混杂碳纤维/玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制成的自行车轮辋。首先，通过环氧树脂和纤维的材料力学性能，采用单胞理论计算得到连续纤维增强复合材料的各向异性的材料力学参数，作为ABAQUS铺层的输入材料参数。随后，从轮辋的侧壁和凸缘两部分的混杂比和铺层顺序出发，计算了碳纤维和玻璃纤维的混杂比和铺层顺序的变化对构件承载性能的影响。通过对多组方案进行设计、计算和对比分析，结果表明：轮辋侧壁的最佳碳纤维与玻璃纤维混杂比为3:2，轮辋凸缘的最佳碳纤维与玻璃纤维混杂比为10:16。5万次加速疲劳测试实验证明：采用优化后的铺层混杂比方案指导复合材料自行车轮辋的制备，可以抑制层间裂纹，显著提高复合材料轮辋的抗疲劳性。

超声法作为一种无损检测残余应力的方法，已广泛应用于各种金属材料及构件的残余应力测量，但超声法受检测材料微观结构影响较大，导致检测结果不准确。本文基于声弹性理论研究了不同强度钢板微观结构对超声纵波波速以及残余应力检测结果的影响，并且通过钻孔法、X射线衍射法排除了所选超声测试样品存在应变的可能性。结果表明，无应力条件下超声纵波在铁素体中传播速度最快，在珠光体中传播速度次之，在马氏体中传播速度最慢，且晶粒尺寸对超声纵波波速也有影响。但当晶粒取向具有明显的各向异性时，相对于晶粒尺寸对超声纵波波速的影响，晶粒取向对超声纵波波速的影响更为显著。当使用不同的基准对同一钢板进行残余应力测试时，由于基准的微观结构不同，对残余应力测试结果造成的误差可达800 MPa左右。选择与被测材料微观结构相同的零应力基准，可以避免微观结构对超声测试的影响，显著增加超声测试残余应力的准确性。

为了提高选区激光熔化TA15合金试样的综合力学性能，本研究开展了SLM TA15合金在800℃+空冷、950℃+空冷和1050℃+空冷退火条件下的组织和力学性能研究。利用电子背散射衍射表征了不同状态TA15合金组织结构特征。结果表明，800℃和950℃热处理未明显改变α相的取向和织构，呈现网篮组织结构特征；1050℃热处理后，沿[0001]方向出现最大强度为9.18的织构，呈现魏氏体组织特征。随着退火温度的升高，α′/α相的宽度逐渐增加，长宽比先上升后下降，α′/α相内几何必要位错密度逐渐降低。试样维氏硬度值先下降、后上升，未热处理态试样维氏硬度值最大，为397.2±10HV。随着退火温度的升高，TA15试样强度逐渐下降，延伸率先上升后下降。未热处理态拉伸试样呈现混合断裂特征；800℃和900℃热处理试样呈现塑性断裂特征；1050℃热处理试样为脆性断裂。

本文根据Zn、Mg、Cu在铝中的最大固溶度及沉淀强化相设计了Al-12Zn-2Mg-0.5Cu-0.3Sc（wt.%）超高强铝合金。对热轧开坯后的合金进行冷轧以及后续热处理，探究高固溶度铝合金的最佳热处理工艺，期望获得良好的拉伸性能。利用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）观察分析合金的组织，利用万能拉伸试验机测试合金的室温拉伸性能。结果表明，冷轧后的合金经过470℃/1h固溶处理后的组织为具有沿轧制方向拉长晶粒的不完全再结晶组织，对应的抗拉强度为599MPa，延伸率达到15.4%，获得良好的时效前性能；经过120℃/30h时效处理后，组织中析出细小的MgZn2强化相和T(AlZnMgCu)强化相使合金的性能进一步提高，合金抗拉强度达到736MPa，并具有10.6%的延伸率，获得了良好的拉伸性能。

搅拌摩擦焊接钢铁材料时添加辅热可有效减轻昂贵搅拌头的磨损。为此，采用底部预热装置将Q960高强钢预热至150 ℃与300 ℃后利用搅拌摩擦焊接技术完成钢板的焊接，并对微观组织和接头韧性进行了分析。结果表明，底部添加辅热可有效消除板厚方向的温差，在150 ℃辅热时，Q960高强钢搅拌摩擦焊接头底部缺陷消失，但300 ℃辅热时，搅拌头下压力明显降低，接头底部又生成缺陷。辅热FSW时，接头峰值温度逐渐升高，冷却速度随辅热温度的提高而降低。150 ℃低温辅热时，析出物长大不明显，硬度略有降低，接头韧性明显改善；300 ℃高温辅热时，接头发生显著回火现象，析出物严重粗化，从而导致接头韧性急剧恶化。因此，低温辅热既可获得无缺陷接头，又可有效提高Q960高强钢接头韧性。

为了探索GCr15轴承钢在25%CO2+75%N2混合气氛下的氧化生长机制，本文采用模拟气氛和非连续称重的方法，研究了GCr15轴承钢的氧化动力学。采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察分析了腐蚀产物的形貌和相组成，并通过热力学计算混合气氛及实验温度下主要反应的吉布斯自由能?G。研究结果表明：氧化增重随保温时间延长和加热温度升高增加，符合抛物线规律；1150、1175、1200℃下的氧化速率常数KT 分别为1.24、1.53、2.17 mg2mm?4min?1，混合气氛下GCr15轴承钢的氧化激活能为195×103kJ/mol。氧化层厚度和致密度随保温时间延长和加热温度升高增加。轴承钢氧化层外层中O和Fe在致密层更为富集，氧化产物主要由FeO和Fe3O4组成；氧化层内层Si、Cr、C三种元素更为富集，氧化产物主要由FeO组成。这与热力学计算结果吻合。氧化铁皮外层的铁氧化物颗粒呈金字塔状，颗粒之间具有一些细小的孔隙可供气体流通。氧化过程中反应物的扩散速率控制氧化行为，后期氧化速率降低的原因是（i）氧化皮隔绝气氛；（ii）氧化皮中疏松层多孔减少基体中Fe扩散；（iii）氧化产物中硅酸盐熔融堵塞孔隙减少气体流通。

金属基复合材料（MMC）因其综合了金属相的延展性和增强相的高强度、高硬度等特性，在耐磨减摩领域具有较大应用潜力。传统的MMC硬质涂层主要通过提高增强相的含量来提高涂层的硬度和耐磨性，然而由于两相间理化性质差异较大，涂层内易产生较大的热应力或相变应力，导致涂层韧性下降，裂纹敏感性升高。与传统表面改性技术相比，激光熔覆（LC）使用高能激光束作为热源，涂层形成过程迅速，有利于获得细晶组织，降低涂层开裂敏感性。此外，石墨烯因具有特殊的二维结构与优异的热学性能、力学性能以及自润滑性能，将其作为增强相加入金属基体中，可以形成多尺度结构涂层，在提升涂层硬度、改善减摩耐磨性能的同时，提高涂层的断裂韧性。因此本文以采用激光熔法制备石墨烯增强钛基、镍基、钴基复合涂层为主线，系统综述了石墨烯对金属基复合涂层微观组织演变和摩擦学性能的影响。本文首先概述了石墨烯的结构与性质，并针对石墨烯在基体中的分散难题，归纳了常用的表面改性方法以制备激光熔覆用的石墨烯材料。介绍了目前采用激光熔覆法制备MMC耐磨涂层的研究现状，并归纳总结了石墨烯的减摩耐磨机理。最后提出LC加工制备Gr/MMC涂层过程中现存的若干难点，并对其进一步研究和发展进行了展望，以期为后续相关研究和实际应用提供有益参考。

Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金的临界马氏体相变应力对温度的依赖性极低，并且展现出了超宽温域的超弹性（-263~240 ℃）。因此，该类形状记忆合金在航空航天、空间探索、减振抗震等工况多变的环境下具有广阔的应用前景。本文对影响Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金的超弹性的主要因素进行了回顾和展望。由于共格B2纳米相是Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金马氏体相变由非热弹性转变为热弹性的核心。因此，首先探讨了共格B2纳米相调控Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金马氏体相变的机制以及其尺寸调控的相关进展。Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金的超弹性与晶粒尺寸呈正相关，所以单晶的制备是获得优良超弹性的前提。因此，综述了近年来Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金的单晶生长研究。然后，总结了单晶Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金的功能特性。最后，对Fe-Mn-Al-Ni基形状记忆合金未来的研究与发展方向进行了展望。

随着航空、航天、航海等领域的发展，高端装备的服役条件愈加苛刻，对制造业的发展提出了更高的要求。增材制造技术，又称为3D打印技术，相较于传统制造技术在制造复杂形状结构方面优势显著，有望实现三维空间内“在正确的位置打印正确的材料”和“为独特的功能打印独特的结构”。激光熔丝定向能量沉积增材制造技术（Wire Laser Directed Energy Deposition, W-LDED）制造技术，近年来受到了广泛关注，该技术具有高效、高精度和高材料利用率等优点，在高端装备的制造领域具有广阔的应用前景。尽管W-LDED技术具有诸多优点，但其工艺参数选择、多次热循环以及制造过程控制和可重复性等方面仍存在挑战，沉积质量和制造稳定性受多种因素影响，如何提高这些问题成为了当前研究的重点。本文从工艺优化、沉积质量分析和组织成分调控三个方面对W-LDED技术的研究现状进行了详细介绍，分析了不同参数对成形质量和制造稳定性的影响，提出了优化策略，进一步总结了W-LDED技术当前的应用场景，并对该项技术的未来发展提出了设想。

以马尾藻为原料，ZnCl₂为活化剂，基于自模板构筑“蛋壳”式结构进行正交实验，研究在不同浸渍比、浸渍时间、活化温度、活化时间下制备马尾藻基活性炭的最佳工艺条件。对马尾藻基活性炭进行电化学性能测试，并采用N₂吸-脱附、SEM表征、X射线衍射考察活性炭的孔结构特性、表面形貌和晶体结构。通过正交实验法分析得到，制备高比电容活性炭的最佳工艺条件为：浸渍比3、浸渍时间2h、活化温度700℃、活化时间2h。在9组实验条件下，所制备活性炭SAC₇的电化学性能最佳，当电流密度为0.5A/g时，活性炭SAC₇的比电容高达136.4F/g，当电流密度为5A/g时，其比电容也达到了92.0F/g，显示出良好的比电容性能和倍率性能；且经过10000次循环充放电后，仍有高达99.74%的电容保持率，具有极佳的循环稳定性。

K439B是一种服役温度达800℃的新型镍基高温合金，目前对于该合金精密铸造过程的凝固结晶特性缺乏深入研究。为探索K439B合金薄壁铸件的微观组织演化特征，设计了一款壁厚分别为1mm和2mm的薄壁铸件，进行了重力精密铸造实验和数值模拟，分别对壁厚1mm和2mm薄壁的微观组织进行了对比分析。实验结果表明，壁厚1mm和2mm薄壁的枝晶生长方向均为沿型壁指向中心，区别在于1mm薄壁的枝晶生长方向与型壁夹角更接近垂直，并且1mm和2mm薄壁的平均一次枝晶臂间距λ₁分别为60.64μm和46.23μm，1mm薄壁的λ₁较大。壁厚1mm和2mm薄壁的平均二次枝晶臂间距λ₂分别为22.69μm和19.31μm，1mm薄壁的λ₂较小。数值模拟结果表明，1mm薄壁的冷却速度较快、温度梯度较大，有利于获得尺寸细小的晶粒。这些结果为合理制订K439B镍基高温合金薄壁件的铸造工艺提供了理论依据。