采用电弧熔丝增材制造(Wire and arc additive manufacturing, WAAM)制备了Cr含量为9%的低活化铁素体/马氏体钢(Reduced activation ferrite/martensite steel, RAFM)薄壁试样, 并通过调整药芯焊丝成分, 制备了具有不同钛含量的RAFM试样(xTi-RAFM, x=0, 0.3, 0.8, 质量分数, %)。利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、电子探针、显微硬度计、万能试验机等研究了钛含量对RAFM钢微观组织、拉伸性能和抗氧化性能的影响。结果表明, 添加适量的微合金元素Ti(x=0.3), 熔池中原位生成了TiC和TiO₂粒子, 可以起到细化晶粒、促进马氏体组织形成的作用。随着Ti含量增加(x=0.8), 组织中形成粗大的铁素体晶粒。x=0.3时, 试样的显微硬度和抗拉强度明显提高, 并表现出各向同性。此外, 由于固溶在基体中的Ti在氧化过程中促进致密氧化膜的形成, 试样的抗氧化性显著提高, 但随Ti含量增加, 严重的内氧化导致抗氧化性能下降。

通过动电位极化法、电化学阻抗图谱法、光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线光电子能谱研究了4V、S35VN、14C28N、BD1N工具钢在磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffer Saline, PBS)中的腐蚀和电化学性能, 并与奥氏体不锈钢304和316L进行对比。动电位极化结果表明, 试样在PBS溶液中均发生了钝化, 显示良好的耐腐蚀性。电化学阻抗图谱结果表明, 电极过程由电化学反应步骤控制。4V钢的自腐蚀电位E_corr最低, 为-0.766 V_SCE, 腐蚀电流密度J_corr最大, 为6.61×10^-5 A/cm², 容抗弧半径最小, 钝化膜电阻和电荷转移电阻之和R_f+R_ct值最小, 为1.00×10³ Ω·cm², 耐腐蚀性最差。耐腐蚀性为4V< S35VN< 14C28N< BD1N< 304< 316 L。在PBS溶液中, 工具钢试样均发生点蚀。4V钢的Cr含量较低, 耐蚀性较差。BD1N、14C28N和S35VN的Cr含量较高, 钝化膜较稳定, 耐蚀性良好。奥氏体不锈钢316L和304的Cr和Ni含量较高, 生成稳定的钝化膜, 耐蚀性优良。

基于自主研发的ZBYT500多功能液态成形设备, 采用挤压铸造工艺制备了ZM5镁合金隔板件, 通过控制变量法探究了T4和T6热处理对铸件力学性能的影响。结果表明, 经410 ℃×20 h固溶处理后, 晶界和晶内的粗大第二相β-Mg₁₇Al₁₂基本全部溶解于α-Mg基体中, 铸件的抗拉强度为228.37 MPa、屈服强度为91.49 MPa、伸长率为7.3%; 经200 ℃×8 h时效处理, 短棒状的β-Mg₁₇Al₁₂以非连续析出方式从晶界向晶内析出, 而晶粒内部以连续析出方式析出颗粒状β-Mg₁₇Al₁₂第二相, 提升了铸件整体力学性能, 时效处理后抗拉强度为242.49 MPa、屈服强度为120.8 MPa、伸长率为3.9%。通过连续相场法进一步验证了镁合金中第二相的时效析出机制并结合试验中第二相形貌进行对比验证。结果表明, 时效处理可以进一步提升铸件的抗拉强度, 但是伸长率大幅下降, 因此从综合性能方面考虑, T4处理后的ZM5镁合金隔板件更适合实际使用。

碱土元素Sr作为一种Mg-Al系合金微合金化/合金化元素, 有着极大的应用潜力, 引起了国内外镁合金研究者的广泛关注。基于Mg-Al系合金, 从微合金化/合金化角度出发, 综述了Sr对Mg-Al系合金晶粒尺寸、显微组织和力学性能的影响以及Mg-Al-Sr铸造镁合金力学性能和微观组织的最新研究进展, 并对含Sr铸造镁合金的发展进行了展望。

结合近年来铝合金微生物腐蚀研究现状, 腐蚀行为和机理及微生物腐蚀防护领域研究成果, 归纳总结微生物中代表性细菌和霉菌等在多种铝合金上的附着繁殖行为, 其生命活动引起或加剧材料的腐蚀过程, 介绍了微生物通过生物膜屏蔽、分泌腐蚀抑制剂、代谢产物抑制等过程控制铝合金腐蚀速率。重点讨论了铝合金的微生物腐蚀机理, 主要包括阴极去极化机制、氧浓差电池机制、微电池作用、形成腐蚀化合物、氯离子诱导及酸腐蚀以及微生物抑制铝合金腐蚀的机理。总结发现, 铝合金的微生物腐蚀是多种腐蚀机制共同作用的结果。最后介绍了目前铝合金微生物腐蚀防护控制方法, 展望了未来铝合金微生物腐蚀的研究重点, 为控制和防护铝合金的微生物腐蚀提供参考。

废铝的回收、分离和分选、再生应用对解决资源紧张、能源短缺和降低环境污染具有积极意义。分别介绍了国内外废铝回收和资源配置等领域的发展现状。概述了近年来废铝分离和分选技术的应用和研究, 并基于成本、效率以及环境影响等因素, 简要分析了这些技术在实际应用中的优缺点。最后, 分析总结了废铝回收、分离和分选领域面临的挑战和相关对策, 以期为相关领域的科学研究、工程应用和发展规划提供参考。

通过低能球磨制备LaB₆含量分别为0.5.%、1.0%的LaB₆/ZL205A复合粉末, 采用选区激光熔化(SLM)技术制备了LaB₆/ZL205A铝基复合材料。通过XRD、EDS和SEM等方法对比分析ZL205A铝合金和LaB₆/ZL205A铝基复合材料的显微组织和力学性能。结果表明, LaB₆含量为0.5%的LaB₆/ZL205A铝基复合粉末性能最佳, 其纳米LaB₆颗粒分布均匀, 无明显团聚。对比ZL205A铝合金, 复合粉末试样的晶粒尺寸明显细化, 柱状晶逐渐向等轴晶转变, 硬度(HV)从91.3提升至96.2, 抗拉强度从279.4 MPa提升至320.5 MPa, 伸长率从3.9%提升至6.2%。

针对铸件在铸造过程中易出现漂芯、漏芯等成孔类缺陷, 采用视觉检测时铸件与背景特征相近, 产生特征网络提取能力欠缺的问题, 提出改进YOLOX的铝铸件表面成孔缺陷检测方法。构建成孔缺陷数据集; 引入SE注意力机制, 提升特征重用率; 替换原卷积块为CBH, 稳定特征拟合过程; 完善CIOU边界框回归损失函数, 加速模型收敛。试验证明, 改进模型在铝铸件缺陷数据集的平均检测精度提升至97.13%, 单图推理速度为0.016 2 s, 可快速准确地完成铝铸件表面缺陷检测。

基于反热传导法建立了熔模铸型界面传热系数的一维反算模型。采用先假定界面传热系数以计算温度场, 将计算得到的温度场作为已知条件代入反求的方法, 验证了反算模型的准确性。为提高界面传热系数的求解精度, 讨论分析模型中未来时间步数r、正传热中的时间步长Δt等参数对求解结果的影响。结果表明, 反算误差主要来自计算初期假定值与实际值的偏离以及传热系数在局部特征区域的复杂变化所引起的求解精度误差。减小r可增强局部特征区域的反算准确性, 间接影响整体反算精度; 增大r可减弱反算初期计算值与实际值的偏离幅度; Δt主要影响反算精度的临界值, 适当减小Δt可以在整体上提高反算精度。

采用激光合金化技术在H13钢表面制备Co/Mo合金化涂层。基于质量分数为50%的Co+50%的Mo的激光合金化粉末材料, 选择不同的激光功率和扫描速度, 依据均匀设计法进行激光合金化, 通过金相、扫描电镜和显微硬度仪分别对涂层组织与硬度进行测试表征, 并结合能谱分析, 探究合金化涂层硬度提升机理。研究表明, 合金化涂层主要由马氏体组织和析出物组成, 高的比能量能够维持熔池内合金元素的均匀化, 有助于形成马氏体组织。激光功率为600 W, 扫描速度为5 mm/s时, 比能量最大为69.33 W/(mm²·s), 硬度(HV)达605.3(55.7 HRC)。H13钢硬度的提升机理为Mo与C结合形成颗粒状碳化物增强相与激光比能量提高后促进马氏体转变的共同作用。激光合金化能够制备硬质、无缺陷合金化涂层, 为制备“软硬”相间的仿生耐磨条纹提供参考。

铝合金整体副车架具有质量轻、结构强度高以及后续装配工序数少等特点。以某大型中空封闭截面结构铝合金后副车架为对象, 设计了3种不同的低压铸造成形工艺方案, 并采用AnyCasting软件进行了充型及凝固过程模拟。结果表明, 在采用十字型进水的第3种成形工艺方案下铝合金熔体具有较好的充型能力及较优的凝固顺序。基于确定的成形工艺方案进行了铝合金后副车架样件试制, 对关键部位进行了微观组织表征与力学性能测试。结果表明, 铸件表面光洁平整, 无流痕、欠铸等缺陷, 内部组织致密, 无缩孔、缩松缺陷; α-Al晶粒细小, 二次枝晶臂平均间距为18 μm; 取样部位抗拉强度为281 MPa, 屈服强度为245 MPa, 伸长率为5.52%, 性能满足使用要求。

对Cu-Ni-Si合金带材进行400～550 ℃、0.25～8 h的时效处理, 根据时效后带材的力学性能, 选择合适的时效处理工艺。对原始态与时效后带材进行125 ℃、初始加载应力为80%的屈服强度下的48 h 应力松弛试验。结果表明, 随着时效温度升高和时间延长, 合金屈服强度均有所下降, 经450 ℃×1 h时效后带材屈服强度为571 MPa, 与原始态接近; 应力松弛试验后, 原始态合金剩余应力为391 MPa, 应力松弛率为10.82%; 时效态剩余应力为390 MPa, 应力松弛率为8.85%, 时效后的抗应力松弛性能提升了18.21%。对比分析原始态与时效态合金的微观组织发现, 时效后析出相的数量增多且弥散分布, 平均尺寸由67 nm减小到35 nm; 孪晶规律分布且宽度尺寸减小, 平均宽度由551 nm减小到126 nm; 位错密度降低会进一步减少位错运动, 这是Cu-Ni-Si合金带材的抗应力松弛性能提升的主要原因。

采用高锰酸钾点滴试验、动电位极化曲线、扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)等测试方法, 通过调整磷化液成分、温度、磷化时间及pH值参数, 开展4因素3水平正交试验以优化磷化工艺参数, 研究了磷化膜的腐蚀行为, 同时探讨了成膜机理。结果表明, 当氟化钠浓度为2.38×10^-2 mol/L, 磷化时间为30 min、温度为65 ℃、pH值为3.2时, 制备的磷化膜表面均匀致密, 厚度约为12.63 μm, 其主要成分为Zn₃(PO₄)₂和Zn₂Mg(PO₄)₂。磷化膜的形成可以有效降低WE43镁合金的腐蚀倾向, 腐蚀电流密度由未处理的4.611×10^-5 A/cm²下降至2.859×10^-5 A/cm², 降低了38%; 腐蚀速率由未处理的1.01 mm/a下降至0.62 mm/a, 降低了38.61%, 故磷化处理可以提高WE43镁合金的耐蚀性。

设计并通过铸造方法制备了(Cu₃₅Ni₃₅Co₃₀)₈₅Mn₁₀Al₅和(Cu₃₅Ni₃₅Co₃₀)₈₅Mn₈Al₇两种多主元合金, 研究了其铸态和均匀态的相组成、微观组织与力学性能。结果表明, 铸态合金均为双相FCC结构, 微观组织为典型的树枝晶组织, 其中枝晶为富Ni-Co-Al相、枝晶间为富Cu相。(Cu₃₅Ni₃₅Co₃₀)₈₅Mn₁₀Al₅和(Cu₃₅Ni₃₅Co₃₀)₈₅Mn₈Al₇合金的室温拉伸性能较好, 屈服强度、抗拉强度、伸长率分别为238和251 MPa, 500和530 MPa, 45.1%和43.1%。与基体Cu₃₅Ni₃₅Co₃₀合金相比, 两种合金的伸长率分别提升了24倍和23倍。经均匀化处理后, 两种合金的成分均匀, 得到单相FCC固溶体, 但强塑性较铸态均有所下降。均匀态合金屈服强度下降的原因是晶粒粗化和树枝晶组织消失, 塑性降低与Al、Mn元素造成的晶格畸变及Mn元素的强化学活性有关。

采用Al-TCB晶种合金(TCB指B掺杂型TiC以及C掺杂型TiB₂两种粒子的简称)对Al-7Si-0.35Mg合金(A356合金)进行强韧化设计, 通过直读式光谱仪、光学显微镜、场发射扫描电镜、万能试验机等对A356铝合金的化学成分、微观组织及力学性能进行了测试和分析。结果表明, Al-TCB晶种合金不仅具有优异的抗Si致细化“中毒”能力, 而且还可以通过调整加入量对该合金实现强韧化设计。加入质量分数为0.2%、0.5%和1.0%的Al-TCB晶种合金后, A356铝合金的α-Al晶粒被显著细化, 平均晶粒尺寸由1 135 μm分别细化至140、90和91 μm; 屈服强度分别提高了6.0%、10.0%和8.0%, 抗拉强度分别提高了4.8%、8.1%和7.1%, 伸长率也分别提高了40.7%、72.2%和77.8%。力学性能的提高主要归因于α-Al晶粒的细化以及其对共晶Si均匀化分布的改善。

对TB15钛合金在不同时效温度处理后的次生α相转变及动力学过程进行了研究。结果表明, TB15钛合金经β相区固溶后均为β相, 经不同时效温度和时效时间处理后, 随时效时间延长, α相体积分数逐渐增加, 形貌由点状逐渐向针状、板条状演化, 针状或板条状α相相互交织成“V”字形构型, 且长时间时效后部分α相局部富集成粗大的板条状; 随时效温度升高, α相体积分数先增加后降低, 平均宽度逐渐增加。在相变过程中, α相转变过程可分3个阶段, 即形核孕育期、快速析出期以及稳定期, 在530 ℃时效30～60 min的快速析出阶段时效响应速度最快, 硬度(HV)提升最大, 提升了124。建立了TB15钛合金不同时效温度下的等温相变动力学JMAK方程, 根据试验结果绘制了合金的时间-温度-转变量图(TTT图), 其“鼻温”接近540 ℃, α相从时效开始到析出需15 min左右, 时效90 min左右α相体积分数可达到最高。

采用了厚度为5 mm的6061-T4铝合金板, 使用无倾角搅拌摩擦焊进行单道平板对接焊, 研究了不同焊接参数对接头组织和性能的影响。结果发现, 在搅拌头的焊接速度达到300 mm/min时, 随着转速提升, 热输入不断增加, 晶粒的尺寸变大。焊接温度是影响焊核区晶粒变化的主导因素, 焊缝抗拉强度先上升后下降, 并在转速为1 200 r/min时, 焊缝的抗拉强度达到最大值200.58 MPa, 为母材的93%; 当转速提高至800 r/min后, 试样断口均出现在焊缝前进侧热影响区。

利用扫描电镜、强度测试仪、拉力-剪切力测试仪等研究了镀钯Cu线力学性能对其球焊点和楔焊点形貌、键合强度的影响及影响机理。结果表明, 当φ0.020 mm镀钯Cu线伸长率低于6%时, 球焊点颈部产生裂纹, 楔焊点变形量过小, 键合面积缩小, 球焊点和楔焊点拉力值均降低。当镀钯Cu线伸长率高于16%, 球焊点形貌不规则程度增大, 楔焊点颈部出现微小裂纹, 并出现塌丝现象。当镀钯Cu线伸长率为12%～15%时, 球焊点/楔焊点形貌一致性好, 键合强度及稳定性较好, 满足使用要求。

以Mg-4Y-2.5Nd-xGd-0.5Zr合金为对象, 采用SEM、XRD、EDS及万能拉伸试验机等手段, 研究了0.5%～5%(质量分数)的Gd含量对合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明, 在0.5%～5%范围内, 随着Gd含量增加, 合金的晶粒尺寸呈先减小后增大、抗拉强度先增大后减小的趋势。当Gd含量为2%时, 合金的晶粒尺寸和抗拉强度分别为37.72 μm和276.99 MPa, 相较于Gd含量为0.5%时分别减小了42.6%和提高了37.5%。另外, 伸长率则随Gd含量增加呈逐渐减小的趋势。

通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度和电导率等方法探讨了0.4%的In对Al-7Si-3Cu合金的沉淀析出行为及组织性能的影响。结果表明, 0.4%的In促进了Al-7Si-3Cu合金的时效析出过程, 并显著细化了θ′相。当添加0.4%的In时, 合金达到峰值硬度的时效时间显著缩短, 硬度(HV)在160 ℃时效16 h处达到峰值127, 而未添加In的合金在同等时效温度下30 h仍未达到峰值, 硬度(HV)仅为88。进一步采用DSC分析, 结果发现, 微量In显著降低θ′相反应激活能, 与未添加In的合金相比, 含In合金中θ′相的反应激活能从36.839 kJ/mol降低至28.591 kJ/mol, 反应难度显著降低, 达到促进析出的效果。TEM结果也表明, 含In合金中θ′相析出物数量密度更高且更加细小。由此可见, 微量In对Al-7Si-3Cu合金的时效析出过程及组织结构的影响, 有益于提高合金的力学性能和电导率。

针对具有狭小间隙特点的钛合金双流道闭式叶轮铸造过程中存在的技术难点, 提出了一种复合铸型铸造工艺。复合铸型的外模采用石墨铸型, 型芯为特种砂芯, 该砂芯成本低、生产周期短和溃散性好。复合铸型预热后在真空自耗凝壳炉中熔炼浇注, 对铸件浇注结果进行了分析。结果表明, 闭式叶轮清芯便捷, 铸件成形完整, 表面粗糙度在6.3 μm以下, 铸件尺寸轮廓误差在±0.5 mm。采用石墨-砂芯复合铸型铸造工艺可实现对具有狭小间隙特点的钛合金铸件的研制。

针对不锈钢隔膜阀阀体在熔模铸造生产过程中常出现缩孔、缩松缺陷, 通过分析提出了相应的改进工艺方案。通过优化内浇道、调整产品壁厚、改变组树方案、改善型壳散热条件等方式, 有效解决了缩孔、缩松, 明显提高了铸件合格率, 减少了焊补修磨的工作量, 缩短了生产周期。

精密铸造过程中, 型壳湿态强度不足时在脱蜡过程容易发生开裂从而引起浇注漏钢问题。提出通过控制脱蜡前型壳存放温度来实现脱蜡裂纹的防治, 并对控制存放温度后的型壳脱蜡裂纹进行研究。结果表明, 低于制壳温度的存放温度有利于控制型壳脱蜡裂纹发生, 低存放温度使蜡模体积收缩, 与型壳内腔形成一定的间隙, 为后续的脱蜡过程提供蜡模膨胀裕度, 降低其开裂倾向。脱蜡前采用温度低于制壳温度4 K的环境存放型壳, 能有效防治脱蜡裂纹。

含水金属盐化合物是制备磷酸盐干态覆膜砂的关键原材料之一。采用射芯机制样加热固化成型, 研究了含水金属盐化合物的种类及其加入量对干态覆膜砂试样的抗拉强度和抗吸湿性的影响。结果表明, 同时使用九水合柠檬酸镁和二水合磷酸二氢钠两种含水金属盐化合物, 覆膜砂试样具有较高的即时强度和较好的抗吸湿性。试样的即时抗拉强度可达1.72 MPa, 在相对湿度为50%～60%的恒温恒湿箱中放置12 h后试样抗拉强度降幅在25%以内。

对比了两种工艺路线下真空自耗电弧熔炼SP700铸锭中的Fe元素分布和宏观组织, 发现Fe在钛合金中呈现明显的正偏析, 铸锭冒口心部Fe含量为2.38%, 其截面极差为0.58%, 锭底心部为1.90%, 其截面极差为0.23%, Fe含量沿着凝固方向增加, 易在铸锭心部和头部富集。通过对工艺路线进行调整, 选用合适的中间合金和布料方式, 提高了Fe在电极块中的均匀性, 同时采用强冷却、低电流、大搅拌和长补缩的熔炼参数有效地抑制了Fe的结晶偏析。改进后铸锭成分分布更加均匀, 冒口心部Fe含量为2.03%, 其截面极差为0.21%, 且晶粒尺寸细化、组织更加均匀, Fe在等轴晶区内的偏析减弱。