金属粉末压坯烧结过程的内耗研究

烧结在粉末冶金过程中对最终产品质量起着关键性作用,理解和探索烧结过程中粉末压坯结构和缺陷的演变,明确烧结的起始温度、结晶温度等,可为烧结工艺的确定提供确切的信息.本文采用内耗技术系统研究了单元系纯Al, Mg, Cu, Fe粉末压坯烧结过程的内耗行为.在第一个循环的升降温过程中各发现了一个内耗峰、升温峰和降温峰.降温峰是一个稳定的弛豫型内耗峰,激活能和峰温表明,该峰起源于晶界的黏滞性滑移.升温峰的出现伴随着相对动力学模量和电阻的下降,材料性能发生显著变化,相应峰温可考虑作为单元系粉末烧结的起始温度.升温峰具有明显的压坯颗粒粒径和成型压力依赖性,随颗粒粒径或压制压力的减小而升高,这与颗粒间弱结合界面数量和微滑移可动性的增大有关.在升温测量时,主要通过弱结合界面微滑移耗能,内耗增加直至峰温所在位置,弱结合界面转化为颗粒间晶界,内耗迅速下降,形成了非稳定升温峰.升温峰的出现表明了粉末压坯烧结过程中颗粒间晶界的形成,相应峰温亦可作为粉末压坯的结晶温度.     

爆炸粉末烧结微孔隙塌缩沉能分析

 对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的结合和沉能机制进行了分析,用反映微孔隙闭合的一维球对称塌缩模型对爆炸粉末烧结后期由微孔隙闭合引起的沉能现象进行了研究。在球对称塌缩一维流动的控制方程中引入传热项的影响,采用刚塑性假设并引入热粘塑性本构关系,利用有限差分法对球壳收缩过程中的温度分布进行了计算。结果表明：热传导的影响随孔隙尺度的变小而变大;球壳收缩过程中其内壁经历了从弹塑性体到流体的转变,其温升远高于其它部位的温升,其它部位较低的温度将对熔化的球心起到低温淬火作用。     

铝和铝-锂合金的爆炸烧结试验研究

 本文研究了纯铝粉和快速凝固铝-锂合金粉的爆炸烧结工艺，测量了烧结体的密度，观察了烧结体内的微观组织和断口形貌。试验用粉末材料为水雾化铝粉、氮气雾化铝粉和氩气雾化铝-锂合金粉。试验时把粉末材料装在包套内，粉状炸药装在包套外的纸筒内，炸药从一端起爆。根据文中给出的爆炸烧结工艺参数的设计原则，通过系统地试验，已获得Φ17×70 mm的铝-锂棒材和Φ100×100 mm的纯铝棒材，相对密度超过98%，无中心孔（马赫孔）。微观组织和断口形貌观察结果表明：颗粒之间已达到焊接结合，结合区是由超细微晶组成，颗粒内部仍保持原始粉末的急冷组织。试验结果还表明：包套最终运动速度、包套内径、粉末材料强度、粉末材料表面氧化膜的厚度都是影响爆炸烧结质量的重要因素。     

基于离散元方法的颗粒材料缓冲性能及影响因素分析

在冲击荷载作用下, 颗粒材料通过颗粒间的摩擦及非弹性碰撞可有效进行能量耗散实现缓冲作用. 本文采用离散元方法对冲击载荷下颗粒材料的缓冲过程进行数值分析, 研究不同厚度下颗粒材料的缓冲性能. 计算结果表明: 颗粒层厚度H是影响颗粒材料缓冲性能的关键因素, 并存在一个临界厚度H_c. 当H < H_c时, 冲击力随H的增加而降低; 当H > H_c时, 冲击力对H的变化不敏感并趋于稳定值. 此外, 在不同颗粒摩擦系数和初始密集度下对缓冲过程的离散元分析表明, 光滑和疏松颗粒材料具有更好的缓冲性能. 最后, 对颗粒材料在冲击过程中的力链结构和底板的压力分布进行了讨论, 以揭示颗粒材料缓冲性能的内在机理.     

爆炸烧结制备W-Al含能结构材料及其准静态压缩特性研究

通过爆炸烧结法,采用不同粒度的W、Al混合粉末,成功制备了近乎致密的W-Al含能结构材料(ESM)。研究发现:冲击波压力是粉末致密化的主导因素,粉末粒径对烧结密度和微观结构的影响显著,W的粒径越小,颗粒团聚越明显,从而阻碍致密化,在致密块体中形成连续分布的W相。所制备样品的最大抗压强度和失效应变分别达到288 MPa和20%,材料的力学性能和断裂模式主要取决于连续相,Al相连续的ESM抗压强度低、塑性较好,呈轴向劈裂破坏;而W相连续的ESM则表现出脆性和高抗压强度,破坏模式为剪切破坏,与Al的低强度高塑性和W高强度脆性特性一致。     

基于非连续能量耗散的滑动摩擦系数计算模型

分析了界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化条件下晶体材料界面摩擦滑动摩擦系数计算模型.结果表明:在弹性接触状态下,滑动摩擦系数与载荷及实际接触面积无关,当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷增加而减小.在缓慢滑动时,滑动摩擦系数随滑动速度的增高而缓慢增大,相对滑动速度愈高,滑动摩擦系数增大趋势愈显著.滑动摩擦系数随晶格常数的增加而降低,而当晶格常数较大时,其变化对滑动摩擦系数影响较小.同时,滑动摩擦系数随原子的可能温升增加而增大.研究结论对工程应用及相关的理论研究具有一定的参考意义. 关键词： 滑动摩擦系数 非连续能量耗散 界面摩擦     

双屈服法测定93W合金的屈服强度

 用组合飞片技术以实现对待测材料93W合金进行加载-再加载和加载-卸载，并用VISAR（Velocity Interferometer System for Any Reflector）测试方法和高速数值示波器记录样品-窗口界面的粒子速度，通过上下屈服面法对实验数据进行处理，从而推出93W在冲击压力分别为16、32和96 GPa三个压力点下的屈服强度为：1.8、2.6和4.9 GPa。得到了93W合金在高压下材料屈服强度随冲击压力的增大而增大，但其与冲击压力的比值则随冲击压力的增加而减小的变化规律。     

羟基磷灰石团聚体的冲击波活化与烧结研究

 研究了经冲击波处理的羟基磷灰石粉末团聚体的活性及其烧结性能。X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）分析表明，冲击波对羟基磷灰石团聚体粉末具有明显的均化与细化作用，并产生了一定程度的晶格畸变，可促进羟基磷灰石陶瓷的烧结。粉体中储存的缺陷能在烧结过程中释放，使受冲击试样比未受冲击试样达到最大线收缩率时的温度降低70 ℃，羟基磷灰石陶瓷的强度和密度明显提高。     

烧结过程中Ni-Al金属间化合物形成的内耗

Ni-Al金属间化合物是一类重要的高温结构材料,在多种领域具有明确的目标需求.粉末冶金技术是制备Ni-Al金属间化合物的一种重要选择.探索烧结过程中Ni-Al金属间化合物形成和转变过程,明确固相扩散反应发生温度和金属间化合物种类对调控烧结工艺和优化产品质量至关重要.本文采用内耗技术系统研究了Ni-Al粉末混合物压坯烧结过程的内耗行为.在内耗-温度谱上观察到一个显著内耗峰,随测量频率的增大而降低,但峰温无明显频率依赖性.同时,内耗峰随升温速率的增大向高温方向移动且峰值增加.分析认为,该峰与升温过程中金属间化合物NiAl3和Ni2Al3的形成有关,属于典型的相变内耗峰.此外,机械球磨可调控Ni-Al粉末混合物的微观结构,内耗峰随球磨时间增加向低温方向移动且峰值降低,表明固相扩散反应可在低温区域以较低速率进行.这与球磨过程中粉末颗粒的细化、粉末混合物的片层化、固溶度和表面能的提高以及缩短的原子扩散路径有关.同时也表明机械球磨可有效降低固相扩散反应起始温度进而降低烧结温度.     

药型罩初始孔隙度对聚能射流行为的影响

 多孔材料药型罩由于其可压缩性,在压垮之前受炸药爆炸冲击压缩作用而使温度升高,为延迟射流的断裂时间提供了可能,估算了多孔材料药型罩压垮之前的冲击温升,并结合脉冲X光摄影研究了孔隙度对射流行为的影响。测试结果表明,一定的孔隙度范围内,射流的韧性随着孔隙度的增加而提高,射流直径随孔隙度的增加而变细。     

Study on the effect of temperature rise on grain refining during fabrication of nanocrystalline copper under explosive loading

Nanocrystalline (NC) copper was fabricated by severe plastic deformation of coarse-grained copper at a high strain rate under explosive loading. The feasibility of grain refinement under different explosive loading and the influence of overall temperature rise on grain refinement under impact compression were studied in this paper. The calculation model for the macroscopic temperature rise was established according to the adiabatic shock compression theory. The calculation model for coarse-grained copper was established by the Voronoi method and the microscopic temperature rise resulted from severe plastic deformation of grains was calculated by ANSYS/ls-dyna finite element software. The results show that it is feasible to fabricate NC copper by explosively dynamic deformation of coarse-grained copper and the average grain size of the NC copper can be controlled between 200～400 nm. The whole temperature rise would increase with the increasing explosive thickness. Ammonium nitrate fuel oil explosive was adopted and five different thicknesses of the explosive, which are 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 45 mm, respectively, with the same diameter using 20 mm to the fly plate were adopted. The maximum macro and micro temperature rise is up to 532.4 K, 143.4 K, respectively, which has no great effect on grain refinement due to the whole temperature rise that is lower than grain growth temperature according to the high pressure melting theory.     

温度对微界面摩擦影响的研究

以微观界面摩擦为研究对象,分析了温度变化对材料摩擦性能的影响.基于Towle剪切强度-温度经验公式和晶格热动力学理论,推导出摩擦力与温度之间的理论计算公式.理论分析表明:当界面温度低于材料的德拜温度时,摩擦力随着温度的增加而降低.理论计算结果与原子力显微镜实验结果对比,发现二者趋势一致,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 界面摩擦 真实接触面积 温度 摩擦力     

退火对ZnO薄膜晶体结构和ZnO/p-Si异质结光电性质的影响

采用脉冲激光沉积方法在p-Si(100)衬底卜牛长ZnO薄膜,分别在500℃、600℃和700℃下真空退火,采用X射线衍射仪研究了退火对ZnO薄膜品体结构的影响,并测量了ZnO的面电阻和ZnO/p-Si异质结的、I-V特性曲线.研究表明,随着退火温度的升高,ZnO的(002)衍射峰强度逐渐增大,半峰全宽不断减小,同时薄膜内应力减小,ZnO晶粒尺寸变大.表明高温退火有助于ZnO薄膜结晶质量的提高.在没有光照的条件下,异质结的漏电流随退火温度的增加而增大;用650 nm光照射样品时,600℃退火的样品表现出最明显的光电效应,而过高的退火温度会破坏ZnO/p-Si异质结的界面结构,使其光电流变小.所以,要得到性能良好的光电器件,应选取适当的退火温度.     

纳米单晶与多晶铜薄膜力学行为的数值模拟研究

通过对不同温度下单晶薄膜的拉伸性能的分子动力学模拟，从微观角度揭示了温度效应对材料性能的影响. 结果表明温度效应对材料的变形机理影响很大.0K温度下由于缺乏热激活软化的影响, 粒子运动所受到的阻碍较大, 薄膜的强度较高, 塑性变形主要来自于粒子的短程滑移.温度升高，粒子的热运动加剧，屈服强度降低, 塑性变形将主要来自于大范围的位错长程扩展.多晶薄膜的模拟结果表明, 虽然其晶粒形状较为特殊, 但是它仍然遵循反Hall-Petch关系.在模拟过程中，侧向应力最大值比拉伸方向应力的最大值滞后出现.位错只会从晶界产生并向晶粒内部传播，晶粒间界滑移是多晶薄膜塑性变形的主要来源. 关键词： 纳米薄膜 变形机理 温度效应 分子动力学     

Elastic moduli and internal friction of nanocrystalline Pd and PdSi as a function of temperature

Resonant ultrasound spectroscopy was used to study the elastic constants and internal friction of two nanocrystalline palladium samples over the temperature range 3–300 K. The first material, nc-Pd, had a grain size of 80–100 nm and a density 93% of that of single-crystal bulk palladium. The second material, nc-PdSi containing 0.5 at.% Si, had a grain size of 15–22 nm and a density 97% of the single-crystal value. The bulk and shear moduli were significantly reduced in the nc-Pd material from that expected based on single-crystal data, the effect being greater for the bulk modulus. The moduli of nc-PdSi were reduced 4–5% from that based on crystalline Pd. As compared to previous reports of the elastic moduli of nanocrystalline palladium (grain size 5–15 nm) the present values for the larger-grained nc-Pd are comparable, but the present values for the smaller-grained nc-PdSi are considerably higher. An internal friction peak and a modulus defect were found in the nc-Pd material, but not in the nc-PdSi material. These effects are attributed to a relaxation process at the grain boundaries. The temperature dependence of the moduli is similar to that of crystalline palladium and is strongly influenced by electronic effects.     

金属冲击温度的辐射法测量问题

 金属的冲击温度及熔化温度测量对构建其完全状态方程具有重要意义。简要综述了用于金属冲击温度及熔化温度辐射法测量的一维热传导理想界面模型和非理想界面模型，并着重对模型中明示或隐含的关键假定的合理性、影响金属冲击温度与熔化温度结果的主要因素进行了分析、讨论，以期对实验数据有一个合理的评估。还讨论了求解理想和非理想界面模型一维热传导方程界面温度时所隐含的冲击压缩下热导率不随温度而变、冲击压缩下金属样品/窗口界面辐射的灰体假定，以及窗口材料的透明性、非理想界面模型中表观界面温度的修正、动载条件下金属高压熔化温度的测量、界面的非Flourier热传导等问题。分析结果表明，目前采用辐射法测量大致可以得到冲击温度，在发生熔化的情况下可获得熔化温度，但离精密测量的要求还有较大差距。     

Coarsening in Sintering: Grain Shape Distribution,Grain Size Distribution,and Grain Growth Kinetics in Solid-Pore Systems

Sintering occurs when packed particles are heated to a temperature where there is sufficient atomic motion to grow bonds between the particles. The conditions that induce sintering depend on the material, its melting temperature, particle size, and a host of processing variables. It is common for sintering to produce a dimensional change, typically shrinkage, where the powder compact densifies, leading to significant strengthening. Microstructure coarsening is inherent to sintering, most evident as grain growth, but it is common for pore growth to occur as density increases. During coarsening, the grain structure converges to a self-similar character seen in both the grain shape distribution and grain size distribution. Coarsening behavior during sintering conforms to classic grain growth kinetics, modified to reflect the evolving microstructure. These modifications involve the grain boundary coverage due to pores, liquid films, or second phases and the altered grain boundary mobility due to these phases. The mass transport rates associated with each of these interfaces are different, with different temperature and composition dependencies. Hence, the coarsening rate during sintering is not constant, but changes with the evolving microstructure. Core aspects treated in this review include models for coarsening, grain shape, grain size distribution, and how pores, liquids, dispersoids, and other phases determine microstructure coarsening during sintering.     

Mechanical spectroscopy of decagonal Al–Cu–Fe–Cr quasicrystalline coatings

Mechanical spectroscopy measurements were performed on decagonal quasicrystalline Al–Cu–Fe–Cr coatings of three different thicknesses deposited on a mild steel substrate. The mechanical loss spectra indicate that the internal friction is mostly caused by the quasicrystalline coating and that the contributions of both the steel substrate and the interface are small. The shear modulus measured in torsion increases with temperature, while the Young’s modulus measured in flexion behaves normally. This shear modulus anomaly is interpreted as being due to solid friction between cracked segments of the quasicrystalline coating. This phenomenon also explains the broad athermal maximum found to occur in isochronal internal friction measurements. A quantitative model successfully reproducing the observed behaviour has been developed. Finally, the reversible high-temperature exponential background was interpreted as being due to the onset of the brittle-to-ductile transition in the quasicrystalline coating. The measured activation enthalpy is similar to the value that was deduced from compression tests performed at high temperatures on icosahedral Al–Cu–Fe bulk material.     

镍过渡层对磁控溅射银自润滑涂层性能的影响

研究了镍(Ni)过渡层对镍基合金718基底上沉积的银自润滑涂层性能的影响.实验结果显示,具有过渡层的银涂层晶粒尺寸变小,晶格参数和晶格应变无明显变化,涂层表面更加致密,缺陷减少.在77～300K热冲击50次后,涂层表面无裂纹、剥落等现象,具有良好的抗热震性能.在常温大气、常温真空和?100°C真空三种下,对涂层的摩擦磨...     

纳米多晶铜中冲击波阵面的分子动力学研究

冲击波阵面反映材料在冲击压缩下的弹塑性变形行为以及屈服强度、应变率条件等宏观量, 还与冲击压缩后的强度变化联系. 本文使用分子动力学方法, 模拟研究了冲击压缩下纳米多晶铜中的动态塑性变形过程, 考察了冲击波阵面和弹塑性机理对晶界存在的依赖, 并与纳米多晶铝的冲击压缩进行了比较. 研究发现: 相比晶界对纳米多晶铝的贡献而言, 纳米多晶铜中晶界对冲击波阵面宽度的影响较小; 并且其塑性变形机理主要以不全位错的发射和传播为主, 很少观察到全位错和形变孪晶的出现. 模拟还发现纳米多晶铜的冲击波阵面宽度随着冲击应力的增加而减小, 并得到了冲击波阵面宽度与冲击应力之间的定量反比关系, 该定量关系与他人纳米多晶铜模拟结果相近, 而与粗晶铜的冲击压缩实验结果相差较大.