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刊载范围

本刊定位于“成为船舶及海洋工程材料技术交流平台,加强材料界学术交流,促进船舶行业和海洋工程领域技术创新和产业发展”。主要刊载各类金属材料、高分子聚合物材料、无机非金属材料、复合材料以及腐蚀与防护、失效分析、测试评价等技术相关的高水平论文。

主       编:廖志谦

执行主编:马玉璞

副  主  编:全识俊

主       管:中国船舶集团有限公司

主       办:洛阳船舶材料研究所; 中国造船工程学会船舶 材料学术委员会

编辑出版:《材料开发与应用》杂志社

ISSN 1003-1545

CN 41-1149/TB

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专刊|金属增材制造
激光粉末床熔融增材制造高导热银-铜异种金属界面的微观组织和显微硬度研究
陈乔雨, 殷杰, 陈兴宇, 徐海升, 李正, 黄田野, 刘富初, 关凯, 朱安东, 尹作为, 郝亮
2024, 39(1): 1-13.  
[摘要](89) [PDF 25812KB](36)
摘要:
银和铜由于其优异的高导电和导热(HETC)特性,被广泛应用于智能电子、可穿戴设备、医疗等关键领域。激光粉末床熔融(LPBF)技术是一种高精度制造异种金属部件的创新技术,拓展了银-铜在新兴高科技领域的应用。本研究采用LPBF技术成功制备无宏观缺陷的Ag7.5Cu/Cu10Sn/Ag7.5Cu银-铜异种金属样件,探究了Ag7.5Cu/Cu10Sn(A/C)和Cu10Sn/Ag7.5Cu(C/A)界面的微观组织对显微硬度的影响。研究发现,高导热基底增强了A/C和C/A界面结合区的熔池流动,减少了孔隙与裂纹缺陷,提高了界面结合强度。界面结合区的梯度晶粒阻碍了微裂纹的扩展,有利于减少裂纹缺陷,晶粒的各向同性使两个界面都具有良好的宏观力学性能。A/C界面更强烈的马兰戈尼对流形成了更宽的结合区,促进了元素的广泛迁移,减少了宏观偏析,使结合区的平均硬度(183.34HV)高于C/A界面的(134.27HV)。本研究为LPBF制备HETC异种金属提供了理论指导和工艺参考。
C含量对增材制造(FeCoCrNi)88-xMo8WNb3Cx高熵合金成型件组织与性能的影响
王仪凌, 孙崇锋, 谷臻, 李晓娟, 李春雨, 席生岐, 白亚平, 何子博, 郭巧琴
2024, 39(1): 14-22,46.  
[摘要](30) [PDF 15333KB](9)
摘要:
采用机械合金化方法与增材制造技术制备了(FeCoCrNi)88-xMo8WNb3Cx(x=0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5)高熵合金成型件。在明确该高熵合金形成规律的基础上,进一步分析了C含量对其组织和力学性能的影响规律。结果表明:当C含量介于0.25%~2.50%(摩尔分数)之间时,(FeCoCrNi)88-xMo8WNb3Cx高熵合金均由FCC相和M6C相组成;随着C含量的增加,合金的抗压强度逐渐增加,塑性呈先增大后减小趋势;当C含量为2.00%时,合金的综合力学性能最优,其抗压强度为1 993.4 MPa,断裂应变为31.5%。
激光选区熔化Al-Si-Mg-Zr-Cu合金的成形性、组织和力学性能
耿遥祥, 单志法, 陈永康, 宰春凤, 王肖, 高兴, 王宇鑫
2024, 39(1): 23-29.  
[摘要](24) [PDF 16502KB](8)
摘要:
为提升激光选区熔化(SLM)Al-Si-Mg系铝合金的强度,本研究以SLM专用高Mg含量Al-Si-Mg-Zr合金为基础,通过引入Cu元素对合金进行成分改性,系统研究了Al-Si-Mg-Zr-Cu合金的SLM成形性、显微组织和力学性能。结果表明,在250 W低激光功率下,合金具有良好的SLM成形性能,最大相对密度为99.8%。合金的显微组织以等轴晶为主,熔池内部存在少量的柱状晶,合金的晶粒内部包含网状亚结构,α-Al基体内存在纳米级沉淀相。在激光功率250 W,激光扫描速度1 200 mm/s的工艺参数下制备的SLM成形Al-Si-Mg-Zr-Cu合金的显微硬度为(159±4)HV、抗拉强度为(461±25) MPa、屈服强度为(397±32) MPa、伸长率为(2.4±0.7)%,其强度明显高于目前报道的SLM成形Al-Si-Mg系铝合金的。
激光增材制造近β钛合金显微组织与力学性能研究
李海涛, 齐敏, 陈冬梅, 黄森森, 王倩, 马英杰, 雷家峰
2024, 39(1): 30-37.  
[摘要](48) [PDF 8138KB](25)
摘要:
研究了激光沉积打印Ti55511钛合金的显微组织和室温拉伸性能,表征了打印态、热处理态Ti55511合金的晶粒形态及晶体学织构,分析了不同退火热处理温度对激光增材制造钛合金强塑性的影响。结果表明,原始打印态Ti55511钛合金由粗大的β晶粒组成,并且β晶粒以柱状晶和等轴晶两种类型的晶粒交替生长,呈现竹节状形态。在打印态Ti55511组织中,β基体析出的α片层提供了大量的界面,有效阻碍了位错运动,使合金具有高强度和低塑性。580 ℃退火热处理后,合金的屈服强度、抗拉强度变化不明显,伸长率有一定的提升。进一步提高退火温度至620 ℃后,合金的屈服强度、抗拉强度降低,但强度值依然大于1 000 MPa,同时伸长率大幅提升。因此,可通过退火热处理调控α晶粒的尺寸和体积分数,以提高合金的强塑性匹配。当应力平行于Z方向时,样品的屈服强度、抗拉强度略低于垂直于Z方向的,而伸长率显著高于应力垂直于Z方向的。
激光选区熔化ZrO2/AlSi10Mg复合材料热处理显微组织与力学性能
孙苗, 杨倩, 华文娟, 张建勋
2024, 39(1): 38-46.  
[摘要](28) [PDF 18873KB](9)
摘要:
AlSi10Mg作为增材制造最为常用的铝合金材料,其激光选区熔化(SLM)制品已经广泛应用于航空航天、汽车工业等领域,但较低的强度和塑性限制了其应用范围的扩展。本研究通过在AlSi10Mg合金气雾化粉末中添加0.3%(质量分数)纳米ZrO2颗粒,采用SLM技术成形ZrO2/AlSi10Mg复合材料,研究不同热处理制度下其组织及性能演化规律和性能各向异性行为。结果表明,复合材料的抗拉强度随热处理温度(180 ℃~270 ℃)提高持续下降,伸长率随着热处理温度的提高先降低后升高,180 ℃/2 h退火后ZrO2/AlSi10Mg表现出最佳的强塑性匹配,此时抗拉强度为481.74 MPa,屈服强度为331.03 MPa,伸长率为8.56%;在热处理过程中,复合材料中ZrO2陶瓷颗粒保持着稳定的结构,热处理相变为AlSi10Mg基体的相变;此外,随着热处理温度的提高,ZrO2/AlSi10Mg复合材料的大角度晶界比例显著增加,平均局部取向差减小;ZrO2/AlSi10Mg复合材料180 ℃/2 h热处理后,横向和纵向抗拉强度及伸长率均显著优于对应取向的AlSi10Mg合金的。
薄壁锡青铜焊接零件的微区激光熔覆修复
高鹏, 吴松
2024, 39(1): 47-55.  
[摘要](17) [PDF 8938KB](6)
摘要:
在航空发动机用轴向燃油柱塞泵的工作过程中,燃油介质中的气泡随压力变化破裂,导致转子组件底面处的铜合金极易受到气蚀损伤。激光熔覆具有输入能量可控、熔覆层组织致密,且可与基体实现冶金结合等优点。为解决转子组件报废率过高的问题,本研究采用激光熔覆手段,将等离子旋转电极雾化制粉工艺制备的粉体熔覆至转子组件底面的铸造锡青铜损伤部位,进行了铸造锡青铜微区熔覆修复的可行性探索,并分析熔覆层的微观组织和局部的力学性能。结果表明,熔覆层铜合金成分基本无烧损,显微组织为细小的δ相(Cu31Sn8)填充α-Cu枝晶组织,且未见热裂裂纹。熔覆层抗拉强度为313~339 MPa,伸长率为23.5%~24.0%,硬度为118HV0.2~119HV0.2,摩擦因数<0.003,自然腐蚀电位为-0.205~-0.230 V,其与基体的结合强度(剪切)为285.8~328.5 MPa,各项性能均优于基体的。对力学试样断口的观察结果表明,其主要断裂形式为延性断裂,及伴随未熔粉末导致的微孔聚集断裂。分析可知,脉冲激光所带来的大温度梯度是形成细小枝晶微观组织的主要原因,而细小的组织结构则是熔覆层呈现良好性能的主要原因。
不同含量SmFeN/YSZ逐层分布复合隔热材料的吸波性能研究
张洪宁, 卢天倪, 刘春忠, 李娜, 黄震威, 张千喜, 邹兵林
2024, 39(1): 56-65,73.  
[摘要](21) [PDF 14109KB](6)
摘要:
雷达检测技术的快速发展对发动机等热部件的吸波性能提出了更高的要求。常用的隔热材料钇锆氧(YSZ)没有吸波性能,目前采用在其中添加吸波剂的方式实现对雷达隐身。基于此,本研究通过增材制造技术,将不同质量比的吸波剂钐铁氮(SmFeN)和基体材料YSZ进行层状叠加,制备了具有垂直于入射电磁波的相界面的吸波体,构建出SmFeN/YSZ复合材料界面模型。研究结果表明,将YSZ粉末与SmFeN金属颗粒按照不同质量比分层堆叠后,形成的SmFeN/YSZ异质界面提高了材料的微波吸收性能。当YSZ与SmFeN质量比为1∶1时,其反射损耗值达到最小,为-54.498 dB,有效吸收频宽达到最大,为2.5 GHz。
镁合金/黏结剂复合丝材制备及FDM打印工艺研究
关杰仁, 王秋平, 阚鑫锋, 尹衍军, 陈超
2024, 39(1): 66-73.  
[摘要](19) [PDF 4970KB](4)
摘要:
镁合金具有质轻、比强度高、减震性好、生物相容性高等特点,在航空、航天、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的加工技术无法实现一体化复杂结构件的制备,严重制约了镁合金零件的应用推广。增材制造技术是一种基于"离散+堆积"原理的先进技术,有望成为解决镁合金复杂、薄壁结构件难加工的重要技术途径。本研究通过密炼机将高分子黏结剂与镁合金金属粉末混合,利用挤出机制备了适用于熔融沉积(FDM)技术的丝材原料,并研究了FDM工艺对生坯表面形貌的影响规律,采用正交实验和数据统计分析了工艺水平因素对尺寸精度的影响,并提出了后续烧结工序的改进方向。
H13热锻模具钢激光熔覆再制造工艺实验研究
王颢达, 郝敬宾, 田洪芳, 方松峪
2024, 39(1): 74-85.  
[摘要](16) [PDF 12080KB](4)
摘要:
热锻模具在工作过程中往往需要承受极高的温度和强烈的冲击负荷,极易受到磨损、腐蚀、热疲劳的影响而失效。本研究对H13热锻模具钢激光熔覆再制造技术进行了工艺实验研究,在H13模具钢表面制备了Inconel 625高温合金涂层,分析了涂层的微观组织以及力学性能。结果表明,工艺参数的改变对涂层的物相组成并未产生影响,熔覆层与基体有良好的冶金结合;当激光功率为1 200 W、扫描速度为200 mm·min-1、送粉速度为1.0 r·min-1时所获得的熔覆层具有最佳的显微硬度和高温耐磨性。通过汽车阶梯轴锻造模具再制造实验表明,熔覆涂层的磨损率相比于基体降低了28%,涂层的高温耐磨性明显高于基体的,激光熔覆Inconel 625涂层对模具再制造的服役寿命有着较大的提升。
选区激光熔化铝基复合材料研究进展
陈志刚, 王晓昕, 刘慧敏, 王力, 李妮, 孙美慧, 敖敏
2024, 39(1): 86-93,116.  
[摘要](22) [PDF 9768KB](7)
摘要:
铝基复合材料是一种重要的轻量化材料,其在服役环境中的腐蚀行为与设备的安全运行密切相关。选区激光熔化(SLM)技术为复杂结构铝基复合材料部件的近净成形与快速制造提供了新的技术途径。本研究从SLM技术的制备原理、SLM铝基复合材料的力学和耐蚀性能的研究进展等3个方面进行综述,并对SLM铝基复合材料未来研究方向进行展望。
激光粉末床融合含铒铝合金研究进展
毕舰镭, 魏午, 翟玉妍, 裴瑜, 文胜平, 荣莉, 黄晖, 聂祚仁
2024, 39(1): 94-104.  
[摘要](37) [PDF 10996KB](10)
摘要:
近年来增材制造铝合金技术得到迅速发展,尤其是激光粉末床融合技术(LPBF)在部分构件上实现了应用验证。在LPBF技术中,常通过添加微量元素,如稀土铒(Er)元素等,来改善合金的成形性和力学性能。本研究从Er在铝合金中的作用机理出发,系统性概述Er元素在LPBF特殊热环境中的演变机制以及时效响应。总结在LPBF工艺下,Er元素在Al-Si、Al-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金中的存在形式和应用,对比不同含铒铝合金的力学性能,并对LPBF含铒铝合金的发展进行了展望。
钛合金增材制造件的热等静压后处理工艺研究进展
段伟, 党理想, 周建新, 匡文军, 张帅锋, 计效园, 段现银, 谢文浩
2024, 39(1): 105-116.  
[摘要](63) [PDF 12523KB](21)
摘要:
增材制造技术可实现复杂钛合金零件的成形,因此在航空、航天、船舶等领域的应用日益广泛。热等静压具有独特的热压耦合作用,使其能够在改善组织结构的同时,消除零件内孔缺陷,因此,逐渐被应用于增材制造零件的组织性能调控。本研究简述了钛合金增材制造件在组织、缺陷和性能上的特点,以及热等静压相对传统热处理技术在组织、缺陷和性能调控上的优势,为热等静压技术在钛合金增材制造件后处理过程中的应用提供了依据。