摘要：Cu-Ni-Si系铜合金有良好的导电、导热和机械性能,被广泛用于电子元器件等领域.设计Cu-Ni-Si系铜合金成分时,析出相成分的确定是关键.本文利用团簇加连接原子模型方法按"析出相"设计Cu-Ni-Si系铜合金的成分.依据团簇选取准则,选定d-Ni2Si,γ-Ni5Si2和β-Ni3Si相团簇式分别为[Ni-Ni8Si5]Ni,[Si-Ni10]Si3和[Si-Ni12]Si3;在基体Cu含量原子分数为93.75%,95%,95.83%,96.7%和97.5%的每一成分点处,分别按析出相δ-Ni2Si,γ-Ni5Si2和β-Ni3Si设计了系列Cu-Ni-Si合金的成分.合金原料在充满氩气的真空电弧炉中熔炼成合金锭,经950°C/1 h固溶水淬和450°C/4 h时效水淬处理.当合金的导电性成为成分设计的主因时,基体Cu含量分别在90%-95.63%和95.63%-97.5%成分区间时,析出相分别按d-Ni2Si和γ-Ni5Si2设计;基体Cu含量大于97.5%,按d-Ni2Si,γ-Ni5Si2或β-Ni3Si中任一相设计均可,导电性基本没有差别.如果合金的强度是成分设计的主因,基体Cu含量分别在90%-93.93%,93.93%-94.34%,94.34%-95.63%和95.63%-96.12%成分区间时,析出相对应于上述成分区间分别按d-Ni2Si,γ-Ni5Si2,β-Ni3Si和γ-Ni5Si2设计;基体Cu含量一旦大于96.12%,析出相按d-Ni2Si,γ-Ni5Si2或β-Ni3Si中任一相设计均可.

摘要：在三元Cu-Zr-Al非晶合金的基础上,通过运用等电子浓度和等原子尺寸成分设计规则来引入第四组元Ti,将合金系拓展到Cu-Zr-Al-Ti四元合金体系,并在该四元系的等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上进行成分设计。对设计的合金成分采用铜模吸铸法得到直径为3 mm的棒状样品。对铸态样品微观组织的分析表明:在设计的六个合金成分中有两个成分(即:Cu58Zr33Al6 Ti3和Cu56.9 Zr31.5 Al5.6 Ti6)可以形成块体非晶合金。示差扫描量热(DSC)分析的结果表明:Cu58 Zr33 Al6 Ti3的非晶形成能力(GFA)大于Cu56.9Zr31.5Al5.6Ti6和基础成分Cu58.1Zr35.9Al6的GFA。采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对块体非晶合金Cu58Zr33Al6Ti3的晶化过程进行了研究。结果表明,Cu58Zr33Al6Ti3块体非晶合金的晶化分两个阶段进行:合金的初始晶化主要是对应着Cu10Zr7相的析出;而晶化的第二阶段是Cu10Zr7、Cu8Zr3和AlCu2Zr(Ti)三个相同时析出。对非晶合金在等温退火过程中组织结构转变进行了分析和讨论。

摘要：工业合金具有特定的牌号成分,理解这些特殊成分背后的结构根源可以从原子结构层面上指导新合金的研发,有效缩短工业合金的制备流程。工业合金多以固溶体结构为基础,而固溶体以化学近程有序为结构特征,长期以来,人们只能以统计方式获得溶质元素偏离平均结构的程度,由于缺失描述近程序的精确结构分析方法,导致无法构建能够指导合金成分设计的有效结构模型。既然优质合金均具有特殊成分,这些成分背后一定对应于类似于分子的特定结构单元。本课题组提出了一种全新的近程有序描述方式——团簇加连接原子。该模型认为,对于固溶体合金,存在理想满足原子间相互作用的化学结构单元,仅涵盖第一近邻团簇以及若干次近邻的连接原子,可表示为团簇成分式的形式:[团簇](连接原子)。这种团簇式类似于化学物质的分子式,是代表合金平均结构的最小结构单元。通过将Friedel振荡机制引入到团簇加连接原子模型中,建立了固溶体的团簇共振模型,给出了团簇的球周期近邻堆垛方式,从而解决了原子密度的关键问题。结果表明,团簇成分式中所包含的原子个数正比于体系的平均原子密度和团簇半径的立方,由此可以定量地计算出理想化学结构单元的具体形式。本文列举了根据公式计算得到的典型铜基二元合金最佳化学结构单元,计算所得成分与最常用工业合金高度吻合。本工作为成分设计提供了一种新的实用方法。

摘要：The alloying design of cast hot-forging die steels was analyzed. The relationship of the life of cast hot-forging dies with the failure patterns was studied. The thermal wear resistance was believed to be the key property for the alloying design of cast hot-forging die steels. The alloying design parameters were selected and optimized for the cast hot-forging die steel with high wear resistance. The wear resistance of the optimized cast die steel was evaluated in comparison with commercial H13 steels and 3Cr2WSV steel. In the new cast hot-forging die steel, VC is predominant carbide with Cr and Mo as the main solution elements in α-Fe. It is found that the cast die steel has significantly lower wear rate than normal H13 steel and 3Cr2W8V steel, almost the same as that of high purity H13 steel. The high wear resistance of the new cast hot-forging die steel can be attributed to its reasonable alloying design and nonsensibility to the detrimental function of S and P.

摘要：高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面,亟待深入研究。因此,本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳,并通过团簇加连接原子模型(CPGA)对高熵陶瓷(HEC)成分设计进行解析,深入挖掘了HEC的组元和微结构以及性能之间的关系。未来HEC的重点发展方向仍然为基础理论设计,尤其是针对非氧化物HEC成分结构。同时,在样品制备上要在学科交叉领域寻找突破,如采用人工智能机器学习与3D打印进行制备。最后,要寻找结构、热障耐腐涂层、机械、工程光学和磁性等方面实际应用并对探究工况环境下的强化、失效机制深入探究分析。

摘要：为克服传统的基于负载匹配法设计的匹配电路存在导致容性负载上脉冲电压上升率明显降低的不足,提高脉冲电源在容性负载下的应用效果,提出了将频响分析用于设计脉冲电源与容性负载间匹配电路的方法.基于此法设计了一种由电感(Lm)支路和与其并联的阻-容(Rm-Cm)串联支路构成的匹配电路,当Lm、Rm和Cm满足使容性负载上的脉冲电压(u2)与脉冲电源输出的脉冲电压(u1)之比(u2/u1)的频响特性,在脉冲电源输出的脉冲电压的有效频谱范围内接近不失真系统频响特性的条件时,可在容性负载上得到既无振荡,且上升率高的脉冲电压.实验验证该匹配电路是有效的.

摘要：基于团簇加连接原子模型,通过Ta-Ti和Ni-Co互换对第一代镍基单晶高温合金进行成分设计,并对所设计的A组和B组成分系列进行选晶法单晶制备、初熔温度测试、标准热处理和900℃、1000 h长期时效。其中,A组为[Al-Ni_(11)Co_1](Al_1Ta_xTi_(0.5-x)Cr_1W_(0.25)Mo_(0.25)),x=0、0.25和0.5(对应Ta和Ti的质量分数分别为0Ta-2.65Ti、4.82Ta-1.26Ti和9.32Ta-0Ti);B组为[Al-Ni_(12-y)Co_y](Al_1Ta_(0.25)Ti_(0.25)Cr_1W_(0.25)Mo_(0.25)),y=1.5、1.75、2和2.5(对应的Co质量分数分别为9.43Co、11Co、12.57Co和15.71Co)。在A组合金中,随Ta的增加(Ti的降低),初熔温度升高,均超过1330℃,其中9.32Ta-0Ti最高,在1335~1340℃之间;标准热处理后g/g′负错配度从-0.262%减小到-0.247%;长期时效中g′的粗化得到抑制,9.32Ta-0Ti的粗化速率最低(K=5.6×10^(-5)mm^3/h)。对于B组合金,Co含量变化未明显改变初熔温度和长期时效g′粗化速率,但初熔温度同样超过1330℃,Co作用主要体现在提高标准热处理后的g′体积分数(约69%)和减小g′尺寸(约0.55 mm)。2组合金的粗化速率均接近三代单晶合金水平(K≈(2.08~3.82)×10^(-5)mm^3/h)。

摘要：基础成分是镍基高温合金向多元合金演化的关键。因此,以Ni-20%Cr(20%为质量分数)合金为基础,以Al为合金化元素,利用团簇模型设计5种具有代表性的基础合金成分。系统分析激光增材制造非平衡凝固条件下合金组织和性能随成分的演化规律。结果表明,随着Al含量的增加,沉积态合金的基体组织逐渐由γ-Ni固溶体向γ′-NiAl有序相转化,而沿晶界分布的α-Cr固溶体在数量稳定增加的同时,其形态也由颗粒状变为链条状,且在Al含量(原子数分数)为25.0%时被γ′-NiAl+γ-Ni离异共晶组织所取代。合金强化机制由固溶强化向沉淀强化的转变,致使沉积态合金的硬度和强度随着Al含量的增加而逐渐增强,而塑性则逐渐降低。增加Al的含量有利于提高沉积态合金的抗高温氧化性能,但过高Al含量会损害合金的可焊性。因此,优质基础合金中Al的含量应限制在12.5%~18.5%范围内,以使合金兼有良好的力学性能、高的抗高温氧化性和好的可焊性。

摘要：目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚稳β型Ti-Al-(Mo,Nb,V)系列钛合金。结果表明,Ti-6.5Al-1.5V-11.5Mo-2.8Nb合金在吸铸态下的β相结构达到临界稳定状态。此时,该合金的拉伸屈服强度为623 MPa,延伸率为16.6%,其屈服强度略低于对标合金TB18,但延伸率明显高于同系列合金和TB18合金,具有最佳的综合力学性能。此外,该合金液固温区为31℃,在同系列合金中最低,且明显低于对标合金TB18的液固温区238℃。

摘要：用团簇加连接原子模型设计了系列用于制作引线框架的Cu-Ni-Si合金。在Cu含量小于95%的浓溶质区,采用单团簇模型[(Ni2/3Si1/3)-Cu12]Cu1~6设计合金成分;在Cu含量大于或等于95%的稀溶质区,采用双团簇模型{[(Ni2/3Si1/3)-Cu12]Cu3}A+{[Cu-Cu12]Cu3}B设计合金成分。利用XRD、OM、TEM、Vickers硬度计、电导率测量仪等实验获得Cu-Ni-Si合金的成分规律。结果表明,在Cu-Ni-Si合金的成分范围内存在Cu含量为95.0%~95.8%的成分敏感区,此区间内合金同时存在时效析出强化和调幅分解强化,致使Vickers硬度突然增加,导电率降低,两者变化趋势相反,且与成分之间无规律性依赖关系。成分敏感区前后的浓溶质区和稀溶质区的合金中,不存在调幅分解强化,Vickers硬度(H)随Cu含量(CCu)增加而减少,分别满足H=-12.6CCu+1362.7和H=-26.2CCu+2777.3的线性关系;相应的导电率(σ)随CCu的线性增加关系分别为σ=0.2CCu+28.6和σ=5.2CCu-466。