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2025年04期
激光表面处理

温度和CO2对激光喷丸316L不锈钢氢损伤行为的影响机制

敬晓嘉;王勤英;刘辉;西宇辰;董立谨;张杨飞;白树林;

316L不锈钢广泛用于石油化工领域集输管线、部件等。在含酸性油气的开采过程中,316L不锈钢除了面临着高温高压环境外,还会因电化学腐蚀析氢反应而导致氢损伤。为进一步提升其耐蚀和力学性能,在316L不锈钢表面进行了激光喷丸强化,并通过浸泡实验和原位电化学测试,探究温度与CO2对预充氢316L不锈钢氢损伤行为的影响。结果表明,激光喷丸使316L不锈钢晶粒尺寸细化18.9%,小角度晶界比例提升88.1%;在高温高压环境中,316L不锈钢钝化电流密度随温度和CO2分压升高而增大,说明电化学稳定性下降、抗氢损伤能力减弱,且温度通过影响CO2溶解度提高氢损伤敏感性;氢渗透引发氧化膜开裂,为CO2和Cl~-提供侵蚀通道,温度和压力加快腐蚀反应与传质,CO2与Cl~-侵蚀导致钝化膜溶解,最终保护性钝化膜Fe_2O3和Cr_2O3消耗,进一步加速氢损伤。

2025 年 04 期 v.17 ; 国家自然科学基金资助项目(52174007); 四川省科技厅项目(2025YFHZ0050)
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功率对激光熔覆MoNbTaW涂层的组织和性能影响

李颖;孙洲宇;张家祺;吴韬;刘冉;

以TC4钛合金为基体材料,采用激光熔覆技术在不同激光功率条件下制备了MoNbTaW难熔高熵合金涂层,系统研究了激光能量输入对涂层组织结构演变及其力学性能的影响机制。结果表明,所有涂层中均形成Mo_2C、Ti_2O与Ti_2N硬质相,而Mo、Nb、Ta、W这几种高熔点元素富集于枝晶间,Ti与N因快速凝固过程中的热力学-动力学竞争机制发生协同偏析,主要富集于晶界处。随着激光功率从1 000 W增至2 700 W,稀释率呈先增加后下降的非单调性变化,这源于激光能量密度改变引起的熔池热-流-固多场耦合作用重构。显微硬度结果表明,随着激光功率的增高,最大硬度由713 HV0.1提升至761 HV0.1,原因可能是高功率条件下熔池能量密度的提高促进了硬质相Ti_2N的弥散析出,并诱发Orowan绕过与加工硬化效应。耐磨性分析表明,尽管高功率涂层因硬质相的存在导致摩擦系数升高,但Ti_2N相的弥散分布显著增强了涂层的抗塑性变形能力,产生磨粒磨损和局部黏着,未引发大规模剥落,最终使2 700 W涂层表现出最低的磨损率。本研究揭示了激光功率对难熔高熵合金涂层强韧化机制的影响规律,为高性能耐磨涂层的设计与工艺优化提供了理论依据。

2025 年 04 期 v.17 ; 浙江省“尖兵领雁+X”研发攻关计划资助项目(2024C01196); 北京市大学生创新创业训练计划资助项目(10805136025XN066-072)
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纳米Y_2O3对SLM-GH4169合金性能的影响

欧阳佩旋;袁一;韩英杰;刘璐;孙滨;姬朝阳;

采用球磨法制备了添加1%质量分数的纳米Y_2O3的GH4169复合粉末,并利用选区激光熔化(SLM)技术成形合金试样,系统研究了Y_2O3对GH4169合金微观组织及高温力学性能的影响。结果表明,Y_2O3/GH4169合金中Y_2O3颗粒平均尺寸为49.82 nm,质量分数约为0.53%。在650℃下高温拉伸条件下,Y_2O3/GH4169合金的抗拉强度和屈服强度均显著高于GH4169合金,这主要归因于高温下Y_2O3颗粒与合金基体之间界面的良好结合以及Y_2O3纳米颗粒对位错的有效钉扎。此外,在650℃、720 MPa应力下的高温蠕变条件下,Y_2O3/GH4169合金的持续时间较GH4169合金提升6.89倍,塑性延伸率提高约14.33倍,显示出优异的抗高温蠕变性能。

2025 年 04 期 v.17 ; 国家自然科学基金资助项目(52305328); 国家科技重大专项项目(2024ZD0705101)
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激光熔覆铁基非晶合金涂层成分及工艺性能研究进展

杨继凯;钱波;沈言雨;刘伊;娄丽艳;李成新;

激光熔覆的快冷特性能够保障非晶合金的金属玻璃成型能力,已成为致密非晶涂层的主要制备方式。本研究综述了Fe基非晶涂层的最新研究动态,系统性地分析了成分设计、激光熔覆工艺对Fe基非晶合金涂层结构及性能的影响。依据“熵调控”理论,通过引入不同原子半径的元素,提升液态合金黏度、增强短程有序性或优化局部原子堆积密度、增强非晶相热力学稳定性,能有效提升涂层的玻璃形成能力(GFA)。激光功率、扫描速度、激光能量密度等工艺参数能够显著影响熔池流动及晶粒形核等,从而影响涂层的非晶含量和相分布;通过超声振动和磁场外场辅助及前处理、后处理等辅助工艺,能够改善涂层微观组织,获得涂层性能的进一步提升。通过涂层成分调控,提高涂层非晶含量,影响钝化膜的结构及形成,是提升涂层耐蚀性能的有效方式。在提高非晶含量的同时,调控强化相的析出及分布,能够有效改善涂层的力学性能。

2025 年 04 期 v.17 ; 国家自然科学基金资助项目(52501112)
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材料与涂层性能

氢能航空发动机阻氢涂层研究进展

王琦轩;郭磊;叶福兴;郭洪波;

氢能航空发动机是实现航空业“双碳”目标的重要技术路径。氢能航空发动机的储氢系统、燃烧室、涡轮叶片等核心部件在运行过程中易受氢渗透影响,进而引发氢脆、氢腐蚀及涂层失效,严重威胁发动机的安全性与耐久性。阻氢涂层作为抑制氢渗透、提升材料服役性能的关键技术,近年来正从基础机理研究逐步迈向工程化应用阶段。本文综述了氢能航空发动机阻氢涂层的研究进展,详细阐述了氢能航空发动机使用阻氢涂层的必要性、阻氢涂层的作用及阻氢机理,重点梳理了阻氢涂层材料体系、制备技术、性能评价方法等,最后展望了未来,指出阻氢涂层的突破将依赖于新材料开发、制备工艺优化、多场耦合失效机理的深入研究以及标准化与工程验证体系的完善。通过本综述,将为氢能航空发动机高可靠性长寿命阻氢涂层的研发提供指导。

2025 年 04 期 v.17 ; 国家自然科学基金联合基金资助项目(U21B200315); 材料智能设计国家级重点实验室开放课题基金项目(2024A01); 创新项目(D925BCD)
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