Journal of Materials Science - JMS Article Abstracts in Chinese: Volume 59, Issue 18
The Editors of Journal of Materials Science are pleased to present a selection of abstracts translated into Chinese.
邀请观点：通向低成本MXene合成的途径 (this opens in a new tab)
Invited viewpoint: pathways to low-cost MXene synthesis
M. A. Zaed, K. H. Tan, R. Saidur, N. Abdullah & A. K. Pandey
MXenes，一类具有特殊性能的二维材料，因其在各种行业中的潜在应用而引起了重大关注。然而，与MXene合成相关的高生产成本构成了其广泛使用的重大障碍。合成方法、风险因素、环境因素，以及最重要的，昂贵的前驱体，都为MXene的应用创造了障碍。已经发表了许多关于MXene材料的评论文章。然而，这篇评论文章的目标是提供一种全面分析降低这些潜在材料成本的可能途径，这表明了这项工作的新颖性。本文的目标是提供对合成方法、风险因素、环境因素的评论，以及最重要的，如何将回收材料作为前驱体转化为MXenes，并提高MXene生产的成本效益。这篇评论发现，改良的酸蚀刻是MXene合成的最便捷途径，保留了MXene的性能，同时关注风险和环境因素。回收材料（例如，轮胎、铝废料、生物炭和活性炭）可以通过微调其内容来用于合成高质量的MXenes。我们提出了一种全面的方法来降低MXenes的成本。本文包括技术挑战和对这个话题进一步研究的未来建议。图形摘要
评论：水蒸气与木材和其他吸湿材料的相互作用 (this opens in a new tab)
Review: interaction of water vapour with wood and other hygro-responsive materials
Callum Hill, Michael Altgen, Paavo Penttilӓ & Lauri Rautkari
本评论的目的是报告关于湿度与自然材料和制造的仿生功能材料相互作用的最新研究，重点是木材的吸湿反应行为。主要目标是研究水吸附如何影响尺寸行为，以及如何利用这种属性在自然植物基材（主要是木材，但不仅限于木材）中的知识来指导吸湿反应材料和设备的仿生设计。该研究检查了关于自然和生物启发材料的文献，重点研究吸附动力学，水的迁移和吸附水在材料及其微观结构中的位置，以及微观结构的机械响应如何影响吸附物的分子移动性，从而转化为宏观结构的变化。此外，本评论还包括了主要的实验技术概述，这些技术已被用来研究水与这些材料在分子长度尺度上的相互作用，以及现代技术如何解决这些材料在细胞壁级别的反应。
评论：3D编织复合材料的抗冲击性和损伤容限 (this opens in a new tab)
Review: impact resistance and damage tolerance of 3D woven composites
Soumya Chowdhury, Lekhani Tripathi & Bijoya Kumar Behera
纤维增强复合材料（FRCs）在航空航天、国防、汽车和可再生能源行业的使用日益增加，这突显出我们需要全面理解它们的抗冲击性和损伤容限。这篇评论详细地检查了FRCs对低速冲击（LVI）的影响，涵盖了冲击力学、速度分类、能量吸收、纤维结构和混合化。强调了损伤评估的重要性，该研究分析了由LVI引起的复杂的失效机制和损伤，讨论了它们可能对复合材料结构属性的影响。该论文严格审查了影响抗冲击性和损伤力学的参数，通过仪器化的落重冲击测试评估性能。此外，评论还探讨了对确保复合材料结构可靠性至关重要的无损测试方法。航空航天部门和其他需要增强动态加载特性的应用将从对瞬态冲击加载下复合材料行为的深入理解中受益。特别关注编织纺织物增强复合材料，它们提供了特定的材料属性和成本有效的制造途径。然而，它们对于面外冲击加载的敏感性导致了各种失效，包括层间剥离和剥落，限制了它们在结构完整性至关重要的高级场景中的适用性。它讨论了像3D编织这样的先进技术作为提高抗冲击性、损伤容限和层间剥离抗性的可靠方法。值得注意的是，3D编织复合材料展示出优越的厚度断裂韧性，消除了层间剥离作为一种失效模式。这些发现为设计具有增强的冲击后压缩和厚度拉伸特性的结构提供了宝贵的见解。总的来说，这篇评论整合了编织复合材料及其在冲击加载下的行为领域的关键进展、挑战和未来前景，为学术界和行业专业人士提供了宝贵的资源。图形摘要
超声振动辅助加工方法对碳化硅表面抛光的影响 (this opens in a new tab)
Effects of ultrasonic vibration-assisted machining methods on the surface polishing of silicon carbide
Yunhui Chen, Ling Pan, Zhiqiang Yin & Yunli Wu
超声振动辅助抛光（UVAP）方法是一种新近开发的先进加工技术，广泛应用于脆性材料的加工。本研究使用分子动力学（MD）模拟来研究在UVAP过程中钻石砂粒对SiC工件的抛光行为。振动的频率（fz）、振幅（Az）和尺寸被变化以研究材料去除过程的各个方面。在低频区域，UVAP加工方法加剧了工件的锥形滑移和位错。在高频区域，fz和Az可以将材料去除率（MRR）提高超过32%，并达到传统划痕的2-4倍。使用MD模拟得到的表面形貌与实验结果一致。在超声椭圆振动辅助抛光（UEVAP）方法中，fy不仅导致温度周期性和稳定性的增加，有助于将原子转化为非晶结构，而且还可以增加材料去除率（MRR），同时降低摩擦因子和表面粗糙度。适当增加fz可以减少力量并改善应力分布。Az显著增加MRR，但会导致表面粗糙。与UVAP过程相比，UEVAP方法进一步提高了MRR，并产生了更平滑的加工表面。图形摘要本研究使用分子动力学（MD）模拟来研究在UVAP过程中钻石砂粒对SiC工件的抛光行为。振动的频率（fz）、振幅（Az）和尺寸被变化以研究材料去除过程的各个方面。
纳米结构Co3O4修饰的3D碳毡用于改善环氧复合材料的机械嵌套：形态和机械/摩擦优化 (this opens in a new tab)
Nanostructured Co3O4-graced 3D carbon felts for improved mechanical interlocking in epoxy composites: morphological and mechanical/tribological optimization
Muad Muhammed Ali, Nabil Kadhim Taieh, Haidar Akram Hussein, Ying Li, Man Jiang & Zuowan Zhou
本研究利用机械嵌套作为一种方法来改善3D碳毡泡沫（CFs）和环氧基体（EP）之间的粘附。通过水热法，将Co3O4纳米阵列以纳米带、纳米线、纳米棱柱和纳米星形添加到CFs表面。纯3D碳纤维-环氧复合材料的储存模量比纯环氧高62.7%，玻璃转变温度高7.8%。含有Co3O4纳米线的3D碳纤维/环氧复合材料的储存模量为5297 MPa，Tg为148.4°C，高于纯3D CFs和其他纳米复合材料。与纯3D CFs/ EP相比，Co3O4纳米线提高了75.0%的弯曲强度。纳米带、纳米棱柱和纳米星复合材料分别提高了53.6%，21.4%和11.43%。纯3D CFs将环氧基体的冲击强度提高到174.6%。Co3O4纳米线@CFs/EP复合材料的冲击强度比3D CFs/EP复合材料高45.6%。纳米带、纳米棱柱和纳米星的改性分别为31.2%，19.5%和2.5%。3D CFs/EP复合材料的初始拉伸强度为69 MPa。然而，Co3O4纳米线将拉伸强度提高了73%，达到130 MPa。纳米带、纳米棱柱和纳米星复合材料的性能超过3D CFs/EP，分别为68%，33%和7%。在3D CFs/EP复合材料中，Co3O4纳米线将磨损减少了50.0%，摩擦减少了27.9%。
钢丝和颗粒增强聚合物在动态和蠕变载荷下的粘弹性响应 (this opens in a new tab)
Viscoelastic response of steel wire and particulate-reinforced polymer under dynamic and creep loading
Patrick Saidebwah Noma, Muhammad Dauda, Bashar Dan-asabe & Sam O. Jolaiya
金属网在钢丝增强的聚合物中可能会由于热性能差异而异常影响复合材料的热机械行为，但这个潜在问题尚未引起研究关注。因此，在这项研究中，我们实验性地研究了钢丝和玻璃颗粒增强聚合物复合材料的粘弹性和蠕变行为。钢丝被编织成菱形网状，作为玻璃颗粒填充聚合物基体的骨架增强，通过手工铺设方法生产出40 × 12 × 4.8 mm的复合材料试样。在2.5 Hz、5.0 Hz和10 Hz的频率下进行了三点动态机械分析。在2.5 Hz下，钢丝使复合材料的玻璃转变温度Tg从100.6降低到84.45 °C；添加玻璃颗粒进一步降低了Tg到5%的82.5 °C和10%的80.8 °C，然后将其增加到15%的80.7 °C和20%的95.5 °C。在5.0 Hz和10.0 Hz的振荡频率下，变化模式相同。结果表明，复合材料的热导率与粘弹性响应之间存在相互作用。钢丝将复合材料的瞬时应变从约0.07降低到0.005%，并将稳态应变率从7.4 × 10–5s−1降低到3.97 × 10–6s−1。钢丝对材料粘弹性行为的影响优于玻璃颗粒。通过将复合材料在波动温度下的热不均匀性与动态粘弹性行为的性质相关联，可以进一步发展这个研究领域。这种研究策略对于开发用于管道和在使用中受到动态载荷和温度变化的零件的材料是非常宝贵的。
关于钢纤维和仿钢纤维对超高性能水泥基复合材料动态拉伸性能影响的比较研究 (this opens in a new tab)
Comparative study on effects of steel fiber and imitation steel fiber on dynamic tensile properties of ultra-high-performance cementitious composites
Kewei Liu, Can Guo, Jiacai Yang, Zhixiang Liu, Ruitao Song, Tengfei Guo & Liansong Zou
钢纤维（SFs）通常用于提高混凝土的性能。然而，它们存在诸如易腐蚀、施工过程中的团聚和高成本等限制。为了克服这些缺点，人们已经探索了替代纤维选项。本研究调查并比较了用SFs和仿钢纤维（ISFs）增强的超高性能水泥基复合材料（UHPCC）的机械性能。进行了各种测试，包括单轴压缩、准静态劈裂和动态劈裂，以检查纤维长径比（Lf/df= 20, 30, 40）、纤维含量（Vf= 0.5%，1%，2%）和纤维类型（钢纤维和仿钢纤维）对UHPCC的力和变形性能的影响。测试结果被分析以辨别静态和动态拉伸测试中关于纤维类型、长径比和含量的拉伸强度和能量吸收变化的模式。此外，使用高速摄像机捕捉试样的损伤过程，使得能够研究在34-56 s−1和109-125 s−1的应变率下，用不同纤维增强的UHPCC在动态劈裂测试中的损伤模式。此外，精心收集、筛选和称重在冲击加载过程中产生的碎片，以评估在不同劈裂载荷条件下试样破碎的程度。
通过顺序的前向环开启亚甲酸酯聚合和自由基反应升级热固性塑料和复合材料 (this opens in a new tab)
Upgrading of thermosets and composites via sequential frontal ring-opening metathesis polymerization and radical reactions
Qingyan Zhan & Po Yang
二环戊二烯（DCPD）的前向环开启亚甲酸酯聚合（FROMP）对于制造热固性塑料和复合材料显示出了潜力。为了扩大应用范围，这项工作开发了一种新的方法，通过顺序的FROMP和自由基反应，对聚二环戊二烯（PDCPD）和纤维增强复合材料进行升级，以实现高性能。在此，我们将DCPD、Grubbs催化剂和自由基引发剂混合在一个锅中，并启动FROMP，一种自我持续的反应，以获得FROMP制备的PDCPD。然后，在升高的温度下进行了进一步的自由基反应。通过我们的策略，PDCPD及其复合材料的性能得到了显著的提升。例如，PDCPD的Tg可以从约171°C显著提高到约240°C。FROMP制备的复合材料的Tg、弯曲强度和模量分别从141°C、135.3 MPa和36.9 GPa增加到262°C、467.1 MPa和43.2 GPa。我们相信，这种新的策略将大大提高PDCPD和复合材料的性能，并为将FROMP应用到更广泛的应用领域开辟新的途径。图形摘要
分子动力学模拟和实验研究了表面活性剂对P(S-DVB)-SO4/CeO2复合界面相容性的影响 (this opens in a new tab)
Molecular dynamics simulation and experimental study on the effect of surfactants on the compatibility of P(S-DVB)-SO4/CeO2 composite interface
Huiling Jia, Hongxu Zhang, Menghao Liang, Jinxiu Wu, Xin Tan & Yanan Cao
为了提高由硫酸改性的二乙烯基苯并交联聚苯乙烯P(S-DVB)-SO4)和CeO2组成的核壳复合研磨剂的界面相容性，引入了溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和聚乙二醇（PEG）。使用分子动力学模拟方法，分析了三种表面活性剂在P(S-DVB)-SO4和CeO2表面的吸附构型、吸附能量、相对浓度分布和径向分布函数（RDF），发现CTAB具有最佳的界面相容性。研究了添加CTAB后P(S-DVB)-SO4/CeO2(100)界面的原子结构、相对浓度分布和结合能的变化。通过无皂乳液聚合法制备了P(S-DVB)-SO4/CeO2研磨剂。进行了透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、氮气吸附-脱附（BET）和原子力显微镜（AFM）纳米压痕测试，并通过实验进一步验证了CTAB对界面结构和强度的影响。最后，得到了表面活性剂对P(S-DVB)-SO4/CeO2界面相容性的影响机制。
Ti, Ta, Nb对Ni3Al堆垛错位结构转变的影响 (this opens in a new tab)
Effect of Ti, Ta, Nb on structural transformation of Ni3Al in terms of stacking faults
Chao Lu, Xiaohua Min, Weiqiang Wang & Tieshan Cao
本研究使用L12, D024和DO22结构，以及具有[101¯],[011¯], [111]方向的堆垛错位的三维超晶胞，探讨了Ni3Al和Ni3M (M = Ti, Ta, Nb)的结构稳定性，弹性性质，结构转变和临界浓度。第一性原理计算揭示了Ni3Al, Ni3Ti, Ni3Ta和Ni3Nb最稳定的结构分别是L12, D024, DO22和DO22。值得注意的是，Ni3Ti, Ni3Ta和Ni3Nb的体模量，杨氏模量，剪切模量和各向同性超过了Ni3Al，韧性增加，除了Ni3Ti。通过在32原子Ni3Al结构中用0-8个Ti, Ta和Nb原子替代Al原子，从L12到D024或DO22的转变的临界浓度在18.75原子%和21.88原子%之间，以及在15.63原子%和18.75原子%之间。这个临界浓度受到Ti, Ta, Nb和Al原子与Ni原子相互作用的动态影响。从L12到D024或DO22的结构转变可以归因于超晶格外部堆垛错位能量或反相界能量的减少，这是Ti, Ta, Nb原子和Ni原子之间电荷密度重新分布的结果。图形摘要
折纸理论启发的多尺度模拟折叠石墨烯气凝胶以改善其机械性能 (this opens in a new tab)
Origami theory-inspired multiscale simulation of folded graphene aerogel with improved mechanical properties
Tao Wang, Haiming Li, Hongyan Li, Kai Cao, Xue Han, Juanjuan Wang, Xiaolan Liao, Huan Li & Wei Ding
在我们之前的工作中，受折纸理论的启发，成功制备了具有拱形形态的折叠石墨烯氧化物气凝胶（fGA）。然而，折叠石墨烯氧化物（fGO）的自我折叠机制和层间界面的增强机制难以解释。因此，基于以往的工作，本研究采用了多尺度建模方法。通过使用分子动力学（MD）方法，研究了fGO的折叠机制在微观尺度上的表现。fGO微结构对机械性能的影响也进行了研究。GO的折叠归因于Cu2+配位和静电相互作用。与GO相比，fGO显示出更好的机械性能参数。此外，还在宏观尺度上研究了样品的机械行为。当fGA结构受到应力时，片层之间的连接点增加并变得更紧密。气凝胶的强度和抗变形能力变得强大并稳定了结构。界面键主要通过增加氢键（H键）和范德华力（vdW）在层间得到增强。因此，多尺度建模方法对于改善fGA的机械性能具有理论指导意义。
对13族元素作为狭带隙热电半导体α-SrSi2的p型掺杂剂的潜力进行了研究 (this opens in a new tab)
Investigation of group 13 elements as potential candidates for p-type dopants in the narrow-gap thermoelectric semiconductor α-SrSi2
Haruno Kunioka, Daishi Shiojiri, Shinta Takahashi, Kota Hiratsuka, Masato Yamaguchi, Naomi Hirayama, Yoji Imai, Motoharu Imai & Tsutomu Iida
为了探究α-SrSi2的p型掺杂可能性，这是一种有望成为环保热电材料，我们使用第一性原理计算评估了用13族元素替代α-SrSi2的Si位点的能量变化。研究发现，镓掺杂是最有利的掺杂剂，而铟是最不利的。我们使用垂直布里奇曼法研究了镓和铟掺杂的α-SrSi2的合成，并研究了它们的热电性能。镓原子成功地掺杂到α-SrSi2中，最高达到1.0 at. %，而铟原子不能如计算所示的那样被掺杂。对于实验制备的镓掺杂样品，观察到载流子密度随镓掺杂的增加而增加，从未掺杂的α-SrSi2的3.58 × 1019cm−3增加到300 K时1.0 at. %镓掺杂样品的4.49 × 1020cm−3。观察到载流子浓度的温度依赖性随着镓含量的增加从负变为正。此外，Seebeck系数的温度依赖性也观察到随着镓含量的增加从负变为正。结果表明，α-SrSi2在镓掺杂下发生了半导体-金属转变。未掺杂样品的功率因数相当高，达到2.5 mW/mK2，而0.3 at. %镓的样品在室温下的值为1.1 mW/mK2。
在体外生理流速下生物可降解WE43合金的腐蚀行为 (this opens in a new tab)
In vitro corrosion behavior of biodegradable WE43 alloy under various physiological flow velocities
Jianwei Dai, Xiangang Zhang, Lu Zhang, Linjuan Zhan, Juyi Yang, Linyuan Han, Xuan Li, Zhijun Guo, Jing Bai, Feng Xue & Chenglin Chu
在本研究中，我们研究了模拟生理流场对生物可降解WE43（Mg-4.05 wt% Y-3.64 wt% RE-0.52 wt% Zr）镁合金在体外腐蚀行为的影响，使用Hanks'平衡盐溶液（HBSS）作为腐蚀介质。结果表明，WE43合金的腐蚀速率在每种条件下都是时间依赖的。浸泡168小时后，流速为5.33厘米/秒的WE43合金的腐蚀速率约为3.49毫米/年，这比静态条件下高出1.7倍。腐蚀产物的动态溶解和重新沉积之间的矛盾与流速密切相关。最初，低流速下的加速质量传递会促进WE43合金的腐蚀层生成，主导腐蚀层的完整性，而持续的高剪切应力由高流速场引起会破坏腐蚀层的完整性，主要减轻Ca-P层的厚度。由于腐蚀产物的演变和Cl−的影响，随着流速的增加，WE43合金的腐蚀模式从局部腐蚀转变为相对均匀的腐蚀。
氢气捕获和钛和钒碳化物含量钢的脆化在高温氢气充电后 (this opens in a new tab)
Hydrogen trapping and embrittlement of titanium- and vanadium carbide-containing steels after high-temperature hydrogen charging
Tim Boot, Athira Suresh Kumar, Santhana Eswara, Pascal Kömmelt, Amarante Böttger & Vera Popovich
这项工作研究了TiC和VC沉淀物大小对氢气捕获和脆化的影响。两种实验性的含有TiC或VC碳化物的铁素体HSLA钢用于沉淀强化，它们在氮气和氢气中退火。这导致在TiC和VC钢中，氢气的吸收量分别高达0.91和0.44 wppm。TEM和TDS分析表明，半相干的TiC粒子在错配位错中捕获氢气，活化能为43 kJ/mol。建议相干的VC粒子在界面碳空位中捕获氢气，能量在53和72 kJ/mol之间。碳空位可能是非相干沉淀物中的捕获位点，SIMS成像证实，非相干的TiC沉淀物优先在界面附近捕获，而非相干的VC沉淀物在其体积中捕获。在吸收氢气后，两种合金在SSRT测试中都没有变脆，这表明这些沉淀物可以在钢中既作为氢气的汇流槽，也作为强化机制。图形摘要
揭示Mo添加对Ni-Al-Mo模型超合金中γ′相沉淀动力学的影响，使用CALPHAD辅助的相场模拟 (this opens in a new tab)
Uncovering the effect of Mo addition on the precipitation kinetics of the γ′ phase in Ni–Al–Mo model superalloys using CALPHAD-assisted phase-field simulations
Zexin Wang, Chuanxin Liang, Dong Wang & Xiangdong Ding
Mo是一种关键的固溶强化元素，可以提高Ni基超合金的机械性能，但Mo的分配行为仍存在争议。在此，我们揭示了Mo添加对Ni-(17-x)Al-xMo at.% (x= 2, 3, 4, 和 5)合金中γ′相沉淀动力学的影响，通过直接将准确的热力学和动力学描述与相场模型相耦合。我们的模拟结果显示，Mo的添加会由于扩散率的降低和γ/γ′晶格失配的降低，而降低γ′的粗化速率。此外，随着Mo浓度的增加，Mo的分配行为从γ′相KMoγ′/γ>1)反转到γ基体(KMoγ′/γ<1)，这归因于Mo在γ′相中的溶解度限制以及γ/γ′晶格失配的降低。同时，Al和Mo优先占据γ′-Ni3Al的Al亚晶格位点，并在Ni-Al-Mo三元模型合金中形成Ni3(Al, Mo)相。此外，由于γ基体中Mo浓度的增加，固溶强化效应随着Mo浓度的增加而增加。我们的结果为理解Mo添加对Ni基超合金中γ′相粗化动力学和元素分配行为的影响提供了宝贵的见解。
增强Cr-Mo涂层Zry-4在高达1600°C的蒸汽中的氧化抗性和粘附性能，通过薄Cr层 (this opens in a new tab)
Enhanced oxidation resistance and adhesion performance of Cr–Mo-coated Zry-4 by a thin Cr layer in steam up to 1600 °C
Chaowen Zhu, Yu Sun, Muhong Li, Lin Qi, Huahai Shen, Chen Chen, Song Zeng, Yan Meng, Xiaosong Zhou & Xiaochun Han
在这项研究中，设计了带有Cr内层的Cr-Mo-Cr三层涂层，并与纯Cr涂层和Cr-Mo双层涂层在高达1600°C的蒸汽中进行了比较。Mo层有效地缓解了Cr-Zr的互扩散。Cr-Mo涂层的外部Cr2O3层剥落，且在1500°C以上发生Mo-Zr共晶反应。Cr-Mo-Cr涂层保持完整性并保护Zr基材免受氧化。通过形成Mo-Zr-Cr固溶体，改善了键合性能。有限元模拟表明，在内部Cr层的存在下，涂层中的应力减少了6 GPa。
研究NdCl3对TC4钛合金微弧氧化涂层特性的影响 (this opens in a new tab)
Effect of NdCl3 on characteristics of micro-arc oxidation coating formed on TC4 alloy
Shaolan Yang, Yanfei Duan, Ping Wang, Xu Luo & Youping Zheng
为了研究添加NdCl3对TC4钛合金微弧氧化涂层特性的影响，通过向基础电解液中添加不同浓度的NdCl3进行微弧氧化。利用SEM、XRD、XPS、多功能材料表面测试仪、电化学工作站和高压釜测试方法，研究了添加NdCl3后MAO涂层的表面形貌、相组成、耐磨性、耐腐蚀性和耐冲蚀性的变化。结果表明，添加适量的NdCl3可以增加氧化电压并改善涂层的表面形貌，涂层的主要组成相为金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和Nd2O3。当添加0.06 g L−1的浓度时，涂层的厚度和硬度达到最大值25.1 μm和540 HV，粗糙度和摩擦系数达到最小值1.022 μm和0.281。此外，腐蚀电流密度和腐蚀速率达到最小值5.028 × 10–9A cm−2和1.673 × 10–3mm a−1。因此，涂层具有优秀的耐磨和耐磨性。冲蚀实验表明，随着冲蚀时间的延长，钛合金基材和MAO涂层的腐蚀速率增加，添加NdCl3可以有效提高TC4钛合金基材的耐冲蚀性。
设计一种具有部分再结晶结构的超高强度和韧性的镍基合金 (this opens in a new tab)
Designing an ultrahigh-strength and ductile Ni-based alloy with a partially recrystallized structure
Xianghui Zheng, Haoran Lu, Wei Dai, Fengjiao Guo, Bo Yang, Xiaochong Lu, Bin Gan & Chongxiang Huang
尽管许多镍基合金具有优异的机械性能，但由于其屈服强度较低，其应用受到限制。粒度细化为进一步增强提供了机会，同时也需要在韧性上做出重大且不希望的妥协。在这项工作中，通过控制冷轧后的热机械过程，设计了一种具有异质、部分再结晶结构的新型镍基合金。该合金展现出了~2 GPa的屈服强度和~9%的均匀拉伸延伸率的优越组合，超过了近年来报道的大多数镍基合金的室温机械性能。超高强度源于晶界、高密度位错和γ'纳米颗粒的协同增强效应。同时，显著的韧性主要归因于由两种机制引起的改善应变硬化能力和延迟颈缩：(i) 在再结晶晶粒中形成高密度堆叠错位、Lomer-Cottrell锁和形变孪晶；(ii) 在γ'纳米颗粒和基体之间的界面处大量位错堆积。这些发现表明，部分再结晶结构的设计具有解决镍基合金强度-韧性权衡问题的巨大潜力。
基于拓扑变形技术的细胞自动机方法研究锻造42CrMoA钢的热变形行为 (this opens in a new tab)
Investigation of hot deformation behavior of forged 42CrMoA steel by cellular automata method based on topological deformation technique
Xingwang Duan, Yingqing Chen, Yue Jia, Xin Che & Jiachen Liu
为了研究锻造42CrMoA钢在热变形过程中的动态再结晶（DRX）行为，本文进行了锻造42CrMoA钢在不同变形条件（应变率、温度和应变）下的热变形实验。确定了锻造42CrMoA钢的热变形活化能为413627.2J·mol-1。建立了该钢的本构模型和DRX动力学模型。分析重构的母相晶粒表明，当应变恒定时，随着变形温度的升高和应变率的降低，母相晶粒的平均尺寸和DRX体积分数逐渐增大，峰值应力逐渐降低。当变形温度和应变率恒定时，随着应变的增大，母相晶粒的平均尺寸逐渐减小，DRX的体积分数逐渐增大。基于细胞自动机理论模型，并考虑到晶粒变形对DRX过程的影响，建立了基于拓扑变形技术的锻造42CrMoA钢的细胞自动机动态再结晶（T-DRX-CA）模型，并模拟了不同变形条件下的微观结构演变。模拟了不同变形条件下的微观结构演变，并与实验结果进行了比较。结果表明，母相平均晶粒尺寸、DRX体积分数和峰值应力的模拟值与实验值的平均误差均小于8%，模拟结果与实验值吻合良好，这表明建立的模型可以准确预测锻造42CrMoA钢在热变形过程中的DRX行为。图形摘要基于拓扑变形技术的细胞自动机动态再结晶（T-DRX-CA）模型研究了锻造42CrMoA钢在不同变形条件下的热变形行为。结果表明，母相平均晶粒尺寸、DRX体积分数和峰值应力的模拟值与实验值的平均误差均小于8%，模拟结果与实验值吻合良好，这表明建立的模型可以准确预测锻造42CrMoA钢在热变形过程中的DRX行为。
Cu微结构在Cu/Sn/Cu微焊点等温老化过程中的作用 (this opens in a new tab)
Role of Cu microstructure during isothermal aging of Cu/Sn/Cu micro solder joints
H. Wei, Z. J. Zhang, Q. Shi, X. Zhou & W. R. Liang
随着焊点尺寸的不断缩小，凸点金属化（UBMs）的晶粒特性对界面反应的影响暴露出来。本文研究了Cu UBM的晶粒特性对Cu/Sn/Cu微焊点在150℃等温老化过程中界面金属间化合物的生长和Kirkendall空洞的形成的影响。选择电镀多晶Cu（EP-Cu）、（111）单晶Cu（（111）Cu）和（111）纳米孪晶Cu（（111）nt-Cu）作为UBMs。经过再流焊后，形成在（111）nt-Cu上的Cu6Sn5晶粒接近于取向(21-1-3)，而在EP-Cu和（111）Cu上则随机形成。在等温老化过程中，Cu6Sn5晶粒在（111）nt-Cu UBM上表现出最高的生长速率，在（111）Cu UBM上表现出最慢的生长速率，这是由于三种具有不同晶粒特性的Cu UBMs之间扩散路径的数量不同。此外，在（111）Cu UBM上未检测到Kirkendall空洞，然而，在（111）nt-Cu UBM上检测到了大量的Kirkendall空洞，这可以归因于三种Cu UBMs中的扩散路径和杂质。这些结果将为3D封装互连技术中微焊点的Cu UBMs的选择提供理论和实践建议。
中高熵合金填料对AA5083板材通过GTAW工艺连接后的微观结构和腐蚀行为的影响 (this opens in a new tab)
Influence of medium- and high-entropy alloy fillers on microstructures and corrosion behaviour of AA5083 plates joined by GTAW process
K. Kaviyarasan, R. Soundararajan, S. Sivasankaran & A. Sathishkumar
本研究调查了中高熵合金填料（4E MEA- Al0.25Fe0.25Ni0.25Cu0.25，和5E HEA-Al0.20Fe0.20Ni0.20Cu0.20Ti0.20）对通过GTAW工艺连接的AA5083板材的微观结构和腐蚀行为的影响。MEA和HEA填料是通过CCW方法制造的，而ER5356填料被用作比较。本研究深入探讨了合金填料对焊接接头微观结构特性和腐蚀抗性的影响。焊接样品的XRD结果显示了FCC和BCC相的存在。焊接件的EBSD数据揭示了独特的晶粒形态：在WZ、HAZ和BM中分别有长柱状晶粒、粗晶粒和细等轴晶粒。焊接件的微观结构调查揭示了具有细分布的晶粒和强烈的AA5083基材和填料线之间的键合的异质结构，这受到构成元素的影响。MEA和HEA焊接件没有金属间化合物或沉淀物。在室温电位动态极化测试中，HEA的极化电阻是ER5356的3.76倍，而MEA的是ER5356的3.15倍。更高的腐蚀抗性是由于晶粒细化、晶界增多和强被动膜的形成。相反，在高温腐蚀实验中，5E-HEA和MEA焊接件的质量损失比ER5356焊接件的质量损失低4.87和3.09倍。腐蚀表面形态揭示了ER5356焊接件有更深的坑，而MEA和5E-HEA焊接件的坑的尺寸较小。氧化膜层在腐蚀表面的形成提高了腐蚀抗性。X射线光电子能谱（XPS）的发现显示了所有焊接件的金属氧化层沉积。研究人员观察到，等摩尔的MEA和HEA填料线可以增加耐久性，并可以在造船行业中使用。图形摘要
AlSi9Cu3.5铸造合金的热机械疲劳行为及其寿命预测 (this opens in a new tab)
Thermomechanical fatigue behavior and its life prediction of AlSi9Cu3.5 cast alloy
Peng Hu, Kun Liu, Lei Pan & X.-Grant Chen
高效率发动机中的高温和高压增加了热机械疲劳（TMF）的风险，限制了铝铸造合金的使用。对TMF行为的全面理解对于发动机组件的安全设计至关重要。在这项研究中，我们调查了一种新开发的AlSi9Cu3.5铸造合金在温度循环在60和300℃之间，应变幅度从0.2到0.6%的条件下的相位外热机械疲劳（OP-TMF）性能，该合金预计将用于关键的发动机组件。在疲劳过程中，由于θʹ颗粒的粗化，测试合金中发生了循环应力软化，这些颗粒是疲劳测试前T7状态下的主要沉淀物。施加的应力加速了沉淀物的粗化过程，导致每个周期的粗化速率常数增加。在TMF加载下，塑性变形是控制疲劳过程的主要机制。随着应变幅度的增加，观察到TMF的寿命减少。断裂分析表明，疲劳裂纹在样品表面附近的多个起始点，包括孔洞、断裂的板状Si颗粒和破碎的金属间颗粒。一个基于滞回能量的模型成功地应用于疲劳寿命的预测，预测的疲劳寿命与实验数据非常吻合。与常用的Al-Si合金（如319和356）相比，新的AlSi9Cu3.5合金表现出优越的OP-TMF性能。
为增材制造开发二元和三元聚酯形状记忆混合物 (this opens in a new tab)
Development of binary and ternary polyester shape memory blends for additive manufacturing
Luis E. Lares Carrillo, Yareli O. Gonzalez, Marilyn Parga, Katia Lizbeth Delgado Ramos, Nadya Neparko & David A. Roberson
本工作的目标是为熔融沉积制造的增材制造技术创建形状记忆聚合物混合物。我们采取了迭代的方法来开发由聚己内酯（PCL）和热塑性聚氨酯（TPU）组成的二元混合物。质量相等的PCL和TPU的组成展现出了最佳的机械和形状记忆性能。然后，我们决定将PCL、TPU和聚乳酸（PLA）复合成三元混合物，其中所有组分的质量都相等。选择这些成分是因为它们都是具有相似希尔德布兰德溶解度参数的长链聚酯，因为它们具有生物相容性，以及因为它们自身都具有一定程度的形状记忆性能。我们进行了动态机械分析，以确定在室温下变形的样品的恢复温度。扫描电子显微镜被用来对已使用的拉伸试验样品的断裂表面进行分析。X射线衍射被用来探索与混合材料结晶性有关的方面。透射电子显微镜被用来表征混合物成分的混合情况，其中发现二元和三元混合物都是不混溶的。这里展示的工作证明了基于结构、聚合物家族和溶解度参数的材料选择作为开发多成分聚合物混合物而不使用相容剂的策略。