MoS?/NiS?/CoS?异质结纳米棒的缺陷工程设计，以实现高效的尿素辅助水分解

《Journal of Alloys and Compounds》：Defect engineering of MoS 2/NiS 2/CoS 2 Heterojunction Nanorod for efficient Urea Assisted Water Splitting

激光直接能量沉积（LDED）制备的Ti-6Al-4V合金经不同退火处理策略后，其微观结构演变与力学性能变化规律研究。结果表明：等温退火温度升高导致α相平均宽度增大和β相体积分数升高；循环退火通过调控位错结构和形成短棒状α相、球状α相及次生α纳米层片的三模态组织，使延伸率提升111.9%，实现强度与塑性的优化匹配。建立了α相宽度与力学性能的数学模型以指导性能预测。

　　本研究聚焦于激光定向能量沉积（LDED）技术制备的Ti-6Al-4V钛合金，在不同退火热处理（AHT）策略下对其微观结构演变和力学性能的影响进行了系统分析。Ti-6Al-4V作为一种典型的α+β双相钛合金，因其优越的强度与重量比、良好的耐腐蚀性和优异的生物相容性，广泛应用于高端航空航天推进系统、新能源设备和生物医学植入物等领域。然而，LDED技术在制造过程中，由于熔池快速冷却导致细小的α′马氏体形成，并积累残余热应力，从而影响了最终产品的力学性能。这种材料通常表现出较高的强度，但塑性较低，这在实际应用中可能引发局部变形和裂纹萌生，进而导致脆性断裂，对结构安全构成威胁。因此，提高LDED钛合金的塑性成为关键研究方向。

退火热处理作为提升材料性能的一种有效手段，能够在一定程度上优化其微观结构，进而改善力学性能。传统退火方法如等温退火，通常在单一温度下进行，虽然可以提高塑性，但也伴随着强度和硬度的显著下降。相比之下，循环退火则展现出独特的优势。循环退火不仅能够重塑位错结构，还能形成一种三模态微观结构，包括短棒状α相、球状α相以及β相内部的次级α纳米层（α_s）。这种三模态结构的形成与元素扩散驱动的奥斯特瓦尔德熟化机制密切相关，同时也受到亚晶界处β相碎裂的影响。循环退火的另一特点是通过连续的α相演变过程，使得材料在保持较高强度的同时显著提升塑性。

本研究通过对比等温退火和循环退火对LDED钛合金的影响，发现经过循环退火处理后，材料的延伸率（EL）提升了111.9%，达到强度与塑性的最佳平衡。这一结果归因于三模态微观结构的形成以及位错结构的演变。此外，研究还对拉伸过程中材料的加工硬化行为进行了分析，并建立了一个将平均α′/α相宽度与力学性能相关联的数学模型，以简化对材料性能的预测。通过系统研究等温和循环退火对LDED钛合金微观结构演变的影响，本研究旨在识别出最佳的强度-塑性组合，并为实际工程应用提供理论指导。

Ti-6Al-4V钛合金在LDED技术中的制造过程具有独特性。LDED技术通过将激光束聚焦在金属粉末上，沿着数字定义的路径进行熔化和沉积，从而实现无模具、近净成形的三维结构制造。这种制造方式具有较高的构建效率，能够处理复杂的自由形表面结构，适用于航空航天、生物医学等对材料性能要求较高的领域。然而，LDED制造过程中熔池的快速冷却会导致大量α′马氏体的形成，并积累残余热应力，这些因素在一定程度上限制了材料的力学性能，使其表现出高强度但低塑性的特点。因此，如何通过热处理手段优化材料的微观结构，提高其塑性，成为当前研究的重要课题。

在材料制备过程中，研究采用了一种商业化的预合金化球形Ti-6Al-4V粉末，其化学成分包括6.06%的Al、4.03%的V、0.03%的Fe、0.09%的O、0.01%的C，其余为Ti（wt.%）。为了确保材料的均匀性和稳定性，研究使用了一块热轧的Ti64板材作为基底。在沉积前，基底表面依次用180#至2000#的SiC砂纸打磨，然后在乙醇中进行超声波清洗，以去除表面杂质和氧化物。LDED制造过程结束后，材料被进一步进行等温退火和循环退火处理，以研究其在不同热处理条件下的微观结构演变和力学性能变化。

XRD分析结果显示，所有样品均表现出六方密堆积的α′/α相和体心立方的β相。在LDED制造过程中，由于熔池冷却速度极快（可达10^4°C/s），原子扩散受到严重限制，导致形成大量的亚稳态、过饱和的α′马氏体。因此，原始状态的材料主要由α′马氏体构成，而β相的衍射峰相对较弱。随着退火温度的升高，α相的粗化程度增加，β相的体积分数也相应上升。这一现象表明，随着温度的升高，更多的α相转变为β相，从而改变了材料的微观结构。

在等温退火处理中，样品在850°C和900°C下进行退火，发现随着温度的升高，α相的粗化程度增加，而β相的体积分数也随之增加。然而，与在950°C下退火的样品相比，850°C和900°C下的退火处理对α相的粗化程度有限。这种有限的粗化主要是由于在较高温度下，更多的α相发生转变，形成β相，从而减少了α相的粗化程度。在后续冷却过程中，这些变化进一步影响了材料的微观结构和力学性能。

循环退火处理则展现出不同的效果。在875-975°C的循环退火过程中，样品的微观结构发生了显著变化，形成了三模态结构。短棒状α相和球状α相的形成与奥斯特瓦尔德熟化机制有关，而次级α纳米层（α_s）的形成则与连续的α相演变过程相关。这种三模态结构的形成使得材料在保持较高强度的同时，显著提高了塑性。研究还发现，循环退火处理后的材料在拉伸过程中表现出更好的加工硬化行为，这与材料内部位错结构的演变密切相关。

为了进一步验证这些发现，研究对所有处理条件下的材料进行了显微硬度和拉伸性能的测试。结果显示，经过循环退火处理的样品在保持较高强度的同时，其延伸率显著提高。这一结果表明，循环退火处理不仅能够优化材料的微观结构，还能在不牺牲强度和硬度的前提下显著提升塑性。此外，研究还建立了一个将平均α′/α相宽度与力学性能相关联的数学模型，该模型有助于快速预测材料的性能。这一模型的建立为后续的材料设计和优化提供了理论支持。

通过系统研究等温退火和循环退火对LDED钛合金的影响，研究发现，退火温度的升高会促进α相的粗化和β相的形成，从而改变材料的微观结构。而循环退火则能够重塑位错结构，形成三模态微观结构，显著提升材料的塑性。这一发现不仅为优化LDED钛合金的性能提供了新的思路，也为相关工程应用提供了理论依据。研究还表明，通过调整退火温度和处理方式，可以实现对材料微观结构的精确控制，从而满足不同应用场景对材料性能的需求。

综上所述，本研究通过对比等温退火和循环退火对LDED钛合金的影响，发现循环退火在提升材料塑性方面具有显著优势。循环退火不仅能够形成三模态微观结构，还能通过重塑位错结构，显著改善材料的力学性能。这一研究结果为未来在LDED技术中优化材料性能提供了新的方向，并为相关工程应用提供了理论支持。通过深入研究材料的微观结构演变机制，研究还揭示了不同热处理策略对材料性能的影响规律，为材料科学领域的发展贡献了新的见解。