将 Ti-46Al-8Nb合金置于 BaZrO3/Al2O3复合模壳中, 在氩气气氛下, 于 1 650℃分别保温不同时间。通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜、 X射线衍射仪及电感耦合等离子体发射光谱仪等分析了复合模壳与合金熔体接触后的界面形貌及合金中耐火材料元素的溶解量, 研究了模壳与熔体间界面反应。结果表明: 分别保温 30、60 min和 120 min后, 模壳面层受熔体侵蚀并持续发生溶解反应, 侵蚀层厚度分别为 1 510、2 476 μm和 3 574 μm, 侵蚀机理符合扩散型溶解机制控制的动力学模型。合金中 O、Zr、Y和 Si含量及显微硬度均随保温时间增加而增加。凝固后合金表面形成附着层并有新相形成, 其物相为 BaAl2O4和 Y4Al2O9, 合金基体生成 (Ti, Zr)5(Si, Al)3和 Y4Al2O9 2种夹杂物, 其含量随保温时间增加而增加。

以BaZrO3为面层材料和Al2O3为背层材料, 在1 600 ℃保温8 h烧结制备BaZrO3/Al2O3复合模壳。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜结合能谱仪等手段观察了面层与背层界面结合层水化前和水化后的物相与显微结构变化, 分析了模壳内界面结合层的水化过程及损毁机理, 并通过TiAl合金定向凝固实验, 研究了模壳损毁对定向凝固合金的影响。结果表明, 模壳面层BaZrO3与背层Al2O3在高温烧结过程中, 在界面结合处生成BaAl2O4; 而BaAl2O4在水化后生成Ba(AlO(OH)2)2、Ba2Al4(OH)16和Ba3(Al(OH)6)2, 导致晶粒体积变化破坏晶粒间结合力, 引发模壳裂纹的生成而导致损毁。在定向凝固过程中, 生成的裂纹会成为TiAl合金熔体渗透的通道, 而导致模壳出现熔体泄露, 并进一步导致了定向凝固的TiAl合金铸件中杂晶的出现。

以SrCO3和ZrO2为原料、二者摩尔比为2:1，在1 400 ℃通过高温固相合成法制备了锆酸锶质氧化物耐火材料，并在1 750 ℃烧成制备坩埚，将其用于富钛含量Ti2Ni合金的感应熔炼，并与锆酸钡坩埚在合金熔炼的稳定性表现进行了对比研究。通过X射线衍射仪，扫描电子显微镜和光学显微镜，分析研究了锆酸锶质氧化物耐火材料的相组成及微结构，耐火材料与钛合金熔体的界面反应层及熔体受耐火材料的污染程度。结果表明：锆酸锶质氧化物耐火材料主要由Sr3Zr2O7、Sr2ZrO4和SrO三相共存，动力学反应时间不足是导致Sr2ZrO4单相无法生成的主要原因。锆酸锶质氧化物和锆酸钡坩埚熔炼Ti2Ni合金后的坩埚受侵蚀层分别为1 250 μm和2 120 μm，而合金中氧含量平均值分别为0.332%(质量分数)和0.566%。说明锆酸锶质氧化物耐火材料对Ti2Ni合金熔体稳定性优于锆酸钡耐火材料。

为了解决铝材表面激光处理无法形成高色差、高对比度的黑色图形问题,以阳极氧化5052铝合金为研究对象,选用脉冲宽度为4 ns的光纤激光器,设定扫描速度为130 mm/s,频率为300 kHz,扫描间距为0.005 mm,设定功率为27%P₀~33%P₀(P₀为激光器的额定功率),以得到高色差、高对比度的黑色图形,研究激光功率对图形对比度及微观形貌的影响,分析阳极氧化铝表面激光处理形成图形的机理。结果表明:当激光功率超过1.64 W时,激光能量达到铝材熔化阈值,材料表面开始形成图形,随着功率的增大,对比度逐渐上升;当激光功率增大到2.13~2.76 W时,铝材表面熔化与蒸发形成细裂纹的微观形貌,宏观显示为黑色,对比度达到最大;激光功率增大至3.32 W后,铝材表面完全熔化,细裂纹形貌消失,宏观显示为灰白色,对比度下降。该技术有助于激光与铝材作用机理的进一步研究,对推动物联网技术的发展具有重要意义。

通过皮秒激光对304不锈钢表面进行刻蚀获得了光栅微纳结构,分析了该微纳结构的尺寸及该不锈钢的表面形貌,研究了不同激光加工参数对微纳结构的影响。结果表明,平均功率对激光烧蚀率及光栅微纳结构尺寸具有显著影响;增大扫描速率,光栅微纳结构深度减小,宽度基本保持不变,激光烧蚀率呈不规则波动;加工次数的增大则会减小激光烧蚀率。激光加工不锈钢表面制备微纳结构的较优工艺条件为高平均功率、较大扫描速率和小加工次数,在该工艺条件下微纳加工不锈钢表面获得了超疏水性能。