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  • 2022年第51卷第2期文章目次
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    • γ相尺寸對一種含Re單晶鎳基高溫合金中溫持久性能的影響

      2022, 51(2):369-373. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210751

      摘要 (1044) HTML (302) PDF 5.99 M (1264) 評論 (0) 收藏

      摘要:通過改變含Re單晶鎳基高溫合金熱處理過程中的一次時效溫度(1150, 1180 和1200 ℃),獲得了3種不同形貌和尺寸的γ′相。隨后,對含有不同γ′形貌的3種樣品進行了中溫高應力(760 ℃/800 MPa)持久試驗。結(jié)果表明,γ′相的大小對單晶高溫合金的持久性能有很大影響。適當增大γ′相的尺寸可以促進合金的均勻變形,從而提高合金的中溫持久壽命。

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    • 0.74BiFe1- x Ga x O3-0.26BaTiO3 高溫無鉛壓電陶瓷的相變行為及電性能

      2022, 51(2):374-377. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210623

      摘要 (459) HTML (213) PDF 2.99 M (1093) 評論 (0) 收藏

      摘要:準同型相界(MPB)對提升壓電陶瓷的壓電性能具有重要的作用。BiFeO3-BaTiO3體系的準同型相界通常位于0.70BiFeO3-0.30BaTiO3組分附近。然而,對于BiFeO3-BaTiO3體系,BaTiO3含量越高其居里溫度越低。因此,在較低的BaTiO3含量組分附近構建準同型相界是使其同時獲得良好的壓電活性和高居里溫度的有效策略。采用固相法制備了0.74BiFe1-xGaxO3-0.26BaTiO3x=0~0.05)系列無鉛壓電陶瓷,研究了Ga含量對其物相結(jié)構與電性能的影響。結(jié)果表明:隨著Ga含量的增加,陶瓷樣品從三方相逐漸向贗立方相轉(zhuǎn)變。當x≤0.01,陶瓷樣品為三方相結(jié)構;而當0.04≤x≤0.05,陶瓷樣品為贗立方結(jié)構,在0.02≤x≤0.03形成了準同型相界(三方-贗立方)。另外,由于容忍因子的升高,該系列陶瓷的居里溫度隨著Ga含量的增加而略有降低。位于準同型附近的陶瓷樣品表現(xiàn)出良好的壓電活性和較高的居里溫度。

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    • >材料科學
    • Ti-Cu-Ni-Nb-Al-Zr-Hf非晶釬料合金真空釬焊Ti50Al50 接頭的界面組織與剪切強度

      2022, 51(2):378-385. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200940

      摘要 (529) HTML (241) PDF 3.83 M (1089) 評論 (0) 收藏

      摘要:在釬焊溫度1140~1220 ℃、釬焊時間30 min的工藝參數(shù)下,采用Ti-9.5Cu-8Ni-8Nb-7Al-2.5Zr-1.8Hf(質(zhì)量分數(shù),%)非晶釬料成功實現(xiàn)了Ti50Al50 (at%)合金的真空釬焊連接,并研究了釬焊溫度對釬焊接頭的顯微組織、剪切強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明,在任何釬焊溫度下獲得的Ti50Al50釬焊接頭均有3個界面反應層且每個反應層都含有α2-Ti3Al和Ti2Cu(Ni) 2個物相。隨著釬焊溫度的增加,α2-Ti3Al和Ti2Cu(Ni)在釬焊接頭中的尺寸與分布發(fā)生了明顯的變化,尤其是等溫凝固層Ⅱ中的Ti2Cu(Ni)相。1200 ℃下穩(wěn)定存在的連續(xù)α2-Ti3Al層Ⅰ對母材和釬料原子的相互擴散具有阻隔壁壘作用,溫度一旦超過1200 ℃,α2-Ti3Al相變得不穩(wěn)定使得連續(xù)α2-Ti3Al層被打破從而失去阻隔壁壘效應。在釬縫中析出且彌散分布的α2-Ti3Al對焊縫中物相的形成可以起到抑制形核和細化晶粒的作用。隨著釬焊溫度升高,Ti50Al50釬焊接頭平均抗剪切強度先增加后減小,在釬焊溫度1180 ℃、釬焊時間30 min時釬焊接頭的抗剪切強度最大,達184 MPa。剪切斷口表面呈典型解理斷裂特征且α2-Ti3Al占絕大多數(shù)。

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    • 航空航天緊固件用TC16鈦合金在冷壓縮過程中的組織演變

      2022, 51(2):386-391. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200935

      摘要 (459) HTML (209) PDF 7.07 M (1205) 評論 (0) 收藏

      摘要:為了解鈦合金在冷壓縮過程中的變形機理和微觀組織演變,使用Gleeble 3800熱模擬試驗機進行冷壓縮試驗。在冷壓縮試驗中,通過不同應變(0.2、0.4、0.6、0.8和1.0)和不同應變率(0.1、1.0和10.0 s-1),來研究應變和應變率對鈦合金冷變形中微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,較大的真應變和較高的應變率容易使材料內(nèi)部產(chǎn)生局部晶粒粗化和絕熱剪切帶。真應變應選擇在0.2~0.6的范圍內(nèi)。1.0 s-1的應變速率下,組織均勻且晶粒細小,適合冷變形。在冷變形過程中觀察到的變形軟化主要是由在較大的真應變和應變速率下產(chǎn)生的絕熱溫升和局部晶粒粗化引起的。

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    • 粉末冶金法制備Al x CuFeNiCoCr高熵合金及其性能

      2022, 51(2):392-399. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200943

      摘要 (530) HTML (216) PDF 9.92 M (1308) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用粉末冶金法制備了AlxCuFeNiCoCr高熵合金。研究了鋁含量對合金性能和組織的影響,并討論了合金制備過程中晶粒性能的變化。結(jié)果表明,在球磨過程中合金晶粒細化,且合金晶粒尺寸隨Al含量的增加而增大。在燒結(jié)過程中,合金中會產(chǎn)生新的晶粒,并首先吸收一定熱量形成含Al的金屬間化合物。在1200 ℃加熱2 h后,獲得具有簡單晶體結(jié)構的相,證實了高熵合金的形成。根據(jù)獲得的能譜,合金組成均勻,合金化程度高。然而,隨著Al含量的增加,出現(xiàn)了少量具有高Al含量的高對比度區(qū)域。合金具有良好的高溫抗氧化性能和抗電化學腐蝕性能。隨著鋁含量的增加,合金的高溫抗氧化性能提高。當Al含量為1mol%時,自腐蝕電壓為-235 mV。隨著Al含量的增加,硬度也增加。結(jié)果表明,當Al含量為1mol%時,合金具有最佳綜合性能。

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    • 銅元素對304L不銹鋼熱加工性能的影響

      2022, 51(2):400-407. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210604

      摘要 (679) HTML (213) PDF 13.44 M (1199) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用Gleeble-3800熱模擬試驗機對含銅304L不銹鋼進行熱壓縮實驗,變形溫度為900~1150 ℃,應變速率為0.01~20 s-1,并通過應力-應變曲線構建其熱加工圖。結(jié)果表明,隨著銅含量的增加(0%Cu-304L,2.42%Cu-304L,3.60%Cu-304L),較好的熱加工溫度范圍從200 ℃降低到75 ℃。微觀組織分析發(fā)現(xiàn):該材料失穩(wěn)的主要原因有局部流動失穩(wěn)、剪切帶、空洞和裂紋;在熱變形過程中,塑性變形能在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱量,導致變形材料局部溫度升高,這使得熔點相對較低的銅偏析區(qū)易融化從而形成孔洞,成為裂紋的來源,降低了材料的熱加工性。

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    • 碘化多壁碳納米管制備含有Ag/MWCNTs復合材料的銀-環(huán)氧樹脂漿料

      2022, 51(2):408-413. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200995

      摘要 (447) HTML (217) PDF 4.78 M (1177) 評論 (0) 收藏

      摘要:提出一種將多壁碳納米管碘化后制備銀/多壁碳納米管(Ag/MWCNTs)復合材料的方法。通過球磨對碘化多壁碳納米管進行了功能化,并通過透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜和熱重分析(TG)對其進行了表征。結(jié)果表明,經(jīng)碘化處理后,銀納米粒子(Ag-NPs)能更好地粘附在碳納米管表面,改善了銀納米粒子與碳納米管之間的連接。羥基(-OH)基團的伸縮振動明顯增強,激活了碳納米管的表面,增加了碳納米管表面Ag+形核的數(shù)量。在260 ℃以下,Ag/MWCNTs復合材料的質(zhì)量損失小于MWCNTs的質(zhì)量損失。最后,制備了銀-環(huán)氧樹脂漿料,發(fā)現(xiàn)使用Ag/MWCNTs復合物制備的漿料具有最低的電阻率和最高的熱導率。

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    • 放電等離子燒結(jié)法制備石墨烯-銅鉻鋯合金的組織與性能

      2022, 51(2):414-421. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200944

      摘要 (451) HTML (245) PDF 5.89 M (1134) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用低能球磨和放電等離子燒結(jié)法制備了石墨烯(GNPs)增強銅基復合材料。研究了石墨烯含量對復合材料微觀結(jié)構和性能的影響。結(jié)果表明,隨著石墨烯含量的增加,復合材料的力學性能呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。其中,當石墨烯含量為0.25%(質(zhì)量分數(shù))時,復合材料的極限抗壓強度為409 MPa,合金的導電率高達90% IACS。石墨烯含量的增加導致其在銅基體中的團聚現(xiàn)象嚴重。此外,隨著石墨烯含量的增加,合金的磨損率不斷下降。石墨烯的加入顯著改善了摩擦性能。屈服強度的增加是由于石墨烯在銅基體中的均勻分布。同時,載荷從銅基體轉(zhuǎn)移到鉻顆粒和石墨烯中,有效地阻礙了位錯運動。

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    • 鎳包覆氧化鋁增強鐵基復合材料的界面行為及其耐磨性

      2022, 51(2):422-428. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200982

      摘要 (393) HTML (210) PDF 16.27 M (1175) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用化學沉積法在Al2O3表面制備了Ni鍍層,將所制得的Ni包覆Al2O3顆粒(Al2O3p@Ni)作為鐵基體的增強顆粒,采用SPS法制備了鍍鎳氧化鋁增強鐵基復合材料(Al2O3p@Ni/Fe)。通過優(yōu)化化學鍍工藝,使得Al2O3表面被Ni層均勻覆蓋。Ni鍍層呈典型的花椰菜狀結(jié)構,尺寸為1~4 μm,施鍍過程中鎳首先沉積在Al2O3表面的凹坑和孔洞中,然后逐漸長大向外擴展。Ni鍍層與Al2O3緊密結(jié)合,厚度可達100 μm。在燒結(jié)過程中,Ni鍍層不僅提高了Al2O3與鐵基體之間的潤濕性,而且促進了Al2O3與鐵基體在界面處的擴散和反應。最終,通過機械結(jié)合、擴散反應和冶金反應形成了Al2O3/NiAl2O4/(Al0.8Cr0.2)2O3/NiFe2O4/Ni/鐵基體界面,大大提高了界面結(jié)合強度。同時,對Al2O3p@Ni/Fe復合材料和無表面處理的Al2O3p/Fe復合材料進行了磨損試驗,結(jié)果表明,與Al2O3p/Fe復合材料相比,Al2O3p@Ni/Fe復合材料的磨損質(zhì)量損失降低了50%,摩擦系數(shù)降低了12.5%。Al2O3p@Ni/Fe復合材料的耐磨性明顯提高。

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    • 考慮加工硬化和動態(tài)軟化的FeCrNiMn中熵合金本構模型

      2022, 51(2):429-435. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200055

      摘要 (382) HTML (219) PDF 2.52 M (1105) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用等溫壓縮分析了Fe0.25Cr0.25Ni0.25Mn0.25中熵合金在900~1050 ℃、0.001~1 s-1應變速率范圍內(nèi)的流變行為。結(jié)果表明,熱變形以動態(tài)再結(jié)晶為主,與其他低堆垛層錯能的合金一樣,流變曲線呈單峰形狀。建立了本構模型來描述整個變形過程,分析了加工硬化行為和動態(tài)軟化過程。利用Kocks-Mecking圖發(fā)現(xiàn),在加工硬化階段,合金的硬化速率隨應力呈線性降低,因此應力-應變行為可以用傳統(tǒng)的位錯密度模型來描述。同時,采用經(jīng)典的JMAK方程描述由動態(tài)再結(jié)晶引起的軟化過程。此外,對本構模型進行了進一步的修改,減少了參數(shù)的數(shù)量,簡化了回歸分析。所提出的半物理模型不僅可以準確地預測應變范圍外的應力-應變行為,而且可用于其他低層錯能合金。

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    • 非晶層對單晶鍺納米切削影響的分子動力學研究

      2022, 51(2):436-441. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200942

      摘要 (365) HTML (230) PDF 4.96 M (1049) 評論 (0) 收藏

      摘要:為探究非晶層結(jié)構對單晶鍺納米切削機制和力學特性的影響,采用分子動力學方法模擬不同非晶層厚度的非晶-晶體層狀結(jié)構(A-C模型)的納米切削過程。對納米加工中切削力波動規(guī)律,應力狀態(tài),亞表面損傷和材料去除等關鍵問題進行分析。結(jié)果表明:非晶鍺(A-Ge)厚度的增加使得切削力和應力減小,切削溫度升高;材料的可塑性隨著A-Ge厚度的增加而增強,這是由于切削溫度升高時A-Ge的軟化所致;當A-Ge的厚度與切削深度相同時,材料具有較低的亞表面損傷和較大的材料去除率,因此具有優(yōu)異的力學性能。

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    • 基于基團貢獻法估算(富鋰)鋰離子電池正極材料Li1+ xM 1- x O2 的熱力學性質(zhì)

      2022, 51(2):442-451. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200963

      摘要 (392) HTML (217) PDF 902.92 K (1087) 評論 (0) 收藏

      摘要:富鋰Li1+xM1-xO2材料的研究主要集中在其結(jié)構和電化學性能上,而很少關注其熱力學性能。開發(fā)具有高能量密度和容量的新型富鋰材料取決于這種材料的結(jié)構、熱力學性質(zhì)和電化學性質(zhì)之間的固有關系。對富鋰材料Li1+xM1-xO2的熱力學性質(zhì)了解不足,使得新型Li1+xM1-xO2材料的開發(fā)和利用受到限制。鑒于Li1+xM1-xO2材料缺乏熱力學數(shù)據(jù),根據(jù)基團貢獻方法的原理對LiAlO2進行拆分?;跓崃W原理,提出了用于估計LiAlO2的ΔGθf,298、ΔHθf,298Cp的數(shù)學模型。采用基團貢獻法估算了56種固體無機化合物的ΔGθf,298和ΔHθf,298以及54種固體無機化合物的Cp,298,以檢驗該模型的可靠性和適用性。利用基團貢獻法估算了固體無機化合物的數(shù)學模型。利用基團貢獻法擬合的基團參數(shù)選擇的實驗數(shù)據(jù)準確可靠。在結(jié)果令人滿意的基礎上,建立了用于估算3種類型的Li1+xM1-xO2材料的ΔGθf,298,ΔHθf,298Cp的數(shù)學模型,并估算了63種常見Li1+xM1-xO2材料的ΔGθf,298、ΔHθf,298Cp,298。

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    • U-Nb形狀記憶合金熱彈性馬氏體相變的相場模擬

      2022, 51(2):452-460. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200993

      摘要 (442) HTML (262) PDF 7.13 M (1094) 評論 (0) 收藏

      摘要:U-Nb形狀記憶合金具有優(yōu)異的抗腐蝕性和力學性能,其中亞穩(wěn)α?相的典型微觀組織為多層級孿晶馬氏體。利用相場法模擬α?相熱彈性馬氏體的形成過程。結(jié)果表明,在彈性應變能最小化的驅(qū)動下,獲得了多種自協(xié)調(diào)馬氏體組織,也發(fā)現(xiàn)了多種自協(xié)調(diào)模式。對比本研究模擬結(jié)果和文獻中的實驗結(jié)果,認為相變變形梯度矩陣的反對稱性和界面兼容性顯著影響變體結(jié)對和孿晶面。另外,基于變體重排過程,預測了相變態(tài)組織在變形初期的織構演化。

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    • Inconel 617合金高溫熱變形行為與組織演變

      2022, 51(2):461-468. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200973

      摘要 (469) HTML (204) PDF 7.67 M (1111) 評論 (0) 收藏

      摘要:為解決Inconel 617合金的高溫加工問題,對鍛造Inconel 617合金的高溫熱變形行為進行了研究。利用Gleeble-3500熱模擬試驗機研究了Inconel 617合金在900~1200 ℃、應變速率為0.001~10 s-1范圍內(nèi)的熱塑性行為。推導了該溫度和應變速率下的本構方程,得到了該溫度范圍內(nèi)的熱加工圖。用電子背散射衍射研究了合金壓縮后的動態(tài)再結(jié)晶。確定了失穩(wěn)區(qū)的位置,并表明在熱變形條件下,確實發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶,獲得了細小的晶粒。Inconel 617熱處理的最佳溫度范圍為1075~1175 ℃,該溫度范圍處于材料的安全區(qū)。

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    • 氟轉(zhuǎn)化處理AZ31B鎂合金冠脈支架的血液相容性

      2022, 51(2):469-473. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200932

      摘要 (360) HTML (199) PDF 3.42 M (1253) 評論 (0) 收藏

      摘要:基于鎂及鎂合金優(yōu)異的生物降解性、生物相容性和綜合力學性能,對鎂合金在血管支架領域的應用進行了探索。采用轉(zhuǎn)化處理在AZ31B鎂合金表面成功制備出氟轉(zhuǎn)化涂層;隨后分別采用溶血實驗、凝血試驗和血小板黏附試驗研究了氟轉(zhuǎn)化處理后的AZ31B鎂合金的血液相容性能;為了分析其血液相容性能的機制,同時開展了材料表面能的測定。結(jié)果表明,氟轉(zhuǎn)化處理AZ31B鎂合金在冠脈介入治療領域極具應用潛力。

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    • 擠壓態(tài)生物可降解鎂合金Mg-2Zn-1Y-0.5Zr的顯微組織、力學性能和腐蝕行為

      2022, 51(2):474-483. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200996

      摘要 (456) HTML (243) PDF 20.28 M (1616) 評論 (0) 收藏

      摘要:研究了擠壓溫度對擠壓態(tài)Mg-2Zn-1Y-0.5Zr生物可降解鎂合金動態(tài)再結(jié)晶、織構和拉伸性能的影響,基于顯微組織和腐蝕形態(tài)闡述了擠壓態(tài)合金在模擬體液中的腐蝕機理。結(jié)果表明,在440 ℃(E440)下擠壓的合金出現(xiàn)雙峰結(jié)構,具有粗大的未再結(jié)晶(unDRXed)晶粒和細小的再結(jié)晶(DRXed)晶粒。未再結(jié)晶區(qū)域的變形晶粒對織構強度的影響最大。460 ℃的擠壓合金(E460)具有均勻的再結(jié)晶晶粒,晶粒細化后拉伸性能顯著改善。同時,均勻的再結(jié)晶晶粒會弱化織構強度。E460的樣品表現(xiàn)出最佳耐腐蝕性,腐蝕速率為0.669±0.017 mm·a-1。

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    • WE43合金中第二相對腐蝕降解性能的影響

      2022, 51(2):484-490. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200970

      摘要 (415) HTML (232) PDF 2.65 M (1179) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用顯微組織觀察、EDS分析、失重實驗和電化學測試研究了固溶和固溶-時效WE43合金的腐蝕性能。結(jié)果表明,通過熱處理改變基體中第二相,可得到不同腐蝕性能,固溶-時效試樣經(jīng)0和6 h浸泡后的腐蝕速率高于固溶處理試樣的腐蝕速率,然而在浸泡24 h后腐蝕速率低于固溶處理試樣。鎂合金在腐蝕過程中,腐蝕速率先減小后增大。通過建立數(shù)學模型解釋第二相對腐蝕性能的影響,以及腐蝕速率隨時間改變的原因。

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    • 等通道轉(zhuǎn)角擠壓對Mg-Li合金力學性能的影響概述

      2022, 51(2):491-510. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20200056

      摘要 (365) HTML (208) PDF 3.92 M (1033) 評論 (0) 收藏

      摘要:等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)是一種高效率的大塑性變形(SPD)技術,用于生產(chǎn)具有優(yōu)異性能的超細晶粒(UFG)材料。本文總結(jié)了經(jīng)ECAP加工的各種Mg-Li合金的力學性能、加工參數(shù)的影響及其相關機理,為未來提高鎂鋰合金力學性能提供研究方向與支持。

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    • Zr摻雜改性(Bi0.5Na0.5)0.91Pr0.02Ba0.07TiO3無鉛鐵電陶瓷的儲能行為研究

      2022, 51(2):511-515. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210618

      摘要 (560) HTML (145) PDF 713.49 K (1241) 評論 (0) 收藏

      摘要:通過固相燒結(jié)法微量摻雜Zr到(Bi0.5Na0.5)0.91Pr0.02Ba0.07TiO3無鉛鐵電陶瓷,對其相結(jié)構、微觀形貌、儲能行為及介電行為進行了研究。所有的樣品都形成了單一的鈣鈦礦相,晶粒細小均勻。Zr的摻雜有效地提高了擊穿場強,摻雜量為0.03 mol時陶瓷在場強138 kV/cm下最大有效儲能密度達到1.38 J/cm3,儲能效率達到52.44%,同時顯示了穩(wěn)定的高溫鐵電特性,并獲得了較大的介電常數(shù)1150且保持穩(wěn)定。

    • SnO2-NiO-IrO2/Ti的制備及電催化氧化甲基橙溶液的研究

      2022, 51(2):516-524. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210118

      摘要 (496) HTML (155) PDF 1.97 M (1075) 評論 (0) 收藏

      摘要:因SnO2-NiO特殊的異質(zhì)結(jié)結(jié)構,被用作氣敏材料和超級電容器電極添加材料,在電催化氧化污水方面研究較少。本文通過添加活性氧化物IrO2提高其導電性來研究SnO2-NiO-IrO2電極電催化甲基橙溶液的效果。熱分解法制備不同IrO2含量的Ti/SnO2-NiO-IrO2電極,采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、比表面(BET)、循環(huán)伏安法(CV)、交流阻抗譜法(EIS)、極化曲線(LSV)、總有機碳(TOC)、紫外可見光譜(UV)、強化壽命等方法系統(tǒng)研究Ti/SnO2-NiO-IrO2電極的電催化性能。結(jié)果表明:IrO2改變SnO2晶格中氧空位的濃度,使SnO2晶體結(jié)構中產(chǎn)生雜質(zhì)缺陷,細化晶粒,進而增大復合氧化物涂層的比表面積和導電性,提高活性自由基向內(nèi)層擴散的速度,從而優(yōu)化電極的催化活性和穩(wěn)定性。IrO2摻雜量為23.1%的電極對甲基橙具有最好的降解效果。IrO2摻雜量為23.1%時,電極對甲基橙具有最高降解率為93%,電解反應累加時間最高可達678 h。

    • 基于深度學習算法的大尺寸鋁合金中第二相的識別提取與定量統(tǒng)計分析

      2022, 51(2):525-534. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210164

      摘要 (679) HTML (107) PDF 1.04 M (1538) 評論 (0) 收藏

      摘要:鋁合金中第二相粒子是在鑄造過程中產(chǎn)生并對材料的物理化學性能有著顯著影響的顯微組織。目前常用的第二相的定量表征方法存在人工工作量和消耗時間過大的問題。本文提出一種基于深度學習的大尺寸鋁合金中第二相的快速提取與定量統(tǒng)計表征方法,通過對圖像中的第二相特征的快速、智能化提取,實現(xiàn)多角度精細化的定量統(tǒng)計。研究結(jié)果顯示,該方法的圖像處理時間與軟件批量處理時間一樣為0.4s/張,但圖像分割精度從42.74%提升到91.12%。從數(shù)據(jù)集制作方面,本方法用MIPAR軟件結(jié)合人工微調(diào)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工標記,大大節(jié)省了人工時間。為了滿足精細化表征的要求,對11萬張包括四種類型的全視場7B05鋁合金掃描電鏡圖像進行分割提取,計算了第二相的長寬比、最短間距、面分布以及線分布等新的表征參數(shù),其中線分布結(jié)果證明,與傳統(tǒng)的隨機選取視場的統(tǒng)計結(jié)果相比較,本文使用的全視場多角度的統(tǒng)計表征方式誤差更小,特征信息更全面。定量統(tǒng)計結(jié)果顯示,厚度為6mm的鑄軋7B05-T4鋁合金截面,在最近鄰上下表面的位置第二相的平均面積最小,在厚度在3mm的位置存在波谷值;將截面均分為三個區(qū)域,第二相的平均面積分別為1.99μm2、1.84μm2、2.18μm2,平均長寬比分別為1.89、1.95、1.84,第二相數(shù)量分別為33574、33207、42035個。以上結(jié)果表明,基于深度學習的鋁合金中第二相的快速提取與定量統(tǒng)計表征方法可進行多角度的分析數(shù)據(jù)與挖掘,為組織、性能研究提供依據(jù)。

    • 主族元素摻雜對SmCo5合金結(jié)構和磁性能影響的第一性原理計算

      2022, 51(2):535-544. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210183

      摘要 (675) HTML (145) PDF 1.17 M (1317) 評論 (0) 收藏

      摘要:建立了以Al、Ga、In、Sn等元素為例的主族元素摻雜SmCo5合金的計算模型,基于第一性原理結(jié)合統(tǒng)計熱力學方法研究了添加元素本征特性、摻雜濃度和溫度對合金物相結(jié)構和磁學性能的影響。計算結(jié)果表明,主族元素的優(yōu)先占位受元素理化性質(zhì)和摻雜體系占位空間大小兩方面的影響;Al和Ga的添加有利于SmCo5體系保持結(jié)構穩(wěn)定性,且Al的占位概率隨溫度變化不明顯,適用于較寬的溫度范圍。幾種主族元素添加均削弱SmCo5體系的總磁矩,而In摻雜體系具有相對較大的總磁矩,主要原因是In原子半徑較大,引起摻雜體系晶格畸變,使In周圍次近鄰的Co原子出現(xiàn)磁矩增大的現(xiàn)象,對體系的總磁矩下降具有彌補作用。基于計算結(jié)果分析優(yōu)選出利于SmCo5體系結(jié)構穩(wěn)定性和磁性能的主族元素Al和In,且預測了Al和In的最佳摻雜濃度范圍。

    • TiO2摻雜SmTaO4陶瓷熱物理性能研究

      2022, 51(2):545-551. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210159

      摘要 (552) HTML (159) PDF 1.24 M (1139) 評論 (0) 收藏

      摘要:熱障涂層是燃氣輪機高溫部件保護的重要材料之一,SmTaO4陶瓷具有優(yōu)異的高溫相穩(wěn)定性和力學性能,有望成為新型熱障涂層材料。本研究采用固相法制備TiO2摻雜SmTaO4陶瓷,研究結(jié)果表明:摻雜TiO2未改變SmTaO4陶瓷晶體結(jié)構,樣品均為單斜相,摻雜2% mol TiO2的SmTaO4陶瓷燒結(jié)過程中出現(xiàn)的第二相為Sm0.33TaO3;隨著TiO2含量增加,SmTaO4陶瓷的熱導率先下降后上升,當TiO2摻雜含量為2%時,熱導率最低為1.42W?m?1?K?1,低于SmTaO4(1.59W?m-1?K-1,900℃),與7-8YSZ相比(2.1~2.7 W?m?1?K?1,100~900℃)下降了近30%。摻雜2%TiO2的SmTaO4陶瓷熱膨脹性系數(shù)最大值為10.8×10-6K-1,大于YSZ(~10.0×10-6K-1)和SmTaO4(9.62×10-6K-1,1200℃),與純SmTaO4相比,TiO2摻雜提高了SmTaO4陶瓷的熱膨脹系數(shù)。因此,TiO2摻雜SmTaO4陶瓷有望作為新型熱障涂層材料使用。

    • Bi2Sn2O7摻雜對Ag/SnO2材料界面潤濕性及物理性能的影響

      2022, 51(2):552-558. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210177

      摘要 (522) HTML (139) PDF 1.39 M (1136) 評論 (0) 收藏

      摘要:以化學共沉淀法合成的錫酸鉍(Bi2Sn2O7)為改性組元,采用座滴法研究了Bi2Sn2O7摻雜對Ag/SnO2界面潤濕角的影響規(guī)律,并利用機械合金化技術結(jié)合成型燒結(jié)工藝制備了Ag/SnO2(x)-Bi2Sn2O7(y)電接觸材料。采用掃描電鏡、X射線衍射儀、視頻光學接觸角測量儀、電阻測試儀、硬度計以及密度計等表征手段對材料的物相結(jié)構、電學及力學性能進行了表征。結(jié)果表明:所合成的Bi2Sn2O7粉體呈無規(guī)則顆粒狀,尺寸在1-10μm之間。Bi2Sn2O7摻雜能明顯改善Ag與SnO2之間界面潤濕性,并且在Bi2Sn2O7與SnO2質(zhì)量比在2:10時潤濕角最小為82°。Ag與SnO2之間的潤濕角越小,Ag/SnO2(x)-Bi2Sn2O7(y)電接觸材料的電阻率越低,尤其在錫酸鉍摻雜量為2wt.%時電阻率達到最低值,為2.28μΩ·cm,致密度和硬度達到最大值,分別為96.96%和90.0 HV0.3。

    • >材料工藝
    • TiB2顆粒TiB晶須混雜增強銅基復合材料導電率有限元模擬

      2022, 51(2):559-565. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210662

      摘要 (781) HTML (169) PDF 825.36 K (1327) 評論 (0) 收藏

      摘要:本文建立了TiBw/Cu、(TiB2p+TiBw)/Cu、TiB2p /Cu復合材料的三維細觀結(jié)構有限元模型,基于ABAQUS非耦合的熱電分析理論,通過有限元數(shù)值模擬方法揭示了復合材料微觀結(jié)構特征參量與宏觀導電性能之間的定量關系。結(jié)果表明:TiB2顆粒體積分數(shù)為導電率主要影響因素,隨體積分數(shù)增大導電率逐步減小,顆粒粒徑大小對導電率影響不顯著;TiB晶須體積分數(shù)和晶須取向角為導電率主要影響因素,晶須取向角平行于電流方向時導電率最好,垂直于電流方向時的導電率最差。在顆粒晶須混雜增強復合材料中,增強體體積分數(shù)和晶須取向角為導電率的主要影響因素,增強體種類對導電率影響較小。本文為顆粒晶須混雜增強銅基復合材料導電率計算提供了新的思路和方法,對顆粒和晶須增強復合材料混雜設計提供依據(jù)。

    • 表面機械研磨處理對熱軋態(tài)Mg-Gd-Y合金微觀組織和力學性能的影響

      2022, 51(2):566-572. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210104

      摘要 (519) HTML (140) PDF 1.27 M (1047) 評論 (0) 收藏

      摘要:鎂合金由于塑性變形能力較差,采用傳統(tǒng)熱軋工藝得到的晶粒組織往往較為粗大,導致力學性能不佳。本文采用表面機械研磨處理(SMAT)在熱軋態(tài)Mg-Gd-Y合金中獲得梯度組織,以提高合金的強韌性并揭示相關機理。熱軋態(tài)合金在峰時效之后,強度顯著上升但塑性急劇下降,這是因為沉淀相容易在粗晶內(nèi)引起應力集中,誘發(fā)解理開裂、造成脆性斷裂。SMAT試樣在峰時效之后,強度相當、而塑性增加,顯示了較好的強韌性。這是因為表面細晶層由于均勻變形能力較好導致延性斷裂,阻礙了試樣內(nèi)部粗晶層解理開裂對試樣截面的貫穿,從而抑制了早期開裂,使塑性得以提升。

    • 粉床型電子束增材制造W-3.5Nb合金孔洞缺陷及其形成機制

      2022, 51(2):573-578. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210097

      摘要 (558) HTML (155) PDF 553.58 K (1180) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用粉床型電子束增材制造技術制備了W-3.5Nb合金,研究了電子束線能量密度對W-3.5Nb合金孔洞缺陷形成的影響規(guī)律,分析了不同類型孔洞缺陷的形成原因。研究結(jié)果表明:隨著電子束線能量密度的升高,缺陷含量降低,當線能量密度升高到1.44J/mm時,缺陷的體積含量最低為0.01%,繼續(xù)增大線能量密度,缺陷的體積含量和數(shù)量有所增加。合金中孔洞缺陷可分為層間熔合不良、微米級樹枝狀孔、微米級近球形孔、納米級球形孔四類。在線能量密度較低(1.08J/mm)時,大尺寸(大于5000μm3)缺陷占主導,主要為層間熔合不良,形成原因主要是能量輸入不足導致的熔池球化和熔化深度不足;當線能量密度升高后(1.32J/mm和1.44J/mm和2.2J/mm),小尺寸(小于2000μm3)缺陷占主導,其中的低球形度缺陷主要為微米級的樹枝狀孔洞,形成原因主要是熔池擾動引起的液體飛濺,高球形度的缺陷主要為微米級的近球形孔和納米級球形孔,形成原因主要是熔池凝固過程中的凝固收縮和枝晶間的顯微縮松。

    • 激光噴丸強化對電化學充氫316L奧氏體不銹鋼振動疲勞性能的影響

      2022, 51(2):579-587. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210114

      摘要 (554) HTML (158) PDF 912.35 K (1314) 評論 (0) 收藏

      摘要:本文研究了激光噴丸強化對電化學充氫316L奧氏體不銹鋼振動疲勞性能的影響。測試分析了不同激光功率密度噴丸316L不銹鋼充氫試樣的殘余應力、顯微硬度和微觀組織結(jié)構,并對比研究其振動疲勞壽命和斷口形貌。結(jié)果顯示,激光噴丸誘導材料表層位錯密度增加,并有效細化晶粒,抑制了氫原子的入侵,同時復雜晶界和高密度位錯增殖結(jié)構阻礙了氫原子的聚集和擴散,降低了316L奧氏體不銹鋼馬氏體轉(zhuǎn)變的程度,有助于抑制微裂紋的萌生;另一方面,激光噴丸誘導產(chǎn)生的高幅殘余壓應力,不僅抑制了氫原子的滲透,而且還提高了疲勞裂紋擴展閾值,減緩裂紋擴展速率。振動疲勞試驗結(jié)果顯示,激光噴丸316L不銹鋼充氫試樣的疲勞壽命均獲得了顯著提高,最大提升幅值可達79.36%,斷口形貌分析進一步證明了激光噴丸可有效降低充氫試樣疲勞裂紋擴展速率,提升材料斷裂韌性,進而改善材料的振動疲勞特性。

    • 熱采工況下鈦合金篩管性能計算與實驗研究

      2022, 51(2):588-598. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210116

      摘要 (474) HTML (144) PDF 1.41 M (1077) 評論 (0) 收藏

      摘要:鈦合金材料由于具有高的比強度,低彈性模量,優(yōu)異的機械性能、耐高溫性能和耐腐蝕性能,成為下一代解決稠油熱采工況下高套損率的優(yōu)選材料,但在熱采工況下鈦合金割縫篩管的性能還缺乏研究。本文在模擬遼河油田稠油熱采典型工況條件下,使用有限元計算和實物試驗相比對的方法,對鈦合金篩管理化性能、軸向熱變形、軸向熱應力、大狗腿度下篩管及割縫形貌變化規(guī)律等進行系統(tǒng)研究,結(jié)果表明,鈦合金材質(zhì)的篩管在熱采工況下具有較好的強度和韌性,350℃熱采工況下鈦合金篩管的熱應力只有鋼制金屬網(wǎng)布篩管和復合篩管的19.3%和20.4%,經(jīng)過7輪次的熱采溫度循環(huán),在350℃熱采溫度下鈦合金篩管的軸向伸長率僅為鋼制篩管的58.7%-60.4%,在20°/30米的大彎曲度及350℃高溫下,鈦合金篩管抗變形能力優(yōu)異,最大橢圓度只有4.13%,平行割縫保持完好且防砂能力優(yōu)于同規(guī)格鋼制篩管,基于本研究認為,鈦合金材質(zhì)的篩管及套管可以有效的降低熱采管柱在熱采工況中的軸向熱應力、伸長量,并且具有較高的耐高溫性能和抗疲勞性能,在熱采工況極端彎曲條件下抗變形能力好,是解決目前我國稠油熱采現(xiàn)場高套損問題的有效方法和發(fā)展方向之一,研究結(jié)果為鈦合金篩管的設計和使用提供重要的技術參考。

    • 放電等離子燒結(jié)制備對Ni/SiCf界面反應的影響

      2022, 51(2):599-606. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210119

      摘要 (512) HTML (147) PDF 1.05 M (1074) 評論 (0) 收藏

      摘要:SiCf增強鎳基復合材料作為一種高強度輕量化的新型高溫材料設計,受到材料前沿的關注。然而劇烈的界面反應阻礙了該材料的進一步發(fā)展。由于長時制備下界面反應劇烈,因此本文采用具有短時快速制備成型特點的放電等離子燒結(jié)工藝制備并研究了Ni/SiCf復合體系。利用SEM,EDS等表征方法對Ni/SiCf復合體系的界面形貌及元素分布進行了分析。實驗結(jié)果表明,Ni與SiCf發(fā)生反應生成Ni3Si和碳顆粒。反應區(qū)域進一步與Ni反應轉(zhuǎn)變成Ni(Si,C)固溶體。Ni與SiCf及Ni與Ni3Si之間的強烈的反應熱力學及動力學條件導致界面反應迅速發(fā)生。通過提升制備溫度、延長制備時間會引起Ni3Si與碳顆粒進一步溶解,從而導致反應區(qū)域縮小,固溶體區(qū)域擴大。

    • 激光熔覆納米TiC增強AlCoCrFeNi高熵合金磨損及腐蝕性能研究

      2022, 51(2):607-614. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210121

      摘要 (688) HTML (149) PDF 823.16 K (1355) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用激光熔覆技術在 304 不銹鋼表層制備了納米 TiC 增強 AlCoCrFeNi 高熵合金涂層,利用掃描電鏡、能譜儀、X 射線衍射儀等設備系統(tǒng)研究了涂層的組織形貌、相結(jié)構及元素分布;采用顯微硬度計、摩擦磨損儀、超景深顯微鏡和電化學工作站等設備表征了涂層的硬度分布、磨損特性及耐腐蝕性能。結(jié)果表明,類球形納米級 TiC 與棒狀微米級 TiC 沉淀相均勻分布在涂層 bcc(B2)相基體中。添加 TiC 增強相后,AlCoCrFeNi 高熵合金涂層的硬度比未添加 TiC 涂層的硬度提升了 15%;表層磨損率及磨損后表面單位面積粗糙度(Sa)分別較 AlCoCrFeNi 高熵合金涂層降低了 42% 和 18%,涂層中 TiC 增強相的彌散強化作用是涂層硬度、耐磨性提升的主要原因。添加 TiC 的 AlCoCrFeNi 高熵合金涂層較未添加 TiC 涂層的自腐蝕電流降低了約1個數(shù)量級,TiC 增強相使涂層表面形成致密的鈍化膜是其耐蝕性能好的主要原因。

    • 新型α+β雙相鈦合金板抗高速沖擊損傷行為研究

      2022, 51(2):615-621. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210123

      摘要 (626) HTML (144) PDF 1.20 M (1311) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用直徑7.5 mm鋼丸對新型Ti-Mo-V系α+β雙相鈦合金板材進行高速沖擊試驗,使用光學顯微鏡及掃描電鏡,對等軸組織板材抗高速沖擊損傷行為進行分析。結(jié)果表明:鋼丸高速沖擊后,損傷部位均未觀察到明顯的分區(qū)現(xiàn)象。沖擊著板瞬間,相比于鋼丸垂直高速沖擊,鋼丸沖擊方向與板法線方向存在較小偏角時,板材更易發(fā)生高速沖擊破壞失效,沿板材正面沖擊損傷中軸線側(cè)剖后可觀察到非對稱形態(tài)的沖擊損傷。沖擊損傷部位均形成絕熱剪切帶,主要分布在正面沖擊損傷部位中心及兩側(cè)區(qū)域,其分布形式主要包括:(1)在沖擊損傷中心處呈半弧狀分布;(2)在沖擊損傷部位兩側(cè)沿高速沖擊方向約呈45°分布,絕熱剪切失效是板材防護失效的主要原因。

    • Fe73.2Si16.2B6.6Nb3Cu1非晶合金粉體電磁屏蔽性能研究

      2022, 51(2):622-628. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210129

      摘要 (616) HTML (156) PDF 1.29 M (1050) 評論 (0) 收藏

      摘要:為防控電磁污染問題,亟待開發(fā)更好的電磁屏蔽材料。本文設計了成分為Fe73.2Si16.2B6.6Nb3Cu1的合金并制備了非晶合金條帶,經(jīng)過高能球磨處理得到非晶合金粉體。研究了球磨處理時間對合金粉體軟磁性能、微觀結(jié)構、形貌和電磁波吸收性能的影響。結(jié)果表明,非晶合金粉體球磨后產(chǎn)生了α-(Fe,Si)相,提高了軟磁性能,飽和磁化強度最高可達137.94emu/g。非晶粉體形貌為橢球狀,隨球磨時間增加,合金粉體粒徑減小,提高了電磁波吸收性能,最小平均粒徑為8.42μm。合金具有優(yōu)異的電磁波吸收性能,電磁波損耗機制主要為磁損耗。球磨50h后的非晶合金粉體具有最佳的電磁波吸收性能,在頻率為4.57GHz處取得的最小反射損耗達到-42.26dB,吸波劑厚度為2.5mm時的最大有效吸收(<-10dB)帶寬高達5.78GHz。

    • 片層厚度對雙相TiAl合金力學性能影響的納米壓痕分子動力學研究

      2022, 51(2):629-636. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210125

      摘要 (865) HTML (164) PDF 994.87 K (1447) 評論 (0) 收藏

      摘要:為研究納米壓痕過程中片層厚度和γ/α2相界對雙相TiAl合金變形行為及力學性能的影響,本文針對5種不同厚度的雙相TiAl合金模型,采用分子動力學的方法模擬計算了金剛石壓頭以垂直于γ/α2相界方向分別壓入γ和α2相的納米壓痕過程。結(jié)果表明:材料的硬度隨片層厚度的減小而增大,當片層厚度減小至7nm時,材料的硬度達到最大值,進一步減小片層厚度時,材料的硬度反而減小。材料的彈性模量也會隨片層厚度的變化而改變,與硬度呈現(xiàn)正比關系。此外,在納米壓痕過程中,壓頭壓入γ相時,變形行為以{111}面的層錯為主,γ/α2相界會阻礙位錯的運動;壓頭壓入α2相時,變形行為以(0001)基面的堆垛層錯為主,基面上Shockley不全位錯的運動會導致材料表面產(chǎn)生相變,且棱柱面滑移被激活。

    • 合金元素及孔結(jié)構對Gasar鎂合金力學性能及腐蝕性能的影響

      2022, 51(2):637-644. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210133

      摘要 (641) HTML (143) PDF 999.52 K (1262) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用金屬-氣體共晶定向凝固法(常稱為Gasar工藝)成功制備藕狀多孔Mg-Mn、Mg-Mn-Zn系合金,并研究合金元素及孔結(jié)構對藕狀多孔鎂合金力學性能及腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明:1wt.%Mn的添加,可以使藕狀多孔純鎂的壓縮強度從64MPa (孔隙率~36%)提升至74MPa (孔隙率~37%),而進一步添加1wt.%的Zn元素,材料的壓縮強度增至115MPa (孔隙率~37%)。Zn 元素的加入可以提高藕狀多孔 Mg-Mn合金的耐腐蝕性能,同時,藕狀多孔Mg-1wt.%Mn-1wt.%Zn合金定向孔下方的圓錐狀溶質(zhì)富集區(qū)表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性??讖綄ε籂疃嗫撞牧细g性能有一定的影響,當孔徑尺寸為1026μm時,Gasar Mg-1wt.%Mn合金孔壁腐蝕較為嚴重,而當孔徑降至306μm時,孔會被腐蝕產(chǎn)物封閉,孔壁的腐蝕程度較小。

    • 界面層對近化學計量比碳化硅纖維增強碳化硅復合材料性能的影響

      2022, 51(2):645-650. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210158

      摘要 (560) HTML (161) PDF 796.84 K (1111) 評論 (0) 收藏

      摘要:分別以國產(chǎn)近化學計量比SiC纖維和聚碳硅烷為纖維增強相和基體浸漬劑,采用聚合物先驅(qū)體浸漬裂解工藝,實現(xiàn)制備PyC界面層的SiC/SiC復合材料致密化。采用SEM對SiC纖維及SiC/SiC復合材料的形貌進行分析,采用三點彎曲法對材料力學性能進行測試。試驗表明,國產(chǎn)近化學計量比SiC纖維具有高強高模的特點,界面層厚度是影響SiC/SiC復合材料的重要因素,在測試界面層厚度區(qū)間內(nèi),SiC/SiC復合材料力學性能隨界面層厚度的增加先增長后降低。針對國產(chǎn)近化學計量比SiC纖維本征特性的聚合物先驅(qū)體浸漬裂解工藝,SiC/SiC復合材料較優(yōu)異的界面層厚度為0.10μm-0.15μm。

    • 一種新型鎳基粉末高溫合金不同狀態(tài)熱變形行為研究

      2022, 51(2):651-660. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210137

      摘要 (578) HTML (159) PDF 1.82 M (1006) 評論 (0) 收藏

      摘要:利用掃描電子顯微鏡、金相顯微鏡、熱壓縮試驗機、電子背散射衍射儀等研究了一種新型鎳基粉末高溫合金(WZ-A3)在1150℃熱等靜壓態(tài)、熱等靜壓+1150℃熱擠壓態(tài)、熱等靜壓+1130℃熱擠壓態(tài)等三種不同狀態(tài)下顯微組織、熱變形行為和組織演變。結(jié)果表明:WZ-A3材料1150℃熱等靜壓態(tài)樣品存在部分粉末原始顆粒邊界(Prior Particle Boundary,PPB)和粗大γ′,經(jīng)1130℃和1150℃擠壓后樣品PPB碎化消失,為等軸晶狀態(tài)。三種狀態(tài)樣品在熱壓縮過程中均表現(xiàn)出加工硬化-再結(jié)晶軟化現(xiàn)象。峰值應力熱變形激活能分別是861kJ/mol、858 kJ/mol和489kJ/mol。變形溫度對樣品變形組織影響明顯,1150℃-0.001/s條件下,熱等靜壓態(tài)和熱等靜壓+1130℃熱擠壓態(tài)樣品均出現(xiàn)異常晶粒長大。對比三種狀態(tài),熱等靜壓+1130℃熱擠壓態(tài)樣品變形行為最優(yōu)。

    • 真空壓力浸滲制備CF/Al復合材料熱收縮與殘余應力數(shù)值模擬與實驗研究

      2022, 51(2):661-668. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210140

      摘要 (471) HTML (133) PDF 1.21 M (1182) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對連續(xù)碳纖維增強鋁基復合材料(CF/Al復合材料),采用細觀力學數(shù)值模擬與熱性能試驗結(jié)合的方法,研究了真空壓力浸滲制備過程中的熱收縮行為和熱殘余應力分布。結(jié)果表明,復合材料的橫向熱收縮應變量遠大于軸向熱收縮應變量,且具有橫觀各向同性,纖維隨機分布的單胞有限元模型能夠準確地預測復合材料軸向與橫向熱收縮行為曲線;復合材料制備完成后纖維和基體合金分別處于壓應力和拉應力狀態(tài),基體和纖維的橫向殘余應力均小于其軸向殘余應力,且均表現(xiàn)出橫觀各向同性;基體合金在軸向殘余拉應力作用下會出現(xiàn)不同程度的損傷現(xiàn)象,特別是纖維間距較小部位過高的殘余應力會引發(fā)界面的局部失效,從而不利于發(fā)揮復合材料承載性能,減少纖維局部偏聚是進一步改善提高復合材料力學性能的重要技術手段。

    • 銅前驅(qū)體對Cu/SSZ-13催化劑NH3選擇催化還原NO性能的影響

      2022, 51(2):669-674. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210154

      摘要 (516) HTML (136) PDF 894.42 K (1400) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用離子交換法,分別以乙酸銅、氯化銅、硝酸銅和硫酸銅為前驅(qū)體制備了4種銅物種含量幾乎相同的Cu/SSZ-13分子篩催化劑。探究了前驅(qū)體對NH3選擇性催化還原NO(NH3-SCR)的影響,并通過XRD,ICP,N2吸-脫附,SEM,H2-TPR,XPS,NH3-TPD等表征分析對樣品的物化性質(zhì)進行了系統(tǒng)探究。催化活性結(jié)果表明,銅前驅(qū)體對Cu/SSZ-13分子篩中低溫范圍的氨選擇性催化還原性能具有顯著差異。其中催化劑起燃溫度T50(轉(zhuǎn)化率 ≥ 50 %時的溫度)的高低順序為Cu(乙酸銅)/SSZ-13 < Cu(氯化銅)/SSZ-13 < Cu(硫酸銅)/SSZ-13 < Cu(硝酸銅)/SSZ-13。表征結(jié)果表明,銅前驅(qū)體會影響分子篩催化劑中銅物種的分布和數(shù)量以及酸性。以乙酸銅為前驅(qū)體制備的Cu/SSZ-13催化劑具有最多的孤立Cu2+以及強L酸位數(shù)量,有助于樣品低溫段NH3-SCR催化反應的進行。

    • 基于可靠度的Incoloy800H管材蠕變性能分析

      2022, 51(2):675-681. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210155

      摘要 (503) HTML (134) PDF 658.47 K (1188) 評論 (0) 收藏

      摘要:結(jié)合蠕變特征量-溫度參數(shù)模型,研究了Incoloy800H管材在600℃-1050℃下的蠕變行為,擬合得出材料穩(wěn)態(tài)蠕變速率、蠕變斷裂時間、蠕變第三階段起始時間的可靠性方程,并建立了管材容許應力與服役溫度、可靠度的關系。結(jié)果表明,確定的蠕變特征量可靠性方程可以較好地預測Incoloy800H管材穩(wěn)態(tài)蠕變速率、蠕變斷裂時間、蠕變第三階段起始時間的變化行為。長時蠕變數(shù)據(jù)均位于對應蠕變方程在可靠度0.997條件下的預測區(qū)域內(nèi)。與ASME推薦的容許應力值相比,蠕變特征量可靠性方程可以提供更為準確的容許應力評估結(jié)果。

    • 濺射功率和氣壓對直流磁控濺射制備鎢薄膜的影響

      2022, 51(2):682-688. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210135

      摘要 (858) HTML (153) PDF 1.17 M (1352) 評論 (0) 收藏

      摘要:鎢薄膜具有高熔點、高導電性、優(yōu)異的耐化學腐蝕性和強抗輻照性等特性,廣泛的應用于微電子、核能工程等領域。由于薄膜的結(jié)構和性能對沉積參數(shù)具有很強的依賴性,因此控制沉積過程的工藝參數(shù)對獲得優(yōu)異性能的鎢薄膜至關重要。采用DC磁控濺射技術在硅襯底上制備鎢薄膜,探究了濺射功率和氣壓對鎢薄膜沉積速率、電阻率和相結(jié)構的影響。采用原子力顯微鏡、XRD、輪廓儀、四探針電阻測量表征了薄膜的微觀結(jié)構和電學性能。結(jié)果表明,薄膜的沉積速率受濺射功率和氣壓共同影響,隨功率的增加呈線性增加,隨濺射氣壓的增加先達到峰值,然后下降。薄膜的電阻率和表面粗糙度的大小依賴于濺射氣壓,且隨濺射氣壓的增加而增加,薄膜電阻率的增加可能是由于表面粗糙度的增加導致的。在恒定的濺射功率下,β-W的形成主要取決于濺射氣壓,幾乎所有β-W相都在高濺射氣壓下形成,然而,當濺射功率足夠大,在較高的氣壓下也會觀察到部分α-W相的形成。鎢薄膜中特定相結(jié)構(α-W/β-W)的形成,不僅取決于沉積氣壓,還與濺射功率相關,歸根可能與入射到基片的原子能量相關。

    • TiB2/42CrMo連續(xù)梯度材料力學分析與結(jié)構設計

      2022, 51(2):689-697. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210169

      摘要 (545) HTML (157) PDF 1.07 M (1032) 評論 (0) 收藏

      摘要:在以往超重力場合成梯度材料的基礎上優(yōu)化制備的工藝參數(shù),制備出TiB2-TiC-Fe組分呈連續(xù)梯度變化的TiB2/42CrMo復合材料。經(jīng)XRD、SEM觀察其梯度層間陶瓷/合金相界呈連續(xù)梯度變化。通過硬度測試,得出硬度自陶瓷部分至金屬部分呈梯度遞減變化,中間梯度層的彈性模量變化形式更趨近于三角函數(shù)。在相關參數(shù)提取研究的基礎上,建立層狀強度解析模型。之后采取ANSYS有限元仿真的方法,模擬分析了在施加外部位移載荷的條件下,層狀模型的正應力與切應力分布,得出了梯度材料底部金屬所承受的最大拉應力為造成該型材料損傷失效的主要原因,與實際材料的三點彎曲實驗現(xiàn)象相對應。最后通過研究材料長厚比對應力分布的影響,得出在一定的尺度范圍內(nèi),梯度材料的力學性質(zhì)不會隨長厚比的增大而線性無限增大,對下一步工程材料設計具有一定指導意義。

    • 等原子比AlNiZrCuY輕質(zhì)高熵非晶合金的組織與耐腐蝕性能

      2022, 51(2):698-704. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210174

      摘要 (640) HTML (150) PDF 800.39 K (1121) 評論 (0) 收藏

      摘要:利用真空電弧熔煉技術與急速冷卻快淬設備制備了一種等原子比AlNiZrCuY高熵非晶復合材料薄帶,利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、差示掃描量熱儀(DSC)、顯微硬度計等手段表征了該復合材料的顯微結(jié)構、相穩(wěn)定性并測定其硬度;通過極化曲線和電化學阻抗譜等測試方法研究了高熵非晶復合材料室溫下在模擬海水(3.5 wt.% NaCl水溶液)中的防腐蝕性能。結(jié)果表明:Al20Ni20Zr20Cu20Y20高熵非晶復合材料是由非晶態(tài)組織與金屬間化合物相共同組成;利用阿基米德排水法測得材料實際密度約為5.792 g/cm3;其維氏顯微硬度為461 HV0.1,擊破電位(Eb)為-0.215 V,維鈍電流密度( ipass)為29.44 μA/cm2。該高熵非晶復合材料在金屬表面防腐與耐磨領域應用前景廣闊。

    • 表面修飾對La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ陰極性能 及穩(wěn)定性的影響研究

      2022, 51(2):705-711. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210186

      摘要 (501) HTML (155) PDF 983.01 K (1157) 評論 (0) 收藏

      摘要:本研究采用一步溶液浸漬法成功對La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)表面進行了La2NiO4+δ(LNO)納米顆粒修飾。掃描電鏡分析顯示,LNO納米顆粒均勻分布在LSCF表面,顆粒粒徑約在50-250 nm之間。電化學測試表明,與空白LSCF相比,修飾了LNO的陰極極化電阻降低了41%~50%,并且穩(wěn)定性有明顯提高:在750℃保溫約125 h后,其極化電阻僅增大了50.42%,而空白LSCF陰極則增大了76.89%。X射線衍射分析表明在750℃保溫100 h后LNO-LSCF表面出現(xiàn)了La2SrOx相。X光電子能譜分析表明,長期保溫100 h后,LNO-LSCF陰極的表面Sr含量比保溫前減少了3.66%,而空白LSCF陰極則增多了27.95%,說明通過表面修飾LNO成功抑制LSCF表面的Sr偏析。

    • Ni對Zr-Cu-Al系非晶合金在NaCl溶液中腐蝕性能的影響

      2022, 51(2):712-718. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210192

      摘要 (541) HTML (156) PDF 923.78 K (1203) 評論 (0) 收藏

      摘要:利用動電位極化和電化學阻抗譜研究了Ni元素對Zr-Cu-Al系非晶合金在3.5wt.%NaCl中性溶液中的電化學腐蝕行為的影響規(guī)律。結(jié)果表明:含Ni元素的Zr55Cu30Ni5Al10比Zr55Cu35Al10非晶合金在NaCl溶液中具有更優(yōu)異的耐腐蝕性能。Zr-Cu-Al系非晶合金在NaCl溶液中發(fā)生點腐蝕,圓形腐蝕坑內(nèi)布滿泡沫狀孔洞。通過腐蝕前后的元素分布對比,發(fā)現(xiàn)Zr-Cu-Al非晶合金在Cl-作用下合金元素選擇性溶解。含Ni元素的非晶合金形成致密的鈍化膜,抑制了金屬元素的選擇性溶解,從而提高了耐腐蝕性能。研究結(jié)果可為耐Cl-環(huán)境腐蝕非晶合金成分設計及其應用提供參考。

    • 真空熱處理雙粘結(jié)層熱障涂層抗氧化性能

      2022, 51(2):719-726. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210188

      摘要 (624) HTML (141) PDF 1.30 M (1144) 評論 (0) 收藏

      摘要:傳統(tǒng)單層結(jié)構粘結(jié)層熱障涂層抗氧化性能不足壽命短,采用超音速火焰噴涂和大氣等離子噴涂制備雙層結(jié)構粘結(jié)層,對粘結(jié)層進行真空熱處理,研究熱障涂層的抗氧化性能。結(jié)果顯示,經(jīng)過1050℃×3h真空熱處理,粘結(jié)層組織中β-(Co, Ni)Al相含量從13.91%升高至27.78%,分布更加均勻;HVOF粘結(jié)層真空熱處理后粗糙度降低,等離子層的引入,使真空熱處理態(tài)粘結(jié)層粗糙度由Ra 7.2μm提升至Ra 10.4μm,熱障涂層結(jié)合強度達到39.4MPa;熱障涂層1050℃×200h氧化速率低至0.1719g/m2.h,達到了航空工業(yè)標準的“抗氧化級”;等離子粘結(jié)層優(yōu)先發(fā)生氧化反應,起到犧牲作用,并提高了粘結(jié)層/面層界面的應力容忍度,延長了涂層的使用壽命。

    • >評述
    • 鎂及其合金儲氫材料的研究進展

      2022, 51(2):727-734. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210115

      摘要 (792) HTML (141) PDF 764.22 K (2111) 評論 (0) 收藏

      摘要:鎂基儲氫材料由于價格低廉、儲氫量高和安全性好等優(yōu)點,受到人們的廣泛關注。然而較高的吸放氫溫度和較慢的動力學性能在一定程度上限制了其在儲氫方面的進一步研究和應用。目前,該體系的研究熱點主要集中在優(yōu)化不同的改性方法,目的是得到低成本、大批量、小顆粒和穩(wěn)定性高的納米MgH2,并已取得了一定的進展;但要獲得能夠在環(huán)境溫度下具有理想熱力學性能和實際應用價值的鎂基儲氫材料,仍面臨巨大挑戰(zhàn)。本文中,我們總結(jié)了鎂基合金儲氫材料的研究進展,并進一步梳理了文獻中關于優(yōu)化和改變熱力學和動力學性能的方法,為獲得具有高容量、低成本、吸放氫動力學和熱力學性能優(yōu)異的鎂基儲氫材料提供更好的實驗經(jīng)驗和理論支持。

    • 高熵合金涂層制備工藝的研究現(xiàn)狀

      2022, 51(2):735-742. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210127

      摘要 (958) HTML (143) PDF 760.14 K (2005) 評論 (0) 收藏

      摘要:高熵合金涂層憑借其獨特的設計理念,具有優(yōu)于傳統(tǒng)合金涂層的優(yōu)異力學性能和物理化學性能,在多個領域的應用潛力較強,引起了研究者的廣泛關注。本文主要綜述了現(xiàn)階段高熵合金涂層的主要制備工藝,激光熔覆技術、熱噴涂技術、冷噴涂技術、磁控濺射技術、電化學沉積技術等的最新研究進展,詳細分析了每種制備工藝的優(yōu)缺點及其制備的高熵合金涂層的性能特點,并提出了現(xiàn)階段高熵合金涂層研究過程中存在的問題,為后續(xù)高熵合金涂層的研究、應用及發(fā)展提供參考及指導。

    • CoCrFeNiNbx高熵合金的研究進展

      2022, 51(2):743-751. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210128

      摘要 (652) HTML (148) PDF 976.14 K (1479) 評論 (0) 收藏

      摘要:近十幾年來,作為一種研究熱門的新型合金,高熵合金已獲得了材料界廣泛的關注。其中,以等原子比CoCrFeNiMn合金為原型,已報道大量力學性能優(yōu)異的fcc結(jié)構的高熵合金。近幾年,由于其優(yōu)異的鑄造成型性能與綜合力學性能,共晶高熵合金也逐漸得到科研人員的重視。本文選取CoCrFeNiNbx合金體系,以析出強化型高熵合金和共晶型高熵合金為主要研究對象,分別從成分設計,組織演變,力學性能與強韌化機制等方面總結(jié)目前的研究進展,最后分析了當前研究的不足并給出了未來研究的方向。

    • TaxHf1-xC(x=0~1)超高溫陶瓷材料的研究進展

      2022, 51(2):752-764. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210139

      摘要 (628) HTML (153) PDF 1.45 M (1623) 評論 (0) 收藏

      摘要:超高溫陶瓷具有能夠在超高溫環(huán)境下(>2000°C)以及反應氣氛中(例如原子氧、等離子體環(huán)境)保持物理和化學穩(wěn)定性的獨特優(yōu)勢,因而在高速飛行器熱防護系統(tǒng)以及火箭發(fā)動機的熱端部件等領域中應用潛力極大。近年來,作為新興的一類超高溫材料,TaxHf1-xC (x=0~1)超高溫陶瓷憑借其在已知物質(zhì)中最高的熔點以及優(yōu)異的抗氧化、耐燒蝕潛質(zhì),引起了研究人員的關注,已成為超高溫陶瓷領域的新熱門。本文以現(xiàn)有的公開報道為依據(jù),全面綜述了國內(nèi)外TaxHf1-xC (x=0~1)超高溫陶瓷的組成結(jié)構、制備方法、本征性能和高溫氧化燒蝕性能等的研究進展。重點闡述了材料體系在制備和性能研究方面取得的相關進展,總結(jié)了現(xiàn)有研究的不足,并展望了未來的研究趨勢,旨在為TaxHf1-xC (x=0~1)超高溫陶瓷的理論、實驗和應用研究提供有益的參考。

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