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2026年 31卷 3期
出版日期：2026-06-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
199
电子束粉末床熔融钛合金和多孔钽骨科植入材料的研究及应用进展
郭瑜, 程康康, 邱沙, 李会霞, 向长淑, 陈超
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026012
电子束粉末床熔融(electron beam powder bed fusion, EB-PBF)技术因具有能量密度高、能量利用率高、扫描速度快、成形应力低、真空环境洁净度高等优势,适用于高活性、高熔点医用金属材料的快速成形,在含骨小梁结构的骨科植入物领域已获得广泛应用。本文综合评述了EB-PBF的技术特点、EB-PBF设备的发展现状以及该技术在制备钛合金、多孔钽方面的研究及应用进展,并对我国EB-PBF医用金属材料的机遇及挑战进行了评述。
2026 Vol. 31 (3): 199-217 [
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理论研究
218
组分配比对选区激光烧结不锈钢/聚醚砜复合材料制件主要力学性能的影响
曲芳, 袁凯, 郑凯君, 许佳淼, 赵鹤然, 王文明
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026017
组分配比是复合材料配方设计的核心参数,对选区激光烧结316L不锈钢/聚醚砜(polyethersulfone, PES)复合材料制件的主要力学性能影响显著。本文利用ANSYS Workbench建立粉床三维简化模型,对5组不同组分配比(
φ
316L
分别为0、9.1%、16.7%、28.6%、33.3%)的316L不锈钢/PES复合材料选区激光烧结成形过程进行数值模拟,分析组分配比对残余应力、拉伸应力和弯曲应力的影响,并利用电子万能试验机对复合材料进行拉伸和弯曲性能测试。数值模拟结果表明：
φ
316L
为16.7%~28.6%时,制件最大残余应力最小,残余应力分布均匀性最优。
φ
316L
为28.6%的制件最大拉伸应力显著高于其余各组,为3.7 MPa;
φ
316L
为16.7%的制件最大弯曲应力为36.2 MPa,无显著局部应力集中现象。实验结果表明：当
φ
316L
为28.6%时,制件抗拉强度最高,为3.9 MPa;而
φ
316L
为16.7%时,制件抗弯强度最高,为36.5 MPa,实验结果与数值模拟趋势一致,验证了数值模拟方法的可靠性与准确性。综合考虑制件的拉伸与弯曲性能,复合材料中316L不锈钢的推荐含量为16.7%~28.6%(体积分数),可根据实际应用场景对拉伸或弯曲性能的侧重需求进行选取。本研究明确了316L不锈钢/PES复合材料的最优配比区间及力学性能变化规律,可为选区激光烧结316L不锈钢/PES复合材料制件的配方优化与力学性能提升提供理论依据与数据支撑。
2026 Vol. 31 (3): 218-226 [
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工艺技术
227
Mg含量对Al-Si-
x
Mg合金组织及性能的影响
阳书超, 赵无忌, 孙珂, 王斌
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025090
为实现铸造铝合金兼具高强度与高热导率,本文以工业纯铝、Al-20%Si中间合金、纯镁为原材料,采用金属型重力铸造法制备不同Mg含量的Al-Si-Mg合金,通过光学金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计、数字电导率仪、万能拉伸试验机和激光闪射法导热仪等研究Mg含量对Al-Si-Mg合金组织及性能的影响。结果表明：随Mg含量增加,α-Al枝晶得到细化,其二次枝晶臂间距从17.77 μm减小至15.16 μm,同时促进了Mg
2
Si相的生成,且其形貌随Mg含量增加由骨骼状向颗粒状转变。经190 ℃/8 h峰时效处理后,纳米尺度β″相的析出提供了显著的强化效果,同时,合金热导率得到明显提高。峰时效态的Al-6Si-1.0Mg合金展现出最优的综合性能,其抗拉强度、屈服强度、伸长率及热导率分别达到318.6 MPa、176.2 MPa、6.24%与190.7 W/(m·K)。本研究通过调控Mg含量与时效工艺,在Al-Si-Mg合金中实现了强度与热导率的平衡。
2026 Vol. 31 (3): 227-235 [
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236
脯氨酸衍生物电解质添加剂对水系锌离子电池性能的影响
梁立鑫, 赵艳, 李天琛, 廖涛, 曹远奎, 刘彬
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025091
水系锌离子电池严重的日历老化与循环衰减问题制约着其产业化应用。本研究在电解液中引入4-氟基脯氨酸添加剂,采用浸泡腐蚀测试、对称/非对称电池循环及光谱表征,系统分析添加剂对电池性能的影响。结果表明：氟基氨基酸添加剂可显著缓冲pH变化,抑制锌枝晶与副产物生成,使Zn//Cu电池在多次静置-循环后库仑效率保持99.4%以上;Zn//Zn对称电池在1 mA/cm
2
和1 mAh/cm
2
下的循环寿命延长至770 h以上,约为对照组的6倍。氟基脯氨酸的两性离子基团参与质子调节并重构氢键网络,可提升界面润湿性与稳定性。本研究为开发高稳定性水系锌电池提供了一种有效的电解液调控策略。
2026 Vol. 31 (3): 236-244 [
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245
Ni-Co双金属尖晶石氧化物的光热催化甲烷干重整性能：协同效应与结构调控
熊丹, 白郅浩, 于守武, 孟宪光
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025080
光热催化甲烷干重整是一种利用太阳能驱动温室气体CH
4
和CO
2
转化为合成气(H
2
和CO)的高效途径。本研究采用共沉淀法合成了一系列不同Ni/Co物质的量比的Ni
x
Co
y
MgAlO (
x
=1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5,
y
=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)尖晶石氧化物催化剂,通过SEM、EDS、XRD及XPS等表征手段系统分析了催化剂的晶体结构、氧空位浓度、微观形貌及氧化还原性能,并评价了其光热催化甲烷干重整的活性与稳定性,考察了Ni/Co比例对催化性能的影响。结果表明：性能最优的Ni
0.5
Co
0.5
MgAlO催化剂光热催化CH
4
和CO
2
的转化率分别达59.6%和65.3%。Co掺杂可有效调控催化剂的比表面积、氧空位浓度以及金属-载体相互作用,提高催化活性和抗积碳能力;同时,Ni-Co协同效应可增强电子转移能力,提高催化剂的氧化还原能力,促进氧物种循环,优化CH
4
和CO
2
的活化过程,进一步提升光热催化性能。
2026 Vol. 31 (3): 245-255 [
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256
激光粉末床熔融Al-Ni-Mn-Sc-Zr合金的显微组织和力学性能
龙俊杰, 李丹, 张秦, 刘渐陵, 陈超, 周科朝
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026004
本文以气雾化Al-5Ni-0.8Mn-0.4Sc-0.2Zr预合金粉末为原料,采用激光粉末床熔融技术制备Al-Ni-Mn-Sc-Zr合金。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和万能材料试验机等研究激光功率和扫描速度对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：最优工艺参数为激光功率350 W、扫描速度1 800 mm/s,此时合金相对密度超过99.5%且无宏观裂纹。合金由α-Al基体与条带状Al
3
Ni相组成,晶粒呈现柱状晶与等轴晶交替分布的特征,Mn、Sc、Zr元素固溶于基体中,共晶组织细化至纳米尺度。合金表现出优异的室温与高温力学性能,室温下,抗拉强度为(438±11.99) MPa,屈服强度为(306 ±17.14) MPa,伸长率为(6.3±0.4)%;300 ℃下,屈服强度仍保持在(246±4.61) MPa,伸长率提升至(9.0±1.6)%。其强化主要源于纳米级Al₃Ni相的弥散分布、Mn的固溶强化和高位错密度的协同作用。
2026 Vol. 31 (3): 256-266 [
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267
Pb(Zr,Ti)O
3
陶瓷的凝胶注模制备与电学性能研究
王思源, 刘盛文, 张斗, 袁晰
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026019
为满足异形结构压电陶瓷的制造需求,本研究采用凝胶注模工艺制备Pb(Zr,Ti)O
3
(PZT)陶瓷,通过旋转流变仪、万能力学试验机、铁电分析仪、阻抗分析仪、准静态压电测试仪和扫描电子显微镜等,系统探究分散剂用量、固相含量及树脂浓度对浆料流变性、生坯强度和陶瓷电学性能的影响。结果表明：选用聚丙烯酸铵为分散剂,在添加量为0.7%(质量分数)时浆料黏度最低,在100 s
-1
下为201.05 mPa·s,流动性最优。固相含量不高于55%(体积分数)时,浆料呈现良好剪切变稀行为,适宜复杂结构填充。生坯抗弯强度随树脂浓度增加而提升,在树脂质量分数为25%、固相体积分数为55%时达到(41.79±5.49) MPa,满足异形坯体脱模要求。该配方下,1 275 ℃烧结得到的陶瓷结构致密、晶粒均匀,压电常数
d
33
可达(618.36±5.65) pC/N,相对介电常数
ε
r
为2 455.41±33.16,机电耦合系数
k
p
为0.62,综合性能接近甚至优于传统干压成形样品,远超3D打印样品。研究表明,通过优化凝胶注模工艺参数,可实现对复杂形状PZT陶瓷的高质量近净成形,为异形压电元件的制备提供了有效途径。
2026 Vol. 31 (3): 267-282 [
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283
稀土掺杂全过渡族Ni
37
Co
13
Mn
35
Ti
15-
x
R
x
(
R
=Er,Dy)合金条带的马氏体相变及磁热效应
刘蒙, 陈含笑, 汪子涵, 申邦坡, 许磊, 张智硕, 胡秋波, 马胜灿
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026003
在全球气候变暖与能源危机的双重挑战下,磁制冷技术应运而生。该技术利用磁热效应实现制冷,具备高效、节能、环境友好等优点,被认为是有可能替代当前气体压缩制冷技术的重要方案。在磁热材料中,Heusler型Ni-Mn基合金因具有可调的磁相变与可观的磁热效应而备受关注。本研究采用熔体快淬法制备Heusler合金Ni
37
Co
13
Mn
35
Ti
15-
x
R
x
(
x
=0.3、0.5、0.7、1.0)条带,重点探究稀土Er与Dy掺杂对其马氏体相变行为与磁热性能的影响。结果表明：掺杂后,合金的马氏体相变温度(
T
t
)随稀土含量增加呈先升后降的趋势,从Ni
37
Co
13
Mn
35
Ti
15
的190 K (0.1 T)大幅升至室温以上,但在
x
=1.0时回落至室温附近。Dy掺杂样品的
T
t
整体高于Er掺杂样品。Ni
37
Co
13
Mn
35
Ti
14.5
Dy
0.5
表现出最优的磁热性能,其最大磁熵变高于未掺杂样品,在0~5 T磁场变化下,可以达到15.31 J/(kg·K)。Ni
37
Co
13
Mn
35
Ti
14
Dy
1
的磁熵变峰随磁场的增大快速往低温移动,获得最宽制冷温区。此外,在Ni
37
Co
13
Mn
35
Ti
14.5
Dy
0.5
中可观察到清晰的板条状马氏体组织,这一结构特征为进一步理解其性能变化提供了重要依据。
2026 Vol. 31 (3): 283-296 [
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297
Nb掺杂SnO
2
负载RuO
2
酸性析氧催化剂的制备和性能
陈思璐, 李丽, 雷霆
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026025
本文通过两步水热法结合煅烧工艺,设计并合成了Nb掺杂SnO
2
负载RuO
2
纳米颗粒的Nb-SnO
2
@RuO
2
催化剂。采用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射仪以及电化学测试等分析表征手段,研究了催化剂的微观结构和电化学性能。结果表明：Nb-SnO
2
载体具有由薄纳米片组装而成的独特三维花状分级结构,这为RuO
2
的高分散提供了巨大的比表面积;RuO
2
活性物质与Nb-SnO
2
载体之间存在显著的电子相互作用和电荷重分布,Nb-SnO
2
@RuO
2
催化剂在0.5 mol/L H
2
SO
4
电解液中表现出卓越的析氧反应催化活性,在10 mA/cm
2
电流密度下仅需195 mV的过电位,Tafel斜率为49.47 mV/dec,显著低于商业RuO
2
。此外,该催化剂在连续工作50 h后无明显性能衰减,表现出良好的长期稳定性。Nb-SnO
2
@RuO
2
催化剂中Ru含量仅为0.151 mg/cm
2
,表现出350.86 mA/mg的质量比活性。本研究为开发可持续能源转换技术中的先进贵金属基酸性析氧催化剂提供了一种可行的策略。
2026 Vol. 31 (3): 297-309 [
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310
钛合金表面富锆微弧氧化涂层的原位形成及摩擦学行为
魏剑磊, 李思雨, 赵庆杰, 黄千里
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026021
在传统的磷酸盐、硅酸盐或铝酸盐电解液中制备的微弧氧化涂层,因本征脆性导致耐磨性能较差。针对此问题,本研究采用由氟锆酸钾(K
2
ZrF
6
)和六偏磷酸钠((NaPO
3
)
6
)组成的稳定电解液,在TC4钛合金表面制备具有多种含Zr物相的微弧氧化耐磨涂层。通过调控微弧氧化处理时间,系统研究TC4钛合金在处理过程中的等离子体放电行为以及涂层的微观结构演变、结合强度及摩擦学性能。结果表明：随微弧氧化处理时间由2 min延长至60 min,TC4钛合金表面等离子体放电密度逐步降低,而放电强度持续增强,阳极电流最终趋近于零。当微弧氧化处理时间由2 min延长至60 min时,涂层厚度由(14.35±3.11) μm增加至(65.72±6.68) μm,划痕试验中的临界载荷力由11.00 N提升至40.69 N。涂层主要由ZrP
2
O
7
、K
2
Zr(PO
4
)
2
、ZrTiO
4
、m-ZrO
2
、t-ZrO
2
等相组成,形成了多相协同增强结构。经过48 h干滑动摩擦试验后,涂层表面形成致密转移膜,其磨损率低至(5.44±0.27)×10
-6
mm
3
/(N·m),相较金属基体降低约99.0%,表现出优异的耐磨性。
2026 Vol. 31 (3): 310-320 [
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