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1. SPS制备SPTAs块体过程的有限元模拟及其微观组织分析
吕旷, 谭晓月, 涂清波, 丁杰, 马英群, 罗来马, 吴玉程
摘要1196)      PDF (883KB)(419)   
本文结合实验和模拟,系统研究了放电等离子体烧结(spark plasma sintering, SPS)制备自钝化钨合金(self-passivation tungsten alloys, SPTAs)块体时的温度场、电流场对其组织均匀性的影响,建立烧结温度、时间、电流密度与块体微观组织的关系。结果表明:不同尺寸SPTAs块体在SPS固结时的温度沿径向分布不均,致使测量温度远低于样品实际温度。结合显微组织表征,发现提高样品烧结时的电流密度可缩短烧结时间,对获得细晶、均质结构样品有积极作用,但需要考虑样品因径向温度梯度引起的晶粒尺寸差异。本研究可为大尺寸SPTAs块体的SPS制备工艺设计提供参考。
2. 超高速激光熔覆技术研究现状及发展展望
肖明颖, 范振红
摘要1076)      PDF (808KB)(912)   
作为电镀和热喷涂的替代技术,超高速激光熔覆技术自问世以来备受瞩目。通过与常规激光熔覆技术对比,阐明超高速激光熔覆的技术原理;与电镀、热喷涂、常规激光熔覆等技术对比,分析其技术特点和优势。从设备、材料、工艺、组织和应用等方面综述超高速激光熔覆技术的研究现状,分析该技术的不足,并对其研究及应用发展提出建议。
3. 约束陶瓷复合装甲的研究进展
张茂哲, 王智慧, 纪伟, 侯圣英, 张佳琪, 任鑫明
摘要854)      PDF (482KB)(559)   
对陶瓷施加一定的约束和预应力,可以改变陶瓷对冲击的破坏响应,延迟界面击溃,从而提高复合装甲的抗侵彻性能。本文介绍了陶瓷复合装甲的抗弹机理,综述了常见约束模式(轴向约束、径向约束和三维约束)对其抗弹性能的影响,以期对陶瓷复合装甲的结构设计、抗弹机理研究及应用扩展提供一定的 参考。
4. 陶瓷材料表面织构减摩抗磨性能的研究进展
张杰, 张巍
摘要803)      PDF (740KB)(274)   
表面织构是陶瓷材料有效的减摩抗磨手段,能够降低陶瓷在滑动时的摩擦因数以及减少因磨损带来的损耗。本文从陶瓷表面织构的制备、类型、几何参数以及摩擦学机理出发,对其进行综合评述。首先,介绍陶瓷材料表面织构主要的制备方法(激光加工、反应离子刻蚀)。其次,讨论表面织构的类型(凸体、凹坑、凹槽、仿生织构等)以及几何参数(宽度、深度、面积占比等)对陶瓷摩擦学性能的影响。随后,分析表面织构在干滑动以及润滑条件下的摩擦学机理。在干滑动条件下,表面织构能困住磨屑以及减小陶瓷与对磨体的接触面积;在润滑条件下,表面织构能改善陶瓷在滑动时的流体动压和润湿性,这均能提升陶瓷的摩擦学性能。最后,总结与展望陶瓷表面织构目前面临的难题以及未来的研究方向。
5. 电共沉积法制备铜铁合金及其表征
常帅卿, 甘雪萍, 刘超强
摘要403)      PDF (3578KB)(634)   
铜铁合金具有优异的导电、导热性能以及独特的电磁屏蔽性能,且成本低廉,应用广泛,但易发生成分偏析。为解决这一问题,以五水合硫酸铜和七水合硫酸亚铁为原料,采用电共沉积法制备Cu-Fe合金镀层,通过扫描电子显微镜、能谱仪和透射电镜对镀层进行表征,研究电流密度、主盐离子浓度、络合剂浓度对镀层成分和显微组织的影响,探究镀层的生长过程。结果表明:Fe2+、Cu2+和柠檬酸(络合剂)浓度分别为0.016、0.04和0.2 mol/L,电流密度为2.0 A/dm2时,Cu-Fe合金镀层光亮平整无裂纹,具有较高的Fe含量(w(Fe)=14.87%)。镀层中Cu和Fe分布均匀,不存在单独的Fe相,证明电沉积过程中形成了亚稳合金。镀层中广泛分布着纳米晶,晶粒尺寸在20~100 nm之间。Cu-Fe镀层由细小枝晶密集生长,而后分化为小颗粒紧密生长,随时间延长颗粒逐渐长大,出现显著优先生长,颗粒之间可见明显间隙。不均匀的电场和成核位置分布是导致枝晶无序生长的主要原因。
6. 激光熔覆CoCrFeNiTix高熵合金涂层的组织与性能
宫书林, 王永东, 李艳春, 宋美慧
摘要321)      PDF (1163KB)(403)   
为了探究Ti元素对高熵合金涂层组织与性能的影响,利用激光熔覆技术在Q235基体表面制备CoCrFeNiTix (x=0.4、0.6、0.8、1.0)涂层,采用XRD、SEM、EDS等方法分析涂层的相结构和显微组织,用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机测试涂层的硬度和耐磨性。结果表明:涂层的显微组织由胞状晶向树枝晶转变,相结构由BCC和FCC组成。涂层显微硬度的提高归因于固溶强化和细晶强化的共同作用,涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,并伴有轻微氧化。当x=0.8时,涂层的硬度(HV)可达524,磨痕较为平整,耐磨性优异。
7. Al/Mg共掺杂Li2MnO3电化学性质的第一性原理计算
曾智泉, 张时维, 王建川
摘要289)      PDF (874KB)(369)   
双离子掺杂是改善富锂锰基正极材料Li2MnO3电化学性能及循环稳定性的有效方法,然而掺杂离子间微妙的相互作用对Li2MnO3性能的影响机制还不清晰。本研究通过第一性原理计算分别研究Mg单掺杂和Mg/Al共掺杂Li2MnO3的晶格结构、电子结构、O稳定性以及Li扩散动力学。结果表明:相对于Mg单掺杂,Mg/Al共掺杂能引起明显的晶格畸变,提高局域O的电化学活性,但同时会牺牲一定的O稳定性。此外,Mg/Al共掺杂还可以促进局域Li的层内扩散。本研究突出对比了Mg/Al共掺杂和Mg单掺杂对Li2MnO3电化学性能影响的差异,为优化富锂锰基正极材料设计提供理论依据。
8. 低损耗铌酸盐微波介质陶瓷的制备与性能
郑浩然, 邱蓉, 杨盼, 赵晓芳, 于仕辉
摘要287)      PDF (810KB)(436)   
为了获得更低损耗的铌酸盐基微波介质陶瓷,本文以ZnO、GeO2、MoO3和Nb2O5为主要原料,采用固相反应合成法制备Zn[(Ge0.5Mo0.5)xNb1-x]2O6 (x=0.05、0.10、0.15、0.20)铌酸盐微波介质陶瓷。采用XRD、SEM以及矢量网络分析仪分别表征材料的物相组成、微观形貌及介电性能。结果表明:烧结温度为1 180 ℃时,x=0.05的微波介质陶瓷表面形貌最为致密,相对密度最大(94.58%),具有较好的微波介电性能,介电常数εr为21.7,品质因数Qf为64 610 GHz,谐振频率温度系数τf为-81.2×10-6/℃。
9. Sc和Zr的复合添加对高Zn含量7xxx系铝合金组织演变和力学性能的影响
张晓强, 王峰, 何骏阳, 顾及, 杜勇, 宋旼
摘要277)      PDF (951KB)(446)   
本文采用传统铸造和热加工工艺制备复合添加Sc、Zr的高Zn含量7xxx系铝合金,通过室温拉伸实验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等,研究Sc、Zr的复合添加对高Zn含量7xxx系铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:设计制备的新型高Zn含量(w(Zn)=10.9%)铝合金的抗拉强度为769 MPa,伸长率为4.7%。合金中高含量的Zn有利于形成高密度的纳米η'相,实现优异的沉淀强化效果。Sc和Zr复合添加形成的初生Al3(Sc,Zr)相有助于细化凝固组织,而时效过程中析出的次生Al3(Sc,Zr)相则可以有效抑制再结晶和阻碍位错运动,二者结合实现了良好的晶界强化作用。
10. 温压温度对FeSiBC非晶磁粉芯压缩以及磁学性能的影响
刘世杰, 耿赵文, 陈超, 罗武林, 周科朝
摘要260)      PDF (921KB)(528)   
高电阻率的无机氧化物纳米粒子被广泛用作软磁粉芯的绝缘包覆材料,以降低粉芯高频下的涡流损耗,提升器件的工作稳定性和能量利用效率。针对非磁性氧化物纳米粒子的存在会导致粉芯致密性和磁导率下降的问题,本文将温压工艺引入FeSiBC非晶磁粉芯的制备中,重点研究温压温度对FeSiBC非晶磁粉芯的成形性、磁学性能以及力学性能的影响。结果表明:温压温度为120 ℃时,软化的树脂能够有效填充进磁粉间的间隙,增强黏结效果,使粉芯具有最佳的压缩性和综合磁学性能。此时,原始和包覆粉芯的抗压强度分别为220.0和269.1 MPa,相较于室温压制粉芯分别提升了107.5%和47.8%;有效磁导率在100 kHz~10 MHz范围内分别稳定至20.8和18.7 H/m,相较于室温压制粉芯分别提升了20.9%和16.9%;1 MHz、0.05 T下的交流损耗分别为2 693.5和2 228.0 kW/m3,相较于室温压制粉芯分别下降了13.9%和21.3%。本工作通过优化温压工艺参数,提升磁粉芯的应用频率和能量利用效率,为制备性能优良的FeSiBC磁粉芯提供指导。
11. 超高强铝合金的局部腐蚀行为
张芊芊, 朱梦真, 陈旭斌, 许永祥, 胡晓语, 方华婵
摘要259)      PDF (3047KB)(316)   
采用传统熔炼铸造法制备Al-Zn-Mg-Cu合金,通过晶间、剥落、应力和电化学腐蚀实验,结合金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等表征手段,研究再结晶和结晶相对合金腐蚀行为的影响。结果表明:再结晶程度更低和残余结晶相更少的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金具有更好的耐腐蚀性能,腐蚀48 h后的剥落腐蚀等级为EB,弯曲张应力为522 MPa时的应力腐蚀裂纹萌生时间为30 min,电化学腐蚀速率变慢。超高强铝合金的腐蚀分为3个阶段:腐蚀初期,点蚀在残余结晶相(S相)和晶界析出相(η相)周围发生;腐蚀中期,点蚀沿大角度晶界发展为晶间腐蚀,裂纹在S相附近形成并沿大角度晶界扩展,导致应力腐蚀开裂;腐蚀后期,腐蚀产物膨胀以及晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的共同作用引发剥落腐蚀。残余结晶相和再结晶对合金腐蚀性能有不利影响,基体中残留的S相为腐蚀提供了发生位点,η相在再结晶形成的大角度晶界上连续分布,为晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹扩展提供连续通道。
12. 一种新型三代含锇镍基单晶高温合金的析出相演化规律
于静毅, 张利军, 周科朝, 黄再旺
摘要242)      PDF (2331KB)(369)   
铼和钌在镍基单晶高温合金中的应用常受限于其含量和相稳定性,寻找能同时代替铼和钌的新元素具有重要意义。本研究设计了一种具有高含量锇的新型镍基单晶高温合金,采用传统Bridgman技术制备铸态单晶合金,并对合金进行固溶时效处理,通过光学显微镜和扫描电子显微镜研究合金的析出相演化规律。结果表明:铸态合金中锇和钨偏析于枝晶干区域,而铝、钽、钛则偏析于枝晶间区域,即使经过长时间的固溶热处理,锇和钨仍有轻微的偏析。由于枝晶区域的元素偏析,一次时效处理后枝晶间的γ′相比枝晶干的γ′相更易转变为立方形,二次时效处理使析出相的尺寸和体积分数略微增大,形状从立方形向圆形转变。
13. 基于炭/炭复合材料加工余料制备碳化硅粉末的组织及性能
喻文瑞, 张福勤
摘要214)      PDF (1700KB)(358)   
以炭/炭复合材料加工余料为碳源,与硅粉充分混合,通过高温合成法制备单晶生长用碳化硅粉末,并对其显微组织和表面性能进行研究。结果表明:制备出的碳化硅粉末晶型为β-SiC,部分继承了炭/炭复合材料加工余料的管槽状、脊状结构。在拉曼光谱中,该粉末的折叠横光与折叠纵光的半峰全宽之比为0.709,其相对纯度高于以石墨粉为碳源同工艺制备的碳化硅粉末。该碳化硅粉末具有多孔特征,比表面积为25.742 6 m2/g,可用于物理气相传输单晶生长工艺,且已初步验证其可行性。
14. 径向复合钨合金杆的气体渗碳及力学性能
李博, 王猛, 杨明川, 罗荣梅, 吴海龙, 杜忠华
摘要201)      PDF (1087KB)(259)   
利用气体渗碳法对一种径向复合钨合金杆进行表面热处理,在其表面获得一定厚度的渗碳层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪以及室温静态压缩实验,研究渗碳温度和渗碳时间对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:在1 150~1 250 ℃范围内,随渗碳温度升高和渗碳时间延长,渗碳层厚度明显增加,WC相充分形成;当渗碳温度为1 200 ℃,渗碳时间为3~5 h时,合金的渗碳层厚度可达70.5~94.1 μm,维氏硬度达到599.6~1 128.6。渗碳后的径向复合钨合金杆在室温压缩过程中保持良好的压缩韧性,当渗碳层较厚时,外层材料W70Cu发生明显的剪切失效。
15. 基于细观力学的多相耐火材料压缩状态损伤表征
黄志兴, 王志刚, 刘昌明, 李贤军
摘要194)      PDF (480KB)(318)   
针对多相复合耐火材料压缩状态下的非线性力学行为,在细观损伤力学的基础上,对改进的广义自洽模型进行逆向求解,研究多相耐火材料受到压缩载荷时的损伤行为,提出一种能表征多相耐火材料在压缩载荷下非线性损伤行为的方法。以AMC (aluminum-magnesium-carbon)多相耐火材料为例,利用该方法对其在受压状态下的力学行为进行表征。结果显示,表征结果和实验值吻合较好,为多相复合耐火材料的损伤表征提供了一种思路和理论基础。
16. 56NiCrMoV7钢激光熔覆Ni60合金涂层的质量预测与性能分析
刘丽兰, 杨帆, 豆卫涛, 张建广, 韩飞燕
摘要190)      PDF (953KB)(322)   
基于响应面法开展56NiCrMoV7钢表面激光熔覆Ni60合金粉末的理论及实验研究。以激光功率、扫描速度、送粉速率和搭接率为影响因素,以涂层表面平整度、稀释率及显微硬度为响应目标建立多元回归预测模型,进行工艺参数优化和涂层质量预测。结果表明:送粉速率和扫描速度的交互作用对表面平整度影响最大;激光功率、送粉速率及搭接率对稀释率均有显著影响;送粉速率对显微硬度影响最大,激光功率次之。优化的工艺参数为激光功率1 647 W,送粉速率0.5 rad/min,扫描速度5 mm/s,搭接率0.4,所制备Ni60合金涂层的表面平整度、稀释率和显微硬度预测值与实验值一致性较好。Ni60合金涂层与56NiCrMoV7基体之间为冶金结合,涂层的硬度和耐磨性均优于基体,表面强化效果明显。
17. 金属材料表面超疏水涂层研究进展
杨欢, 周张燕, 马北越
摘要182)      PDF (497KB)(394)   
金属材料普遍存在腐蚀现象,这限制了金属资源的综合利用。近年来,受到自然界超浸润现象的启示,超疏水涂层作为一种新型金属防护手段,已得到广泛应用。本文对超疏水表面的基础理论进行阐述,重点综述镁合金、铝合金、碳钢、钛合金表面超疏水涂层近期的发展状况,以期为开发新型功能材料,推动相关技术进步,促进多领域的交叉应用提供参考和指导。
18. ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料的微观结构和烧蚀性能
汤磊, 白凯伦, 熊翔, 尹健, 张红波, 左劲旅
摘要182)      PDF (1928KB)(329)   
为改善C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能,以ZrC纳米粉体和Si粉为反应渗料,采用反应熔渗(reactive melt infiltration, RMI)法制备ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等研究ZrC纳米粉体含量对C/C-SiC复合材料微观结构和烧蚀性能的影响。结果表明:随ZrC纳米粉体含量增加,复合材料的孔隙率增大,而密度变化不大。ZrC纳米粉体一部分弥散分布在SiC基体中,一部分则发生了团聚。烧蚀30 s后,ZrC纳米粉体摩尔分数为6%时,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率最低,分别为2.0 mg/s和3.9 μm/s。随ZrC纳米粉体含量增加,烧蚀过程中形成的ZrO2含量增多,对SiO2的钉扎作用明显增强,能有效提升C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。
19. 泡沫SiC基亚氧化钛电极的制备及电催化氧化酸性橙G的性能
余章俊, 王项, 邓泽军, 马莉, 魏秋平
摘要179)      PDF (1340KB)(312)   
采用溶胶-凝胶烧结法制备三维泡沫SiC基亚氧化钛(SiC/TinO2n-1)电极。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电化学工作站表征亚氧化钛电极的表面形貌、相组成和电化学性能,利用紫外-可见光分光光度计测试其对有机污染物的降解效果。结果表明:1 050 ℃/2 h烧结制备的泡沫SiC基亚氧化钛电极涂层质量较好,分布连续、均匀,且导电相Ti4O7的含量最高(质量分数为37.5%)、薄膜电荷转移电阻最低(16.75 Ω),对模拟污染物酸性橙G表现出更快的降解速率(反应速率常数为0.60 h-1)和更低的能耗(11.63 (kW·h)/m3)。•OH和$ \mathrm{SO}_{4}^{.-}$均参与降解酸性橙G,且•OH和$ \mathrm{SO}_{4}^{.-}$对去除酸性橙G的贡献几乎相同。无机离子$ \mathrm{HCO}_{3}^{-}$、$ \mathrm{NO}_{3}^{-}$、$ \mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-}$的存在对酸性橙G的降解均具有抑制作用,而Cl-会促进酸性橙G的降解。电极在多次降解中表现出较高的稳定性。
20. 等离子体渗硼对硬质合金表面金刚石涂层的影响
丁晟, 王海龙, 马莉, 魏秋平
摘要177)      PDF (1796KB)(303)   
采用热丝化学气相沉积法在等离子体渗硼预处理后的硬质合金表面沉积金刚石涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及洛氏硬度计探究预处理过程对金刚石涂层生长质量和结合性能的影响。结果表明:随等离子体渗硼温度升高,基体表面生成的CoWB含量增加,且WC脱碳还原为W。等离子体轰击使基体表面缺陷密度增大,能提高金刚石的形核速率,CoWB钝化层和W过渡层可抑制Co原子扩散,提高金刚石的生长质量。相较于酸碱两步法处理,经过等离子体渗硼处理的硬质合金表面金刚石涂层中石墨相含量明显减少,残余应力随等离子体渗硼温度升高而降低。石墨相含量的减少和残余应力的降低提高了金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合性能,1 000 ℃预处理的硬质合金表面金刚石涂层的结合力等级可达HF1水平。
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