采用类沸石咪唑酯骨架化合物ZIF-67(zeolitic imidazolate framework-67)和六水合硝酸钴为原料制备金属-有机物框架材料(metal organic frameworks, MOF),经过高温煅烧及磷化,得到碳包覆磷化钴(CoP/C)粉体。用X射线衍射仪、扫描电镜及透射电镜对CoP/C粉末进行表征与分析,并进行电催化析氢实验。结果表明,高温煅烧后,ZIF-67的有机组分转化为导电炭骨架,钴离子转化为单质钴纳米颗粒嵌于炭骨架中,形成金属有机框架。经进一步磷化后,得到纯相CoP/C粉体。CoP/C粉末表现出良好的电化学析氢性能,其过电位为64 mV,塔菲尔斜率为66 mV/dec,历经15 h电催化析氢后仍保持高催化活性。

采用硬模板法与溶胶-凝胶法相结合的工艺,以自制的聚苯乙烯(PS)为模板,十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)为阳性表面活性剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源制备SiO₂空心微球。重点研究升温速率及CTAB、TEOS、氨水用量等工艺参数对SiO₂空心微球形貌的影响规律。采用XRD、TEM、SEM、TG、FTIR对微球的物相、微观形貌及介孔结构等进行表征。结果表明：SiO₂空心微球粒径为2~5 μm、壁厚为117 nm;SiO₂空心微球壁会随着升温速率的增加而出现破损现象;随CTAB用量增加,纳米球数量增加且粒径减小;随TEOS用量增加,球壁变厚直至形成纳米球;氨水小于4 mL时,二氧化硅空心微球不能成形,氨水大于4 mL时,二氧化硅空心微球表面粗糙,有实心颗粒;当升温速率为0.5 ℃/min、CTAB用量为0.05 g、TEOS用量为0.3 mL、氨水用量为4 mL时,且经过抽滤清洗的SiO₂空心微球的形貌最佳。

多孔氧化铝陶瓷具有力学性能好、耐腐蚀、比表面积大以及化学性质稳定等优点,在耐火材料、电绝缘体、耐磨机械部件、过滤材料、催化支撑体等领域得到广泛应用。常见多孔氧化铝陶瓷的造孔方法主要有部分烧结法、复刻模板法、牺牲模板法与直接发泡法,合理的造孔方法有利于获得特定孔隙结构与孔隙率。氧化铝陶瓷的常规烧结工艺通常温度高、时间长、易形成粗化晶粒与残留气孔,先进烧结技术如振荡压力烧结、放电等离子烧结、微波烧结等可有效克服上述缺点,综合提升材料的各项性能。本文从造孔方法与烧结技术两个方面综述多孔氧化铝陶瓷的研究进展,期望为新型多孔氧化铝陶瓷的研究、开发与应用提供参考。

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势从头算量子力学方法,对L1₂结构的Al₃Zr,Al₃Sc,Al₃Yb,以及Zr替代部分Sc或Yb的Al₃(Sc_0.5,Zr_0.5) 和Al₃(Yb_0.5,Zr_0.5)化合物的晶格常数和形成焓进行计算。计算结果表明,L1₂结构Al₃(Yb_0.5,Zr_0.5)化合物是热力学稳定的,在铝中易以共格态形式析出。通过透射电镜观察发现,Al- Zr-Yb合金经热处理后析出大量尺寸为20~80 nm的L1₂结构Al₃(Yb,Zr)弥散相,芯部富Zr的Al₃(Yb,Zr)和芯部富Yb的Al₃(Yb,Zr)相均为明显的壳核结构。L1₂结构Al₃(Yb,Zr)相的高温析出硬化作用及稳定性和抑制再结晶效果均优于L1₂结构Al₃Zr相。

采用选区激光熔化成形法制备AlSi10Mg合金,然后分别进行退火、固溶以及T6处理,研究热处理工艺对合金显微组织与力学性能的影响,优化其热处理工艺。结果表明：选区激光熔化成形AlSi10Mg合金的物相主要为α-Al基体和共晶Si。共晶体组织[α-Al+单质Si]在α-Al基体上呈连续网络状分布。XOY和XOZ截面的组织均有粗晶区、细晶区和热影响区。经退火处理后,连续网络状分布的共晶Si发生部分溶解和断裂,合金的强度降低,但硬度略微升高。经T6处理后,共晶体呈规则几何形状零散地镶嵌在α-Al基体上,合金的抗拉强度下降,但屈服强度略有提升,塑性明显增强。综合比较,T6处理更适合作为选区激光熔化成形AlSi10Mg合金的后续热处理。

氧化物弥散强化铜合金作为先进铜合金之一,被广泛地应用于轨道交通、国防工业和核反应堆等领域。本文综述了Al₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂等氧化物弥散强化铜合金复合材料,概述了它们的制备方法、组织特征和相关物理特性。在此基础上指出了氧化物弥散强化铜合金开发应用中所存在的问题,并对它们的发展趋势进行了分析和展望。

在AA7075合金粉末中加入0.6%~1.4%亚微米TiH₂和0.8%纳米TiB₂颗粒(均为质量分数,下同),采用低能球磨法制备(TiH₂+TiB₂)/AA7075复合粉末,再通过激光选区熔化成形(selective laser melting,SLM)制备(Ti+TiB₂)/AA7075复合材料,研究TiH₂添加量对复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明：亚微米TiH₂和纳米TiB₂颗粒的加入能显著抑制SLM成形AA7075合金的裂纹,添加1.4%TiH₂+0.8%TiB₂可使裂纹完全消除。随TiH₂添加量由0.6%增加至1.4%,显微组织中的柱状晶全部转变为等轴晶,平均晶粒尺寸由2.33 μm细化至1.38 μm。TiH₂添加量为1.4%的复合材料,抗拉强度和屈服强度分别为360 MPa和328 MPa,伸长率为12.0%。经T6热处理后,性能进一步提升,抗拉强度和屈服强度分别提高到461 MPa和394 MPa,伸长率增加至15.3%。

以四羟甲基氯化磷(THPC)为还原剂,多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWNTs)为载体,采用一步法制备Ag@Cu₂₊₁O/MWNTs催化剂,用X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪等对催化剂结构、形貌及组成进行表征,并进行负载量测试及循环伏安法(cyclic voltammetry, CV)、线性伏安法(linear sweep voltammetry, LSV)等氧还原反应(oxidation-reduction reaction, ORR)测试。结果表明,Ag@Cu₂₊₁O/MWNTs催化剂的Ag和Cu₂₊₁O负载量(质量分数,%)分别为9.32%和5.90%,Ag@Cu₂₊₁O的平均粒径约为7 nm。Ag@Cu₂₊₁O/ MWNTs在碱性介质中催化直接四电子氧还原过程,LSV半波电位为0.75 V,1 600 r/min下的极限扩散电流密度接近5.5 mA/cm²,Tafel斜率为92 mV/dec,与20%Pt/C相当,优于Ag负载量为17.5%的Ag/MWNTs催化剂。Ag@Cu₂₊₁O/MWNTs具有与20%Pt/C相当的稳定性和更强的耐甲醇毒化能力。作为铝空气电池阴极催化剂时,表现出与20%Pt/C相当的功率密度(148.7 mW/cm²)、容量(1 260 mAh/g)和稳定性。

以硫酸镍、次亚磷酸钠、钨酸钠、钼酸钠等为原料,采用一步恒电流电沉积法在泡沫镍基底上合成Ni-P-W-Mo析氢电极,借助X射线衍射、扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱以及电化学测试等手段研究材料的表面形貌、元素组成以及电化学析氢性能。结果表明,Ni-P-W-Mo析氢电极在碱性溶液中析氢催化时有出色的催化活性和稳定性,仅需92 mV的过电位即可达到10 mA/cm²的电流密度,比Ni-P电极降低67 mV,电极的双层电容为42.98 mF/cm²,经过2 000次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后,析氢活性略微下降。Ni-P-W-Mo电极优异的催化性能可能是由于W、Mo的添加使电极的表面形貌更粗糙,电化学活性表面积和活性位点显著增加,同时自支撑电极结构可以有效降低界面传输电阻,提高电荷传输效率。

铜材料在现代工业中占据着重要地位,但由于强度,耐磨性和高温稳定性等较差严重限制了其应用。因此通过粉末冶金技术将合适的增强体引入到铜基体中制备出综合性能优异的铜材料成为了该研究领域的热点,并开始将多组元,多尺度协同增强的设计思路引入铜基材料中,进而获得综合性能更加优异的铜基复合材料来满足更多应用领域的要求。本文综述了常见协同增强铜基复合材料的增强相,增强相的引入方法,协同增强效果评价和机制讨论等方面的研究进展,并展望了协同增强铜基复合材料的发展方向及需要解决的问题。

用三氯化铁(FeCl₃)提供铁源,分别以2种不同化学结构的聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)(poly styrene sulfonic acid-co-maleic acid PSSMA)钠盐作为表面活性剂,采用溶剂热法制备磁响应四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒。研究不同结构的PSSMA表面活性剂和反应条件对Fe₃O₄纳米颗粒形貌、粒径与光学性能的影响。结果表明,在强碱环境下,以n(SS)∶n(MA)=1∶1的PSSMA作表面活性剂制备的Fe₃O₄粒子表面粗糙,为近球形,粒径随水量增加而增大;在弱碱条件下,以n(SS)∶n(MA)=3∶1的PSSMA为表面活性剂制备的Fe₃O₄粒子表面光滑,为规则球形,粒径随Fe³⁺含量增加而增大。在弱碱环境下,由于PSSMA(3∶1)表面含有更丰富的磺酸基,更适合生成粒径均一、单分散性好且具有优异超顺磁性的Fe₃O₄纳米颗粒。该Fe₃O₄纳米颗粒分散体系在外磁场作用下可快速形成有序光子晶体纳米颗粒群,获得优异的可调结构色。

文献中Al₂O₃-MgO二元体系的热力学参数在外推至多元系时与实验数据存在偏差,本工作基于热力学数据的严格评估,采用CALPHAD(calculation of phase diagram)方法对该体系进行热力学重新优化,并在此基础上进一步完善Al₂O₃-MgO-SiO₂体系的热力学描述。优化过程中,采用离子双亚点阵模型描述液相,用CEF(compound energy formalism)化合物能量模型描述固相。所得Al₂O₃-MgO体系和Al₂O₃-MgO-SiO₂体系的相图热力学计算结果与绝大部分实验数据相吻合,是构建Al₂O₃-SiO₂-MgO-CaO-Fe₂O₃-Na₂O六元体系热力学数据库的基础,并可为大宗铝硅酸盐固废材料化设计与高值化应用提供理论依据。

3D打印球形金属粉末的粒度粒形特征对于成形后的零件性质有很大影响。因此探索恰当的粒度粒形参数指标以对3D打印球形金属粉末进行质量控制至关重要。3D打印球形金属粉末粗细粒级按一定的比例混合能够有效地提高产品强度和表面质量,但是传统的激光衍射法不能准确地表征多粒群粉体的粒度分布,而图像法则能够轻易地解决这个问题。3D打印球形金属粉末的球形度和卫星化程度是粒形研究的重点,但球形度实际是一组具有宏观形状、介观形状和微观形状的多层级表征参数,不能用某一个参数来完整表征。本文针对3D打印球形金属粉末,提出图像法测量粒度的仪器(Occhio 500nano XY)和方法,并与传统激光衍射法进行了比较。提出两个微观形状定量参数——钝度和赘生物指数是3D打印金属粉末球形度的最适用评价参数,并阐述了这些参数的含义和区分度。指出了钝度是最灵敏的球形度表征参数之一,赘生物指数则可以反映球体颗粒的卫星化程度,而GB/T 39251—2020中建议的圆形度参数,对颗粒的形状变化极不灵敏,不宜作为3D打印球形粉末的质量控制 参数。

激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层技术用于解决恶劣环境下零件的磨损和腐蚀问题,具有良好的发展前景。本文简要介绍了激光熔覆技术的发展历史;重点综述了国内外激光熔覆工艺对制备耐磨耐蚀涂层影响的研究进展,以及激光熔覆熔池变化与激光熔覆工艺参数和熔覆层组织性能之间联系的研究进展;并阐述了激光熔覆制备耐磨耐蚀涂层技术在具体应用零件和工况的研究进展,包括：水利工程装备零部件、航天航空装备零部件、石油开采装备零部件等;最后总结了目前制约该技术全面工业应用的关键问题,以及工艺、设备等方面亟需开展的研究方向。

铜及铜合金的延展性好,并具有优异的导电导热性能和耐腐蚀性能,受到业界的广泛关注。本文重点综述了近年来3D打印成形铜及铜合金的工艺、微观组织和性能等方面的研究进展。降低铜对激光的反射率是选区激光熔化成形和激光金属熔化成形铜及铜合金的难点,也是调控组织及提高成形件性能的基础;选区电子束熔化和黏结剂喷射技术可解决铜对激光高反射率问题,成功实现铜及铜合金的3D打印成形,但仍然存在致密度低和收缩率大等问题,相关工艺有待进一步完善。同时还介绍3D打印铜与铜合金的应用前景,并对3D打印铜及铜合金的研究进展进行总结与展望。

以氯化钠-氯化钾作为熔盐,采用熔盐电解法对海绵钛阴极片进行提纯,通过对电解过程形核率的理论推导,分析电解温度及不同熔盐成分比例对高纯钛结晶形貌的影响,研究熔盐电解过程中的结晶机理。结果表明,随电解温度升高,结晶钛颗粒尺寸逐渐增大,结晶颗粒由长条状或椭圆状逐渐转变为树枝状。熔盐成分中KCl含量增大会导致熔盐电阻增加,电流效率下降,致使结晶钛颗粒尺寸减小,结晶钛疏松,夹盐率高。通过对结晶钛颗粒进行微观表征,发现熔盐电解过程中,钛晶体台阶状生长,为二维形核方式。电解钛粉不是一个单晶整体,而是含有许多纳米晶及亚晶的多晶体,晶粒尺寸为100~500 nm。

采用粉末热挤压法制备7075铝合金棒材,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和 X射线衍射仪(XRD)分析材料的显微组织,测定材料的拉伸性能,研究挤压比对7075铝合金棒材组织与力学性能的影响,并对强化机制进行理论计算。结果表明：在500 ℃、挤压比分别为9、16、25、36条件下进行热挤压,挤压过程中有大量第二相MgZn₂脱溶析出。随挤压比增大,粉末颗粒间的冶金结合更加充分,合金的抗拉强度与伸长率提高,挤压比为36的合金抗拉强度达到492 MPa,伸长率为27.6%,断裂方式为韧-脆性混合断裂,强化机制为细晶强化、位错强化、第二相强化与固溶强化共同作用。

采用喷射成形工艺制备7075铝合金沉积坯,并对材料进行塑性变形和T6峰值时效热处理。测试和分析材料在不同制备状态下的力学性能以及微观组织和拉伸断口特征,系统研究喷射成形工艺对7075铝合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：喷射沉积态7075铝合金的晶粒呈等轴晶状,尺寸细小均匀;与铸态组织相比,第二相沿晶界分布,且在晶粒内部以针状和球状大量存在,Mg、Zn元素的分布更均匀,偏析情况明显改善,但材料内部存在一定量的细小孔隙;且合金的拉伸断口呈河流花样,属脆性断裂。喷射沉积态合金经过塑性变形致密化后,抗拉强度提高至529 MPa。T6热处理可以进一步提高材料的力学性能,抗拉强度达到642 MPa,伸长率提高到8.36%。

针对分别掺杂Ni、Co、Al的尖晶石LiMn₂O₄,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分析反铁磁层和铁磁层沿[001]方向交替排列的磁性构型的合理性。结果表明,此磁结构下表现出Mn³⁺/Mn⁴⁺沿[001]方向交替排列的价态分布。Ni、Co、Al三种掺杂原子都倾向于替换Mn³⁺层上的Mn,占据16d位后价态表现为Ni²⁺、Co³⁺和Al³⁺。Al与Ni掺杂均能抑制掺杂点位的Jahn-Teller畸变,且Ni掺杂后其最近邻的Mn³⁺被氧化为Mn⁴⁺,使结构更稳定,而Co掺杂可能导致更严重的Jahn-Teller畸变。Al³⁺和Co³⁺可显著降低Li离子的两条路径扩散能垒,Ni²⁺在Mn⁴⁺的协同作用下可进一步降低低能垒路径的能垒。

以硝酸铜和均苯三甲酸为原料,水热合成八面体结构的金属有机物框架(HKUST-1)前驱体,前驱体在Ar保护下煅烧发生热分解和碳热还原,得到Cu/C纳米颗粒,再与氯铂酸钾通过置换反应得到Cu@Pt/C催化剂。利用扫描电镜、X射线衍射仪以及X射线光电子能谱仪对Cu@Pt/C催化剂的形貌与结构进行表征,并测试其对甲醇溶液的电催化氧化性能。结果表明,Cu@Pt/C催化剂保留了前驱体HKUST-1的八面体结构,Pt包覆在Cu表面形成核壳结构。根据Cu@Pt/C催化剂在H₂SO₄溶液中的循环伏安曲线,计算出其电化学活性面积为74.3 m²/g,约为商业Pt/C的1.47倍,并且Cu@Pt/C催化电极在H₂SO₄与甲醇混合溶液中的循环伏安扫描曲线的正扫过程中的峰值电流密度(J_f)与负扫过程中的峰值电流密度(J_b)的比值(J_f/J_b)为2.18,远高于商业Pt/C电极,表现出优异的对甲醇的电催化氧化活性和抗CO中毒性能。