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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

通过组织观察和差热分析,研究TB17钛合金由单相区匀速降温(5 K/min)至两相区过程中初生α相,包括晶界α相(α_GB)与魏氏体α相(α_WGB)的析出行为和析出温度范围,确定两种α相析出的温度范围分别为1 120~992 K和920~895 K。随后采用Avrami-Johnson-Mehl准则计算得出晶界α相的激活能Q_αb= 253.236 kJ/mol,魏氏体α相析出的激活能Q_αi=503.188 kJ/mol,明确两种α相的析出动力学方程,并在此基础上构建了两种α相析出的TTT曲线。结果显示,两种α相的TTT曲线均呈C形,晶界α相析出的鼻尖温度在1 023 K附近,魏氏体α相的鼻尖温度在905 K附近。

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。

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。

以Al-Mg-Sc-Zr合金粉末作为修复原料,采用激光定向能量沉积法对开槽5083铝镁合金进行增材修复,用金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、室温拉伸试验及显微硬度测试等手段,研究5083铝合金试样修复前后的微观组织与力学性能,同时对不同修复体积占比的试样力学性能进行对比。结果表明：修复区熔合线附近柱状晶呈树枝状,垂直于熔合线方向向基体呈外延生长。修复区为典型的熔池分布,晶粒尺寸为4~9 μm,存在较多孔洞,熔合线和扫描轨道附近析出大量Al₃(Sc,Zr)颗粒。5083基体材料与开槽修复件的抗拉强度相差不大,分别为190.80 MPa和197.73 MPa,但修复试样的伸长率显著降低。从基体至修复区的2 mm范围内,硬度均值(HV)从50逐渐提高至100。

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。

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。

分别以片状羰基铁粉(flake carbonyl iron, FCI)和球状羰基铁粉(spherical carbonyl iron, SCI)作吸波剂,与聚二甲基硅氧烷(polydimethylsioxlane, PDMS)混合制备成打印墨水,采用墨水直写3D打印工艺制备羰基铁粉/聚二甲基硅氧烷(CIP/PDMS)柔性复合吸波材料。研究羰基铁粉(carbonyl iron powder, CIP)的形貌和含量对墨水流变行为和3D直写打印工艺的影响,并通过CST Studio Suite电磁仿真软件研究CIP/PDMS复合吸波材料的电磁反射损耗。结果表明：CIP含量越高,复合材料的吸波性能越好,w(FCI)为30%时FCI/PDMS复合材料具有最佳的吸波性能,厚度为1.8 mm时对频率为10.9 GHz的电磁波具有最强吸收峰,吸收峰值为–34.8 dB,有效吸收带宽(effective absorption bandwidth, EAB, 反射损耗<-10 dB)为4.8 GHz;w(SCI)为80%时SCI/PDMS复合材料具有最佳吸波性能,厚度为t=2.4 mm时对频率为7.3 GHz的电磁波具有最强吸收峰,吸收峰值为–41.5 dB,EAB为3.6 GHz。

以还原铁粉为基体粉末,探究氧化促进剂Na₂MoO₄、NaNO₂及其复合添加对铁粉在NaH₂PO₄磷化液中磷化反应的影响,通过扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪,振动样品磁强计以及软磁交流测量仪对磷化前后的铁粉和铁粉芯进行结构与性能表征。结果表明：铁粉在质量分数为5%的NaH₂PO₄磷化液中反应速度过快,无法生成完整均匀的包覆层,铁粉芯的软磁损耗虽有降低,但磁导率的频率稳定性不佳,铁粉经NaH₂PO₄磷化的表面磷化层主要由Fe₃(PO₄)₂、FePO₄组成。在NaH₂PO₄磷化液中添加NaNO₂,虽然促进了磷酸盐的生成,但包覆不均匀,其包覆层主要由FePO₄组成;在NaH₂PO₄磷化液中添加Na₂MoO₄或Na₂MoO₄+NaNO₂复合氧化促进剂可以使铁粉表面生成均匀的包覆层,大幅度降低铁粉芯的涡流损耗,其包覆层主要由FePO₄和Fe₂(MoO₄)₃组成。其中Na₂MoO₄+NaNO₂复合添加对磷化反应的改善效果最好,400 ℃热处理后的铁粉芯电阻率为194.2 μΩ·m,在测试励磁场强度B_m=50 mT,测试频率f=100 kHz条件下,铁粉芯的磁导率为92.5,软磁损耗为142.0 W/kg。

以气雾化预合金粉末为原材料,采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)成形制备Al-Mg-Sc-Zr合金。采用光学显微镜、扫描电子显微镜及室温拉伸实验等研究激光功率对合金缺陷、微观组织及力学性能的影响。结果表明,SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金具有细等轴晶和粗柱状晶交替出现的混晶组织,在细等轴晶区存在明显的元素偏析和部分Al₃(Sc,Zr)析出粒子钉扎晶界。当激光功率由260 W增大到380 W时,试样的孔隙率呈现先减少后增加的趋势,力学性能的变化趋势相反。在最佳激光功率300 W下,试样相对密度达99.4%,仅存在少量因液态金属供应不足造成的小尺寸圆形孔隙;抗拉强度、屈服强度与断裂伸长率分别为429.7 MPa、363.5 MPa和17.7%。经325 ℃时效处理10 h后,合金的抗拉强度、屈服强度与断裂伸长率分别达到530.1 MPa、506.4 MPa和9.0%。

一维碳化物纳米材料具有高强度、高硬度、高化学稳定性、低电阻率及强抗氧化腐蚀性等优点,在超导材料、高温涂层材料、切割工具材料、超强增韧材料等领域得到广泛应用。根据现有一维碳化物纳米材料的研究进展,本文重点综述了该种材料的合成方法、生长机理、微观结构、性能特点等方面的研究进展,并对该领域的发展空间进行了展望,期望为一维碳化物纳米材料的研究、开发与应用提供参考。

为提高液压活塞杆的耐腐蚀和抗磨损性能,在45号钢表面采用激光熔覆技术在不同激光功率下制备具有马氏体/铁素体组织的Fe基合金熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线能谱仪等手段表征涂层的物相组成、微观形貌和元素分布,采用维氏硬度计和干滑动摩擦试验机对涂层的显微硬度和抗磨损性能进行测试,并通过电化学工作站研究熔覆层的耐腐蚀性能。结果表明：Fe基合金熔覆层的主要物相为α-Fe、Ni-Cr-Fe、γ-(Fe,C)和Fe_9.7Mo_0.3等,主要组织为马氏体、铁素体和少量残余奥氏体。熔覆层的枝晶态组织均匀致密,无裂纹和孔隙缺陷,涂层与基体呈冶金结合。涂层的硬度与耐磨性能随激光功率增大而提高,当功率为2.4 kW时,涂层的平均显微硬度(HV)为647.64,耐磨性能为45号钢的9.37倍,磨损机制为磨粒磨损。随激光功率提高,Fe基合金熔覆层的耐腐蚀性能先升高后降低,当激光功率为2.0 kW时涂层具有最佳耐腐蚀性能,显著高于活塞杆常用碳钢、不锈钢以及电镀硬铬等材料,可在相关领域替代电镀铬。

以6 μm粒径的拟薄水铝石为原料,采用溶胶-凝胶法制备含La₂O₃-TiO₂-SiO₂复合添加剂的陶瓷刚玉磨料的前驱体,然后分别采用传统烧结方法和二步烧结法制备陶瓷刚玉磨料。利用扫描电镜和透射电镜分析磨料的微观结构和元素分布,并采用imagePro软件对晶粒尺寸进行分析。结果表明,采用二步烧结法时,第一段烧结的温度显著影响磨料的最终晶粒尺寸。第二段烧结由于温度较低,烧结机制由晶界迁移变为晶界扩散,从而显著细化晶粒,并避免晶粒异常长大。适当降低第二段的烧结温度有利于获得分布均匀的细小等轴晶,但会导致磨料密度降低。与传统烧结法制备的刚玉磨料相比,二步烧结的磨料虽然密度降低,但晶粒细小、尺寸均匀,磨料仍具有较高的硬度。采用第一段和第二段烧结温度分别为1 300 ℃和1 200 ℃(保温10 h)的二步烧结法,可获得细小而均一的等轴晶,平均晶粒尺寸为(334±97) nm,密度和硬度(HV)分别为3.87 g/cm³和(18.3±0.29) GPa。