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%。

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。

以Ti粉和Al-40V合金粉末为原料,添加微量稀土化合物YB₄,采用常压烧结工艺,利用YB₄的高温热分解反应原位自生(Y₂O₃+TiB)/Ti-6Al-4V复合材料,研究YB₄添加量对材料组织与力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)等手段分析复合材料的显微组织、物相组成和增强体的微观形貌,用电子拉伸机测试材料的力学性能。结果表明,YB₄在Ti-6Al-4V合金中发生原位反应,生成Y₂O₃颗粒和TiB晶须。随YB₄添加量增加,Y₂O₃颗粒逐渐聚集成团,TiB晶须长大。添加微量YB₄可略微提高合金的抗拉强度,并显著提高伸长率。YB₄添加量(质量分数)为0.263%时,原位自生((Y₂O₃+TiB)/Ti-6Al-4V)复合材料获得高抗拉强度和高伸长率,分别为924.80 MPa和9.13%。

分别以Fe(NO₃)₃∙9H₂O和Na₂S∙9H₂O作为Fe源和S源,用镍网(nickle mesh, NM)作为Ni源与支撑基底,采用两步水热法合成Ni₃Fe/Ni₃S₂析氧催化剂,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜分析催化剂的显微组织与形貌,用电化学工作站进行电化学性能测试。结果表明：两步水热法合成的Ni₃Fe/Ni₃S₂催化剂为丰富立体的纳米花形貌,这种形貌可提升催化剂的空间利用率。Ni₃S₂暴露出高折射率的$\{\bar{2}10\}$晶面,与Ni₃Fe的(111)晶面产生协同效应,从而提升了催化活性。在1 mol/L的KOH溶液(25 ℃)中,10 mA/cm²电流密度下Ni₃Fe/Ni₃S₂/NM的析氧过电位为229 mV,在5.35 mol/L的KOH溶液(80 ℃)中,600 mA/cm²电流密度下的过电位为335 mV,且经6 000圈循环伏安法循环后,过电位衰减率仅为2.39%,说明该催化剂具有良好的析氧性能和稳定性。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

采用相场法对溶胶凝胶法制备氧化铝纤维的高温烧结中α-Al₂O₃晶粒的生长进行仿真模拟,并结合实验,研究不同烧结温度和不同初始尺寸的α-Al₂O₃晶粒长大行为及动力学规律。相场模拟和实验结果均表明,在 1 200~1 500 ℃烧结温度范围内,晶粒生长速率随烧结温度升高而明显增大,其中1 400~1 500 ℃温度区间内晶粒生长速率最快;初始晶粒尺寸越细小,晶粒生长速率越快。模拟结果显示,初始α-Al₂O₃晶粒尺寸不均匀性增加也会促进晶粒长大。

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。

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%。

以四氯化锆为锆源,苯甲醇为碳源,分别采用对二甲苯,间二甲苯和二甲苯3种不同溶剂,有机合成高碳锆比(原子比28:1)碳化锆陶瓷的先驱体苯甲醇锆(benzyl alcohol zirconium,BAZ)。采用FT-IR对先驱体的基团结构进行表征,通过热重分析(TGA)和X射线衍射分析(XRD)对BAZ的耐热性和陶瓷转化过程进行研究。结果表明,采用不同溶剂制备的碳化锆先驱体在600~700 ℃时均全部热裂解,1 500 ℃完全热解为ZrC,其中采用对二甲苯溶剂制备的先驱体在氩气气氛下1 600 ℃保温1 h后的陶瓷产率最高,为51.8%,采用二甲苯溶剂制备的先驱体热裂解温度最高,为670 ℃。

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。

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。