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2019年 24卷 5期
出版日期：2019-10-15
工艺技术
理论研究
391
金属氢化物热能储存及其研究进展
周承商, 刘煌, 刘咏, 史全
近年来,金属氢化物作为高密度储热材料得到了国内外研究者的广泛关注。本文介绍金属氢化物的热化学性质和储热系统工作原理。结合近年来的研究进展和动态,对金属氢化物作为高温、中温、低温储热材料的工作温度、压力、储热密度等进行分析和讨论,对金属氢化物热能存储的制冷、热泵等应用和发展趋势进行论述。
2019 Vol. 24 (5): 391-399 [
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工艺技术
400
等离子熔覆Fe-Cr-Nb-Si-Mo涂层的制备及摩擦学性能
邢亚东, 高贵军, 李鑫鑫
在单轨吊摩擦驱动轮常用材料WH60A、Weartuf450、NM450 基体上采用等离子弧熔覆 Fe-Cr-Nb-Si-Mo 合金粉末涂层,制备出 A1、A2和A3 三种耐磨涂层。采用金相显微镜、X 射线衍射仪、显微硬度计和液压万能材料试验机对三种涂层的相组成、摩擦磨损性能及结合强度进行测试分析。结果表明：A1、A2和A3的主要相均为马氏体和各类金属碳化物((Nb,Mo)C,VC,Cr
7
C
3
),其中基材WH60A 表面的维氏硬度提高了790.4 HV
0.1
,基材Weartuf450 和NM450的维氏硬度分别从467.8、493.4 HV
0.1
提高到1 002.1、983.3 HV
0.1
, 提高了约1倍左右;与另外两种基材相比,Weartuf450表面熔覆层的摩擦因数和磨损率最大。
2019 Vol. 24 (5): 400-405 [
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406
钨铜粉末轧制的有限元模拟研究
崔利群, 韩胜利, 施麒, 李达人, 胡建召, 刘祖岩
选用Drucker-Prager/Cap 模型来描述钨铜粉末的轧制变形行为,建立钨铜粉末轧制有限元模拟模型。利用Abaqus有限元分析软件研究钨铜粉末轧制成形过程中轧辊辊缝、轧制速度和轧制温度等工艺参数对板材相对密度的影响,并将模拟结果与粉末轧制实验结果进行对比。结果表明：钨铜合金粉末轧制过程中,轧辊辊缝越大,轧制所得板材的相对密度越小,密度分布越均匀;轧制速度越快,板材的相对密度越小,边缘低密度区域越小,密度分布越均匀;轧制温度越高,板材的相对密度越大,粉末流动性越好。将模拟结果和实验结果对比,两者基本一致,最大误差为4.1%,表明有限元模型的可靠性。
2019 Vol. 24 (5): 406-412 [
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413
钛及钛合金多弧离子镀Ta-10W涂层的腐蚀性能
孙沛, 古一, 李雅琪, 刘葆山
采用多弧离子镀技术在工业纯钛(CP-Ti)及TC4合金基体上制备Ta-10W涂层以改进钛及钛合金在人体及海洋环境中的腐蚀性能。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、动电位极化及电化学阻抗谱(EIS)试验等测试手段对涂层在模拟人体及海洋环境中的耐蚀性能进行研究。结果表明：Ta-10W涂层连续、致密且厚度均匀,主要组成相为体心立方α-Ta;在林格溶液及模拟海水溶液中,涂覆Ta-10W涂层后的腐蚀电位值均较两种基体升高、腐蚀电流密度下降,其中CP-Ti基体上的涂层在林格溶液中的腐蚀电流密度下降至2.648×10
-9
A/cm
2
,在模拟海水溶液中则下降至2.548×10
-9
A/cm
2
,较CP-Ti基体的下降一个数量级。Ta-10W涂层对TC4基体也有较好的改善效果;并且Ta-10W涂层使CP-Ti及TC4在两种溶液中的电荷转移电阻增大了1~2个数量级,涂覆涂层使双电层的介电性也有较大提升,有效提高了CP-Ti和TC4在不同溶液环境中的耐腐蚀性能。故Ta-10W涂层对CP-Ti和TC4在人体和海洋环境中的腐蚀具有良好的防护作用,对于钛及钛合金在此环境中的应用具有指导意义。
2019 Vol. 24 (5): 413-421 [
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422
选区激光熔化成形工艺参数对Fe20Cr5Al合金致密度和力学性能的影响
卢洋, 赵哲, 明亮, 胡子健, 薛翔远, 邓欣, 刘建业, 戚文君, 牛留辉, 高文华
采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)成形技术进行3D打印,制备用于汽车尾气净化器载体的Fe20Cr5Al合金材料,采用响应曲面实验设计,系统研究打印参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)与打印件致密度的关系,获得SLM成形参数与致密度的关系模型以及成形参数与力学性能的关系模型,并获得最佳的SLM成形工艺参数。结果表明,SLM工艺参数对打印件致密度的影响程度按从大到小依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最佳的SLM成形工艺参数为：激光功率314.8 W、扫描速度1 700 mm/s、扫描间距0.06 mm,在此工艺参数下相对密度的预测值为99.74%,这与SLM成形实验结果的平均误差仅为0.16%,模型具有较高的可靠性,在优化工艺参数下的平均实际相对密度达到99.58%,抗拉强度为616.44 MPa,伸长率为1.513%。
2019 Vol. 24 (5): 422-429 [
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430
TiC
p
/M2粉末高速钢的显微组织与性能
龙学湖, 滕浩, 李志友
将水雾化M2高速钢粉末高能球磨破碎后,添加6%Mo
2
C及3%~12%(均为质量分数)的TiC增强颗粒,模压成形,在1 030~1 240 ℃温度下真空烧结,得到TiC颗粒增强M2粉末高速钢(TiC
P
/M2)。采用X射线衍射仪、扫描电镜及万能材料试验机等对烧结态高速钢进行物相组成、显微形貌及烧结性能的分析和测试。结果表明,TiC
P
/M2混合粉末的烧结活性较高,1 220 ℃以下即能实现烧结致密化。TiC的加入会阻碍M2高速钢的烧结致密化进程,12%TiC
P
/M2的烧结温度比3%TiC
P
/M2的提高约40 K。TiC能促进MC碳化物的形成,随烧结温度升高,TiC的体积分数下降,而MC碳化物的尺寸与体积分数增加。TiC
P
/M2高速钢的硬度随TiC 含量增加而增加,最佳烧结温度下,随TiC添加量从3%增加到12%,硬度(HRC)从58.3提高至62.1。高速钢的抗弯强度随TiC含量增加先增加后减小,9%TiC/M2的抗弯强度最高,为2 358 MPa。TiC的添加可在一定程度上拓宽M2高速钢的烧结温度区间。
2019 Vol. 24 (5): 430-436 [
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437
管式多孔黄土陶瓷膜支撑体的制备和性能表征
孟锋, 杨博文, 同帜, 行静, 孙小娟, 王磊
以黄土为骨料,α-Al
2
O
3
为外加铝源,MgO为烧结助剂,CMC为成孔剂,采用滚压成形法和熔模芯法制备单管式黄土陶瓷膜支撑体。设计正交试验研究α-Al
2
O
3
,MgO,CMC对支撑体性能的影响。结果表明,影响支撑体纯水通量的因素次序为CMC>α-Al
2
O
3
>MgO,影响抗弯强度的因素次序为α-Al
2
O
3
>CMC>MgO;添加质量分数为15%α-Al
2
O
3
,6%CMC,0.5%MgO时,在烧结温度1 180 ℃下保温3 h制得的支撑体性能最佳,抗弯强度为55.66 MPa,孔隙率为28.7%,纯水通量为836.29 L/(m
2
·h·kPa),中值孔径为19.88 μm,其中主峰孔体积占总孔体积的95%以上,主峰孔径分布范围为8.54~52.23 μm,孔径分布范围较宽,孔隙率为28.70%;主晶相以石英相、钙长石相、莫来石相、堇青石相、方石英相为主。
2019 Vol. 24 (5): 437-443 [
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444
退火处理对粉末冶金CrFeCoNiTi
0.2
高熵合金组织和性能的影响
姜越, 周广泰, 李秀明, 程思梦
用粉末冶金法制备CrFeCoNiTi
0.2
高熵合金,分别在450,650 和850 ℃下对合金进行退火处理,通过X射线衍射分析,扫描电镜观察和能谱分析以及动电位极化曲线和显微维氏硬度测试等,研究退火处理对粉末冶金CrFeCoNiTi
0.2
高熵合金组织和性能的影响。结果表明：烧结态CrFeCoNiTi
0.2
高熵合金以FCC为主相,Laves相为副相,退火处理后,FCC相的结晶度提高,并伴随有新相(HCP相、R相和σ相)出现。退火后合金的自腐蚀电位
E
corr
增大,硬度提高,并且退火温度越高,耐腐蚀性能越好,硬度越高。在850 ℃下退火后,合金的维氏硬度(HV)由184.0增加到356.6。
2019 Vol. 24 (5): 444-451 [
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452
离子交换法制备Ag/Ag
1.69
Sb
2.27
O
6.25
光催化纳米粉末的表征与光催化性能
郑智鹤, 黄麟竣, 张宁
以K
2
H
2
Sb
2
O
7
·4H
2
O和AgNO
3
为原料,采用离子交换法合成Ag/Ag
1.69
Sb
2.27
O
6.25
光催化纳米粉体材料,利用 X 射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外漫反射及紫外可见-分光光度计等,分析和测试不同煅烧温度下所得纳米粉体的物相、形貌、结构以及光学性能,并通过对盐酸四环素(TC-HCl)的可见光下光降解实验测定材料的光催化性能。结果表明：Ag/Ag
1.69
Sb
2.27
O
6.25
颗粒直径约为100~150 nm,颗粒表面附着有尺寸为10 nm的球状单质纳米Ag颗粒。随煅烧温度升高,Ag/Ag
1.69
Sb
2.27
O
6.25
纳米颗粒表面的凹陷变小,逐渐转变为完整球状,粉末颜色从灰色转变为黄色。煅烧温度为250 ℃的Ag/Ag
1.69
Sb
2.27
O
6.25
纳米材料(Ag/ASO-250)的光催化活性最高,为900 ℃煅烧材料的催化活性的7倍。光催化降解反应进行到90 min时,AgSbO
3
-ssr,N-TiO
2
,和Ag/ASO-250催化降解TC-HCl的降解率分别为65%,77%和90%,这表明与固相烧结的AgSbO
3
和N-TiO
2
相比,Ag/ASO-250具有更强的光催化活性。
2019 Vol. 24 (5): 452-458 [
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459
粉末冶金Fe-5(Cu-10Sn)-石墨-P-MoS
2
含油材料的摩擦性能
邱天旭, 张继峰, 孙露, 万霖, 申小平
采用粉末冶金法制备Fe-5(Cu-10Sn)-石墨-P-MoS
2
含油材料,研究石墨、P与MoS
2
的添加量对材料摩擦性能的影响。摩擦实验在150 ℃(±10 ℃)条件下进行,线速度分别为0.25,0.50和0.75 m/s,逐级加载,每间隔10 min增加10 MPa,从10 MPa加载至50 MPa。结果表明：材料的摩擦因数随石墨添加量增加而减小,当石墨添加量达到1.5%后,摩擦因数基本稳定在一个较低值上;P添加量以0.3%为宜,较低和较高均导致摩擦因数不稳定;摩擦因数随MoS
2
添加量增加而减小,当MoS
2
添加量为1.5%时,材料具有稳定且较小的摩擦因数,随载荷和线速度增加,摩擦因数持续减小。
2019 Vol. 24 (5): 459-466 [
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467
MOF衍生CoP/C的制备、表征及电化学析氢性能
黄麟竣, 曹鑫鑫, 郑智鹤, 唐艳, 梁叔全
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。
2019 Vol. 24 (5): 467-473 [
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474
反应浸渗法制备电动机用B
4
C颗粒增强Mg复合材料的组织及阻尼性能
齐冠然
以B
4
C颗粒与Mg锭为原材料,采用反应浸渗法制备B
4
C质量分数为30%的电动机用B
4
C/Mg复合材料,分析和测试不同制备温度下材料的组织结构与阻尼性能。结果表明：不规则形状的B
4
C颗粒均匀分布于B
4
C/Mg复合材料的基体中,未形成宏观孔洞。在B
4
C颗粒边缘形成一层由碳化物与硼化物构成的白色物质。与基体材料Mg相比,B
4
C/Mg复合材料的阻尼性能明显提高。随应变幅度增加,B
4
C/Mg复合材料的阻尼性能先缓慢增加后迅速增加,制备温度越低,材料的阻尼性能越好。Cranato-Lücke曲线在有限应变振幅内呈直线变化。
2019 Vol. 24 (5): 474-477 [
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478
粉末冶金法制备三维(3D)石墨烯增强铜基复合材料的性能
伊春强, 尹彩流, 刘春轩, 文国富, 王秀飞
在Cu-5%Sn合金中加入0~0.4%(质量分数)的3D石墨烯作为增强体,采用粉末冶金法制备3D石墨烯/Cu- 5%Sn复合材料,并测试材料的密度、电阻率、抗拉强度、冲击强度、布氏硬度和摩擦磨损性能。结果表明：随3D石墨烯含量增加,3D石墨烯/Cu-5%Sn复合材料的密度和抗拉强度减小,电阻率小幅升高,磨耗量增大;受石墨烯含量的影响不大,材料的摩擦因数受石墨烯含量的影响不大,随制动转速增大而减小。3D石墨烯增强体含量为0.4%的复合材料,摩擦因数稳定性最好。当3D石墨烯加入量为0.2%时,冲击强度为32.5 J/cm
2
,比基体材料Cu-5%Sn合金提高57.0%;当3D石墨烯加入量为0.1%时,复合材料的布氏硬度(HBW)和伸长率分别为122.0和11.52%,比Cu-5%Sn合金提高22.0%和10.5%。复合材料断口形貌为韧窝花样,为典型的韧性断裂。
2019 Vol. 24 (5): 478-484 [
摘要
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485
TiO
2
添加量对黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响
沈造, 周广瑞, 同帜, 王佳悦, 闫笑
以平均粒径为38.78 μm的洛川黄土为骨料,木质纤维素(LCS)为造孔剂兼粘结剂,二氧化钛(TiO
2
)为烧结助剂,通过滚压成形法制备单管式黄土基陶瓷膜支撑体,采用纯水通量、抗弯强度、耐酸碱度、晶相组成的分析及表面形貌的观察对支撑体进行表征,探究TiO
2
的添加量对支撑体性能的影响。结果表明,支撑体中引入TiO
2
可促进黄土基陶瓷膜支撑体的烧结与致密。在烧结温度为1 050 ℃,TiO
2
添加量为4%时,支撑体的抗弯强度为31.97 MPa、纯水通量为3 487.27 L/(m
2
·h·MPa)、孔隙率为33.48%、平均孔喉半径为3.14 μm,耐酸和碱腐蚀后质量损失率分别仅为0.14%和0.13%,且观察到支撑体表面晶粒大小均一,有较多的微孔。
2019 Vol. 24 (5): 485-490 [
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