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2019年 24卷 6期
出版日期：2019-12-15
工艺技术
工艺技术
491
层状MnO
2
纳米带的插层质子化及其与氧化石墨烯复合材料的电化学性能
贾璐璐, 杨宝鹏
利用KMnO
4
和MnCl
2
在高浓度KOH溶液中发生氧化还原反应,再经200 ℃保温48 h后合成K
+
插层的α-MnO
2
纳米材料,之后利用过硫酸铵进行质子化,并以氧化石墨烯水溶液作为溶剂制备氧化石墨烯(GO)复合物/层状MnO
2
(GO/MnO
2
)。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对制备的材料进行物相和形貌表征,并将其作为超级电容器的电极材料在1M KOH溶液中进行循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)等电化学性能测试。结果表明：K
+
插层的MnO
2
具有纳米带形貌,长度可达5~12 μm,宽约500 nm。质子化后仍可保持较高的结晶度和带状形貌。此外,通过复合GO,可显著提高MnO
2
的电化学性能,层状MnO
2
纳米带/GO复合物在0.5 A/g的电流密度下比电容高达750 F/g。
2019 Vol. 24 (6): 491-497 [
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498
热处理工艺对SLM成形汽车用Fe-35Mn铁基高锰合金组织与力学性能的影响
刘灵歌, 朱镜瑾, 田海兰
采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形技术制备汽车用Fe-35Mn铁基高锰合金,并分别采用固溶、时效以及固溶-时效3种不同的工艺进行热处理,分析和测试合金的显微组织与力学性能。结果表明：SLM成形态Fe-35Mn高锰合金经过固溶或固溶-时效处理后,晶粒细化,并生成许多孪晶。与固溶态合金相比,固溶-时效态合金的晶粒更大,晶粒中存在均匀分布的孪晶组织,并且孪晶尺寸更大。SLM成形态Fe-35Mn合金经过不同的热处理后,均生成α-Mn相。随拉伸应变提高,固溶态合金最早发生塑性变形,塑性最好;经过时效处理后,合金的抗拉强度与屈服强度提高,但冲击韧性与伸长率降低;经过固溶-时效处理后,合金的孔隙数量最少,冲击韧性与伸长率达到最大(分别为22.8 kV/J和21.6%),具有良好的塑性。SLM成形态及热处理态Fe-35Mn合金的拉伸断口均呈现韧窝断裂特征。固溶-时效态合金的拉伸断口孔隙数量最少,塑性最好。
2019 Vol. 24 (6): 498-502 [
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503
半导体表面化学沉积制备WO
3
-TiO
2
薄膜的组织及电化学性能
王忠利, 琚爱云
采用化学沉积制备方法,添加不同的封端剂(十二烷基苯磺酸钠SDBS或聚乙二醇PEG)制备得到半导体用纳米WO
3
-TiO
2
薄膜,并表征该材料的电致变色性能。研究结果表明：加入SDBS的WO
3
-TiO
2
薄膜相邻片之间有较大间隙,形成了众多裂纹并发生了颗粒团聚现象。所有WO
3
-TiO
2
薄膜试样在着色态条件下透射光谱曲线发生了短波偏移。添加PEG的WO
3
-TiO
2
薄膜的着色态与褪色态并没有出现透过率显著改变的情况,综合选择SDBS作为薄膜封端剂时可以获得更优的变色效果。在相同时间中以SDBS作为封端剂来制得的WO
3
-TiO
2
薄膜形成了比利用PEG作为封端剂制得的WO
3
-TiO
2
薄膜更大的电流密度,且可以获得更多离子注入,及薄膜着色与褪色电流的稳定性更优。
2019 Vol. 24 (6): 503-507 [
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508
真空度及碳含量对M2高速钢组织和拉伸性能的影响
刘瑞卿, 何浩, 娄嘉, 李益民, 李松, 刘晨, 秦健春
采用真空烧结工艺制备M2高速钢,研究真空度与碳含量对高速钢组织和拉伸性能的影响。结果表明：低真空度下(10
-1
Pa)M2高速钢的有效烧结温度为1 220~1 230 ℃,在该区间内烧结相对密度可达96%以上,烧结体显微组织由奥氏体基体及M
6
C、MC碳化物组成;超过该温度区间进行烧结会使合金析出有害的共晶碳化物,导致高速钢强度显著下降。当真空度提高到10
-3
Pa时,M2高速钢的烧结温度降低,显微组织中的碳化物更细小、分布更均匀。M2高速钢的相对密度为98%,拉伸强度为989 MPa,伸长率为7.1%。随碳含量升高,M2高速钢的烧结区间无明显变化,但在较低温度下烧结更容易实现致密化。当碳的质量分数为1.0%时,样品的相对密度为97%,拉伸强度为954 MPa,伸长率为7%。
2019 Vol. 24 (6): 508-514 [
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515
反应等离子喷涂抽油机光杆C/TiNC涂层的力学性能
韩福勇, 倪攀, 胡阳明, 王琴
针对油田抽油机光杆容易出现腐蚀、磨损失效等问题,采用以廉价的石墨或炭黑粉为碳源与微米级Ti粉混合制备成适于喷涂的复合粉,送入含氮的高温等离子焰流,Ti与 C、N发生自蔓延反应合成纳米TiCN涂层。通过在涂层中添加Cr、Mo等元素,形成微米-纳米多尺度结构的复合涂层,从而降低纳米TiCN涂层的应力。结果表明：C/TiCN复合涂层,硬度达到1 500 HV以上,高于镀硬Cr层;涂层结合强度大于25 MPa;涂层厚度大于300 μm。解决了纳米涂层硬度、韧性的倒置问题,得到具有良好强韧配合、耐磨减摩性能优良的涂层替代光杆表面的镀铬层,达到延长抽油机光杆和盘根的使用寿命和降低抽油机能耗的目的。
2019 Vol. 24 (6): 515-522 [
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523
固-液球磨法制备纳米TiC锂电池负极骨架材料及其电化学性能
任玉铎, 闫刚, 张士停, 罗坤
对纯钛粉和甲苯进行混合高能球磨,得到TiC粉体,粉体经750 ℃/1 h煅烧和二次球磨后,制成锂离子电池负极。对TiC粉末的物相组成与显微形貌进行分析与观察,测试TiC负极材料的充放电循环性能。结果表明,一次球磨后的产物中存在部分TiH
2
和WC杂质,通过真空煅烧及二次球磨处理可去除TiH
2
杂质,并细化TiC晶粒尺寸,得到晶粒尺寸为12.5 nm的TiC粉体。TiC锂电池负极在长循环放电过程中放电比容量稳定,在电流密度为1 A/g下循环3 000次时放电比容量仍保持在110 (mA·h)/g。研究结果显示TiC具有优异的长循环性能, 可作为Si负极材料的骨架材料。
2019 Vol. 24 (6): 523-528 [
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529
熔渗法制备MoSi
2
改性C/C复合材料的组织结构与力学性能
易君, 张贝, 汤振霄, 向秋玲, 易茂中
以Si和SiO
2
粉为原料,采用化学气相反应法在多孔低密度C/C复合材料的表面和内部制备SiC涂层,然后以MoSi
2
粉末为原料分别对C/C复合材料以及SiC涂层改性的C/C复合材料进行反应熔渗,获得MoSi
2
改性C/C复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射以及电子探针显微分析对该复合材料的微观形貌与结构进行研究,并测试材料的抗弯强度。结果表明,与MoSi
2
直接熔渗制备Si-Mo改性C/C复合材料相比,熔渗前制备SiC涂层作为界面层,可有效降低Si-Mo改性C/C复合材料的孔隙率,获得更加致密的Si-Mo改性C/C复合材料,材料密度从2.93 g/cm
3
提高到3.20 g/cm
3
,开孔率从10.77%降低到4.07%;抗弯强度从87 MPa提高到121 MPa。该复合材料中SiC和MoSi
2
的含量较高,弯曲断裂呈现假塑性断裂。
2019 Vol. 24 (6): 529-535 [
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536
MgO-Y
2
O
3
-Re
2
O
3
添加对氮化硅陶瓷微观组织及性能的影响
鲁欣欣, 刘伟, 李林, 李建斌
以α-Si
3
N
4
为原始粉料,MgO-Y
2
O
3
-Re
2
O
3
为烧结助剂,采用热压烧结法制备氮化硅陶瓷。通过阿基米德排水法、XRD、SEM、三点弯曲法、压痕法和激光闪光法分别对氮化硅的致密度、相组成、显微结构、抗弯强度、断裂韧性和热导率进行检测。研究表明：添加MgO-Y
2
O
3
-Re
2
O
3
(Re=Er、Sm、Dy、La、Y、Yb)的样品中,Sm
2
O
3
、Y
2
O
3
、Yb
2
O
3
易促使Y
2
O
3
分别形成第二相Y
2
SiO
3
、Y
2
Si
3
O
3
N
4
和Y
2
SiO
5
。同时,添加MgO-Y
2
O
3
-Re
2
O
3
(Re=Sm、Dy、La、Yb)的Si
3
N
4
中,长柱状晶均匀地镶嵌在较小的基体晶粒中,起自增强增韧作用,其抗弯强度均在920 MPa以上,断裂韧性均在6.93 MPa∙m
1/2
以上。与传统二元烧结助剂MgO-Re
2
O
3
相比,MgO-Y
2
O
3
-Re
2
O
3
三元添加剂中Re
3+
半径的改变,对Si
3
N
4
陶瓷显微结构、抗弯强度及断裂韧性未产生规律性的影响,但其热导率随添加剂Re
3+
半径减小而增大。
2019 Vol. 24 (6): 536-541 [
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542
B
4
C颗粒对C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响
汤振霄, 彭可, 向秋玲, 易君, 易茂中
采用浆料浸渗结合先驱体浸渍-裂解法制备B
4
C颗粒改性C/C-SiC复合材料,研究B
4
C颗粒对C/C-SiC复合材料力学行为的影响。结果表明,B
4
C颗粒改性的C/C-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别为250.41 MPa和13.56 MPa·m
1/2
,与C/C-SiC复合材料相比,其抗弯强度下降45.5%,而断裂韧性提高46.0%。B
4
C颗粒可促进SiC基体的烧结,但由于大量闭孔和基体弱界面的形成,导致材料抗弯强度降低。B
4
C颗粒改性的C/C-SiC复合材料断裂韧性提高的主要原因在于,B
4
C颗粒与SiC基体中的弱界面使裂纹在SiC基体中得到有效偏转,增加了裂纹在基体中的扩展路径,使得材料的断裂韧性提高。
2019 Vol. 24 (6): 542-548 [
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549
烧结温度及热处理对注射成形4605低合金钢组织与性能的影响
黄雨晴, 何浩, 娄嘉, 李益民, 彭元东, 刘晨, 秦健春
以4605母合金粉末为原料,采用注射成形工艺,在1 320~1 380 ℃烧结温度下制备4605低合金钢,并采用3种不同工艺进行热处理,研究烧结温度及热处理工艺对合金钢显微组织与硬度、抗拉强度等性能的影响。结果表明：4605低合金钢的烧结密度随烧结温度升高而增大;其显微组织由板条状马氏体和多边形铁素体组成;合金钢的硬度和抗拉强度均随烧结温度升高而升高,在1 380 ℃下烧结的低合金钢,致密度达96.38%,抗拉强度为613 MPa;塑性随烧结温度升高先上升后下降,在1 360 ℃烧结的合金钢伸长率最大,达13.5%。烧结温度为1 380 ℃的合金钢,经过800 ℃保温0.5 h,油冷,然后在200 ℃保温2 h的热处理后,得到马氏体组织,抗拉强度和硬度最高,分别为708 MPa和78.8 HRA;烧结温度为1 360 ℃的合金钢,在800 ℃保温1 h,油冷,然后在600 ℃保温2 h的热处理后,得到回火索氏体组织,伸长率最大,达到18.76%。
2019 Vol. 24 (6): 549-556 [
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557
MgO与Y
2
O
3
共掺杂对透明氧化铝陶瓷组织与性能的影响
梁坚伟, 黄梅鹏, 刘伟, 杨高, 廉娇, 薄铁柱, 谢志鹏
在超细氧化铝粉体中分别添加微量MgO、复合添加MgO+Y
2
O
3
(MgO与Y
2
O
3
的质量比为1:1)以及复合添加MgO+La
2
O
3
作为助烧剂,通过氢气烧结制备透明氧化铝陶瓷片,利用扫描电镜观察氧化铝陶瓷材料的形貌,用分光光度计测量陶瓷片的透光率,研究助烧剂种类以及复合助烧剂MgO+Y
2
O
3
的含量对透明氧化铝陶瓷透光率的影响。结果表明,添加微量稀土作为烧结助剂,可抑制晶粒长大,并减少陶瓷的气孔数量,提高氧化铝透明陶瓷的透光率。添加复合助烧剂MgO+Y
2
O
3
的陶瓷透光率明显高于添加单一助烧剂MgO的陶瓷透光率。添加(0.02%~ 0.05%)MgO+(0.02%~0.05%) Y
2
O
3
(质量分数)复合助烧剂时,得到总透光率为80%以上的透明氧化铝陶瓷。但加入过多烧结助剂时,气孔数量增多,导致氧化铝陶瓷的透光率降低。
2019 Vol. 24 (6): 557-562 [
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563
碳含量及烧结温度对MIM 4340合金钢组织及力学性能的影响
许婷, 何浩, 娄嘉, 李益民, 尹健, 刘晨, 秦健春
采用注射成形工艺制备4340低合金钢,研究碳含量与烧结温度及热处理工艺对合金钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：通过添加德国巴斯夫还原型羰基铁粉(CN)及改进型羰基铁粉(OM)的方式,分别配制不同碳含量的混合粉末,并经1 280~1 320 ℃保温2 h烧结后,质量分数为0.50 %碳含量的样品最接近标准碳含量。烧结密度随碳含量的升高先减小后增大,随烧结温度升高而增大。烧结态显微组织由铁素体(α-Fe)、珠光体(铁素体+渗碳体Fe
3
C)和贝氏体组成,抗拉强度和伸长率为762.16~1 032.03 MPa和5.25%~8.62%。0.50 %碳含量、1 300 ℃烧结态4340合金钢样品经850 ℃保温0.5 h油冷及400 ℃保温2 h回火热处理后得到最佳力学性能,抗拉强度和伸长率达到1 510.24 MPa和4.30%,硬度为40.0 HRC。
2019 Vol. 24 (6): 563-570 [
摘要
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571
优化钢铁热轧精轧前除磷箱的构造
赵胜利
精轧前除磷(即去除粗轧后板坯表面的氧化铁皮)是钢铁热轧轧线的关键环节。针对目前普遍采用的高压水喷射除磷所存在的除磷箱框架整体薄弱及夹送辊牌坊出现变形导致夹送辊运行不畅且拆装困难,除磷箱本体立柱及牌坊部位受高压水冲刷出现凹槽及腐蚀严重,夹送辊油缸设计不合理导致故障率高,以及除磷辊传动机构标高不一致等问题,本文作者对精轧除磷箱整体结构及布局进行优化,将夹送辊牌坊设计成U型结构并增加强度来保证夹送辊运行稳定,对除磷箱本体易冲刷部位增加防护衬板、优化夹送辊油缸的安装连接方式从而降低油缸故障率,整体优化除磷箱夹送辊、除磷辊、气动液压装置等液压润滑系统和增加辊道冷却等改进措施,提高精轧前除磷箱的整体功能和性能,满足现场生产需求,提升产品质量。
2019 Vol. 24 (6): 571-576 [
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