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2021年 26卷 4期
出版日期：2021-08-15
工艺技术
理论研究
理论研究
285
Al-Co-Er三元体系液相面投影图
郑凌虹, 章立钢, 赵芬研, 刘立斌, 王东, 吴晨剑
在经济快速发展的今天,全球变暖和能源问题受到越来越多的重视。材料的轻量化、高性能化可以很好地节约资源、保护环境,促进资源的可持续发展。铝及铝合金是国防、国民经济各部门以及人们日常生活所需的重要材料,在航空航天和交通运输领域有重要应用,有关体系的相图研究能为设计高强度铝合金提供重要的基础数据,对该类材料的研发具有重要意义。本工作采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)等方法,对一系列Al-Co-Er铸态合金的凝固组织和相组成进行系统研究,共测得10个三元化合物相,建立了多条合金凝固通道;以此为基础,并结合文献中已报道的边际二元系相图绘制出Al-Co-Er三元体系的液相面投影图;推断出25个四相平衡反应,其中8个为三元共晶反应,17个为包共晶反应。
2021 Vol. 26 (4): 285-297 [
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工艺技术
298
WC含量对TiB
2
基金属陶瓷微观组织与力学性能的影响
王帅, 汪建英, 娄嘉, 汪炯, 张翔, 杨海林
采用粉末冶金法制备
w
(WC)为0~20%的TiB
2
-WC-0.8Cr
3
C
2
-20(Co/Ni) (质量分数,%)金属陶瓷,研究WC含量对TiB
2
基金属陶瓷微观组织与力学性能的影响。结果表明,随WC含量增加,TiB
2
在黏结相中的溶解度降低,TiB
2
/黏结相界面减少,使得TiB
2
基金属陶瓷晶粒细化,晶粒尺寸更加均匀。此外,添加WC可显著改善TiB
2
基金属陶瓷的力学性能。当
w
(WC)为15%时,金属陶瓷的性能最佳,硬度(HRA)、抗弯强度以及相对密度分别达到92.6±0.2、(1256±30) MPa和(99.65±0.20)%。但添加过量WC(
w
(WC)=20%)时部分WC相发生团聚并生成脱碳相W
2
C,使得TiB
2
基金属陶瓷的力学性能降低。
2021 Vol. 26 (4): 298-305 [
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306
三位置掺杂对BiCuSeO功能陶瓷热电性能的影响
冯波
对BiCuSeO功能陶瓷进行Bi/Cu/Se三位置掺杂,采用机械合金化和放电等离子烧结工艺制备Bi
1-
x
Ba
x
/2
- Pb
x
/2
Cu
1-
x
Ni
x
Se
1-
x
Te
x
O (
x
= 0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,摩尔分数)陶瓷,通过掺杂前后的物相组成、组织结构、电传输参数、热传输参数等表征,研究三位置掺杂对BiCuSeO功能陶瓷热电性能的影响和强化机理。结果表明,三位置掺杂可杂糅几种元素的增益效果,使BiCuSeO功能陶瓷保持较高Seebeck系数的前提下,电导率和功率因子显著提高。最佳掺杂量
x
为0.10,所得Bi
0.90
Ba
0.05
Pb
0.05
Cu
0.90
Ni
0.10
Se
0.90
Te
0.10
O陶瓷在873 K温度下获得最高功率因子0.71 mW/(m·K
2
)和最大热电优值1.06,分别约为未掺杂陶瓷的2.5倍和2倍。
2021 Vol. 26 (4): 306-312 [
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313
金属注射成形HK30不锈钢的尺寸稳定性与力学性能
汤志豪, 潘超梅, 何鹏江, 罗浩, 宋信强, 曾克里
采用金属注射成形工艺制备HK30不锈钢车用增压涡轮,研究金属注射成形工艺参数对增压涡轮尺寸稳定性及力学性能的影响。结果表明,采用成分为90%POM+4%PP+2.5%PW+1%SA+2%EVA+0.5%EBS (质量分数)的多组元塑基黏结剂时,成形件具有最佳的保形性;喂料的最佳粉末装载量(体积分数)为60%,此时喂料的熔融流动指数为1 220.7 g/10 min,烧结收缩均匀性最佳;最佳的注射条件为注射温度190 ℃、注射压力为237.6 MPa,所得增压涡轮注射坯的形状完好且质量一致性最好;最佳烧结温度为1 310 ℃,此时涡轮各叶片的尺寸稳定性最佳,合金的相对密度达到99.72%,抗拉强度和屈服强度分别为600 MPa和289 MPa,硬度(HV)为170。
2021 Vol. 26 (4): 313-319 [
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320
温度和晶粒尺寸及分布影响下的氧化铝纤维烧结晶粒长大的相场模拟
张鲁, 刘陆群, 唐赛, 马运柱, 刘文胜
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-Al
2
O
3
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-Al
2
O
3
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-Al
2
O
3
晶粒尺寸不均匀性增加也会促进晶粒长大。
2021 Vol. 26 (4): 320-328 [
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329
化学共沉淀法制备FeSi@SiO
2
@CoFe
2
O
4
复合粉末的吸波性能
蓝海鑫, 陈秋丽, 朱生志, 高智, 李丽娅
以FeSi合金粉、TEOS、CoCl
2
∙6H
2
O和FeCl
3
∙6H
2
O为原料,对FeSi粉末进行包覆改性,采用化学共沉淀法制备FeSi@SiO
2
@CoFe
2
O
4
复合粉末,研究煅烧温度对包覆层结构、复合粉末磁性能与吸波性能的影响。结果表明,随煅烧温度从500 ℃升到800 ℃,均匀覆盖于FeSi粉末表面的CoFe
2
O
4
@SiO
2
包覆层粒子逐渐聚集长大,导致包覆层局部结构被破坏。600 ℃煅烧的复合粉末具有均匀致密的包覆层结构,并具有较高的饱和磁化强度(173.2 (A∙m
2
)/kg、高矫顽力(3 047.8 A/m)和优良的电磁波吸收性能。FeSi@SiO
2
@CoFe
2
O
4
复合粉末的最大反射损耗(maximum reflection loss,RL
max
)达-53.5~-56.5 dB,有效带宽(反射损耗RL≤-10 dB,下同)为4.64~5.68 GHz。其中600 ℃煅烧的粉末可在薄厚度下实现对电磁波宽频带的有效强吸收。该粉末具有3个强吸收峰,RL
max
分别为-56.5 dB (电磁波频率8.76 GHz,匹配厚度2.78 mm)、-49.2 dB (14.00 GHz,2.11 mm)和-40.5 dB (15.28 GHz,1.60 mm),3个强吸收峰的有效带宽大,分别为4.80、6.24和3.44 GHz,粉末的电磁波损耗机制为优良的阻抗匹配特性、高电磁波衰减常数、多重介电弛豫过程、多重界面极化以及高磁损耗和高介电损耗能力。
2021 Vol. 26 (4): 329-337 [
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338
聚苯胺包覆硒化镍的制备与析氢性能
白玉婷, 柏凌鸿, 雷霆
采用水热和电化学沉积两步法制备泡沫镍(NF)负载的聚苯胺(PANI)包覆硒化镍(NiSe)析氢电极(PANI/NiSe/NF),利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)以及电化学测试等手段对材料进行形貌、组成及电化学性能表征。结果表明,以氯化镍为镍源,用水热法可制备出泡沫镍负载的针状NiSe,使用导电聚合物聚苯胺包覆不改变其形貌。PANI/NiSe/NF电极的双电层电容为12 560 μF/cm
2
,大于NiSe/NF电极的9 200 μF/cm
2
,拥有更大的电化学活性面积,其析氢起始过电位比未包覆时降低了58 mV,Tafel斜率为133 mV/dec。电流密度为10 mA/cm
2
时,PANI/NiSe/NF电极的析氢过电位为203 mV,展示出优异的析氢催化活性。导电聚合物PANI的包覆不仅可提高硒化镍电极的析氢活性,而且可减小电荷转移电阻,加快电荷转移速率,并显著提高电极稳定性。
2021 Vol. 26 (4): 338-345 [
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346
Ti-Cu-Mo层状复合材料的轧制行为与力学性能
崔玉豪, 曹远奎, 李娜, 李谋, 刘咏
以Ti箔、Cu箔和Mo箔为原料,采用热压法制备Ti-Cu-Mo层状复合材料,随后进行热轧加工,研究材料的轧制行为以及轧制量对复合材料各层组织演化规律的影响,并进一步揭示组元层及界面结构对复合材料整体强塑性的影响机理。结果表明,轧制主要引起Ti-Cu-Mo层状复合材料中Cu层组织细化与持续硬化,而对Ti层和Mo层影响较小。复合材料的屈服强度总体符合混合法则,受组元层硬化与颈缩的影响。采用80%的轧制量时,Cu层充分硬化而Mo层不发生颈缩断裂,可获得具有较高屈服强度(561 MPa)与良好塑性(伸长率7%)的Ti-Cu-Mo复合材料。
2021 Vol. 26 (4): 346-354 [
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355
Ti/TiH
2
注射成形的催化脱脂及烧结工艺
姚尹城, 邱耀弘, 肖志瑜
为解决钛的加工难题和降低加工成本,利用价格低廉的TiH
2
粉与球形Ti粉混合,得到不同质量配比的Ti/TiH
2
复合Ti粉,与聚甲醛基黏结剂混炼后研究金属注射成形的催化脱脂以及烧结工艺。在催化脱脂工艺研究中,通过对比4组注射坯在不同脱脂温度和时间下的脱脂率,确定最佳催化脱脂温度为120 ℃,脱脂时间为5 h。在该条件下,4组注射坯脱脂率都超过85%,达到预期催化脱脂目标。在烧结工艺研究中,通过研究了4组脱脂坯在不同烧结温度下的收缩率、致密度和抗拉强度,确定最佳的烧结温度为1 250 ℃。在1 250 ℃、2 h真空烧结的条件下,随复合钛粉中TiH
2
比例增加,烧结试样综合力学性能下降。其中Ti和TiH
2
质量配比为4:1的烧结样品综合力学性能较好,抗拉强度为649 MPa、硬度为241 HV,伸长率为6.9%,且TiH
2
粉可以有效降低成本,具有很好的工业化应用前景,对钛和钛合金的广泛应用具有重要意义。
2021 Vol. 26 (4): 355-362 [
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363
烧结温度与时效工艺对Cu@Fe复合粉末制备Cu-Fe合金组织与性能的影响
毛敏聪, 甘雪萍, 周科朝, 赵琪, 诸璠
采用化学镀铜法制备Cu包覆Fe的50Cu@50Fe复合粉末,粉末经过模压成形和850~1 050 ℃氢气气氛烧结,得到50Cu-50Fe合金,然后对合金进行冷轧变形和固溶及时效热处理,研究烧结温度以及时效温度和时效时间对50Cu-50Fe合金组织、抗拉强度及电导率的影响。结果表明,用50Cu@50Fe复合粉末制备的Cu-Fe合金组织均匀,合金的相对密度和抗拉强度随烧结温度升高而提高。在1 050 ℃烧结1 h的50Cu-50Fe合金相对密度达到95.5%,抗拉强度为392 MPa。烧结态合金经冷轧变形和固溶处理,相对密度提升到99.4%,抗拉强度为422 MPa,电导率为18.11 IACS%。再经过450 ℃时效4 h后,Cu基体中析出大量弥散分布的球形富Fe相颗粒,合金的抗拉强度达到492 MPa,电导率为39.11IACS%。当时效温度高于450 ℃时,富Fe相颗粒在Cu基体的晶界处聚集长大,导致50Cu-50Fe合金力学性能降低。 经过550 ℃/4 h时效后,50Cu-50Fe合金的抗拉强度为422 MPa,电导率为45.22 IACS%。
2021 Vol. 26 (4): 363-371 [
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372
Al-Cu-Mg-Mn-Sc-Zr铝合金的流变行为与热加工图
周旭, 刘祖铭, 黄兰萍, 艾永康, 曹镔, 叶书鹏
Al-Cu-Mg-Mn-Sc-Zr铝合金的热变形行为是制定变形加工工艺的基础。采用Gleeble-3500模拟试验机对经均匀化处理的Al-Cu-Mg-Mn-Sc-Zr铝合金进行等温压缩模拟试验,试验温度为633~753 K,应变速率0.01~10 s
-1
,测定真应力-真应变曲线,计算变形激活能,并建立加工图。结果表明：随变形温度升高或应变速率降低,合金的流变应力降低,热变形软化机制由动态回复逐渐转变为动态再结晶,第二相对位错滑移及晶界迁移起钉扎作用,阻碍再结晶进程。合金变形激活能为153.5 kJ/mol。633~663 K、0.01~0.07 s
-1
以及693~723 K、0.01~0.1 s
-1
两个区域为最佳变形区域。
2021 Vol. 26 (4): 372-380 [
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381
水和二甲基亚砜协同改善Cs
4
PbBr
6
纳米晶的光学性能
石子宽, 杨宇, 林良武
采用以丙酮、油胺(OM)和油酸(OA)为前驱体,水和二甲基亚砜(DMSO)为辅助剂的配体辅助再沉淀法,制备高发光、稳定的Cs
4
PbBr
6
纳米晶。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、漫反射吸收光谱、荧光光谱、和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析水和二甲基亚砜对Cs
4
PbBr
6
光学性能的协同影响机理。结果表明,水和二甲基亚砜的引入可以完全占据铅离子的空位,使溴离子更容易嵌入位点,从而促进结晶;二者协同作用能有效促进配体与Cs
4
PbBr
6
表面相结合,从而优化钝化效果;同时,可以促使Cs
4
PbBr
6
纳米晶基体中产生Cs
4
Pb- Br
6
/CsPbBr
3
的镶嵌结构,极大地改善了Cs
4
PbBr
6
纳米晶的光学性能。
2021 Vol. 26 (4): 381-386 [
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