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2018年 23卷 1期
出版日期：2018-02-20
理论研究
1
Al-Ce-Ge体系 500 ℃相平衡的实验测定
刘敏波, 刘树红, 杜勇
运用平衡合金法设计17个关键合金,并结合金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和电子探针显微分析 (EPMA)测定Al-Ce-Ge三元系在500 ℃时的相平衡信息。结果表明：在 500 ℃ 时,该三元系稳定存在α(CeAl
1.62
- Ge
0.38
),β(CeAl
2
Ge
2
),γ(CeAlGe),δ(CeAlGe
2
)和ε(Ce
2
AlGe
6
)五个三元化合物及液相,测定 δ 相成分范围为 Ce
24.7~24.8
Al
33~33.9
Ge
41.3~42.3
;实验发现 η(Ce
61.3
Al
21.9
Ge
16.8
)和μ(Ce
55.9
Al
11.1
Ge
33
)两个新的三元化合物;并发现 α+ CeAl
3
+γ,Ce
3
Al
11
+CeAl
3
+γ,αCeGe
2-
x
+CeGe+γ,CeAl+CeAl
2
+Ce
5
Ge
3
,Ce
3
Ge+Ce
5
Ge
3
+Ce
3
Al,CeAl+Ce
3
Al+η和CeAl
2
+Ce
5
Ge
3
+μ七个新的三相区。
2018 Vol. 23 (1): 1-8 [
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工艺技术
9
硬质颗粒增强型新能源汽车铁基粉末冶金阀座的热处理工艺
肖紫圣, 罗成, 华建杰, 张明辉, 张智
以W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体粉末,添加Fe-Mo、Co-Cr-Mo等硬质颗粒,压制成阀座坯体,然后以专用渗铜粉(Cu-Fe-Mn)作为熔渗剂,通过真空高温熔渗制备颗粒增强铁基粉末冶金阀座,进行淬火和回火热处理,研究淬火温度与回火温度对阀座材料基体与硬质颗粒显微硬度以及阀座材料摩擦磨损性能的影响,并通过正交试验优化材料的热处理工艺。结果表明：淬火温度对阀座材料的W6Mo5Cr4V2基体和Fe-Mo、Co-Cr-Mo硬质颗粒硬度和耐磨性能影响较大,在1 140~1 260 ℃温度下淬火时,Fe-Mo和Co-Cr-Mo硬质颗粒发生明显扩散。淬火对铜覆盖区域的碳化物影响较小,覆盖区域内未溶碳化物较多且尺寸较大。淬火温度为1 220 ℃时,材料基体以及Fe-Mo和Co-Cr-Mo硬质颗粒的显微硬度(HV)分别为528,892和632。回火温度对阀座的硬度影响小,回火温度为520 ℃时阀座硬度最高。在淬火温度为1 220 ℃,回火温度5 20 ℃,回火次数为3次的条件下,阀座的硬度(HRC)达到49.2,磨损量为0.029 5 g。
2018 Vol. 23 (1): 9-16 [
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17
碳源及反应温度对碳热还原法制备纳米ZrC形貌与物相的影响
曾广, 杨鑫, 苏哲安, 陈蕾, 方存谦, 黄启忠
分别用葡萄糖与石墨烯作为碳源,用乙酸锆为锆源,采用碳热还原法制备纳米ZrC和二维片层结构的ZrC,研究碳源与处理温度对ZrC形貌及物相组成的影响。结果表明：以葡萄糖作为碳源时,在1 400 ℃开始生成ZrC,在1 600 ℃时完全转变为ZrC纳米晶,粒径为120~220 nm,而以石墨烯作为碳源时,在1 600 ℃下得到二维片层结构的ZrC,片层厚度约为240 nm。石墨烯不仅作为碳源参与反应,同时为ZrO
2
的析出与ZrC的长大提供模板。
2018 Vol. 23 (1): 17-24 [
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25
镍基粉末高温合金的微观组织与低周疲劳性能
吴程鑫, 王子, 江亮
以镍基合金粉末为原料,通过热等静压与热挤压以及1 130 ℃/1 h条件下热处理,制备一种新型镍基粉末冶金高温合金,在750 ℃大气环境下对该合金进行低周疲劳试验,分析合金疲劳前的微观组织、低周疲劳循环应力响应行为和断口形貌。结果表明,镍基合金粉末经过热等静压后,出现原始颗粒边界,主要为粗大的γ′相和细小的碳氧化物。热等静压坯体经过热挤压并进一步热处理后,原始颗粒边界消失,晶粒细化到7.5 μm左右,合金的γ′相主要有3类：晶界上的粗大γ′相、晶内近球形的中等尺寸γ′相和弥散分布的球形细小γ′相。该合金的低周疲劳断裂方式以沿晶断裂为主,断裂面的晶粒表面有不同程度的氧化。
2018 Vol. 23 (1): 25-31 [
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32
粉末装载量对金属注射成形17-4PH不锈钢力学性能的影响
喻建, 李益民, 李东阳, 李行
在硝酸气氛下对注射成形17-4PH不锈钢坯体中的粘结剂成分POM(polyformaldehyde, 聚甲醛)进行催化脱脂,然后在真空烧结炉中进行热脱脂和烧结,研究粉末装载量和催化脱脂时间对催化脱脂率的影响,以及粉末装载量对烧结不锈钢的显微组织、致密度与抗拉强度的影响。结果表明：烧结不锈钢的显微组织为以奥氏体为主和少量铁素体共同组成的复合组织。随粉末装载量从55.1%增加至65.7%,催化脱脂率从7.8%降低到5.2%,但烧结密度从7.56 g/cm
3
增加到7.66 g/cm
3
,烧结不锈钢的抗拉强度从1 076 MPa提高到1 204 MPa;130 ℃下随催化脱脂保温时间从30延长至90 min,催化脱脂率从4.9%增加至6.7%,在90~150 min时间段内催化脱脂率稳定在6.7%左右。粉末装载量为65.7%的注射喂料经过90 min催化脱脂,可完全脱除粘结剂中的POM,催化脱脂率达到6.72%,注射坯形成完整的连通孔道。
2018 Vol. 23 (1): 32-37 [
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38
匀胶法制备改性石墨烯光催化薄膜的工艺及光催化性能
孙世清, 郑艳银, 顾宝珊, 国栋, 秦森, 付凯
采用改进的Hummers法制备改性石墨烯分散液,然后用匀胶法在玻璃基底上制备改性石墨烯薄膜,研究低速(600~800 r/min)、中速(1 000~2 000 r/min)、高速(3 000~5 000 r/min)、滴胶时间(10~30 s)、加速度(100~700 r/(min·s))和pH值(4~11)等匀胶工艺参数对改性石墨烯薄膜附着力的影响,优化匀胶工艺参数。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪、拉曼光谱以及激光共聚焦光谱,对最佳工艺下制备的改性石墨烯及其薄膜进行表征,重点研究可见光下改性石墨烯薄膜对亚甲基蓝的光催化降解性能,分析其可见光光催化原理。结果表明：在低速800 r/min旋转60 s,然后中速1 500 r/min旋转30 s,高转速4 000 r/min下旋转60 s,滴胶时间为20 s,加速度为100 r/(min·s),分散液pH=7条件下制备的改性石墨烯薄膜附着力最好。薄膜在可见光波段波长为421 nm处有最大吸收峰,对亚甲基蓝溶液进行光催化降解,4 h时降解率达到34.4%。其催化原理为改性石墨烯薄膜在可见光的作用下,产生强氧化剂·OH,把亚甲基蓝等污染物逐步氧化成二氧化碳和水,达到降解的目的。
2018 Vol. 23 (1): 38-46 [
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47
热处理工艺对注射成形IN713C合金组织与力学性能的影响
谢晓辉, 吴谓, 潘东华, 杨忠臣, 卢仁伟, 李笃信
以气雾化IN713C合金粉末为原料,采用注射成形工艺制得合金材料,分别在1 150,1 175和1 200 ℃下进行固溶处理,然后在760,850和930 ℃进行时效热处理,通过扫描电镜(SEM)及能谱仪对合金的显微组织与物相组成进行观察与分析,并测定时效态合金的硬度与抗拉强度。结果表明：固溶温度达到1 175 ℃后,继续升高温度,则冷却过程中γ′析出相减少,固溶处理温度为1 175 ℃时合金的硬度(HRC)和抗拉强度分别为42.4和1 175.9 MPa。时效处理温度为760 ℃时,合金的硬度(HRC)和抗拉强度分别达到43.6和1 223.7 MPa;时效温度高于760℃时,γ′相尺寸由于晶格错配度过大而粗化,随时效处理温度升高,γ′相尺寸逐渐增大,数量逐步减少,强化相体积分数降低,合金的硬度与抗拉强度都降低。注射成形IN713C合金的最优热处理制度为1 175 ℃/2 h/AC+760 ℃/16 h/AC。
2018 Vol. 23 (1): 47-53 [
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54
冷轧变形和烘烤处理对CTP版铝板基组织和性能的影响
贾广泽, 黄元春, 刘宇, 肖政兵
采用不同的轧制制度和220 ℃×10 min与280 ℃×5 min两种烘烤制度对1060CTP铝板基进行处理,通过极化曲线测试、显微硬度、室温拉伸等测试方法以及扫描电镜、金相显微的观察,研究冷轧变形量与烘烤处理对CTP铝板基微观组织、电解腐蚀性能以及力学性能的影响。实验结果表明,随轧制进行晶粒在首道次的基础上细化,首道次压下量越大,晶粒细化量越大,首道次压下率为58.2%时得到的铝板基晶粒细小均匀,腐蚀性能与力学性能都较好;铝板基在烘烤处理过程中对温度比较敏感,温度高的烘烤处理使铝板基的强度急剧下降,而伸长率相应增加,采用280 ℃×5 min烘烤处理后,韧窝大小较均匀,深度较深,塑性更好,耐印性也更高。
2018 Vol. 23 (1): 54-62 [
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63
铁元素对镍基Ni-S合金涂层电极析氢性能的影响
冉敏, 吴艺辉, 何捍卫
采用电沉积法在制备Ni-S合金涂层电极的基础上,向镀液中添加硫酸亚铁,在镍箔表面制备Ni-Fe-S三元合金镀层,利用扫描电镜和X射线衍射仪研究涂层的形貌和物相,利用X射线光电子能谱分析涂层的元素价态,用电化学工作站测试涂层电极在氢氧化钾电解质中的电催化析氢性能和耐蚀性能,并与Ni-S合金涂层电极进行对比。结果表明,Ni-Fe-S涂层电极表面由许多瘤状突起构成;Fe元素的加入提高了合金涂层的非晶度和对碱性电解质的耐蚀性;与Ni-S合金涂层电极相比,Ni-Fe-S涂层电极的析氢过电位降低128 mV(36.6%),表明电极对氢的析出反应具有较高催化活性。
2018 Vol. 23 (1): 63-69 [
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70
新型烧结高铬铸铁的冲击磨粒磨损性能
卢瑞青, 肖平安, 宋建勇, 顾景洪, 张婷, 李小英
本文对比研究了烧结、铸造亚共晶高铬铸铁和TM52钢结硬质合金在不同冲击功条件下的抗冲击磨粒磨损性能,利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析磨损表面磨损形式及亚表层的微裂纹发展,开展磨损机制的分析探讨。结果表明,采用液相烧结技术制备的高铬铸铁具有优异的抗冲击磨粒磨损性能。烧结高铬铸铁在中、低冲击功条件下耐磨性能均明显优于TM52(4~10倍),在中、高冲击功工况下的耐磨性能相比铸造高铬铸铁提高10倍以上。烧结高铬铸铁的磨损机制主要是显微切削,当冲击功高时还会发生疲劳剥落磨损和脆性碎裂。烧结高铬铸铁中的短杆状M
7
C
3
型碳化物对金属基体的割裂和应力集中较小,而马氏体为主的基体具有高强韧性,能够有力地支撑和保持其中的碳化物均匀分散,阻滞微裂纹的萌生和扩展。
2018 Vol. 23 (1): 70-77 [
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78
复合钙钛矿型Ba[(Co
1-
x
Mg
x
)
1/3
Nb
2/3
]O
3
基微波陶瓷的结构与性能
刘亮, 黄宗炼, 肖亚, 程立金, 刘绍军
采用传统固相法制备复合钙钛矿型Ba[(Co
1-
x
Mg
x
)
1/3
Nb
2/3
]O
3
(0.0≤
x
≤0.4)微波陶瓷。通过介电性能测试,结合X射线衍射仪、拉曼光谱、透射电镜等表征手段,系统研究Mg掺杂对Ba(Co
1/3
Nb
2/3
)O
3
微波陶瓷的B位1:2有序度与性能的影响。结果表明,Mg掺杂能显著提高Ba(Co
1/3
Nb
2/3
)O
3
陶瓷的B位1:2有序度,进而提高材料的品质因子。1 420 ℃下烧结的掺杂量
x
=0.2的陶瓷有序度最高,在1 300 ℃退火24 h后,其B位1:2有序度进一步提高,并且第二相得以消除,获得与传统Ta基复合钙钛矿微波陶瓷相当的微波性能：介电常数
ε
r
=30.94,品质因子
Q
∙
f
=63 161 GHz,谐振频率温度系数
τ
f
= 4.1 ppm/℃。
2018 Vol. 23 (1): 78-84 [
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85
Ti
3
(Si,Al)C
2
金属间化合物多孔材料的抗盐酸腐蚀性能
王重贺, 康建刚, 张惠斌, 刘新利, 贺跃辉, 江垚
以Ti、Si、Al和石墨元素粉末为原料,采用粉末冶金方法制备的Ti
3
(Si,Al)C
2
金属间化合物多孔材料,具有良好的孔隙结构特征和力学性能。研究Ti
3
(Si,Al)C
2
多孔材料分别在0.001,0.01,0.1和1 mol/L盐酸溶液中的质量、孔结构和表面形貌的变化情况。通过Tafel曲线得到Ti
3
(Si,Al)C
2
多孔材料的电化学腐蚀动力学参数,并与多孔Ti材料进行对比。结果显示,Ti
3
(Si,Al)C
2
多孔材料腐蚀行为呈抛物线规律,在0.001 mol/L盐酸溶液中质量损失最少,为多孔Ti材料的29%。Ti
3
(Si,Al)C
2
多孔材料的孔结构在0.001 mol/L盐酸中最大孔径及透气度变化分别为1.06%,9.4%,随酸度增大变化不大,表现出优异的孔结构稳定性。电化学极化曲线拟合结果表明,Ti
3
(Si,Al)C
2
多孔材料自腐蚀电位在0.01,0.1和1 mol/L盐酸溶液中随酸浓度的升高而负移,自腐蚀电流密度随酸度提高而增加,且材料在0.01 mol/L盐酸溶液中的抗腐蚀性能最佳,自腐蚀电位及电流密度分别为161 mV,7.802×10
-4
mA·cm
-2
。结合静态腐蚀浸泡实验和电化学腐蚀测试结果,Ti
3
(Si,Al)C
2
多孔材料表现出优异的抗盐酸腐蚀性能。
2018 Vol. 23 (1): 85-93 [
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94
基于单胞结构的2.5D碳纤维织物增强复合材料等效热导率
李辉, 杜建华, 王浩旭
采用有限元法分别建立碳纤维束微观结构模型和2.5D碳纤维织物增强碳基复合材料单胞结构模型,计算稳态热边界条件下的碳纤维束等效热导率和碳基复合材料等效热导率,研究碳纤维直径和单丝间距对碳纤维束轴向、径向热导率及碳基复合材料沿厚度方向热导率的影响。结果表明,基体碳的热导率介于碳纤维的径向热导率和轴向热导率之间;纤维束横截面积一定时,随碳纤维直径增大,纤维束轴向热导率升高,径向热导率降低,碳基复合材料沿厚度方向热导率降低;随单丝间距增加,纤维束轴向热导率降低,径向热导率升高,碳基复合材料沿厚度方向热导率升高。
2018 Vol. 23 (1): 94-100 [
摘要
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101
Cu/Ag掺杂TiO
2
包覆SiO
2
纳米复合材料的结构与光催化性能
官仁发, 肖亚, 刘启明, 刘绍军
采用溶胶-凝胶法制备包覆层厚度约为12 nm的高分散性TiO
2
包覆SiO
2
(TCS)复合粉末。在此基础上,合成光催化效率显著提高的Cu和Ag掺杂TCS光催化剂。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计和光催化降解甲基橙测试等,系统研究包覆和掺杂对TiO
2
结构及光催化活性的影响规律和相关作用机制。结果表明,TiO
2
与SiO
2
的界面可能以Ti—O—Si化学键联结,并通过影响TiO
2
的结晶过程而抑制TiO
2
晶粒的长大。通过控制实验条件得到了性能优异的Cu
2
O-TiO
2
-SiO
2
复合粉末,Cu掺杂的作用机制可理解为Cu
2
O半导体对TiO
2
的修饰,光催化活性的提高与氧空位和Cu
2
O有关。相比较,Ag掺杂对TiO
2
的禁带宽度影响不大,但吸光强度有较大提高。当Ag掺杂量为1.0%时,光催化降解甲基橙效率达到95.7%。
2018 Vol. 23 (1): 101-109 [
摘要
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110
真空常温下空间用铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦学行为及可靠性寿命
钟爱文, 姚萍屏, 肖叶龙, 周海滨, 樊坤阳, 贡太敏, 凌攀, 刘超
在真空常温下,对空间摩擦副进行大负荷服役条件(400 N)可靠性寿命摩擦循环试验,考察空间用铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损特性,探讨摩擦材料的可靠性寿命并揭示其摩擦磨损机理。结果表明：铜基摩擦材料在真空常温大负荷摩擦循环试验条件下,摩擦磨损过程可分成三个阶段：第一阶段(1~1 400次试验),摩擦因数由0.28增加到0.61,并趋于稳定,磨损机理以磨粒磨损为主;第二阶段(1 400~2 700次试验),摩擦因数稳定在0.61左右,磨粒磨损和粘着磨损并存;第三阶段(2 700次试验后),摩擦因数逐渐下降,磨损机理转变为较强的粘着磨损和疲劳磨损,材料表现为失效,整个试验过程中,摩擦因数稳定系数均高于0.9。研究表明,研制的铜基摩擦材料在真空常温条件下可满足转位机构和空间机械臂等的可靠性需求。
2018 Vol. 23 (1): 110-118 [
摘要
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