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2022年 27卷 6期
出版日期：2022-12-15
工艺技术
工艺技术
569
选择性激光烧结GB/GF/PA1212的力学与摩擦学性能
吴婷, 吴宏, 文杰斌
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022032
以玻璃微珠(glass beads, GB)和玻璃纤维(glass fiber, GF)为增强填料,与聚酰胺(Polyamide, PA)1212粉末机械混合,采用选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)技术制备GB/GF/PA1212复合材料。用万能力学实验机和摩擦磨损实验机测试和分析GB/GF/PA1212复合材料的力学性能和摩擦磨损行为,研究GB含量对材料性能的影响。结果表明,添加适量GB填料可提高复合材料的拉伸性能和耐磨性能,尤其是能显著改善耐磨性能。其中,GB和GF质量分数分别为40%和10%时,复合材料的摩擦因数和磨损率最低,分别为0.23和1.1×10
-3
mm
3
/(N·m)。
2022 Vol. 27 (6): 569-578 [
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579
等离子活化烧结Ta-2Ti-
x
TiC复合材料的微观结构与力学性能
张建, 贾浩, 马帅, 张诗荃, 葛帅, 罗国强, 沈强
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022063
采用等离子活化烧结法制备Ta-2Ti-
x
TiC(
x
=0、0.5、1.0、2.0和4.0,质量分数,%)复合材料,研究TiC对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明,随TiC含量增加,复合材料的致密度先升高后降低,Ta-2Ti-0.5TiC的致密度达到最高值99.5%。加入TiC可抑制晶粒生长,晶粒尺寸随TiC含量增加而减小,TiC质量分数为4.0%时,晶粒尺寸减小至2.98 µm。TiC在高温下发生脱碳反应,生成的C与Ta反应原位生成高硬度的Ta
2
C陶瓷相,起到桥接基体晶粒与阻碍裂纹扩展的作用。随SiC含量增加,Ta-2Ti-TiC复合材料的硬度和抗磨强度提高,这得益于晶粒细化与原位生成的Ta
2
C高硬度陶瓷相。
2022 Vol. 27 (6): 579-585 [
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586
选区激光熔化法制备NiCrFeAl合金的显微组织与缺陷
徐瑞锋, 耿赵文, 陈超, 张家琪, 李丹, 倪莽, 周科朝
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022033
以NiCrFeAl预合金粉为原料,采用选区激光熔化技术制备NiCrFeAl合金。通过光学显微镜对样品孔隙进行分析,从而优化扫描工艺参数,采用扫描电子显微镜对合金组织形貌进行表征,并使用EBSD进行缺陷分析,用UTM 5105型电子万能实验机测试合金力学性能。结果表明：选区激光熔化的最优工艺参数为扫描功率240 W、扫描速度1 000 mm/s,扫描间距0.12 mm,层厚0.03 mm。最优工艺参数下合金的抗拉强度为535 MPa,伸长率为5.8%。合金中存在固态裂纹,水平和垂直截面上均表现为沿晶断裂,裂纹存在于取向差较大的相邻晶粒之间。合金水平截面上的平均晶粒尺寸为35 μm,低角度晶界占37.0%;竖直截面上的平均晶粒尺寸为56 μm,低角度晶界占41.0%。
2022 Vol. 27 (6): 586-594 [
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595
PMMA表面包覆LaNi
5
合金粉末的储氢性能
李珂, 高云鹤, 黄通文, 周承商
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022045
LaNi
5
储氢合金粉末易氧化,严重影响其储氢性能。本文采用溶液浸渍法将聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl meth acrylate, PMMA)对LaNi
5
合金粉末进行表面包覆改性,研究粉末的微观形貌、储氢性能和抗氧化性能。结果表明,空气氧化后,PMMA包覆LaNi
5
合金的储氢量保持在1.29%(质量分数),而LaNi
5
合金的储氢量仅为1.15%。对比未包覆的LaNi
5
合金,PMMA包覆LaNi
5
合金在空气氧化后仍保持较好的吸放氢动力学性能和储氢量,且具备良好的循环稳定性。因此,PMMA包覆LaNi
5
合金可减缓合金在空气中的氧化反应,改善合金的抗氧化性能,有利于合金的应用和储氢安全性。
2022 Vol. 27 (6): 595-600 [
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601
放电等离子烧结下碳化硼对聚丙烯腈基碳纤维石墨化的影响
刘红浩, 曾凡浩, 张福勤
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022053
采用放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)工艺制备碳纤维增强碳化硼(C
f
/B
4
C)复合材料,通过X射线衍射和激光拉曼光谱对聚丙烯腈(polyacrylonitrile, PAN)基碳纤维石墨化度进行表征,重点研究烧结温度、烧结压力和保温时间对碳纤维石墨化的影响。结果表明,温度、压力和保温时间均对碳纤维石墨化有影响,其中烧结温度的影响最明显。烧结温度为2 000 ℃时,碳纤维的(002)晶面间距
d
(002)和拉曼光谱中D峰强度
I
D
与G峰强度
I
G
的比值分别为0.336 nm和0.377,石墨化度达到92.21%。根据XRD所测的石墨化度和拉曼光谱中
R
-1
的对应关系,拟合得到拉曼光谱表征碳纤维石墨化度的公式。SPS下PAN基碳纤维的低温石墨化是由于SPS综合了温度、压力和电流的影响,以溶解-再析出为主要催化机理,其中界面活化程度或许是产生碳纤维石墨化度差异的根本原因。
2022 Vol. 27 (6): 601-609 [
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610
泡沫镍基Ni-P-W-Mo析氢电极的制备与电化学性能
代晓梅, 何捍卫
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022035
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/cm
2
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/cm
2
,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。
2022 Vol. 27 (6): 610-619 [
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620
黑磷烯尺寸对黑磷烯/羟基磷灰石混合物气敏性能的影响
吴江松, 谭彦妮, 吕剑锋
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022042
采用水热法制备短棒状羟基磷灰石(HA),通过液相剥离法制备黑磷烯(black phosphorene, BP),并采用不同的离心速率分离出具有不同尺寸的BP。制备BP质量分数为7.0%的BP/HA混合物,用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜和拉曼光谱对混合物的物相组成、微观形貌和结构进行表征,同时使用气体传感系统研究纯HA以及含有不同尺寸BP的BP/HA混合物的气体传感特性。结果表明,加入BP可显著提高HA对氨气的响应,BP的尺寸越小,对HA气敏性能的提升越大。其中BP-10000/HA对浓度(气敏实验所用空气中氨气的体积分数)为100×10
-6
的氨气的响应高达58.7%,当氨气浓度上升到1 000×10
-6
后,响应高达98.3%。BP尺寸越小,气敏性能越好,可能是由于具有更大的比表面积,因而具备更多的活性位点。总之,BP可显著提升HA的气敏性能,BP/HA混合物是一种很有前途的室温气敏材料。
2022 Vol. 27 (6): 620-629 [
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630
自蔓延高温合成WC粉末的结晶行为
高雨阳, 刘咏, 陈刚, 唐啸天, 周承商
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022059
以黑钨矿(Fe(Mn)WO
4
)、黄钨(WO
3
)、电石(CaC
2
)和高纯铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成法(self-propagating high-temperature synthesis, SHS)制备单晶WC粉末,研究添加铝热剂(Fe
3
O
4
-Al混合物,
n
(Fe
3
O
4
):
n
(Al)=3:8)、原料预热和投料量对WC粉末粒度和形貌特征的影响。结果表明：用SHS法制备的WC粉末晶型完整;添加铝热剂会生成大量Fe
3
W
3
C相,导致WC粉末的纯度降低;对坩埚内的原料粉末预热会使WC晶粒充分生长,WC粉末粒度增大,同时WC晶粒形貌由球形转变为多边形;增加反应物料投料量会使WC粉末粒径增大,粉末形貌由球形转变为多边形。
2022 Vol. 27 (6): 630-637 [
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638
冷喷涂铜基金刚石复合涂层的结构与性能
刘树宇, 彭英博, 高沛然, 谭彦妮, 张伟
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022057
钛合金因高比强度广泛应用于航空航天领域,但滑动摩擦性能较差,严重影响相关构件的寿命。表面改性是改善钛合金摩擦行为的常用手段,金属基金刚石复合涂层是其中一个重要研究方向。本文采用喷雾造粒结合冷喷涂在TC18合金表面制备致密的铜基金刚石复合涂层,研究复合粉末的冷喷涂沉积原理以及涂层热处理前后的微观结构与力学性能。结果表明,喷雾干燥制备的金刚石/铜复合粉末达到冷喷涂工艺要求;通过冷喷涂沉积,金刚石弥散分布在涂层中,质量分数为0.74%,且未发生损伤与石墨化;冷喷涂态金刚石/铜涂层具有优异的电导率和较高的硬度;涂层磨损形式为剪切断裂和剥离;600 ℃热处理后复合涂层硬度(HV)降低至95.8,导电率提升至89.3%IACS,涂层的摩擦行为得到改善,磨损率降低41%。
2022 Vol. 27 (6): 638-647 [
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648
载荷对AuNi9/PdNi-Au摩擦副载流摩擦磨损性能与稳定性的影响
于芯悦, 马志飞, 张雷, 张鑫, 康潇
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022068
载流摩擦副摩擦磨损性能的稳定性决定机构的服役性能和寿命。本文选取具有接触电阻小、电噪声小等优点的AuNi9/PdNi-Au摩擦副,通过摩擦因数和接触电压降曲线、相对稳定系数、标准差及频数分布等多项统计学评价指标,研究在180、280和380 mN载荷下摩擦副的载流摩擦稳定性。结果表明,载荷为180 mN时,AuNi9电刷的磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主,当载荷升高至380 mN时,电刷的磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损。随载荷增加,AuNi9/PdNi-Au摩擦副的摩擦稳定性先升高后降低,电接触稳定性逐渐提高。在载荷为280 mN时,摩擦因数的平均值为0.330,标准差为0.180,接触电压降的平均值为89.723 mV,标准差为41.419 mV,电刷表面粗糙度为0.207 μm,均为三种载荷下的最小值,AuNi9/PdNi-Au摩擦副表现出较好的载流摩擦稳定性。
2022 Vol. 27 (6): 648-658 [
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