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2023年 28卷 1期
出版日期：2023-02-15
工艺技术
理论研究
理论研究
1
模塑法一体成形电感过程的数值模拟
王昊, 郭峰, 付邦良, 闫亮明
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022065
采用传统模压方法一体化成形电感时,成形压力大,成形的电感易发生短路、绝缘阻抗突变、包覆层破裂剥落等问题。本文提出一种新型的电感成形方法?模塑成形,通过有限元软件对电感模塑成形的完整过程进行模拟分析,研究模具温度与固化时间对固化度的影响,以及充填速度对充填时间与气孔大小的影响,从而得到优化的成形工艺参数,然后进行电感模塑成形实验,测试电感感值(
L
)、直流电阻(direct current resistance, DCR)与损耗(full load inductance, FLL)。模拟结果表明：随模具温度升高或固化时间延长,固化度增大;随充填速度增大,充填时间缩短,气孔的数量和尺寸先减小后增大。模塑成形电感的最佳工艺参数为：模具温度175 ℃、充填速度3 mm/s和固化时间150 s。在该工艺参数下成形的FeSiAl/环氧树脂电感,平均感值为46.58 μH、直流电阻为116 mΩ、在2.6 A电流下通电30 min,感值下降率为33.25%,电感的关键指标都优于传统模压工艺制备的电感。表明模塑法一体化成形电感可行,为提高电感质量和生产效率提供了新途径。
2023 Vol. 28 (1): 1-8 [
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工艺技术
9
铜元素掺杂改性蜂窝层状Na
3
Ni
2
SbO
6
正极材料的电化学性能
陈林, 黄群, 陈铖, 冯伊铭, 韦伟峰
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022089
采用Cu部分替代Ni的方法对蜂窝层状Na
3
Ni
2
SbO
6
正极材料进行掺杂改性,得到Na
3
Ni
2-
x
Cu
x
SbO
6
(
x
=0、0.2、0.4、0.8)正极材料,利用X射线衍射仪和扫描电镜研究材料的形貌与结构,并测试其电化学性能。结果表明,Cu掺杂可以有效改善Na
3
Ni
2
SbO
6
正极材料的循环稳定性,在0.1 C倍率下循环100圈后,Na
3
Ni
2
SbO
6
的放电比容量仅为39.5 mA∙h/g,而Na
3
Ni
1.8
Cu
0.2
SbO
6
材料的放电比容量达到72.3 mA∙h/g。通过理论计算和实验分析发现,Cu(Ⅱ)的引入可有效缩小Na
3
Ni
2
SbO
6
层状正极材料的带隙,降低Na
+
的扩散能垒,提高材料的电子电导和离子扩散速率,并且Cu掺杂可抑制Na
3
Ni
2
SbO
6
正极材料在循环过程中发生不利相变,从而提高材料的循环稳定性和电化学性能。
2023 Vol. 28 (1): 9-11 [
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20
基于机器学习的间歇式电沉积制备W@Cu 核-壳粉体模型的构建与应用
邓楠, 梁淑华, 李建强
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022066
W和Cu两相的均匀分布对获得高性能W-Cu复合材料至关重要。本文主要研究基于机器学习的间歇式电沉积制备W、Cu均匀分布的W@Cu粉体模型的构建与应用。首先,建立间歇式电沉积制备W@Cu核-壳粉体的机器学习模型,确定核-壳粉体理论镀层厚度与电流、电沉积时间、待镀粉体粒径和承载量之间的关联,然后在承载量为1 000 g的装置中进行实验验证。将W@Cu核-壳粉体在1 375 ℃下进行无压烧结,研究成形压力对W-Cu复合材料致密度、烧结收缩率和电导率的影响。结果表明,在电流密度为7 A/dm
2
、电沉积时间为6 h时,实际镀层厚度为3.93 μm,与理论镀层厚度3.15 μm相符。提高成形压力有利于获得高致密度、低烧结收缩率的W-Cu复合材料。同时,核-壳粉体在显微组织中形成Cu的导电通道,有利于复合材料电导率的提升。
2023 Vol. 28 (1): 20-27 [
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28
Al
2
O
3
添加量对Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷微波介电性能的影响
董清臣, 刘昆磊, 于仕辉, 刘献省, 张伟风
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022072
采用固相反应法合成Li
2
ZnTi
3
O
8
,然后添加Al
2
O
3
(添加量为Li
2
ZnTi
3
O
8
质量的0~7%)制备Al
2
O
3
/Li
2
ZnTi
3
O
8
复合微波介电陶瓷,研究Al
2
O
3
添加量对复合陶瓷微观结构与介电性能的影响。结果表明,复合陶瓷主相为立方结构Li
2
ZnTi
3
O
8
,随Al
2
O
3
添加量增加,逐渐生成ZnAl
2
O
4
和TiO
2
第二相,这2种物质对陶瓷的微波介电性能有很大影响。Al
2
O
3
的添加可抑制Li
2
ZnTi
3
O
8
晶粒的生长。烧结温度为1 100 ℃、Al
2
O
3
添加量为1%时,Al
2
O
3
/Li
2
ZnTi
3
O
8
复合微波介电陶瓷获得最佳介电性能,介电常数
ε
r
≈ 26.1,
Q
×
f
≈ 87 900 GHz,谐振频率温度系数
τ
f
≈ 13.3×10
-6
℃
-1
。
2023 Vol. 28 (1): 28-34 [
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35
硬质颗粒对等离子熔覆碳化钨/多主元合金复合硬面涂层组织与耐磨性能的影响
杨紫涵, 刘咏, 张伟, 刘彬
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022086
采用等离子熔覆技术制备分别以铸造WC颗粒和烧结WC-Co球粒为硬质颗粒、以多主元合金为黏结相的2种硬面复合涂层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、摩擦实验等手段,研究不同硬质颗粒对硬面复合涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明：FeCrNi/WC-Co复合涂层中M
6
C的体积分数为20.1%,低于FeCrNi/WC复合涂层中M
6
C的体积分数(28.4%)。烧结WC-Co颗粒的热力学稳定性高,其WC的溶解程度低于铸造WC颗粒,可有效减少脆性M
6
C碳化物的析出。FeCrNi/WC-Co复合涂层的耐磨性能优于FeCrNi/WC涂层。FeCrNi/WC-Co涂层中较少的M
6
C相可避免涂层因脆性断裂而过早剥落,保证硬质相颗粒的完整性,提升硬面涂层的耐磨性能。
2023 Vol. 28 (1): 35-43 [
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44
SiO
2
与ZrO
2
组元对铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副摩擦磨损性能的影响
李陈鑫, 刘如铁, 林雪杨, 陈洁, 熊翔, 廖宁
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022087
在粉末冶金铜基摩擦材料中分别添加SiO
2
和ZrO
2
,研究SiO
2
和ZrO
2
对粉末冶金铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时摩擦磨损性能的影响,并分析两者影响机制的内在关联。结果表明,含SiO
2
或ZrO
2
的铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时,能在高制动速度下保持较高的平均摩擦因数,分别为0.375 8和0.342 4,摩擦材料的磨损量较低,为1.44 μm/次和0.95 μm/次,配副材料几乎无磨损。SiO
2
在制动过程中易脱落,形成磨粒,对摩擦材料与配副材料表面造成磨粒磨损,而ZrO
2
在基体中保持完整,以硬质微凸体的形式对C/C-SiC复合材料摩擦表面产生犁削作用。SiO
2
在高制动速度下破碎脱落后易嵌入C/C-SiC复合材料表面摩擦膜,有利于以Cu及Cu的化合物为主的磨屑在其周围积累,促进摩擦转移膜在C/C-SiC复合材料摩擦表面的形成,从而改善材料的摩擦磨损性能。
2023 Vol. 28 (1): 44-54 [
摘要
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55
Cr
3
C
2
含量对热压烧结WC基硬质合金材料微观组织和力学性能的影响
袁玉兰，刘含莲，黄传真，刘洋，王利梅，季良刚
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022078
为了研制高强度高硬度的硬质合金刀具材料,本文采用真空热压烧结技术制备Cr
3
C
2
含量不同的WC基硬质合金。通过XRD、SEM、EDS等分析手段研究其物相组成及微观形貌,探究Cr
3
C
2
含量对WC基硬质合金力学性能和微观组织的影响规律。结果表明：在WC-Co硬质合金中添加适量Cr
3
C
2
可有效抑制WC晶粒异常长大,提高晶粒均匀度,减少微观组织缺陷,进而改善其综合力学性能。随Cr
3
C
2
含量增加,合金的硬度和抗弯强度先升高后降低,断裂韧性先降低后升高。当Cr
3
C
2
的质量分数为0.4%时,WC基硬质合金综合力学性能最佳,硬度(HV)达到20.97 GPa,抗弯强度为1 584 MPa,断裂韧性为10.92 MPa∙m
1/2
,其中硬度大幅提高对于硬质合金材料用作切削刀具具有重要意义。
2023 Vol. 28 (1): 55-62 [
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63
梯度孔结构微孔层的构建及性能
刘志鹏, 李丽, 伍小波, 谢志勇, 雷霆
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022080
气体扩散层(gas diffusion layer, GDL)是质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)的关键部件之一。使用导电纳米碳黑、多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)和石墨片为微孔层碳材料,采用分层涂覆的方法,在碳纸基底层上构建具有梯度孔结构的微孔层。采用扫描电镜与压汞仪分析各扩散层的微观形貌及孔隙结构,测定扩散层的电阻率、透气率和突破压力,采用燃料电池测试平台测定单电池的输出性能。结果表明,MWCNTs层和石墨片层孔径呈“双峰”分布,形成了梯度孔结构微孔层,可促进气液两相传输的分离,从而提升电池的传质能力。与双层设计相比,具有三层梯度孔径结构微孔层的扩散层性能更优异,电流密度达5.5 A/cm
2
时仍未出现明显传质极化,最大功率密度为1 855 mW/cm
2
,相比于商品气体扩散层提高21%。
2023 Vol. 28 (1): 63-73 [
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74
喷雾干燥法制备Cu-Al
2
O
3
复合粉末及其复合材料的组织与性能
吴浩, 甘雪萍
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023003
用Cu(NO
3
)
2
∙3H
2
O和Al(NO
3
)
3
∙9H
2
O为原料,通过喷雾干燥、焙烧、还原、球磨等制备Cu-Al
2
O
3
复合粉末,然后热压烧结制备块体Cu-Al
2
O
3
复合材料,最后通过热锻造实现进一步致密化。利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜等研究Cu-Al
2
O
3
复合粉末和块体复合材料的显微组织与形貌,并测试复合材料的抗拉强度和电导率。结果表明,Cu-Al
2
O
3
复合粉末呈片状,Al
2
O
3
分布均匀。烧结态复合材料的致密度较低,为95.4%,抗拉强度和导电率仅为306 MPa和89.4%IACS。热锻处理后致密度提高至99.9%,抗拉强度和电导率分别提升至422 MPa和94.8%IACS;Al
2
O
3
颗粒以γ-Al
2
O
3
形态均匀分布于基体,晶界处颗粒较大(50~100 nm),晶内颗粒较小(10~20 nm)。
2023 Vol. 28 (1): 74-82 [
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83
掺硅非晶碳薄膜对TC4摩擦磨损性能的影响
王玲, 谭周建, 蔡志霞, 罗叶, 张福勤, 张翔
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022095
利用C
2
H
2
和Si靶,通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)和磁控溅射法,在Ti-6Al-4V(TC4)合金表面沉积类金刚石(diamond-like carbon, DLC)膜层和不同Si含量的Si-DLC膜层。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱分析膜层中的键合含量和结构无序性;采用纳米压痕和纳米划痕法测试TC4合金及其膜层试样的力学性能;使用HT-1000高温摩擦磨损测试仪和光学轮廓仪测试TC4合金及其膜层试样的摩擦磨损性能。结果表明：无论是否含Si元素,DLC膜层都能够有效提高TC4基体表面硬度,其中沉积纯DLC膜层后TC4基体的硬度相比无涂层提升了2.4倍,提升率最大;纯DLC和Si的摩尔分数分别为1.79%和3.06%的2种Si-DLC膜层,都可使TC4基体的表面摩擦因数从无涂层的0.64降低至0.1左右,磨损率从无涂层的476.5×10
-7
mm
3
/(N∙m)降低至0.5×10
-7
mm
3
/(N∙m)左右,表明这3种膜层都有助于提升TC4基体表面的耐磨性能。
2023 Vol. 28 (1): 83-92 [
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