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2019年 24卷 3期
出版日期：2019-06-15
工艺技术
205
喷射成形7075铝合金的微观组织与力学性能
吴建军, 隋大山, 朱玲玲, 刘明翔, 崔振山
采用喷射成形工艺制备7075铝合金沉积坯,并对材料进行塑性变形和T6峰值时效热处理。测试和分析材料在不同制备状态下的力学性能以及微观组织和拉伸断口特征,系统研究喷射成形工艺对7075铝合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：喷射沉积态7075铝合金的晶粒呈等轴晶状,尺寸细小均匀;与铸态组织相比,第二相沿晶界分布,且在晶粒内部以针状和球状大量存在,Mg、Zn元素的分布更均匀,偏析情况明显改善,但材料内部存在一定量的细小孔隙;且合金的拉伸断口呈河流花样,属脆性断裂。喷射沉积态合金经过塑性变形致密化后,抗拉强度提高至529 MPa。T6热处理可以进一步提高材料的力学性能,抗拉强度达到642 MPa,伸长率提高到8.36%。
2019 Vol. 24 (3): 205-211 [
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212
不同热喷涂技术制备铁基非晶涂层的结构和耐磨性能
解路, 熊翔, 王跃明
采用等离子喷涂(APS)、超音速火焰喷涂(HVOF)和爆炸喷涂(DS)技术分别制备铁基非晶涂层,并对各涂层显微结构和耐磨性能进行对比研究,探讨喷涂技术、涂层非晶含量、孔隙率和耐磨性能之间的关系。采用SEM观察各涂层结构、截面形貌以及摩擦表面形貌,通过XRD检测粉末与涂层的非晶相含量,采用摩擦磨损实验机测试各涂层与不锈钢基体的耐磨性能。结果显示,等离子喷涂、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂三种热喷涂技术制备出的涂层主要为非晶相,非晶含量分别为79.39%,85.26%和88.14%,孔隙率分别为2.5%,1.9%和1.5%。爆炸喷涂制备的铁基非晶涂层表现出最优的摩擦磨损性能,其磨损机制为疲劳磨损。热喷涂制备的铁基非晶涂层的耐磨性能远强于不锈钢。
2019 Vol. 24 (3): 212-219 [
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220
热处理工艺对建筑用490 MPa级耐火钢力学性能的影响
陈俊, 罗恒勇, 林申正
研究不同正火温度下NSFR490耐火钢的显微组织与力学性能。结果表明,正火处理温度在730~820 ℃区间内,耐火钢的强度随温度升高而下降,但仍可满足工程应用的标准要求,且塑性得以提高(伸长率由20%升至26%)。在600 ℃进行拉伸试验,结果满足高温屈服强度大于室温屈服强度2/3的要求。耐火钢经过600 ℃高温回火工艺,显微组织整体变化不大,仅晶粒尺寸略有长大,这与耐火钢在高温下的力学性能(屈服强度由315 MPa降至292 MPa)表现一致。最后结合该耐火钢的实际工程应用,利用ANSYS软件对其进行结构失稳临界温度计算,获得了该材料的位移-温度曲线,并得出其失效临界温度点为620 ℃。
2019 Vol. 24 (3): 220-225 [
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226
机械球磨Y
2
O
3
粉末的组织结构演变
李全, 刘祖铭, 彭凯, 赵凡, 吕学谦
采用行星式球磨机对Y
2
O
3
粉末进行球磨,利用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对粉末进行组织及结构表征,研究Y
2
O
3
在机械球磨过程中粒度、形貌、显微组织及结构的演变。结果表明,原始Y
2
O
3
粉末为单一立方结构,粒度呈双峰分布,在高能磨球的作用下,粉末发生破碎、层片化和结构转变。球磨60 h后的Y
2
O
3
粉末尺寸细小均匀,完全分散,呈单峰、对数正态分布。球磨过程中,首先立方结构的Y
2
O
3
发生结构破坏,出现小尺寸的晶格缺陷并非晶化;晶格缺陷区域扩大,形成非晶态和纳米尺寸晶体的复合结构,最终完全转变为非晶态结构。球磨后60 h的Y
2
O
3
粉末呈不规则块状组织和短棒状组织,不规则块状组织为非晶态基体和少量纳米晶的复合结构,短棒状组织为完全非晶结构。
2019 Vol. 24 (3): 226-231 [
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232
SiC纤维增强AlN-SiC复合材料的制备及力学性能
王鸿飞, 李国栋, 孙晔华, 李丹, 熊薇
以AlN、SiC和SiC纤维为主要原料,采用放电等离子烧结法(SPS)制备SiC纤维增强AlN-SiC陶瓷复合材料。采用金相分析、扫描电镜及复合材料力学性能测试等手段,研究不同烧结温度和SiC纤维含量对复合材料的微观组织、物相组成、力学性能、导热性能等的影响规律。研究结果表明：国产SiC纤维SPS制备AlN-SiC陶瓷基复合材料最适宜的烧结温度为1 650 ℃。掺入少量SiC纤维能够有效改善AlN-SiC复合材料的力学性能。掺入SiC纤维质量分数为5%时,AlN-SiC复合材料力学性能最优,抗弯强度达到241.36 MPa,硬度为569.48 N,断裂韧性为11.66 MPa·m
1/2
。
2019 Vol. 24 (3): 232-238 [
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239
Ba-Pb双掺杂与晶粒细化的协同调整对BiCuSeO半导体陶瓷热电性能的影响
苏逸斯, 冯波, 胡晓明, 刘培海, 李光强, 樊希安
对BiCuSeO半导体陶瓷进行Ba/Pb双掺杂,通过机械球磨和放电等离子烧结制备Bi
1-2
x
Ba
x
Pb
x
CuSeO(
x
=0, 0.06)半导体陶瓷材料,系统研究Ba/Pb双掺杂和球磨时间对BiCuSeO材料显微结构、热电性能和硬度的影响。结果表明,用少量Ba/Pb部分替代BiCuSeO中的Bi,可显著提高材料的电导率和功率因子,而球磨能使晶粒尺寸减小到约350 mm,从而降低材料的热导率,同时提高其电导率。球磨16 h条件下制备的Bi
0.88
Ba
0.06
Pb
0.06
CuSeO陶瓷在873 K下具有最大功率因子,为0.76 mW/(m·K
2
),同时具有最大ZT值1.18,分别是未掺杂BiCuSeO陶瓷材料的2.71倍和2.19倍。
2019 Vol. 24 (3): 239-247 [
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248
炭纤维涂层改性对快速制备C
f
/SiC复合材料力学性能的影响
孙晔华, 李国栋, 叶国柱, 史琦, 张洋, 何岸青
以SiC粉末、酚醛树脂粉末及有PyC/SiC复合涂层改性和无涂层改性的两种炭纤维毡/布为原料,采用新型快速成形工艺结合反应熔体浸渗技术制备C
f
/SiC复合材料,并对其表面化学气相沉积(chemical vapor deposition(CVD))/SiC涂层。通过XRD物相分析、扫描电镜及复合材料力学性能测试等手段,研究炭纤维涂层改性及表面涂层改性对C
f
/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明：涂层改性的炭纤维在反应熔渗过程中不被液Si侵蚀,从而提高材料的力学性能;表面CVD SiC涂层改性能够通过填补表面缺陷,包覆易裂部位,涂层脱粘,弥补内部缺陷等方式提高抗弯强度;采用PyC/SiC复合涂层对炭纤维改性后,复合材料抗弯强度由150.90 MPa提高到217.96 MPa,通过表面CVD SiC涂层后,复合材料抗弯强度进一步提高,达到266.94 MPa。
2019 Vol. 24 (3): 248-254 [
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255
造孔剂(NH
4
)
2
CO
3
和尿素含量对TiAl 多孔材料性能的影响
刘羽祚, 李喜德, 李菊英, 裴后昌, 杨军胜, 贺跃辉
以Ti、Al元素粉末为原料,分别添加(NH
4
)
2
CO
3
和尿素,利用偏扩散反应,制备高孔隙度,孔特征可控的TiAl金属间化合物多孔材料。通过XRD、SEM、金相显微技术等表征手段,研究造孔剂含量对TiAl金属间化合物多孔材料的物相结构、孔径、总孔隙率、透气度、膨胀率及力学性能的影响。结果表明：造孔剂对多孔材料物相组成没有影响;分别添加7%碳酸铵和尿素后,平均孔径分别对应为30.6 μm和28.8 μm,体积膨胀率增大到45.6%和44.4%,总孔隙率为49.9%和48.3%,透气度为307.3 m
3
/(m
2
·kPa
1
·h
1
)和302.1 m
3
/(m
2
·kPa
1
·h
1
),极限抗拉强度分别为27.85 MPa和32.49 MPa。
2019 Vol. 24 (3): 255-260 [
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261
氧燃比对爆炸喷涂铁基非晶涂层结构和摩擦磨损性能的影响
解路, 熊翔, 王跃明
采用爆炸喷涂技术,在不同氧燃比(氧气流量m
3
/h与乙炔流量m
3
/h的比例)的条件下制备铁基非晶涂层,研究关键工艺参数-氧燃比对涂层结构和摩擦磨损性能的影响。探讨硬度和孔隙率对涂层耐磨性能的影响。结果表明,在氧燃比为1.0:1.0,1.2:1.0,1.5:1.0的条件下,涂层非晶含量分别为89.73%,86.23%和81.46%,涂层孔隙率分别为2.1%,1.4%和0.8%,涂层耐磨性能是不锈钢基体的四倍以上。氧燃比为1.2:1.0时,制备出的涂层耐磨性能最好。适中硬度和孔隙率的非晶涂层的耐磨性能最好,且硬度对耐磨性能的影响比孔隙率大。
2019 Vol. 24 (3): 261-266 [
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267
超声冲击处理对A106-B焊管腐蚀疲劳的影响
张德红
在部件加工过程中产生的拉伸残余应力是影响腐蚀疲劳性能的主要原因。超声冲击处理是一种潜在改善焊接结构腐蚀疲劳性能的有效方法。本文以某冶炼厂的A106-B焊管为研究对象,探索超声冲击处理对焊管腐蚀疲劳行为的影响。结果表明：超声冲击处理使焊趾形状明显改变,焊趾角度降低50%,半径增加15.5倍,显著降低了应力集中程度。同时,超声冲击处理使试样表面拉伸残余应力得到有效释放,最大应力由230 MPa降至120 MPa,并在近表面区引入压缩残余应力。此外超声冲击处理还可细化材料表面晶粒。因此,超声冲击处理后试样的抗腐蚀能力和抗疲劳性能都得以改善,使得A106-B焊管的腐蚀疲劳寿命增加了99.4%。
2019 Vol. 24 (3): 267-272 [
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273
碳含量对元素粉末法制备M2高速钢组织与性能的影响
伍文灯, 熊翔, 刘如铁, 栾怀壮, 郝彦荣
采用元素粉末为原料,通过分步球磨获得分布均匀的混合粉末,经过模压成形与真空烧结,获得M2高速钢。通过X射线衍射仪、扫描电镜以及力学性能测试等,研究碳含量对高速钢的物相组成、显微组织以及密度、抗弯强度、硬度等性能的影响。结果表明,提高M2高速钢的碳含量可降低烧结温度,在较低的温度下实现烧结致密化。高速钢的物相组成为α-Fe,M
6
C型碳化物、MC型碳化物以及奥氏体等。随碳含量增加,M2高速钢的孔隙减少,形状规则的颗粒状碳化物生成量增加,有利于材料抗弯强度与硬度的提升,但过高的碳含量会导致碳化物在晶界析出长大,降低高速钢的强度。
2019 Vol. 24 (3): 273-281 [
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282
CaYAlO
4
: Tb
3+
绿色荧光粉的低温燃烧合成及发光性能
王淑雪, 邓靖宇, 余龙, 罗虎, 高晓风, 朱德生
以尿素为燃料,乙二醇为络合剂,采用低温燃烧法合成CaYAlO
4
: Tb
3+
绿色发光荧光粉。根据荧光粉的物相组成,确定最佳的合成温度和尿素用量;对荧光粉的形貌与发光效果进行观察与测试,并研究Tb
3+
掺杂量对荧光粉发光性能的影响。结果表明：尿素与基质物质CaYAlO
4
的最佳比例
n
(CH
4
N
2
O):
n
(Ca)为3:1,最佳合成温度为800 ℃。合成的CaY
0.96
AlO
4
: 0.04Tb
3+
绿色荧光粉为球形颗粒,直径约为15 nm。荧光粉的激发光谱主要由O
2-
→Y
3+
和O
2-
→Tb
3+
宽带激发带构成,激发峰波长265 nm;发射光谱由位于490,545,586和620 nm的发射尖峰构成,为Tb
3+
的
5
D
4
→
7
F
J
(
J
=6,5,4,3)跃迁,545 nm跃迁强度最大,荧光粉发绿光。Tb
3+
的最佳掺杂浓度(摩尔分数)为0.06,浓度猝灭是由交换相互作用引起的。在紫外265 nm激发下,CaY
0.96
AlO
4
: 0.06Tb
3+
荧光粉发射光谱的色坐标为(0.320,0.363),在CIE1931色度图上位于绿-黄-白光交界处,是一种潜在的LED用单掺杂绿光发光材料。
2019 Vol. 24 (3): 282-288 [
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289
以HKUST-1为前驱体的Cu@Pt/C催化剂的结构及对甲醇的催化氧化性能研究
龙翔宇, 雷霆, 王坤婵, 詹振翔
以硝酸铜和均苯三甲酸为原料,水热合成八面体结构的金属有机物框架(HKUST-1)前驱体,前驱体在Ar保护下煅烧发生热分解和碳热还原,得到Cu/C纳米颗粒,再与氯铂酸钾通过置换反应得到Cu@Pt/C催化剂。利用扫描电镜、X射线衍射仪以及X射线光电子能谱仪对Cu@Pt/C催化剂的形貌与结构进行表征,并测试其对甲醇溶液的电催化氧化性能。结果表明,Cu@Pt/C催化剂保留了前驱体HKUST-1的八面体结构,Pt包覆在Cu表面形成核壳结构。根据Cu@Pt/C催化剂在H
2
SO
4
溶液中的循环伏安曲线,计算出其电化学活性面积为74.3 m
2
/g,约为商业Pt/C的1.47倍,并且Cu@Pt/C催化电极在H
2
SO
4
与甲醇混合溶液中的循环伏安扫描曲线的正扫过程中的峰值电流密度(
J
f
)与负扫过程中的峰值电流密度(
J
b
)的比值(
J
f
/
J
b
)为2.18,远高于商业Pt/C电极,表现出优异的对甲醇的电催化氧化活性和抗CO中毒性能。
2019 Vol. 24 (3): 289-295 [
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296
用于烧结烟气脱硫脱硝的活性炭理化性质
赵宏伟, 黄帮福, 刘兰鹏, 刘维赛, 赵思孟
活性炭烟气净化技术是一种适合于烧结烟气治理并能使废物资源化利用的先进技术,SO
2
、NO
x
等污染物在活性炭孔道内被吸附和催化,其吸附和催化性能主要由活性炭物理结构和化学性质所决定。本研究表征并分析了椰壳、果壳和煤质活性炭的比表面积、孔隙结构、表面形貌、物相组成、组成元素以及表面官能团等理化性能。结果表明：3种活性炭的比表面积均较大,都是以微孔为主的无定型碳材料;主要元素是碳和氧,还含有少量的硫元素和氯元素;椰壳活性炭孔道排列整齐,清晰可见,果壳和煤质活性炭表面凹凸不平,难于清晰观察到微孔结构;表面含有与吸附和催化性能密切相关的含氧官能团。研究结果作为活性炭相关改性研究的基础性研究,可为优化改性技术提供参考依据。
2019 Vol. 24 (3): 296-302 [
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