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2024年 29卷 3期
出版日期：2024-06-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
151
超高速激光熔覆技术研究现状及发展展望
肖明颖, 范振红
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024023
作为电镀和热喷涂的替代技术,超高速激光熔覆技术自问世以来备受瞩目。通过与常规激光熔覆技术对比,阐明超高速激光熔覆的技术原理;与电镀、热喷涂、常规激光熔覆等技术对比,分析其技术特点和优势。从设备、材料、工艺、组织和应用等方面综述超高速激光熔覆技术的研究现状,分析该技术的不足,并对其研究及应用发展提出建议。
2024 Vol. 29 (3): 151-161 [
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理论研究
162
Al/Mg共掺杂Li
2
MnO
3
电化学性质的第一性原理计算
曾智泉, 张时维, 王建川
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024031
双离子掺杂是改善富锂锰基正极材料Li
2
MnO
3
电化学性能及循环稳定性的有效方法,然而掺杂离子间微妙的相互作用对Li
2
MnO
3
性能的影响机制还不清晰。本研究通过第一性原理计算分别研究Mg单掺杂和Mg/Al共掺杂Li
2
MnO
3
的晶格结构、电子结构、O稳定性以及Li扩散动力学。结果表明：相对于Mg单掺杂,Mg/Al共掺杂能引起明显的晶格畸变,提高局域O的电化学活性,但同时会牺牲一定的O稳定性。此外,Mg/Al共掺杂还可以促进局域Li的层内扩散。本研究突出对比了Mg/Al共掺杂和Mg单掺杂对Li
2
MnO
3
电化学性能影响的差异,为优化富锂锰基正极材料设计提供理论依据。
2024 Vol. 29 (3): 162-171 [
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172
钛合金粉末叶轮盘热等静压成形性能
何山, 蔡高参, 潘昱枫
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024028
对钛合金粉末热等静压成形叶轮盘进行数值模拟分析,研究其等效塑性应变分布和节点密度随时间的变化规律,以及压制件相对密度分布规律,并采用热等静压技术制备叶轮盘样件。结果表明：数值模拟结果与实验数据呈现较好的一致性。这一发现充分证明了数值模拟技术在叶轮盘热等静压工艺过程中的有效性,以及预测成形特性的准确性。这不仅为优化叶轮盘的生产工艺提供了有力的数据支持,也为后续复杂零件的成形预测奠定了坚实基础。
2024 Vol. 29 (3): 172-180 [
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工艺技术
181
等离子体渗硼对硬质合金表面金刚石涂层的影响
丁晟, 王海龙, 马莉, 魏秋平
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024029
采用热丝化学气相沉积法在等离子体渗硼预处理后的硬质合金表面沉积金刚石涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及洛氏硬度计探究预处理过程对金刚石涂层生长质量和结合性能的影响。结果表明：随等离子体渗硼温度升高,基体表面生成的CoWB含量增加,且WC脱碳还原为W。等离子体轰击使基体表面缺陷密度增大,能提高金刚石的形核速率,CoWB钝化层和W过渡层可抑制Co原子扩散,提高金刚石的生长质量。相较于酸碱两步法处理,经过等离子体渗硼处理的硬质合金表面金刚石涂层中石墨相含量明显减少,残余应力随等离子体渗硼温度升高而降低。石墨相含量的减少和残余应力的降低提高了金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合性能,1 000 ℃预处理的硬质合金表面金刚石涂层的结合力等级可达HF1水平。
2024 Vol. 29 (3): 181-190 [
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191
ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料的微观结构和烧蚀性能
汤磊, 白凯伦, 熊翔, 尹健, 张红波, 左劲旅
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024027
为改善C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能,以ZrC纳米粉体和Si粉为反应渗料,采用反应熔渗(reactive melt infiltration, RMI)法制备ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等研究ZrC纳米粉体含量对C/C-SiC复合材料微观结构和烧蚀性能的影响。结果表明：随ZrC纳米粉体含量增加,复合材料的孔隙率增大,而密度变化不大。ZrC纳米粉体一部分弥散分布在SiC基体中,一部分则发生了团聚。烧蚀30 s后,ZrC纳米粉体摩尔分数为6%时,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率最低,分别为2.0 mg/s和3.9 μm/s。随ZrC纳米粉体含量增加,烧蚀过程中形成的ZrO
2
含量增多,对SiO
2
的钉扎作用明显增强,能有效提升C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。
2024 Vol. 29 (3): 191-200 [
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201
径向复合钨合金杆的气体渗碳及力学性能
李博, 王猛, 杨明川, 罗荣梅, 吴海龙, 杜忠华
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024026
利用气体渗碳法对一种径向复合钨合金杆进行表面热处理,在其表面获得一定厚度的渗碳层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪以及室温静态压缩实验,研究渗碳温度和渗碳时间对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：在1 150~1 250 ℃范围内,随渗碳温度升高和渗碳时间延长,渗碳层厚度明显增加,WC相充分形成;当渗碳温度为1 200 ℃,渗碳时间为3~5 h时,合金的渗碳层厚度可达70.5~94.1 μm,维氏硬度达到599.6~1 128.6。渗碳后的径向复合钨合金杆在室温压缩过程中保持良好的压缩韧性,当渗碳层较厚时,外层材料W70Cu发生明显的剪切失效。
2024 Vol. 29 (3): 201-209 [
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210
温压温度对FeSiBC非晶磁粉芯压缩以及磁学性能的影响
刘世杰, 耿赵文, 陈超, 罗武林, 周科朝
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024025
高电阻率的无机氧化物纳米粒子被广泛用作软磁粉芯的绝缘包覆材料,以降低粉芯高频下的涡流损耗,提升器件的工作稳定性和能量利用效率。针对非磁性氧化物纳米粒子的存在会导致粉芯致密性和磁导率下降的问题,本文将温压工艺引入FeSiBC非晶磁粉芯的制备中,重点研究温压温度对FeSiBC非晶磁粉芯的成形性、磁学性能以及力学性能的影响。结果表明：温压温度为120 ℃时,软化的树脂能够有效填充进磁粉间的间隙,增强黏结效果,使粉芯具有最佳的压缩性和综合磁学性能。此时,原始和包覆粉芯的抗压强度分别为220.0和269.1 MPa,相较于室温压制粉芯分别提升了107.5%和47.8%;有效磁导率在100 kHz~10 MHz范围内分别稳定至20.8和18.7 H/m,相较于室温压制粉芯分别提升了20.9%和16.9%;1 MHz、0.05 T下的交流损耗分别为2 693.5和2 228.0 kW/m
3
,相较于室温压制粉芯分别下降了13.9%和21.3%。本工作通过优化温压工艺参数,提升磁粉芯的应用频率和能量利用效率,为制备性能优良的FeSiBC磁粉芯提供指导。
2024 Vol. 29 (3): 210-220 [
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221
泡沫SiC基亚氧化钛电极的制备及电催化氧化酸性橙G的性能
余章俊, 王项, 邓泽军, 马莉, 魏秋平
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024030
采用溶胶-凝胶烧结法制备三维泡沫SiC基亚氧化钛(SiC/Ti
n
O
2
n
-1
)电极。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电化学工作站表征亚氧化钛电极的表面形貌、相组成和电化学性能,利用紫外-可见光分光光度计测试其对有机污染物的降解效果。结果表明：1 050 ℃/2 h烧结制备的泡沫SiC基亚氧化钛电极涂层质量较好,分布连续、均匀,且导电相Ti
4
O
7
的含量最高(质量分数为37.5%)、薄膜电荷转移电阻最低(16.75 Ω),对模拟污染物酸性橙G表现出更快的降解速率(反应速率常数为0.60 h
-1
)和更低的能耗(11.63 (kW·h)/m
3
)。•OH和$ \mathrm{SO}_{4}^{.-}$均参与降解酸性橙G,且•OH和$ \mathrm{SO}_{4}^{.-}$对去除酸性橙G的贡献几乎相同。无机离子$ \mathrm{HCO}_{3}^{-}$、$ \mathrm{NO}_{3}^{-}$、$ \mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-}$的存在对酸性橙G的降解均具有抑制作用,而Cl
-
会促进酸性橙G的降解。电极在多次降解中表现出较高的稳定性。
2024 Vol. 29 (3): 221-230 [
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231
稀土离子掺杂调控MIL-101的电子结构促进电催化氮还原反应
杨童卉, 岳嵩, 公伟伟, 王仁卿, 胡伟达, 刘小磐, 高朋召, 覃航, 郭文明, 肖汉宁
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024033
电催化氮还原反应(electrocatalytic nitrogen reduction reaction, eNRR)被认为是在环境条件下生产低浓度$NH_{3}/NH_{4}^{+}$的有效策略,而设计合适的催化剂是高效驱动eNRR的关键。本研究采用水热法制备MIL-101催化剂,研究水热温度和Gd元素掺杂对MIL-101催化剂eNRR性能的影响。结果表明：150-MIL-101具有最高的结晶度及eNRR性能(氨产率为11.5 μg/(h·mg),法拉第效率为30.5%)。MIL-101-0.5Gd表面下凹,暴露了内部粗糙孔结构,催化剂表观活性提高,同时氧空位浓度的增加可优化催化剂的特性活性,其在0.1 mol/L LiClO
4
电解质、-1.3 V电位下的氨产率和法拉第效率分别为16.7 μg/(h·mg)和37.6%,优于无掺杂150-MIL-101,且催化剂具有较好的长期稳定性。
2024 Vol. 29 (3): 231-245 [
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246
退火温度对粉末冶金Ti-2Mn-2Sn-0.1B合金组织和力学性能的影响
方浩煜, 伍秋美, 袁铁锤
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024041
粉末冶金工艺在生产成本、成分设计自由度等方面具有显著优势,是制造低成本高性能钛合金的有效途径。本文采用粉末冶金技术制备Ti-2Mn-2Sn-0.1B合金,研究退火温度对合金组织和力学性能的影响。结果表明：Ti-2Mn-2Sn-0.1B合金均由α、β和TiB相组成,与未退火合金相比,750 ℃退火合金中β相含量增加,850 ℃退火合金中析出片状和针状α′相,950 ℃退火合金中α相和β相呈层状分布。合金均以韧性断裂为主,其中950 ℃退火合金力学性能较好,层状分布的α相与β相能够提供良好的强化和硬化效果,显微硬度(HV)、极限抗拉强度和伸长率分别为335±16、(803±4) MPa和(11.3±2.2)%。
2024 Vol. 29 (3): 246-254 [
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