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2025年 30卷 4期
出版日期：2025-08-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
261
热/环境障涂层用稀土铪酸盐的抗腐蚀性能研究现状
喻晓峰, 史平平, 赵丹阳, 伍晓赞
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025006
稀土铪酸盐具有低热导、高熔点、优异的高温相稳定性和良好的抗环境腐蚀性能等优点,在新一代航空发动机热端部件用热/环境障涂层材料中展现出广阔的应用前景。本文重点展开稀土铪酸盐材料作为热/环境障涂层方面的阐述,归纳总结了其抗水蒸气腐蚀、抗熔融钙镁铝硅酸盐(CaO-MgO-Al
2
O
3
-SiO
2
)腐蚀、抗熔盐腐蚀以及抗水蒸气-熔融钙镁铝硅酸盐耦合环境腐蚀等方面的研究进展,并对其未来发展方向进行展望。
2025 Vol. 30 (4): 261-271 [
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理论研究
272
基于有限元和机器学习的全陶瓷微封装燃料热压烧结应力分析
何宗倍, 欧阳瀚, 杜子睿, 曾强, 高心蕊, 关康
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2024108
全陶瓷微封装(full ceramic microencapsulated, FCM)燃料的最终性能受制造过程中多种因素的影响,仅依赖实验手段研究这些因素的影响存在较大挑战。本研究采用有限元方法模拟FCM燃料芯块的热压烧结过程,系统分析烧结温度、加载压力、基体孔隙率以及三结构各向同性(tri-structural isotropic, TRISO)颗粒体积分数对烧结过程中各组元应力的影响。同时,借助机器学习方法对不同参数组合的模拟结果进行深入探讨,以揭示各因素与各组元应力之间的关联性,并进行实验验证。结果表明：通过有限元与机器学习方法相结合,可以定性地反映各烧结工艺参数对烧结应力的影响,其结果与实验数据一致性较好。
2025 Vol. 30 (4): 272-288 [
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289
Nd-B-Sm体系的相图热力学研究
梅家成, 仇成亮, 刘树红, 杜勇
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025023
通过实验和相图计算(calculation of phase diagram, CALPHAD)相结合的方法研究Nd-B-Sm体系的相平衡。基于边际二元相图设计并使用电弧熔炼炉制备7种不同成分的三元合金,通过电子探针显微分析和X射线粉末衍射研究773 K、873 K退火态和铸态Nd-B-Sm合金的相组成。结果表明：由于Nd和Sm的原子半径和电负性相似,Nd-B和Sm-B体系化合物具有相同的晶体结构,Nd
2
B
5
和Sm
2
B
5
形成了(Nd,Sm)
2
B
5
无限固溶体,未发现三元化合物。基于本工作所得相平衡数据和文献中报道的二元体系热力学描述,使用CALPHAD方法对Nd-B-Sm体系进行热力学优化,得到了一组自洽的热力学参数。计算所得773 K和873 K等温截面、液相面投影图、希尔凝固路径与实验数据吻合良好。
2025 Vol. 30 (4): 289-300 [
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工艺技术
301
金属钽表面制备MoSi
2
/Y
2
O
3
涂层及其抗热震性能研究
袁松泉, 袁铁锤, 蔺仕琦, 王飞
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025021
为推动乏燃料回收利用并降低其危害,本文采用料浆烧结工艺在纯Ta表面制备MoSi
2
/Y
2
O
3
复合涂层,以MoSi
2
-Ta涂层作为中间层,纯Y
2
O
3
作为顶层保护层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等设备表征涂层在热震实验前后的微观组织演变,并结合有限元模拟分析其抗热震性能。结果表明：MoSi
2
/Y
2
O
3
涂层由不规则的不完全熔融颗粒堆叠构成;在烧结与热震过程中生成Mo
5
Si
3
、MoO
3
、SiO
2
、TaSi
2
、Y
2
SiO
5
等新相。涂层体系中Si元素呈现显著扩散特征,且热震过程伴随着氧含量的增加。经热震后,基体-涂层界面处出现分层失效,MoSi
2
/Y
2
O
3
双层涂层发生剥落,并以剥落区为裂纹源形成纵向扩展裂纹。涂层体系中分层、剥落等缺陷的形成机制包括：热膨胀系数失配导致的热应力累积;新相生成引发的生长应力累积;易挥发相逸散造成氧化膜破裂降低涂层强度。
2025 Vol. 30 (4): 301-309 [
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310
低载量IrO
2
-RuO
2
酸性析氧催化剂的制备和性能研究
白宗哲, 李丽, 雷霆
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025024
本文以碳纤维纸(carbon fiber paper, CFP)为载体,通过水热法、原位电化学置换反应和高温煅烧制备不同Ir/Ru原子比的低载量IrO
2
-RuO
2
/Co
3
O
4
@CFP催化剂,采用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪以及电化学测试等手段,研究催化剂的微观结构和电化学性能。结果表明：当Ir/Ru原子比为4∶1时,催化剂在酸性介质中表现出最佳的析氧反应催化活性和稳定性,在电流密度为10 mA/cm
2
时的析氧过电位为225 mV,Tafel斜率为45.97 mV/dec,在100 mA/cm
2
电流密度下连续反应50 h后,性能几乎无衰减。本研究可为低成本、高性能的酸性析氧催化剂的合成提供设计思路和可行方案。
2025 Vol. 30 (4): 310-324 [
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325
快速合成超细CuSnNi纳米颗粒催化剂的CO
2
电化学还原性能
张莹萍, 宋逸剑, 李维杰, 周承商, 刘咏, 韩朝
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025036
采用液相还原法合成结构有序,尺寸超小,Cu、Sn、Ni原子比分别为1∶1∶1、2∶1∶1、1∶2∶1、1∶1∶2的4组CuSnNi纳米颗粒催化剂,探究其CO
2
电化学还原性能及催化机理。结果表明：4组催化剂都能将CO
2
转化为合成气(CO+H
2
)和HCOOH,Cu、Sn、Ni原子比为2∶1∶1时,催化产物HCOOH+CO的法拉第效率可达到40%,其中HCOOH选择性可达到29%,合成气中H
2
/CO物质的量比在所有电位范围内都保持在4~5;而Cu、Sn、Ni原子比为1∶1∶2时,H
2
/CO物质的量比可调范围最大(5~17),H
2
/CO物质的量比与元素比有关,而与熵值无关。Cu、Sn、Ni原子比为2∶1∶1的催化剂的稳定性最好。CuSnNi中不同金属原子与表面不饱和位点之间的强相互作用能调节不同金属原子的电子结构,并优化催化剂表面对不同中间产物的吸附和解吸强度。
2025 Vol. 30 (4): 325-342 [
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343
粉末热挤压制备原位纳米Al
2
O
3
增强铝基复合材料的高温力学性能
匡蜀黔, 张良贤, 张涛, 姜腾蛟, 赵科, 刘金铃
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025039
超音速飞行器的减重设计对在300 ℃以上服役的轻质高强Al基材料提出了迫切需求。本文采用粉末热挤压工艺制备原位纳米Al
2
O
3
增强Al基复合材料,并通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸性能测试等对其微观结构和高温力学性能进行研究。结果表明：原位生成的纳米Al
2
O
3
颗粒(约115 nm)均匀分散于Al基体中,基体的平均晶粒尺寸约为640 nm,复合材料的硬度(HV)为148;在500 ℃热暴露100 h后,复合材料的硬度和平均晶粒尺寸基本保持不变;复合材料的室温抗拉强度为482 MPa,伸长率为5.9%,在300 ℃的抗拉强度为240 MPa,这主要归因于原位生成的纳米颗粒能够有效钉扎晶界和阻碍位错运动,使组织保持热稳定,从而显著提高了Al基复合材料的高温力学性能。
2025 Vol. 30 (4): 343-350 [
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351
轻质FCI/SCI/PU复合泡沫的制备及其吸波性能
魏梦婷, 李专, 罗衡, 李静
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025025
发泡是实现电磁波吸收材料轻质化的有效手段,并且电磁波在泡孔中存在多重散射,有利于提高吸波效率。本文利用多形状磁性微粉与泡孔结构的协同作用,采用机械共混与一步发泡法,将片状羰基铁(flake carbonyl iron, FCI)与球状羰基铁(spherical carbonyl iron, SCI)复合添加到聚氨酯(polyurethane, PU)基体中,制备轻质多孔聚氨酯复合泡沫(FCI/SCI/PU),研究不同质量比FCI和SCI对FCI/SCI/PU泡沫在X波段吸波性能的影响与机理。结果表明：FCI和SCI质量比为2∶1时,FCI/SCI/PU泡沫的吸波性能最佳,在12.4 GHz处达到吸收峰值,为-29.17 dB,有效吸收带宽为2.12 GHz,泡沫的密度为0.30 g/cm
3
。电磁波吸收性能的提高来自涡流损耗、自然共振和界面极化等多种损耗机制,以及泡孔结构带来的良好阻抗匹配性能与多重散射效应。
2025 Vol. 30 (4): 351-363 [
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364
激光粉末床熔融304L不锈钢显微组织及力学性能各向异性
马悦, 袁铁锤, 黄洋, 谭耘, 邹亮
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025033
本文以气雾化粉末为原料,采用激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术制备304L不锈钢。采用X射线衍射仪、背散射电子衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等研究激光体能量密度对合金显微组织的影响,并确定最佳工艺窗口。以该工艺参数制备打印角度为0°、45°、90°的不锈钢,研究成形角度对不锈钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：LPBF 304L不锈钢主要由奥氏体和少量铁素体组成,在激光体能量密度为93.7 J/mm
3
时,不锈钢孔隙等缺陷最少,孔隙率最小,硬度最大。打印角度为0°的不锈钢抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(722.6±2.5) MPa、(580.3±1.5) MPa和(58.6±2.3)%,45°的不锈钢抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(714.3±2.5) MPa、(572.0±2.6) MPa和(49.2±2.8)%,90°的不锈钢抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(629.0±2.0) MPa、(527.7±3.1) MPa和(67.4±3.5)%。打印角度为0°的不锈钢表现出更细的晶粒,更高比例的低角度晶界和较大的位错密度,这有助于提高材料强度。LPBF 304L不锈钢中存在胞状亚晶和柱状亚晶两种亚晶结构。晶粒形貌、晶粒取向、位错密度和亚晶结构的差异是LPBF 304L不锈钢表现出力学性能各向异性的原因。
2025 Vol. 30 (4): 364-377 [
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378
Cr添加对热变形Nd-Fe-B磁体磁性能的影响
侯鹏俊, 王岩, 刘咏, 罗阳, 王子龙
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2025034
为优化热变形Nd-Fe-B磁体粗晶区的结构并提高其组织均匀性,本文以快淬磁粉和Cr粉为原料,采用热压及热变形工艺制备不同Cr含量Nd-Fe-B磁体,通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究Cr含量对磁体显微组织和磁性能的影响,并揭示其磁性能变化的机理。结果表明：适量添加Cr能显著提升Nd-Fe-B磁体的剩磁和最大磁能积。当
w
(Cr)为0.5%时,磁体的剩磁和磁能积分别可达1.39 T和353 kJ/m
3
。Cr在磁体中以单个颗粒的形式存在,富稀土相在Cr颗粒周围富集并形成包裹层。这种结构能有效改善Nd-Fe-B中富稀土相的不均匀分布,优化粗晶区的整体宽度和分布情况。磁体的织构因此得到优化,从而实现综合磁性能的提升。
2025 Vol. 30 (4): 378-386 [
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