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2026年 31卷 5期
出版日期：2026-10-15
工艺技术
理论研究
综合评述
综合评述
439
钛合金深海服役行为与失效机理研究进展
张嘉琪, 肖嘉恒, 彭玉琪, 张峻华, 万一新, 刘小涛
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026049
随着人类对深海资源的探索与开发不断深入,深海装备对材料的耐腐蚀性能提出了更高要求。钛合金因其高强度、轻质及优异的耐腐蚀性,被誉为“海洋金属”,已成为深海装备的关键材料。然而,深海环境具有高压、低温、低氧、高盐及复杂微生物体系等特点。这些因素耦合作用会显著影响钛合金的腐蚀行为,甚至引发局部腐蚀、氢脆等问题。本文系统综述了钛合金在深海环境中的腐蚀研究进展,重点介绍了室内加速模拟实验研究方法,总结了微生物腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳等典型腐蚀形式的影响因素与作用机理,并对未来深海钛合金的发展方向进行了展望。
2026 Vol. 31 (5): 439-454 [
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455
油井射孔用药型罩材料、结构及制备工艺研究进展
刘玉龙, 雷新华, 任国辉, 赵强, 陈嘉恒, 李飞杨, 钟慧强, 邹俭鹏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026041
射孔技术在保护储层、提高作业效率、提升油田最终采收率等方面发挥越来越重要的作用,药型罩是射孔弹聚能效应的核心部件,其研究主要集中在材料、结构和制备工艺三个方面。本文综合评述了近年来国内外研究者在药型罩方面的研究进展,旨在为油气井高效射孔技术的发展提供借鉴。在材料方面,主要梳理了单金属材料、合金材料以及反应材料等材料的性质,如塑性、密度、声速、可压缩性、延展性等,对聚能效应的侵彻深度或毁伤性能的影响。在结构方面,主要阐述了药型罩的形状、顶部结构、锥角、壁厚、曲率半径等对聚能射流头部最大速度、射流整体速度以及射流侵彻能力的影响。在制备工艺方面,评述了不同制备工艺或同一工艺不同参数对药型罩的均匀性、对称性、密度、硬度、屈服强度等性能的影响。随着油气资源开发向深部、非常规领域拓展,药型罩的材料与结构将向更高密度、更佳侵彻性能方向发展,制备工艺也将更注重自动化、智能化,以满足高效、精准、大穿深的射孔需求。
2026 Vol. 31 (5): 455-471 [
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472
3D打印水凝胶基软体机器人的研究进展
李蓉, 许梦萍, 黄安荣, 左晓玲
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026043
软体机器人因具有良好的柔顺性和环境适应性,在医疗、人机交互等方面展现出重要的应用前景。水凝胶作为一种具有与生物组织相近力学性能和刺激响应能力的湿软材料,成为制备仿生软体机器人的理想材料。3D打印技术的引入,突破了水凝胶传统制造方法在复杂结构成形方面的限制,为开发多功能软体机器人提供了新路径。本文围绕3D打印水凝胶基软体机器人,系统介绍了其在仿生运动、抓取操作和生物医疗等领域的研究进展,包括利用光、磁、热等方式驱动的仿生爬行(可携带5倍自重货物)、跳跃(速度达20.63 μm/s)、滚动等运动形式,仿生抓持器和兼具移动与操作功能的机器人在抓取和操控方面的关键技术,以及机器人在靶向药物输送、体内监测和微创治疗等应用中展现出的良好前景。目前该领域在力学性能、驱动方式和功能集成等方面仍面临一些挑战,但随着多种材料复合打印、结构可定制设计以及智能传感技术的不断进步,3D打印水凝胶基软体机器人逐步朝着更加智能的方向发展,有望在精准医疗、复杂环境探测和人机交互等领域发挥重要的作用。
2026 Vol. 31 (5): 472-485 [
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理论研究
486
Ag-Bi-Te体系的相图热力学研究
魏鹏, 汪炯, 崔东宇, 周佳强
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026024
本研究采用相图计算(calculation of phase diagram, CALPHAD)方法,结合文献现有的实验数据,对Ag-Bi-Te体系进行热力学建模。考虑到液相中存在Ag
2
Te和Bi
2
Te
3
缔合物,液相采用缔合物模型(Ag,Ag
2
Te,Bi,Bi
2
Te
3
,Te)
1
描述。AgBiTe
2
三元化合物则采用化学计量比模型(Ag)
0.25
(Bi)
0.25
(Te)
0.5
描述。由此获得了一套自洽的Ag-Bi-Te体系热力学参数。对比计算结果与现有实验数据发现,本研究获得的热力学参数可以很好地描述Ag-Bi-Te三元系的相平衡关系和热力学性质。
2026 Vol. 31 (5): 486-497 [
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498
紧耦合式气雾化拉瓦尔喷嘴结构对气体流场的影响
刘宇辉, 周承商, 刘咏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026048
紧耦合气雾化制粉过程中,拉瓦尔喷嘴结构直接影响气体流场特性,进而决定制粉粒度与性能。本文基于剪切应力输运(shear stress transport, SST)
k
-
ω
湍流模型,对不同喉部、出口及入口宽度的拉瓦尔喷嘴进行数值模拟,系统分析其对流场结构、射流速度及抽吸压力的影响。结果表明：喉部宽度是调控流场形态的关键参数,随喉宽增大,流场由“开涡”转为“闭涡”,抽吸压力呈先升后降趋势;适当的出口宽度可略微增强雾化器的抽吸能力;入口宽度在合理范围内变化时,对射流速度、压力分布及抽吸性能影响较小。研究结果可为拉瓦尔喷嘴结构的设计与优化提供理论依据。
2026 Vol. 31 (5): 498-507 [
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工艺技术
508
模拟钻井液环境下激光熔覆WC-Ni基涂层的腐蚀行为
刘丽兰, 李佳佳, 秦英凯, 郭博煜, 张铭科
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026045
为提升无磁钻铤关键功能表面的耐磨耐蚀性能,在P550无磁钢表面激光熔覆无磁WC-Ni基复合涂层,通过动电位极化、电化学阻抗谱结合SEM、XRD、EDS等表征手段,分析不同模拟钻井液环境下涂层的微观组织、电化学腐蚀特性及腐蚀产物的演变规律。结果表明：WC-Ni基涂层由WC、W
2
C硬质相,NiCu固溶体,Ni
3
W
3
C、(Fe,Ni)
23
C
6
和Cr
7
C
3
等次生碳化物相组成,呈现典型的柱状晶、胞状晶与等轴晶混合组织。在不同模拟钻井液环境下,涂层的自腐蚀电流密度显著低于基体,自腐蚀电位与点蚀电位更正、极化电阻更大、钝化膜电容更小,耐蚀性能优于P550无磁钢。在溶液pH值为5、7、9和11时,涂层耐蚀性随着pH值升高呈现先升后降趋势,在弱碱性(pH=9)环境下腐蚀最轻,在酸性(pH=5)与强碱性(pH=11)环境下因钝化膜破坏腐蚀加剧。在模拟钻井液温度为20、40、60和80 ℃时,涂层耐蚀性随着温度升高而下降,温度升高可显著加速Cl⁻扩散与界面反应,使涂层钝化膜稳定性下降、腐蚀速率上升。研究结果可为无磁钻铤表面防护涂层的性能优化与工程应用提供理论依据与技术支撑。
2026 Vol. 31 (5): 508-521 [
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522
交联-塑化调控弹性体固态电解质的力学-电化学耦合机制
周婧丫, 肖鹏, 刘宸, 庞亮, 李专
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026046
为解决柔性电子设备用弹性体固态电解质在力学性能和离子传输性能平衡、界面稳定性等方面的关键问题,本文制备了异佛尔酮二异氰酸酯(isophorone diisocyanate, IPDI)和聚碳酸酯二醇(polycarbonate diol, PCDL)改性弹性体固态电解质。通过微观表征、力学和电化学性能测试,系统地探究改性成分对电解质的调控模式和耦合机制。结果表明：IPDI通过共价交联形成三维网络,从而提高了电解质的强度和稳定性。然而,交联密度的增加会限制链段运动,增加离子阻抗,缩小电化学稳定窗口。PCDL则通过柔性塑化破坏了链段的有序堆叠,扩大了非晶区域,并显著提高了韧性和离子导电性。然而,过多的PCDL会导致段落缠绕引起的阻抗略微增加。此外,研究还揭示了交联增强与柔性塑化协同调节力学-电化学性能的耦合机制,为弹性体固态电解质力学性能和电化学性能的协同优化提供了清晰的调控框架。
2026 Vol. 31 (5): 522-531 [
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532
WC-Co-Ni-Al基硬质合金L1
2
有序析出相组织演变及硬度强化机制
刘妍, 常国锐, 李娜, 张伟彬
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026047
针对深地严苛服役工况下硬质合金黏结相易失效问题,本研究通过相图计算方法设计并制备了γ′相强化WC-25Co-25Ni-3Al-9.05ZrC/8.54HfC新型有序析出相强化硬质合金。通过相图计算指导并结合关键实验表征,系统研究了γ′析出相的组织演化行为及其与硬度的构效关系。结果表明：烧结态样品经1 150 ℃固溶可形成高过饱和基体,为随后时效过程中γ′相的析出提供强驱动力。随时效温度升高和时间延长,γ′相从球状颗粒向规则立方体演变,且在800 ℃下呈现定向排列与Ostwald熟化现象;相比于添加ZrC的样品,HfC颗粒通过晶界钉扎效应有效抑制了γ′相的不连续析出。1 150 ℃固溶配合700 ℃时效工艺为合金硬度的最佳窗口,其中WC-Co-Ni-Al-ZrC合金的最高硬度(HV
10
)为717.3,WC-Co-Ni-Al-HfC合金的最高硬度(HV
10
)为643.6。本研究通过组织结构调控,显著提升了WC-Co-Ni-Al基硬质合金的硬度,可为深地极端环境用硬质合金的设计提供理论依据与技术支撑。
2026 Vol. 31 (5): 532-543 [
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544
片状羰基铁的负载量与尺寸对其吸波性能的影响
汪旭, 邢旭阳, 李祥, 杨树人, 刘欣, 官林跃, 邓富森, 乔明涛
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026055
片状羰基铁(flake carbonyl iron, FCI)/石蜡复合材料因其优异的电磁损耗特性,在宽频吸波领域展现出巨大潜力。本研究采用熔融共混-模压成形法将FCI粉添加至熔融状态的石蜡中,制备FCI/石蜡复合材料,研究FCI负载量与片层尺寸对复合材料吸波性能的协同调控机理。结果表明：片层尺寸会显著影响FCI/石蜡复合材料的吸波性能,负载质量分数40%的中等尺寸FCI (X-2,11~14 μm)时复合材料的综合性能最优,于1.7 mm的匹配厚度下可获得-48.75 dB的最小反射损耗和7.47 GHz (10.26~17.73 GHz)的有效吸收带宽。FCI/石蜡复合材料吸波性能的提高主要归因于FCI片层尺寸与其负载量协同调控电磁损耗机制以及阻抗匹配状态。
2026 Vol. 31 (5): 544-556 [
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557
Cu掺杂对SnO
2
气敏响应的促进机制
侯海云, 徐佳乐, 张豪杰, 张子楠, 张恩康, 刘松涛
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2026060
为了确定Cu掺杂对SnO
2
气敏性能的主要影响机制,本文采用溶胶-凝胶法制备SnO
2
、Cu掺杂SnO
2
和CuO粉末,系统研究Cu掺杂SnO
2
对乙醇气体的气敏响应。结果表明：在Cu/Sn物质的量比为0~0.15时,随Cu掺杂量增加,Cu掺杂SnO
2
对乙醇气体的气敏响应度略微提高;当Cu/Sn物质的量比达到0.18时,Cu掺杂SnO
2
对乙醇气体的气敏响应度出现突增,并且达到最大值;继续增加Cu/Sn物质的量比,Cu掺杂SnO
2
对乙醇气体的气敏响应度下降。在Cu/Sn物质的量比为0~0.15时,Cu
2+
替代SnO
2
晶格中的Sn
4+
形成固溶体,增加了SnO
2
晶粒表面的氧空位,从而略微提高了SnO
2
的气敏响应;当Cu/Sn物质的量比达到0.15后,Cu
2+
在SnO
2
晶格中的固溶度达到最大,继续增加Cu掺杂量,过量Cu
2+
黏附在SnO
2
晶粒表面形成CuO量子点,可催化SnO
2
与乙醇气体的反应,从而大大提高SnO
2
的气敏响应,这是Cu掺杂促进SnO
2
气敏响应的主要原因。
2026 Vol. 31 (5): 557-564 [
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