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2018年 23卷 4期
出版日期：2018-08-20
理论研究
341
Ti-Al-Nb三元系1 100 ℃等温截面的研究
李林, 刘立斌, 章立钢
采用电弧熔炼法制备17个不同成分的Ti-Al-Nb三元合金样品,在1 100 ℃退火1 080 h后取出,在冰水中淬火。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对退火后的合金样品进行分析,研究Ti-Al-Nb三元系1 100 ℃等温截面,确定该截面下(Al摩尔分数为0~75%成分区间)的9个单相区、15个两相区和7个三相区,并与Witusiewicz与Cupid的优化计算结果进行比较。结果表明,本研究所得1 100 ℃等温截面的Al摩尔分数为30%~60%的成分区间与Witusiewicz和Cupid的计算结果存在明显差异。采用实验方法确定了Ti-Al-Nb三元系1 100 ℃等温截面与计算结果不同的α
2
+β+γ和β+γ+σ两个三相区以及β+γ两相区。
2018 Vol. 23 (4): 341-346 [
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347
铅对铜基固体自润滑材料的润滑机理
甘子旸, 刘咏, 吕信群, 谭彦妮, 邹俭鹏
以固溶强化的铜锡合金为基体,以石墨和铅作为固体润滑剂,采用粉末冶金方法制备高速、重载条件用新型固体自润滑材料,研究铅对材料的高温力学性能和摩擦学行为的影响,通过分析摩擦表面和亚表面的微观形貌与结构探讨铅与石墨的协同润滑机理。结果表明：在铜石墨材料中添加铅,可显著提高材料的硬度和室温拉伸强度和300 ℃以下的高温压缩强度,Cu-9Sn-9Pb-10C在300 ℃的高温压缩强度为215.3 MPa;并可显著提高铜石墨材料在高速、重载条件下的摩擦稳定性,并略微降低平均摩擦因数。
2018 Vol. 23 (4): 347-353 [
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354
纳米氧化铝弥散强化铜的放电等离子体烧结动力学及机制
蒋少文, 程立金, 刘耀, 刘绍军
利用经典热压模型,系统研究纳米氧化铝颗粒弥散强化铜的放电等离子烧结(SPS)致密化过程与机理。结果表明,放电等离子烧结初期,氧化铝弥散强化铜的致密化过程由晶界滑移和晶界扩散共同控制。随保温时间延长,烧结机制转变为由晶界滑移所主导。烧结后期致密化主要以塑性变形的方式进行。纳米氧化铝颗粒抑制了铜的烧结致密化,导致材料的密度降低。抑制机理为氧化铝颗粒阻碍晶界和位错运动,导致晶界滑移和塑性变形的激活能提高,从而增大致密化抗力。在外力和纳米氧化铝颗粒的共同作用下,塑性变形的主要形式为孪生。
2018 Vol. 23 (4): 354-360 [
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工艺技术
361
多孔镍毛细芯的制备及其力学性能
黎强, 甘雪萍, 李志友, 周科朝
以羰基镍粉为原料,选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为造孔剂,采用粉末冶金方法制备孔结构和孔隙可控的多孔镍毛细芯。采用X射线衍射仪、扫描电镜和力学性能测试等检测手段对多孔镍的物相组成、孔隙特征和力学性能进行检测和分析。研究烧结温度、造孔剂PMMA含量和粒径对多孔镍的孔结构和力学性能的影响。结果表明,随烧结温度升高,多孔镍孔隙率减小,孔径变小,力学性能升高;随造孔剂PMMA含量和粉末粒径增大,孔隙率增加,孔径增大,力学性能下降。在烧结温度为800 ℃,PMMA体积分数为80%、粉末粒径为5 μm条件下制备的多孔镍综合性能最佳,孔隙率为71.9%,平均孔径为2.37 μm,抗弯强度和抗压强度分别为25.3 MPa和8.7 MPa。
2018 Vol. 23 (4): 361-367 [
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368
基于DMG MORI LASERTEC 65 3D加工中心的不锈钢粉末激光沉积增/减材复合制造
张军涛, 张伟, 李宇佳, 胡松浩, 黄松海, 何天运, 刘咏
采用国内首台增/减材复合加工中心——DMG MORI LASERTEC 65 3D,完成不锈钢粉末的增/减材复合制造,通过研究激光直接金属沉积成形的激光功率、扫描速度及送粉速度等増材工艺参数对不锈钢沉积层截面形状尺寸与表面粗糙度的影响,优化沉积工艺参数,测定沉积件的力学性能,并初步探究DMG MORI LASERTEC 65 3D复合加工中心对于不锈钢异型涡轮增压壳体的增材与减材复合制造的能力水平和应用空间。结果表明：最佳沉积工艺参数为：激光功率为2 400 W,扫描速度为1 000 mm/min,送粉速率为14 g/min,粉末沉积件获得理想的等轴晶组织,其抗拉强度和伸长率分别达到632 MPa和46.9%,与同材料的锻件相当。用DMG MORI LASERTEC 65 3D复合加工中心,可完成不锈钢异型涡轮增压壳体的粉末激光直接金属沉积成形和5轴铣削的复合加工制造,在保证工件精度的前提下,能较好地实现如法兰钻孔、接头生产等难加工部件的一次性成形,较传统加工方式效率提高5~8倍。
2018 Vol. 23 (4): 368-374 [
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375
放电等离子烧结制备铜基体表面镍基涂层的性能
汤林鋆, 李瑞迪, 袁铁锤, 张梅
采用Cu基体和球形In718型镍基高温合金粉末为原料,通过放电等离子烧结(SPS)工艺在铜基体表面制备镍基高温合金涂层,研究不同的烧结工艺参数对涂层与基体的结合性能以及涂层的表面性能所产生的影响。结果表明,通过放电等离子烧结后,铜基体与镍基合金涂层间形成了一定厚度的扩散层,并且计算发现放电等离子烧结中的脉冲电流可降低涂层与基体间的扩散激活能,对涂层和基体间的扩散结合起到促进作用。通过纳米压痕和显微硬度检测,在850~1 000 ℃的温度范围内均可获得综合性能远高于铜基体的镍基合金涂层。其中当烧结温度为950 ℃时,涂层的综合性能最优,显微硬度可达370 HV,弹性模量达179.163 GPa。
2018 Vol. 23 (4): 375-381 [
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382
SiO
2
膜的孔径调节及疏水改性
同帜, 吉亮亮, 高婷婷, 王佳悦, 刘婷
以正硅酸乙酯为前驱体,添加聚丙烯酸
[1]
(PAA)来增大SiO
2
膜的孔径,并用聚合物溶液沉淀相转化法
[2-3]
对其进行疏水改性。通过热重分析(TG-DTG)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、比表面积(BET)以及接触角测量等对试样的热稳定性、化学组成、物相组成、比表面积及孔径分布、表面形貌和疏水性能等进行分析。结果表明,当PAA 加入量为10%(体积分数,下同),800 ℃烧成后膜孔径可达53.73 nm。随PAA加入量增多,SiO
2
膜孔径增大,但当加入量达到15%,800 ℃下焙烧时,膜表面开始出现裂纹;疏水改性后SiO
2
膜的接触角的可增大至113°,但改性后的SiO
2
膜孔洞明显较小,原因是涂覆于膜面的二甲基二乙氧化硅(DDS)堵塞了孔洞。可以得出在PAA 加入量为10%~15%之间,600 ℃焙烧时,SiO
2
膜可获得良好的疏水性。
2018 Vol. 23 (4): 382-388 [
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389
烧结铜基多孔毛细芯的孔隙特征及性能
何达, 汪琳, 刘如铁, 王铸博, 熊翔, 邹俭鹏
以NaCl为造孔剂,采用粉末冶金法制备具有高孔隙率的铜基多孔毛细芯材料,研究造孔剂粉末含量及粒度对毛细芯材料孔隙率、孔隙微观结构、等效孔径大小、渗透性能及抽吸性能的影响,并讨论孔隙结构、等效孔径及性能的关系。研究结果表明：随造孔剂含量增加,材料的孔隙率明显上升,材料内部的预制孔洞数量显著增加,使得许多预制孔洞相互贯通;减小造孔剂粒度会小幅度降低材料的孔隙率,同时使材料内部预制孔洞尺寸明显变小且分布趋向于均匀;毛细芯材料内部的间隙孔洞和预制孔洞可以组成不同类型的孔道,等效孔径大小与材料内部孔道结构及数量密切相关;通过改变造孔剂的含量和粒度,产生不同孔隙结构,可调控材料的等效孔径大小及分布;毛细芯的渗透性能及抽吸性能不仅仅由孔隙率决定,也与材料的孔结构、孔径大小及分布密切相关;孔隙率越高、平均等效孔径越小且孔径分布越集中的毛细芯,其毛细抽吸性能越好。
2018 Vol. 23 (4): 389-397 [
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398
电沉积法制备石墨烯/MnO
2
纳米复合电极的电容性能
邓高, 何捍卫
采用循环伏安法,先在泡沫镍基体上沉积多孔结构的MnO
2
纳米片,然后再沉积一层还原石墨烯,得到石墨烯/ MnO
2
复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)与X射线光电子能谱仪(XPS)分析该材料的形貌、结构与价态。采用循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗技术测试材料的比电容、循环稳定性和阻抗。结果表明,MnO
2
为纳米片状结构,石墨烯基本覆盖了MnO
2
沉积层。MnO
2
与石墨烯复合后,等效串联电阻由0.83 Ω减小到0.4 Ω,电荷转移电阻由9.34 Ω下降到6.76 Ω。在2 A/g充放电电流密度下,石墨烯/MnO
2
复合电极的比电容为501 F/g,比MnO
2
增大25%,在充放电循环3 000次后电容保持率为84%。
2018 Vol. 23 (4): 398-406 [
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407
碳含量对热等静压FGH4169合金原始颗粒边界与力学性能的影响
姚草根, 阳文豪, 孟烁, 易丹青, 吕宏军, 王斌
用3种不同碳含量的GH4169合金粉末为原料,采用粉末热等静压+热处理工艺制备碳含量(质量分数,下同)分别为0.026%,0.045%和0.078%的FGH4169合金,研究碳含量对FGH4169合金PPB(prior particle boundary,原始颗粒边界)和力学性能的影响。结果表明,随碳含量从0.026%增加到0.078%,FGH4169合金析出碳化物增多,超过0.078%后,形成PPB;FGH4169合金中碳化物主要为富Ti和Nb的MC型碳化物,但碳含量对合金中碳化物的种类及形貌没有明显影响;在一定碳含量范围内,随碳含量增加,FGH4169合金基体上析出的γ''相数量减少,且碳化物越来越趋向于在原始颗粒边界聚集,导致合金的室温和650 ℃高温强度和塑性逐渐减小。
2018 Vol. 23 (4): 407-413 [
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414
压制压力对树脂碳包覆石墨/铜复合材料显微组织与性能的影响
姜许, 肖鹏, 方华婵, 逯雨海, 刘滩, 刘泽彦
以电解铜粉、天然鳞片石墨、树脂及SiO
2
粉等为原料,采用粉末冶金方法制备树脂碳包覆石墨/铜复合材料,研究压制压力对该复合材料的组织、导电性能、力学性能以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,随压制压力增大,复合材料中Cu相的连通性更好,石墨分布更均匀并发生严重变形成为细长条形状,SiO
2
更好地被夹持于铜基体之间,复合材料的密度和力学性能增加,但电导率和摩擦性能降低。随压制压力从300 MPa提高至500 MPa,树脂碳包覆石墨/铜复合材料的电导率由12.23 MS/m降低到6.67 MS/m,抗弯强度与硬度(HV)分别由57.40 MPa和22.8提高到73.95 MPa和 35.22,10 h的体积磨损率由2.49×10
-7
mm
3
/(m·N)增加到3.04×10
-7
mm
3
/(m·N)。
2018 Vol. 23 (4): 414-421 [
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422
超音速火焰喷涂88WC-12Co涂层的抗氧化性能
刘宝刚, 马启林, 刘超, 彭馨可, 朱肖运, 季晴
采用超音速火焰喷涂方法在45
#
钢表面制备高致密度的88WC-12Co涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、显微硬度计等分析手段对喷涂及氧化后的涂层物相、显微结构和硬度变化进行表征,并对涂层材料的氧化机制进行探讨。结果表明：88WC-12Co涂层在500 ℃以下具有优良的抗氧化性能,氧化后的涂层硬度变化不大;在500 ℃以上生成的WO
3
和CoWO
4
相显著增多,88WC-12Co涂层的抗氧化性能明显下降,涂层显微硬度快速下降。高温下涂层中的WC、W
2
C以及Co与空气中的O
2
发生反应生成WO
3
和CoWO
4
。
2018 Vol. 23 (4): 422-426 [
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436
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427
凹六面体CuPt纳米粒子的制备及其甲醇电催化性能
张玉芳, 王琦, 汪明朴, 贾延琳, 李周
凹六面体CuPt合金纳米粒子有比一般八面体,四面体等纳米合金粒子更大的表面积,比纯的Pt纳米粒子更高的性能稳定性。本文用水热法在简单的条件下制备独特的凹六面体CuPt合金纳米粒子。通过STEM、TEM、X射线衍射,X射线光电子谱等研究手段对所制备的CuPt粒子的结构进行表征,结果表明该样品是粒径约为30 nm的均匀凹六面体粒子,由CuPt合金和Pt单质组成。通过对其甲醇电催化氧化性能的研究,发现该凹六面体CuPt合金纳米粒子的质量活性是商业Pt/C催化剂的12倍,且表现出更优异的抗毒化性能,具有潜在的燃料电池阳极催化的应用前景。
2018 Vol. 23 (4): 427-432 [
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433
化学还原法原位制备石墨烯/纳米银复合粉体及其导电性能
支英, 甘卫平, 周健, 王晓庆
以水合肼为还原剂,PVP为分散剂,在反应温度为60 ℃,pH为6条件下同时还原氧化石墨烯和硝酸银,原位制备石墨烯/纳米银复合粉体。通过扫描电镜、X射线衍射、红外吸收光谱和拉曼光谱等手段研究溶液中硝酸银的质量浓度对石墨烯/纳米银复合粉体形貌与结构的影响。用石墨烯/纳米银复合粉体替代部分微米银粉制备低温固化导电浆料,对其导电性能进行研究。结果表明：银纳米粒子分布于石墨烯片层之间。当反应溶液中硝酸银的质量浓度为0.75 g/L,氧化石墨烯质量浓度为0.25 g/L时,获得分散性好,粒径均匀的石墨烯/纳米银复合粉体,且负载在石墨烯片层上的银纳米粒子的粒径集中在100 nm左右。用石墨烯/纳米银复合粉体替代4%微米银粉制备导电浆料,浆料的体积电阻率为1.8×10
-5
Ω·cm,与未添加石墨烯/纳米银复合粉体的导电浆料相比,电阻率降低61.7%。
2018 Vol. 23 (4): 433-438 [
摘要
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439
两步合成法制备高纯铌镁酸铅-钛酸铅复合粉体及其性能表征
喻秋山, 苏玉长, 热比古丽•图尔荪, 谭江, 张晶
采用改进的两步合成法在较低温度下制备高纯度的铌镁酸铅-钛酸铅粉体复合材料,第1步,以氧化镁或碱式碳酸镁为镁源,与五氧化二铌混合,制备铌镁酸;第2步,在铌镁酸中加入碱式碳酸铅与二氧化钛或加入醋酸铅与二氧化钛,制备铌镁酸铅-钛酸铅材料。通过XRD定性分析产品的物相组成,结合SEM对产品形貌的观察和TG-DSC对前驱体的热处理过程进行分析,研究不同原料体系、合成温度、球磨时间等因素对产品纯度的影响。结果表明,在相同工艺条件下,用碱式碳酸镁制备的铌镁酸纯度更高;选择醋酸铅为铅源有利于提高铌镁酸铅-钛酸铅的纯度。采用混合球磨分散工艺和选择熔点低、受热逐步分解特性的醋酸铅晶体为原料,有利于降低铌镁酸铅-钛酸铅风复合粉体的合成温度和提高产品纯度。
2018 Vol. 23 (4): 439-444 [
摘要
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