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  • 2021年第50卷第9期文章目次
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    • >材料科学
    • 非对称界面耦合对LaCoO3/LaMnO3 双层膜性能调控研究

      2021, 50(9):3039-3042. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210152

      摘要 (598) HTML (303) PDF 2.51 M (600) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过高分子辅助溶胶凝胶自旋涂沉积法在(100)取向的SrTiO3衬底上制备出LaCoO3/LaMnO3双层膜。在LaMnO3表面生长一层LaCoO3膜后,由于二者结构对称性差异,最终会在膜层界面处形成非对称界面耦合。由于非对称耦合作用,双层膜的铁磁转变温度从单层LaMnO3的262 K下降为200 K。此外,由于界面处Mn-O-Co的双交换作用,与单层LaMnO3薄膜的矫顽场相比,双层膜的矫顽场增大了约500%。研究结果表明,不同结构和性质的薄膜重组为多层膜的基础研究和高性能功能材料的应用提供了一种新的结构设计途径。

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    • Ti6Al4V合金相变及吸氢热力学研究

      2021, 50(9):3043-3049. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210108

      摘要 (506) HTML (266) PDF 20.68 M (847) 评论 (0) 收藏

      摘要:在823~1023 K的氢化温度范围内对Ti6Al4V合金进行了压力-成分等温线测试,研究了Ti6Al4V合金的相变和吸氢热力学。结果表明,当Ti6Al4V合金在不同的氢化温度下进行置氢处理时,氢压随着氢含量的增加而逐渐升高。由于Ti6Al4V合金中原始β相的存在,在置氢处理过程中,每个压力-成分等温线只有一个倾斜的压力平台。根据Vant's Hoff定律,压力平台区的焓变值和熵变值分别为 -50.7±0.26 kJ/mol和-138.4±0.69 J·K-1·mol-1。随着置氢温度的升高,Sieverts常数呈先增大后逐渐减小的趋势。分析了Ti6Al4V合金在置氢处理过程中的相组成和相变。

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    • FeCoCrNiZr x 高熵合金的磁性和电化学性能

      2021, 50(9):3050-3055. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210100

      摘要 (538) HTML (276) PDF 2.86 M (596) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用真空电弧熔炼法制备了不同Zr含量的FeCoCrNiZrxx=0.5,0.75,1)高熵合金。研究了Zr含量对合金组织、磁性能和电化学腐蚀性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、振动样品磁力计和电化学工作站对合金的磁性能和电化学腐蚀能力进行了研究。结果表明:FeCoCrNiZrx合金具有典型的共晶组织,由面心立方固溶体和C15 Laves相组成。随着Zr含量的增加,合金硬度呈先增大后减小的趋势。根据合成的静态滞回曲线可以看出,FeCoCrNiZr0.5合金具有顺磁性和铁磁性的混合型特征,FeCoCrNiZr0.75合金表现为顺磁性,FeCoCrNiZr1合金表现为典型的铁磁性。同时,FeCoCrNiZrx合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中经历活化与钝化转变。当合金中的Zr含量为0.75%(原子分数)时,合金极化电阻具有最大的阻抗电容半径,钝化膜的耐腐蚀能力最强。

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    • 焙烧气氛对Pt/Al2O3 催化氧化COC3H6 性能的影响

      2021, 50(9):3056-3061. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200537

      摘要 (474) HTML (231) PDF 2.19 M (555) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用Pt(NH3)2(NO2)2作为前驱体,通过过量浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂,并将其在4种不同的气氛(H2、O2、NO或NH3)中进行焙烧。利用N2吸脱附、X射线衍射、程序升温还原(H2-TPR)、CO脉冲吸附、CO原位漫反射傅里叶变换红外光谱(CO in situ DRIFTS)等手段对催化剂的物化性质进行了表征。结果表明:由于还原性焙烧气氛导致了众多小尺寸和高分散的Pt纳米颗粒的生成,经1%(体积分数)H2/N2焙烧的Pt/Al2O3表现出最佳的CO和C3H6催化氧化性能。

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    • 铍含量对钛基非晶复合材料摩擦行为的影响

      2021, 50(9):3062-3067. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200513

      摘要 (455) HTML (228) PDF 7.05 M (547) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过真空电弧熔炼制备了一系列钛基非晶复合材料和钛基非晶合金,研究了合金中铍元素的含量对整体合金摩擦行为的影响。随着合金中铍元素的减少,非晶复合材料中的枝晶体积分数逐渐增加,整体合金的摩擦系数降低,但是合金的磨损率升高。所有材料的磨损表面都展现出了磨粒磨损的磨损机制,并且磨屑的尺寸随着枝晶体积分数的升高而逐渐降低。

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    • 压力烧结制备二氧化钛包覆的石墨烯增强铝基复合材料

      2021, 50(9):3068-3075. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200535

      摘要 (512) HTML (269) PDF 11.52 M (579) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用压力烧结方法制备了石墨烯纳米片(GNP)增强的7075铝基纳米复合材料,提出了一种通过在GNP的表面涂覆二氧化钛(TiO2)来优化界面结合的新工艺,并比对了原石墨烯及具有包覆层石墨烯对铝基纳米复合材料的力学性能和微观结构的影响。结果表明,与添加纯GNP相比,添加具有TiO2涂层的GNP的纳米复合材料的力学性能提高。相比于基体,TiO2包覆GNP增强的纳米复合材料的屈服强度、抗拉强度和显微硬度分别增加了38.9%、34.4%和20.1%。性能的进一步改善是由于TiO2涂层优化了增强相与基体之间的界面结合,从而提高了载荷传递的有效性。

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    • Tm对锆基块体非晶合金力学性能和腐蚀性能的影响

      2021, 50(9):3076-3084. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200553

      摘要 (454) HTML (222) PDF 4.46 M (540) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用铜模负压吸铸工艺制备了(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)100-xTmxx=0~5,原子分数)块体金属玻璃(BMG)合金,研究了Tm对合金力学性能和抗腐蚀性能的影响。结果表明,当Tm含量增加到3%时,其玻璃形成能力(GFA)和压缩塑性显著提高,但过量Tm会降低GFA。x=3时合金的最大过冷液相区宽度为100 K,抗压强度为1669 MPa,塑性应变为21.01%,远高于Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12 BMG的各项性能(67 K、1439 MPa和5.90%)。然而,电化学测试结果表明,x=3时的合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的耐腐蚀性不佳,且其耐腐蚀性和力学性能随Tm含量的变化趋势与预期不同。可能是由于过量添加稀土元素Tm,容易形成更多的氧化物,导致点蚀加剧。进一步添加Tm可以提高Zr基BMG钝化膜的完整性和耐点蚀性能,但力学性能不理想。

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    • 不同(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比的原位合成MoB/NiCr涂层的组织结构与性能

      2021, 50(9):3085-3093. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200578

      摘要 (476) HTML (239) PDF 14.73 M (637) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用超音速火焰喷涂技术沉积含3种不同(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比(1:1,2:1和3:1)的Mo-B-Ni-Cr球磨复合粉末以原位反应制备获得MoB/NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了MoB/NiCr涂层的组织结构和物相。同时讨论了不同(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比对涂层的组织结构、硬度、结合强度和耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比为1:1的MoB/NiCr涂层孔隙率最低及涂层厚度最大。在3种涂层中均原位反应生成了Mo2NiB2三元硼化物,且随着(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比的增加,涂层中三元硼化物含量随之增加,涂层的硬度值增加,结合强度反而随之降低;由于涂层中三元硼化物的原位生成,MoB/NiCr涂层的硬度值均高于316L不锈钢基体。通过能谱和XRD分析发现,经过360 h熔融锌腐蚀试验后,涂层表层中没有发现锌元素及其金属间化合物,然而随着(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比的增加,涂层的孔隙率增加及厚度降低。最后,综合分析可得,相比其他涂层,(Mo+B)/(Ni+Cr)质量比为1:1的MoB/NiCr涂层具有更好的耐熔融锌腐蚀能力。

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    • 通过多级深度还原制备Ti6Al4V合金粉体的新工艺

      2021, 50(9):3094-3101. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200555

      摘要 (488) HTML (244) PDF 7.42 M (528) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种以TiO2、V2O5和Al为原料,Mg和Ca作为还原剂的通过多级深度还原法制备Ti6Al4V合金粉体的新方法。与传统的冶金方法制备Ti6Al4V粉末相比,该方法具有更高的生产效率和更少的环境污染。自蔓延初级还原实验的结果表明,Mg比Ca更适合在此阶段作为还原剂,当使用Mg作为还原剂时可以得到氧含量为6.74%~16.4%(质量分数,下同)的多孔Ti-Al-V-O前驱体。通过进一步的钙热深度还原(1173 K下保持3.5 h)可以得到含氧量为0.24%的Ti6Al4V粉体。

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    • TiAl合金与GH3039摩擦焊接界面组织

      2021, 50(9):3102-3109. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200583

      摘要 (472) HTML (269) PDF 13.86 M (665) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用GH3039合金作为γ-TiAl与碳钢摩擦焊接的过渡第三体,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了TiAl/GH3039摩擦焊接接头的界面结构。结果表明,γ-TiAl和GH3039摩擦焊接接头的最大抗拉伸强度能达到400 MPa以上。GH3039一侧热力影响区的塑性变形大于TiAl一侧,并且在两侧均发生动态再结晶。接近GH3039母材相层中的Ni含量几乎不变,接近TiAl母材相层中的Ti含量也几乎不变。在GH3039侧面附近的焊接区中,富Ni和富Cr晶粒的分布是互补的。Ti和Al容易溶于富Ni的晶粒中,而Mn容易溶于富Cr的晶粒中。在结合区中形成的大量富Cr晶粒是体心立方结构的α-Cr。γ-TiAl和GH3039摩擦焊接的典型界面结构为:γ-TiAl+α2-Ti3Al/α2+τ3/τ3-Al1+x-yTi1+yNi1-x/τ3+α-Cr/(Ni, Cr)ss/GH3039。

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    • 亚稳相对定向凝固Ni-Si共晶腐蚀行为的影响

      2021, 50(9):3110-3115. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200581

      摘要 (498) HTML (249) PDF 4.22 M (521) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用改进的Bridgman定向凝固技术制备了凝固速率为25 μm/s的Ni-Si共晶复合材料。由于在凝固过程中不可避免地会产生亚稳相Ni31Si12,采用退火工艺以减少亚稳相的含量,并利用电化学阻抗谱和电位动力学极化技术分析了材料在25 ℃、7%(质量分数)H2SO4溶液中的耐腐蚀性,并进行了等效电路分析。结果表明,退火处理(1050 ℃、4 h)改善了亚稳相Ni31Si12的含量和分布,退火后Ni-Si共晶的钝化性能和耐腐蚀性提升。亚稳相的含量越少,耐腐蚀性能越强。

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    • CoCrFeNi高熵合金在金属氧化物熔盐电脱氧中的形成过程

      2021, 50(9):3116-3124. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200548

      摘要 (458) HTML (266) PDF 48.24 M (11423) 评论 (0) 收藏

      摘要:在1173 K下将金属氧化物在CaCl2熔盐中进行电脱氧,制备了CoCrFeNi高熵合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线能谱(EDS)研究了不同电解时间下金属氧化物转化为高熵合金的相变过程。结果表明,CoCrFeNi高熵合金的形成过程包括快速脱氧和深度脱氧2个阶段。在快速脱氧阶段,在1 h内去除了烧结氧化物球团中93.93%(质量分数)的氧,电流效率达到89.95%。电解结束后,产物的氧含量可达0.26%(质量分数),电流效率为17.93%。该高熵合金的形成过程可用于指导建立低成本、高效率的电化学路线。

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    • 高压扭转法制备非均匀层状结构Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的组织演变与力学性能

      2021, 50(9):3125-3132. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200574

      摘要 (482) HTML (245) PDF 6.67 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和Instron试验机对试验温度400 ℃下高压扭转变形加工的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行组织和力学性能的表征与测试。结果表明,变形试样的晶界和晶粒中的第二相明显被破碎和细化,晶界无沉淀析出带宽度变窄,大大提高了变形试样的强度和塑性。初始样品的晶粒取向是随机分布的。当应变较小时,试样的晶粒尺寸、晶粒取向和局部取向差异均呈现非均匀的片层状分布。由于非均匀层状组织在变形过程中产生的背应力强化效应,0.5圈变形试样的力学性能最好。

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    • 面向磁致伸缩-电磁复合式能量采集器的压磁效应模型

      2021, 50(9):3133-3138. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200569

      摘要 (457) HTML (254) PDF 20.57 M (614) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种简化的、能指导复合式能量采集器中磁致伸缩发电效应、电磁发电效应的最优性能输出的理论模型。在模型的建立过程中,首先研究了应力和磁场对Tb0.3Dy0.7Fe2合金压磁效应的影响,讨论了单独应力和单独磁场作用下磁致伸缩材料内磁通密度的变化特性;其次,提出了基于预加载荷方法和基于冲击应力方法的理论模型思路,并分别探讨了2种模型建立方法在复合式能量采集器设计中最大压磁系数获取的准则;最后,完成了能量采集器的大压磁系数获取方法的可靠性试验,实验结果与理论设计的结果吻合较好。该模型能够快速、准确地获得不同应用环境下复合式能量采集器的压磁特性,并可用于获取大压磁系数的复合式能量采集器构造及设计。

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    • YZr掺杂对CeFeB合金微观结构和磁性能的影响

      2021, 50(9):3139-3143. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200525

      摘要 (520) HTML (249) PDF 5.39 M (508) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了Y和Zr掺杂对CeFeB合金相组成、磁性能和温度稳定性的影响。结果表明,CeYFeB合金由2:14:1主相和少量α-Fe相组成。Y掺杂可有效提高合金的矫顽力、剩磁和最大磁能积。同时由于Y2Fe14B相优异的磁性能与高温稳定性,其温度稳定性也得到明显改善,掺杂后合金的剩磁和矫顽力温度系数分别为-0.32%/K和-0.41%/K,与纯CeFeB合金相比分别提高了38.5%和40.6%。Y和Zr共掺杂后,由于增加的磁晶各向异性场和晶粒尺寸细化所产生的联合效应,合金的矫顽力、剩磁和最大磁能积大幅度提高,分别比纯CeFeB合金提高了30.9%、58.1%和204.8%。

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    • 丝网印刷氧化石墨烯对锂离子电池LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 三元正极的改性及性能影响

      2021, 50(9):3144-3148. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200558

      摘要 (452) HTML (222) PDF 3.54 M (500) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过丝网印刷方法,在由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、导电添加剂和聚偏氟乙烯制成的电极表面涂覆了一层薄薄的氧化石墨烯。在充电截止电压为4.3 V的条件下进行了循环性能和倍率性能测试。结果表明:未改性电极在恒电流充放电测试中容量下降且极化增加,而包覆改性后电极的容量衰减程度和极化增加速度降低。这是由于氧化石墨烯涂层抑制了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电极和电解质之间的部分副反应,使得改性电极的循环稳定性和倍率性能显著提高,为提升LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电极性能提供了一种环境友好且非常有效的方法。

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    • BT25钛合金在锻造过程中失稳变形和动态再结晶行为的数值模拟

      2021, 50(9):3149-3157. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200573

      摘要 (479) HTML (243) PDF 6.62 M (521) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别利用失稳图和功率耗散图确定BT25钛合金失稳变形组织和动态再结晶变形组织的热力参数边界条件,并将其输入到Deform-3D有限元软件中,使加工图技术与有限元技术能够进行有效结合。利用二次开发后的软件对BT25钛合金在变形温度为950~1100 ℃和应变速率0.001~1 s-1的条件下进行失稳变形组织和动态再结晶行为的模拟和预测,并通过对比金相组织,验证了该模拟结果的可靠性。结果表明,流动应力随变形温度的升高或应变速率的降低而降低;失稳变形组织集中在低温、高应变速率区域;高温和低应变速率均有利于动态再结晶(DRX)行为;微观组织的观察结果与模拟预测的结果吻合较好,说明本研究提出的加工图技术与有限元技术相结合的方法对模拟与预测金属锻造过程中的失稳变形组织和DRX行为是可行的。

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    • 钼合金的强韧化研究现状及展望

      2021, 50(9):3158-3168. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200582

      摘要 (480) HTML (236) PDF 9.22 M (579) 评论 (0) 收藏

      摘要:钼及其合金以其诸多优异的性能在各个领域内受到广泛关注,但其抗蠕变性能、高温强度及抗氧化的劣化以及批量化生产手段的不足限制了大规模的工业应用。本文综述了金属钼的脆性来源,指出非本征脆性的改进及制备工艺的革新是钼合金研究和开发的重点方向。介绍了目前钼合金强韧化的主要形式,列举了典型钼合金研究开发现状,总结了钼合金的研究方向。

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    • GH4169晶面衍射弹性常数计算与测量

      2021, 50(9):3169-3175. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200724

      摘要 (740) HTML (188) PDF 787.66 K (550) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据复相材料细观力学模型,预测了镍基高温合金等效弹性响应,基于宏观应力-应变关系,理论计算了GH4169及组分材料等效弹性性质参数,即等效弹性模量E ?,等效体积模量K ?,等效剪切模量G ?和泊松比ν ?,与文献报道的实验值对比分析,结果显示:GH4169合金理论计算值E ?=218.60GPa, K ?=180.20GPa, G ?=84.20GPa,ν ?=0.298与实验值偏差分别为7.16%、10.69%、6.58%、0.67%;γ"相理论计算值E ?=201.10GPa, K ?=173.70GPa, G ?=76.93GPa,ν ?=0.307与实验值偏差分别为1.42%、0.40%、2.00%、1.66%,较小的误差证明了该模型的准确性;进一步,理论预测了镍基高温合金细观弹性响应,基于单轴载荷作用下细观弹性应力-应变关系,理论计算了GH4169合金γ-(Ni-Cr-Fe)相(220)晶面衍射弹性常数,即E_220=233.89GPa, ν_220=0.284;同时,采用四点弯曲标定载荷应力,结合X射线衍射应变测量装置实验测量了γ-(Ni-Cr-Fe)相(220)晶面衍射弹性常数,并与理论计算值对比分析,结果表明实验测量值E_220=248.00GPa、ν_220=0.276与实验值的偏差分别为5.69%、2.90%,证实了该理论模型的准确性,也为衍射法测量残余应力研究提供理论基础。

    • 镦-剪-挤耦合作用下工业纯铝变形行为及组织性能

      2021, 50(9):3176-3183. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210124

      摘要 (640) HTML (205) PDF 1.57 M (556) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种集镦粗、剪切和挤压变形于一体的膨胀不等通道转角挤压法(Expansion non-equal channel angular extrusion,Exp-NECAE),基于理论分析,采用数值模拟与实验验证相结合的方法,研究多效应耦合作用下工业纯铝剧烈塑性变形行为,探讨分析变形材料微观组织和力学性能演变规律。结果表明,Exp-NECAE工艺具有高效率复合成形特点,坯料的变形过程连续、稳定、协调,可分为转角区变形、过渡区变形和完全挤出变形等三个不同阶段;变形时材料内部处于理想的三向压应力状态,变形均匀性良好,单道次累积应变量高达2.56,接近理论计算值。1道次Exp-NECAE变形后,在镦-剪-挤耦合简单剪切应变诱导下,工业纯铝晶粒破碎和细化十分明显,材料内部形成了以细小等轴晶为主的混晶组织,平均晶粒尺寸约为2.73 μm。同时,材料力学性能提升显著,平均显微硬度为55.8 HV,抗拉强度为161.2 MPa,伸长率为13.9 %。断口形貌中存在大量小而深的韧窝,且分布较为均匀,表现出了良好的韧性断裂的特征。

    • 基于扫描Kelvin探针和FT-IR的7B04铝合金/涂层体系丝状腐蚀研究

      2021, 50(9):3184-3193. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200759

      摘要 (615) HTML (208) PDF 1.43 M (588) 评论 (0) 收藏

      摘要:对7B04铝合金进行硫酸或铬酸阳极氧化后再喷涂底漆或底漆+面漆,从而制备四类试样,而后开展标准丝状腐蚀试验,利用扫描 Kelvin 探针(SKP)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术对7B04铝合金/涂层体系的腐蚀行为和机理进行研究。光学显微镜观察发现四类试样上腐蚀丝的数量较少,且长度不超过3 mm,表明四类试样均具有较好的耐蚀性。SKP测试结果表明,四类试样跨划痕区域的伏打电位随试验时间的变化规律相似,划痕处与周围的涂层-金属界面之间的电位差引起丝状腐蚀的发生,腐蚀机理为阳极破坏;单个腐蚀丝的伏打电位值朝着头部降低,朝着尾部升高,头部和尾部之间的电位差促进腐蚀丝的传播。FT-IR分析显示丝状腐蚀产物的成分主要为Al(OH)3 、Al2O3和AlCl3及其部分水解产物,发生的电化学反应类似于7B04铝合金在氯离子作用下的点蚀过程。对比分析结果表明两种阳极氧化方式对丝状腐蚀的影响差异性较小。

    • Nb10Ti61Co29包共晶合金定向凝固组织演化及其凝固路径模拟计算

      2021, 50(9):3194-3202. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200704

      摘要 (603) HTML (212) PDF 879.28 K (600) 评论 (0) 收藏

      摘要:包共晶反应,兼具共晶和包晶反应的双重特性,存在于众多三元合金体系中。然而,人们对其凝固特点了解较少,其凝固机制到目前为止尚不明确。基于此,本文选择包共晶点附近的Nb10Ti61Co29合金为研究对象,利用Bridgman定向凝固技术对其开展了一系列定向凝固实验(v=1, 3, 5, 15, 30, 70 μm/s),然后利用XRD,SEM和EDS等分析了不同生长速率下的凝固组织,阐明定向凝固组织演化规律,最终得出相应的凝固机理。研究结果表明,不同生长速率下合金的凝固组织均包含初始过渡区、稳态生长区以及淬火区。随着生长速率逐渐增大,初始过渡区上初始生长界面轮廓越来越清晰,并逐渐趋于平直状态,伴随上述变化,稳态生长区与初始过渡区关联性逐渐变小;其次,随着生长速率逐渐增大,合金淬火界面依次经历平界面向胞状晶再到树枝晶的转变,其中,淬火界面在生长速率为1 μm/s时呈平直状态,在生长速率为3和5 μm/s时,淬火界面大致呈胞状,当生长速率进一步增大时淬火界面呈现典型的枝晶生长;最后,利用CALPHAD方法计算得出了该合金在平衡凝固过程中会依次发生如下四个凝固反应:(a) L→α-Nb;(b) 二元共晶反应L→α-Nb + TiCo;(c) 三元包共晶反应L + TiCo→α-Nb + Ti2Co 和 (d) 二元共晶反应L→α-Nb + Ti2Co。

    • 高强耐腐蚀Ti80合金的热变形行为及热轧板材的组织性能研究

      2021, 50(9):3203-3212. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200751

      摘要 (568) HTML (189) PDF 2.15 M (601) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过热模拟实验研究Ti80合金热变形行为及组织演化规律,考察该合金的应力-应变曲线、加工硬化规律并建立该合金的热加工图。在此基础上,进行不同热轧工艺下的Ti80合金板材制备,研究其微观组织变化及对力学性能的影响,探索Ti80合金具有最优力学性能的工艺条件。结果表明:Ti80合金峰值应力和加工硬化率随着变形温度的升高以及变形速率的降低而减小,属于变形温度和应变速率敏感型合金。通过热加工图计算分析,温度为800℃~920℃、920℃~1050℃,应变速率为0.01s-1~0.1s-1范围内为最佳的稳定变形区。随着变形温度的升高,其微观组织经历由等轴组织、双态组织到层片组织的变化。同时,随着应变速率的升高,存在β转变组织形态的变化。对比分析Ti80合金不同热轧条件下的力学性能,初轧温度1060℃、终轧温度950℃时,显示为网篮组织+块状α相的混合组织形态,此时具有最优的强度和塑性性能,抗拉强度为881Mpa,而延伸率为11.27%,展现为韧性断裂。

    • B参杂对NiO/Ni(OH)2电极材料电容性能的影响

      2021, 50(9):3243-3247. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200719

      摘要 (580) HTML (208) PDF 680.73 K (521) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过化学镀再电化学氧化的方法在铜片表面制备出带有微米微坑和微米微球的均一NiO/Ni(OH)2和B参杂的NiO/Ni(OH)2(B)两种电极材料,采用扫描电镜(SEM/EDX)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学技术对所制备的两种电极材料进行表征和电化学性能测试。SEM、XRD和XPS的测试结果表明, 所制备的两种电极材料由Ni、NiO和Ni(OH)2组成,并且NiO/Ni(OH)2(B)中B的参杂量可达14.6wt%。循环伏安测量和恒电流充放电试验表明,两种电极材料均具有较高的电化学活性和可逆性;在1 A/g的充放电电流密度下, 两种NiO/Ni(OH)2和NiO/Ni(OH)2(B)电极材料经历10000次充放电循环后分别给出了1380 和1930F/g的比电容, 显示出较高的比电容特性和良好的电化学稳定性;电化学阻抗谱表明NiO/Ni(OH)2(B)电极材料较NiO/Ni(OH)2电化学反应电阻降低了约2个数量级;Ragone曲线揭示了所制备的两种电极材料具有较高的功率密度和较低的能量密度。B的参杂使得NiO/Ni(OH)2(B)电极材料表面氧化物含量增大并且形成微米微球形貌,增大了电极表面积以及与电解液的接触和润湿作用,降低了电极材料表面能带带隙能,从而导致较小的电化学反应电阻和电导率的提高是其显示优异赝电容性能的主要原因。

    • >材料工艺
    • 固溶态Ti-41Nb合金的微观组织与力学行为研究

      2021, 50(9):3213-3217. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200875

      摘要 (706) HTML (209) PDF 906.32 K (652) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用光学显微镜、力学性能测试和原位同步辐射高能X射线衍射等方法系统地研究了固溶态Ti-41Nb合金的微观组织与力学行为。研究结果表明,Ti-41Nb合金经800℃固溶淬火处理后,其等轴β基体上分布着微量的板条状α″马氏体,呈现典型的双相结构。在拉伸过程中,固溶态Ti-41Nb合金除发生弹性变形外,还发生了β→α″应力诱发马氏体相变。应力诱发马氏体相变在0.0-3.3%应变范围内较剧烈,在3.3-4.0%应变范围内相对轻微。在随后的卸载过程中,固溶态Ti-41Nb合金发生了弹性回复,同时伴随着α″→β逆马氏体相变。卸载后,固溶态Ti-41Nb合金中仍有大量的α″马氏体未转变为β母相,这导致合金仍有2.9%的残余应变。

    • 钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊组织与性能

      2021, 50(9):3218-3224. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200764

      摘要 (556) HTML (201) PDF 1.18 M (587) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对TC4钛合金仿莲房特征芯体与面板钎焊工艺,采用TiZrCuNi钎料,开展了钎焊工艺研究,并分析了主要钎焊工艺参数对钎焊界面组织和夹层结构力学性能的影响。结果表明:钎焊温度920℃,保温时间90min时, TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊后界面焊合率良好,界面显微组织为均匀针状α组织和界面金属间化合物,夹层结构平压强度均值为15.14MPa。钎焊保温时间对TC4钛合金仿莲房特征芯体钎焊界面显微组织影响显著,当钎焊保温时间较短时(15min),钎料熔化后,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间较短,钎料中Cu和Ni向母材中的扩散反应不充分,钎缝区局部Cu和Ni元素富集导致Cu和Ni元素含量超过共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时发生共晶反应,生成块状金属间化合物,钎焊界面主要为含有块状金属间化合物的凝固钎料组织和针状α组织;随着钎焊保温时间的增加,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间增加,钎料中Cu和Ni元素向母材中扩散反应深度显著增加,从而Cu和Ni元素在液态钎料中的含量显著降低,元素含量小于共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时Cu和Ni元素固溶于β相中,避免大量块状金属化合物生成,随后β相向α相的固态相变时,共析反应生成针状α相,在针状α组织界面处生成金属间化合物。钎焊时间保温时间从15min升至90min时,由于钎焊界面金属间化合物减少,TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构的平压强度逐渐增加。

    • 扫描路径对激光立体成型GH3536合金组织与性能的影响

      2021, 50(9):3225-3232. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200749

      摘要 (548) HTML (193) PDF 1.33 M (604) 评论 (0) 收藏

      摘要:GH3536合金是制造航空发动燃油喷嘴的主要材料。相比于传统的加工工艺,激光立体成形技术具有近净成形等优点,更适于生产结构复杂的结构件,降低成本。而扫描路径在激光立体成形过程中有至关重要的作用。本文采用金相、XRD、SEM、拉伸等检测手段探究45°交叉光栅式与往复交叉光栅式两种扫描路径对激光立体成形GH3536合金的影响。结果表明,两种扫描路径对成形后的GH3536合金显微组织影响不大。基体都是γ相,晶界有M23C6型碳化物,晶内既有M23C6型碳化物也有M6C碳化物的存在。往复交叉光栅式的热量累积稍高于45 °交叉光栅式,导致其孔隙率较大,高度较高。两种扫描路径的拉伸性能相近。断裂方式均为塑性断裂,裂纹发生在碳化物处,以沿晶断裂为主。

    • Ta含量对镍基粉末高温合金高温氧化性能的影响

      2021, 50(9):3233-3241. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200750

      摘要 (570) HTML (188) PDF 1.69 M (659) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用XRD、FEG-SEM和EDS等实验技术对有不同Ta元素含量合金在800℃条件下进行抗氧化性能的研究,结果表明,含Ta合金的氧化增重和氧化时间的关系曲线符合抛物线动力学规律,氧化层为Al2O3+NiCr2O4+Ta2O5+(Ti/Cr)TaO4的复合氧化物结构,而随着Ta含量的增加,氧化层厚度减小,且氧化深度变薄,氧化层也变得更加平滑而致密。实验发现,在外层和内层氧化层之间存在富Ta的氧化物(Ta2O5, (Ti/Cr)TaO4),很容易与Cr2O3结合形成CrTaO4,减少高温下Cr2O3氧化物的挥发损失,提高合金抗氧化性。实验表明:富Ta氧化物Ta2O5,(Ti/Cr)TaO4的出现能阻碍金属阳离子向外扩散的速率,Ta元素的加入改变了氧化层离子扩散速率从而提高合金的抗氧化性。

    • Ni-F共掺纳米LiMn2O4正极材料及电化学性能

      2021, 50(9):3248-3255. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200731

      摘要 (537) HTML (181) PDF 2.11 M (574) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用熔盐燃烧合成了Ni-F共掺的纳米LiNi0.03Mn1.97O3.95F0.05(LNMOF)正极材料。研究结果表明,Ni-F共掺显著提高了材料的倍率性能、循环稳定性及初始比容量,在5、10、15和20 C下,放电比容量分别为101.4、92.5、89.4和66.8 mAh?g-1,循环1000次后容量保持率分别为77.9、70.8、70%和72.9%。循环伏安和电化学阻抗测试结果表明,与LiMn2O4样品相比,LNMOF正极材料有较低的表观活化能24.72 KJ?mol-1与较大的锂离子扩散系数1.174×10-8 cm2?s-1。对循环前后极片进行XRD分析,发现LNMOF晶体结构基本没有变化。适量的镍和氟共掺杂能够有效抑制Jahn-Teller畸变,稳定晶体结构,在材料的比容量提高的同时,也改善了材料的循环性能。

    • 废旧LiCoO2材料再生LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料及性能研究

      2021, 50(9):3256-3261. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200758

      摘要 (638) HTML (154) PDF 821.96 K (585) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对废旧锂离子电池数量不断增加的现状,对废旧LiCoO2电池的回收和再生流程进行探究。以废旧LiCoO2电池为原料,通过预处理,酸浸,共沉淀步骤,实现了LiNi0.8Co0.1Mn.1O2正极材料的再生。ICP-OES分析浸出液中的元素含量,SEM和XRD表征材料形貌和结构,扣式电池的电化学测试定量分析材料的电化学性能。研究表明,利用浸出液可以再生形貌和层状结构良好的正极材料,在0.2C,2.8~4.3V电压范围内进行充放电循环测试,首周放电比容量可达到210.8 mAh/g,经过50周充放电循环后的容量保持率为87%,表现出良好的循环稳定性,为废旧锂离子电池的再生提供支撑和发展方向。

    • K417G高温合金大间隙钎焊的组织演变与性能的研究

      2021, 50(9):3262-3269. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200762

      摘要 (631) HTML (188) PDF 1.35 M (587) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用低熔点的含硼镍基合金粉末与高熔点镍基合金粉末的混合粉末作为钎料,在真空热压炉中对K417G镍基高温合金进行大间隙钎焊连接。研究了钎料成分对接头显微组织演变规律的影响,分析了接头的强化机制。结果表明,提高钎料中高熔点合金粉的含量,可有效减少焊缝中硼化物的形成量,提高焊缝组织均匀性。当钎料中高熔点合金粉含量为95 wt.%时,硼元素扩散均匀,获得弥散分布的颗粒状的M3B2 型硼化物,接头的室温和600 °C抗拉强度为971 MPa和934 MPa,达到了母材的强度。此外,原位析出于接头界面处的细小弥散碳硼化物M23(C,B)6与基体的共格关系是实现高质量大间隙钎焊连接的重要因素。

    • 双金属板渐进成形底部鼓包和侧壁鼓凸研究

      2021, 50(9):3270-3279. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200775

      摘要 (564) HTML (195) PDF 581.94 K (653) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于双金属复合板具有较好的性能而逐渐得到广泛的应用,但双金属复合板单点渐进成形过程中底部鼓包和侧壁鼓凸等影响零件精度和成形性能的加工缺陷现象阻碍该技术的发展。为了从工艺上提高双金属板成形精度,通过实验结合有限元分析的方法探究了不同工艺参数对成形精度的影响,研究表明:成形角度和成形深度分别是影响底部精度和侧壁精度的最关键因素,当成形角度由30°增大至60°时,底部鼓包高度降低29%,侧壁鼓凸量增加18.5%;当工具头直径由10mm增大至20mm时,底部鼓包高度下降13%,侧壁鼓凸量下降16%;当下压量由0.2mm增大至0.5mm时,底部鼓包高度下降24%,侧壁鼓凸量增加18.3%;最后优选了合理的工艺参数,使得底面鼓包高度下降49%,侧壁鼓凸量下降41%。

    • 混晶组织对GH4720Li合金高温力学性能的影响

      2021, 50(9):3280-3287. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200706

      摘要 (656) HTML (228) PDF 1.51 M (589) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用光学显微镜、场发射扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了不同组织特征对GH4720Li合金高温拉伸和持久性能的影响。结果表明:组织B(局部混晶+一次γ′相)的650℃抗拉强度和屈服强度与组织A(均匀细晶+一次γ′相)相比有所降低;随着混晶程度的提高,组织C(完全混晶+一次γ′相)的拉伸强度迅速下降,但组织C的抗拉强度远高于粗晶组织D(粗晶+无一次γ′相)。不同持久试验条件下,合金的高温变形机制不同:730℃/530MPa条件下,组织A和组织D持久寿命相当,但从组织B和组织C可以看出持久寿命随混晶所占百分比的增加而提高,高温低应力下的变形机制主要为晶界粘滞滑动;680℃/830MPa条件下主要变形机制是晶内位错滑移,组织A和组织B的持久性能较好,持久寿命随着粗晶所占百分比的增加而降低,同时晶界滑移同样产生一定作用,使得以粗晶为主的混晶组织持久寿命的降幅不大。

    • 稀土Ce对铸造Cr30Mo2超级铁素体不锈钢组织与力学性能影响

      2021, 50(9):3288-3294. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200711

      摘要 (571) HTML (199) PDF 830.46 K (541) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了不同Ce含量对铸造Cr30Mo2超级铁素体不锈钢组织与力学性能影响。结果表明,Cr30Mo2超级铁素体不锈钢中夹杂类型主要为富Cr氧化物和Al-Si复合氧化物,且形状不规则,加入Ce后转变为Ce2O3和心部富Al、Si,外层富Al、Ce的圆球状复合夹杂,尺寸较小,形状圆润,夹杂含量显著降低;Ce2O3可以作为异质形核核心,增加铸件形核率,减小晶粒尺寸,但Ce含量过高,晶粒尺寸反常增大;Ce可显著改善Cr30Mo2超级铁素体不锈钢的室温塑性,添加0.07%Ce能将Cr30Mo2超级铁素体不锈钢铸件的断后延伸率由1.5%提高至20%左右。

    • 共溅射制备稀土镱掺杂Zr基非晶合金薄膜

      2021, 50(9):3295-3303. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200720

      摘要 (560) HTML (193) PDF 1.46 M (551) 评论 (0) 收藏

      摘要:Zr基非晶合金的实际应用受到材料本证脆性以及苛刻的制备条件的阻碍,这与其缺乏滑移剪切带和有限的非晶形成能力密切相关。因此,本文通过磁控共溅射成功制备了稀土镱(Yb)掺杂Zr基非晶合金薄膜,采用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)、能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和接触角测试仪等测试手段研究了(Zr48Cu44Al8)1-xYbx(x.at%)合金的非晶形成能力及薄膜性能与稀土掺杂浓度的关系。结果表明:掺杂Yb原子浓度为9.37 at%时合金体系具有最强的非晶形成能力。随着稀土Yb溅射功率的增加,XRD低角度出现的预峰逐渐消失,膜层由单相Zr基非晶演变成双相非晶,特别是当功率大于50 W时XRD中出现新的非晶衍射峰,该衍射峰强度随功率增加而增强,因此获得单相Zr基非晶薄膜层的最佳掺杂功率为10 W,此时膜层中稀土元素均匀分布。同时,非晶薄膜表面粗糙度随Yb靶溅射功率增加出现极值点,30 W时薄膜对应的接触角为104.9°,呈现疏水性能。因此,稀土Yb掺杂对Zr基非晶形成能力和薄膜性能产生了显著影响。

    • Inconel 740H在700℃关键部件验证试验平台中的性能演变研究

      2021, 50(9):3304-3312. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200721

      摘要 (546) HTML (217) PDF 2.01 M (572) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步评估700℃先进超超临界火电机组选材的可用性和选材方案的科学性,对在华能南京电厂700℃关键部件验证试验平台上运行的候选管样进行定期取样和检测。采用力学性能测试和显微组织分析相结合的方法,对不同运行时间(0 h, 10000 h,24000 h)的Inconel 740H过热器管进行测试、对比和分析。研究结果表明:Inconel 740H在室温和700℃高温的屈服强度和抗拉强度随服役时间延长缓慢降低;在运行10000 h后,室温和高温冲击吸收功降幅显著,但当服役时间进一步延长至24000 h时降幅较小。显微组织方面,随着服役时间的延长,Inconel 740H的变化主要表现在晶界碳化物M23C6的长大变多及晶内γ′相的粗化。总体来说,Inconel 740H在运行24000 h后的力学性能和组织与演化均趋于稳定。

    • 离心雾化制备SAC305球形粉工艺研究

      2021, 50(9):3313-3319. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200728

      摘要 (682) HTML (242) PDF 755.66 K (626) 评论 (0) 收藏

      摘要:为生产高质量的SAC305合金球形粉末,研究了转速、处理量、雾化器形状、气氛含氧量等工艺参数对旋转离心雾化生产Sn-3.0Ag-0.5Cu粉末性能的影响。结果表明随着转速(6000-60000rpm)的提高、进料量(30-60kg/h)的降低和雾化器尺寸(30-50mm)的增大,SAC305粉末平均粒径变小,CFD模拟与实验有一致的趋势,实验修正因子n为1.65,CFD模拟修正因子为2.23。杯形雾化盘相比平面雾化盘生产的粉末平均粒径降低了8%。SEM照片显示,随着雾化室氧含量的降低,粉末球形度提高,雾化室中的含氧量低于400ppm时,粉末表面含氧量低于100 ppm,雾化室与熔体的温差在230℃时粉末表面质量较好。SAC305粉末粒径和球形度主要受工艺控制,粉体表面质量与冷却效率和收集技术有关。

    • 一种第三代单晶高温合金固溶热处理组织研究

      2021, 50(9):3320-3326. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200738

      摘要 (581) HTML (189) PDF 1.07 M (600) 评论 (0) 收藏

      摘要:本工作对一种第三代单晶高温合金的试棒铸件进行了固溶热处理实验,研究了热处理气氛对试棒表面层组织的影响,探讨了解决贫Cr层问题的新方法。在真空状态下进行热处理时,发现试棒表面出现了深度约为70μm的 Cr、Co和Re等元素的贫化层。在高纯度的氩气气氛中热处理时,样品出现严重的表面氧化层和熔融层,深度达到约1mm。其原因是高温下充入保护气体时会大大增强炉内气氛的宏观对流,加速铸件表面的氧化反应和合金元素挥发。为尽量减小炉内气氛对流的影响,将实验样品装入陶瓷管进行保护,形成相对相对密闭的空间,消除大范围对流的可能性。结果表明,该措施不但避免了合金表面的氧化反应,也使高温下各种合金元素的挥发很快达到饱和,避免了表面层中合金元素的蒸发,有效防止了铸件表面贫化层的形成。

    • 等离子烧结温度对CoCrCuFeNi高熵合金组织及性能影响

      2021, 50(9):3327-3334. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200780

      摘要 (555) HTML (193) PDF 1.18 M (627) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文通过氩气雾化制备CoCrCuFeNi球形粉末,随后在900℃、1000℃、1100℃、1150℃温度下通过放电等离子活化烧结(Spark plasma sintering,SPS),成功制备CoCrCuFeNi高熵合金块体。结果表明:随着烧结温度的升高,材料室温抗拉强度先降低后升高,均匀却延伸率先大幅度提高,随后降低;当烧结温度为1100℃时,材料屈服强度和抗拉强度分别达到379.3MPa和655.6MPa,断后延伸率达21.9%;当烧结温度超过1100℃时,开始出现局部熔化现象,材料内部出现元素明显偏析现象。烧结温度为900℃时,拉伸断口沿球形粉末表面脆性断裂,随着烧结温度提高,断口转变为包含韧窝的韧性断裂。由于高温烧结过程中基体内发生渗碳现象,透射电镜结果表明碳与基体发生反应,形成第二相碳化物。

    • 片状CdGa2O4 纳米材料的制备及其甲醛气敏性能

      2021, 50(9):3335-3341. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200783

      摘要 (542) HTML (202) PDF 1.82 M (520) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用微波-煅烧法制备了CdGa2O4纳米片;利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)等手段对所制备的CdGa2O4纳米片进行了表征;研究了CdGa2O4 的pH值对CdGa2O4纳米片气敏性能的影响。结果表明:溶液PH值为10时制备的前驱体沉淀经煅烧所得片状CdGa2O4在110oC时对100 ppm甲醛的灵敏度为316;对0.01 ppb的甲醛灵敏度为2。

    • 硼对AlFeCoNi高熵合金组织和高温氧化性能的影响

      2021, 50(9):3342-3352. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210149

      摘要 (511) HTML (190) PDF 1.55 M (588) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCoNiBx高熵合金,并对其微观组织和高温氧化行为进行了研究,结果表明:随B含量的增加,AlFeCoNiBx合金组织从单一的“B2结构”转变为“B2结构+(FCC1+FCC2)共晶组织”。AlFeCoNiBx合金于900℃高温氧化后,随B含量的增加,合金外层CoFe2O4氧化物的厚度增加较快,而内层Al2O3氧化物的厚度基本不变,但当B含量超过0.15at%时,氧化膜连续性变差。当B含量为0.15at%时,AlFeCoNiB0.15高熵合金的氧化增重最小,氧化膜与合金基体结合良好,抗氧化性最优。

    • Zr-4合金表面耐事故Cr涂层制备及组织性能研究

      2021, 50(9):3353-3360. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210038

      摘要 (771) HTML (200) PDF 848.77 K (624) 评论 (0) 收藏

      摘要:在锆合金包壳表面制备保护性涂层材料能够改善现行核燃料组件的服役性能,延缓在>1200℃高温蒸汽下的锆水反应,提升其在反应堆失水事故下的容错能力。因此,涂层技术也被列为耐事故核反应堆设计和研究的短期规划。本文采用等离子增强物理气相复合沉积技术,在Zr-4合金表面制备了Cr复合涂层,并专门针对涂层与基体的界面进行了离子的轰击注入强化。结合锆合金包壳的实际使用工况,设计试验方法,评价表征了涂层体系的各项性能及其对锆合金基体的影响。高温蒸汽加速腐蚀试验表明,相比于无涂层Zr-4基体试样,Cr涂层明显阻碍了氧向Zr-4基体内部的扩散,并有效抑制了基体内部有害氢化物的生成。在模拟事故的>1000℃的高温热冲击条件下,相比于无涂层基体表面较厚氧化物生成的现象,涂层样品并未出现脱落,基体也并未出现氧化腐蚀。拉伸及内压爆破测试表明,样品表面Cr涂层表现出与基体较好的附着力,未出现沿破裂界面的脱落,也未影响Zr-4基体的拉伸及室温爆破性能。可以认为,Zr-4合金表面Cr涂层是理想的耐事故涂层材料之一。

    • 镁蒸气在真空条件下的冷凝行为

      2021, 50(9):3361-3365. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200705

      摘要 (578) HTML (217) PDF 867.44 K (583) 评论 (0) 收藏

      摘要:稀有金属常用于镁合金的制造过程,金属镁冶炼通常采用硅热法,因炼镁过程处于真空状态,导致无法连续生产,有必要研究真空时镁蒸汽的冷凝行为,可以为连续炼镁工艺提供理论和技术支持。在真空条件不同挥发温度和温度梯度下镁蒸气的冷凝行为被研究,结果表明随着挥发温度的升高,冷凝初始点温度降低,且镁蒸气冷凝区域跨度增大,得到的金属镁冷凝产物颗粒粒径减小。当温度梯度固定时,挥发温度从1000℃升高至1200℃,镁蒸气的冷凝初始点温度为从400.1℃降低到344.7℃,镁冷凝区域长度从11.5cm增加至16cm,且镁蒸气冷凝颗粒粒径大小从68.33μm降低至24.60μm;当挥发温度固定时,温度梯度从30.23℃/cm升高至39.85℃/cm,镁冷凝区域长度从14cm降低至10cm,说明温度梯度增加,冷凝距离变短,对粒度大小影响较小。研究结果可用于指导金属镁连续生产过程或连续炼镁冷凝器的设计。

    • >评述
    • 镁合金表面可降解聚合物改性涂层研发及应用

      2021, 50(9):3366-3374. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200740

      摘要 (641) HTML (203) PDF 740.96 K (675) 评论 (0) 收藏

      摘要:相比于钛合金、不锈钢、钴基合金等传统生物医用金属材料,镁合金不仅具有生物可降解特性,而且其弹性模量与人体骨骼很接近,不容易产生“应力屏蔽”,被誉为“新一代先进生物材料”。但镁合金在人体降解速率过快,由此产生的力学失稳和过量降解产物在体内的代谢吸收隐患限制了其在外科植介入医疗领域的大量推广应用。而可生物降解或可吸收的天然和合成高分子(聚合物)是全球量大面广的一类质轻、多功效、生物安全性好的生物医用材料,若将其作为可降解镁合金表面的特种防护涂层并解决好两者表界面之间的生物功能性和力学相容性,将是开发先进镁合金材料及其应用的重要发展方向。本文综述了生物可降解的镁基合金表面天然及合成高分子涂层的最新研究进展,并对其未来的研发及应用发展趋势提出展望。

    • 医用可降解镁合金腐蚀疲劳行为研究进展

      2021, 50(9):3375-3387. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200716

      摘要 (559) HTML (167) PDF 955.51 K (564) 评论 (0) 收藏

      摘要:镁合金由于良好的生物安全性和力学承载性,同时兼具可控的体内外降解速率,被誉为新一代的“革命性医用金属材料”。然而,在湿润气氛条件下镁合金的耐蚀性能较差,尤其是在复杂载荷和腐蚀疲劳作用下(经历动态交变载荷及腐蚀介质协同作用)使得镁合金的力学固定/支撑功能急剧骤减,并导致植入提前失败。因此,本文从医用镁合金疲劳失效的施加载荷、频率与腐蚀因素的耦合机理出发,针对医用镁合金体内外腐蚀疲劳寿命、断口微区特征和腐蚀速率间定量关系,阐述交变载荷下腐蚀疲劳失效微观机制。同时,本文深入解析了疲劳微裂纹萌生/扩展机理,全面总结了提升镁合金腐蚀疲劳性能的举措,以及展望了生物医用可降解镁合金的应用前景和发展方向。

    • 堇青石型废汽车尾气催化剂回收铂族金属研究进展

      2021, 50(9):3388-3398. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200701

      摘要 (589) HTML (182) PDF 702.93 K (552) 评论 (0) 收藏

      摘要:世界上的铂族金属资源主要集中在南非和俄罗斯,我国铂族金属矿产资源相当匮乏,中国却是世界上最大的铂族金属消费国家,主要应用在催化剂制造领域,因此铂族金属二次资源的高效利用是解决我国铂族金属供求矛盾的重要途径。本文详细介绍了铂族金属资源储备、消费供应及二次资源回收情况,重点阐述了堇青石型废汽车尾气催化剂回收铂族金属的工艺。湿法工艺主要包括有价成分直接溶解法和载体溶解富集铂族金属法,废汽车尾气催化剂的预处理是提高浸出效率的关键因素,湿法技术工艺灵活、成本低、效率高、普及广,但存在“三废”较难处理的问题;火法工艺主要有氯化挥发法和金属捕集法,常用的金属捕集剂主要有铜、铅、铁和锍等,火法工艺流程短、环境友好、富集效率高、易规模化生产。本文总结了各种技术的优势和不足,基于现有工艺存在的问题,提出采用绿色金属铋低温熔炼捕集铂族金属新工艺,为废汽车尾气催化剂中铂族金属的高效富集提供了一个新的方向。

    • 聚变反应堆钨基等离子体材料研究进展

      2021, 50(9):3399-3407. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200760

      摘要 (893) HTML (209) PDF 463.37 K (595) 评论 (0) 收藏

      摘要:钨基材料具有高熔点、高热导率、蒸气压低、氚滞留量低等优良性能,成为具有广阔应用前景的面向等离子体材料。由于其低温脆性、再结晶脆性和辐照损伤等方面的不足,限制了其在工程上的应用,成为国际核聚变材料界的研究热点。本文综述了钨基面向等离子体材料的研究现状,阐述了钨材料在四类粒子辐照下所引起的损伤和当前钨材料改善性能常用的四类手段,并对当下钨材料还需解决的问题进行探讨。

    • 石墨烯金属基复合材研究进展

      2021, 50(9):3408-3416. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200756

      摘要 (629) HTML (181) PDF 481.13 K (609) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文详细叙述了石墨烯及其衍生物等增强相的应用范畴及适用区别以及比较了金属基复合材料的不同制备方法,分析传统的制备方法之间的分类特点及应用方向,重点提出了工艺步骤灵活、可控性极高的新型制备石墨烯增强金属基复合材料的方法—激光增材制造技术。深入讨论了石墨烯及其衍生物作为增强相,给金属基复合材料中带来的力学、摩擦学、电学、金属耐腐蚀等性能方面的改变,比较了石墨烯及衍生物作为增强相对铝、镁、镍、铜、钛等金属基复合材料性能提高及改善程度和在不同金属基复合材料中仍存在的增强相各种团聚、分散问题与金属基体的界面结合等及目前提出的处理方案,最后提出制备石墨烯金属基复合材料未来发展方向及新型制备技术仍存在的实际问题。

    • >研究快报
    • 涡流贫化法回收铜渣中的金、银、铜

      2021, 50(9):3417-3421. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20210063

      摘要 (632) HTML (179) PDF 549.86 K (491) 评论 (0) 收藏

      摘要:在火法炼铜过程中产生大量的含铜废渣,伴随铜渣排放的还有金和银。为了合理回收铜渣中的金、银、铜,提出了涡流贫化法回收铜渣中的金、银、铜的新工艺。采用熔融铜渣为原料,经过涡流贫化过程,回收铜渣中的金、银、铜,贫化渣进一步升温还原得到含铜铁水,最终可制备成耐磨铸铁。结果表明,通过涡流贫化,铜渣中的Fe3O4被还原为FeO,然后FeO与SiO2结合,生成Fe2SiO4。经过涡流贫化后,金、银、铜的回收率分别达到了99.44%,93.97%,和93.14%。贫化渣中Fe3O4和铜的含量分别为1.53%和0.61%。贫化渣涡流还原后得到的含铜铁水制备的耐磨铸铁成分满足高铬耐磨铸铁国标要求。

    • 新型(FeCoCrMnCuZn)3O4高熵氧化物的制备及表征

      2021, 50(9):3422-3426. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20200952

      摘要 (643) HTML (175) PDF 1.00 M (710) 评论 (0) 收藏

      摘要:高熵氧化物作为一种新型的氧化物体系,打破了传统合金相互掺杂的设计理念,由五种或五种以上的氧化物相互固溶得到,因其独特的结构和潜在的应用价值而受到广泛关注。本研究采用简易的固相反应法制备了(FeCoCrMnCuZn)3O4高熵氧化物粉体,采用XRD、SEM、TEM、XPS等方法对其进行表征。结果表明,随着煅烧温度的升高,Fe2O3、Cr2O3、MnO2、CuO和ZnO相继固溶进尖晶石结构中;最终,在800℃煅烧2h可得到单一尖晶石结构(面心立方,Fd-3m)的(FeCoCrMnCuZn)3O4氧化物,且各元素在晶粒内分布均匀,为典型的高熵氧化物特征。对合成的高熵氧化物(FeCoCrMnCuZn)3O4粉体进行电化学性能分析发现,当电流密度为1 A/g时,质量比电容为152.9 F/g。

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