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  • 2023年第52卷第8期文章目次
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    • >难熔金属
    • 超声喷丸对工业纯Zr疲劳裂纹扩展行为的影响

      2023, 52(8):2711-2720. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230054

      摘要 (388) HTML (130) PDF 2.59 M (397) 评论 (0) 收藏

      摘要:对厚度为2.0 mm的工业纯锆板材进行双面超声喷丸(USSP)处理,研究了超声喷丸(USSP)对微观组织演变和疲劳裂纹扩展(FCG)行为的影响。通过光学显微镜、激光共聚焦显微镜、背散射电子衍射仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪分别对微观结构演变进行表征。采用紧凑拉伸试样进行FCG试验,对断口形貌和裂纹扩展路径进行分析。结果表明,USSP处理后形成了具有约250 μm深度残余压应力的表面梯度结构,USSP试样比原始试样表现出更高的强度和表面粗糙度。值得注意的是,USSP-8 min和USSP-12 min试样的疲劳裂纹扩展寿命比原始试样分别提高了28.1%和50.9%。USSP处理有助于提高疲劳裂纹扩展抗力,进而在一定程度上降低疲劳裂纹的扩展速率。FCG性能的提高可归因于残余压应力和晶粒细化的共同作用,残余压应力增强了裂纹闭合效应,降低了有效应力比。同时,晶粒细化使晶界比例增加,循环塑性区尺寸减小,从而有利于抵抗裂纹扩展。

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    • 轧制Mo-14%Re合金的显微组织和室温拉伸性能

      2023, 52(8):2746-2756. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230059

      摘要 (315) HTML (73) PDF 4.02 M (620) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步了解轧制Mo-14%Re合金的显微组织和室温拉伸性能,采用扫描电镜(SEM)和高分辨电子背散射衍射(EBSD)研究了轧制Mo-14%Re合金的显微组织和断口形貌。采用Channel 5软件分析了轧制Mo-14%Re合金在不同退火温度下的组织演变。结果表明,随着退火温度的升高,Mo基体相和ReO3相的施密特因子逐渐减小。织构强度迅速增加,极图上的晶体取向强度从6.51增加到10.18。轧制Mo-14%Re合金的初始再结晶发生在1100 ℃,在此退火温度下,合金中富稀土ReO3相均匀析出,导致拉伸过程中应力分布均匀,Mo基体相和ReO3相表现出明显的晶体取向,ReO3相晶界主要为大角度晶界,使得断后伸长率达到最大值33.5%。拉伸断裂的韧窝数量最多且最大。此外,还研究了断裂过程中微孔的形成、聚集、生长和裂纹扩展。

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    • 93W-7Ni激光粉末床熔融增材制造研究

      2023, 52(8):2783-2790. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220575

      摘要 (245) HTML (53) PDF 1.77 M (333) 评论 (0) 收藏

      摘要:以W颗粒和Ni颗粒预先混合的93W-7Ni粉体为原料,采用激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion, LPBF)制备了钨镍合金试样。研究了不同线能量密度的钨镍合金试样的相对密度、显微组织及显微硬度。结果表明:钨镍合金试样的缺陷主要为不规则孔隙,不存在明显可见的裂纹缺陷,且提高线能量密度能够明显减少缺陷。当线能量密度为1.5J/mm时,钨镍合金试样相对密度达98.04%。LPBF制备的钨镍合金试样的显微组织主要由W单质相和Ni-W基体相组成,并伴有大量细小的枝/颗粒状钨晶粒。试样的显微硬度高达529.83HV0.5,且基本不受线能量密度的影响。

    • Laves相NbCr2/Nb两相合金的应变补偿物理本构关系研究

      2023, 52(8):2835-2843. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220630

      摘要 (235) HTML (49) PDF 1.01 M (353) 评论 (0) 收藏

      摘要:Laves相NbCr2/Nb两相合金因其优良的高温力学性能而具有作为新型高温结构材料应用的潜力;流动应力本构关系反映了合金的热变形行为。本文基于Laves相NbCr2/Nb两相合金在1000-1200℃、0.001-0.1s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据,首次探讨了该合金在考虑变形温度对合金杨氏模量和自扩散系数影响的应变补偿物理本构关系。结果表明,基于蠕变指数n=5的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.974和59.3%,说明该物理本构模型不适于表征该合金的流动应力行为;而基于蠕变指数n为变量的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.984和10.6%,说明该物理本构模型能满意地表征该合金的流动应力行为,且其对流动应力的预测能力优于传统的Arrhenius本构模型。

    • 真空熔铸槽型W/CuCrZr复合板界面特征研究

      2023, 52(8):2844-2850. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220631

      摘要 (209) HTML (47) PDF 971.53 K (335) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得高质量的W/CuCrZr复合材料,采用真空熔铸法制备了具有燕尾槽型结构的W/CuCrZr复合板材。通过光学显微镜、扫描电镜及元素能谱分析、显微硬度仪等设备,系统分析了W/CuCrZr复合板结合界面的微观结构特征及力学性能。研究结果表明:在真空度为10-4Pa,加热温度为1100~1200℃真空条件下熔铸制备的W/CuCrZr复合材料,结合界面以平直结构特征为主,界面结合紧密,无明显的缺陷生成。在结合界面处,元素发生明显的互扩散现象,并有明显的带状熔融扩散层生成,扩散层宽度约为6~8μm。W/CuCrZr复合板钨侧的维氏硬度较母材有所提高,而CuCrZr侧的维氏硬度较母材有所降低。

    • 退火温度对高纯钽棒再结晶织构及力学行为的影响

      2023, 52(8):2869-2875. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220642

      摘要 (316) HTML (54) PDF 1.52 M (403) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对冷变形后的高纯钽棒进行不同温度(850~1050℃)的退火处理,研究了退火后的微结构及织构演变规律、再结晶形核与取向的依赖性以及再结晶组织对其力学行为的影响。结果表明,冷变形组织呈{100}和{111}取向分布的纤维状结构,以()[]组分为主的α-织构。退火处理后,高纯钽棒组织分别处于回复阶段(850℃)、完全再结晶(950℃)以及晶粒长大阶段(1050℃)。随着退火温度的增加,α-织构逐渐弱化,γ-织构逐渐形成,尤其是完全再结晶后,α-织构组分完全消失。屈服强度和应变硬化能力随着退火温度的增加而降低,塑韧性得到明显改善,完全再结晶时均匀伸长率达到17.85%。当温度增加到1050℃时,二次再结晶晶粒容易发生沿晶断裂,力学性能较差。

    • Nb涂层N36锆合金退火过程中缺陷演化行为的原位透射电镜研究

      2023, 52(8):2985-2992. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220959

      摘要 (231) HTML (49) PDF 10.43 M (355) 评论 (0) 收藏

      摘要:福岛核事故之后,为锆合金表面涂覆涂层是一种提高核燃料包壳事故容错能力的重要方式。含Nb涂层N36合金辐照后的透射电镜样品利用聚焦离子束进行制备,并通过原位透射电子显微镜研究了氪离子注入后,Nb涂层在退火过程中的气泡生长行为。原位加热结果表明,在退火过程中,界面对气泡的生长存在影响,界面在加热过程中通过对周围气泡的捕获与输送,导致界面附近气泡的生长速度低于远离界面的气泡生长速度。退火后的元素分析表明,辐照与加热均会导致涂层-基体元素扩散距离的增加,其中辐照过程中的元素扩散由热峰混合机制主导。元素的扩散有助于提高涂层的结合性能,并为N36合金提供一定的抗腐蚀能力。

    • >高温合金
    • 激光冲击强化镍基单晶高温合金的电化学腐蚀行为

      2023, 52(8):2721-2731. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220921

      摘要 (256) HTML (58) PDF 4.44 M (374) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用激光冲击强化技术处理了镍基单晶高温合金,随后分别热暴露于750和850 ℃下2 h,研究了其在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明,激光冲击强化处理增加了镍基单晶合金的耐蚀性,这与其诱导的残余压应力和γ/γ′两相中的位错结构有关。γ/γ′两相中非均匀分布的位错增加了两相错配度。热暴露后激光冲击强化试样电化学腐蚀试验表明,残余压应力和两相错配度是影响单晶合金耐蚀性的2个主要因素。残余压应力可以提高单晶合金的耐蚀性,而两相错配度则降低了单晶合金的耐蚀性。此外,单晶合金耐蚀性的提高也与Ta2O5和WO3氧化物的形成有关。

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    • 析出相特征对GH4720Li合金疲劳性能的影响

      2023, 52(8):2851-2858. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220634

      摘要 (219) HTML (56) PDF 1.92 M (358) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对不同温度固溶热处理的GH4720Li合金进行系列疲劳实验,研究合金析出相特征与疲劳性能的关联性。结果表明:固溶温度在1080℃~1120℃,合金中一次γ′相体积分数高,近球形的三次γ′相尺寸逐渐长大,晶粒组织细小、均匀,位错滑移主要是切过和绕过球形的γ′相并留下细小的滑移带,说明γ′析出相可以有效阻碍滑移带的扩展,合金疲劳性能较好;在1140℃,一次γ′相不均匀回溶,合金出现明显的混晶组织,三次γ′相形貌逐渐转变为方形,相互平行的滑移带尺寸明显增大,此时材料内部已发生较大程度的变形,材料的抗疲劳性能降低;在1180℃,一次γ′相完全回溶,合金产生粗大的晶粒组织,滑移带相互交叉,并且穿过晶界,严重降低合金的疲劳抗性。

    • 中温轧制对新型镍基高温合金微观组织和高温力学性能的影响

      2023, 52(8):2859-2868. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220648

      摘要 (264) HTML (49) PDF 1.95 M (383) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用EBSD、SEM、TEM和准静态高温拉伸试验研究了中温轧制变形量对新型镍基高温合金微观组织和高温(760 ℃)力学性能的影响。结果表明,中温轧制变形量对合金高温力学性能影响显著,相比于标准热处理(固溶处理+双级时效)合金试样的高温力学性能(σy=860 MPa,σuts=973 MPa和εf=3.5%),当中温轧制变形量为10%时,合金的σy提高了230 MPa,σuts提高了166 MPa,εf变化不明显,为4.1%;而当中温轧制变形量为80%时,合金的σy提高了190 MPa,σuts提高了165 MPa,εf大幅度增加,为22.5%,实现了合金高温强塑性匹配。760 ℃时合金强度和延伸率的提升是由于变形机制发生改变,随着变形量的增加,合金的主要变形机制由层错剪切向微孪生转变,微孪晶的形成既保证了合金的高温强度,又有利于延伸率的提高。

    • FGH113A (WZ-A3) 粉末高温合金长期组织稳定性研究

      2023, 52(8):2885-2892. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220656

      摘要 (184) HTML (49) PDF 1.99 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪等观察分析了760℃和815℃长期时效下,FGH113A(WZ-A3)合金的晶粒组织、γ′强化相、碳化物等演变规律,通过力学性能测试分析了长期时效对合金拉伸性能的影响。结果表明:760℃和815℃长期时效对合金的晶粒尺寸与形貌均无明显影响。760℃长期时效后合金的γ′强化相尺寸与形貌无明显变化,但815℃长期时效至440h,γ′相开始长大且形貌由近立方状向近球形转化。760℃长期时效2020h后,碳化物由弥散分布的颗粒状,转变为晶界聚集析出连续型碳化物;815℃长期时效440h后,晶内开始析出针状碳化物,2020h后明显可见颗粒状碳化物在晶界富集,晶内针状碳化物持续增多。在704℃和760℃拉伸测试条件下,长期时效760℃/440h和760℃/2020h合金抗拉强度相当,屈服强度在2020h后反而有小幅提升;长期时效815℃下,合金拉伸性能表现出类似规律,拉伸强度较好与晶粒度保持稳定和晶界碳化物的钉扎作用有关。新型镍基粉末高温合金FGH113A在760℃和815℃长期时效下表现出优异的稳定性。

    • C含量对GH4169合金显微组织及力学性能的影响

      2023, 52(8):2926-2934. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220673

      摘要 (238) HTML (49) PDF 772.61 K (395) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究C元素含量对GH4169合金显微组织及力学性能的影响,采用真空感应熔炼、均匀化热处理、锻造和固溶处理得到C含量分别为0.025%、0.044%和0.072%的三种GH4169合金,通过热力学计算和差示扫描量热法研究了不同C含量GH4169合金的平衡相析出行为,并结合显微组织观察、X射线衍射相分析和室温拉伸试验,分析了C含量对GH4169合金显微组织、室温拉伸性能和加工硬化指数的影响。结果表明:C含量的增加会促进GH4169合金中MC和M23C6碳化物的析出,富Nb的MC碳化物含量随C含量的增加呈线性趋势增加。C含量的增加会抑制δ相的析出,对γ′相的析出无显著影响。随C含量的增加,固溶态GH4169合金的晶粒得到细化,室温强度升高,断后伸长率降低,加工硬化指数降低,均匀塑性变形能力降低。MC碳化物及其引起的微孔是导致合金室温拉伸断裂的主要原因。

    • >材料科学
    • 热处理对钛合金激光填药芯焊丝焊接接头组织和性能的影响

      2023, 52(8):2665-2675. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230055

      摘要 (266) HTML (106) PDF 3.47 M (339) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过激光填丝焊接方法并采用自主开发设计的钛合金药芯焊丝,进行TC4钛合金板的焊接,对获得的焊接接头进行920 ℃/1 h+650 ℃/2 h固溶时效处理,并与焊态焊接接头的组织性能进行对比分析。结果表明:热处理态焊接接头焊缝由αp相、αs相集束、αgb相典型的三态组织及点状分布的残留β相构成,未见焊态焊缝中的α'马氏体组织,使焊缝的强度-塑性-韧性得以兼顾;热处理态焊接接头强度降低但延伸率和室温冲击韧性增加;热处理态焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围,韧窝深且均匀,呈微孔聚合韧性断裂。焊态焊接接头中焊缝区晶粒间的取向差大于15°的大角度晶界占比约83.78%;热处理态焊接接头焊缝中晶粒间的取向差大于15°的大角度晶界占比约为90.21%;通过XRD测试,发现焊态焊缝中主要由α'马氏体组成,还有少量极弱的多角度α相衍射峰,而热处理态焊缝中α相衍射峰中心角度位置与焊态焊缝中α'马氏体一致,另外还发现了较为尖锐的β相(110)衍射峰。

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    • 真空自耗电弧熔炼过程中搅拌线圈参数对TC17铸锭成分和组织影响的数值模拟与实验验证

      2023, 52(8):2676-2682. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.E20230005

      摘要 (182) HTML (54) PDF 1.97 M (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用MeltFlow VAR软件建立了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中温度、电磁、流动和溶质场的耦合模型,通过数值模拟与实验验证的方法研究了搅拌电流和周期对TC17钛合金铸锭成分和组织的影响规律。结果表明,铸锭中心的Cr元素浓度从底部逐渐升高,在铸锭头部100 mm范围内出现激增,与铸锭边缘和1/2半径处表现出不同的趋势。施加搅拌磁场,有利于铸锭心部Cr元素的降低和1/2直径处等轴晶区域宽度的减小。增加搅拌线圈电流或延长搅拌磁场的周期,可以降低铸锭心部Cr元素含量并减小1/2直径处等轴晶区域宽度。这主要是因为搅拌磁场引起的角速度,加剧了熔池内湍流的速度。采用工程化规格的TC17铸锭实物解剖可知,铸锭下部柱状晶生长方向发生扰动的位置与Cr含量上升的位置相对应,均与该位置搅拌磁场的作用相关。数值模拟结果与实验数据吻合较好。

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    • Er-Ba复合变质对Mg-2.5Si-4Zn铸造合金组织及性能的影响

      2023, 52(8):2683-2692. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230093

      摘要 (182) HTML (55) PDF 3.88 M (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:镁合金中的强化相Mg2Si可以显著提高合金的硬度、耐磨性,特别是耐高温蠕变性。但铸态过共晶Mg-Si合金中初生Mg2Si棱角粗糙,共晶Mg2Si具有复杂的汉字形态,会严重割裂合金基体。为了改善Mg-2.5Si-4Zn合金的性能,进行了添加Er/Er-Ba的变质实验,并通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)研究了Er/Er-Ba对合金组织和Mg2Si相的影响。利用计算机辅助电子加载拉伸试验机对力学性能进行了测试和分析。结果表明,在Mg-2.5Si-4Zn合金中加入0.6%(质量分数)的Er,其组织中的初生Mg2Si从粗大的树枝状转变为规则的四方块状,而共晶Mg2Si则从粗大的汉字状转变为更复杂的短棒状。随后加入0.8%的Ba后,初生Mg2Si从规则的四边形块状进一步转变为带有沟槽和孔洞的不规则细小块状,共晶Mg2Si在尺寸上细化效果显著,呈点线状弥散分布在合金基体中。当加入0.6%Er和0.8%Ba时,变质效果最佳。经Er-Ba复合变质的Mg-2.5Si-4Zn合金的力学性能得到显著改善,抗拉强度σb和伸长率δ分别提高到168 MPa和5.04%。

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    • AZ31镁合金在高周疲劳过程中微观组织和孪晶演变特征

      2023, 52(8):2693-2701. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230116

      摘要 (197) HTML (52) PDF 3.75 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术研究了室温条件下AZ31镁合金在不同加载频率(3和30 Hz)和不同应力幅值(90,95,100,105,110 MPa)疲劳变形后的组织演变规律及断口形貌特征。结果表明:随着加载应力增加,基体内残余孪晶数量增加,残余孪晶主要以拉伸孪晶形式存在。随着应力幅值的增加晶粒逐渐细化,这是由于在循环过程中,拉伸孪晶演变诱导晶粒细化。随着应力幅值的增加,织构强度显著减弱,这与试样疲劳后的再结晶机制有关。通过对试样疲劳断口的分析,发现孪晶片层处容易引起裂纹萌生,随着应力的增加,试样中裂纹扩展区面积逐渐减小,在疲劳裂纹扩展区观察到明显的疲劳辉纹。最终断裂区表面粗糙,主要存在韧窝、撕裂脊以及二次裂纹等形貌。在最终断裂区可观察到韧窝,韧窝尺寸随着循环应力的增加,在较高加载频率下,韧窝的尺寸与数量均减小。

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    • 不同Cr含量的Ni-Cr合金熔覆层的高温氧化和热腐蚀特性

      2023, 52(8):2702-2710. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230036

      摘要 (236) HTML (59) PDF 3.53 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用激光熔覆技术制备了Cr质量分数为10%、20%和40%的Ni-Cr合金熔覆层,研究了其在900 ℃下的高温氧化特性和600 ℃下Na2SO4+25% K2SO4混合盐中热腐蚀特性。结果表明,Cr含量对熔覆层的高温特性起着关键作用。提高Cr含量对提升熔覆层抗硫酸盐诱导的热腐蚀能力比提升抗循环高温氧化能力更有效。Cr40涂层抗高温氧化和热腐蚀性能最佳。Cr10的氧化产物以NiO为主,极易脱落,内部氧化严重。虽然Cr40表面可以形成单一的Cr2O3层,但热应力和生长应力引起的富Cr氧化物内部开裂,使Cr40的抗循环高温氧化能力仅略好于Cr20。面对热腐蚀时,Cr10表面呈现层状NiO和Ni3S2叠层分布的腐蚀产物,内部腐蚀区也生成了Ni的硫化物。Cr20表面Cr2O3层被破坏,内部腐蚀严重,生成了CrS。Cr40表面生成了致密的Cr2O3保护层,有效地防止了进一步腐蚀。

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    • NdCeFeB快淬带相互作用与磁性能

      2023, 52(8):2732-2736. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230081

      摘要 (175) HTML (46) PDF 1.00 M (288) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用感应熔炼制备名义成分为(Nd1-xCex)2.4Fe14B (x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 0.8, 1.0)的快淬带,研究了Ce取代量对快淬带的相组成、磁性能和微观结构的影响。XRD结果表明,所有快淬带均呈现四方结构(Nd, Ce)2Fe14B相,当Ce取代量超过x=0.6时,快淬带中出现CeFe2相并且CeFe2含量随着Ce取代量的增加而增加。快淬带的剩磁、剩磁比(Mr/Ms)和晶格常数随着Ce含量的增加而减小,当Ce取代量为x=0.2时,快淬带的磁性能为矫顽力1.31×106 A/m,最大磁能积103 kJ/m3。通过小回线和δM曲线研究了快淬带的矫顽力机理和晶粒间交换耦合,在每个样品中都观察到正的δM值,证实了交换耦合相互作用的存在。Ce含量为x=0.2时δM最大值达到0.76,说明快淬带晶粒间交换耦合效应最强,这一结果与剩磁比的变化一致。SEM观察发现,Ce取代量的增加恶化快淬带的柱状晶结构。

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    • 添加RETi元素对Zn-2.5Al-3Mg合金微观结构和耐腐蚀性能的影响

      2023, 52(8):2737-2745. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220941

      摘要 (220) HTML (70) PDF 4.75 M (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用XRD、SEM、TEM和XPS等研究了RE和Ti元素对Zn-2.5Al-3Mg合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Zn-2.5Al-3Mg合金的微观结构由富Zn相、二元共晶(Zn-MgZn2/Mg2Zn11)和三元共晶(Zn/Al/Mg2Zn11)组成,而含有RE和Ti元素的合金中出现了新相(Ce1-xLax)Zn11和Al2Ti。电化学阻抗谱表明,相对于Zn-2.5Al-3Mg合金,Zn-2.5Al-3Mg-0.1RE-0.2Ti合金的耐蚀性得到了显著的提高。XPS分析结果表明,RE元素的添加促进腐蚀产物Zn5(CO3)2(OH)6和MgAl2O4的形成,而RE和Ti元素的同时添加促进腐蚀产物 Zn5(CO3)2(OH)6、ZnAl2O4和MgAl2O4的形成,且都抑制了疏松多孔ZnO的生成。Zn5(CO3)2(OH)6、ZnAl2O4和MgAl2O4能够很好地粘附在试样表面,提供一层致密的保护层,从而提高Zn-2.5Al-3Mg合金的耐腐蚀性。

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    • >材料工艺
    • 铷、铯钨青铜粉末及其透明隔热薄膜的研究

      2023, 52(8):2757-2764. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220619

      摘要 (266) HTML (52) PDF 1.48 M (400) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究不同形貌的铷、铯钨青铜粉末及其薄膜的性能。通过水热反应制备棒状和片状的铷、铯钨青铜纳米粉末,并对粉末进行热处理,之后使用旋涂法在玻璃上制备钨青铜透明隔热薄膜。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对粉末进行表征,并研究其光热性能。使用紫外可见近红外光谱分析钨青铜薄膜近红外屏蔽性能,并测试其隔热性能。结果表明,热处理后的钨青铜粉末具有优异的光热性能,具有光热治疗癌症的应用前景。相比于棒状,片状的铷、铯钨青铜薄膜具有更高的近红外屏蔽率,分别为95%和98.8%。使用片状铷、铯钨青铜薄膜的玻璃室内温度相比使用空白玻璃分别下降了9.4℃和8.5℃。综上,片状铷、铯钨青铜具有优异的近红外屏蔽性能,在节能和光热治疗领域具有巨大的应用前景。

    • 高熔点差三元合金累积叠轧-扩散合金化制备工艺

      2023, 52(8):2765-2774. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220994

      摘要 (263) HTML (48) PDF 6.87 M (398) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决高熔点差多元合金制备方法存在的元素偏析、合金性能受限、制备成本高等问题,提出了高熔点差组元合金的累积叠轧-扩散合金化制备新工艺。采用SEM、EDS、TEM、XRD和万能试验机表征了累积叠轧-扩散合金化Cu-21Ni-5Sn合金的组织和性能,研究了累积叠轧和阶梯式扩散热处理工艺对Cu-21Ni-5Sn合金成分均匀性的影响和机理,并揭示了后续时效制度对Cu-21Ni-5Sn合金性能的影响和机理。结果表明:通过累积叠轧7道次+650 ℃/5 h+1000 ℃/8 h阶梯真空扩散热处理工艺,制备出了元素误差小于5%、成分均匀的Cu-21Ni-5Sn合金。采用累积叠轧实现减薄中间层、缩短扩散距离,增加晶界、位错等原子扩散通道,低熔点Sn元素与Cu、Ni元素在650 ℃形成高熔点(Cu,Ni)3Sn金属间化合物临界层,在1000 ℃高温加速Cu、Ni元素扩散。Cu-21Ni-5Sn合金在40%预冷变形下于470 ℃时效60 min充分调幅分解,基体中析出致密的与基体共格的DO22及L12有序固溶体,与α铜基体之间的取向关系为(-1-1-1 )Cu//(-2-20)DO22,(-200)Cu//(-310)L12。合金抗拉强度达到峰值916 MPa,弹性模量为135.4 GPa,合金导电率达到6.23% IACS。

    • 薄壁GH3536尾喷管组焊变形控制工艺优化仿真

      2023, 52(8):2775-2782. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230082

      摘要 (282) HTML (53) PDF 41.54 M (378) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于SYSWELD仿真平台,利用热-弹-塑性有限元法和固有应变法进行仿真优化,研究焊接工艺对薄壁GH3536尾喷管组件焊接变形的影响。首先进行平板对接工艺试验和热-弹-塑性有限元仿真计算,对焊接热源模型进行校核,获得不同焊接工艺下典型接头的平均固有应变和修正的材料热膨胀系数。建立全尺寸三维尾喷管组件的焊接有限元模型,基于固有应变理论的弹性有限元方法,利用平板对接获得的材料热膨胀系数,计算焊接工艺参数与焊接约束对尾喷管组件焊接变形的影响。结果表明,焊接电流为40A时,薄壁GH3536平板对接焊接头固有应变值最小为0.00660mm,此时尾喷管焊后变形也最小,为推荐使用的最优焊接工艺。在焊缝、进气口和排气口同时进行夹持,尾喷管焊后变形最小,整体变形1.39mm。

    • 大气等离子喷涂TiB2-TiC-Co涂层的组织与性能

      2023, 52(8):2791-2799. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20230028

      摘要 (279) HTML (47) PDF 1.67 M (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用Co-Ti-B4C自蔓延体系合成TiB2-TiC-Co复合陶瓷粉末,并结合大气等离子喷涂技术在Q235 钢基体表面制备TiB2-TiC-Co陶瓷涂层,研究了自蔓延产物和涂层的相组成、显微组织,以及涂层的结合强度和抗磨损性能。结果表明:Co-Ti-B4C体系自蔓延产物的物相中,除了少量剩余的NaCl添加剂衍射峰外,主要由TiB2和TiC陶瓷相的强衍射峰组成;产物断面中,两相陶瓷颗粒细小。随Co含量增加,TiB2-TiC-Co涂层表面盘状组织增多,表面逐渐平滑,截面涂层厚度均匀,组织致密性逐渐增加;结合强度和耐滑动磨损性能呈先升高后降低的变化趋势。Co含量为10wt.%时,涂层的结合强度和耐滑动磨损性能最好,涂层的滑动磨损机制主要为粘着磨损和层状剥落磨损。

    • Fe掺BaZrS3磁性半导体的制备与研究

      2023, 52(8):2800-2804. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220801

      摘要 (176) HTML (61) PDF 96.68 M (345) 评论 (0) 收藏

      摘要:硫族钙钛矿是一类新兴的半导体功能材料,具有独特的电子结构与光电性质。本文采用溶胶-凝胶法结合化学气相反应的方法制备了硫族钙钛矿BaZrS3纳米结构,并且借助掺杂的方法获得了BaZr1-xFexS3磁性半导体,并对其结构和光、磁学等性能进行研究。结果表明,对氧化物钙钛矿BaZrO3进行硫化处理,即用同族的S元素替代O元素,样品仍然可以表现出钙钛矿结构,而且硫化处理可以起到降低带隙宽度的作用。同时用具有局域磁矩的3d过渡族金属元素,如Fe进行钙钛矿B位阳离子掺杂,通过控制Fe的掺杂量同样可以系统地调控样品的带隙宽度,而且对于BaZr99.7Fe0.03S3和BaZr99.5Fe0.05S3样品表现出了室温铁磁性。

    • WO3添加量对超粗硬质合金微观结构及性能影响*

      2023, 52(8):2805-2810. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220593

      摘要 (178) HTML (48) PDF 866.00 K (288) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以WC、WO3、Co、C为原料,通过原位细晶溶解-析出长大法制备了超粗硬质合金,并分析了不同WO3添加量对合金微观结构及性能影响规律。结果表明:初始粉末中加入的WO3和C在烧结过程中将发生原位一步还原碳化反应转化为高活性的细WC,促进溶解-析出长大现象,使超粗硬质合金WC平均晶粒度随着WO3含量增加而增大。同时,WO3添加能够减少粗WC晶粒微观缺陷和曲边的阶梯状表面,平直化晶粒边界,使其形貌趋于形成完整的三角棱柱体,其(0 0 0 1)晶面占比高,能够有效提高合金硬度,阻碍裂纹扩展,增加钴相韧性断裂比例。当WO3添加量为4.20wt.%时,制备的超粗硬质合金具有最大的硬度(1085kgf/mm2)和抗弯强度(2692MPa)。

    • 微量元素Cr对ZL101合金微观组织和力学性能的影响

      2023, 52(8):2811-2818. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220632

      摘要 (220) HTML (49) PDF 1.62 M (325) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用真空电磁感应熔炼炉制备了ZL101-xCr(x=0、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8wt.%)铝合金。利用OM、XRD、SEM、EDS及TEM等测试方法,表征了不同Cr含量实验合金微观组织,并测试其力学性能。结果表明:实验合金主要物相包括初晶α-Al、(α-Al+Si)共晶、Al13Cr4Si4、α-Al12(Cr, Fe)3Si2、富Fe相(β-Al5FeSi和π-AlSiMgFe)。添加微量元素Cr后的实验合金组织均得到细化,随着Cr含量的增加,α-Al树枝晶趋于等轴晶转变,共晶组织区域变窄,富Fe相和共晶Si尺寸变小,在合金共晶组织中形成了Al13Cr4Si4、α-Al12(Cr, Fe)3Si2相。添加Cr元素能够提高合金的过冷度,这对细化合金组织具有积极作用。当Cr含量为0.3%时,铸造合金组织细化变质效果及其力学性能最好,抗拉强度、伸长率分别为182.88Mpa、3.38%。

    • 金属铍热等静压时的动态回复和再结晶行为及其对延性的影响

      2023, 52(8):2819-2827. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220617

      摘要 (177) HTML (47) PDF 1.40 M (302) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用EBSD系统分析热等静压铍晶界分布特征,同时制备无压烧结铍与之对比。发现热等静压铍部分晶粒内部含有十分密集的小晶粒和2°-5°小角晶界,小晶粒尺寸多在几百纳米范围。相反,无压烧结铍晶粒内部不含小晶粒且小角晶界十分稀少,这表明高层错金属铍热等静压时发生了动态回复和再结晶。金属铍热等静压时的动态再结晶行为十分独特,再结晶晶粒在晶内同时大量密集形成,却与基体呈特定取向关系,分别为29°<2 0>/<0001>、59°<2 0>、74°<2 0>、78°<2 11>/<10 0>,及88°<2 0>/<10 0>。这些取向按性质可分为两类,一类为铍的低Σ值重位点阵(CSL)晶界,一类取向轴为铍的滑移方向,其中59°<2 0>和74°<2 0>取向两者皆是。热等静压时铍粉末烧结体高效地回复和再结晶,获得优化的位错结构,是热等静压铍取得高延性的先决条件。提高热等静压温度,能够有效促进铍粉末烧结体的动态回复和再结晶,是提高热等静压延性的有效手段。

    • LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的制备及其抗烧蚀性能

      2023, 52(8):2828-2834. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220623

      摘要 (220) HTML (47) PDF 4.09 M (668) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用料浆浸渍结合树脂浸渍裂解法制备了含9.73 wt.% LaB6的LaB6-C/C预制体,再利用反应熔体浸渍法(RMI)制备了LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料,考察了材料的微观结构和烧蚀行为,探究LaB6对材料抗烧蚀性能的作用机理。结果表明:在热流密度为2380 kw/m2的氧乙炔焰烧蚀120 s后,LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.05×10-3 g/s和2.17×10-3 mm/s,较未改性C/C-ZrC-SiC复合材料分别降低了74.8 %和61.9 %。烧蚀过程中,LaB6发生氧化反应生成La2O3和B2O3,La2O3与ZrO2之间的固溶作用以及化学反应,再加之液态B2O3具有促进固相反应传质的作用,使得材料表面形成大面积连续稳定的ZrO2-La2Zr2O7-La0.1Zr0.9O1.95熔融态保护层,这是材料优异抗烧蚀性能的主要原因。

    • 热解还原法制备镀镍ZrO2增强低银SnAgCu系复合钎料及其钎焊

      2023, 52(8):2876-2884. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220653

      摘要 (192) HTML (47) PDF 1.81 M (345) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用热分解-还原法制备镀镍ZrO2增强相,粉末冶金法制备镀镍ZrO2增强Sn1.0Ag0.5Cu复合钎料,研究了ZrO2纳米颗粒表面金属化以及其对Sn1.0Ag0.5Cu复合钎料的微观结构、材料性能及钎焊接头的影响。结果表明:经机械预处理的ZrO2粒径减小、团聚降低;采用热分解-还原法成功地制备出了镀镍ZrO2增强相,Ni粒子以8-11 nm间距均匀附着于ZrO2表面,ZrO2(02)和Ni(11)界面呈半共格关系;添加适量镀镍ZrO2对Ni/ZrO2-Sn1.0Ag0.5Cu复合材料的熔点、电阻率影响不大,提高了润湿性和抗拉强度,在镀镍ZrO2增强相添加量为0.7 wt.%时Ni/ZrO2-Sn1.0Ag0.5Cu复合钎料抗拉强度、钎焊接头剪切强度均达峰值,较基体材料的相比提高了43.3%、40%。随着Ni-ZrO2增强相的添加,复合钎料钎焊接头的断裂位置由界面IMC层向过渡区的近钎缝侧移动,断裂机制由韧-脆混合断裂逐渐转为韧窝为主的韧性断裂。

    • 近球形MoS2负极材料的强化水热合成与电化学性能

      2023, 52(8):2893-2900. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220662

      摘要 (161) HTML (50) PDF 1.07 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别以钼酸铵和硫脲为钼源和硫源,在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)软模板作用下,采用强化水热法在较短时间内制备出了近球形纯MoS2粉体材料。通过X射线衍射(XRD)、钨灯丝扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM),X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,研究了近球形纯MoS2材料的微观形貌、晶体结构、元素组成及表面价态。结果表明:所制备得到的MoS2材料为由片状二硫化钼所构成的球体,尺寸为150nm左右,经过500℃加热处理2h后,微观形貌不变。经过恒流充放电测试,其在500mA/g的电流密度下,加热处理前的MoS2材料首次放电比容量高达874.7mAh/g,但存在较大的容量衰减,其循环充放电100次后容量保持率仅为53.3%,并且其首次充放电库伦效率仅为68.88%,直到第47次充放电时才稳定在100%;而经过500℃加热处理2h后的MoS2材料充放电的容量损失较小,循环稳定性增强,经过100次充放电后容量达571.3 mAh/g,容量保持率为83.2%,且库伦效率一直为100%稳定不衰减。加热处理后性能提升的原因一方面在于材料中残留氧化钼挥发,材料内部出现部分空隙,从而增大了活性物质与电解液的接触面积。另一方面加热处理提高了材料的结晶性,可以稳定MoS2的晶体结构,抑制嵌锂-脱嵌过程中的体积膨胀问题。

    • 基于球形铍粉制备的铍铝合金的力学性能及热变形研究

      2023, 52(8):2901-2908. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220667

      摘要 (195) HTML (49) PDF 1.22 M (330) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了基于球形铍粉制备的新型变形Be-50wt.%Al合金。热等静压组织中Be相保持了较高的球形率,形状因子大于0.5的Be相占比超过77%,测试了合金的室温拉伸性能,其弹性模量达到171GPa,具有较好的刚性。Be-50Al合金在250℃~550℃温度下的热压缩过程中均表现出低于传统洛克合金的峰值应力,在300℃~350℃下Be-50Al合金应变硬化指数非常稳定,具有良好的均匀塑性变形能力。Be-50Al合金在不同温度下的单轴压缩过程中均表现出以铝相为主导的双相协调变形机制。该合金的室温拉伸断口表现为铍颗粒的解理断裂、铝的韧性断裂和铍铝的界面脱粘,高温下压缩断口主要表现为铝相的撕裂

    • TB6药型罩锻造过程的织构模拟及与铜和钽锻造的对比

      2023, 52(8):2909-2918. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220671

      摘要 (159) HTML (46) PDF 15.99 M (348) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文模拟了药型罩用TB6钛合金在不同锻造工艺下的织构形成规律,并利用钽与铜的模拟结果对比。首先通过有限元方法模拟分析了TB6钛合金四方拔长过程中不同部位温度、等效应力和等效应变的差异,之后利用VPSC(粘塑性自洽模型)模拟不同材料锻造工艺下的织构演变规律并进行对比分析。结果表明,体心立方β相和钽中心织构与边部存在较大的不均匀性,面心立方铜织构类型波动较小;多边拔长有利于弱化四方拔长过程中产生的平行于轴向的{110}强织构;压缩型织构在以后的拔长过程中依旧可以保留。

    • BN对AlN耐火材料烧结性能及抗钛熔体侵蚀性能的影响

      2023, 52(8):2919-2925. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220669

      摘要 (181) HTML (47) PDF 9.15 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:以新型耐火材料AlN为基体,添加不同含量的高活性h-BN及烧结助剂Y2O3,在1850 ℃保温4 h下无压烧结制备出无氧、易加工的AlN/BN耐火复合陶瓷,分析了该复合陶瓷的显微组织,研究了其与TiAl熔体的界面润湿规律及界面反应。结果表明,BN颗粒的加入可以有效填充AlN颗粒间隙,促进复合陶瓷的烧结致密化,当添加5 wt% BN颗粒时,复合陶瓷致密度达到最高,为89.24%。复合陶瓷的组织由AlN、BN及钇铝酸盐Y4Al2O9组成,其中Y4Al2O9主要分布在AlN颗粒界面处。BN颗粒可以降低复合陶瓷与TiAl熔体的界面润湿性,其中含5 wt% BN的复合陶瓷与TiAl熔体的界面润湿角约为136°,表明二者润湿较差,复合陶瓷表现出良好的化学惰性。界面反应实验发现复合陶瓷具有良好的抗TiAl熔体侵蚀性能,其与TiAl熔体的界面平整清晰,界面层厚度为9.5 μm,未发生明显元素扩散,表明了AlN/BN复合陶瓷是一种极具潜力的钛合金熔炼用耐火材料。

    • 退火工艺对29Cr-4Mo超级铁素体不锈钢微观组织的影响

      2023, 52(8):2935-2942. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220675

      摘要 (220) HTML (47) PDF 1.09 M (295) 评论 (0) 收藏

      摘要:以冷轧态29Cr-4Mo超级铁素体不锈钢无缝钢管为研究对象,研究了不同退火工艺对29Cr-4Mo超级铁素体不锈钢无缝钢管冷轧后微观组织的影响。结果表明,29Cr-4Mo超级铁素体不锈钢夹杂物主要成分为Cr2O3·MnO·Al2O3;在900 ℃下保温30 min,晶界三角连接处和夹杂物附近率先生成了少量σ相,σ相析出的平均面积分数随时间的延长而增加,随温度的升高而减少;当温度升高至1000 ℃,保温50 min未见有σ相析出,在900~1050 ℃整个温度区间内未见有χ相析出;建立了Sellars模型下铁素体再结晶晶粒长大经验公式,通过对比分析计算值与实验值,结果显示该公式能准确预测整个退火过程中的平均晶粒尺寸大小。

    • >评述
    • 过渡金属硒化物在锂硫电池中的应用

      2023, 52(8):2943-2952. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220499

      摘要 (262) HTML (46) PDF 1.11 M (424) 评论 (0) 收藏

      摘要:锂硫电池因较高的理论比容量(1675 mAh g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1)成为研究的热点。硫资源丰富,无毒和环境友好等优势也使锂硫电池成为最有前途的储能体系之一。然而,仍然有硫的导电性差、多硫化物在电极之间来回“穿梭”和硫与其还原产物密度差异等问题制约其应用化发展。相关研究表明,过渡金属硒化物具有良好的导电性。基于其极性特征,过渡金属硒化物可以加速氧化还原反应动力学,抑制穿梭效应,改善锂硫电池的电化学性能。本文主要综述了过渡金属硒化物在锂硫电池正极材料以及隔膜等方面的应用,并且对过渡金属硒化物在锂硫电池应用的未来研究方向和发展趋势提出展望。

    • 可降解铝合金在油气田开采中的开发应用进展

      2023, 52(8):2953-2964. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220568

      摘要 (382) HTML (64) PDF 687.20 K (390) 评论 (0) 收藏

      摘要:可降解金属是完成设定功能后,在含水体环境中可分解成粉体的材料。随着非常规油气田开采技术的迭代进步,可降解金属的潜在应用包括但不限于压裂球、桥塞、球座等。本文以可降解铝合金为例,概述了可降解的含义、铝的降解原理、可降解铝在油气田开采装备中的优势;归纳了压裂工具的力学性能、降解性能、环境相容性等要求;介绍了Al-Ga-In-X、Al-Ga-Sn-X和Al-Ga-In-Sn-X(X为Mg、Cu、Zn、Ti等元素)等较为成熟的可降解铝合金体系及降解机理;总结了温度、介质类型、制备技术等影响降解性能的因素;列举了可降解金属在油气田开采装备中的应用案例。提出了目前亟需解决的产学研用合作、行业标准等问题,展望了今后的发展方向。

    • 高熵合金高能束增材制造及性能的研究进展

      2023, 52(8):2965-2977. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220581

      摘要 (311) HTML (54) PDF 10.34 M (485) 评论 (0) 收藏

      摘要:高熵合金(HEA)是目前材料和工程科学领域的研究热点。HEA不同于传统合金,由多种主要元素组成,因此HEA成分数量可能大大超过传统合金。HEA因其独特“近/等摩尔比”的成分构成,具备高硬度、抗氧化、抗腐蚀、耐高温、耐磨等优异的性能。增材制造(AM)与HEA结合可制备出高强度、高塑性、高度复杂几何体的金属零件。本文探讨了目前广泛使用的选区电子束熔化技术(SEBM)、选区激光熔化技术(SLM)、激光熔覆技术(LC)以及等离子熔覆技术(PC)。前两者用于制备块状HEA,后两者用于制备涂层HEA。SEBM制备的HEA延展性好,不易开裂;SLM制备的HEA成形精度、强度、表面光洁度高;LC制备的HEA熔覆层稀释度极低,组织致密;PC制备的HEA熔覆层几乎无气孔、无裂纹。本文系统总结了4种不同AM方法的技术特点,以及制备的HEA相较于传统铸造技术在微观结构特征、力学和耐腐蚀性能方面的优势,并详细介绍其内在机理。本文为开发AM制备高熵合金的前沿技术提供理论思路。

    • >研究快报
    • 锂含量对镁锂合金表面碳酸锂膜层耐蚀性的影响

      2023, 52(8):2978-2984. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220793

      摘要 (172) HTML (57) PDF 182.11 M (396) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用低温等离子体在LAZ141镁锂合金表面制备绿色环保且高耐蚀的碳酸锂膜层是一种全新的镁锂合金表面处理技术,为进一步探索合金中Li含量对所形成的碳酸锂膜层结构及耐蚀性能的影响,本文采用SEM、EDS、EIS和析氢测试等方法对不同Li含量镁锂合金的碳酸锂膜层进行了表征和分析。研究结果表明:合金基体中Li含量决定了膜层中Li2CO3成分的含量,当合金中Li含量达到10 wt. %以上时,膜层外层能够形成主要由Li2CO3成分构成的保护层;电化学测试及析氢结果表明,该保护层能够在0.6 M氯化钠溶液中将膜层阻值提高2个数量级以上并将析氢速率降低3倍以上。

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