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1. 基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展
石磊, 李阳, 肖亦辰, 武传松, 刘会杰
材料工程    2022, 50 (1): 1-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000741
摘要710)   HTML    PDF    收藏
基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。
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2. 锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展
汪晨阳, 张安邦, 常增花, 吴帅锦, 刘智, 庞静
材料工程    2022, 50 (1): 67-79.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000021
摘要542)   HTML    PDF(pc) (10514KB)(540)    收藏
随着人们对锂离子电池需求的日益增加,高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度,除此以外,孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展,总结了多孔电极结构设计要素及制备方法,最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。
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3. 电弧熔丝增材制造铝合金研究进展
韩启飞, 符瑞, 胡锦龙, 郭跃岭, 韩亚峰, 王俊升, 纪涛, 卢继平, 刘长猛
材料工程    2022, 50 (4): 62-73.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000343
摘要438)   HTML6)    PDF(pc) (11774KB)(387)    收藏

电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。

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4. 高熵合金摩擦磨损性能的研究进展
于源, 乔竹辉, 任海波, 刘维民
材料工程    2022, 50 (3): 1-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000823
摘要368)   HTML10)    PDF(pc) (11866KB)(207)    收藏

近年来, 高熵合金成为金属材料领域的研究热点。高熵合金处于相图中心区域, 具有广阔的合金成分空间和组织结构形成可能; 成分和制备工艺的协同调控, 能够获得更丰富的组织结构; 非常规的化学结构有望突破传统抗磨、润滑合金的性能极限。本文讨论了耐磨高熵合金的分类, 分析了化学活泼金属、软金属、难熔金属的添加对高熵合金抗磨、润滑性能的影响规律; 总结了非金属元素和陶瓷相的添加对高熵合金基复合材料摩擦磨损性能的影响; 综述了热处理和表面工程技术对高熵合金表面组织结构和摩擦磨损行为的作用; 讨论了苛刻工况下抗磨润滑高熵合金的设计方法。对未来高熵合金在摩擦磨损领域的研究和应用进行了展望, 高熵合金在解决传统合金的瓶颈问题上具有巨大潜力, 如在极端工况下实现稳定润滑抗磨、保证特定功能作用下实现抗磨。

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5. 镁合金表面氧化石墨烯复合涂层的研究现状
陈燕宁, 吴量, 陈勇花, 程苓, 姚文辉, 潘复生
材料工程    2021, 49 (12): 1-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000291
摘要296)   HTML    PDF(pc) (19911KB)(234)    收藏
镁合金具有密度小、阻尼减振降噪性好和导电性好等优点,是目前工程应用中最轻的金属结构材料。但镁合金电极电位低、易腐蚀的缺点,限制了其在工业上的应用。目前,表面涂层防护技术是提高镁合金耐腐蚀性最有效的方法之一。氧化石墨烯(GO)因具有显著的热学和阻挡性能,在金属保护等方面具有广阔的应用前景。基于GO设计的涂层可以对腐蚀性介质提供良好的物理屏障,已成为防腐蚀涂层的候选材料之一。本文对单一组分的GO纳米片本身存在团聚和相容性差等局限性问题提出了解决方案。主要回顾了GO复合涂层制备方法和类型,总结了在镁合金防腐领域的最新研究进展,并深入分析了其保护机理。最后,对GO运用到的镁合金表面腐蚀防护涂层的未来发展趋势进行展望。重点阐述了镁合金表面氧化石墨烯复合涂层的制备方式以及种类,综合说明了镁合金表面氧化石墨烯涂层的研究进展以及腐蚀保护机制。
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6. 难熔高熵合金制备及性能研究进展
姜萱, 陈林, 郝轩弘, 王悦怡, 张晓伟, 刘洪喜
材料工程    2022, 50 (3): 33-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000582
摘要269)   HTML2)    PDF(pc) (752KB)(177)    收藏

本文简述了难熔高熵合金的含义与特点, 归纳了各类难熔高熵合金(块体、薄膜、涂层)的制备方法, 重点阐述了难熔高熵合金的综合性能。建议通过构建专门的难熔高熵合金数据库优化成分设计, 并着重于不同制备方法的工艺性研究。针对目前难熔高熵合金存在室温脆性大、密度大、成本高等不足, 提出可根据所需难熔高熵合金的性能而选择不同的制备方法, 以便未来工业化应用。

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7. 柔性储能电池电极的设计、制备与应用
黄英, 陈晨, 李超, 王佳明, 张帅, 张政, 贾全兴, 路梦伟, 韩小鹏, 高小刚
材料工程    2022, 50 (4): 1-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000512
摘要259)   HTML16)    PDF(pc) (22299KB)(297)    收藏

随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分,是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展,又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此,柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状,着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析,并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后,指出了柔性储能器件目前所面临的问题,并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。

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8. 激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展
姜明明, 孙树峰, 王津, 王萍萍, 孙晓雨, 邵晶, 刘纪新, 曹爱霞, 孙维丽, 陈希章
材料工程    2022, 50 (3): 18-32.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000605
摘要243)   HTML7)    PDF(pc) (15631KB)(348)    收藏

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面, 约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗, 降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法, 能够使涂层与基体实现良好的冶金结合, 以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能, 如硬度、塑性和韧性; 熔覆过程中产生的缺陷, 如表面粗糙不平、气孔和裂纹; 摩擦工况, 如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先, 阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响; 其次, 概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响; 最后, 对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析, 并对未来的发展趋势进行了展望, 如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。

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9. 碳纳米纤维增强聚酰亚胺复合气凝胶的合成与性能
章玲, 王雪, 李家强, 罗楚养, 张威, 张礼颖
材料工程    2022, 50 (1): 125-131.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000166
摘要238)   HTML    PDF(pc) (8322KB)(245)    收藏
以4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)为单体,酸化碳纳米纤维(a-CNF)为增强材料,采用溶胶-凝胶方式成型,运用冷冻干燥技术制备PI复合气凝胶。对复合气凝胶的形貌、隔热、吸波以及压缩性能等进行表征分析。研究结果表明:随着a-CNF含量的增加,PI复合气凝胶的收缩率从45.52%降至35.32%,密度也随之从0.084 g/cm 3降至0.069 g/cm 3,气凝胶孔洞分布呈增大增宽趋势。a-CNF的引入有效抑制了PI复合气凝胶的收缩率,热导率降低;整个体系的导电损耗增加,同时由于气凝胶的多孔结构提供了较好的阻抗匹配,使得PI复合气凝胶的反射损耗(RL)在8.3 GHz达到-9.7 dB。加入质量分数为15%的CNF/PI复合气凝胶压缩强度和压缩模量分别是纯PI气凝胶的近1.5倍和2倍。
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10. 碳纤维增强树脂基复合材料与铝/镁合金连接研究进展
金启豪, 陈娟, 彭立明, 李子言, 阎熙, 李春曦, 侯城成, 袁铭扬
材料工程    2022, 50 (1): 15-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000524
摘要236)   HTML    PDF(pc) (11388KB)(354)    收藏
运载工具的轻量化是解决当前能源危机和环境问题的重要手段之一,得到国内外学者的高度重视。碳纤维增强树脂基(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)复合材料和以铝镁为代表的轻合金具有一系列优异的力学性能与加工特性,是极具应用前景的轻量化材料,实现这两种材料之间的有效连接,成为当下研究的热点。然而由于异种材料之间理化性能差异较大,在生产过程中混合应用多种轻量化材料仍面临巨大挑战。本文通过对胶接、机械紧固、搅拌摩擦及其变种工艺连接技术的研究进展、优缺点、发展趋势进行汇总分析,考察不同连接方式下获得接头的微观形貌,总结了CFRP与铝镁轻合金搅拌摩擦连接的三种机理包括宏观锚定、微观机械嵌合与化学键连接。最后,基于以上三种连接机理,指出进一步提升混合接头性能的关键在于增大金属母材表面粗糙度,增加熔融高分子面积和采用混合连接工艺。
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11. 生物医用镁合金耐腐蚀性能研究进展
汪荣香, 洪立鑫, 章晓波
材料工程    2021, 49 (12): 14-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000292
摘要214)   HTML    PDF(pc) (19404KB)(176)    收藏
生物医用镁合金具有高比强度、低密度、合适的弹性模量、可降解性、良好的生物相容性及生物力学相容性等优点,在骨科固定和心血管支架等领域具有广泛的临床应用前景。然而,由于镁合金腐蚀过快和不均匀腐蚀等问题,易导致其过早丧失力学完整性,从而限制了其在承重部位的临床应用。本文从镁合金腐蚀类型、影响腐蚀性能的自身因素及外部因素、提高镁合金自身耐蚀性能及表面改性等方面系统综述了近年来的研究进展,并对生物镁合金耐蚀性能研究的未来发展趋势进行了展望:一方面,通过低合金化、高纯化及细晶化等手段改善镁合金自身耐腐蚀性能;另一方面,从耐蚀、抗菌及载药等方面着手设计可靠涂层;此外,研究镁合金植入器械的腐蚀降解行为及机理还需综合考虑腐蚀介质流场应力等体内服役因素。
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12. 电子皮肤热点核心材料及其在生命健康领域中的应用研究进展
张晟, 曾俊彦, 尚方方, 曾祥琼
材料工程    2022, 50 (2): 23-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000318
摘要202)   HTML4)    PDF(pc) (9103KB)(126)    收藏

人体皮肤能够感知外界的信息,在与外界交流中起着重要的作用。模仿人体皮肤特性和环境感知能力的电子皮肤在医疗监控、仿生假肢与机器人触觉感知等领域中有着广泛的应用。与传统的可穿戴传感器相比,电子皮肤更轻、更灵活、更具延展性,而且具有无线、透明、与人体皮肤兼容等特性,已成为新兴的研究领域之一。电子皮肤可以连续检测人体的大量物理和生化参数、人体运动、气体等,以实时监测人体健康、体育运动以及各种环境中的气体。本文综述了电子皮肤所使用的最新材料,包括零维(0D)、一维(1D)、二维(2D)和三维(3D)微纳米材料、聚合物材料、水凝胶材料及其复合材料等;详细归纳了基于这些热点核心材料所构建的电子皮肤在健康监测、运动监测以及气体监测等生命健康领域中的应用;指出了电子皮肤在研究过程中依然存在着成本高、工艺复杂等技术难题,但电子皮肤发展趋势朝着多功能化和多种外界刺激同步检测发展,并且在医疗设备、机器技术及未来的制造领域中应用前景广阔。

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13. 生物态碳-陶瓷基复合材料制备方法的研究现状
李国青, 杨丽霞, 余敏
材料工程    2022, 50 (10): 1-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000171
摘要202)   HTML35)    PDF(pc) (19025KB)(131)    收藏

近年来,碳-陶瓷基复合材料因其耐高温、低密度、抗腐蚀性能好、热膨胀系数低、性能可设计性强等特点成为研究热点之一,将生物态材料的多孔结构引入陶瓷基体中制备具有生物形态的碳-陶瓷复合材料的研究已引起关注。本文综述了生物态碳-陶瓷基复合材料的多孔结构、制备工艺、性能以及应用前景。强调设计材料微观结构的重要性,并详细介绍了碳-陶瓷基复合材料制备过程中的关键技术——渗透技术,包括:化学气相渗透、熔融渗透、溶胶凝胶渗透、料浆渗透、聚合物前驱体渗透、熔盐渗透六种渗透技术,并对其存在的问题提出解决方案。综述了生物态碳-陶瓷基复合材料压缩强度和断裂强度等性能,对未来的性能研究方向提出建议,指出应测试高温、强酸强碱、冷热交替环境下材料的力学性能。探讨生物态碳-陶瓷基复合材料在航空发动机叶片、汽车尾气净化器、催化剂载体三个方面的潜在应用,概述在复杂成型、较强的力学性能和热稳定性等方面的挑战和实际局限性。最后,对生物形态的碳-陶瓷基复合材料制备工艺的改进、力学性能的研究进行展望,为生物态碳-陶瓷基复合材料的研制和应用提供理论依据和参考。

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14. 二维纳米材料MXenes及其复合物在电催化领域中的应用研究进展
王佳佳, 喻兰兰, 胡霞, 刘宝军
材料工程    2022, 50 (1): 43-55.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001060
摘要198)   HTML    PDF(pc) (9917KB)(245)    收藏
MXenes作为一种新兴的二维层状过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化合物,近年来被广泛应用于物理、化学、材料科学和纳米技术领域当中。MXenes制备过程中会不可避免地出现缺陷和—O,—OH,—F官能团,同时具备高的电导率和大的比表面积,使得MXenes具有良好的电子转移速率,可作为一种优良的电化学催化剂。本文综述了MXenes在电催化领域的研究进展,介绍了MXenes多种合成方法、不同掺杂类型的发展现状,重点讨论了其在电催化产氢、产氧、氧气还原、CO 2还原以及氮气还原过程中的应用及机理研究,并指出目前MXenes制备方法应朝着环境友好、形貌可控、难以氧化和高的可调节性方向发展,以便应用于不同的电催化反应中。
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15. 牙科陶瓷材料的摩擦学性能研究进展
雷磊, 伍雨驰, 程子晋, 刘莉, 郑靖
材料工程    2022, 50 (2): 1-11.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000295
摘要197)   HTML50)    PDF(pc) (10043KB)(89)    收藏

陶瓷材料因其优异的耐磨性、化学稳定性、生物相容性和美观性被广泛用于牙齿缺损和缺失修复。本文首先介绍了牙科陶瓷材料的化学成分、微观结构和力学性能,基于陶瓷材料的磨损与磨蚀机制,归纳总结了牙科陶瓷材料摩擦学性能优化方面所取得的进展,指出陶瓷材料和天然人牙摩擦学性能失配严重制约了陶瓷修复体的临床应用,进而从室验介质、对摩副以及载荷、位移和循环次数等方面分析汇总牙科陶瓷材料摩擦学性能的体外测试方法。最后,从仿生摩擦学角度探讨了牙科陶瓷材料的未来发展趋势,并指出研制仿生陶瓷基复合材料是解决陶瓷修复体与天然人牙摩擦学性能失配难题最具潜力的策略。

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16. 可降解水凝胶作为关节软骨修复材料的研究进展
吴晓芳, 陈凯, 张德坤
材料工程    2022, 50 (2): 12-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000193
摘要193)   HTML15)    PDF(pc) (4018KB)(106)    收藏

可降解水凝胶因其良好的生物相容性和生物降解性被广泛用于关节软骨的修复和再生。本文以可降解水凝胶在软骨组织工程中的三类应用策略为主线,概述了用于原位成型可注射水凝胶的蛋白多糖类材料及纳米复合类材料;系统总结了传统工艺制造组织工程支架的优缺点及多种工艺结合的制备方法;重点归纳了近年来3D打印组织工程支架从纯软骨到骨/软骨一体化、从单层到多层的研究进展;最后分析了可降解水凝胶作为关节软骨支架材料在微观定向结构和生物活性功能化方面的局限性,并作出展望:未来开展多材料、多尺度、多诱导的高仿生梯度支架是关节软骨组织工程的一个重要研究方向。

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17. 高性能软磁合金的研究进展
计植耀, 马跃, 王清, 董闯
材料工程    2022, 50 (3): 69-80.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000299
摘要192)   HTML3)    PDF(pc) (7082KB)(107)    收藏

软磁材料是一种极为重要且应用十分广泛的能源材料, 近年来, 随着磁性元件的日益高频化和小型化, 以及节能环保的号召, 开发和研究高性能软磁材料具有重要意义。本工作概述了软磁合金的发展历史, 重点归纳出各类软磁合金(包括传统软磁合金、非晶/纳米晶软磁合金、高熵软磁合金)的成分、微观组织、磁性能以及应用范围, 并总结出不同软磁合金的优、缺点; 指出典型合金的微观组织对合金软磁性能(尤其矫顽力)具有关键性的主导作用, 进而探讨了影响软磁合金矫顽力的因素及其微观机制, 发现控制晶粒尺寸(或纳米粒子尺寸)是获得低矫顽力的关键, 并描述了矫顽力的微观影响机制在高熵软磁合金中的发展; 最后, 展望了高熵软磁合金因多主元混合的成分特性带来的组织多样化, 更有利于实现对合金性能的调控, 并有望作为新一代高温软磁体材料。

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18. 高温下前驱膜形成机制的研究进展
刘禄, 朱文琦, 林巧力
材料工程    2022, 50 (5): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000277
摘要190)   HTML11)    PDF(pc) (10174KB)(129)    收藏

本文综述了高温下前驱膜的形成机制,即表面扩散机制、蒸发-凝结机制、皮下渗透机制和快速吸附-薄层漫流机制。在实验表征的金属/金属润湿体系中,最有可能的机制为皮下渗透机制,其形成与表观接触角、接触半径、固体金属与氧化膜的间隙大小有关。在金属/陶瓷体系中,前驱膜的形成通常为快速吸附-薄层漫流机制。前驱膜为吸附机制时,需要满足液/固界面的相对惰性和高亲和力这一矛盾体。同时介绍了高温反应润湿体系中,前驱膜的另一种可能的机制,即薄膜传输机制;指出研究前驱膜的难点在于前驱膜的不可预测性和不稳定性,其发展方向应趋于系统化,并建立相应的理论模型。

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19. 难熔高熵合金NbMoTaWTi/Zr的高温氧化行为
王鑫, 万义兴, 张平, 单彩霞, 谢莹莹, 梁秀兵
材料工程    2021, 49 (12): 100-106.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000917
摘要185)   HTML    PDF(pc) (23447KB)(131)    收藏
采用真空电弧熔炼法制备NbMoTaWTi和NbMoTaWZr难熔高熵合金,分析合金组织结构与元素分布,研究两种合金从室温到1500℃的动态氧化行为以及1200℃的恒温氧化行为。结果表明:NbMoTaWTi合金主要由单一BCC固溶体相组成,而NbMoTaWZr合金则由BCC固溶体和富Zr相两相组成。两种合金在700℃以上温度均发生了剧烈的氧化反应。相比较而言,NbMoTaWTi合金在1300℃以下的抗氧化能力优于NbMoTaWZr合金。两种合金在1200℃恒温氧化时都以氧向内扩散为主,氧化3 h后均发生了严重氧化。Ti和Zr的添加均未发生选择性氧化现象,虽然与其他难熔金属氧化物形成复合氧化物层,但其致密度不够,阻止氧化能力不足。
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20. 功能性填料改性聚合物材料的摩擦学研究进展
万长鑫, 詹胜鹏, 陈辉, 李银华, 贾丹, 李健, 段海涛
材料工程    2022, 50 (2): 73-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000435
摘要177)   HTML1)    PDF(pc) (7686KB)(132)    收藏

聚合物材料因其质轻、价廉、耐腐蚀以及优异的自润滑特性而广泛应用于工程机械润滑领域中。加入功能性减摩和增强填料复合改性聚合物树脂可以克服本征型高分子材料的一些固有缺陷,得到低摩擦因数、高耐磨性、高承载力以及耐高温等优异特性的摩擦学复合材料。本文综述了功能性填料如碳基材料、过渡金属硫化物、微胶囊、软金属、陶瓷纳米颗粒、矿物盐以及自润滑高分子对复合材料的减摩抗磨效果及机理。同时,力学性能是保证聚合物材料服役性能和使役寿命的关键参数,也会对材料的摩擦学性能带来显著影响。本文还重点论述了纳米颗粒和纤维等填料对复合材料的增强和增韧机理。最后,展望了功能性填料对力学性能与摩擦学性能的协效作用,以及计算机模拟在复合材料摩擦学中应用的发展趋势。

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21. 合金元素对镁合金耐腐蚀性能影响的研究进展
阴明, 孙俊丽, 鲍同尧, 刘笑达, 杜华云, 卫英慧, 侯利锋
材料工程    2021, 49 (12): 28-39.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000289
摘要176)   HTML    PDF(pc) (17200KB)(130)    收藏
镁及其合金作为最轻的金属结构材料,在产品轻量化方面具有巨大的应用潜力。然而,金属镁具有较强的腐蚀敏感性,且表面形成的氢氧化镁膜疏松多孔,几乎无保护性,这导致其应用受到限制。如何提高镁的耐腐蚀性已经成为制约其应用的世界性难题。合金化是从根本上改善镁合金耐蚀性的方法之一。基于此,本文从合金元素对镁腐蚀行为的影响出发,阐述纯镁的腐蚀机理和合金元素对镁合金腐蚀性能的影响机制,归纳合金元素对镁合金所产生的保护机制及其相应特征,这可以为开发新型镁合金和改善镁合金的耐蚀性提供一定的借鉴。此外,本文有助于更好地理解镁合金腐蚀行为。目前,还没有一种镁合金能像铝合金或不锈钢一样具有较好的耐蚀性,因此耐蚀镁合金的开发还需要进一步研究。本文为镁合金中元素之间的交互关系提供理论基础,可对新型耐蚀镁合金的开发提供思路。元素之间的协同作用会对新型耐蚀镁合金设计、工艺及性能有较大影响,随着研究的深入,期望构建出类似"不锈钢"的新型耐蚀镁合金。
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22. Ru对镍基单晶高温合金凝固特性、TCP相析出及蠕变性能影响的研究进展
曹凯莉, 杨文超, 屈鹏飞, 黄太文, 郭敏, 苏海军, 张军, 刘林
材料工程    2022, 50 (1): 80-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001084
摘要175)   HTML    PDF(pc) (16776KB)(203)    收藏
镍基单晶高温合金因优异的高温力学性能而被广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。Ru元素作为第四代、第五代镍基单晶高温合金的主要特征元素,其添加对合金从凝固特性到最终的服役性能都起到关键的影响。本文从镍基单晶高温合金的凝固特性、凝固组织、TCP相析出及蠕变性能等方面出发,综述了Ru元素对镍基单晶高温合金影响的研究进展,系统分析了Ru的添加对合金凝固路径、凝固特征温度、微观偏析等凝固特性及共晶、碳化物等凝固组织的影响规律,并重点探究了Ru的添加能抑制TCP相析出及提高合金蠕变性能的原因。目前由于多组元交互作用对组织与性能影响机理的复杂性,使得含Ru高温合金的成分设计与优化具有更高的挑战,建议未来含Ru高温合金的相关研究从富Ru新相的析出原因及抑制、Ru添加对凝固缺陷的影响及Ru与其他元素交互作用对"逆分配"效应及TCP相析出的影响机制等方面做进一步探究,为发展新型高性能含Ru高温合金的设计提供思路。
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23. 纳米材料模拟酶应用进展
吴鹏, 陈诚, 赵雪伶, 林东海
材料工程    2022, 50 (2): 62-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000073
摘要172)   HTML1)    PDF(pc) (5203KB)(97)    收藏

天然酶是人体活细胞产生的微量蛋白质,正是由于酶的存在,生物体的日常运行才能有序进行。目前,酶在生物医药、催化和检测等领域有着广泛的应用。然而天然酶存在易失活、稳定性差、合成困难、纯化复杂、价格昂贵等缺点,阻碍了其大规模应用。近几十年来,纳米材料模拟酶作为新一代人工酶,由于其稳定性高和重复性好等优点,逐渐成为天然酶的替代品。纳米材料模拟酶在许多领域发挥着重要作用,本文重点介绍了纳米材料模拟酶在电化学传感领域检测O2·-和丹参酸,还可以检测谷胱甘肽、葡萄糖、胆固醇以及H2O2等生物小分子,在环境污染防治领域中能够有效检测重金属盐类和农药的含量,纳米模拟酶还能够通过检测特定序列的DNA对癌症、病毒感染等疾病做出提前预防。今后的重点研究方向将聚焦在纳米模拟酶之间的偶联、反应机理研究、优化酶反应环境和解决底物选择性等方面。

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24. 骨软骨组织工程仿生梯度支架研究进展
万李, 王海蟒, 蔡谞, 胡刻铭, 岳文, 张洪玉
材料工程    2022, 50 (2): 38-49.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000185
摘要168)   HTML1)    PDF(pc) (7460KB)(100)    收藏

骨软骨缺损是导致关节发病和残疾的重要原因,骨软骨组织工程是修复骨软骨缺损的方法之一。骨软骨组织工程方法涉及仿生梯度支架的制造,该支架需模仿天然骨软骨组织的生理特性(例如从软骨表面到软骨下骨之间的梯度过渡)。在许多研究中骨软骨仿生梯度支架表现为离散梯度或连续梯度,用于模仿骨软骨组织的特性,例如生物化学组成、结构和力学性能。连续型骨软骨梯度支架的优点是其每层之间没有明显的界面,因此更相似地模拟天然骨软骨组织。到目前为止,骨软骨仿生梯度支架在骨软骨缺损修复研究中已经取得了良好的实验结果,但是骨软骨仿生梯度支架与天然骨软骨组织之间仍然存在差异,其临床应用还需要进一步研究。本文首先从骨软骨缺损的背景、微尺度结构与力学性能、骨软骨仿生梯度支架制造相关的材料与方法等方面概述了离散和连续梯度支架的研究进展。其次,由于3D打印骨软骨仿生梯度支架的方法能够精确控制支架孔的几何形状和力学性能,因此进一步介绍了计算仿真模型在骨软骨组织工程中的应用,例如采用仿真模型优化支架结构和力学性能以预测组织再生。最后,提出了骨软骨缺损修复相关的挑战以及骨软骨组织再生未来研究的展望。例如,连续型骨软骨仿生梯度支架需要更相似地模拟天然骨软骨组织单元的结构,即力学性能和生化性能的过渡更加自然地平滑。同时,虽然大多数骨软骨仿生梯度支架在体内外实验中均取得了良好的效果,但临床研究和应用仍然需要进行进一步深入研究。

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25. 三维石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及其性能
王牧, 曾夏茂, 苗霞, 魏浩光, 周仕明, 冯岸超
材料工程    2022, 50 (1): 117-124.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001180
摘要168)   HTML    PDF(pc) (14198KB)(140)    收藏
通过三步法及真空辅助浸渍的方法制备了石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料,该复合材料质轻并且内部的多孔石墨烯-吡咯气凝胶具有较为均一的三维结构,在与环氧树脂复合之后,这种三维结构也能很好地保留。石墨烯的三维网络为电子传导提供了快速通道,使材料的导电性能显著提高,仅有0.23%(质量分数)填料含量的石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1% P,1300℃)的电导率可以达到67.1 S/m。石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1% P,1300℃)的电磁屏蔽性能在8~12 GHz可以达到33 dB,更重要的是石墨烯-吡咯气凝胶骨架还起到了增强环氧树脂基体力学性能的作用,弯曲强度和弯曲模量与环氧树脂基体相比分别提高了60.93%和25.98%(10G-5% P,180℃),石墨烯-吡咯气凝胶的三维结构可以有效地改善材料整体的电磁屏蔽性能以及力学性能。
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26. 镁合金阳极的析氢、效率与电偶腐蚀放大效应
黄居峰, 宋光铃
材料工程    2021, 49 (12): 48-56.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000287
摘要166)   HTML    PDF(pc) (7406KB)(162)    收藏
为了解决镁工程应用公认的主要障碍——电偶腐蚀,探明镁合金固有的负差数效应导致的阳极溶解异常放大和阳极析氢现象,本文通过阳极化镁的析氢速率、镁丝阵列电极、材料表面微观技术的测量,以及部分膜单价镁离子机制的理论推导和分析,发现阳极析氢对镁的"负差数效应"和电偶腐蚀有极强的加速作用;电极表面的微电偶并非强阳极极化条件下镁阳极效率低的根本原因;锌离子的"次生效应"对镁阳极过程有一定的抑制作用;镁表面膜的保护性是决定阳极析氢、电流效率、电偶腐蚀放大效应的关键因素。
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27. 元素固溶与析出对镁合金耐蚀性影响的研究进展
蒋诗语, 袁媛, 陈涛, 谷达冲
材料工程    2021, 49 (12): 40-47.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000286
摘要163)   HTML    PDF(pc) (751KB)(120)    收藏
合金元素的固溶与析出改变了镁基体相电位和第二相的种类,从而显著影响镁合金的微电偶腐蚀行为。本文综述了元素固溶与析出对镁合金耐蚀性影响的研究现状,总结了典型合金元素在镁合金中固溶析出的典型第二相,重点阐述了基于热力学和动力学分析常见镁合金系中的固溶和析出行为对镁合金的腐蚀行为的影响,指出了良好的镁合金候选材料应具备的条件,提出了提高镁合金本征耐蚀性的设计方法,未来研究重点应通过调控镁合金中合金元素的种类和数量来降低镁合金腐蚀速率,扩大合金应用范围。
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28. 高镍三元锂离子电池低温放电性能研究进展
韩富娟, 常增花, 赵金玲, 王仁念, 丁海洋, 卢世刚
材料工程    2022, 50 (9): 1-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000485
摘要163)   HTML11)    PDF(pc) (1271KB)(138)    收藏

随着新能源汽车产业的迅速发展,消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池,但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展,重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素,一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响;另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施,其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面,对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。

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29. 激光选区熔化成形高强铝合金晶粒细化抑制裂纹研究现状
刘小辉, 刘允中
材料工程    2022, 50 (8): 1-16.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000160
摘要162)   HTML10)    PDF(pc) (1665KB)(147)    收藏

高强铝合金(2×××, 7×××等)因具有比强度高、加工性好等优点而被航空航天、汽车等领域广泛应用。随着大推重比飞行器设计及汽车轻量化技术的发展, 轻质结构材料的需求日益增加, 同时零部件也面临着"薄壁化、中空化、复合化"的发展趋势, 高强铝合金的传统加工方法越来越难以满足要求。近年来, 激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)作为一种常见的金属增材制造技术(additive manufacturing, AM)在复杂零部件成形领域受到关注, 有望成为进一步拓宽高强铝合金应用领域的新兴技术。然而, SLM成形高强铝合金因易产生周期性热裂纹和粗大柱状晶不良组织等问题而发展缓慢, 晶粒细化是克服增材制造高强铝合金这一固有热裂问题的关键所在。本文综述了近年来SLM成形高强铝合金显微组织和力学性能调控等方面的研究进展, 归纳了不同体系合金的力学性能, 重点阐述了抑制SLM成形高强铝合金中热裂纹形成的主要策略, 包括SLM工艺参数优化以及通过微合金化或添加纳米颗粒细化晶粒等方法。指出当前研究存在的主要问题是合金成分的改变对材料综合性能以及热处理制度的影响规律尚不清晰等, 并展望了未来的发展趋势, 如SLM成形新型高强铝合金成分设计与综合性能评价、利用后处理工艺等手段进一步提升合金综合性能以及专用晶粒细化剂的设计与细化机制探究等。

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30. 铝/钢异种金属的超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺
吴程浩, 刘涛, 高嵩, 石磊, 刘洪涛
材料工程    2022, 50 (1): 33-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000338
摘要159)   HTML    PDF(pc) (14181KB)(94)    收藏
采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金以及QP980高强钢的搭接焊,对比分析了有无超声作用下,接头的宏观形貌、微观组织和拉伸剪切性能,同时研究了超声振动对焊接载荷的影响。结果表明:焊接前对母材施加超声振动,可以起到软化母材的作用,促进了材料的塑性流动,扩大了铝/钢界面区和焊核区,使更多的钢颗粒随搅拌针旋转进入铝合金侧,在界面区边缘形成钩状结构,进而提高了接头的失效载荷;超声改变了FSW接头断裂位置和断口形貌,提高了接头力学性能,在本实验工艺参数范围内,接头最大的平均失效载荷为4.99 kN;当焊接速度为90 mm/min,下压量为0.1 mm时,施加超声振动使接头的平均失效载荷提高了0.98 kN,拉剪性能提升28.24%;施加超声振动后轴向力 Fz、搅拌头扭矩 M t和主轴输出功率分别下降2.46%,6.44%和4.59%。
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31. 固态电解质中的聚合物复合体系研究进展
董常熠, 于德梅
材料工程    2022, 50 (4): 15-35.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000442
摘要159)   HTML6)    PDF(pc) (9599KB)(110)    收藏

固态聚合物电解质因其质量轻、柔性好,且与电极材料接触良好、界面阻抗小,成为开发新一代高能量密度、高安全性乃至高柔韧性电化学器件的潜在材料,近年来获得了广泛关注。但因其离子电导率低、力学性能差等缺陷也成为限制其进一步商业化的关键问题。通过交联、共混、共聚等手段组成聚合物的复合体系有可能很好地解决这些问题,因此本文首先对聚合物中的离子导电机理进行了简要介绍,旨在从原理的角度阐释上述问题的解决策略;随后综述了近年来多种聚合物基复合电解质在电化学器件中的应用以及改性策略。最后对复合固态聚合物电解质目前面临的基础研究和实际应用问题进行了讨论,给出了解决这些问题的建议,以期为新型聚合物复合固态电解质的设计与制备提供新思路。

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32. Zn层添加AZ31/7075合金复合成形工艺及组织与性能研究
余晖, 任军超, 杨鑫, 郭舒龙, 余炜, 冯建航, 殷福星, 辛光善
材料工程    2022, 50 (3): 157-165.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000140
摘要159)   HTML0)    PDF(pc) (23461KB)(75)    收藏

通过在异种材料界面添加厚度为100 μm的Zn箔,采用预挤压与孔型轧制复合工艺成功制备出AZ31/7075复合材料,并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)对复合界面进行表征及显微硬度测试,探究Zn过渡层在挤压复合孔型轧制过程中对产品的影响。结果表明:7075硬质铝合金芯部可细化AZ31镁合金,引入Zn过渡层可减少或者避免镁铝系金属间化合物生成;挤压及变形温升使Mg-Zn互扩散形成的低熔点共晶相熔化,同时加速元素自固相向液相扩散;然而降温冷却使Mg-Zn扩散层易出现不连续裂缝,但后续孔型轧制可显著改善;Mg-Zn扩散层经变形生成的MgZn2金属间化合物具备较高的显微硬度(161HV),但Mg-Zn扩散层变形后厚度则较薄,结合层整体硬度变化不明显。

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33. AZ80镁合金表面冷喷涂铝/微弧氧化复合涂层耐蚀性能
李忠盛, 吴护林, 丁星星, 黄安畏, 宋凯强, 詹青青, 丛大龙
材料工程    2021, 49 (12): 57-64.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000294
摘要156)   HTML    PDF(pc) (9803KB)(112)    收藏
采用冷喷涂技术在AZ80镁合金表面制备一层纯铝涂层,然后通过微弧氧化技术在纯铝涂层表面成功制备纯铝/氧化铝复合涂层。使用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析涂层的表面和截面形貌、成分、相结构,并利用动电位扫描技术和电化学阻抗谱研究涂层在3.5% NaCl (质量分数)溶液中浸泡不同时间(30 min和7天)的腐蚀行为。结果表明:浸泡30 min后,纯铝涂层和纯铝/氧化铝复合涂层的腐蚀电流密度分别为3.7×10 -6,8.0×10 -7 A·cm -2;浸泡7天后,腐蚀电流密度分别为9.0×10 -6,1.8×10 -6 A·cm -2,纯铝/氧化铝复合涂层和冷喷涂铝涂层均能有效延缓镁合金基体腐蚀。其中,微弧氧化复合涂层的耐蚀性约为冷喷涂纯铝涂层的5倍,耐蚀性的进一步提高归因于微弧氧化陶瓷层优异的物理屏障作用。
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34. 光生阴极保护技术的研究进展及其存在的问题
陈凡伟, 刘斌, 蹇冬辉, 刘思琪, 刘术辉, 徐大伟
材料工程    2021, 49 (12): 83-90.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000469
摘要146)   HTML    PDF(pc) (1652KB)(87)    收藏
本文综述了近年来光生阴极保护在拓宽光吸收范围、提升电子-空穴分离率与电子传导效率以及实现暗态保护等重要问题上的研究现状,重点归纳了六种改性方法,包括导电聚合物修饰、构建异质结、复合二维导电材料、调控形貌、掺杂金属或非金属元素以及耦合储能半导体,指出了当前暗态保护的持续时长较短、部分实验可重复率低等问题,分析并列举了目前尚未解决的技术难点,如克服自然光强度不足、电解质溶液条件苛刻和光生阴极系统设计的复杂性等;最后提出了开发自然光驱动半导体材料、制备胶状电解质与存储电解质的胶囊材料以及设计光生阴极保护涂料等解决途径。
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35. 碳纳米管/石蜡相变复合材料研究进展
戴远哲, 唐波, 张振宇, 任首龙
材料工程    2021, 49 (12): 91-99.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000515
摘要146)   HTML    PDF(pc) (4947KB)(161)    收藏
石蜡系相变材料具有较高的潜热值和单位质量储能密度,近年来引起了国内外学者的广泛关注与研究。作为中低温相变材料中重要的一类,石蜡系是制备室温及低温环境下相变复合材料的首选,但是导热率较低等缺陷阻碍了其进一步的工业化进程。碳纳米管具有独特的微观结构和优良的导热性能,故被认为是有望显著改善石蜡系相变材料热性能不足的重要候选材料之一,因此碳纳米管/石蜡相变复合材料的制备及性能研究成为热点问题。本文综述了近年来石蜡系相变材料与碳纳米管复合材料的研究现状,针对其制备设计、微胶囊化及实际应用等方面的进展进行系统归纳和评论,并对碳纳米管/石蜡相变复合材料所面临的挑战(制备工艺复杂、稳定性差、实际评估少等)及未来可能的研究重点(掺杂比、浸润性、经济性等)进行展望。
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36. 硫化物固态电解质Li 6PS 5Cl的球磨-固相烧结制备与性能
吕娜, 孙振, 胡雅琪, 李炳勤, 景圣皓, 张宗良, 蒋良兴, 贾明, 刘芳洋
材料工程    2022, 50 (2): 103-110.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000264
摘要143)   HTML3)    PDF(pc) (10104KB)(120)    收藏

硫银锗矿结构的硫化物固态电解质Li6PS5Cl(LPSC)具有离子电导率高(>3×10-3 S·cm-1)和对锂稳定性良好等特点,是构建全固态锂离子电池的理想电解质材料之一,具有良好的发展前景。本工作采用高能球磨和惰性气氛固相烧结相结合的方法制备硫银锗矿型固态电解质LPSC,并采用粉末X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)和扫描电子显微镜(SEM)等对其进行表征,探究制备工艺对LPSC结构、成分和电学性质等的影响。结果表明:高能球磨会破坏原料的晶粒,降低晶粒尺寸,延长球磨时间有利于LPSC前驱体粉末的非晶化和后续烧结,提高烧结温度将促进制备的LPSC电解质的物相变纯和离子电导率升高,但烧结温度过高会导致LPSC的分解。综合考虑球磨时间和烧结温度对材料离子电导率和电子电导率的影响,经8 h球磨和500℃烧结制备的LPSC在室温下具有最高的离/电子电导率比(2.091×105),其离子电导率高达4.049×10-3 S·cm-1,而电子电导率仅为1.936×10-8 S·cm-1。利用该电解质制备的712 NCM/LPSC/In-Li全固态电池在0.1 C的充放电倍率下首周放电比容量高达151.3 mAh·g-1,且具有优良的循环稳定性。

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37. Co对Ti45Al-8Nb-0.3Y合金组织结构和高温抗氧化性能的影响
谢小青, 李轩, 吕威, 来升, 刘益, 李建军, 谢文玲
材料工程    2022, 50 (1): 101-108.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000116
摘要142)   HTML    PDF(pc) (12934KB)(100)    收藏
采用真空电弧非自耗熔炼方法制备Ti45Al-8Nb-0.3Y- mCo ( m=0,0.5,1,2,原子分数/%,下同)合金,研究合金的组织和高温抗氧化性能。结果表明:Co能够明显细化TiAl-Nb合金组织,但对合金中α 2+γ片层组织的形成具有较强烈的抑制作用,并且会促进富Co的B 2相析出。Ti45Al-8Nb-0.3Y- mCo合金在1000℃空气中氧化100 h后形成的氧化膜均主要由较为疏松的TiO 2和Al 2O 3混合组成,且TiAl-Nb-0.3Y合金的氧化增重随Co含量增加而增大,但氧化膜的抗剥落能力随Co含量增加而明显提高;添加Co能够在一定程度上降低氧化膜的内应力,对提高其抗剥落性能有益,但引起的粗大B 2相析出削弱了合金的高温抗氧化性能。
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38. 硅烷偶联剂KH570改性TiO 2超疏水滤料的制备与性能
李晴, 钱付平, 董伟, 韩云龙, 鲁进利
材料工程    2022, 50 (2): 144-152.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000006
摘要138)   HTML1)    PDF(pc) (10964KB)(69)    收藏

通过溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯为前驱体,醋酸为催化剂制备TiO2溶胶,利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对其进行低表面能修饰,得到疏水改性的TiO2溶胶,然后喷涂到滤料表面使其具有超疏水性。对改性前后滤料的润湿性、表面形貌、化学成分和过滤性能进行分析。结果表明:改性涂层均匀沉积在滤料表面,将纤维表面完整包裹,改性后滤料的水接触角达156.29°。在过滤风速为0.043~0.127 m/s时对粒径为0.3 μm的颗粒进行过滤性能测试,改性后滤料的过滤效率比未改性滤料平均增加2.7672%,过滤品质因数增加0.34%,提高了滤料的过滤性能。此外,在经50次砂纸磨损循环和30 h酸碱溶液浸泡后,疏水滤料仍具有超疏水性。通过清洁煤粉污染的表面发现改性滤料具有优异的自清洁性能。

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39. 先进航空材料焊接过程热裂纹研究进展
李红, 闫维嘉, 张禹, 杜文博, 栗卓新, MARIUSZBober, SENKARAJacek
材料工程    2022, 50 (2): 50-61.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000676
摘要136)   HTML2)    PDF(pc) (6338KB)(205)    收藏

高焊接热裂纹敏感性是制约新一代合金材料在航空航天领域推广应用的技术瓶颈。本文分别从焊接热裂纹的产生机理和各类合金裂纹敏感性实验的角度梳理该方向的研究进展。焊接热裂纹主要包括凝固裂纹(在焊缝内部产生)和液化裂纹(在焊缝与部分熔化区交界处产生)。影响焊接热裂纹产生的因素包括材料成分、焊接热循环以及接头热应力。在梳理焊接热裂纹机理研究的基础上,分别总结了铝合金、镁合金、先进高强钢以及镍基合金焊接热裂纹的实验研究进展。建立考虑复杂多组元以及结晶形态对裂纹敏感性影响的量化判据,是该领域未来的重要发展方向。针对母材和焊材进行成分优化、添加形核剂或实施辅助工艺措施,是工程应用领域抑制热裂纹缺陷的有效方法。开展焊接热裂纹产生机理及其抑制方法研究,有助于突破新一代合金材料加工技术瓶颈,推进其在航空航天领域的应用。

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40. 多尺度改性航空硅橡胶宽温域阻尼材料
米志安, 李学宽, 肇研
材料工程    2021, 49 (12): 123-129.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000856
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硅橡胶在宽温域内性能稳定,是航空领域开发阻尼降噪技术的首选材料,然而其在有效阻尼温域内的阻尼因子较小,阻尼性能有限,需要进行多尺度改性。首先进行分子尺度改性,改变乙烯基含量和烷基氢硅烷加入量两个因素调控分子结构,考察其对硅橡胶力学性能和阻尼性能的影响。结果表明,乙烯基侧链的生长和烷基氢硅烷在乙烯基侧链的成功接枝提高了分子链段的运动壁垒,增强了硅橡胶的阻尼性能,乙烯基含量为15%(质量分数,下同)、烷基氢硅烷与乙烯基摩尔比为3:1时,硅橡胶表现出最佳的阻尼性能。以此为基础继续进行微观尺度改性,通过红外光谱表征苯基含氢硅油的成功合成,并考察其添加量对硅橡胶阻尼性能的影响。结果表明,添加适量的阻尼剂苯基含氢硅油可以通过形成π-π强相互作用力和增加松弛时间的协同作用提高能量吸收效率,阻尼剂添加量为2%时,硅橡胶表现出最佳的阻尼性能。分子尺度和微观尺度的有效协同显著增强硅橡胶的阻尼性能,多尺度改性策略适用于制备硅橡胶宽温域阻尼材料。
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