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1. 高韧性三元层状陶瓷:从MAX相到MAB相
柏跃磊, 尹航, 宋广平, 赫晓东, 齐欣欣, 高进, 郝兵兵, 张金泽
材料工程    2021, 49 (5): 1-23.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001171
摘要679)      PDF(pc) (33188KB)(186)    收藏
三元层状化合物MAX相和新近引起人们注意的MAB相以其兼具陶瓷和金属的共同特性成为结构陶瓷领域20余年的研究热点,而高损伤容限和高断裂韧度是其区别于传统陶瓷的本质特征。本文简要回顾了MAX相的整体发展脉络和MAB相的最新研究进展,重点分析了纳米层状结构对宏观力学行为的影响及其内在机制。基于第一性原理计算结果建立的键刚度模型在实现对化学键强度的定量表征基础上,更重要的是阐明了"足够"弱的层间结合是三元层状陶瓷表现出非凡力学性能的根本原因。而Fe 2AlB 2在室温附近所出现的磁热效应(MCE)则显示了MAB相化合物在功能领域的良好应用前景。经过20余年的持续研究,MAX相化合物的结构和性能逐渐变得清晰,目前针对具体场景的应用研究在世界各地蓬勃开展起来。然而,目前对MAB相化合物的认识还很有限。因此,合成和表征现有已知MAB相化合物的结构、力学性能、物理性能以及基于应用背景的使役行为是现阶段的重要任务。其中,基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理数值模拟可扮演重要角色,正如其在理解MAX相化合物的非凡性能和发现新型化合物时所起的重要作用一样。
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2. PAA类黏结剂在锂电池中电化学性能研究进展
刘梦如, 叶诚曦, 彭黎波, 翁景峥
材料工程    2021, 49 (2): 21-31.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000532
摘要636)      PDF(pc) (3241KB)(203)    收藏
黏结剂是维持极片完整性必不可少的部分,对电池比容量、循环稳定等性能的提高非常重要。聚丙烯酸(PAA)因含有较多极性官能团,可溶于水,而被用作锂电池正负极黏结剂。PAA黏附性好,但极性基团使得分子链间形成的氢键导致PAA链刚性较大,不利于维持充放电过程中极片的完整性,因此,控制PAA官能团数量、改变官能团种类及PAA分子链结构,对锂电池电性能的提高势在必行。本文综述了近几年锂电池用PAA黏结剂的研究进展,重点介绍了PAA黏结剂的结构特性、改性及应用方式及其对不同种锂电池首次库伦效率、循环稳定性和阻抗性能的影响,并对PAA黏结剂的未来改性研究热点做了展望,探索PAA引入不同结构的弹性或导电聚合物后,对于黏结剂本身性能的影响,改善界面性能,以适用于不同活性材料正负极,提高锂离子传输速率,更好地提高锂电池的使用性能。
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3. 含BCC/B2共格结构多主元合金研究进展
董亚光, 陈尚, 王俊升, 靳柯
材料工程    2021, 49 (2): 1-9.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000351
摘要635)      PDF(pc) (17073KB)(292)    收藏
引入共格析出相是强化合金的重要方式。近年来发现在BCC结构多主元合金中引入共格B2相可有效提升其力学性能,形成了一类重要的合金体系。本文综述了含BCC/B2共格结构多主元合金的研究现状,重点讨论这一系列新型合金在成分、组织形貌、结构稳定性以及力学性能等方面的特征,并指出此类合金在宽温域下强度较高、塑性因成分差异而不同的变化特点。目前,这类合金在高于500℃时的结构稳定性较差,无法满足工程应用的需求,而成分设计是解决此问题较为简单易行的方法。本文旨在为含BCC/B2共格结构多主元合金的设计提供参考。
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4. NiTi基形状记忆合金弹热效应及其应用研究进展
朱雪洁, 钟诗江, 杨晓霞, 张学习, 钱明芳, 耿林
材料工程    2021, 49 (3): 1-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000780
摘要532)      PDF(pc) (7403KB)(296)    收藏
NiTi合金作为性能最优异的形状记忆合金之一,已经广泛应用于航空航天、电子、建筑、生物医学等领域。近年来,NiTi基合金极佳的力学性能、巨大的弹热效应和良好的机械加工性使其在弹热制冷领域引起了广泛关注。然而,传统NiTi二元合金超弹性应力滞后大,超弹性和弹热效应循环稳定性差,达不到实际应用所需的长期服役要求。本文介绍了NiTi基合金的弹热效应研究进展,从掺杂合金元素、热机械处理、改变制备方法等角度综述了近几年NiTi基合金弹热效应改进优化的研究进展,同时本文也简要介绍了已经开发的基于NiTi基合金的弹热装置或原型机。但是目前NiTi基合金弹热材料的研究和原型机的开发仍处于实验阶段,实现其商业化应用需要进一步深入研究和优化,未来前者研究重点将集中在材料小型化、合金化或特殊处理及改变循环方式等方面,后者也将从提高热量传输效率、加强热量交换、减小摩擦等损耗、改进机械负载和循环模式等方面不断优化和完善。
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5. 镁电池正极材料性能提升策略的研究进展
曾静, 武东政, 庄奕超, 赵金保
材料工程    2021, 49 (2): 10-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000357
摘要486)      PDF(pc) (13396KB)(129)    收藏
低成本、高能量密度、高安全性的镁电池有望应用在未来大规模储能和动力汽车等领域。然而,镁电池目前仍处于初步发展的阶段,正极是限制电池性能的关键原因。由于Mg 2+电荷密度高,在正极材料中扩散缓慢,因此如何提高正极材料的电化学性能是镁电池研究的重点与难点。本文通过分析正极材料的相关研究,总结出提升正极材料电化学性能的6种策略,分别为减小粒径、借助溶剂的屏蔽效应、增大层间距、调控阴离子、开发新结构和发展双离子电池。通过明确策略有效的根本原因、分析策略的优势与局限性,为高性能镁电池正极材料的开发提供有价值的指导。最后,对镁电池正极的发展现状进行总结,并对镁电池的正极及整个电池体系的未来发展趋势进行展望。
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6. 纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展
滕凌虹, 曹伟伟, 朱波, 秦溶蔓
材料工程    2021, 49 (2): 42-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000358
摘要484)      PDF(pc) (4799KB)(200)    收藏
热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。
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7. 氧化石墨烯在金属表面的应用及其机理研究进展
杜娟, 曹翔宇, 宋海鹏, 魏子明, 李香云, 杨涵清, 杨梓铭, 李伯阳, 李海龙
材料工程    2021, 49 (2): 32-41.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000488
摘要446)      PDF(pc) (8690KB)(120)    收藏
氧化石墨烯(GO)由于具有大的比表面积、优异的抗穿透性以及表面分布有大量官能团等特性,已成为防腐、渗透分离、涂层力学性能等领域的研究热点。本文综述了近年来GO应用在金属表面的研究进展,在综合国内外文献基础上,分别阐述了GO在金属表面用于防腐、渗透分离、涂层力学性能等方面的研究进展,并对其机理进行了总结与分析。防腐的作用机理主要为GO的物理屏障作用和具有对电活性介质的化学惰性;渗透分离的作用机理主要为GO的多层孔道结构和官能团的作用;涂层力学性能的作用机理主要为GO与涂层的相容性好及其表面官能团与金属基体可形成化学键。最后指出目前满足绿色环保、成本低廉且适合大规模工业化的GO复合材料制备工艺仍比较缺乏,其涉及的工艺参数、复合相体系设计等方面仍需进一步研究,并提出将其应用到金属防腐、油水分离、涂层力学性能等领域,以解决金属表面耐蚀性、油水渗透分离性能、涂层与金属基体间的黏结力等关键问题。
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8. 基于超材料的无标记光学生物传感
陶承东, 刘传宝, 李扬, 乔利杰, 周济, 白洋
材料工程    2021, 49 (4): 1-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000990
摘要431)      PDF(pc) (1273KB)(214)    收藏
超材料(metamaterials)因为能够在亚波长尺度范围内精细调控电磁波而受到人们广泛关注。超材料具有丰富的电磁模态,在表面支持高度局域场增强且对周围介电环境极其敏感,可应用于无标记光学生物传感领域。与传统光学生物传感器相比,超材料生物传感器具有小型化、集成化、高度灵敏、多功能可定制等突出优点。本文总结了近年来超材料生物传感器在可见光、近红外、中红外以及太赫兹波段的研究进展,包括折射率生物传感、表面增强拉曼散射、表面增强红外吸收和太赫兹生物传感等。
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9. 复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估
曹弘毅, 马蒙源, 丁国强, 姜明顺, 孙琳, 张雷, 贾磊, 田爱琴, 梁建英
材料工程    2021, 49 (2): 149-157.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000405
摘要425)      PDF(pc) (19319KB)(164)    收藏
针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。
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10. 液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用
吴旭, 唐晓宁, 黄鑫威, 刘美丽, 周文华, 欧阳全胜
材料工程    2021, 49 (2): 114-120.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000379
摘要404)      PDF(pc) (12038KB)(102)    收藏
采用氧化石墨烯(graphene oxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(rGO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-rGO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-rGO/S复合正极在0.2 C电流密度下初始放电容量可达1197.3 mAh·g -1,经过200次循环后容量仍保持在730 mAh·g -1左右,表现出优异的循环性能。
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11. 高熵合金在钎焊和表面工程领域的应用研究进展
李红, 韩祎, 曹健, MARIUSZ Bober, JACEK Senkara
材料工程    2021, 49 (8): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000950
摘要402)      PDF(pc) (2207KB)(216)    收藏
随着合金制造水平的提高及性能要求的复杂化,高熵合金逐渐引起极大的关注。目前在材料加工领域内的研究主要集中于钎焊和表面工程两大方向。在钎焊领域,高熵合金可以作为钎焊填充材料应用于高温和低温钎焊,本文归纳了合金高熵化的相关经验参数,阐述了第一性原理计算和相图计算等模拟计算手段在高熵合金填充材料设计领域内的应用;详细介绍了高熵合金钎料在镍基高温合金、陶瓷-金属异种材料、低温封装等连接领域的最新研究进展。同时,分析了工艺参数对高熵合金钎料钎焊接头组织与性能的影响。在表面工程领域,论述了高熵合金薄膜/涂层的应用方向与制备手段,总结了在高温防护涂层、硬质保护层以及其他应用领域的研究进展。同时归纳了高熵合金在钎焊和表面工程领域研究和应用中存在的问题,而未来将在降低钎料熔点、提高焊缝高温力学性能以及发展共晶高熵合金钎料/涂层等领域进一步提高研究水平。
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12. Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的研究进展
衣晓洋, 孟祥龙, 蔡伟, 王海振
材料工程    2021, 49 (3): 31-40.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000531
摘要399)      PDF(pc) (7225KB)(156)    收藏
Ti-Ni-Hf记忆合金因具有高相变温度、相对低廉的价格和高输出功等诸多优点而成为最具潜力的高温形状记忆合金之一。然而,Ti-Ni-Hf记忆合金基体强度低,变形过程中易优先发生塑性变形,从而使其可实现的可恢复应变远低于理论值。目前改善应变恢复特性的措施主要包括:热机械处理(冷轧+退火)、合金化、时效处理、制备单晶合金等。研究表明,Ti-Ni-Hf合金的应变恢复特性与微观组织结构密切相关。本文主要阐述了Ti-Ni-Hf记忆合金在近年来的最新研究进展,包含微观组织结构的演化规律、马氏体相变行为以及力学性能和应变恢复特性,并基于前期研究成果建立了微观组织结构-马氏体相变-力学与应变恢复特性的关联特性。当前,Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金冷、热加工性能差是其广泛应用的瓶颈。因此,Ti-Ni-Hf高温记忆合金的粉末冶金和增材制造可能是未来研究的热点与重点。
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13. 热电材料β-Cu 2-xSe热传导性能模拟研究
虞兮凡, 赵伶玲
材料工程    2021, 49 (2): 121-126.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000077
摘要397)      PDF(pc) (6246KB)(87)    收藏
“声子液体”热电材料β-Cu 2-xSe具有优异的热电转换效率,采用分子动力学模拟的方法研究其热传导性能,分析了类“液态”离子的扩散能力和材料导热性能的相关性,并探究了材料加工处理手段(掺杂和空位)对材料热传导性能的影响。结果表明:类“液态”离子扩散能力和导热系数存在极强的相关性,β-Cu 2-xSe中Cu +移动能力的增强会增加晶格的非简谐振动,从而强化了声子散射,导致材料导热系数的降低。掺杂和空位对“声子液体”热传导性能有不同的影响:材料内部存在空位时,Cu +倾向于在晶格缺陷中移动,降低了与Se构成的固定亚晶格碰撞概率,造成声学支声子频率的下降,有效地降低了导热系数,提高了材料的热电转换效率;相比空位,掺杂对导热系数的影响不明显。
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14. 硅氧烷化合物的合成与应用进展
程玉桥, 路双, 冯喆, 赵文辉, 张治婷, 赵越
材料工程    2021, 49 (4): 13-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000125
摘要385)      PDF(pc) (1714KB)(110)    收藏
基于硅氧键特点以及不同条件的化学反应是构建结构迥异、性能独特的新型有机/无机硅氧功能材料的重要方法,近年来,引起了学术界的普遍关注。新型硅氧功能材料兼具有机/无机化合物性质,以其良好的生物相容性、耐高低温性以及电绝缘性能被广泛应用于众多领域。本文综述了硅氧烷化合物设计、合成与应用的研究领域及发展现状,重点介绍线性结构(一维结构)、非线性结构(二维结构)、多面体低聚倍半硅氧烷化合物(三维结构)以及有机/无机杂化硅氧烷化合物的设计及合成方法,并通过研究可拉伸聚硅氧烷弹性体、硅氧烷化合物涂层、新型驱油用硅氧功能材料等多种方式以增进硅氧烷化合物在生物医学、航空航天、功能材料及三次采油方面的应用进展。
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15. 不同锰含量纳米MnO 2-Fe 2O 3-CeO 2/Al 2O 3的制备、表征及其催化还原NO/NO 2性能
高岩, 冯文辰, 栾涛, 陈宝明, 张文科, 李诗杰, 迟世丹
材料工程    2021, 49 (3): 115-124.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000087
摘要383)      PDF(pc) (11224KB)(116)    收藏
减少发动机冷启动极低温度下排气中的NO x对于生态环境与人类健康至关重要,MnO 2在低温区间对NO x具有较高催化活性,是一种极具发展前景的纳米催化剂。通过超声波辅助共沉淀法制备不同锰含量MnO 2-Fe 2O 3-CeO 2/Al 2O 3纳米催化材料,探讨表面结构特性与其脱硝活性的内在联系。研究发现:锰含量为15%(质量分数)时具有最大比表面积与最小晶粒,活性物质分布最为均匀,金属氧化物结晶度得到抑制,Mn,Fe和Ce呈现较佳共存态,能够促进化学吸附氧的富集,并通过提高NO催化氧化成NO 2来提高快速SCR反应速率,NO 2转化率在50℃时即达到了88.5%。在改善催化材料构效关系、提高NO预氧化和快速SCR反应性能方面,优化锰含量是一种极其有效的方法。
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16. 介电损耗型微波吸收材料的研究进展
李天天, 夏龙, 黄小萧, 钟博, 王春雨, 张涛
材料工程    2021, 49 (6): 1-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000275
摘要377)      PDF(pc) (7804KB)(195)    收藏
随着无线信息技术的飞速发展,电磁干扰问题日益突出,在全球范围内引起广泛关注。解决这一挑战的关键是开发能够吸收电磁波的材料。理想的吸波材料应为集承载、防热和强吸收于一体的结构性材料。本文总结了近年来碳基、陶瓷基复合材料及其电磁波吸收性能,这些吸收剂的最终目的是在较薄的涂层上实现更宽的有效吸收频率带宽;介绍了几种典型的、广受欢迎的复合材料的制备方法、结构及其电磁波损耗机制;阐述了现今吸波材料的优势、研究现状及存在的问题。最后,预测了吸波材料未来潜在的发展方向,采用理论、模拟计算以及实际实验紧密结合的手段设计和构筑碳基复合材料将会是必然趋势。
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17. 梯度铝蜂窝夹芯板的力学行为
乔及森, 孔海勇, 苗红丽, 李明
材料工程    2021, 49 (3): 167-174.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001150
摘要376)      PDF(pc) (16676KB)(83)    收藏
梯度分层铝合金蜂窝板是一种有效的吸能结构,本工作在梯度铝蜂窝结构的基础上根据梯度率的概念,通过改变蜂窝芯层的胞壁长度,设计了4种质量相同、梯度率不同的铝蜂窝夹芯结构。通过准静态压缩实验,并结合非线性有限元模拟准静态及冲击态下梯度铝蜂窝夹芯结构的变形情况及其力学性能,分析对比了相同质量下梯度铝蜂窝夹芯结构在准静态下的变形模式以及冲击载荷下分层均质蜂窝结构和不同梯度率的分层梯度蜂窝结构的动态响应和能量吸收特性。结果表明:在准静态压缩过程中,铝蜂窝梯度夹芯板的变形具有明显的局部化特征,蜂窝芯的变形为低密度优先变形直至密实,层级之间的密实化应变差随芯层密度的增大而逐渐减小;在高速冲击下,梯度蜂窝板并非严格按照准静态过程中逐级变形直至密实,而是在锤头冲击惯性及芯层密度的相互作用下整体发生的线弹性变形、弹性屈曲、塑性坍塌及密实化;另外,在本工作所设计的梯度率中,当梯度率为 γ 1=0.0276时,梯度蜂窝夹芯板的吸能性达到最好,相较于同等质量下的均质蜂窝夹芯板,能量吸收提高了10.63%。
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18. 植酸-金属离子螯合物改性层状黏土及其在聚己内酯中的增强与抗菌效应研究
毛龙, 刘小超, 谢斌, 吴慧青, 刘跃军
材料工程    2021, 49 (2): 127-135.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000750
摘要373)      PDF(pc) (15710KB)(126)    收藏
基于植酸(PA)优异的螯合能力,利用Ag +,Cu 2+,Fe 3+和Zn 2+4种金属离子与PA发生螯合作用并沉积吸附在层状双羟基复合金属氧化物(LDHs)表面,形成核-壳结构,以达到改善层状黏土与聚合物基体之间界面相容性的目的。制备出不同金属离子负载的表面包覆改性LDHs (LDHs@PA- M),深入研究LDHs@PA- M在不同金属离子负载下的微观形貌,并将其应用在聚己内酯(PCL)的增强改性中。结果表明,PA能够与Ag +和Cu 2+在LDHs表面形成稳定、均匀的纳米包覆层。利用金属Ag +和Cu 2+优异的抗菌活性,LDHs@PA-Ag +和LDHs@PA-Cu 2+对大肠杆菌( E.coli)的抗菌率均超过99.99%。相比于纯的PCL,LDHs@PA-Cu 2+/PCL纳米复合材料(LDHs@PA-Cu 2+的质量分数为1%)的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了30.7%和33.3%,达到了40.9 MPa和816%,力学性能增强效果最为显著。LDHs@PA-Cu 2+/PCL和LDHs@PA-Ag +/PCL纳米复合材料对 E.coli的抗菌率均达到99.99%,表现出优异的抗菌活性,拓展了层状黏土/生物基高分子复合材料在活性包装领域的应用。
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19. 玻璃纤维增强KNO 3基水溶性盐芯的组织与性能
龚小龙, 樊自田, 胡胜利, 杨致远, 刘富初, 蒋文明
材料工程    2021, 49 (2): 73-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000354
摘要370)      PDF(pc) (9226KB)(78)    收藏
以70% KNO 3-30% KCl (摩尔分数)为水溶性盐芯的基体材料,采用搅拌法制备了玻璃纤维增强的KNO 3基水溶性盐芯。对比分析了不同含量的玻璃纤维对盐芯的抗弯强度、冲击韧性、水溶速率和吸湿率的影响,采用扫面电镜和能谱仪分析了玻璃纤维增强KNO 3基水溶性盐芯的微观组织特征。结果表明:随着玻璃纤维含量的增加,盐芯的抗弯强度和冲击韧性不断增大,水溶速率和吸湿率逐渐减小。当玻璃纤维质量分数为30%时,盐芯具有最大的抗弯强度和冲击韧性,分别为(38.85±0.61) MPa和(2.13±0.1) kJ/m 2,水溶速率仍高达(476.5±12.0) g/(min·m 2),吸湿率为(0.085±0.007)%。微观分析表明:玻璃纤维均匀地分布于盐芯基体中,显著细化了KCl初生相,其平均晶粒尺寸从57.89 μm降低到24.13 μm,这是盐芯主要的强化机制。裂纹在盐芯内部扩展过程中遇到玻璃纤维发生偏转,断口有纤维拔出现象出现,这是盐芯主要的韧化机制。
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20. 金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状
杨鑫, 王犇, 谷文萍, 张兆洋, 刘世锋, 武涛
材料工程    2021, 49 (4): 52-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000235
摘要365)      PDF(pc) (1319KB)(150)    收藏
数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。
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21. Fe基非晶合金粉末的研究进展
王海博, 李春燕, 李金玲, 王顺平, 寇生中
材料工程    2021, 49 (4): 34-51.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000953
摘要364)      PDF(pc) (10506KB)(299)    收藏
非晶合金粉末是指快冷雾化合金液滴所制得的合金粉末,其中Fe基非晶合金粉末因具有生产成本低廉和应用前景广阔等优势,一直备受青睐。同时,Fe基非晶合金粉末的应用也为块体Fe基非晶合金应用难的问题提供了一条崭新的途径。本文综述了Fe基非晶合金粉末的研究进展,对其在涂层制备、磁性材料、激光3D打印、废水处理4个方面的研究现状进行了归纳分类与总结,并分析了Fe基非晶合金粉末在各领域的应用优势。最后指出Fe基非晶合金粉末在制备高质量涂层、老化磁性粉末再利用及增材制造领域的研究方向,并展望了作为传感、控制等功能性器件的应用前景。此外,在薄膜等小尺寸、低维材料及柔性电子领域也展现出巨大的应用潜力。
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22. TiNi基形状记忆合金的辐照效应
宁睿, 高智勇, 王海振, 蔡伟
材料工程    2021, 49 (3): 14-19.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000570
摘要354)      PDF(pc) (2986KB)(111)    收藏
材料辐照效应是入射粒子与物质交互作用造成的物质微观组织结构与宏观性能的变化。辐照效应不仅是改善材料表面性能的重要手段,而且也是特殊环境应用材料可靠性评价的重要组成部分。TiNi基形状记忆合金是一种重要的金属智能材料,具有独特的形状记忆效应和超弹性,已在卫星、空间站等航天器以及生物医学中广泛应用。本文阐述了Ti-Ni基形状记忆合金在空间粒子(质子、电子)以及离子辐照改性的研究进展,辐照效应会对TiNi合金的微观组织结构产生影响,进而改变合金的相变行为和力学行为。然而目前关于TiNi基合金的辐照效应的研究仍处于起步阶段,组织结构和相变行为的变化规律和机理还未研究清楚,有关形状记忆效应的研究较少,仍需深入研究辐照参数、组织结构、相变行为和功能特性之间的内在联系。
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23. Ar-O 2气体去除硅铁合金中金属杂质研究
张彦辉, 李亚琼, 雷勋惠, 张立峰
材料工程    2021, 49 (2): 66-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000468
摘要353)      PDF(pc) (12148KB)(67)    收藏
硅铁合金在炼钢过程中被广泛用作合金剂和脱氧剂,其中含有的金属杂质Al,Ca,Ti会直接影响钢液的洁净度,因此采用顶吹Ar-O 2气体的方法去除硅铁合金中的金属杂质。借助自动扫描电镜统计精炼前后硅铁合金中杂质相的形貌、成分、面积分数,通过ICP-AES测试金属杂质的含量变化。结果表明:硅铁合金原料中含有大量的金属杂质相,Al,Ca,Ti杂质含量分别为1.11%(质量分数,下同),0.31%,0.11%;吹气精炼5 min时,Al和Ca的含量分别急剧降低至0.66%和0.13%;吹气精炼45 min后,杂质元素去除速率变缓,精炼反应趋于平衡;吹气精炼120 min时,Al,Ca,Ti含量分别降低至0.42%,0.014%,0.094%,去除率分别为62.16%,95.48%,14.54%。吹气精炼方法能有效去除硅铁合金中Al和Ca杂质,Ti杂质去除效果不明显。
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24. 负泊松比超材料和结构
高玉魁
材料工程    2021, 49 (5): 38-47.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000391
摘要349)      PDF(pc) (8602KB)(314)    收藏
负泊松比超材料和结构具有优异的抗剪切性能、抗冲击性能、抗断裂性能、吸能隔振、渗透率可变性能、曲面同向性等力学性能,在航空航天、航海、机械自动化、生物医疗、国防军事、纺织工业等领域具有广泛的应用前景。本文从负泊松比超材料和结构的变形机理出发,综述了内凹结构、旋转刚体结构、手性/反手性结构、纤维/节点结构、折纸结构、褶皱结构、弯曲-诱导结构、螺旋纱线结构等物理模型,这些模型具有广泛的适用性,可运用于轻质夹层板、流体输送、纱线等工程应用,有利于改善结构的使用性能。最后,本文对负泊松比超材料和结构未来的挑战和在航空航天、军事等领域的应用进行了展望,指出利用负泊松比逆转了正泊松比对单轴应力引起的体积和面积变化的补偿效应可有效改善发动机叶片、深空天线以及汽车吸能盒等关键构件的抗冲击性能等,以期为负泊松比超材料和结构的推广应用提供参考。
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25. 生物可降解医用镁合金体内外降解行为研究进展
田亚强, 赵冠璋, 刘芸, 张源, 郑小平, 陈连生
材料工程    2021, 49 (5): 24-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000338
摘要348)      PDF(pc) (20773KB)(112)    收藏
作为新一代医用可降解生物材料,镁合金凭借其良好的生物相容性、独特的降解性、优异的力学传递性,被誉为"革命性的医用金属材料"。然而,镁合金耐蚀性能较差,存在降解过快以及降解不均匀等现象。本文从微合金化、热加工工艺、塑性变形工艺以及表面改性4种处理方式全面介绍了目前改善镁合金降解性能的研究进展,并对比了不同工艺处理方式下医用镁合金的体内外降解速率和降解模式,揭示了镁合金不同工艺处理条件下的组织演变、膜层特性对Cl -的膜层破坏机制及三维降解形貌的影响规律,建立起在模拟液中不同工艺条件与镁合金腐蚀降解速率的关联数据分析模型,最后指出从多角度解析微观结构对镁合金降解性能的作用机制,构建微观组织对镁合金降解寿命预测模型是未来该领域的研究重点。
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26. 原位构建P-N结复合材料及其可见光光催化性能
谢桂香, 龚朋, 吕芬芬, 胡志彪
材料工程    2021, 49 (3): 107-114.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000361
摘要348)      PDF(pc) (10919KB)(270)    收藏
提高光催化过程中电子和空穴的提取和分离速率是提高光催化剂催化性能的关键技术之一。用浓硫酸剥离体相氮化碳得到石墨相g-C 3N 4,采用原位生长法制备花状g-C 3N 4/BiOBr P-N结复合材料,研究pH值对复合材料形貌的影响。利用XRD,SEM,EDS,TEM,UV-vis,BET等测试技术对所得样品的形貌、结构进行表征,讨论样品的光催化性能。结果表明:在g-C 3N 4/BiOBr复合材料内g-C 3N 4的[002]晶面和BiOBr的[001]晶面之间形成了异质结,可加速光生电子(e -)和空穴( h +)的提取和分离。BiOBr和g-C 3N 4/BiOBr的禁带宽度分别为2.75,2.71 eV,复合材料的带隙减小,对可见光的吸收范围增强。BiOBr和g-C 3N 4/BiOBr复合材料的比表面积分别为1.27,6.43 m 2/g,比表面积增大,增加催化反应活性位点。复合材料g-C 3N 4/BiOBr的光催化性能比纯g-C 3N 4和BiOBr更好,且重复使用效果佳。pH=8时制备的g-C 3N 4/BiOBr复合材料光催化效果最好,此时,对橙黄G、罗丹明B、甲基橙的光催化降解效率分别为91.00%,95.51%,96.72%。
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27. 模具钢表面激光沉积316L不锈钢的组织转变及差异性
王志国, 何振丰, 赵吉宾, 赵宇辉, 聂长武, 张宏伟
材料工程    2021, 49 (2): 105-113.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000186
摘要347)      PDF(pc) (28981KB)(77)    收藏
为了揭示Cr系注塑模具钢表面采用异种材料沉积过程的组织演变机制,在两种模具钢表面沉积316L不锈钢,利用扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等表征微观组织及硬度特征,并结合熔凝动态过程及Schaeffler相图分析界面及沉积层区组织转变机理。结果表明:由于基体元素组成及组成相分布的差异,导致在沉积层界面的组织转变呈现明显差异性。高Cr莱氏体钢组织过渡区厚度为200 μm,过渡区组织形态和组成相明显区别于沉积层其他区域,碳化物在过渡区经历了先局部聚集性长大、之后枝晶间均匀分布等复杂变化;而P20钢沉积层的组织过渡区厚度小于20 μm,组织以枝晶方式生长且与沉积层非过渡区连通,同时枝晶内发现了弥散分布的颗粒状碳化物。在熔池中C,Cr,Ni等元素的动态变化作用下,两种钢沉积层的非过渡区组成相也呈现明显差异,高Cr莱氏体钢和P20钢沉积层的基体相分别为奥氏体相与马氏体相,由此导致其硬度值变化范围分别为295~325HV 0.2和500~575HV 0.2
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28. 金属有机框架材料在吸附分离领域的研究进展
霍晓文, 于守武, 肖淑娟, 谭小耀
材料工程    2021, 49 (7): 10-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000559
摘要345)      PDF(pc) (3640KB)(227)    收藏
纳米多孔材料由于具有显著的纳米尺度空间效应,在吸附以及膜分离领域中受到了极大的关注。作为无机多孔材料的延伸,金属有机框架材料(metal organic framework,MOF),由于其较大的比表面积、较高的孔隙率和孔结构可调的特点被广泛地应用于气相储存分离、液相的吸附分离和催化反应等各个领域。本文对MOF的种类进行了分类,并对MOF材料的合成方法和粒径调控机理进行了比较,其中,重点介绍了溶剂热合成法的优点。同时,系统地总结了MOF材料在吸附分离研究中存在的问题和局限,并对先进的基于MOF材料的复合膜制备技术进行了展望;总结了MOF在气体储存分离、液体吸附分离以及膜分离方面的应用。最后,针对复合膜的制备提出了通过改变MOF合成方式改善MOF材料与有机膜相容性的思路。
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29. 时效温度对Mg-12Gd-3Y-1Sm-0.5Zr合金组织和力学性能的影响
付三玲, 李全安, 张清
材料工程    2021, 49 (3): 87-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000815
摘要341)      PDF(pc) (12134KB)(88)    收藏
采用X射线衍射、光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度和拉伸性能测试等手段,研究时效热处理温度对Mg-12Gd-3Y-1Sm-0.5Zr合金组织和性能的影响。结果表明,Mg-12Gd-3Y-1Sm-0.5Zr合金在200,250℃和300℃峰时效时,晶粒大小随时效温度的升高而逐渐增大,晶内颗粒状的第二相数量增多,硬度峰值出现的时间逐渐缩短。合金时效温度在200,250℃时,析出相为β'相,时效温度在300℃时,析出相为β相。合金在250℃峰时效时力学性能最优。在200,250℃峰时效热处理的合金在从室温到200,250℃和300℃拉伸过程中抗拉强度随拉伸温度的升高先升高后降低,出现了抗拉强度反常温度效应,而在300℃峰时效热处理后的合金未出现该反常现象。
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30. 空心柱状CuS的制备及其降解染料性能
鲍艳, 高璐, 史秀娟, 贾顺田
材料工程    2021, 49 (2): 136-142.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000084
摘要339)      PDF(pc) (6067KB)(148)    收藏
以硝酸铜、硫代硫酸钠为原料,采用沉淀法制备空心柱状CuS。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱测定仪(FT-IR)对所制备的空心柱状CuS的形貌及物相进行表征。同时,以甲基橙染料(MO)为目标污染物,研究空心柱状CuS的降解性能。结果表明:所制备的空心柱状CuS由CuS纳米片组装而成,其直径在400 nm,长度为2.0 μm左右。空心柱状CuS与H 2O 2组成的类芬顿体系对染料具有优异的降解能力,110 min后甲基橙的降解率可高达86.6%,远优于实心结构CuS对染料的降解能力。
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31. 原位自生TiB 2/Al-4.5Cu复合材料微观组织和力学性能
薛彦庆, 郝启堂, 魏典, 李博
材料工程    2021, 49 (2): 97-104.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000290
摘要338)      PDF(pc) (17453KB)(76)    收藏
采用混合盐反应法制备TiB 2含量分别为0%,2%,5%,8%(质量分数,下同)的TiB 2/Al-4.5Cu复合材料,T6热处理后,采用XRD,ICP,OM,SEM,EDS等测试手段和室温拉伸实验进行微观组织观察和力学性能测试。XRD和ICP测试证实,合金体系中仅含α-Al,Al 2Cu及TiB 2,无Al 3Ti,Al 2B等反应中间产物。OM和SEM发现,基体材料中α-Al平均晶粒尺寸为167.5 μm,而在2%,5%,8%的TiB 2/Al-4.5Cu中,其平均晶粒尺寸依次为110.4,87.2,75.2 μm,晶粒细化效果显著。TEM观察发现,TiB 2颗粒主要分布在晶界处,呈四方和六方结构。室温拉伸实验表明,随着TiB 2含量的增加,强度、显微硬度值均呈增加趋势,但伸长率不断下降。当加入8% TiB 2时,屈服强度、抗拉强度、弹性模量和显微硬度分别达到356 MPa,416 MPa,92.5 GPa和96.5HV,但其伸长率从10.3%降低到4.3%。载荷传递强化、细晶强化、位错增殖强化是TiB 2/Al-4.5Cu复合材料力学性能得以大幅提升的影响因素,尤其是在位错增殖强化作用下,TiB 2颗粒周边致密分布的位错胞、位错环对强度的提升起到了决定性作用。
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32. 纳米级Li 4Ti 5O 12负极材料的制备及其输运特性
廉恬柔, 卢玉晓, 吴冰, 石光跃, 马蕾, 刘磊, 娄建忠
材料工程    2021, 49 (3): 59-66.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000955
摘要336)      PDF(pc) (10541KB)(72)    收藏
以酞酸丁酯和乙酸锂为前驱体,通过溶胶凝胶法成功制备了纳米钛酸锂Li 4Ti 5O 12(LTO)负极材料。采用X射线衍射分析、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分别对材料的物相与形貌进行了表征分析,并研究了煅烧条件和包覆改性对LTO输运特性的影响。研究表明,煅烧温度为800℃,时间为10 h条件下制备的样品的输运特性最佳,离子电导率为8.8×10 -8 S/cm,电子电导率为8.53×10 -10 S/cm。均匀的碳包覆层可以有效地改善样品的输运特性,LTO/C复合活性材料的离子与电子电导率分别达到4.35×10 -7 S/cm和9.63×10 -8 S/cm。电化学性能测试表明,碳包覆后的活性材料在0.1 C倍率下首次放电容量可达172.4 mAh/g;在5 C高倍率下循环充放电50次后,容量保持率可达94.4%,表现出较好的电化学性能。
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33. 形变热处理工艺对2519A铝合金动态变形行为的影响
孙大翔, 董宇, 叶凌英, 唐建国
材料工程    2021, 49 (2): 79-87.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000085
摘要335)      PDF(pc) (16321KB)(132)    收藏
通过霍普金森压杆实验研究2519A铝合金T87,T8,T9和T9I6 4种形变热处理状态在1040~5900 s -1应变率范围的动态冲击变形行为,并利用金相、透射电镜等手段分析在动态变形中合金微观组织的演变规律,研究不同形变热处理工艺对2519A铝合金动态变形行为的影响。结果表明:与T87态合金相比,强冷变形的T8和T9态合金高速冲击的动态屈服强度大幅提升,但是合金的绝热剪切敏感性也显著增加,更容易发生绝热剪切开裂。断续时效T9I6工艺可以提高2519A合金强化析出相的密度,使θ'相(Al 2Cu)更细小弥散分布。这样降低了θ'析出相在高应变率下被位错切割分解的速率,提高合金在高速变形过程中的稳定性。2519A-T9I6铝合金在高应变率下拥有较高的动态屈服强度和较低的绝热剪切敏感性,在高速变形过程中表现最佳。
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34. Mg-9Al-3Si-0.375Sr-0.78Y合金的热变形行为及本构模型
张连腾, 陈乐平, 徐勇, 袁源平
材料工程    2021, 49 (2): 88-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000205
摘要335)      PDF(pc) (16932KB)(68)    收藏
利用Gleeble-3500热模拟试验机对Mg-9Al-3Si-0.375Sr-0.78Y合金试样进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在温度250~400℃、应变速率0.001~10 s -1条件下的热变形行为。结果表明:在热变形过程中,峰值应力随着应变速率的降低和温度的升高而减小,且峰值应力对应变速率的敏感性随着变形温度的下降而增强。建立了考虑应变的热变形Arrhenius本构模型,模型精度良好,在300,350℃及0.001~10 s -1范围内,模型的平均绝对误差分别为1.57%和1.76%;合金的平均变形激活能为183.58 kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.1616。热变形过程中,α-Mg相呈现明显的动态再结晶特征,β-Mg 17Al 12相尺寸减小且分布均匀,初生Mg 2Si相较小。在低温(250~300℃)变形时,动态再结晶仅发生在晶界处。在高温(350~400℃)变形时,初生α-Mg晶粒发生了明显的动态再结晶。随着温度的增加和应变速率的降低,再结晶程度提高,再结晶晶粒逐渐长大。
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35. SA508Gr.4N钢热变形过程微观组织演变及流变应力模型
乔士宾, 何西扣, 刘敬杰, 赵德利, 刘正东
材料工程    2021, 49 (3): 67-77.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000566
摘要332)      PDF(pc) (20688KB)(109)    收藏
利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究Ni-Cr-Mo系低合金SA508Gr.4N钢在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~1 s -1,真应变为0.9条件下的等温热变形行为,建立包含动态回复和动态再结晶的基于物象的流变应力模型与动态再结晶晶粒尺寸模型,并提出避免粗大晶粒组织遗传性的适宜锻造工艺。结果表明:随着变形温度的升高,应变速率的降低,动态再结晶体积分数和晶粒尺寸逐渐增加;SA508Gr.4N钢的真应力-真应变曲线具有明显的不连续动态再结晶现象;通过实验值和模型预测值对比可得流变应力模型的相关系数( R)及平均相对误差(MRE)分别为0.998和4.76%,动态再结晶晶粒尺寸模型的相关系数( R)及平均相对误差(MRE)分别为0.991和8.69%,两个模型均具有较高的准确性。
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36. 锂离子电池富锂锰正极材料的最新进展
张盼盼, 黄惠, 何亚鹏, 李宵波, 郭忠诚
材料工程    2021, 49 (3): 48-58.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000292
摘要328)      PDF(pc) (8991KB)(185)    收藏
富锂锰正极材料(Li-rich manganese cathode material,LMCM)因高比容量(>250 mAh·g -1)、低成本等优势,被视为最具前景的下一代锂离子电池正极材料。然而,该正极材料在循环过程中存在不可逆的结构转变等问题,造成首次不可逆容量损失高、倍率性能差、能量衰减和电压衰减等问题。通过体掺杂、表面包覆和结构优化设计等策略可一定程度上改善LMCM存在的以上问题。本文重点介绍LMCM存在的问题及改性研究工作,分析LMCM存在的问题及起因,详细阐述目前主要改性方法的研究现状,并讨论各种改性方法的优缺点及今后的重点研究方向。此外,本文还分析目前LMCM材料产业化进展和面临的主要挑战。由于自身存在的问题和配套材料发展缓慢,目前仅在部分企业实现小批量生产。
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37. 纳米G/Fe 3O 4复合材料的制备及其摩擦学性能
杨礼河, 陈绪望, 张建国, 孙玉德
材料工程    2021, 49 (2): 143-148.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000746
摘要327)      PDF(pc) (3532KB)(105)    收藏
以石墨烯和纳米Fe 3O 4为原料,采用化学修饰的方法制备石墨烯负载四氧化三铁(G/Fe 3O 4)复合材料。通过透射电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对复合材料进行表征;在SN 5W-30润滑油中添加G/Fe 3O 4复合材料,利用等离子体光谱仪和四球摩擦试验机研究复合材料在润滑油中的分散稳定性和摩擦学性能。结果表明:使用油酸和硅烷偶联剂KH570共同修饰生成的G/Fe 3O 4复合材料在石墨烯表面分散效果比单独使用油酸修饰的好;沉淀稳定性实验表明:放置10 d后,未添加复合材料的润滑油铁元素含量下降了48.3%,添加采用油酸修饰的复合材料铁元素含量下降了39%,添加采用油酸和KH570共同修饰的复合材料铁元素含量下降了31.1%;四球摩擦实验表明G/Fe 3O 4复合材料作为润滑油添加剂具有良好的摩擦学性能,使用油酸和KH570共同修饰的效果要比单独使用油酸修饰的好,最大无卡咬负荷 P B增大了6.5%,摩斑直径减小了4.4%,摩擦因数降低了4.8%。
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38. 蒙脱土/Fe 3O 4/腐殖酸复合材料对U(Ⅵ)的作用机制
司子彦, 谢水波, 朱奥琦, 王国华, 刘迎九, 莫官海
材料工程    2021, 49 (3): 158-166.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001155
摘要326)      PDF(pc) (3949KB)(68)    收藏
通过水热法制备蒙脱土/Fe 3O 4/腐殖酸复合材料(MFH),探究pH值、MFH的投加量、吸附时间、U(Ⅵ)初始浓度及温度等因素对MFH吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明:在所选实验条件范围内,MFH的投加量对其吸附U(Ⅵ)的影响最大;当U(Ⅵ)初始浓度为5 mg·L -1,pH值为6,MFH投加量为0.3 g·L -1,温度为30℃时,MFH对U(Ⅵ)去除在30 min后达到平衡,此时去除率达到97.7%;MFH对U(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型;MFH对U(Ⅵ)的去除机理为络合作用和还原作用。再生实验表明,经5次吸附-解吸后,MFH复合材料对U(Ⅵ)的吸附率仍在90%以上,表明MFH对U(Ⅵ)的去除效果较好且具有高效重复利用性。
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39. 7B04包铝复合板热变形行为及其对组织演变的影响
杨璐, 曹敏, 曹玲飞, 廖斌, 王正安
材料工程    2021, 49 (3): 78-86.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000491
摘要324)      PDF(pc) (18904KB)(71)    收藏
利用热模拟实验研究7B04包铝复合板在变形温度为380~450℃和应变速率为0.1~30 s -1的热压缩性能,结果表明:随着真应变的增加,热加工图失稳区逐渐向高应变速率区域扩展。最适宜的热加工区域为:温度380~410℃,应变速率5~30 s -1。采用EBSD技术对变形后的组织进行表征,结果表明:随着温度的增加和应变速率的降低,再结晶晶粒趋向于晶界平直化及晶界取向差逐渐增加的方向演变。包铝层在变形过程中主要发生连续动态再结晶,而7B04基体中同时存在不连续动态再结晶、连续动态再结晶(含几何动态再结晶)。材料最佳的热变形温度为410℃和应变速率10 s -1,此时7B04基体和包铝层的晶粒尺寸均保持在较小的范围内。
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40. 粉煤灰-硅藻土复合相变储能材料制备及导热强化
刘鹏, 顾晓滨, 赵媛媛, 饶俊, 边亮
材料工程    2021, 49 (3): 141-150.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000327
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固废资源化利用是实现节能减排的重要途径,以月桂酸为相变工作介质,以粉煤灰-硅藻土二元载体为封装材料,碳纳米管为导热剂,采用直接熔融共混法制备出月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管复合相变储能材料。采用热扩散渗透测试、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、无纸记录仪等分别考察了定形复合相变储能材料的承载性能、微观结构和热物性。结果表明:粉煤灰-硅藻土二元载体可有效防止月桂酸的泄漏,当二元载体中月桂酸的质量分数为28%时可制得无泄漏复合相变储能材料,且原样粉煤灰利用率为55%;FTIR结果表明复合材料中各组分之间相容性好;DSC测得其熔化相变温度为45.79℃,相变潜热为51.06 J/g;TGA分析显示月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管热稳定性较好;储/放热性能曲线显示加入质量分数为5%的碳纳米管时,复合相变储能材料的熔化与凝固时间分别减少60%和62.5%,传热效率得到显著改善。
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