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  • 材料工程
      2013年, 第0卷, 第5期 刊出日期:2013-05-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2013年第05期目次
    2013, 0 (5): 0-0.  
    摘要 ( 236 )   HTML PDF (366KB) ( 200 )   引文文本
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    材料与工艺
    ZnO白漆的质子辐照损伤与光学性能退化机理
    王旭东, 易忠, 沈自才, 顾鹏飞
    2013, 0 (5): 1-5.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.001
    摘要 ( 728 )   HTML PDF (1470KB) ( 345 )   引文文本
    为进一步阐明ZnO白漆的辐照损伤与光学性能退化机理,在模拟的空间环境下对S781白漆进行了150keV质子辐照实验。质子辐照后,在原位条件下测试了光谱反射系数和太阳吸收比的退化规律,并利用模拟仿真和光致荧光光谱研究了ZnO白漆与质子间的微观交互作用和辐照诱发缺陷。结果表明,质子辐照下ZnO颜料发生电离生成-1价锌空位,是S781白漆出现b带吸收和光学性能退化的主要原因。此外,本工作支持了ZnO绿带荧光源于锌空位的第一原理计算结果。
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    巯基三氮唑在天然气输送管道减阻性能的研究
    邢文国, 孟宪兴, 冯维春, 张长桥
    2013, 0 (5): 6-10.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.002
    摘要 ( 533 )   HTML PDF (1437KB) ( 306 )   引文文本
    合成了一种新型天然气减阻剂3-烷基-4-胺基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(AAMT),在天然气减阻剂室内评价系统上进行了减阻率测试,通过电化学分析及扫描电子显微镜对其在钢铁表面的成膜性能进行研究。结果表明:AAMT能够牢固吸附在输气管道内表面上形成一层光滑的弹性分子膜,显著改善了输气管道内表面的粗糙度。在AAMT浓度为4g/L、成膜时间为1.5h时,测得最大减阻率为10.03%。
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    2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响
    管琪, 刘慧丛, 朱立群, 李卫平, 刘建中, 叶序彬
    2013, 0 (5): 11-15,22.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.003
    摘要 ( 706 )   HTML PDF (2455KB) ( 333 )   引文文本
    基于飞机油箱舱内铝合金在油箱积水环境中发生的结垢及腐蚀行为,采用电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和视频显微镜等设备研究了带包铝层的2524铝合金在模拟油箱积水环境中的结垢及其对腐蚀行为的影响。结果表明:2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中的结垢行为分为两个阶段,浸泡初期主要为胶体铁在试样表面的沉聚,浸泡中后期则以难溶的金属氢氧化物沉积为主,且结垢面积随时间按照特定的幂函数变化;在浸泡前24h,结垢产物促进铝合金的腐蚀,在24h以后,结垢产物对铝合金包铝层的腐蚀起到一定的抑制作用。
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    热力学计算在高氮奥氏体不锈钢研究中的应用
    郎宇平, 陈海涛, 翁宇庆, 屈华鹏
    2013, 0 (5): 16-22.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.004
    摘要 ( 953 )   HTML PDF (2337KB) ( 472 )   引文文本
    采用Thermo-Calc软件,计算了碳、铬、锰、镍元素和压力因素对22Cr高氮奥氏体不锈钢氮溶解度、凝固过程中相转变以及析出相的影响,并对设计的新型高氮奥氏体不锈钢组织及析出相进行了研究。结果表明:铬元素主要增加液态钢的氮溶解度,增加0.1%(质量分数)的碳即能显著增大奥氏体不锈钢在高温凝固时的最小氮溶解度。锰元素既增加液态钢中的饱和氮溶解度,又增加凝固初期的最小氮溶解度。适当的锰含量能扩大并稳定奥氏体相区,避免"铁素体阱"的出现。少量的镍含量既增加奥氏体不锈钢高温凝固时的最小氮溶解度,缩小高温δ铁素体存在的温度区间,也能使钢在室温下有完全的奥氏体组织。加压冶炼能有效促进氮溶解度。新型高氮奥氏体不锈钢的析出相主要为Cr23C6,Cr2N。采用热力学计算工具可以对高氮奥氏体不锈钢的冶炼、组织控制、热处理和热加工提供科学的指导。
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    Li对Al-3.5Cu-1.5Mg合金组织与性能的影响
    杨金龙, 李思宇, 叶凌英, 邓运来
    2013, 0 (5): 23-27,32.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.005
    摘要 ( 862 )   HTML PDF (1634KB) ( 378 )   引文文本
    采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、维氏硬度计和力学性能测试等方法研究了Li元素对Al-3.5Cu-1.5Mg合金微观结构及性能的影响。结果表明:在Cu/Mg原子比约为1的Al-3.5Cu-1.5Mg实验合金中,加入1%(质量分数)的Li元素,主要时效析出相由S'(Al2CuMg)转变为S'(Al2CuMg)+δ'(Al3Li),晶界无沉淀析出带(PFZ)窄化;弹性模量提高了8GPa,抗拉强度提高了21MPa,伸长率由20.3%降至15.8%,由韧性断口转变为韧/脆混合型断口。
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    化学还原法制备小粒径金纳米粒子
    丰荣娟, 李敏, 刘家祥
    2013, 0 (5): 28-32.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.006
    摘要 ( 1103 )   HTML PDF (1335KB) ( 1237 )   引文文本
    以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,用硼氢化钠还原氯金酸制备出金纳米颗粒,研究了还原剂和保护剂用量、反应温度及试剂加入顺序对金纳米颗粒粒径、形貌、分散性的影响。利用透射电子显微镜和紫外分光光度计对纳米金颗粒的形貌、分散性及尺寸进行表征。结果表明:采用硼氢化钠为还原剂时,硼氢化钠与氯金酸的摩尔比为3.75:1,PVP与氯金酸的质量比为1:1,反应温度为100℃并且在氯金酸和PVP的混合溶液中迅速加入硼氢化钠制备的金纳米颗粒均一、平均粒径在4.3nm、分散性好。同时研究了各个影响因素的作用方式并分析了原因。
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    ECAP制备超细晶铜在0.5mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为
    王庆娟, 张平平, 罗雷, 杜忠泽
    2013, 0 (5): 33-37,43.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.007
    摘要 ( 857 )   HTML PDF (2650KB) ( 315 )   引文文本
    利用极化法、电位时间曲线、浸泡实验等研究等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)制备的块体超细晶铜和退火态粗晶铜在0.5mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为,对比研究ECAP挤压前后腐蚀行为的变化。结果表明:通过ECAP制备的超细晶Cu的腐蚀电流低于粗晶Cu,自腐蚀电位Ecorr比粗晶铜高100mV左右,表明超细晶Cu的耐蚀性比粗晶Cu要好。通过电化学分析和微观腐蚀形貌,超细晶材料的腐蚀表面非常光滑,腐蚀较为均匀,粗晶材料的局部腐蚀现象十分严重。
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    AISI403马氏体不锈钢的热变形特性研究
    马龙腾, 王立民, 胡劲, 刘正东, 张秀丽
    2013, 0 (5): 38-43.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.008
    摘要 ( 906 )   HTML PDF (2245KB) ( 359 )   引文文本
    采用Gleeble-1500D热模拟试验机对AISI403马氏体不锈钢进行高温热压缩实验,结合金相组织观察,对其流变应力进行了研究。结果表明:403钢在950~1150℃,应变速率为0.01~0.1s-1的条件下,发生了较明显的动态再结晶;利用Zener-Hollomon参数的双曲对数函数能较好地描述403钢的流变行为;经回归得到了403钢峰值应力σP的表达式和热变形激活能Q值;通过热加工图的建立获得最佳热变形条件及预测流变失稳区。
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    化学镀铜对贮氢合金La0.75Mg0.25Ni3.2Co0.2Al0.1电极性能的影响
    王瑞芬, 张胤, 许剑轶, 张羊换
    2013, 0 (5): 44-47,52.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.009
    摘要 ( 837 )   HTML PDF (1390KB) ( 393 )   引文文本
    采用化学镀铜的方法,对A2B7型贮氢合金La0.75Mg0.25Ni3.2Co0.2Al0.1进行表面包覆处理,系统研究了不同温度下表面包覆铜对La0.75Mg0.25Ni3.2Co0.2Al0.1合金电极电化学性能的影响。结果表明:与未包覆相比,包覆后合金电极的高倍率放电性能、交换电流密度、氢的扩散速率和循环寿命均得到明显的提高,并且随着镀铜反应温度的升高而增大,但合金电极的最大放电容量有所降低。
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    硬质隔热用炭纤维整体毡的制备工艺研究
    施伟, 谭毅, 曹作暄
    2013, 0 (5): 48-52.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.010
    摘要 ( 716 )   HTML PDF (1850KB) ( 305 )   引文文本
    以预氧化纤维网胎为原料,经过接力层叠针刺工艺制备的预氧化纤维整体毡为预制体,在不同的炭化条件下得到炭纤维整体毡,并以热固性树脂为先驱体,采用浸渍—固化—树脂炭化—石墨化的方法制备了硬质隔热用炭纤维整体毡。研究了针刺工艺、炭化温度、浸渍液浓度和固化时所加压力等因素对材料密度的影响,并借助扫描电镜观察样品的微观结构。结果表明:采用高的针刺密度和针刺深度参数,得到的预制体密度较大;炭化温度对整体毡密度的影响不大,但其含碳量随炭化温度变化明显;浸渍液浓度及预制体密度均对硬质毡的密度有一定影响;随着固化时压力的增大,样品的密度也逐渐提高。
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    负载型纳米Pd-M(Ag,Cu)催化剂的制备与催化性能
    隋静, 胡娜, 段芳, 施冬健, 陈明清
    2013, 0 (5): 53-56.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.011
    摘要 ( 728 )   HTML PDF (1930KB) ( 477 )   引文文本
    以自制的聚N,N-二乙基丙烯酰胺接枝聚丙烯腈/聚苯乙烯(PDEAm-g-PAN/PSt)微球作为载体,采用原位还原方法,将与酰胺基团配位的金属离子还原成纳米金属颗粒,制得负载型纳米Pd-M(Ag,Cu)催化剂。采用扫描电子显微镜(SEM)对聚合物微球进行表征,采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)和热重分析(TGA)对负载型催化剂进行表征,结果表明:该聚合物微球表面呈现规整的花状形态,Pd-M颗粒均匀分散于PDEAm-g-PAN/PSt微球表面,其粒径约为10nm。将制备的Pd-M(Ag,Cu)催化剂应用于1-辛烯的催化加氢反应,并与商业化催化剂Pd/C相比,催化1-辛烯加氢的效率为Pd-Cu>Pd-Ag>Pd/C。
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    智能复合材料风力机叶片设计与有限元分析
    乔印虎, 韩江, 张春燕, 陈杰平
    2013, 0 (5): 57-61.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.012
    摘要 ( 915 )   HTML PDF (2102KB) ( 506 )   引文文本
    随着风力发电机叶片的大型化,将智能材料粘贴在叶片表面或嵌入叶片内部形成新的结构,智能材料作为传感器和作动器。设计了小型风力发电机叶片及其智能夹层结构,用有限元分析软件Algor分析埋入的压电材料逆压电效应下的应力、位移,并与气动力作用下的叶片流体计算结果进行对比。分析实现叶片振动主动控制的可行性,以防止叶片这一弹性体发生颤振。
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    磷酸表面处理复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金抗氧化性能的影响
    任保轶, 刘子孺, 高艳慧, 张学军
    2013, 0 (5): 62-66,72.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.013
    摘要 ( 801 )   HTML PDF (3209KB) ( 266 )   引文文本
    研究磷酸表面处理和复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金600℃下空气中抗氧化性能的影响。结果表明:600℃氧化24h后,磷酸表面处理使Ti-6Al-4V合金平均氧化速率下降了近75%,复合非晶SiO2涂层样品600℃等温氧化100h后,平均氧化速率比空白样品降低一个数量级,抗氧化性能与单独的磷酸处理比较进一步提高。磷酸表面处理和复合SiO2涂层样品的氧化膜致密性增强且与基体的黏附性良好,二者氧化膜中TiO2的体积分数均低于空白样品。磷酸表面处理形成的TiP2O7层与SiO2涂层共同抑制了O的内扩散和Ti的外扩散。
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    测试与表征
    基于声发射和双谱分析的铝合金损伤原位监测研究
    朱荣华, 刚铁, 万楚豪
    2013, 0 (5): 67-72.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.014
    摘要 ( 805 )   HTML PDF (3682KB) ( 287 )   引文文本
    以列车车体材料7N01铝合金为研究对象,基于声发射和数字图像技术对7N01铝合金三点弯曲损伤过程进行了监测,采用传统的声发射参数与双谱法分析了7N01铝合金裂纹萌生及失稳扩展的声发射特征。结果表明:声发射能量和质心频率可有效预报7N01铝合金微裂纹的萌生。声发射信号的双谱等高线图显示两个频率成分之间的耦合关系,使得识别7N01铝合金三点弯曲过程中的不同阶段变得相对容易。7N01铝合金试样缺口尖端的损伤演变过程的数字图像监测结果,验证了声发射能量和质心频率对裂纹萌生的预测。实验结果显示声发射监测技术为裂纹演变行为的预测提供了依据。
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    聚碳酸酯熔体挤压流变研究
    王韬, 曹伟, 颜悦, 厉蕾
    2013, 0 (5): 73-77.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.015
    摘要 ( 872 )   HTML PDF (2004KB) ( 318 )   引文文本
    鉴于现有流变仪不能直接表征挤压过程的应力-应变关系,本工作设计了恒定接触面积模式平板挤压流动装置,通过测量上平板压力及移动位移来表征熔体的流变特征,再通过理论建模和数值计算分别研究了幂律模型、PTT模型和XPP模型表征挤压过程的准确性。结果表明:聚碳酸酯熔体挤压应力随应变的增加而增大,当熔体温度降低、挤压速率升高时,挤压应力随应变表现出三段分布,而初始挤压间距不影响应力应变分布模式,仅仅影响挤压应力的大小;黏弹本构模型可以预测出挤压应力的变化趋势,其中XPP模型的预测值更接近实验结果。
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    异面预压铝蜂窝降低初始峰值力敏感性分析
    王中钢, 鲁寨军, 夏茜
    2013, 0 (5): 78-82,88.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.016
    摘要 ( 789 )   HTML PDF (3021KB) ( 223 )   引文文本
    利用动态几何信息再更新策略,重置预压后胞元的单元信息及边界条件,实现了铝蜂窝预压缩数值模拟。对比准静态实验,分析了预压缩前后蜂窝力学特性的变化。采用数值模拟手段研究了预压缩对峰值力特性在冲击速率与预压深度两方面的敏感性,结果表明:准静态加载时,蜂窝直接进入稳定压缩段,初始峰值力不复存在;动态低速加载时,若预压量低于某定值,蜂窝先进入稳定压缩段,继而出现二次峰值,达到甚至超过该值后,预压后峰值特性趋于稳定,峰值均出现在加载初始时刻,理想的周期性褶皱对应周期性峰值力的现象并不存在;对出现二次峰值的预压蜂窝,二次峰值随冲击速率的提高增加不明显,在速率达到20m/s后,反而在加载初始时刻出现新的初始峰值力,该力值甚至大于二次峰值; 总体而言,二次峰值与预压后初始峰值均小于未预压处理的蜂窝初始峰值,峰值特性得到明显改观。系列结果对蜂窝吸能材料选择与设计提供重要参考。
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    2D-Cf/SiC复合材料缺口试件拉伸力学行为研究
    郭洪宝, 王波, 矫桂琼, 刘永胜
    2013, 0 (5): 83-88.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.017
    摘要 ( 932 )   HTML PDF (2745KB) ( 407 )   引文文本
    通过对V型、半圆型和细线型双边缺口2D-Cf/SiC复合材料试件进行拉伸实验,研究了不同形状缺口对试件拉伸力学行为的影响。通过引伸计获得了拉伸过程中缺口段材料整体拉伸变形与净截面应力之间的对应关系;通过应变片获得了缺口附近局部材料的应变数值,直观体现了缺口周围的应变集中现象;依据应变变化规律,分析了双边缺口试件的损伤失效进程。通过对比标准拉伸试件,全面分析了2D-Cf/SiC复合材料双边缺口试件拉伸净强度的主要影响因素和破坏机理;最后通过有限元模拟,得到了三种缺口试件缺口段材料的应变分布情况。结果表明:拉伸过程中缺口试件缺口段材料损伤失效进程具有明显的非同步性,净拉伸强度随缺口形状不同出现不同程度下降;有限元模拟结果与实验结果吻合较好。
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    综述
    石墨烯基磁性纳米复合材料的制备与微波吸收性能研究进展
    贾海鹏, 苏勋家, 侯根良, 曹小平, 毕松, 刘朝辉
    2013, 0 (5): 89-93,100.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.018
    摘要 ( 1016 )   HTML PDF (1036KB) ( 748 )   引文文本
    本文首先概述了石墨烯独特的物理结构和优异的力学、热学、电磁学性能,然后综述了石墨烯基磁性纳米复合材料的制备方法,并分析了其微波吸收机理,最后结合国内外研究现状展望了石墨烯基磁性纳米复合材料制备与微波吸收性能研究的发展方向,指出揭示复合材料的界面结合机制,调控复合材料的微观形貌,探索石墨烯与磁性纳米粒子微波吸收的协同效应将成为今后研究的重点和热点。
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    纤维复合材料预制件渗透率及其结构相关性的研究进展
    董抒华, 王成国, 贾玉玺, 焦学健
    2013, 0 (5): 94-100.   DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.019
    摘要 ( 760 )   HTML PDF (1157KB) ( 540 )   引文文本
    纤维复合材料预制件的渗透率是影响液体模塑成型过程中树脂流动的一个重要参数,由于它与预制件多层次结构的复杂相关性而使得渗透率的预测一直面临着挑战。本文从预制件的微观、细观及宏观层次分别介绍了渗透率与其结构相关性的研究进展,综述了预制件渗透率的数学模型及其影响因素,展望了渗透率研究的发展趋势,这将有助于揭示复合材料结构件的缺陷形成机理,进而优化设计复合材料结构件及其成型工艺。
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