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  • 材料工程
      2014年, 第0卷, 第6期 刊出日期:2014-06-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2014年第06期目次
    2014, 0 (6): 0-0.  
    摘要 ( 171 )   HTML( PDF (332KB) ( 182 )   引文文本
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    材料与工艺
    异种铝合金搅拌摩擦焊材料流动行为研究
    李继忠, 马正斌, 董春林, 栾国红
    2014, 0 (6): 1-4.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.001
    摘要 ( 889 )   HTML( PDF (1708KB) ( 267 )   引文文本
    采用异种铝合金交替排列的方法,研究了搅拌摩擦焊接过程中材料的变形和流动行为。结果表明:采用垂直焊缝交替排列的焊缝表面形成了两套弧纹,其中粗大弧纹是由于在焊接方向上两种铝合金交替排列而产生的周期性变化所致;受焊速和转速的影响,材料在前进侧流动剧烈且混合均匀,而后退侧因材料流动较弱仍与母材保持连续分布状态;由于材料塑性变形程度的差异,在轴肩影响区、搅拌针影响区和母材之间形成了明显的分界面。
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    低碳硅锰系Q&P钢增塑机制及组织性能
    陈连生, 赵远, 田亚强, 宋进英, 魏英立, 杨栋
    2014, 0 (6): 5-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.002
    摘要 ( 756 )   HTML( PDF (3375KB) ( 276 )   引文文本
    采用双相区保温-淬火-配分工艺对低碳硅锰钢进行处理,通过场发射扫描电镜、X射线衍射仪和拉伸实验等对该Q&P钢增塑机制及其组织性能进行研究。结果表明:实验用钢经双相区保温-淬火-配分处理后,综合力学性能优于传统Q&P钢;双相区合理的保温时间可以减少室温组织中二次淬火马氏体含量,以保证更好的塑性;实验用钢经Q&P工艺处理后室温残余奥氏体含量为4.9%,而经双相区保温-淬火-配分处理时,随着双相区保温时间的延长,室温残余奥氏体含量呈先增加后减少的趋势,在双相区720℃保温1500s再经Q&P处理后残余奥氏体含量达到最大值7.3%,综合力学性能最佳。
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    预析出对2519A铝合金局部腐蚀性能的影响
    刘瑛, 张品芳, 陈兰君, 张合, 张新明, 耿占吉
    2014, 0 (6): 11-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.003
    摘要 ( 718 )   HTML( PDF (2794KB) ( 242 )   引文文本
    研究了固溶后预析出对2519A铝合金的拉伸性能、恒载荷应力腐蚀和晶间腐蚀性能的影响,并通过透射电镜进行组织观察,分析了影响机理。结果表明:预析出提高了T6态2519A合金局部腐蚀性能,合金应力腐蚀开裂时间由无析出时的1天提高至9天,晶间腐蚀最大深度由220μm下降到120μm,而抗拉强度仍有400MPa。合适的预析出也可提高T8态合金局部腐蚀性能,开裂时间由无析出时的10天可增加到520℃析出时的14.9天,晶间腐蚀的最大深度和腐蚀形貌无明显变化,而预析出的抗拉强度有所降低。合适的预析出使T6与T8态样品晶界析出相粗化,间距加大,这是局部腐蚀性能提高的主要原因。
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    Ti-Zr-Cu-Co-Sn-Si块体非晶合金的形成及生物腐蚀行为和力学性能
    胡侨, 张敏, 李海飞, 尹恩怀, 逄淑杰, 张涛
    2014, 0 (6): 18-21.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.004
    摘要 ( 922 )   HTML( PDF (1079KB) ( 300 )   引文文本
    采用铜模铸造法制备了不含高生物毒性元素Ni和Be及贵金属元素的生物医用型Ti87-xZr7.5CuxCo2.5Sn2Si1x=39,40,42,原子分数/%)块体非晶合金,并对其非晶形成能力、热稳定性、生物腐蚀行为及力学性能进行了研究。结果表明:该系非晶合金临界直径为2~3mm,并具有较高的热稳定性,其过冷液体温度区间为44~51K。Ti-Zr-Cu-Co-Sn-Si非晶合金在模拟人体体液环境中表现出高耐腐蚀性能,在37℃的磷酸盐缓冲溶液中发生自钝化,钝化电流密度低,且其开路电位和孔蚀电位随着Ti含量的增加而提高。该系非晶合金具有良好的力学性能,压缩断裂强度达2309MPa,弹性模量为92~100GPa。
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    温度对TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层组织结构的影响
    李涌泉, 谢发勤, 吴向清, 姚小飞
    2014, 0 (6): 22-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.005
    摘要 ( 629 )   HTML( PDF (3088KB) ( 217 )   引文文本
    通过在1000,1050,1100℃和1150℃下Si-Al-Y扩散共渗4h的方法,在TiAl合金表面制备了Y改性Si-Al共渗层,采用SEM,EDS和XRD分析了共渗温度对共渗层组织及相组成的影响。结果表明:不同温度所制备的Si-Al-Y共渗层均具有多层复合结构,共渗层的内层都是由TiAl2和γ-TiAl相组成,互扩散区为富Al的TiAl相,随温度的升高,共渗层外层和中间层的组成相都发生改变。经1000℃/4h共渗的最外层主要为TiAl3相;温度为1050℃时,由外向内依次为TiSi2外层,(Ti,X5Si4及(Ti,X)5Si3X表示元素Nb和Cr)中间层;1100℃和1150℃/4h条件下共渗层具有相似的结构,在1100℃/4h条件下其外层由(Ti,X5Si4,(Ti,X5Si3相组成;在1150℃/4h条件下其外层由(Ti,X5Si3相组成。在四种温度条件下,1050℃/4h下制备的共渗层较厚,组织致密,适合用于Si-Al-Y共渗层的制备。
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    Q235低碳钢等离子体电解硼碳共渗处理及性能分析
    王彬, 薛文斌, 金小越, 吴杰, 华铭, 吴正龙
    2014, 0 (6): 28-34.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.006
    摘要 ( 901 )   HTML( PDF (3538KB) ( 197 )   引文文本
    采用液相等离子体电解渗方法对Q235低碳钢进行硼碳共渗(PEB/C)处理,研究了Q235低碳钢表面硼碳共渗层的形貌、结构和显微硬度。评估了PEB/C处理前后Q235钢的电化学腐蚀性能,以及以GCr15钢球作为摩擦副在不同载荷条件下PEB/C渗层的摩擦磨损特性。结果表明,经过PEB/C处理后(330V/30min),形成厚度约为20μm并主要由Fe2B相组成的渗硼层。PEB/C处理轻微提高了Q235钢的耐腐蚀性能,但明显降低了Q235低碳钢与GCr15钢球对磨的摩擦因数和磨损率。当载荷为5N时,PEB/C样品的摩擦因数和磨损率分别是Q235钢基体的1/4和1/59。
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    热压形变参数对AZ31镁合金接头微观组织和力学性能的影响
    初雅杰, 李晓泉, 吴申庆, 徐振钦, 杜舜尧
    2014, 0 (6): 35-39.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.007
    摘要 ( 855 )   HTML( PDF (2487KB) ( 205 )   引文文本
    采用与母材同质的焊丝对AZ31镁合金板材进行手工钨极氩弧焊,利用真空热压炉及专门设计的夹装模具对焊接接头分别在250,300,350,400℃,应变速率为0.001s-1进行真空热压试验,通过电子拉伸试验仪、光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)技术,研究镁合金焊接接头的力学性能和组织演化规律。结果表明:随着热压温度的升高,接头抗拉强度和伸长率不断增大,在350℃时,接头表现出最大的抗拉强度228MPa和伸长率10.2%,400℃时,强度和伸长率有所降低。在该工艺过程中,随着变形温度的升高,接头组织再结晶现象越来越明显,350℃时出现较多的动态再结晶核心和再结晶小晶粒,平均晶粒尺寸由46μm 细化至16μm左右,随着温度的升高,动态再结晶晶粒数量逐渐增加,400℃时,晶粒尺寸有所长大,平均晶粒尺寸为26μm,分布较均匀。
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    改性高吸水树脂制备吸水膨胀橡胶及其性能
    吴江渝, 何紫莹, 李秀辉
    2014, 0 (6): 40-44.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.008
    摘要 ( 1000 )   HTML( PDF (2115KB) ( 235 )   引文文本
    以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)为单体合成高吸水树脂(SAR)。利用疏水单体丙烯酸丁酯(BA)对高吸水树脂进行改性,并与丁腈橡胶共混制备吸水膨胀橡胶(WSR)。研究了P(AA/BA)含量对SAR、WSR吸水性能及WSR力学性能的影响。结果表明:P(AA/BA)含量达到SAR质量的33.3%(质量分数,下同)时,SAR的吸水率仅降低了8.49%;当P(AA/BA)含量为23.1%时,WSR的拉伸强度和断裂伸长率均达到最大值,吸水性能达到最佳,WSR质量流失率降低到5.8%。P(AA/BA)的引入改善了SAR和丁腈橡胶的相容性,提高了WSR的使用性能。
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    仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能
    汪怀远, 林珊, 张帅, 杨淑慧, 朱艳吉
    2014, 0 (6): 45-50.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.009
    摘要 ( 1016 )   HTML( PDF (5896KB) ( 280 )   引文文本
    采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。
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    高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响
    董建民, 李嘉荣, 牟仁德, 赵金乾, 史振学, 刘世忠
    2014, 0 (6): 51-55.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.010
    摘要 ( 881 )   HTML( PDF (3453KB) ( 255 )   引文文本
    采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征。结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ’相粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似。
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    null
    李奇, 王宪成, 蔡志海, 底月兰, 何星
    2014, 0 (6): 56-61.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.011
    摘要 ( 564 )   HTML( PDF (4916KB) ( 187 )   引文文本
    利用SRV实验机模拟重型车辆发动机活塞环-缸套摩擦副的工作状态,测试了静载荷和动载荷条件下摩擦副的摩擦学性能。采用扫描电镜、能谱仪分析了磨痕形貌和化学成分,研究了摩擦副的磨损机制。结果表明:随静载荷的增加,摩擦副的摩擦因数减小,总失重量增加。摩擦副的磨损机理以磨粒磨损为主,在400N条件下活塞环的磨损机理为综合的磨粒磨损和黏着磨损。在低强度和中等强度动载荷条件下,摩擦副的摩擦因数随载荷的变化而呈循环变化,磨损机理以磨粒磨损为主。在高强度动载荷条件下,摩擦副的摩擦因数保持稳定,活塞环的磨损机理是综合的磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损,缸套的磨损机理是综合的磨粒磨损、黏着磨损。摩擦副的总失重量随动载荷强度的增大而增加。
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    不同高温处理工艺对C/C复合材料生物相容性的影响
    倪昕晔, 李爱军, 钟萍, 林涛, 熊信柏, 顾卫东
    2014, 0 (6): 62-67.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.012
    摘要 ( 675 )   HTML( PDF (1189KB) ( 309 )   引文文本
    对比研究了经不同时间高温石墨化处理后的C/C复合材料有毒物质含量及材料对成骨细胞生长的影响。结果表明,延长高温处理时间可以去除有毒物质As,Pb和减少有毒Hg,Cd,Al等含量。经过较短时间(4,8h)处理后的C/C复合材料表面成骨细胞生长缓慢,有明显的毒性作用,而超过较长时间(12,16h)处理后的C/C复合材料表面成骨细胞生长良好。延长C/C复合材料高温处理时间可以提高其生物相容性。
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    测试与表征
    304不锈钢点蚀行为的电化学阻抗谱研究
    杜楠, 叶超, 田文明, 赵晴
    2014, 0 (6): 68-73.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.013
    摘要 ( 1056 )   HTML( PDF (2079KB) ( 463 )   引文文本
    综合运用动电位电化学阻抗谱(DEIS)和时间扫描模式下的电化学阻抗谱(TSEIS)研究了304不锈钢在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的点蚀行为。DEIS的结果表明,在比点蚀电位0.15V负得多的电位0.02V下,亚稳态点蚀就已经开始,并且亚稳态蚀孔的产生与再钝化是随机的,DEIS测试得到的稳态点蚀电位比动电位极化法得到的点蚀破裂电位要负0.05V。TSEIS的结果表明,只有在钝化膜减薄到一定程度后,点蚀的形核才能发生。通过对等效电路中元件参数的分析,揭示了点蚀发展过程中双电层和钝化膜结构的变化特点。
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    DZ466合金热障涂层CoCrAlY黏结层1050℃氧化行为
    任维鹏, 李青, 肖程波, 宋尽霞, 何利民, 黄光宏, 曹春晓
    2014, 0 (6): 74-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.014
    摘要 ( 735 )   HTML( PDF (1324KB) ( 327 )   引文文本
    采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为。采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析。结果表明:在1050℃氧化1500h(热循环31次)后,热障涂层未出现脱落现象。沉积态CoCrAlY黏结层主要由β-CoAl相和γ-Co固溶体相组成;1050℃氧化后,在黏结层与陶瓷层界面生成热生长氧化物(TGO)层,黏结层逐渐发生退化,β-CoAl相逐渐转化为γ-CoNi固溶体;氧化1200h后,TGO/黏结层界面出现由活性元素效应导致的氧化物栓;TGO层皱曲行为导致TGO/陶瓷层界面出现微裂纹,并且该微裂纹沿界面横向扩展。TGO的厚度增长模式符合分段抛物线规律,初期氧化速率常数约为6.1×10-14cm2/s,氧化400h后,氧化速率常数减小,为3.5×10-14cm2/s。
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    316L不锈钢管的膨胀性能
    张仁勇, 王霞, 施岱艳, 陈勇彬, 鞠岚, 张金钟
    2014, 0 (6): 79-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.015
    摘要 ( 822 )   HTML( PDF (1645KB) ( 195 )   引文文本
    采用自上而下的膨胀工艺,对316L不锈钢管进行9%的径向膨胀实验,对比膨胀变形前后的力学性能。研究结果揭示了316L不锈钢管的膨胀特性:管材的长度减小了约3.6%,壁厚减小了4.4%左右,不均匀变形程度增加;由于加工硬化,管材的布氏硬度和抗拉强度明显增加,断后伸长率和断面收缩率出现大幅度下降。断口形貌表明膨胀前后的316L不锈钢管均属于韧性断裂,膨胀前试样断口以韧窝为主,部分韧窝呈撕裂状,而且出现明显的蛇形滑动现象;膨胀后试样断口的韧窝变小变浅,大部分蛇形滑动现象消失。
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    炭纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的影响
    钱鑫, 支建海, 张永刚, 杨建行
    2014, 0 (6): 84-88.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.016
    摘要 ( 656 )   HTML( PDF (1598KB) ( 336 )   引文文本
    采用阳极氧化法对炭纤维的表面进行处理,通过改变氧化程度制备具有不同表面化学结构的炭纤维,并将其作为增强体再制备成复合材料。研究了炭纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的影响。结果表明,阳极氧化处理后炭纤维表面活性大幅提高,O,N元素含量分别由处理前的3.10%,1.12%提高到处理后的13.07%,5.96%;当电流密度低于15A/m2时,O/C,N/C值越高越有利于炭纤维表面与环氧树脂基体之间的界面黏合;在含氧官能团中,-COOH是决定炭纤维/环氧树脂基体间化学键合强度高低的关键因素。
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    综述
    石墨烯的电子结构及其应用进展
    梁彤祥, 刘娟, 王晨
    2014, 0 (6): 89-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.017
    摘要 ( 771 )   HTML( PDF (2992KB) ( 918 )   引文文本
    本文分析了石墨烯的晶体结构、电子结构以及其独特的量子霍尔效应,评价了石墨烯的制备方法,分析了石墨稀应用研究进展。阐述了目前石墨稀材料研究的主要问题,并预测了其发展趋势。
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