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  • 材料工程
      2014年, 第0卷, 第9期 刊出日期:2014-09-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2014年第09期目次
    2014, 0 (9): 0-0.  
    摘要 ( 190 )   PDF (1403KB) ( 206 )   引文文本
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    材料与工艺
    超快冷条件下含Nb钢铁素体相变区析出及模型研究
    周晓光, 王猛, 刘振宇, 杨浩, 吴迪, 王国栋
    2014, 0 (9): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.001
    摘要 ( 398 )   HTML( PDF (3083KB) ( 238 )   引文文本
    采用Gleeble-3800热/力模拟试验机研究了超快冷条件下含Nb钢在铁素体相变区的析出行为。考虑Nb(C,N)在铁素体中的固溶度积和Nb元素在铁素体中的扩散系数,给出了超快冷条件下Nb在铁素体相变区的析出模型。结果表明:轧后超快冷至650℃(铁素体相变区)可抑制Nb在奥氏体中析出,实现Nb在铁素体相变区中的析出;与在奥氏体中析出行为相比,Nb在铁素体中析出物数量明显增加,尺寸显著细化,析出物粒子密度由79个/μm2增加到373个/μm2,析出物尺寸由12.9nm细化到8.1nm,有利于发挥Nb的析出强化效果;该含Nb实验钢在铁素体中析出时最大形核率温度为620℃,最快沉淀析出温度为700℃,且计算与实测的析出相体积分数吻合良好,说明该模型可以用来模拟超快冷条件下Nb在铁素体相变区的析出行为。
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    铝青铜聚酯封严涂层的制备和可磨耗性能评价
    杨杰, 安宇龙, 赵晓琴, 陈杰, 周惠娣, 陈建敏
    2014, 0 (9): 8-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.002
    摘要 ( 511 )   HTML( PDF (3253KB) ( 153 )   引文文本
    采用机械混合的方法制备了用于可磨耗涂层的铝青铜聚酯复合粉末,并通过大气等离子喷涂制备了相应涂层。通过滑动摩擦实验,对比考察了该涂层与Metco 605NS涂层在不同温度下的可磨耗性能。结果表明:涂层组织中聚酯和孔隙分布均匀;在室温和200℃下,采用混合粉末制备的涂层与钛合金配副摩擦因数均在0.4左右,磨痕表面光滑平整,磨损体积较Metco 605NS涂层更大,表现出更优异的可磨耗性能;在400℃时,聚酯的烧蚀和涂层致密化,以及滑动摩擦实验采用的点接触产生的高接触应力,使得与两种涂层对磨的钛合金均产生黏着剥落和磨粒磨损,摩擦因数升高且存在较大波动。
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    AZ31/7005异种材料填丝GTAW焊接接头的组织与性能
    杜红燕, 李亚江
    2014, 0 (9): 14-19.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.003
    摘要 ( 459 )   HTML( PDF (3296KB) ( 191 )   引文文本
    采用ER4043,ER4047铝硅合金焊丝对AZ31镁合金和7005铝合金异种材料进行填丝钨极氩弧焊(GTAW),并对AZ31/7005接头进行微观组织观察和显微硬度分析。结果表明:采用填丝钨极氩弧焊工艺,可以获得表面成形良好的焊接接头;镁侧熔合区是接头力学性能的薄弱区,镁侧熔合区不同结晶区域Mg和Al的成分较为接近,组织主要为Mg17Al12+Mg共晶体组织;靠近镁侧熔合区无高硬度脆性相产生,焊缝区的硬度稍高于镁母材区,但远低于铝母材区。
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    Q235钢基体LZAS微晶玻璃/Y-TZP梯度涂层接触应力的数值模拟
    龚伟, 周黎明, 王恩泽, 白朝中
    2014, 0 (9): 20-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.004
    摘要 ( 430 )   HTML( PDF (2146KB) ( 257 )   引文文本
    运用有限元软件对Hertz接触状态下Q235钢基体LZAS微晶玻璃/Y-TZP梯度涂层的接触应力进行了分析。讨论了梯度层厚度、梯度层层数和物性参数渐变方式(3Y-TZP体积组分差)对涂层接触应力分布情况的影响。结果表明:涂层的径向接触应力和Mises应力的最大值位于接触中心处,最大剪切应力则位于涂层表层下方靠近接触中心处;涂层表面径向应力、整体最大Mises应力和涂层/基体界面剪应力与涂层的层数、厚度以及3Y-TZP体积组分差均有密切关系。
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    TC4钛合金与YG8硬质合金高频感应钎焊组织及性能研究
    邵长斌, 熊江涛, 孙福, 张赋升, 李京龙
    2014, 0 (9): 26-31.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.005
    摘要 ( 501 )   HTML( PDF (3294KB) ( 266 )   引文文本
    在钎焊温度920~970℃和钎焊保温时间20s条件下,采用B-Cu64MnNi钎料对TC4钛合金与YG8硬质合金进行真空高频感应钎焊实验。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射分析(XRD)对钎焊接头的显微组织、成分分布和相结构进行了研究,测试了接头的抗拉强度并观察分析了断口形貌及其元素分布。结果表明,钎焊温度为920~940℃时TC4与YG8钎焊接头显微结构为:TC4/β-Ti/TiCu+Ti3Cu4+TiMn+Cu(Mn,Ni)/YG8,钎缝呈镶嵌结构;随钎焊温度升高,脆性片状组织TiMn增多,镶嵌结构破坏,接头性能明显降低;钎焊温度为930℃时,获得的接头抗拉强度最高,为206MPa。
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    退火温度对Ge/SiO2多层膜的结构和光学性能的影响
    彭洁, 李子全, 刘劲松, 蒋明, 许奇
    2014, 0 (9): 32-38.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.006
    摘要 ( 371 )   HTML( PDF (3356KB) ( 254 )   引文文本
    采用磁控溅射技术在石英衬底上制备出(Ge/SiO215多层膜,并在不同温度下对其进行退火处理。XRD和Raman结果表明:溅射态的薄膜为非晶态,当退火温度为500℃时开始出现明显的结晶衍射峰,随后晶化率明显增大,当600℃后,薄膜的晶化率几乎不变。FESEM和小角度X射线衍射结果表明:溅射态薄膜的层与层之间存在明显的界面,具有良好的周期性,升高退火温度,晶粒尺寸增大,但仍保持周期性结构。薄膜的紫外-可见光吸收光谱表明:随着退火温度的升高,吸收边发生红移,光学带隙从溅射态的1.86eV减小到600℃时的1.59eV。
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    纳米氧化铝颗粒对高性能环氧树脂玻璃化转变温度的影响
    张宗华, 刘刚, 张晖, 张忠, 王小群
    2014, 0 (9): 39-44.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.007
    摘要 ( 545 )   HTML( PDF (2401KB) ( 293 )   引文文本
    采用机械分散工艺制备了Al2O3/环氧复合材料,研究了颗粒含量和颗粒表面改性对复合材料玻璃化转变温度(Tg)的影响规律。结果表明:微米颗粒的加入并未改变环氧树脂的Tg,而纳米颗粒的加入则产生了较大影响。当未表面改性的Al2O3纳米颗粒含量超过10%(质量分数,下同)时,复合材料的Tg开始下降;纳米颗粒含量为18%时,相比纯树脂体系,复合材料的Tg下降了约25℃。经过辛基硅烷表面改性的纳米Al2O3颗粒与树脂的相容性得到改善,对体系的增黏效果减小,复合材料的Tg降低幅度较小。
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    工程陶瓷-典型金属摩擦副的摩擦学性能及组合优化
    田欣利, 王龙, 王朋晓, 吴志远, 张保国, 王健全
    2014, 0 (9): 45-50.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.008
    摘要 ( 345 )   HTML( PDF (1891KB) ( 212 )   引文文本
    以Si3N4,SiC,ZrO2分别与45钢,GCr15,锡青铜QSn4-3,锡基巴氏合金ZChSnSb8-4组成的摩擦副为研究对象,对微量润滑条件下的工程陶瓷-金属摩擦副进行了摩擦磨损正交实验。结果表明:陶瓷-金属摩擦副整体具有良好的摩擦学性能,摩擦因数为0.1~0.25,陶瓷和金属偶件的磨损率均较低,为10-7mm3/(N·m)数量级。其中,Si3N4-巴氏合金的摩擦因数最低,SiC-巴氏合金的磨损率最小。Si3N4具有自润滑特性,摩擦表面能够形成氧化膜,使其与金属组合具有较佳的摩擦学性能。锡基巴氏合金作为对磨件,易与陶瓷形成金属化合物润滑膜,其摩擦性能优于其他三种金属,Si3N4-锡基巴氏合金组合摩擦学性能最为优异。
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    5A90铝锂合金超塑性变形的组织演变及变形机理
    张盼, 叶凌英, 顾刚, 蒋海春, 张新明
    2014, 0 (9): 51-56.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.009
    摘要 ( 455 )   HTML( PDF (2700KB) ( 174 )   引文文本
    采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射以及高温拉伸实验研究了工业化制备的5A90铝锂合金超塑性板材变形过程中的组织演变及变形机理。结果表明:在高温拉伸前对板材进行450℃/30min再结晶退火后,在温度为475℃、应变速率为8×10-4s-1的适宜超塑性变形条件下,可使伸长率由原始状态的480%提高至880%。整个超塑性变形过程展现出不同的变形机制:初始阶段(ε≤0.59),板材以形变组织为主,晶粒取向差逐渐增大,位错运动为该阶段的主要变形机制。当真应变达到0.59时,动态再结晶开始发生,晶粒取向差继续增大,晶界滑动开始启动。当真应变大于1.55时,晶粒继续长大,但长大幅度不大且保持等轴状,该阶段变形机制以晶界滑动为主。
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    Fe-Cr-B-C堆焊合金的组织与耐磨性
    王智慧, 万国力, 贺定勇, 蒋建敏, 崔丽
    2014, 0 (9): 57-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.010
    摘要 ( 405 )   HTML( PDF (3945KB) ( 295 )   引文文本
    采用药芯焊丝气体保护堆焊方法制备Fe-Cr-B-C堆焊合金,利用金相、SEM、XRD等方法,分析了不同硼含量对堆焊合金组织及硼化物形貌的影响。结果表明:Fe-12Cr-xB-0.1C合金的显微组织由铁素体+奥氏体+(Fe,Cr)2B+(Fe,Cr)23(B,C)6组成。当硼含量<3%(质量分数,下同)时,随着硼含量增加,硼化物形态逐渐由断续网状转变为网状;当硼含量≥3%时,随着硼含量增加,初生块状(Fe,Cr)2B数量逐渐增加,其尺寸和分布更均匀,硼化物主要呈块状、条状、鱼骨状、蜂窝状及菊花状分布。初晶(Fe,Cr)2B近似呈四边形柱状体,趋向垂直于堆焊层表面生长。当硼含量≤4%时,硼的增加能显著提高Fe-Cr-B-C堆焊合金的硬度及耐磨性。
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    TC4-DT合金的超塑性变形及其本构方程
    郑漫庆, 王高潮, 徐雪峰, 喻淼真
    2014, 0 (9): 63-67.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.011
    摘要 ( 508 )   HTML( PDF (1731KB) ( 279 )   引文文本
    采用CMT4104电子万能拉伸试验机分别进行温度为870℃,应变速率为3.3×10-4s-1的恒应变速率和温度为850~890℃,应变速率为3.3×10-5~3.3×10-3s-1的应变速率循环法超塑性拉伸实验。结果表明:在变形过程中存在动态回复与动态再结晶现象,并采用Avrami方程描述了动态再结晶动力学行为;基于应变速率循环法获得了TC4-DT合金的本构模型,再通过1stopt软件加以回归拟合,得到较为精确的TC4-DT合金超塑性变形本构方程。
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    复杂断面空心铝型材分流模挤压焊合过程金属流变行为分析
    黄东男, 于洋, 李有来, 左壮壮
    2014, 0 (9): 68-75.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.012
    摘要 ( 461 )   HTML( PDF (3971KB) ( 531 )   引文文本
    采用有限元法结合焊合区网格重构技术,揭示了复杂断面空心铝型材焊合时的金属流变行为,优化了分流孔面积、位置、宽展角等结构参数,使得同步焊合面由原来1个增加到5个,消除了型材断面中部流速快、左部慢与底面卷翘等成形缺陷。焊合室内最大静水压力达484MPa,能够满足焊合质量,模芯周围受力分布均匀,有利于减小型材壁厚超差。
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    原料尺寸对氧化石墨与石墨烯性能的影响
    赵天宇, 杨程, 宋洪松
    2014, 0 (9): 76-82.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.013
    摘要 ( 414 )   HTML( PDF (4219KB) ( 529 )   引文文本
    采用改进的Hummers法对不同尺寸的天然石墨进行氧化处理,水合肼还原获得石墨烯。利用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)等对天然石墨、氧化石墨和石墨烯的化学结构、光谱学及结晶性进行表征。结果表明:天然石墨被充分氧化为氧化石墨,氧化石墨被还原为完美的石墨烯;天然石墨尺寸越小,氧化程度越大,氧化石墨的层间距越大;氧化石墨的D峰和G峰的强度比ID/IG与天然石墨尺寸大小成正比;与同尺寸的氧化石墨相比,石墨烯的ID/IG值比氧化石墨的大,说明石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸小于氧化石墨的平均尺寸,新生成的石墨化区域被一些缺陷分割成尺寸更小的sp2杂化区域。
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    测试与表征
    国产T800级炭纤维表面特性及其复合材料微观界面性能
    罗云烽, 李阳, 肈研, 谢富原
    2014, 0 (9): 83-88.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.014
    摘要 ( 533 )   HTML( PDF (3828KB) ( 320 )   引文文本
    采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了两种国产上浆/去浆T800级炭纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了炭纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响。结果表明:去浆后炭纤维表面含氧活性官能团含量降低,粗糙度增加,与基体树脂的界面结合强度增大;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是破坏了纤维/基体间的化学键合作用,但去湿后部分界面性能可恢复。
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    利用APT研究RPV模拟钢中相界面原子偏聚特征
    张植权, 周邦新, 蔡琳玲, 王均安, 刘文庆
    2014, 0 (9): 89-93.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.015
    摘要 ( 349 )   HTML( PDF (2781KB) ( 152 )   引文文本
    提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经调质处理(880℃保温0.5h,水淬;660℃保温10h)以及400℃时效1000h后,采用原子探针层析技术(APT)研究了碳化物/α-Fe基体,富Cu相/α-Fe基体以及富Cu相/碳化物界面处溶质或杂质原子的偏聚特征。结果表明:在碳化物/α-Fe基体界面处P原子偏聚最明显;在富Cu相/α-Fe基体界面处Ni原子偏聚最明显,Mn原子也有微弱的偏聚;在富Cu相/碳化物界面处未发现溶质或杂质原子的偏聚现象。不同相界处原子偏聚不仅与界面本身微观结构有关,也与相界附近化学特性有关。
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    磷酸处理HZSM-5负载TiO2光催化降解活性艳红X-3B
    杨丽丽, 都玲, 于杨, 张文杰
    2014, 0 (9): 94-99.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.016
    摘要 ( 226 )   HTML( PDF (1683KB) ( 214 )   引文文本
    以磷酸改性的HZSM-5分子筛为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/HZSM-5光催化剂,通过XRD,SEM,BET,FT-IR和XPS进行表征。结果表明:TiO2均匀地分散在HZSM-5表面,没有发生TiO2颗粒的聚集。负载后的TiO2保持了锐钛矿晶体结构,TiO2的晶粒尺寸在负载后有所减小。TiO2/0.5HZSM-5的比表面积和对活性艳红X-3B的吸附量都随HZSM-5含量的增加而增加。负载后的TiO2光催化活性均高于纯TiO2,50%(质量分数)TiO2/0.5HZSM-5具有最高的活性,经紫外光照射2h可使活性艳红X-3B降解93.4%,而染料在纯TiO2上的降解率只有61.0%。
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    Mo对A2B7型La-Mg-Ni贮氢电极合金相结构及电化学性能的影响
    蒋明, 李子全, 刘劲松, 彭洁, 谢理明
    2014, 0 (9): 100-105.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.017
    摘要 ( 363 )   HTML( PDF (2110KB) ( 298 )   引文文本
    采用X射线衍射技术(XRD)、电池程控测试仪和电化学工作站等技术手段,研究了少量Mo替换Ni对La0.75-Mg0.25Ni3.5-xMoxx=0~0.5,原子分数/%,下同)贮氢电极合金相结构及电化学性能的影响。结果表明:La0.75Mg0.25-Ni3.5-xMox合金具有多相结构,主相由Gd2Ni7型结构的La2Ni7和CaCu5型结构的LaNi5构成,合金活化性能良好,经过4次充放电过程基本都能达到活化状态。当Mo的加入量达到0.3%时,合金中出现MoNi4,且La2Ni7和LaNi5的点阵参数随之增大;合金的高倍率放电(HRD)性能显著提高,HRDI=900mA/g由82.58%(x=0)增加到86.72%(x=0.5);循环稳定性能(S100)也得到较大改善,呈现先增加后降低的变化趋势,x=0.3时循环稳定性能最好,S100达到76.61%,但合金的最大放电比容量(Cmax)逐渐降低。
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    综述
    热喷涂制备吸波涂层的研究进展
    刘毅, 魏世丞, 童辉, 田浩亮, 徐滨士
    2014, 0 (9): 106-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.018
    摘要 ( 447 )   HTML( PDF (934KB) ( 598 )   引文文本
    主要介绍了当前国内外热喷涂制备雷达吸波涂层的研究进展。重点讨论了碳化硅型吸波涂层、碳系吸波涂层和铁氧体吸波涂层的制备状况,分析比较了各材料体系的优缺点和适应性,为后续开展研究工作提供依据。同时指出了热喷涂制备吸波涂层所面临的问题,并提出扩大喷涂材料体系,在涂层厚度、结合强度和吸波效率中寻找一个平衡点,制备出优质、高效的吸波涂层是今后的发展方向。
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