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  • 材料工程
      2014年, 第0卷, 第11期 刊出日期:2014-11-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2014年第11期目次
    2014, 0 (11): 0-0.  
    摘要 ( 220 )   PDF (2951KB) ( 95 )   引文文本
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    材料与工艺
    超材料结构单元轮廓法对吸波材料衰减吸收频带的拓宽与优化
    黄大庆, 康飞宇, 周卓辉, 刘翔, 丁鹤雁
    2014, 0 (11): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.001
    摘要 ( 354 )   HTML( PDF (5533KB) ( 579 )   引文文本
    设计了一个由金属谐振单元、FR4基板和金属背板构成的超材料吸波体,通过数值仿真软件对该吸波体在2~8GHz范围内的S参数以及吸收率特征进行了计算;对这个模型进行了取轮廓化的处理,通过计算发现这种处理对其谐振吸收基本上没有影响;在此基础上,通过在这个轮廓模型中加入其他谐振单元,实现了双频带范围的微波衰减吸收。通过激光刻蚀的方法,对所设计的模型进行了实验验证,发现计算结果和实验结果有很好的一致性,这就验证了超材料轮廓法拓宽吸波材料的技术思路,为宽频带超材料吸波体的研究提供了一个可行的技术途径。
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    预成形体渗透率预测及剪切变形的影响
    杨波, 金天国, 毕凤阳, 李建广
    2014, 0 (11): 7-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.002
    摘要 ( 391 )   HTML( PDF (5741KB) ( 151 )   引文文本
    准确预测预成型体渗透率对复合材料液态成型工艺过程仿真有重要意义,铺覆过程中织物发生的剪切变形对局部渗透率有很大影响。本工作考虑纱线的可渗透性,对织物单胞内的树脂流动建立了统一的流动控制方程,同时建立了逼真的正交单胞几何模型,基于Adams-Bashforth差分格式和Chorin投影法构造了数值求解树脂流动控制方程的高分辨率TVD格式,利用达西定律预测了单胞的渗透率,算例表明该算法预测值与实验值有较好的吻合,验证了算法的准确性。在正交单胞渗透率求解的基础上,采用贴体坐标法完成了单胞剪切变形后流动控制方程从物理域到计算域的转换,进而实现了剪切单胞渗透率的数值预测,考察了单胞主渗透率比与剪切角的关系,通过与文献中数据对比证明了该剪切单胞渗透率预测算法的合理性。
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    DD6单晶精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟
    杨亮, 李嘉荣, 金海鹏, 谢洪吉, 韩梅, 刘世忠
    2014, 0 (11): 15-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.003
    摘要 ( 578 )   HTML( PDF (5668KB) ( 224 )   引文文本
    针对单晶高温合金精铸薄壁试样制备困难的问题,建立了薄壁板形试样的有限元模型,采用ProCAST数值模拟的方法模拟DD6单晶精铸薄壁板形试样的定向凝固过程,研究了几何形状和工艺参数对定向凝固过程中温度场、温度梯度场及糊状区的影响。结果表明:薄壁板形试样中间部位工作端的温度梯度在60~65℃/cm范围内,糊状区固相线较为平直,液相线的位置在近炉壁一侧较低,远炉壁一侧较高。几何形状对单晶高温合金试样定向凝固过程有重要影响,提高浇注温度或降低抽拉速率有助于薄壁板形试样固液界面前沿液相温度梯度增大、糊状区宽度减小。单晶高温合金精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟结果与实际浇注结果吻合,凝固过程数值模拟为单晶精铸薄壁试样的制备提供了技术支持。
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    原位Al2O3/Al-Cu复合材料的制备与组织研究
    刘慧敏, 王楠, 苏娟
    2014, 0 (11): 23-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.004
    摘要 ( 484 )   HTML( PDF (2062KB) ( 249 )   引文文本
    采用原位反应近液相线铸造方法制备含有3.6%(质量分数)原位Al2O3颗粒的Al-6.8Cu基复合材料,在基体合金的固液两相区选择580,590,600℃和610℃进行二次加热保温实验,淬火固定其半固态组织。通过光学显微镜及透射电镜观察合金的组织结构,研究Al2O3原位颗粒对材料组织的影响。结果表明:原位Al2O3颗粒对Al-6.8Cu合金的铸态组织具有一定的细化作用,但没有明显的球化作用。在半固态二次加热过程中原位Al2O3颗粒对晶粒长大行为具有抑制作用和球化作用,与基体合金相比,在相同的二次加热条件下晶粒尺寸减小20~40μm。
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    层厚比对磁控溅射Cr/CrN多层涂层组织和性能的影响
    谈淑咏, 吴湘君, 张旭海, 张炎, 蒋建清, 朱雪锋, 江先彪
    2014, 0 (11): 28-33.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.005
    摘要 ( 449 )   HTML( PDF (2619KB) ( 167 )   引文文本
    在超高真空磁控溅射仪上,制备了一系列具有相同调制周期不同层厚比的Cr/CrN涂层。用X射线衍射仪分析了涂层的相组成,通过扫描电镜观察了涂层形貌,采用显微硬度计测试了涂层硬度,在划痕仪上确定涂层和基体间的结合力,并利用磨损仪测量涂层的摩擦磨损性能。结果表明:调制周期为400nm时,当层厚比由2.0减小到0.2,Cr/CrN多层涂层始终由Cr和CrN两相组成,涂层择优取向为CrN(200),且涂层变得愈加致密,硬度从1550HV增大到2300HV,磨损率从2.4×10-8mm3·N-1·m-1减小为0.6×10-8mm3·N-1·m-1,涂层和基体结合性能优良。
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    变形量对TC18钛合金力学性能的影响
    沙爱学, 李兴无, 王庆如
    2014, 0 (11): 34-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.006
    摘要 ( 460 )   HTML( PDF (2014KB) ( 366 )   引文文本
    采用一种专门用于钛合金锻造工艺参数定量研究的专利技术研究了β区变形量(从10%到65%)对TC18钛合金关键力学性能、显微组织的影响。研究结果表明:β区变形时,变形量对合金抗拉强度影响不大,σb在1150MPa左右;但对合金伸长率、断面收缩率和断裂韧度均有显著影响。变形量每增加10%,伸长率可提高0.7%左右;断面收缩率提高4%左右;断裂韧度下降3MPa·m1/2左右。为获得TC18钛合金强度-塑性-韧性的最佳匹配,应将β区变形量控制在35%左右。
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    ZrB2和POSS对碳布/酚醛复合材料烧蚀性能的影响
    魏化震, 李莹, 安振河
    2014, 0 (11): 38-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.007
    摘要 ( 527 )   HTML( PDF (1337KB) ( 374 )   引文文本
    以ZrB2为改性剂,采用热压工艺制备了碳布/酚醛复合材料,通过氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的烧蚀性能进行了研究,利用扫描电镜和能量色散谱仪对复合材料烧蚀形貌和成分进行了分析。结果表明:经氧/乙炔焰烧蚀后,在复合材料表面形成了一层陶瓷层,其质量烧蚀率为0.04585g/s,线烧蚀率为-0.013mm/s,经二次烧蚀后,复合材料的质量烧蚀率为0.0096g/s。当ZrB2和POSS配合使用改性碳布/酚醛复合材料时,碳布/酚醛复合材料的质量烧蚀率可达0.025g/s,二次质量烧蚀率可达0.0089g/s。
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    V-N微合金化抗震钢筋铁素体中V(C,N)析出行为分析
    吕煜坤, 盛光敏, 尹丽晶
    2014, 0 (11): 43-49.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.008
    摘要 ( 487 )   HTML( PDF (3570KB) ( 239 )   引文文本
    采用回火硬度法研究了两种不同V,N含量的抗震钢筋回火等温过程组织及显微硬度变化规律,根据J-M-A(Johnson-Mehl-Avrami)理论定量计算了V(C,N)在铁素体中的析出热动力学,并与实验所测PTT(析出-温度-时间)曲线进行对比。透射电镜下观察了V(C,N)沉淀析出规律。结果表明,由于大量弥散的第二相颗粒的作用,V-N微合金化钢筋(0.04V-0.0135N)的回火组织比V微合金化钢筋(0.076V-0.0055N)更加均匀细小。回火硬度法测得两种材料的PTT曲线与计算所得吻合,V微合金化钢筋呈“C”型且在670℃左右的鼻温区析出动力学加快,V-N微合金化钢筋是一单调曲线,这主要考虑N含量的影响。本次实验同时观察到纤维状碳化物,V(C,N)在过饱和铁素体中相间析出以及位错线析出,并就其形成机制进行讨论。
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    La0.3Sr0.7Fe0.7Cu0.2Mo0.1O3-δ钙钛矿超细陶瓷粉体制备与催化性能研究
    孟波, 郝贵增, 秦敬灿, 谭小耀
    2014, 0 (11): 50-54.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.009
    摘要 ( 350 )   HTML( PDF (1678KB) ( 234 )   引文文本
    采用溶胶低温燃烧法制备了单一组成的La0.3Sr0.7Fe0.7Cu0.2Mo0.1O3-δ(LSFCM) 超细钙钛矿陶瓷粉体。用XRD,SEM以及TA等方法对粉体的物相、形貌、粒度以及导电性能等进行了表征。考察了LSFCM陶瓷粉体对甲烷部分氧化(POM)制备合成气的催化活性与稳定性。结果表明:溶胶燃烧粉末经800℃下煅烧4h可得到平均粒径小于35nm的立方钙钛矿结构LSFCM陶瓷粉体,相对密度为96.7%的LSFCM烧结体在空气气氛600℃温度下电导率达到26.27S·cm-1,在950℃、CH4/O2比为1.5~2.0时,甲烷转化率及一氧化碳与氢气选择性均达到90.0%以上;反应43 h 后虽产生少量积炭,但仍能保持钙钛矿结构,表明LSFCM粉体对甲烷部分氧化制合成气反应具有良好的催化活性和稳定性。
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    高能球磨法制备的CNTs/Al-5%Mg复合材料的力学性能及断裂特性
    陈亚光, 蔡晓兰, 王开军, 胡翠, 孙鸿鹏, 乐刚
    2014, 0 (11): 55-61.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.010
    摘要 ( 482 )   HTML( PDF (2718KB) ( 287 )   引文文本
    采用高能球磨法制备了不同质量分数碳纳米管(CNTs)与Al-5%Mg(质量分数)粉末的复合粉末,用热压烧结工艺制备了CNTs/Al-5%Mg复合材料。结果表明:高能球磨法可以将CNTs均匀的分散到基体中,并与其产生良好结合;CNTs具有细化复合粉末晶粒尺寸的作用,当CNTs含量为3%时,复合粉末的平均晶粒尺寸达到最小值为63.6nm,继续增加CNTs的含量,复合粉末平均晶粒尺寸增大;当CNTs含量为2%时,复合材料的抗拉强度和硬度达到最大值,与基体材料相比分别提高了42.39%和36.5%;CNTs/Al-5%Mg复合材料的强化机制为细晶强化和载荷传递。
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    复合SPD制备超细晶6061铝合金的组织及性能
    刘兆华, 王晓琪, 陈亮伟, 起华荣, 史庆南
    2014, 0 (11): 62-66.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.011
    摘要 ( 450 )   HTML( PDF (1694KB) ( 264 )   引文文本
    采用反复镦压和等径角挤压相结合的复合挤压技术,在室温对退火态的6061铝合金进行4道次变形,获得等轴的超细晶铝合金。借助于透射电镜对变形过程的微观组织演变过程进行观察,提出了复合挤压过程中晶粒细化的过程。对不同实验状态的试样进行了硬度和拉伸实验,试样三个垂直面的硬度值增加了1倍,抗拉强度由165 MPa增加到402.7 MPa,但伸长率由26.8%下降到9.7%,复合挤压比等径角挤压对试样的力学性能影响更剧烈。
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    锰掺杂氧化镍薄膜的电沉积及性能
    陈娜, 苏革, 柳伟, 曹立新, 马德文, 戚新颖
    2014, 0 (11): 67-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.012
    摘要 ( 627 )   HTML( PDF (2150KB) ( 239 )   引文文本
    通过有机体系电化学沉积法制备了未掺杂及锰掺杂氧化镍薄膜,并通过SEM、EDS、紫外-可见分光光度计和电化学工作站对其形貌、成分、光学及电化学性能进行了研究。结果显示:薄膜由团聚颗粒构成,锰的掺入使团聚颗粒细化,随锰掺入量的增大,薄膜颗粒出现择优方向聚集,形成蠕虫状;锰掺杂还使薄膜的光学及电学性能得到改善,薄膜在550 nm处的透光率差值由68%提高到93%,着色效率增至30.9 mC·cm-2;电致变色可逆性得到明显改善,响应(消色/着色)时间有所减小。
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    时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响
    胡春燕, 刘新灵, 陶春虎
    2014, 0 (11): 73-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.013
    摘要 ( 638 )   HTML( PDF (4336KB) ( 338 )   引文文本
    以0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢为研究对象,分析了不同时效温度对其显微组织和力学性能的影响,并对试样断口特征进行了观察分析。结果表明:随着时效温度的升高(480~550℃),材料的抗拉强度σb和屈服强度σ呈逐渐下降的趋势,而材料的断面收缩率Ψ和伸长率δ5呈逐渐上升的趋势;材料的冲击韧性a 受时效温度的影响比较明显,呈逐渐上升的趋势,其中在550℃时a达到213.4(J·cm-2)。同时由断口观察分析结果显示,时效温度为550℃时拉伸断口的放射区最小,其塑性最好;冲击断口塑性变形最为明显,纤维区和剪切唇区所占的比例最大。0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢随着时效温度的升高,淬火马氏体基体开始回复、再结晶,逆转变奥氏体开始生成并长大,导致材料中的残余奥氏体含量增加,而残余奥氏体的存在有利于0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢保持良好的塑性和韧性。kukup0.2
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    测试与表征
    柱撑蒙脱土的真空脱氢炭化及孔结构变化研究
    张增志, 杜红梅, 杨春卫
    2014, 0 (11): 79-84.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.014
    摘要 ( 245 )   HTML( PDF (3012KB) ( 207 )   引文文本
    采用十六烷基三甲基溴化铵对钠基蒙脱土经过有机化柱撑后在真空条件下进行脱氢炭化处理制备得到炭化柱撑蒙脱土。采用热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及氮气吸脱附等方法对炭化柱撑蒙脱土的热稳定性、层间距及孔结构等方面进行了表征和分析。结果表明:经过脱氢炭化处理,柱撑蒙脱土的热稳定性有了明显提高。样品形貌呈片层状,孔结构以中孔为主。随着炭化温度的升高,样品的片层结构更加明显,层间距和平均孔径表现为先增大后减小,比表面积表现为持续增大,孔结构更加发达,吸附性能得到大大提升。
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    交流电频率对X65钢在CO32-/HCO3-溶液中腐蚀行为的影响
    朱敏, 杜翠薇, 李晓刚, 刘智勇, 赵天亮, 李建宽, 胡杰珍
    2014, 0 (11): 85-89.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.015
    摘要 ( 410 )   HTML( PDF (5612KB) ( 367 )   引文文本
    通过极化曲线测试、浸泡实验和表面分析技术研究了不同交流电频率对X65钢在CO32-/HCO3-溶液中腐蚀行为的影响。研究表明:在30~1000Hz范围内,除200Hz外,低交流电频率时(≤300Hz),随交流电频率的减小,其钝化区宽度明显变窄,点蚀击破电位负移,维钝电流密度增大,临界钝化电流密度增大;高交流电频率时(>300Hz),频率对X65钢的钝性影响很弱。X65钢的腐蚀速率随交流电频率的增加而减小,低交流电频率作用时,X65钢的腐蚀速率随交流电频率增加快速减小,高交流电频率时,其腐蚀速率随交流电频率的增加略减小。
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    羰基铁粉@聚苯胺防腐吸波粉体的制备与性能
    汪晓芹, 徐金鑫, 黄大庆, 熊善新, 邓宇强, 宫铭, 张永, 郭飞
    2014, 0 (11): 90-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.016
    摘要 ( 474 )   HTML( PDF (2499KB) ( 462 )   引文文本
    通过引发吸附在十二烷基苯磺酸(DBSA)改性羰基铁粉(CIP)表面的苯胺原位聚合,制备了具有核壳结构的羰基铁粉@聚苯胺(PANI)复合粉体。研究表明: DBSA对羰基铁粉有良好的分散保护作用;羰基铁粉经聚苯胺包覆后,涂层的自腐蚀电位显著升高,阳极极化电流变化平缓,显著降低了金属被氧化腐蚀的速度;聚苯胺链上的—NH—与环氧树脂链上的环氧端基间产生化学键合和氢键,对涂层有显著的增强增韧效果;涂层的微波吸收更强,有效频宽变宽,最大吸波向高频方向移动。
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    粘接界面泡沫铝夹芯板的三点弯曲失效数值模拟
    强斌, 刘宇杰, 阚前华
    2014, 0 (11): 97-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.017
    摘要 ( 576 )   HTML( PDF (1770KB) ( 293 )   引文文本
    对粘接界面泡沫铝夹芯板三点弯曲载荷下的变形特性进行了实验和数值模拟方面的研究。基于有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板的三维有限元模型,应用内聚力模型对三点弯曲过程中典型的破坏模式——面板与芯层的界面脱粘给予了合理的模拟,模拟所得的结果与实验结果比较吻合。并在此基础上分析了面板和芯层厚度对夹芯板承载能力和吸收能量能力的影响。结果表明,增加芯层的厚度能够更大程度上提高泡沫铝夹芯板的承载能力和吸收能量的能力。
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    疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征
    金宝, 邸新杰, 张建军, 李伟
    2014, 0 (11): 102-106.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.018
    摘要 ( 428 )   HTML( PDF (2591KB) ( 176 )   引文文本
    通过对Q235B钢缺口试件的方波载荷拉-拉疲劳试验,在不同循环次数下利用磁记忆检测仪在线测量试件表面的磁记忆信号。结果表明:未经处理试样沿缺口处的磁记忆信号在疲劳初始阶段随机分布;循环加载5000次后,磁记忆信号曲线转变为具有一个波峰-波谷的曲线波形;在循环稳定阶段,磁记忆信号曲线趋于稳定;宏观裂纹出现时,磁记忆信号曲线波形发散;最后阶段,磁记忆信号逐渐增强;磁机械效应能较好地解释循环初始阶段磁记忆信号变化规律。
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    综述
    连续纤维增强陶瓷基复合材料界面层研究进展
    卢国锋, 乔生儒, 许艳
    2014, 0 (11): 107-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.11.019
    摘要 ( 508 )   HTML( PDF (874KB) ( 421 )   引文文本
    界面层是陶瓷基复合材料中的关键组成部分,因对复合材料的各项性能都有重要影响,而成为陶瓷基复合材料研究的重点之一。本文在叙述界面层功能的基础上,分别对结构陶瓷基复合材料和抗氧化陶瓷基复合材料的界面层研究现状进行讨论,分析了研究中存在的问题,指出了未来研究的方向和重点。
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