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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第8期 刊出日期:2015-08-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第08期目次
    2015, 43 (8): 0-0.  
    摘要 ( 285 )   HTML( PDF (4325KB) ( 167 )   引文文本
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    材料与工艺
    CNTs/Al5083复合材料力学性能及增强机制
    李铮, 蔡晓兰, 周蕾, 易峰, 余明俊, 张文忠, 郭鲤
    2015, 43 (8): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.001
    摘要 ( 1080 )   HTML( PDF (3510KB) ( 299 )   引文文本
    采用高能球磨和冷轧工艺制备出3%(质量分数)碳纳米管增强Al5083复合材料。利用SEM,TEM观察球磨后复合粉末表面形貌,采用拉曼光谱和XRD对复合粉末和成型后的材料进行物相分析。最后测试了复合材料的力学性能。结果表明:在球磨1.5h的复合粉体中CNTs分散均匀,结构较完整,部分嵌入Al基体中并结合良好。冷压烧结并冷轧成型后的复合材料力学性能表现优异,球磨1.5h下,复合材料抗拉强度和屈服强度分别达到278MPa和247MPa,断裂延伸率为0.07,硬度HV达到95。将热不匹配模型与奥罗万模型所预测的屈服强度与实验值进行对比,结果表明CNTs/Al5083复合材料符合奥罗万机制。
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    异步轧制AZ31镁合金板材的超塑性工艺及变形机制
    江海涛, 段晓鸽, 蔡正旭, 王丹
    2015, 43 (8): 7-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.002
    摘要 ( 945 )   HTML( PDF (3521KB) ( 266 )   引文文本
    经过异步轧制工艺获得AZ31镁合金薄板。在300~450℃范围内,分别通过5×10-3,1×10-3s-1和5×10-4s-1不同应变速率进行高温拉伸实验研究其超塑性变形行为,计算应变速率敏感指数m值、超塑性变形激活能Q及门槛应力σ0值。通过EBSD分析和扫描电镜观察拉伸断裂后的断口形貌,分析AZ31镁合金的超塑性变形机制。结果表明:AZ31镁合金的塑性变形能力随着变形温度的升高及应变速率的降低而增强。当拉伸温度为400℃、m=0.72、应变速率为5×10-4s-1时,AZ31具有良好的超塑性,伸长率最大为206%。温度为400℃时,异步轧制AZ31镁合金的超塑性变形是以晶格扩散控制的晶界滑移和基面滑移共同完成的。
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    热处理对7A85铝合金组织和性能的影响
    何正林, 高文理, 陆政, 冯朝辉
    2015, 43 (8): 13-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.003
    摘要 ( 1103 )   HTML( PDF (3079KB) ( 482 )   引文文本
    采用室温拉伸测试,电导率测试,晶间腐蚀及透射电镜等手段研究不同时效制度对7A85铝合金显微组织,力学性能以及晶间腐蚀性能的影响。结果表明:合金经过峰时效(120℃/24h)处理,抗拉强度,伸长率和电导率分别达到760.8MPa,8.9%和29.7%IACS;合金的主要强化相为GP区,峰时效(T6)合金晶内分布着大量细小而弥散的GP区和少量的η'相。双级时效(120℃/8h+165℃/12h)时,合金抗拉强度及电导率分别达到597.7MPa和38.1%IACS,且随着时效时间的延长,晶间析出相长大粗化,PFZ带宽化,晶间腐蚀敏感性降低。因此,采用120℃/8h+165/12h双级时效可以获得较好的综合性能。
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    溶液法制备ZnO纳米阵列的影响因素及光催化活性
    鲍艳, 张永辉, 马建中
    2015, 43 (8): 19-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.004
    摘要 ( 721 )   HTML( PDF (4251KB) ( 221 )   引文文本
    利用无水醋酸锌原位水解生成的纳米ZnO作晶种,通过溶液法制备ZnO纳米阵列,研究反应过程中各因素对ZnO纳米阵列形貌的影响,并对制得的ZnO纳米阵列的光催化活性进行研究。结果表明:采用浸涂方式制备晶种,生长得到的ZnO纳米阵列在衬底表面均匀密集分布;采用喷涂方式制备晶种,生长得到的ZnO纳米阵列存在着较大的空白区域。在晶种前驱体溶液中添加二乙醇胺或甲酰胺,会引起纳米ZnO成核的聚集,不利于制得分布均匀的ZnO纳米阵列。反应溶液pH=6.7时,可得到均匀、密集且取向性良好的ZnO纳米阵列结构。以不锈钢金属网为基底制备的ZnO纳米阵列应用于15mg/L甲基橙的光催化降解,3h即降解完全,且进行连续三次反应后仍表现出良好的光催化活性。
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    阴离子(NO3-/Cl-/SO42-)对Ni(OH)2晶型及其结构稳定性的影响
    韩全勇, 朱燕娟, 苗成成, 罗洁, 张伟, 赵腾起, 张春华
    2015, 43 (8): 25-30.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.005
    摘要 ( 655 )   HTML( PDF (1784KB) ( 334 )   引文文本
    采用超声波辅助沉淀法分别在单元掺杂、二元掺杂和不掺杂三种情况下制备了三种不同镍源的纳米氢氧化镍,研究三种阴离子(NO3-,Cl-,SO42-)对产物晶相结构及稳定性的影响。结果表明:未掺杂时,半径较大的SO42-离子有利于α-Ni(OH)2的形成;在单掺杂Co(Ni2+:Co2+=1:0.20)时,NO3-离子不仅有利于α-Ni(OH)2的形成,而且可以使α-Ni(OH)2在碱液中保持较高的稳定性;当复合掺杂Co/Cu(Ni2+:Co2+:Cu2+=1:0.15:0.05)时,三种镍源制得的样品均为纯α-Ni(OH)2结构,但以Ni(NO3)2为镍源的α-Ni(OH)2在碱液中结构稳定性较高,NiCl2次之,NiSO4较差。可见,α-Ni(OH)2结构及稳定性既与掺杂情况有关,也与阴离子密切相关。
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    常压干燥制备疏水性SiO2-玻璃纤维复合气凝胶及表征
    余煜玺, 吴晓云, 伞海生
    2015, 43 (8): 31-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.006
    摘要 ( 665 )   HTML( PDF (1942KB) ( 385 )   引文文本
    以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为复合硅源,玻璃纤维为增强体,采用溶胶-凝胶和常压干燥工艺制备出疏水性SiO2-玻璃纤维复合气凝胶。利用N2吸附脱附、扫描电镜、 高分辨透射电镜、红外光谱、接触角、热重-差热分析及力学测试等手段表征复合气凝胶,并分析预处理玻璃纤维时的盐酸浓度及浸泡时间对复合气凝胶密度的影响。结果表明:当玻璃纤维的预处理条件为2.5mol/L盐酸浸泡0.5h时,制备得到的SiO2-玻璃纤维复合气凝胶表观密度最低,为0.12g/cm3,孔径主要分布在2~50nm,疏水角为142°,热稳定性温度高达500℃,抗压强度为0.05MPa,弹性模量为0.5MPa。
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    碳源对AlON粉体合成及其透明陶瓷制备的影响
    雷景轩, 施鹰, 谢建军, 石坚波, 邬浩, 赵中坚, 胡伟
    2015, 43 (8): 37-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.007
    摘要 ( 775 )   HTML( PDF (2083KB) ( 289 )   引文文本
    以纳米炭黑、微米碳粉为碳源,采用碳热还原法合成AlON粉体和无压烧结制备AlON透明陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电镜、颗粒度分析仪和分光光度计等研究碳源对粉体及陶瓷制备的影响。结果表明:碳源尺寸及形貌与AlON粉体的合成温度、粉体形貌及颗粒大小密切相关;采用纳米炭黑降低了AlON粉体的合成温度,在1730℃合成了单相粉体;采用微米碳粉在1750℃煅烧2h条件下制备了高纯度的AlON粉体,从而制备了高透光率的AlON陶瓷,该样品(1mm厚)在1000~5000nm波长范围内的直线透过率在80%左右,在3.93μm波长处光学透过率最高可达83.7%,其平均晶粒尺寸为110~120μm。
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    基体负偏压对类金刚石涂层结构和性能的影响
    纪锡旺, 许振华, 贺莉丽, 何利民, 郝俊文, 甄洪滨
    2015, 43 (8): 43-49.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.008
    摘要 ( 895 )   HTML( PDF (4192KB) ( 502 )   引文文本
    采用直流等离子体增强化学气相沉积技术(DC-PECVD),通过控制基体负偏压的变化在YG8硬质合金基体上制备一系列类金刚石涂层。选用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、粗糙度仪对涂层形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析涂层的显微硬度和界面结合性能。结果表明:随着负偏压增大,涂层表面形貌逐渐平整光滑、致密,颗粒尺寸减小及数量降低。拉曼光谱表明,涂层具有典型的类金刚石结构,涂层中sp3键含量呈先增大后减小趋势,最大值约67.9%出现在负偏压为1000V左右,负偏压过大导致sp3键含量降低。显微硬度随负偏压变化规律与sp3键基本相符,sp3键含量决定显微硬度值大小。负偏压过大对吸附离子产生反溅射作用导致涂层厚度减小。当负偏压为1100V时,涂层与基体间的界面结合性能最优。
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    冷轧对Al10Cu25Co20Fe20Ni25高熵合金组织结构及力学性能的影响
    王重, 林万明, 马胜国, 杨慧君, 梁红玉, 乔珺威
    2015, 43 (8): 50-55.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.009
    摘要 ( 1135 )   HTML( PDF (1909KB) ( 403 )   引文文本
    对铸态Al10Cu25Co20Fe20Ni25高熵合金进行冷轧处理后进行室温拉伸测试,并利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分别对其相结构、微观组织形貌及拉伸断口进行分析。结果表明:经冷轧工艺处理后,Al10Cu25Co20Fe20Ni25高熵合金硬度最大为285HV,较轧制前提高了51.6%;在变形量为40%时,抗拉强度达到最大值,为638MPa,是铸态合金的2.7倍。拉伸断口分析表明,铸态合金的断裂模式为树枝晶沿晶断裂和韧窝型延性断裂,而冷轧态合金主要为韧窝型延性断裂模式。
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    测试与表征
    FGH95粉末高温合金裂纹闭合效应及裂纹扩展特性研究
    左平, 魏大盛, 王延荣
    2015, 43 (8): 56-61.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.010
    摘要 ( 856 )   HTML( PDF (1875KB) ( 319 )   引文文本
    采用有限元方法研究FGH95粉末高温合金标准紧凑拉伸(CT)试样的塑性诱发裂纹闭合效应,分析裂纹面上的应力分布,并考察本构模型,网格密度及应力比对裂纹闭合效应的影响,进而建立考虑裂纹闭合效应下CT试样裂纹扩展寿命分析模型,并进行寿命预测。结果表明:理想弹塑性模型下的裂纹闭合效应对网格单元的敏感性比多线性随动强化模型高;裂纹尖端塑性区内网格数达到20时,裂纹闭合趋于稳定;应力比增加裂纹闭合效应减小,当应力比达到0.5时裂纹闭合效应消失。修正的寿命预测模型对CT试样的预测精度比传统模型更高。
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    基于有限元法和锁相热像法对含缺陷构件的应力分析与疲劳性能评估
    樊俊铃, 郭强, 赵延广, 郭杏林
    2015, 43 (8): 62-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.011
    摘要 ( 882 )   HTML( PDF (5717KB) ( 213 )   引文文本
    基于有限元法研究含盲孔缺陷构件的应力集中系数Kt随盲孔深度h和盲孔直径φ的变化规律。利用锁相热像法的热弹性分析模式(E-Mode)研究盲孔附近的应力分布,预测不同深度盲孔的Kt,与有限元结果相比较发现吻合良好。通过Altair Li软件中的耗散模式(D-Mode)和Altair软件分别研究构件在疲劳过程中的固有耗散量和温度信号的变化规律,以评估疲劳损伤的演化过程。以固有耗散和温度信号的变化规律作为疲劳损伤的指标,快速预测带盲孔试件的疲劳极限,进而预测试件的疲劳缺口系数Kf。理论计算的结果证明了锁相热像法的有效性。
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    Sn4+取代对NiZn功率铁氧体磁性能的影响
    马玉启, 刘先松, 冯双久, 黄鑫, 黄风
    2015, 43 (8): 72-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.012
    摘要 ( 644 )   HTML( PDF (1775KB) ( 296 )   引文文本
    采用固相反应法制备化学计量为Ni0.65Zn0.35SnxFe2-xO4(x=0.00~0.08)的铁氧体软磁材料。采用XRD、SEM、LCR测试仪、B-H分析仪对其结构、电磁性能进行研究。结果表明:随Sn4+取代量x的增加,晶格常数a逐渐增大,晶粒尺寸变化不大,饱和磁通密度Bs逐渐下降,铁氧体的起始磁导率μi先上升后下降,功率损耗Pcvμi的变化呈相反趋势。当Sn4+的取代量x=0.04时具有最低的功率损耗,且Pcv随着温度的升高而逐渐降低。
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    基于统计分析的等离子喷涂层接触疲劳寿命和失效模式
    张志强, 李国禄, 王海斗
    2015, 43 (8): 77-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.013
    摘要 ( 789 )   HTML( PDF (2052KB) ( 328 )   引文文本
    在不同应力水平下考察等离子喷涂镍基合金涂层的滚动接触疲劳寿命和失效模式。以R-3.1.1软件为平台,采用统计分析方法(方差分析、回归分析、判别分析等)对其进行分析和讨论。结果表明:涂层的滚动接触疲劳寿命呈正态分布;随着接触应力的增加,涂层的均值寿命和方差都减小,并且疲劳寿命的分布更加集中;方差分析表明,接触应力对涂层的滚动接触疲劳寿命有显著性影响,且寿命均值与接触应力具有高度的线性相关性;建立了涂层失效模式的判别准则,当指定接触应力和疲劳寿命时可以预测涂层的失效模式,且预测正确率在65%以上;疲劳寿命对失效模式的累积贡献率明显高于接触应力对失效模式的累积贡献率,因此疲劳寿命是决定涂层失效模式的主要因素。
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    综述
    TEMPO氧化纤维素纳米纤维的制备及应用研究进展
    戴磊, 龙柱, 张丹
    2015, 43 (8): 84-91.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.014
    摘要 ( 2111 )   HTML( PDF (1259KB) ( 792 )   引文文本
    介绍了TEMPO氧化纤维素纳米纤维(TEMPO-Oxidized Cellulose Nanofibers, TOCNs)近年来的研究成果,探讨了TOCNs制备方面的研究进展,其中包括TEMPO氧化反应体系的进展,各种纤维原料的研究以及氧化纤维素均质处理过程各影响因素的探讨。将TOCNs的应用研究成果系统归纳为四大类,即复合材料,膜材料,纳米纸及其他应用。评述了其发展概况,并指出了该催化氧化体系存在的问题及今后的发展方向。
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    微生物水泥研究与应用进展
    钱春香, 王欣, 於孝牛
    2015, 43 (8): 92-103.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.015
    摘要 ( 1266 )   HTML( PDF (3849KB) ( 801 )   引文文本
    微生物诱导碳酸钙沉积(MICP),即利用微生物代谢活动中矿化行为,诱导形成碳酸钙沉淀,其具有特殊的胶结作用,可作为一种新颖的生物胶凝材料—微生物水泥。本文从MICP矿化机制、胶结机理以及微生物水泥在岩土工程中的应用等方面探讨了相应的最新进展,分析了目前存在的问题,并对微生物水泥的进一步研究提出了思路和建议。
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    聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料阻燃性研究进展
    陈阁谷, 关莹, 亓宪明, 彭锋, 姚春丽, 孙润仓
    2015, 43 (8): 104-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.08.016
    摘要 ( 806 )   HTML( PDF (3233KB) ( 256 )   引文文本
    根据层状硅酸盐(黏土)可增强聚合物纳米复合材料阻燃性能的研究进展,本文综述了聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法,指出熔融插层是一种高效可行、环境友好的制备方法;从硅酸盐在纳米复合材料中产生的阻碍效应、自由基诱导效应,网状结构三个方面详细讨论了层状硅酸盐在纳米复合材料中的阻燃机理;最后,指出目前聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料在阻燃研究中尚存在的问题,并对其开发应用前景进行了展望。
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