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  • 材料工程
      2016年, 第44卷, 第1期 刊出日期:2016-01-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2016年第01期目次
    2016, 44 (1): 0-0.  
    摘要 ( 141 )   PDF (6013KB) ( 69 )   引文文本
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    材料与工艺
    Ti-V-Cr系阻燃钛合金的非等温氧化行为及阻燃性能预测
    弭光宝, 曹春晓, 黄旭, 曹京霞, 王宝, 隋楠
    2016, 44 (1): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.001
    摘要 ( 579 )   HTML( PDF (7389KB) ( 253 )   引文文本
    采用TGA/DSC实验方法,结合XRD,SEM和EDS分析,系统研究Ti-V,Ti-V-Cr合金的非等温氧化行为及氧化产物的微观结构,并探讨V和Cr元素对Ti-V-Cr阻燃钛合金抗非等温氧化性的影响机制。结果表明:从室温至1723K温度区间内,随着V元素含量的增加,Ti-V合金的抗非等温氧化性显著降低,氧化膜厚度从168μm增加至370μm,Ti-35V合金氧化膜厚度约为Ti-25V的1.45倍;Ti-V-Cr合金的抗非等温氧化性逐渐提高且差异较小,氧化膜厚度从110μm减小至85μm,Ti-35V-15Cr合金的氧化膜厚度比Ti-25V-15Cr降低约15.5%。Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性显著高于Ti-V合金,主要因为非等温氧化过程形成的液态相V2O5极大地释放了氧化膜的内应力,提高了氧化膜与合金基体的结合性,并与Cr2O3,TiO2共同阻止了O向合金基体的大量扩散。非等温氧化增重曲线及氧化膜厚度作为特征参数定量描述了Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性,与摩擦着火实验结果相一致,从而预测了合金的阻燃性能。
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    形变温度对Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP钢拉伸变形行为的影响
    王建亭, 周荣生, 王明杰, 朱定一
    2016, 44 (1): 11-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.002
    摘要 ( 418 )   HTML( PDF (2970KB) ( 342 )   引文文本
    运用温控拉伸实验,分析了在-100~200℃范围内变形时形变温度对Fe-20Mn-3Cu-1.3C钢力学性能和形变机理的影响。观察分析了拉伸试样的显微组织,并利用热力学经典模型,估算了温度对孪晶诱发塑性(TWIP)钢层错能的影响。结果表明:随着形变温度的升高,TWIP钢的层错能显著增加,基体中形变孪晶的体积分数逐渐减少,抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,而伸长率先升高后降低,塑性变形机制也由孪生为主逐渐转变为以滑移为主。层错能的拟合公式为γSFE=26.73+9.38×10-2T+4.22×10-4T2-4.47×10-7T3,与滑移相比,孪生可获得更高的应变硬化率,从而使TWIP钢获得高强度和高塑性。
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    液固铸造4343/3003/4343铝合金复合锭的界面组织
    李滔, 周海涛, 王顺成, 戚文军, 郑开宏
    2016, 44 (1): 19-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.003
    摘要 ( 422 )   HTML( PDF (3625KB) ( 110 )   引文文本
    采用液固铸造法制备4343/3003/4343铝合金复合锭,研究了复合锭的界面组织、元素分布和界面结合强度,分析了复合锭的界面结合机理。结果表明:在725~750℃浇注4343铝合金,复合锭的界面冶金结合良好,复合界面清晰平直。复合界面由Al-Si固溶体层和Si,Mn元素扩散层构成,Al-Si固溶体层厚薄均匀,Mn,Si元素的扩散距离分别为10μm和32μm,复合界面的结合强度高于3003铝合金的抗拉强度。液固铸造4343/3003/4343铝合金复合锭的界面复合机理为:4343铝合金熔体首先在3003铝合金锭表面急冷形成Al-Si固溶体,Al-Si固溶体中的Si和3003铝合金中的Mn相互扩散,形成牢固冶金结合的复合锭。
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    Cu-Ti合金与H2O2直接氧化法制备Cu掺杂TiO2薄膜
    王先飞, 潘冶, 吴继礼, 李星洲
    2016, 44 (1): 26-32.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.004
    摘要 ( 321 )   HTML( PDF (4969KB) ( 211 )   引文文本
    以Cu-Ti合金为基体,采用含H2O2溶液直接氧化法制备Cu掺杂TiO2薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜形貌、化学成分和相组成进行分析。结果表明:所制薄膜通过溶解-沉积机理形成,合金表面先沉积Cu掺杂的非晶态TiO2薄膜,经空气中450℃热处理1h获得Cu掺杂的锐钛矿型晶态TiO2薄膜。含H2O2溶液中需加入一定量聚碳酸酯或聚乙烯乙酸酯,以促进非晶态TiO2在合金表面的沉积。所制薄膜对罗丹明B具有优异的光催化降解作用,在12W紫外光下照射4h后,Cu30Ti70合金表面形成的薄膜对罗丹明B溶液(20mg/L)的降解率达到31.7%。
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    7A85铝合金的热压缩流变行为与显微组织
    仇琍丽, 高文理, 陆政, 冯朝辉
    2016, 44 (1): 33-39.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.005
    摘要 ( 384 )   HTML( PDF (3107KB) ( 142 )   引文文本
    采用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态7A85铝合金进行高温热压缩实验,研究了7A85铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1条件下的流变行为与显微组织。结果表明:流变应力在变形初期迅速升至峰值,随后由于动态回复和动态再结晶有所降低,最后趋于稳态;峰值流变应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增大,可用Zener-Hollomon参数描述。采用线性回归方法获得7A85铝合金高温条件下流变应力本构方程,其变形激活能Q为253.68kJ/mol。随着lnZ降低,晶粒沿径向拉长,亚晶长大,位错密度和第二相数量降低。软化机制主要为动态再结晶。
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    SiCp/A356复合材料微弧氧化陶瓷膜的生长规律与性能
    夏伶勤, 韩建民, 崔世海, 杨智勇, 李卫京
    2016, 44 (1): 40-46.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.006
    摘要 ( 370 )   HTML( PDF (3074KB) ( 181 )   引文文本
    采用微弧氧化法在SiCp/A356复合材料表面沉积获得连续致密的陶瓷膜,测定了陶瓷膜的生长曲线和显微硬度,利用SEM与XRD分析了陶瓷膜的组织形貌和相组成,考察了金属基复合材料微弧氧化膜的耐磨和防腐性能。结果表明:SiC增强体阻碍了微弧氧化膜的生长,但它并未破坏其完整性;微弧氧化处理初始阶段,陶瓷膜生长方式以向外生长为主,陶瓷膜主要由γ-Al2O3相组成;30min后,向外生长逐渐变慢,向内生长开始增强;处理20min之后,陶瓷膜主要由γ-Al2O3,α-Al2O3相和莫来石相构成;膜层耐磨性良好,耐腐蚀性能得到明显改善。
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    变形条件对2519A铝合金动态力学性能与组织演化的影响
    刘文辉, 何圳涛, 唐昌平, 陈宇强
    2016, 44 (1): 47-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.007
    摘要 ( 371 )   HTML( PDF (3669KB) ( 94 )   引文文本
    为研究温度与应变率对2519A铝合金动态力学行为及组织演化的影响,采用霍普金森压杆对2519A铝合金进行了不同温度(-90~350℃)、不同应变率下的动态冲击压缩实验,分析了该合金的动态力学性能,并结合金相显微镜与透射电镜对合金在冲击变形后的微观组织进行分析。结果表明:在250~350℃的高温环境冲击下,合金的流变应力迅速下降,组织以形变带为主,同时组织内伴随有明显的动态回复和动态再结晶。在20~150℃的环境中进行动态冲击,合金变形时组织出现了典型的绝热剪切带特征。在室温、应变率达到8200s-1时,应变率强化效果发生转变。随着温度降至-90℃,在绝热剪切带内的组织出现了长度较短、连续性差的微裂纹,同时组织内的长条状第二相粒子发生不同程度的脆性断裂。
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    短期老化对橡胶粉改性沥青流变性能的影响
    王岚, 王宇, 邢永明, 胡江三
    2016, 44 (1): 54-59.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.008
    摘要 ( 369 )   HTML( PDF (1533KB) ( 119 )   引文文本
    为探究短期老化作用对橡胶粉(CR)改性沥青性能的影响,针对经旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)老化前后的CR改性沥青,进行动态剪切流变实验(DSR)和重复蠕变恢复实验(RCRT)得出相应流变参数,并结合扫描电子显微镜(SEM)从细观的角度观察沥青内部结构变化及其对沥青流变性能的影响。结果表明:老化作用引起沥青组分的变化,使沥青表现出硬化现象;老化作用对CR改性沥青的变形恢复能力和变形影响随温度升高而减小;老化作用和温度的影响大于应力对其影响;随温度的升高,老化作用对CR改性沥青流变性能影响变弱。
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    Al-20Cu-9.6Si-xEr钎料对SiCp/A356复合材料真空钎焊接头组织与性能的影响
    徐冬霞, 田金峰, 王东斌, 牛济泰, 薛行雁, 孙华为
    2016, 44 (1): 60-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.009
    摘要 ( 363 )   HTML( PDF (1477KB) ( 104 )   引文文本
    采用不同铒含量的7组Al-20Cu-9.6Si-xEr钎料分别对SiCp/A356复合材料进行了真空钎焊。利用扫描电镜和能谱分析等方法对接头微观组织进行了观察和分析。通过剪切实验对钎焊接头的抗剪强度进行了测定,并对剪切断口的微观形貌进行了观察。结果表明:添加稀土后,钎焊接头的抗剪强度明显提高。当w(Er)=0%时,钎缝处SiC颗粒聚集严重,接头强度为43.5MPa;当w(Er)=0.05%时,钎缝边界无SiC颗粒的聚集,接头强度最高,达到68.6MPa;当w(Er)=0.1%~0.4%时,钎缝处SiC颗粒聚集趋势减弱,接头强度值在45.3~50.5MPa之间;当w(Er)=0.5%时,SiC颗粒分布在钎缝内部,接头强度明显提高,达到62.2MPa。
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    超疏水镁合金表面的防黏附和耐腐蚀性能
    朱亚利, 范伟博, 冯利邦, 强小虎, 王彦平
    2016, 44 (1): 66-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.010
    摘要 ( 407 )   HTML( PDF (2843KB) ( 160 )   引文文本
    通过盐酸刻蚀、氨水浸泡和疏水长链接枝,成功构建得到接触角达154°、滚动角为6°的超疏水镁合金表面。利用接触角测试、扫描电镜观察、红外光谱分析、防黏附和电化学实验等分别对超疏水镁合金表面的润湿性能、表面微结构与化学组成、防黏附行为以及耐腐蚀性能进行了考察。结果表明:盐酸刻蚀和氨水浸泡使得镁合金表面产生了微-纳复合结构,而硬脂酸修饰使疏水烃基长链通过化学键接枝到具有微-纳复合结构的镁合金表面。正是由于其特殊的表面微结构和化学组成,使得超疏水镁合金表现出良好的防黏附和耐腐蚀性能。
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    超声振荡和羟丙基甲基纤维素对短切纤维在精铸硅溶胶浆料中分散性能的影响
    芦刚, 毛蒲, 严青松, 吴昊, 纪超众
    2016, 44 (1): 71-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.011
    摘要 ( 377 )   HTML( PDF (1543KB) ( 122 )   引文文本
    采用超声振动和加入羟丙基甲基纤维素(HPMC)对硅溶胶基体中的短切尼龙纤维进行分散,研究了不同超声功率作用和HPMC分散剂不同加入量对纤维在硅溶胶中分散效果的影响;观察了纤维在硅溶胶分散体系中的数码照片,测试了浆料的运动黏度,用纤维质量的变动系数和差异率评价纤维的分散性,并在扫描电镜下观测硅溶胶浆料中纤维的分布情况。结果表明:通过超声振荡和机械搅拌的协同作用,纤维在硅溶胶分散体系中的分散效果得到了明显提高,当超声功率为900W时,纤维分散较均匀;加入HPMC分散剂有效地改善了纤维的分散性,HPMC加入量在0.2%(质量分数,下同)~0.3%之间,纤维的分散效果最理想,当加入0.4%HPMC时,反而阻碍了纤维的分散。
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    基于激光熔覆SiC/Ni复合涂层的耐磨性
    马世榜, 苏彬彬, 王旭, 夏振伟, 刘敬, 徐杨
    2016, 44 (1): 77-82.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.012
    摘要 ( 348 )   HTML( PDF (2694KB) ( 145 )   引文文本
    采用预置粉末法,在Q235钢表面进行激光熔覆镍基SiC陶瓷涂层的实验研究。使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌。结果表明:在重载干滑动摩擦条件下,Ni基SiC复合涂层耐磨性得到显著提高;当复合粉末SiC含量为25%(质量分数)时,熔覆层耐磨性最佳;熔覆层的磨损机制以磨粒磨损为主,同时伴有黏着磨损特征,且随着SiC含量的增加,黏着磨损的特征愈加明显。
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    颗粒粒度对碳化钨颗粒增强铁基复合材料界面的影响
    冯志扬, 李祖来, 山泉, 蒋业华, 周荣
    2016, 44 (1): 83-88.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.013
    摘要 ( 417 )   HTML( PDF (1961KB) ( 115 )   引文文本
    采用常压烧结方法成功制备了碳化钨颗粒增强铁基复合材料,研究了碳化钨颗粒粒度对复合材料组织、界面及力学性能的影响。结果表明:随着碳化钨颗粒粒度的减小,颗粒熔解程度增大,主要熔解的是W2C,WC熔解的数量较少;界面主要的反应产物为Fe3W3C,Fe3W3C含量随着颗粒粒度的减小而增加,界面随着颗粒粒度的减小由连续变成间断,直至不存;颗粒粒度越大,材料的硬度及压缩强度均提高;当颗粒粒度为380~550μm时,反应生成物Fe3W3C与碳化钨颗粒体积比为1:1,界面呈连续状,复合材料具有较好的综合性能。
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    电子束沉积TiAl合金的微观形貌及组织结构稳定性
    马李, 何录菊, 邵先亦, 王古平, 张梦贤
    2016, 44 (1): 89-95.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.014
    摘要 ( 345 )   HTML( PDF (3344KB) ( 73 )   引文文本
    利用大功率电子束物理气相沉积设备,采用单靶蒸镀方法制备厚度为0.3mm的自由态TiAl合金板,并对制备态样品进行不同温度(650~950℃)的真空退火处理。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析退火处理对相组成及微观组织结构的影响。结果表明:Ti,Al元素饱和蒸气压的差异导致富Ti成分区和富Al成分区沿板材截面呈现交替变化,其组成相为α2-Ti3Al,γ-TiAl和τ-TiAl2;在650~950℃温度区间退火24h后,由于Al向Ti中扩散,呈现明显的界面融混和晶粒粗化,导致有序相含量的降低,其层状结构的退化受到孔洞形成、晶粒长大以及层间吞噬的影响。
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    测试与表征
    菱形加载路径下35CrMoA钢的微动疲劳行为
    吕世泉, 何国球, 沈月, 田丹丹, 刘晓山, 林国斌, 任敬东, 胡杰
    2016, 44 (1): 96-102.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.015
    摘要 ( 356 )   HTML( PDF (3324KB) ( 128 )   引文文本
    采用MTS809拉扭复合疲劳试验机、扫描电镜(SEM)研究了接触应力为150MPa时35CrMoA合金钢在菱形加载路径下微动疲劳性能。结果表明:随着等效应力幅值的增加,材料的软化、硬化效果更加明显;剪应力-剪应变滞后回线的面积增大;裂纹萌生源区的面积减小,瞬断区面积与总断面面积的比例增加,瞬断区的撕裂也越严重。微动磨损使表面塑性枯竭,从而形成疲劳裂纹源。
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    单分散纳米锌铁氧体的制备及其磁性能
    赵海涛, 张强, 刘瑞萍, 丁学勇, 马瑞廷
    2016, 44 (1): 103-107.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.016
    摘要 ( 318 )   HTML( PDF (1723KB) ( 201 )   引文文本
    以乙酰丙酮铁和乙酰丙酮锌为前驱体,三乙二醇为溶剂,采用多元醇法制备了单分散的ZnFe2O4纳米颗粒。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)等对样品的结构、形貌和磁性能进行了表征。结果表明:所制备的ZnFe2O4纳米颗粒分散性较好,尺寸均一,平均粒径为5.6nm;在室温下产物的饱和磁化强度为18.10A·m2/kg,剩磁较小,矫顽力为9355A/m,表现出亚铁磁性;50mg和100mg的样品分别与lmL水形成的悬浮液,在交变磁场中升温分别可达到22℃和30℃,表现出一定的磁热性能。
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    2507双相不锈钢在NaClO溶液中的腐蚀性能
    张艳, 李倩, 王胜刚
    2016, 44 (1): 108-114.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.017
    摘要 ( 366 )   HTML( PDF (2150KB) ( 127 )   引文文本
    采用电化学动电位再活化法(EPR)、动电位极化和交流阻抗测试方法(EIS)研究2507双相不锈钢(SAF2507)在5g/L NaClO溶液中的晶间腐蚀和点腐蚀行为,并采用X射线光电子能谱(XPS)研究SAF2507腐蚀后表面形成的钝化膜组成。结果表明:SAF2507的再活化率Ra为0.68%,具有良好的耐晶间腐蚀性能;动电位极化和EIS的测试结果表明:SAF2507极化后能够发生自钝化现象,钝化区间为-0.5~0.6V;电荷传递电阻为1.389×104Ω·cm2,说明其具有较强的耐点腐蚀性能。XPS研究表明SAF2507在5g/L NaClO溶液中钝化膜主要成分为Cr,Fe等氧化物和氢氧型化合物。同时进一步探讨了SAF2507的腐蚀机理。
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    聚氨酯/青铜-Sm2O3复合涂层的近红外吸收与发射率性能
    张伟钢, 徐国跃, 薛连海
    2016, 44 (1): 115-119.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.018
    摘要 ( 423 )   HTML( PDF (1289KB) ( 152 )   引文文本
    以青铜(bronze)粉与Sm2O3为复合颜料,聚氨酯(PU)为黏合剂,制备了PU/bronze-Sm2O3复合涂层。系统研究了涂层的红外发射率、近红外吸收性能及力学性能。结果表明:Sm2O3的存在可有效降低涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的反射率,青铜粉的存在可有效降低涂层在8~14μm波段的红外发射率;通过调节青铜粉与Sm2O3质量比,涂层在8~14μm波段的红外发射率可在0.422~0.782范围内调节,涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的反射率可分别在46.8%~65.0%和49.3%~70.7%范围内调节;所制备PU/bronze-Sm2O3复合涂层具备优良的力学性能,在不同青铜粉与Sm2O3质量比下,其附着力与耐冲击强度分别可达到1级和50kg·cm。
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    综述
    改性Cu2O光催化剂的研究进展
    高鑫, 刘祥萱, 王煊军, 朱左明
    2016, 44 (1): 120-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.019
    摘要 ( 605 )   HTML( PDF (1844KB) ( 174 )   引文文本
    介绍了Cu2O光催化剂的电子性能和结构性能,重点讨论了Cu2O的金属/非金属离子和半导体复合(包括MxOy/Cu2O和MxSy/Cu2O型)改性研究进展,论述了Cu2O光催化剂稳定性的研究现状,对未来Cu2O改性研究进行展望,认为应从制备技术、表征手段和二次污染方面入手,并着重在改性机理和性能评估方面加强研究。
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