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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第4期 刊出日期:2017-04-20 上一期    下一期
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    2017, 45 (4): 0-0.  
    摘要 ( 144 )   PDF (5944KB) ( 50 )   引文文本
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    研究论文
    抗Zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金对7050铝合金力学性能的影响
    张国君, 武玉英, 杨化冰, 刘桂亮, 孙谦谦, 刘相法
    2017, 45 (4): 1-8.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000687
    摘要 ( 607 )   HTML( PDF (4795KB) ( 170 )   引文文本
    通过场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射仪(XRD),能量色谱仪(EDS)分析Al-5Ti-1B,Al-4Ti-1C和Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金的微观组织与物相组成,比较研究3种中间合金对7050铝合金晶粒尺寸与力学性能的影响。结果表明:Zr的存在削弱了Al-5Ti-1B和Al-4Ti-1C中间合金的细化效果,而对Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金细化效果影响较小。含掺杂型TiC粒子的Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金具有较好的抗Zr“中毒”能力,加入量为0.2%(质量分数,下同)时,含Zr7050铝合金平均晶粒尺寸由200μm细化至(60±5)μm,室温极限抗拉强度由405MPa提高到515MPa,提高了27.2%,伸长率由2.1%提高到4.1%。而加入0.2%的Al-5Ti-1B或Al-4Ti-1C中间合金时晶粒尺寸较粗大且分布不均匀,表现出明显的细化“中毒”。
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    淬火速率对Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金挤压棒材组织及硬度的影响
    韩素琦, 刘胜胆, 李承波, 雷越, 邓运来, 张新明
    2017, 45 (4): 9-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000502
    摘要 ( 409 )   HTML( PDF (3606KB) ( 92 )   引文文本
    通过硬度测试、扫描电镜、透射电镜研究淬火速率对Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金挤压棒材组织及硬度的影响。结果表明:淬火速率低于100℃/s时,硬度开始明显下降;2℃/s淬火时,硬度下降了43%。淬火速率低于100℃/s时,随着淬火速率降低,冷却过程中(亚)晶界及晶内弥散粒子处非均匀形核析出η平衡相的数量和尺寸明显增加,时效强化效果明显降低。相同淬火速率时,晶内η平衡相尺寸大于晶界η平衡相尺寸。在所研究的淬火速率范围内建立起硬度值与η平衡相面积分数间的定量关系。
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    高纯铝多向锻造大塑性变形过程的数值模拟及实验研究
    朱庆丰, 张扬, 朱成, 班春燕, 崔建忠
    2017, 45 (4): 15-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000401
    摘要 ( 348 )   HTML( PDF (5326KB) ( 112 )   引文文本
    采用多向锻造的方法研究室温下锻造道次对高纯铝组织的影响,并用三维DEFORM软件对实验过程进行模拟。结果表明:经3次多向锻造后,高纯铝试样横截面上形成1个X形的细晶区及4个粗晶区,随锻造道次增至9,细晶区的面积不断扩大,粗晶区的面积不断缩小,但细晶区与粗晶区的晶粒尺寸差异并未消除。当高纯铝试样心部的等效应变量达到2.5时,心部再结晶晶粒尺寸达到70μm,继续增加心部的等效应变至6.0,心部的晶粒不再随等效应变量的增加而细化,达到晶粒细化的极限。而当试样边部难变形区和自由变形区的等效应变量增至4.0时, 其再结晶晶粒仍随等效应变量的增加而细化,未达到晶粒细化极限。这表明局部等效应变量及局部变形方式均是影响高纯铝晶粒细化的重要因素。
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    冷金属过渡条件下AZ61镁合金在两种钢板上的润湿行为
    曾承宗, 林巧力, 曹睿, 陈剑虹
    2017, 45 (4): 21-26.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000086
    摘要 ( 311 )   HTML( PDF (4048KB) ( 64 )   引文文本
    采用动态座滴法研究冷金属过渡条件下,AZ61镁合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面的润湿行为及其界面微观结构。结果表明:润湿行为与焊接工艺参数中的送丝速率密切相关;无论基板采用镀锌钢还是Q235钢在界面处均观察到Al-Fe金属间化合物层,其形成符合热力学形成条件;在Q235钢表面润湿时,送丝速率增加,界面反应变得剧烈,因而润湿性变好,在镀锌钢表面润湿时,送丝速率增加,加剧锌的挥发,使裸露的表面显金属性,因而润湿性变好;当送丝速率≤10.5m·min-1时,镁在Q235钢板上的润湿性要好于镀锌钢板,且后者锌的挥发将导致工艺不稳定。
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    7B04铝合金超塑性变形行为
    张宁, 王耀奇, 侯红亮, 张艳苓, 董晓萌, 李志强
    2017, 45 (4): 27-33.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000686
    摘要 ( 527 )   HTML( PDF (4830KB) ( 117 )   引文文本
    针对7B04铝合金开展了变形温度为470~530℃,应变速率为0.0003~0.01s-1的高温超塑性拉伸实验,研究了材料的超塑性变形行为和变形机制。结果表明,7B04铝合金的流动应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而逐渐减小,伸长率随之增加;在变形温度为530℃,应变速率为0.0003s-1时,7B04铝合金的伸长率达到最大1105%,超塑性能最佳;应变速率敏感性指数m值均大于0.3,且随变形温度的升高而增加;在500~530℃的变形温度范围内, m值大于0.5,表明7B04铝合金超塑性变形以晶界滑动为主要变形机制;变形激活能Q为190kJ/mol,表明7B04铝合金的超塑性变形主要受晶内扩散控制;7B04铝合金超塑性变形中在晶界附近有液相产生,且适量的液相有利于提高材料的超塑性能。
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    Si对明弧堆焊合金M7C3相及耐磨性的影响
    田兵, 龚建勋, 刘江晴, 吴慧剑
    2017, 45 (4): 34-40.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001223
    摘要 ( 306 )   HTML( PDF (7207KB) ( 98 )   引文文本
    采用药芯焊丝自保护明弧焊方法制备Fe-17Cr-4C-2V-Mn-Si-Ti多元合金系堆焊合金。借助金相显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜等手段,研究硅对其M7C3M=Fe, Cr, V, Mn)相及耐磨性的影响。结果表明:当硅含量从0.6%(质量分数,下同)增加到2.4%时,初生M7C3相由板条状转变为块状弥散分布;其相邻间隔的γ-Fe数量逐渐减少直至消失。硅改变了初生M7C3形核前驱体-液态合金化高碳原子团簇的属性而引起其形态、分布和尺寸改变。磨损结果表明,当硅含量从0.6%增加至2.4%时,合金耐磨性先提高后下降,至1.5%时耐磨性最佳,微切削和微观断裂两种磨损机理并存。
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    稀土对AZ91镁合金干/湿循环腐蚀产物及阻抗行为的影响
    赵曦, 贾瑞灵, 周伟光, 郭锋
    2017, 45 (4): 41-50.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000203
    摘要 ( 382 )   HTML( PDF (9428KB) ( 96 )   引文文本
    采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)研究添加(La,Ce)混合稀土前后AZ91镁合金在融雪剂溶液中经历干/湿交替循环腐蚀后腐蚀产物的组成和结构。结果表明:未添加(La,Ce)混合稀土的AZ91镁合金的腐蚀产物主要由Mg(OH)2,MgO,CaCO3及Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O组成;而添加混合稀土的AZ91镁合金表面生成了(La,Ce)AlO3等含稀土元素的腐蚀产物,同时腐蚀产物出现致密层。不同周期干/湿交替循环腐蚀的电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,添加(La,Ce)混合稀土的镁合金在相同腐蚀周期的阻抗谱幅值均高于AZ91镁合金的阻抗谱幅值,稀土的添加有助于降低阻抗谱的弥散效应,表明(La,Ce)混合稀土可以提高AZ91镁合金在干/湿交替腐蚀环境中的耐蚀性和腐蚀产物膜的稳定性。
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    Q235钢的污染海洋大气环境腐蚀寿命预测模型
    王旭, 肖葵, 程学群, 董超芳, 吴俊升, 易盼, 毛成亮, 蒋立, 李晓刚
    2017, 45 (4): 51-57.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001414
    摘要 ( 414 )   HTML( PDF (2536KB) ( 163 )   引文文本
    采用周浸加速实验模拟Q235钢在我国青岛、万宁两种污染海洋大气环境的腐蚀行为,用失重法、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法分析Q235钢在室内模拟大气环境的腐蚀形貌、腐蚀产物、腐蚀动力学。研究室内加速实验与室外暴晒实验的相关性。结果表明:周浸加速实验后Q235钢与实际污染海洋大气环境暴晒实验结果相关性较好。结合灰色关联法建立Q235钢在两种污染海洋大气环境下的腐蚀寿命预测模型:TQD=137.002t1.093TWN=102.398t0.952
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    槽电压对纯铁表面液相等离子体电解硼碳氮三元共渗层摩擦磨损性能的影响
    金小越, 吴杰, 杨璇, 王彬, 陈琳, 曲尧, 薛文斌
    2017, 45 (4): 58-64.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000294
    摘要 ( 276 )   HTML( PDF (4920KB) ( 83 )   引文文本
    利用液相等离子体电解渗技术分别在340,360V和380V槽电压下对纯铁进行硼碳氮三元共渗(PEB/C/N)表面处理。分析纯铁表面PEB/C/N共渗层的形貌、成分、相组成和显微硬度分布。采用球-盘摩擦磨损仪评估槽电压对渗层摩擦磨损性能的影响,并分析渗层与ZrO2球对磨时磨损机理。纯铁表面的PEB/C/N三元共渗层厚度随着放电电压升高而增大,最高硬度也相应增加。380V处理1h后硼碳氮三元共渗层中渗硼层和过渡层厚度分别达到26μm和34μm,渗层最高硬度可以达到2318HV。硼碳氮三元共渗层的磨损率仅为纯铁基体的1/10。硼碳氮共渗处理大幅度降低纯铁的摩擦因数和磨损率,但不同槽电压下制备的PEB/C/N共渗层的摩擦因数和磨损率变化较小。
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    H2O和Y(O)对NiCoCrAl热障涂层高温氧化的影响
    王逸群, 宋鹏, 季强, 廖红星, 陆建生
    2017, 45 (4): 65-69.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000379
    摘要 ( 326 )   HTML( PDF (3074KB) ( 82 )   引文文本
    分别利用真空等离子沉积和超音速火焰喷涂技术制备含有Y和含Y氧化物的NiCoCrAl涂层,用差热分析和光学及电子显微镜研究两种涂层在Ar-16.7%O2,Ar-3.3%H2O和Ar-0.2%H2-0.9%H2O气氛中1100℃时的氧化动力学和断面微观结构,通过第一性原理计算对比在不同气氛中含Y氧化物对涂层氧化的影响机理。结果表明:对于NiCoCrAl+Y涂层,Y倾向于向界面扩散并在界面富集导致Al2O3膜生成更多有利于内氧化的孔洞,水蒸气更会对内氧化产生促进作用。而对于NiCoCrAl+Y(O)涂层,由于Y在涂层制备过程中被氧钉扎,导致NiCoCrAl+Y(O)涂层在上述气氛中生成了平直而均匀的Al2O3层,不同气氛对其氧化行为影响较小。上述研究进一步揭示NiCoCrAl涂层中活性元素Y的存在状态和氧化气氛中的水蒸气对氧化铝组织结构和生长速率有重要影响。
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    Si含量对VAlSiN涂层微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响
    王恩青, 岳建岭, 李淼磊, 李栋, 黄峰
    2017, 45 (4): 70-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001040
    摘要 ( 288 )   HTML( PDF (3034KB) ( 68 )   引文文本
    采用反应磁控溅射技术,在300℃下制备不同Si含量的VAlSiN涂层。研究Si含量的变化对VAlSiN涂层相结构、生长形貌、化学状态、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:不含Si的VAlN涂层呈现(111)择优取向生长。随着Si含量的增加,VAlSiN涂层的(111)择优取向逐渐消失,最终转变为非晶结构。Si含量大于1.8%(原子分数,下同)的VAlSiN涂层是由nc-VAlN和a-Si3N4组成的多相复合涂层。与VAlN涂层相比,添加少量Si(0.8%)的VAlSiN涂层晶粒尺寸减小,致密度得到提高,对应的涂层硬度也得到显著增大,达到30.1GPa。继续增加Si的含量,VAlSiN涂层的柱状生长结构被打断,硬度逐渐下降,最后稳定在22GPa左右。VAlSiN涂层的摩擦因数随着Si含量的增加先降低后升高。当Si含量为0.8%时涂层的磨损率最低,达1.2×10-16 m3·N-1·m-1
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    不同配比W/Zr活性材料冲击反应实验研究
    刘晓俊, 任会兰, 宁建国
    2017, 45 (4): 77-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001212
    摘要 ( 389 )   HTML( PDF (4743KB) ( 125 )   引文文本
    以W,Zr和ZrH2为原料,采用热压烧结工艺制备不同配比的W/Zr活性材料。通过分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对W/Zr材料进行动态压缩测试并记录其冲击引发反应过程,同时采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等对试件反应前后的物相、成分、微观形貌进行测试表征。结果表明:热压烧结制备的W/Zr活性材料结构较为致密,其相对密度≥87.5%;W/Zr活性材料准静态压缩强度≥1022MPa,破坏应变≤1%,为典型高强脆性材料;3组配比材料动态压缩强度均随应变率增加而提高,当冲击加载达到一定强度时,W/Zr材料破碎并与空气发生剧烈燃烧反应并生成ZrO2
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    气膜孔分布对DD6单晶高温合金高周疲劳断裂行为的影响
    胡春燕, 刘新灵, 陶春虎, 曹春晓
    2017, 45 (4): 84-89.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001282
    摘要 ( 465 )   HTML( PDF (4629KB) ( 117 )   引文文本
    利用带不同电液束加工气膜孔分布的DD6单晶气冷叶片模拟试样,研究其在常温下的高周疲劳性能,并对试样断口及断口侧面形貌进行宏观与微观观察。结果表明:在相同的实验条件下,气膜孔的存在对试样高周疲劳寿命的影响较大,无孔试样的平均寿命约为带3排孔试样的4倍,但是气膜孔布局对疲劳寿命的影响相对较小。通过断口宏观与微观观察发现,无孔试样呈线源特征,而1~3排孔试样裂纹均从气膜孔附近起源,呈多源特征。根据断口和晶体学理论推测,对于无孔、1排孔和多排孔试样的中间部位,裂纹沿{001}滑移面扩展;而对于多排孔试样的上下2排孔孔周的裂纹沿{111}滑移面扩展。采用有限元方法分析4种不同试样孔边应力场的分布规律,数值模拟分析结果与试样的断裂位置及形貌吻合。
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    羟烷基酰胺固化聚酯粉末涂层在海洋环境中的腐蚀行为
    周和荣, 姚望, 宋述鹏, 吴润
    2017, 45 (4): 90-95.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000559
    摘要 ( 254 )   HTML( PDF (4232KB) ( 94 )   引文文本
    采用CASS实验、浸泡实验、交流阻抗和扫描开尔文研究羟烷基酰胺固化聚酯粉末涂层缺陷在海洋环境中的腐蚀行为和机制。结果表明:羟烷基酰胺固化聚酯粉末涂层经240h CASS实验后划痕边沿有少量起泡,最大单边腐蚀宽度小于0.5mm,表面附着力为0级; EIS图谱显示涂层下铝合金在0.6mol/L NaCl溶液中的腐蚀速率随浸泡时间的延长不断降低并逐渐趋于稳定;扫描开尔文图谱显示聚酯粉末涂层下金属的腐蚀沿划痕处不断向涂层两侧扩散,其阳极和阴极交替变化,导致涂层下腐蚀面积扩大。
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    生物质中温热熔预浸料用环氧树脂体系
    张旭锋, 余金光, 韦家虎, 益小苏
    2017, 45 (4): 96-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000679
    摘要 ( 342 )   HTML( PDF (2546KB) ( 131 )   引文文本
    采用生物质松香酸酐固化剂,通过配方设计和筛选,由配方体系成膜性、胶膜储存期、胶膜状态及DSC测试初步确定生物质环氧树脂体系的配方组成环氧树脂/固化剂/促进剂的质量比为100/60/3~4。由动态/稳态DSC测试和锥板旋转黏度计对体系的固化特征温度和黏度-温度-时间特性进行研究,结果确定树脂体系可在120~140℃ 完成固化,热熔法预浸温度范围60~85℃,其黏度在1500~5000mPa·s,其中70℃操作时间达180min。最后由红外光谱和DSC对生物质环氧体系的固化反应机理进行了研究。
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    细编穿刺织物的数学建模理论与实例
    周钰博, 李艳霞, 李敏, 顾轶卓, 张佐光, 宋永忠, 余立琼, 程家
    2017, 45 (4): 102-107.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000479
    摘要 ( 355 )   HTML( PDF (2436KB) ( 90 )   引文文本
    针对细编穿刺织物,采用具有参数连续性的样条线作为纤维丝束的轨迹特性函数,建立了三维立体织物结构的数学抽象与三维建模方法。基于MicroCT方法实际测量的细编穿刺织物结构特征参数,采用四种丝束轨迹特性函数和两种丝束截面建 立了八种穿刺织物结构的三维数字模型,通过丝束结构与孔隙率的对比,三维数字模型与织物真实结构符合较好。该织物结构数学抽象与三维建模方法,可用于小尺度的亚单胞模型与大尺度的宏观模型分析,具有较高的适应性。
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    单向拉伸条件下补片参数对复合材料胶接修复结构的影响
    王跃, 穆志韬, 李旭东, 郝建滨
    2017, 45 (4): 108-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001195
    摘要 ( 278 )   HTML( PDF (1676KB) ( 91 )   引文文本
    建立含中心半穿透圆孔的损伤金属板修补结构的三维有限元模型,以应力集中系数(Stress Concentration Factor, SCF)和挠度w作为复合材料胶接修复效果的指标,分析单向拉伸条件下,正方形补片的长度、厚度和铺层方式对修复效果的影响。结果表明:补片长度取孔直径的3.5倍、厚度取孔深度的0.6~0.8倍、铺层方式取0°/90°铺层时,复合材料单面修复含损伤裂纹板的效果较好。根据分析结果制备了实验件,进行了单向静拉伸实验,修补实验件的破坏强度比未修补实验件提高了10.1%。
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    沉淀法与水热法合成载银羟基磷灰石及其抗菌性能
    邓城, 漆小鹏, 李倩, 尹从岭, 杨辉
    2017, 45 (4): 113-120.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000319
    摘要 ( 285 )   HTML( PDF (5065KB) ( 109 )   引文文本
    采用沉淀法与水热法合成了纳米棒状载银羟基磷灰石(Ag-HA)颗粒。研究不同合成方法和载银量时Ag-HA晶体结构、形貌及抗菌性能。结果表明:水热法合成的Ag-HA长径比高、分散性好,产物结晶度高、晶粒尺寸大,晶胞参数更小。沉淀法70℃时,Ag-HA平均晶粒尺寸为(22.7±0.7)nm;水热法180℃时,平均晶粒尺寸为(50.7±0.9)nm。银的引入会增大产物晶粒尺寸及晶胞参数,当载银量为1.30%时,平均晶粒尺寸为(53.7±0.9)nm,晶胞参数a=0.9465nm,c=0.6970nm。产物与大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)共培养后结果显示,Ag-HA对两种实验菌均表现出良好的杀菌性能,不同载银量Ag-HA在1,3,6,12,24h后的杀菌率均为100%。
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    碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能
    邓凌峰, 彭辉艳, 覃昱焜, 吴义强
    2017, 45 (4): 121-127.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001044
    摘要 ( 325 )   HTML( PDF (3265KB) ( 121 )   引文文本
    以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5 ∶ 3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5, 1, 5C不同电流倍率时容量依次为457, 433, 394mAh/g。
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    综述
    碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展
    陶静梅, 洪鹏, 陈小丰, 易健宏
    2017, 45 (4): 128-136.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000315
    摘要 ( 435 )   HTML( PDF (1813KB) ( 172 )   引文文本
    本文针对碳纳米管增强铜基复合材料研究中的关键问题进行了综述。对碳纳米管增强铜基复合材料的制备技术进行了分类,总结了粉末冶金法、电化学法以及其他方法的研究进展,并强调了制备方法和复合材料性能之间的关系。分析了碳纳米管增强铜基复合材料的界面特征,并概述和总结了其力学性能、电学性能、热学性能、摩擦磨损性能等方面的研究进展和存在问题。指出改善复合材料的制备方法,获得分散均匀的碳纳米管且与铜基体结合良好的复合材料是提高其综合性能的关键。
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