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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第8期 刊出日期:2017-08-20 上一期    下一期
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    2017, 45 (8): 0-0.  
    摘要 ( 107 )   PDF (5438KB) ( 61 )   引文文本
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    研究论文
    热可逆自修复聚氨酯弹性体的制备及表征
    杨一林, 卢珣, 王巍巍, 蒋智杰
    2017, 45 (8): 1-8.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000913
    摘要 ( 618 )   HTML( PDF (1281KB) ( 283 )   引文文本
    为探究本征型自修复聚氨酯材料结构与性能的关系,平衡其自修复效率与强度之间的矛盾,采用六亚乙基二异氰酸酯(HDI)三聚体作交联剂,4,4-二氨基二苯二硫醚(AFD)作扩链剂,将可逆双硫键引入聚酯型聚氨酯弹性体中。研究发现:制备的自修复聚氨酯弹性体拉伸强度可达7.7MPa,在60℃,修复时间为24h的条件下,基于拉伸强度的自修复效率高达97.4%;而普通不含有双硫键(只含氢键作用)的弹性体拉伸强度为9.3MPa,在同等条件下的自修复效率为58.0%,表明双硫键的存在使得弹性体自修复效率在原来的基础上提高了67.9%。制备的弹性体具有多次自修复能力,其二次自修复效率为62.3%。
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    原子氧对石墨烯膜电阻的影响
    刘宇明, 李蔓, 刘向鹏, 张凯, 赵春晴
    2017, 45 (8): 9-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001348
    摘要 ( 234 )   HTML( PDF (6211KB) ( 161 )   引文文本
    通过对石墨烯膜在原子氧辐照下电阻变化研究,并结合原子氧辐照前后石墨烯膜表面微观形貌分析,发现石墨烯膜会被原子氧剥蚀,膜厚逐渐减小直至完全剥蚀。石墨烯膜的电阻在原子氧辐照初期有所下降,之后开始上升。说明在原子氧辐照初期有石墨烯吸附氧原子的现象,在后期石墨烯膜电性能变化符合电阻定律。利用石墨烯剥蚀厚度或者石墨烯电阻变化数据两种方法都可以得到石墨烯膜剥蚀率,约为(1.2~1.3)×10-25cm3/atom。根据石墨烯膜电阻随原子氧注量的关系,提出一种新的原子氧探测器。
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    溶胶-凝胶法制备xLa-3%In-TiO2光催化材料
    曲家惠, 陈金垒, 李红, 张文杰
    2017, 45 (8): 14-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000948
    摘要 ( 242 )   HTML( PDF (4687KB) ( 169 )   引文文本
    采用溶胶-凝胶法制备xLa-3%(摩尔分数,下同) In-TiO2光催化材料,对其进行XRD,SEM,比表面,孔径分布表征和光催化活性评价。结果表明:所制备的样品为四方晶系锐钛矿结构,掺杂La和In样品的TiO2晶粒尺寸有所减小。In3+,La3+以置换Ti4+的方式进入TiO2晶格中。掺杂La后材料的比表面积增大,平均孔径减小。xLa-3% In-TiO2的孔径主要分布在1.5~10nm范围内。La的掺杂明显提高了材料的光催化活性,甲基橙在0.3% La-3% In-TiO2和3% In-TiO2上的光催化反应速率常数分别为0.061,0.029min-1。甲基橙分子中的显色基团在光催化过程中可以完全降解。
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    退火条件对Sn掺杂ZnO薄膜光电性能的影响
    刘涛, 赵小如, 蒋显武
    2017, 45 (8): 19-23.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000914
    摘要 ( 230 )   HTML( PDF (971KB) ( 125 )   引文文本
    采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备Sn掺杂ZnO薄膜(SZO薄膜)。研究空气退火、低真空退火、高真空退火、氮气退火、三高退火、循环退火6种不同退火条件对SZO薄膜光电性能的影响。结果表明:6种不同的退火条件制备的SZO薄膜均为纤锌矿结构且具有c轴择优取向生长的特性。高真空退火下,SZO薄膜的结晶状况和电学性质最优,最低电阻率可达到5.4×10-2Ω·cm。薄膜的可见光区平均透过率均大于85%。薄膜在390nm和440nm附近(325nm光激发下)都出现光致发光峰,在空气、氮气、低真空中退火后薄膜440nm处发光强度最为显著。
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    基于RBF网络优化制备均匀粒度分布的微米级SiO2基相变调湿复合材料
    张浩
    2017, 45 (8): 24-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000382
    摘要 ( 198 )   HTML( PDF (623KB) ( 100 )   引文文本
    以SiO2为载体、癸酸-棕榈酸为相变材料,采用溶胶-凝胶法制备微米级SiO2基相变调湿复合材料。运用均匀设计结合RBF网络优化制备参数,对最均匀粒度分布微米级SiO2基相变调湿复合材料进行表征。结果表明:当扩散系数为0.5时,RBF网络具有最佳的逼近效果;最优制备工艺参数:溶液pH值为4.27,去离子水用量为8.58,无水乙醇用量为4.83和超声波功率为316W;最均匀粒度分布微米级SiO2基相变调湿复合材料的d10d50d90分别为383.51,511.63,658.76nm,d90-d10实测值为275.25nm,实测值与预测值吻合较好,相对误差为-2.64%;最均匀粒度分布微米级SiO2基相变调湿复合材料在相对湿度为40%~60%时,平衡含湿量为0.0925~0.1493g/g,相变温度为20.02~23.45℃,相变焓为54.06~60.78J/g。
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    Al-Ti体系原位合成Al3Ti/ADC12复合材料
    熊俊杰, 闫洪
    2017, 45 (8): 30-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000808
    摘要 ( 226 )   HTML( PDF (12447KB) ( 159 )   引文文本
    在超声场下,以Al-Ti为反应体系,采用熔体直接反应法原位合成Al3Ti/ADC12复合材料。研究Ti加入量、超声时间以及功率对复合材料的显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着超声功率的逐渐增加,Al3Ti颗粒尺寸变得愈加细小,分布也变得更为均匀;并且Ti的加入能够细化基体组织中的α-Al相,使其由原来的粗大树枝状逐渐转变为细小枝晶状、蔷薇状甚至近球状。然而,随着超声时间的增加,超声效果会出现先加强后减弱的趋势。Al3Ti/ADC12复合材料的力学性能变化趋势与其组织变化趋势相一致,当Ti添加量为3%(质量分数)、超声功率为1.5kW、超声频率为20kHz、超声时间为6min时,其综合性能较好,抗拉强度达到247.34MPa,伸长率达到2.31%,比未施加超声的复合材料分别提高了21.3%和50.0%。
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    两种双基体C/C复合材料的微观结构与力学性能
    刘皓, 李克智
    2017, 45 (8): 38-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000262
    摘要 ( 213 )   HTML( PDF (4110KB) ( 187 )   引文文本
    借助偏光显微镜、扫描电镜以及力学性能测试研究了两种双基体C/C复合材料的微观结构与力学性能。结果表明:基体碳在偏光显微镜下呈现出热解碳的光滑层组织,沥青碳的各向同性、镶嵌和流域组织。在SEM下普通沥青碳为"葡萄状"结构,中间相沥青碳为片层条带状结构。具有多层次界面结构的材料可以提高材料的弯曲强度,改善材料的断裂韧度,两种材料在载荷-位移曲线中载荷为台阶式下降,呈现出假塑性断裂特征。材料A和材料B的弯曲强度分别为206.68,243.66MPa,断裂韧度分别为8.06,9.66MPa·m1/2,材料B的弯曲强度、断裂韧度均优于材料A。
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    后热处理对Cf/ZrC复合材料微观结构及性能的影响
    陈红梅, 祝玉林, 王松
    2017, 45 (8): 43-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000126
    摘要 ( 232 )   HTML( PDF (7643KB) ( 157 )   引文文本
    以C/C复合材料为基材、Zr2Cu合金为渗剂,采用低温反应熔渗工艺制备得到碳纤维增强碳化锆陶瓷基复合材料(Cf/ZrC),重点研究后热处理对Cf/ZrC复合材料微观结构及性能的影响。结果表明:经1400~2200℃热处理后,材料密度下降,开孔率增大;材料在后热处理过程中会发生残余富铜熔体的流失、ZrC基体体积分数的增加以及ZrC基体结构的破坏;后热处理造成材料力学性能下降,热处理温度达到2200℃时,材料的弯曲强度保留率仅为52.3%。
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    MAP-POSS/不饱和环氧树脂混杂光固化膜制备与性能
    侯桂香, 谢建强, 李婷婷, 高俊刚, 常娇
    2017, 45 (8): 49-54.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.001564
    摘要 ( 298 )   HTML( PDF (2163KB) ( 128 )   引文文本
    由KH-570水解缩合制备甲基丙烯酰氧基丙基笼型倍半硅氧烷(MAP-POSS),并将其与不饱和环氧树脂组成自由基-阳离子混杂光固化体系。用红外光谱(FT-IR)表征固化过程特征吸收峰的变化;测试MAP-POSS含量对固化膜表面水接触角、硅元素分布以及涂膜力学性能、热性能的影响。结果表明:MAP-POSS的加入增加了体系的交联度,提高了涂膜的疏水性、热稳定性和玻璃化温度(Tg)。当MAP-POSS含量为12%(质量分数,下同)时,Tg增加了16.9℃。当MAP-POSS含量为15%时,涂膜对水的接触角由58.0°增大到94.2°。MAP-POSS的加入使涂膜的冲击强度先增加后减小。
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    热塑性树脂含量对CCF800H碳纤维环氧复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的影响
    钟翔屿, 张代军, 包建文, 李伟东
    2017, 45 (8): 55-61.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001308
    摘要 ( 269 )   HTML( PDF (5308KB) ( 185 )   引文文本
    采用国产CCF800H高强中模碳纤维增强环氧制备了复合材料,研究不同热塑性树脂含量对复合材料张开(Ⅰ)型层间断裂韧度的影响,研究表明:随着热塑组分含量的提高,复合材料的裂纹起始应变能量释放率(GⅠC-init)与裂纹稳态扩展应变能量释放率(GⅠC-prop)都获得了大幅度提升,在增韧组分质量分数大于20%时,增韧聚芳醚酰亚胺粉体可在复合材料层间富集形成层间高韧区,并在复合材料层间形成了由"连续相"和"分散相"组成的层间增韧结构。
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    不同类型颗粒混合增强铁基复合材料的磨损性能
    曹新建, 金剑锋, 曹敬袆, 宗亚平
    2017, 45 (8): 62-67.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001136
    摘要 ( 208 )   HTML( PDF (13335KB) ( 123 )   引文文本
    采用电流直加热动态热压烧结工艺制备陶瓷颗粒增强铁基复合材料,研究高体积分数(25%,30%,35%)下,单一类型颗粒(SiC,TiC,TiN)及混合类型颗粒(TiC+TiN,SiC+TiN,SiC+TiC)作为增强相对铁基复合材料磨损性能的影响。结果表明:单一类型粒子强化时,TiNP/Fe复合材料的耐磨性最好,TiCP/Fe次之,SiCp/Fe最差。混合粒子作为增强体时,(TiC+TiN)P/Fe复合材料磨损性能显著优于其对应的单一颗粒增强材料;其中粒子含量为30%时,(TiC+TiN)P/Fe复合材料磨损性能提高最大,其磨损量比TiCP/Fe降低了51.9%,比TiNp/Fe复合材料降低了44.1%,体现出可贵的混合增强价值。(SiC+TiC)P/Fe和(SiC+TiN)P/Fe复合材料的磨损性能分别处于对应的两个单一颗粒增强材料之间。磨损表面观察表明,耐磨性好的(TiC+TiN)P/Fe复合材料的磨损机理为磨粒磨损,而(SiC+TiC)P/Fe和(SiC+TiN)P/Fe复合材料除磨粒磨损外还存在明显的疲劳磨损现象。
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    2A12铝合金的多轴加载疲劳行为
    陈亚军, 王先超, 王付胜, 刘波
    2017, 45 (8): 68-75.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001451
    摘要 ( 508 )   HTML( PDF (9530KB) ( 190 )   引文文本
    采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行多关键参数的多轴疲劳性能研究,通过对断口的微观分析探究疲劳失效机理。结果表明:等效应力加载条件下,随拉扭相位差的增加疲劳寿命降低,0°相位差下断面裂纹源区能观察到轮胎状、鱼骨状以及钟乳石状的特殊形貌,裂纹扩展区存在二次裂纹和模糊的疲劳条带;分别改变拉、扭平均应力,多轴疲劳寿命均降低,裂纹源区能看到白色絮状的氧化物,瞬断区存在二次裂纹和剪切型韧窝;不同加载波形条件下,正弦波对应最长的多轴疲劳寿命,三角波次之,方波时最短且体现出最大的结构耗能。低-高两级加载条件下,材料产生"锻炼效应"。
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    5083铝合金热压缩流变应力曲线修正与本构方程
    付平, 刘栩, 戴青松, 张佳琪, 邓运来
    2017, 45 (8): 76-82.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001382
    摘要 ( 304 )   HTML( PDF (1167KB) ( 168 )   引文文本
    在Gleeble-3800热模拟机上采用等温压缩实验研究5083铝合金在变形温度为523~723K、应变速率为0.01~10s-1、真应变为0~0.7条件下的高温流变应力行为。基于热传导对合金变形热效应的影响,对流变应力曲线进行了变形热修正。结果表明:热传导对变形过程中产生的温升影响不可忽略,其影响随着真应变的增加而更加显著;修正后的流变应力对峰值应力影响不大,但稳态流变应力软化趋势得到一定程度的减弱。建立了Zener-Hollomon参数的本构方程,可对5083铝合金在不同变形条件下的流变应力进行预测,温升修正后的流变应力值与本构方程的预测值吻合较好,平均相对误差仅为5.21%。
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    Fe30Mn5Al合金氧化改性层的电化学腐蚀性能
    朱雪梅, 张振卫, 王新建, 张彦生
    2017, 45 (8): 83-87.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001006
    摘要 ( 223 )   HTML( PDF (2918KB) ( 125 )   引文文本
    将Fe30Mn5Al合金在800℃空气中循环氧化160h,在氧化层与基体之间获得厚度约为15μm的贫Mn,富Fe铁素体层,研究氧化改性贫Mn层对Fe30Mn5Al合金电化学腐蚀性能的影响。结果表明:在1mol·L-1 Na2SO4溶液中,与原始合金相比,贫Mn层的阳极极化曲线呈自钝化,自腐蚀电位Evs SCE从-750mV提高至-130mV,钝化电流密度ip从310μA/cm2下降至29μA/cm2;电化学交流阻抗谱(EIS)的容抗弧直径及|Z|值增加,相位角平台变宽,利用等效电路Rs-(Rt//CPE)拟合的极化电阻Rt由2.7kΩ·cm2增至9.9kΩ·cm2;贫Mn层比合金基体具有更好的抗蚀性能。
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    反应堆压力容器用SA508Gr.4N钢的热变形行为
    杨志强, 刘正东, 何西扣, 刘宁
    2017, 45 (8): 88-95.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000887
    摘要 ( 296 )   HTML( PDF (8619KB) ( 226 )   引文文本
    利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在温度为1050~1250℃、应变速率为0.001~0.1s-1、真应变量0.16的条件下,研究和分析SA508Gr.4N钢高温塑性变形及动态再结晶行为。结果表明:SA508Gr.4N钢的高温真应力-应变曲线主要以动态再结晶为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加,属于温度和应变速率敏感材料;在真应力-应变曲线的基础上,建立材料热变形本构方程,较好地表征了材料高温流变特征,其热激活能为383.862kJ/mol;其硬化率-应力(θ-σ)曲线均呈现拐点且-dθ/dσ-σ曲线出现极小值;临界应变随应变速率的增大与变形温度的降低而增加,且临界应变(εc)与峰值应变(εp)之间具有一定相关性,即εc/εp=0.517;临界应变与Z参数之间的函数关系为εc=8.57×10-4Z0.148
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    基于应力松弛实验对服役25Cr35Ni型耐热钢的高温性能评估
    许军, 李会芳, 程从前, 曹铁山, 赵杰
    2017, 45 (8): 96-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001284
    摘要 ( 328 )   HTML( PDF (3385KB) ( 139 )   引文文本
    以服役的25Cr35Ni型钢为对象,研究利用应力松弛实验开展高温性能评估的方法以及对持久性能的预测效果。结果表明:由于高温服役后晶界处碳化物出现网链状和奥氏体基体内二次碳化物明显粗化,25Cr35Ni型耐热钢持久性能降低。通过得到的不同温度和应力的松弛蠕变速率曲线及外推关系,结合松弛蠕变速率-断裂时间关系方程,可以实现由松弛实验及少量蠕变持久实验开展持久寿命评估。与基于高温持久实验的预测结果比较,两者吻合较好。
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    综述
    纳米多层结构实现硬质薄膜韧化的方法、机理与应用
    杜军, 朱晓莹, 王红美
    2017, 45 (8): 102-114.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000535
    摘要 ( 256 )   HTML( PDF (14315KB) ( 175 )   引文文本
    硬质薄膜的韧化正成为气相沉积硬质薄膜研究和应用的重点。纳米多层结构设计是实现硬质薄膜强韧化的有效方法。本文介绍了纳米多层薄膜组元和韧化机理,讨论了周期、调制周期比、微观结构等子层因素对强韧化的影响,以及耐磨损、耐冲蚀场合的应用现状、问题以及原因。微裂纹在多层界面间偏折是纳米多层结构韧化的主要机理,但纳米多层结构界面越多,其裂纹萌生源越多,如果界面韧性较差,纳米多层结构会很快发生层-层剥离而失效。因此,纳米多层薄膜的韧化效果决定于界面的质量,而不是数量。必须获得高质量的层间界面,从断裂力学角度考虑抑制微裂纹的扩展,才能发挥纳米多层结构薄膜的优势。
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    生物质基SiC陶瓷制备的研究进展
    崔贺帅, 郑彧, 刘杏娥, 杨淑敏, 田根林, 马建锋
    2017, 45 (8): 115-122.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000029
    摘要 ( 302 )   HTML( PDF (1195KB) ( 161 )   引文文本
    传统工艺制备的碳化硅(SiC)陶瓷性能优异,应用前景广阔,但高温制备造成的成本增加限制了其进一步发展。相比之下,生物质因其自身丰富的孔隙结构成为低温制备SiC陶瓷的理想替代品。本文综述了生物质基SiC陶瓷的结构特性、制备方法、热解机理和影响因素,并探讨碳源和硅源预处理、热解工艺以及应用研究等在制备生物质基SiC陶瓷中存在的问题和发展趋势。
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    铝合金表面特性对其胶接性能影响的研究进展
    王询, 林建平, 万海浪
    2017, 45 (8): 123-131.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000571
    摘要 ( 303 )   HTML( PDF (5228KB) ( 191 )   引文文本
    不同的表面处理方法会导致铝合金表面的表面理化特性发生改变,从而对铝合金板材与胶黏剂的界面结合强度以及胶接接头的耐腐蚀性能有很大的影响。本文从铝合金表面粗糙度、微观织构、表面氧化层和涂层化学特性等方面入手,对铝合金胶接接头的界面强度和耐腐蚀性能影响的研究现状进行了综述。探讨了铝合金胶接研究发展趋势,并认为铝合金表面理化特性的参数化表征以及表面特性与胶接性能的关系模型建立等方面是今后研究的重要方向。
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    量子点敏化太阳能电池光阳极的研究进展
    李智敏, 李钊颖, 张茂林, 王媛, 黄云霞
    2017, 45 (8): 132-138.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001002
    摘要 ( 299 )   HTML( PDF (1720KB) ( 208 )   引文文本
    介绍量子点敏化太阳能电池的发展现状及趋势,针对光阳极改性来提高量子点敏化太阳能电池转化效率的方法,从半导体薄膜、量子点共敏化、量子点掺杂3个方面综合分析光阳极的研究进展和相关技术。根据制约电池效率的主要因素,提出量子点敏化太阳能电池的未来发展趋势,包括继续优化光阳极半导体薄膜的组成及结构、探索新型的宽光谱响应量子点以及发展高效的界面修饰技术等。
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