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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第12期 刊出日期:2017-12-20 上一期   
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    2017, 45 (12): 0-0.  
    摘要 ( 145 )   PDF (4392KB) ( 94 )   引文文本
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    研究论文
    激光熔化镁合金凝固组织及腐蚀行为
    方志浩, 马程鹏, 管迎春, 周伟, 郑宏宇
    2017, 45 (12): 1-9.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000070
    摘要 ( 446 )   HTML( PDF (5435KB) ( 170 )   引文文本
    采用Nd:YAG毫秒脉冲激光器,在高纯氩气保护下扫描AZ91D镁合金样品,采用X射线衍射仪(XRD),光学显微镜,扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM)等对处理后镁合金表面形貌、组织、成分进行研究。使用模拟改性体液和质量分数为3.5%的NaCl溶液对实验样品进行腐蚀,观察腐蚀表面并计算材料腐蚀率。结果表明:在相同腐蚀时间下,与未被处理样品相比,激光处理后镁合金由于其显微组织中细化的α-Mg相与β-Mg17Al12相,及选择性气化现象和基体合金化学成分共同导致表面Al元素富集提高了表层的抗腐蚀性能;通过测算激光熔化区枝晶晶胞尺寸与冷却速率的关系得到其凝固方程。
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    含Cu取向硅钢中第二相粒子析出演变行为研究
    李志超, 党宁, 江海涛, 夏振海
    2017, 45 (12): 10-16.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000163
    摘要 ( 390 )   HTML( PDF (2466KB) ( 191 )   引文文本
    使用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察CGO硅钢制备过程中第二相粒子的析出行为及分布状态,统计粒子的平均尺寸、面密度及Zener因子。结果表明:试样中主要存在两种析出物,一种是(Cu,Mn)S复合析出物,尺寸为1μm左右,称为A类析出物,另一种是Cu2S析出物,尺寸为10~30nm,称为B类析出物,Cu2S起主要抑制作用。第二相粒子在热轧阶段大量弥散析出,平均粒子尺寸最小,面密度最高,高温退火前的加工阶段,粒子的平均尺寸不断增加,面密度逐渐降低;高温退火过程中,随着析出物体积分数的降低,其抑制能力呈下降趋势,960℃时析出物发生明显的聚集现象,当Zener因子A低于临界值0.19nm-1时,二次再结晶发生,残留的粒子不会产生有效的抑制作用。
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    熔融6061和4043铝合金在纯钛表面的反应润湿
    钟伟强, 靳鹏, 李富祥, 林巧力, 陈剑虹
    2017, 45 (12): 17-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000684
    摘要 ( 305 )   HTML( PDF (6211KB) ( 118 )   引文文本
    利用改良座滴法研究了高真空条件下熔融6061和4043铝合金在600,650,700℃分别与纯钛(TA2)的反应润湿行为。结果表明:Al/Ti体系属于典型的反应润湿,铝合金中微量的Si元素在界面上产生了明显富集且满足热力学条件;界面上形成了富Si的致密的层片状Ti7Al5Si12相,致密层产生后阻碍熔体润湿母材;Ti7Al5Si12相的分解及三相线附近疏松的粒状Al3Ti相产生后能够破除钛表面的氧化膜,进而促进润湿;6061/TA2和4043/TA2两润湿体系铺展动力学均可由反应产物控制(Reaction Product Model)模型描述,整个润湿铺展过程分为两个阶段,即先呈指数铺展、后呈线性铺展;6061铝合金对应两个阶段的铺展活化能分别为56kJ/mol和112kJ/mol,4043铝合金以指数铺展为主,铺展活化能为47kJ/mol,Ti7Al5Si12相的分解对应于指数铺展阶段。
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    热老化对316LN不锈钢焊缝微观组织和冲击性能的影响
    罗强, 刘思维, 陈勇, 周军, 何琨
    2017, 45 (12): 25-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000214
    摘要 ( 296 )   HTML( PDF (4878KB) ( 102 )   引文文本
    为研究核电站主管道316LN不锈钢焊缝的热老化,开展了316LN不锈钢在400℃下15000h的加速热老化实验。采用TEM和HREM研究热老化后焊缝微观组织演变,利用冲击实验测定不同热老化时间下焊缝夏比冲击性能;以夏比冲击功作为热老化脆化参量,通过拟合法获得了焊缝热老化脆化动力学公式,利用热老化动力学公式预测焊缝在实际运行温度下服役60年内的夏比冲击功变化。结果表明:经1000h热老化后焊缝中的铁素体已经发生了调幅分解,形成了富Fe的α相和富Cr的α'相,同时在铁素体内析出了G相;焊缝中铁素体调幅分解和G相析出导致焊缝冲击功随时间延长而不断下降;夏比冲击功预测结果显示在运行25年内冲击功下降较快,随后的运行过程中下降过程趋缓。
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    MAH/GMA共接枝聚乳酸对木粉/PLA复合材料性能的影响
    杜军, 宋永明, 张志军, 房轶群, 王伟宏, 王清文
    2017, 45 (12): 30-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000102
    摘要 ( 311 )   HTML( PDF (3464KB) ( 102 )   引文文本
    采用熔融接枝法分别制备马来酸酐接枝聚乳酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸和马来酸酐/甲基丙烯酸缩水甘油酯共接枝聚乳酸,并利用红外光谱对接枝共聚物进行结构表征。分别以三种接枝共聚物为相容剂,采用注塑成型制备了木粉/PLA复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的断面形貌进行微观分析,结果表明,加入不同接枝共聚物后木粉/PLA复合材料两相看不出明显相界面,界面相容性得到改善。对不同接枝共聚物制备的复合材料的力学性能、加工流动性能和动态流变性能测定的结果显示,加入MAH/GMA共接枝聚乳酸后的木粉/PLA复合材料和未添加相容剂的复合材料相比,拉伸强度和冲击强度分别提高了9.54%和7.23%,复合体系的平衡扭矩和剪切热提高,储能模量及复数黏度均增大。
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    PAN基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响
    钟云娇, 边文凤
    2017, 45 (12): 37-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000298
    摘要 ( 209 )   HTML( PDF (1710KB) ( 132 )   引文文本
    碳纤维由微晶和非晶碳所构成。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究聚丙烯腈(PAN)基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响机理。结晶度、石墨化程度、微晶无序化程度、微晶尺寸都对拉伸强度有显著影响。结晶度、石墨化程度越大,微晶无序化程度越小拉伸强度越大。微晶尺寸越大拉伸强度越小。比较T300和T700,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量大于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得T700的拉伸强度大于T300的拉伸强度,同理可知T800的拉伸强度大于T700的拉伸强度。比较M35J和M40J,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量小于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得M40J的拉伸强度小于M35J的拉伸强度,同理可知M46J的拉伸强度小于M40J的拉伸强度。M35J,M40J和M46J内的较大的微晶对拉伸强度的影响起决定性作用。
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    短玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化性能
    宋海硕, 周登凤, 张道海, 郭建兵
    2017, 45 (12): 43-49.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000342
    摘要 ( 299 )   HTML( PDF (3054KB) ( 105 )   引文文本
    通过熔融共混法制备短玻纤增强尼龙10T(SGF/PA10T)复合材料,采用DSC、DMA、红外光谱、力学测试等表征方法对240℃下SGF/PA10T的热氧老化性能进行研究。结果表明:热氧老化使SGF/PA10T的初始结晶温度有所增加,玻纤与PA10T基体之间的界面作用减弱,阻尼性能下降;随着热氧老化时间的延长,复合材料的玻璃化转变温度先增加后减小,通过Arrhenius方程对SGF/PA10T发生玻璃化转变时的活化能进行计算,结果进一步证明热氧老化影响分子链的活动能力,并且PA10T分子链在老化初期发生微交联;同时热氧老化显著降低SGF/PA10T的力学性能,当老化天数为50d时,拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度保持率分别为18.4%,9.8%和37.7%。
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    热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响
    马少华, 费昺强, 许良, 回丽
    2017, 45 (12): 50-57.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000981
    摘要 ( 213 )   HTML( PDF (7098KB) ( 173 )   引文文本
    采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。
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    CVI-GSI工艺制备C/C-SiC复合材料的组成结构与力学性能
    孙国帅, 刘荣军, 曹英斌, 贺鹏博, 龙宪海
    2017, 45 (12): 58-64.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000986
    摘要 ( 314 )   HTML( PDF (3357KB) ( 127 )   引文文本
    采用密度为1.0g/cm3的C/C素坯,联合化学气相渗透(CVI)和气相渗硅(GSI)2种工艺制备C/C-SiC复合材料,研究CVI C/C-SiC复合材料中间体的密度对CVI-GSI C/C-SiC复合材料物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:随着CVI C/C-SiC复合材料中间体密度的增大,CVI-GSI C/C-SiC复合材料C含量增多,残余Si含量减少,SiC含量先增多后减少,CVI-GSI C/C-SiC复合材料的密度先增大后减小;随着CVI C/C-SiC复合材料中间体的密度由1.27g/cm3增加到1.63g/cm3时,得到的CVI-GSI C/C-SiC复合材料的力学性能先升高后降低。当CVI C/C-SiC复合材料密度为1.42g/cm3时,制得的CVI-GSI C/C-SiC复合材料力学性能最好,其弯曲强度为247.50MPa,弯曲模量为25.63GPa,断裂韧度为10.08MPa·m1/2
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    三维五向编织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能实验研究
    严实, 郭留雨, 赵金阳, 陆夏美, 曾涛
    2017, 45 (12): 65-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000861
    摘要 ( 301 )   HTML( PDF (3491KB) ( 111 )   引文文本
    通过实验研究三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料低速冲击及其冲击后压缩(CAI)性能。测试试件虽然有不同的编织角度,但承受相同的冲击能力。采用冲击后压缩测试表征不同编织结构的冲击后剩余力学性能。结果表明:编织角较大的试件由于其更紧密的空间结构,能承受更高的冲击载荷且冲击损伤区域更小。CAI强度和损伤机理主要取决于编织纤维束的轴向支撑。随着编织角的增加,CAI强度降低,材料的破坏模式也由横向断裂转变为剪切破坏。
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    微波辅助加热法在泡沫镍表面生长纳米碳管
    强丁丁, 赵建国, 高利岩, 邢宝岩, 潘启亮, 古玲, 王海青
    2017, 45 (12): 71-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000265
    摘要 ( 306 )   HTML( PDF (2541KB) ( 117 )   引文文本
    以酸处理过的泡沫镍为催化剂前驱体及辅热材料,以菲为碳源,使用微波辅助加热法,短时间内在泡沫镍表面及内孔生长管径分布均匀、长径比较大的纳米碳管(CNTs)。使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)对所得产物的微观形貌和结构进行表征,并研究泡沫镍的结构、前处理用酸浓度、微波加热时间等对制备的CNTs的影响,最后提出了CNTs的生长机理。结果表明:酸浓度为6mol·L-1,微波时间为30s时,所得碳纳米管管径约为30nm,长度可达微米级。
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    PVP对溶胶凝胶法制备负热膨胀ZrW2O8粉体形貌及性能的影响
    孙秀娟, 程晓农, 杨娟, 刘芹芹, 徐东
    2017, 45 (12): 77-82.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000868
    摘要 ( 319 )   HTML( PDF (2213KB) ( 126 )   引文文本
    以PVP为添加剂,采用溶胶凝胶法制备ZrW2O8粉体,研究添加剂对粉体形貌的影响及其负热膨胀特性。对其前驱体进行热重-差热分析(TG-DSC),以X射线粉末衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)对产物结构及形貌进行表征。结果表明所得粉体为单一立方α-ZrW2O8相。加入PVP后,可以有效地改变粉体的形貌,随着加入量的增大,粉体的形貌从无规则的团聚体转变为长棒状、扇形及短棒颗粒。原位X射线粉末衍射分析表明,所得ZrW2O8粉体具有良好的负热膨胀特性。
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    沸石基锂离子电池隔膜的制备及性能
    张红涛, 尚华, 顾波, 张恒源
    2017, 45 (12): 83-87.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001357
    摘要 ( 286 )   HTML( PDF (1906KB) ( 96 )   引文文本
    针对传统聚烯烃类锂电隔膜的耐温性差和电解液亲和性差的问题,以沸石粒子、硅溶胶和乙二胺四乙酸为主要原料,通过烧结工艺制备综合性能优异的沸石基锂离子电池隔膜。结果表明:与商用聚乙烯膜相比,本实验制备的沸石隔膜具有发达的孔道结构,其耐热性和电解液润湿性得到显著提升;经过160℃,0.5h的热处理后,沸石隔膜的热收缩率为0,而聚乙烯膜已经完全融化,沸石隔膜的电解液接触角接近0°,聚乙烯膜的接触角高达35°。受益于良好的孔道结构和电解液亲和性,沸石隔膜所装配电池在倍率放电容量和循环放电容量等方面均优于传统聚烯烃膜。
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    石墨烯介电电泳组装及电学特性
    安立宝, 李文, 常春蕊
    2017, 45 (12): 88-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000593
    摘要 ( 294 )   HTML( PDF (1075KB) ( 94 )   引文文本
    将石墨烯有效地集成到微纳器件上实现组装是石墨烯得以应用的重要先决条件。采用介电电泳法对二维纳米材料石墨烯进行组装,研究介电电泳组装过程参数包括外加交变电压幅值、石墨烯悬浮液浓度和外加电场作用时间对组装的影响。结果表明:组装到电极之间的石墨烯数量随着上述组装参数值的增大而增加,其中石墨烯悬浮液浓度的影响最为显著。组装后石墨烯的I-V特性曲线呈现良好的直线性,依据组装石墨烯数量的不同,电阻在数kΩ到数百kΩ之间,表明石墨烯与金属电极之间具有较高的接触电阻。采用局部焦耳热法可以有效地降低石墨烯的接触电阻,在电压幅值为3.6V时,降阻效果最优,电阻下降幅度为47.91%。
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    TiO2-NTs/rGO复合材料的制备及电化学性能
    胡志海, 江国栋, 熊剑, 朱星, 袁颂东
    2017, 45 (12): 93-98.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001380
    摘要 ( 274 )   HTML( PDF (3193KB) ( 90 )   引文文本
    通过碱液水热法制备TiO2纳米管(TiO2-NTs)前驱体,并将其与氧化石墨烯复合得到二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯(TiO2-NTs/rGO)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),电化学测试等分析技术对复合物进行表征。结果表明:复合物中TiO2-NTs晶相为B型(TiO2(B)),其管径约为25~30nm;与单纯TiO2-NTs相比,石墨烯负载的TiO2-NTs的倍率性能和循环性能都得到显著改善,在放电倍率为1C(335mA/g)时,TiO2-NTs/rGO和TiO2-NTs首次放电容量分别为258.5mAh/g和214.9mAh/g;电化学阻抗谱测试显示,复合材料的电荷转移电阻明显小于纯相TiO2-NTs。
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    石墨烯负载硫化锌/硫化铜异质结的制备及光催化性能
    曾斌, 陈小华, 汪次荣
    2017, 45 (12): 99-105.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001112
    摘要 ( 248 )   HTML( PDF (4438KB) ( 130 )   引文文本
    采用微波辅助加热方法制备石墨烯负载硫化锌纳米颗粒,在其基础上,通过离子交换反应形成石墨烯负载硫化锌/硫化铜异质结的复合物(rGO-ZnS/CuS)。通过SEM,TEM,XRD等手段对样品进行形貌观察和物相分析,并分别讨论氧化石墨烯含量、不同硫源和微波加热时间对复合物形貌和光催化性能的影响。结果表明:硫代乙酰胺为硫源,微波反应时间为30min,氧化石墨烯质量分数为10%时,能够在石墨烯表面获得均匀分布的硫化锌/硫化铜异质纳米结的复合物,在可见光照射下,150min内降解水中81.2%的甲基橙,显示出优异的光催化效果,异质结内形成的界面电子转移现象以及石墨烯作为电子受体进一步促进内部光生电子空穴的分离是提高光催化效果的原因。
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    含有机胶凝剂的Al2O3-SiO2系泡沫料浆的流变性能与固化特性
    王鑫, 赵雷, 杜星, 方伟, 何漩, 叶林峰
    2017, 45 (12): 106-111.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000246
    摘要 ( 215 )   HTML( PDF (3512KB) ( 87 )   引文文本
    采用泡沫法结合凝胶注模工艺制备莫来石多孔轻质材料,通过在Al2O3-SiO2系泡沫料浆中分别引入三醋酸甘油酯、聚酰亚胺、羟丙基纤维素作为胶凝剂,研究胶凝剂的种类对泡沫料浆流变性能的影响及其与固化时间的关系规律。结果表明:3种胶凝剂对泡沫料浆的流变性能影响程度不同。流变性能直接影响泡沫料浆的固化时间,提高泡沫料浆的触变性、黏度增长速率以及扩大线性黏弹性区间是缩短泡沫料浆固化时间的有效途径。3种胶凝剂中,三醋酸甘油酯固化效果最佳,以其作为胶凝剂的泡沫料浆初凝时间和固化时间均最短。
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    综述
    3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展
    王楠, 燕绍九, 彭思侃, 陈翔, 戴圣龙
    2017, 45 (12): 112-125.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001102
    摘要 ( 571 )   HTML( PDF (4983KB) ( 246 )   引文文本
    石墨烯优异的力学和物理性能使其成为理想的储能材料。因结构精确可控,易实现规模化制备,3D打印石墨烯材料有望在储能领域得到广泛应用。本文全面综述了3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展。石墨烯墨水的黏度和可打印性是实现石墨烯3D打印的制约因素。实现工艺简单、浓度可控、无黏结剂石墨烯墨水的规模化打印将成为3D打印石墨烯制备技术未来的研究热点。石墨烯超级电容器、锂硫电池、锂离子电池等储能元件一体化打印成型是3D打印石墨烯在储能领域应用的发展方向。
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    环糊精功能化碳纳米材料的制备及电化学分析研究进展
    易银辉, 孙恒, 钱俊娟, 朱刚兵
    2017, 45 (12): 126-134.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001511
    摘要 ( 353 )   HTML( PDF (5573KB) ( 123 )   引文文本
    环糊精(CD)是一种具有腔内疏水、腔外亲水特殊性质的分子,其内腔具有很高的分子识别和富集能力,同时外腔具有很好的溶解性。另外,碳纳米材料具有大的比表面积和良好的电学性能等优点,在电分析化学领域具有重大的应用价值,然而纯碳材料通常在溶剂中不易分散。因而发展有效的方法将CD功能化到碳纳米材料表面是一个非常有意义的课题:CD不但能使碳纳米材料的分散性得到改善,同时使其具有良好的分子识别与富集性能而表现出极高的电化学分析能力。本文主要论述了CD功能化各种碳纳米材料(碳纳米管、石墨烯、碳空心球等)的方法、原理以及在电化学分析中的应用,最后,简要论述了该领域所面临的挑战及未来的发展方向。
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    纳米改性涂层及焊接工艺参数对无镀铜实心焊丝导电嘴磨损影响的研究进展
    栗卓新, 万千, 张天理, TILLMAN Wolfgang
    2017, 45 (12): 135-146.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001390
    摘要 ( 296 )   HTML( PDF (4431KB) ( 135 )   引文文本
    环保型无镀铜实心焊丝是气保护实心焊丝发展的主要趋势,而导电嘴磨损是其应用的瓶颈,综述了无镀铜实心焊丝表面纳米改性涂层及焊接工艺参数对导电嘴磨损的影响,认为:纳米颗粒在无镀铜实心焊丝与导电嘴的摩擦界面形成摩擦反应膜可以减少导电嘴的磨损;纳米改性涂层可使焊丝表面的油膜具有优异的润滑、导电、导热三重特性,是减少导电嘴磨损的可行途径;导电嘴的磨损随焊接电流的升高而增大,直流反接(Direct-current Electrode Positive,DCEP)时导电嘴的磨损比直流正接(Direct-current Electrode Negative,DCEN)时严重;电弧烧蚀和电流腐蚀是导电嘴磨损的主要机制。
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