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  • 材料工程
      2021年, 第49卷, 第8期 刊出日期:2021-08-20 上一期    下一期
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    2021, 49 (8): 0-0.  
    摘要 ( 47 )   HTML( PDF (1570KB) ( 51 )   引文文本
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    综述
    高熵合金在钎焊和表面工程领域的应用研究进展
    李红, 韩祎, 曹健, MARIUSZ Bober, JACEK Senkara
    2021, 49 (8): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000950
    摘要 ( 359 )   HTML( PDF (2207KB) ( 191 )   引文文本
    随着合金制造水平的提高及性能要求的复杂化,高熵合金逐渐引起极大的关注。目前在材料加工领域内的研究主要集中于钎焊和表面工程两大方向。在钎焊领域,高熵合金可以作为钎焊填充材料应用于高温和低温钎焊,本文归纳了合金高熵化的相关经验参数,阐述了第一性原理计算和相图计算等模拟计算手段在高熵合金填充材料设计领域内的应用;详细介绍了高熵合金钎料在镍基高温合金、陶瓷-金属异种材料、低温封装等连接领域的最新研究进展。同时,分析了工艺参数对高熵合金钎料钎焊接头组织与性能的影响。在表面工程领域,论述了高熵合金薄膜/涂层的应用方向与制备手段,总结了在高温防护涂层、硬质保护层以及其他应用领域的研究进展。同时归纳了高熵合金在钎焊和表面工程领域研究和应用中存在的问题,而未来将在降低钎料熔点、提高焊缝高温力学性能以及发展共晶高熵合金钎料/涂层等领域进一步提高研究水平。
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    钛合金在骨科植入领域的研究进展
    刘剑桥, 刘佳, 唐毓金, 王立强
    2021, 49 (8): 11-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000380
    摘要 ( 244 )   HTML( PDF (8424KB) ( 195 )   引文文本
    钛合金具有良好的生物相容性,同时相比传统植入物金属材料有较低的弹性模量,在生物环境下具有良好的抗腐蚀性能,这些优异的性能使钛合金作为医用植入物材料备受青睐。钛及钛合金作为医用植入物材料在临床中得到广泛应用。在不同的临床应用过程中,植入物材料常因金属的降解、与骨的生长融合、抗菌等因素,而对材料本身的性能有着不同的要求。因此,制备具有优异综合性能的钛合金材料以满足临床需求是科研工作者当前面临的重要问题。本文系统介绍了医用钛合金材料的结构、性能特点及目前在骨科应用方向的研究现状,在未来研究中,将通过改变元素组成、增加表面改性、优化生产工艺等方式,使钛合金材料能够以优异的综合性能更好地服务于人类。
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    全固态锂电池中金属锂负极及其界面设计的研究进展
    杨杰, 王凯, 徐亚楠, 王克俭, 马衍伟
    2021, 49 (8): 26-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000786
    摘要 ( 218 )   HTML( PDF (19443KB) ( 103 )   引文文本
    锂金属具有低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极)和高比容量(3860 mAh/g),是理想的锂二次电池负极材料。由金属锂负极/固态电解质/嵌锂正极组装的固态锂电池,有望成为未来航空航天、机器人、高端电子和电动汽车等相关技术产业的动力源。然而,在充放电过程中,由于锂的不均匀沉积-溶解造成锂与电解质接触面产生大量树枝状枝晶,并沿着电解质方向不断生长,最终造成电池内部短路而失效。使用较高杨氏模量的固态电解质,可以很大程度上阻挡锂枝晶的生长,但仍不能满足电池长循环和安全性的要求。此外,金属锂与固态电解质表面是固固接触,造成了界面电阻大以及金属锂与固态电解质的界面反应等问题,这严重阻碍了固态锂金属电池的发展与使用。本文综述了近年来基于固态电解质的金属锂电池抑制锂枝晶生长和提高固固界面相容性的相关策略,并对金属锂/固态电解质界面设计的发展趋势进行展望。
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    光子晶体在光催化领域的研究进展
    褚召冉, 陈功, 赵雪伶, 林东海, 陈诚
    2021, 49 (8): 43-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000885
    摘要 ( 175 )   HTML( PDF (9997KB) ( 71 )   引文文本
    光子晶体是由具有不同介电常数的物质,在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料。光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用。基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积,将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中,可以有效地增强光催化反应活性。本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应,总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展,并针对光子晶体光催化剂面临的挑战,提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体,促进光子晶体在光催化领域的应用。
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    TiO2/MXene纳米复合材料的可控制备及在光催化和电化学中的应用研究进展
    李华鹏, 董旭晟, 孙彬, 周国伟
    2021, 49 (8): 54-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000556
    摘要 ( 247 )   HTML( PDF (7984KB) ( 265 )   引文文本
    TiO2纳米材料因其存在高的光生电子-空穴对复合速率、电子迁移率低、导电性差以及可逆容量低等问题,使其在光催化和电化学等领域的应用受到限制。MXene (Mn+1XnTx)作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物,具有独特的二维层状结构、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性,将其引入TiO2纳米材料中构建TiO2/MXene纳米复合材料,利用两者的协同作用可进一步提高光电性能。本文从TiO2纳米材料的角度出发,系统综述了零维、一维和二维TiO2与MXene纳米复合材料的可控制备、结构性能及在光催化和电化学领域应用的最新研究进展,并着重介绍了纳米复合材料的构筑机理及MXene对提高TiO2的光催化和电化学性能的增强机制等,分析了目前TiO2/MXene复合材料的制备及其在光催化和电化学领域应用中存在的不足。此外,从优化制备工艺、提升性能和探索相应的性能增强机制等方面对未来TiO2/MXene复合材料的研究方向进行了展望。
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    研究论文
    冷却速度及超声振动协同作用对7085铝合金凝固组织及力学性能的影响
    李安庆, 张立华, 蒋日鹏, 李晓谦, 张昀
    2021, 49 (8): 63-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001142
    摘要 ( 141 )   HTML( PDF (18572KB) ( 45 )   引文文本
    采用炉冷、空冷、水冷3种不同的冷却方式,同时施加超声外场辅助技术,研究冷却速度、超声外场对7085铝合金凝固组织及性能的影响。采用金相显微镜、扫描电子显微镜及电子万能力学试验机对试样进行基体组织、第二相、抗拉强度和伸长率表征,并分析其凝固机理。结果表明:在炉冷、空冷、水冷3种冷却方式下,施加超声外场后各组试样α-Al微观组织细化率分别为40.2%,14.6%,21.6%,晶粒尺寸与冷却速度的拟合关系分别为:LW=154.4+25.33/vLS=148.1+15.3/v,第二相的面积分数分别相对减少32.1%,16.9%,18.5%,第二相的平均长度及宽度也均相对有所减小,其中7085铝合金的抗拉强度分别提高21.7%,21.7%,3.6%,引入超声外场辅助技术后,相比于未施加超声组试样,7085铝合金的伸长率也得到进一步提升,分别提高31.3%,15.7%,41.4%。在超声外场及水冷协同作用下,7085铝合金微观组织及力学性能更佳。
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    7050铝合金结构件热处理与冷成形过程残余应力演化规律的数值模拟
    王浩, 肖纳敏, 李惠曲, 王晓
    2021, 49 (8): 72-80.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000242
    摘要 ( 169 )   HTML( PDF (14415KB) ( 120 )   引文文本
    基于Hansel-Spittel黏塑性流变应力模型以及应力-应变曲线构建7050铝合金在不同温度区间的材料本构方程。采用有限元仿真技术,首先分析试块级试样淬火与冷压缩过程的残余应力变化,模拟的分布规律与试块的超声测试分析结果一致。在此基础上,研究带筋条结构的铝合金结构件淬火热处理与冷变形工艺残余应力演化规律,并对结构件开展了超声残余应力测试和机加工变形验证。结果表明:淬火后残余应力呈外压内拉分布。不同的冷变形工艺对结构件淬火残余应力的消减程度有较大差异。对于冷压缩工艺,当变形量超过2%后,辐板压缩对辐板心部的应力状态改善较好,而筋条压缩只改善筋条局部位置的应力状态。3%压下量的冷拉伸工艺对整体的应力状态改变较大,可同时有效改善筋条部位和辐板部位残余应力的均匀性。经冷拉后,铝合金结构件机加工变形程度可得到明显改善。
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    预弯曲变形对CP800复相钢力学性能的影响
    孙昊飞, 肖志, 韦凯, 杨旭静, 齐军
    2021, 49 (8): 81-88.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001012
    摘要 ( 115 )   HTML( PDF (18850KB) ( 153 )   引文文本
    对CP800复相钢进行冲压成型,制备预弯曲试样,并利用EBSD、X射线残余应力分析仪、拉伸试验机、DIC技术等研究预弯曲变形对钢的微观组织、残余应力和力学性能的影响。结果表明:预弯曲后残余应力分布情况呈现为拉-压-拉-压交替分布,即内表面(压缩层)呈现拉应力而外表面(拉伸层)呈现压应力,这种特殊分布情况会导致预弯曲后材料的屈服应力降低16%。同时,由于冷变形导致的材料硬化和位错强化效果,预弯曲后材料伸长率降低25%而抗拉强度增大24%。此外,预弯曲后内表面由于存在拉伸残余应力而导致更大的塑性应变和损伤,并早于外表面发生断裂。
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    SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的力学性能
    姜卓钰, 束小文, 吕晓旭, 高晔, 周怡然, 董禹飞, 焦健
    2021, 49 (8): 89-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000806
    摘要 ( 146 )   HTML( PDF (23213KB) ( 67 )   引文文本
    以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiCf/SiC-SiCw复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响。结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiCf/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20%的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6%,可达673.9 MPa。通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9%,8.8%和19.0%。
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    添加Si对马氏体不锈钢淬火-配分组织和性能的影响
    王官涛, 周永浪, 赵卓, 王立军, 刘春明
    2021, 49 (8): 97-103.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000810
    摘要 ( 142 )   HTML( PDF (15271KB) ( 29 )   引文文本
    为改善马氏体不锈钢的强塑性和耐蚀性,设计制备了Si含量不同的两种氮合金化马氏体不锈钢10Cr13N钢和10Cr13Si2N钢。对实验钢进行了改变配分时间但恒定淬火终止温度和配分温度的淬火-配分处理,从显微组织和力学性能的变化规律探究添加Si元素的作用与机理。结果表明:实验钢淬火-配分处理后得到板条马氏体加残余奥氏体为主的复相组织,其强塑性配合显著高于淬火-回火状态。随配分时间的延长,两种钢组织中残余奥氏体的含量呈现先上升后下降的极值规律,这一变化对强度影响不大,但对伸长率影响较为显著。增加钢中的Si含量,有利于抑制马氏体中碳氮化物析出并提高残余奥氏体含量和稳定性,在使钢的冲击韧性略微下降的同时可显著改善钢的变形能力。
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    交流磁场辅助铜-钢TIG填丝焊接头组织和力学性能
    王龙, 胡德安, 邹鹏远, 熊震宇, 陈益平, 程东海
    2021, 49 (8): 104-110.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000673
    摘要 ( 127 )   HTML( PDF (14203KB) ( 16 )   引文文本
    通过添加纵向交流磁场,以HS201纯铜焊丝为填充金属,对厚度均为2 mm的T2紫铜和Q235钢板进行TIG对接实验,研究添加磁场时的接头成形、组织结构及力学性能。结果表明:添加磁场后的焊缝表面成形良好。最佳工艺参数为:当焊接电流IE=95 A,焊接速率v=95 mm/min,磁场频率f=25~35 Hz,磁场电流I=0.4~0.6 A,接头力学性能较好,其抗拉强度最高为223.5 MPa,相比无磁场提高了44.5%。铜-钢TIG焊接头主要分为钢侧热影响区、熔合区、焊缝区和铜侧热影响区。添加交流磁场后,钢侧热影响区中的铁素体形态由大块状变为针状和侧板条状;焊缝区组织由胞状晶转变为细密均匀的胞状树枝晶;铜侧热影响区组织明显细化。添加磁场后,接头熔合区和焊缝区的相的种类未发生变化,均由(α-Fe)+(ε-Cu)组成;熔合区的溶质偏析现象得到改善,其(α-Fe)+(ε-Cu)颗粒由粗大的弥散分布状态转变为细小的聚集分布状态;焊缝区组织细化,且其均匀性明显提高,使得接头熔合区与焊缝区的硬度梯度相对减小。
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    氢化钛预氧化处理和发泡温度对Al-7Si闭孔泡沫铝泡孔结构的影响
    杨旭东, 谢明睿, 邹田春, 纵荣荣
    2021, 49 (8): 111-119.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000710
    摘要 ( 130 )   HTML( PDF (12736KB) ( 36 )   引文文本
    采用粉末冶金快速发泡法制备Al-7Si闭孔泡沫铝,研究使用高导热发泡模具后制备工艺参数对泡沫铝膨胀率、孔隙率、泡孔个数与孔径的影响。结果表明:在450~550℃时对氢化钛预氧化处理1 h可细化颗粒尺寸,提高氢化钛开始分解温度和最大分解速率温度。过度预氧化处理会导致氢化钛释气量下降,获得的试样膨胀率较低。发泡温度的提高有助于提高泡沫铝膨胀率和泡孔个数,对孔隙率和平均孔径影响较小,但温度过高会使得试样顶部低圆度裂纹状泡孔分布范围增加。发泡模具的使用有助于约束膨胀方向,提高冷却过程中孔径均匀程度。粉末冶金快速发泡法可获得均匀泡孔结构泡沫铝。采用450℃预处理90 min的氢化钛作为发泡剂,发泡温度为720℃,发泡时间为160 s时可获得孔隙率为78.1%,孔径为(2.29±0.8) mm,并具有最优泡孔结构的泡沫铝材料。
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    自组装Cu6Sn5超疏水冶金结合界面的构筑及其在铜缓蚀中的应用
    高朝卿, 王晨, 陈胤伯, 尚胜艳, 陈菲, 马海涛, 王云鹏
    2021, 49 (8): 120-126.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001007
    摘要 ( 130 )   HTML( PDF (4898KB) ( 29 )   引文文本
    采用热诱导Cu/Sn界面冶金反应以及简单化学浸泡处理工艺,在纯Cu基体上成功构筑高强度超疏水扇贝状Cu6Sn5阵列微纳结构。利用场发射扫描电镜、X射线光电子能谱仪等设备对试样的微观结构、化学成分及耐腐蚀特性进行表征。结果表明:微米级扇贝状Cu6Sn5与Cu之间的平均抗剪强度高于40 MPa。经过豆蔻酸和Cu2+改性后,Cu6Sn5表面会生长出微纳结构,其化学成分为豆蔻酸铜;水滴在改性试样表面的润湿角大于150°,滚动角为7.2°;与纯Cu相比,经过豆蔻酸铜改性的试样在3.5% NaCl (质量分数)溶液中的自腐蚀电流密度约为改性前试样的1/10,表现出了较好的耐腐蚀特性。基于金属间化合物与基体之间的冶金结合机制,提出热诱导界面反应法,实现金属基体的铠甲化策略,成功解决人工超疏水界面机械稳定性较差的问题。
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    化学镀制备纳米银-石墨烯复合材料及其电化学性能
    李金磊, 邓凌峰, 张淑娴, 谭洁慧, 覃榕荣, 王壮
    2021, 49 (8): 127-138.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000903
    摘要 ( 138 )   HTML( PDF (17302KB) ( 49 )   引文文本
    以葡萄糖为还原剂,采用化学镀原位合成纳米银-石墨烯复合材料(Ag/GR),通过X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对材料的结构形态进行表征分析。结果表明,石墨烯表面银的负载形态为预期的单质状态,AgNPs平均粒径约为21 nm。同时,利用循环伏安法(CV)、交流阻抗谱(EIS)、线性伏安扫描法(LSV)和差分脉冲伏安法(DPV)对抗坏血酸(AA)在Ag/GR/GCE电化学传感器上的电化学响应进行研究。电化学测试结果表明,Ag/GR复合材料具有最高的响应电化学信号212.9 μA和最低的电荷转移电阻90.5 Ω,峰值电流约为石墨烯电极(110 μA)的2倍和玻碳电极(42.5 μA)的5倍,AgNPs与石墨烯具有良好的协同作用,对AA具有明显的电催化活性。AA的阳极峰电流在5~120 μmol/L浓度范围内线性增加。然而,AA的阳极峰电流与浓度范围为50~120 μmol/L的自然对数高度相关,检测限为0.06 μmol/L。
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    热氧老化对木橡塑三元复合材料力学性能及耐热性能的影响
    王伟东, 李奇, 赵雪松, 张阁昊
    2021, 49 (8): 139-144.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000366
    摘要 ( 155 )   HTML( PDF (2983KB) ( 15 )   引文文本
    合理利用废旧橡塑,可以避免其环境污染,同时也可改良复合材料性能。本研究采用再生高密度聚乙烯(PE-HD)、沙柳木粉和废旧轮胎粉等原材料,通过模压成型制备木橡塑三元复合材料(WRPC)。探究不同热氧老化时间作用下WRPC力学性能及耐热性能的变化规律,采用FTIR和SEM分析其老化机理和表面形貌。研究结果表明:热氧老化降低了WRPC的力学性能,老化100 h后,静曲强度、弹性模量、拉伸强度和冲击强度保持率分别为93.40%,84.74%,79.75%和82.63%;储能模量和损耗模量保持率分别为84.34%和89.18%,材料刚性和阻尼性能降低;维卡软化温度和热变形温度先上升后下降,材料抵抗外力变形的能力减弱。FTIR和SEM分析可知,老化过程中WRPC发生了氧化反应,羰基指数先上升后下降,WRPC表面出现了裂纹和孔洞。
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    乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙6复合材料的加工流变性能
    易著武, 刘跃军, 刘小超, 杨坚, 李祥刚, 范淑红
    2021, 49 (8): 145-152.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001133
    摘要 ( 119 )   HTML( PDF (7436KB) ( 33 )   引文文本
    采用熔融共混法制备了乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙6(EVOH/PA6)复合材料,用高级毛细管流变仪和旋转流变仪研究了复合材料的加工流变特性。通过幂律模型对EVOH/PA6复合材料的黏度与剪切速率($\mathop \gamma \limits^.$)的关系进行了拟合,并用Arrhenius方程描述了复合材料黏度与温度的关系。结果表明,EVOH/PA6复合材料为假塑性流体,复合材料的表观黏度(ηa)和非牛顿常数(n)随着EVOH添加量的增加而增大。在角频率(ω)扫描范围内,EVOH的加入提高了EVOH/PA6复合材料的储能模量(G')、损耗模量(G″)和复数黏度|η*|。用Han曲线、Cole-Cole曲线和扫描电子显微镜(SEM)等方法研究发现,EVOH和PA6之间具有较好的相容性。另外,EVOH/PA6复合材料在EVOH的添加量达到15%(质量分数)时形成了微观相分离结构。
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    壳聚糖/木质素磺酸钠吸附剂的制备及其除Pb2+和Cd2+
    郝冬亮, 王琪琳, 毛欣宇, 梁雅丽, 邵孝候
    2021, 49 (8): 153-161.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001138
    摘要 ( 128 )   HTML( PDF (14086KB) ( 31 )   引文文本
    工业废水给水体和土壤带来巨大的灾害,严重影响农作物的生长。为了获得洁净水,须制备一种稳定、有效、可持续的处理剂来控制水污染。使用木质素磺酸钠和壳聚糖,以自由基聚合法在聚丙烯酸上制备木质素基水凝胶吸附剂,并将其应用于除去Pd2+和Cd2+。采用正交法对木质素磺酸钠、壳聚糖、交联剂以及引发剂的含量进行优化。分别利用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜图、热分析仪以及Zeta电位仪对吸附剂进行表征。探究不同条件对木质素基水凝胶吸附Pb2+和Cd2+的影响,在此基础上建立动力学和等温线模型。结果表明:在吸附剂为0.015 g、重金属离子浓度为100 mg·L-1、pH值为7时,对Pd2+的吸附容量为367 mg·g-1,对Cd2+的吸附容量为296 mg·g-1。同时,揭示木质素基水凝胶剂的吸附过程是一种以静电吸附为辅、化学吸附为主的吸附模式。
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    纳米形貌对Ce-V催化剂降解氯苯活性影响
    施琦, 丁龙, 龙红明, 王毅璠, 春铁军
    2021, 49 (8): 162-168.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001111
    摘要 ( 111 )   HTML( PDF (6503KB) ( 17 )   引文文本
    利用水热合成法制备了Ce-V催化剂,研究了纳米形貌对Ce-V催化剂降解氯苯活性的影响。通过NaOH/氨水调节溶液化学环境、添加表面修饰剂P123,对Ce-V催化剂晶粒生长方向进行调控,分别获得纳米立方状(CV-1)、纳米颗粒状(CV-2)和纳米棒状(CV-3)形貌的催化剂。对比不同纳米形貌催化剂降解氯苯活性差异,并利用XRD,BET和TEM对Ce-V催化剂理化特性进行了表征。结果表明:三种Ce-V催化剂纳米颗粒大小顺序为CV-1 > CV-2 > CV-3,降解活性顺序为CV-3 > CV-2 > CV-1。其中,氨水调节后的CV-2和CV-3催化剂中形成了CeVO4新相,缓解了VOx在催化剂表面团聚,有效提升了催化剂氯苯降解活性。Ce-V催化剂动力学计算结果说明,CV-3的表观活化能最高,为(9.26±3.76) kJ·mol-1,与实测结果一致。
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    吸湿后碳纤维复合材料正交层板拉伸疲劳性能
    张祥林, 孟庆春, 许名瑞, 曾本银, 程小全, 孙炜
    2021, 49 (8): 169-177.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000662
    摘要 ( 127 )   HTML( PDF (13291KB) ( 46 )   引文文本
    湿环境下复合材料疲劳性能会严重退化,影响结构的使用安全,在确定复合材料结构寿命时须考虑湿环境的影响。对常温下湿态和干态下碳纤维复合材料正交层合板的拉伸疲劳性能进行实验,研究饱和吸湿对正交层合板拉伸疲劳性能的影响,获得了两种环境下层合板的S-N曲线。在此基础上,建立有限元模型,并对吸湿后正交层合板的疲劳寿命和损伤演化情况进行预测,计算结果与实验结构吻合较好,证明了模型的有效性。结果表明,饱和吸湿对正交层合板的拉伸疲劳性能影响很大。吸湿后正交层合板的拉伸疲劳寿命明显低于干态情况,而且S-N曲线的斜率稍低,层合板的纤维损伤起始与扩展情况与干态情况也有较大差别。
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    2D-C/SiC复合材料轴向加载泊松效应
    郭洪宝, 洪智亮, 李开元, 梅文斌
    2021, 49 (8): 178-183.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001217
    摘要 ( 109 )   HTML( PDF (4513KB) ( 34 )   引文文本
    基于单调和循环加卸载实验,测试获得了不同加载过程中2D-C/SiC复合材料在纤维束轴向方向上的泊松曲线,并对比分析了轴向损伤演化进程对材料泊松效应的影响。结果表明,在拉伸损伤加剧过程中,材料表现出显著的负泊松比行为;在加载损伤停滞状态下,材料则表现为近似线性正泊松比行为。加载过程中材料的泊松效应随着损伤程度的增加而不断减弱。结合扫描电镜断口结果分析可知,拉伸损伤加剧过程中材料内部沿加载方向上不断产生的基体开裂和界面脱粘损伤引起的材料沿垂直加载方向上的伸长变形,大于并掩盖了拉伸载荷在垂直加载方向上引起的弹性收缩变形,是导致2D-C/SiC复合材料表现出显著负泊松比行为的主要原因;加载损伤加剧过程中产生的大量开裂损伤导致的材料整体连续性的降低是导致其泊松效应不断减弱的主要影响机制。
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