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高强铝合金(2×××, 7×××等)因具有比强度高、加工性好等优点而被航空航天、汽车等领域广泛应用。随着大推重比飞行器设计及汽车轻量化技术的发展, 轻质结构材料的需求日益增加, 同时零部件也面临着"薄壁化、中空化、复合化"的发展趋势, 高强铝合金的传统加工方法越来越难以满足要求。近年来, 激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)作为一种常见的金属增材制造技术(additive manufacturing, AM)在复杂零部件成形领域受到关注, 有望成为进一步拓宽高强铝合金应用领域的新兴技术。然而, SLM成形高强铝合金因易产生周期性热裂纹和粗大柱状晶不良组织等问题而发展缓慢, 晶粒细化是克服增材制造高强铝合金这一固有热裂问题的关键所在。本文综述了近年来SLM成形高强铝合金显微组织和力学性能调控等方面的研究进展, 归纳了不同体系合金的力学性能, 重点阐述了抑制SLM成形高强铝合金中热裂纹形成的主要策略, 包括SLM工艺参数优化以及通过微合金化或添加纳米颗粒细化晶粒等方法。指出当前研究存在的主要问题是合金成分的改变对材料综合性能以及热处理制度的影响规律尚不清晰等, 并展望了未来的发展趋势, 如SLM成形新型高强铝合金成分设计与综合性能评价、利用后处理工艺等手段进一步提升合金综合性能以及专用晶粒细化剂的设计与细化机制探究等。
锆(Zr)元素是铝合金中研究较为深入、实际应用较为广泛的微合金元素之一。由于Zr在铝中具有低的固态扩散速率且可形成低密度、高熔点、低界面错配度的Al3Zr弥散相, 因此合金展现出高温下服役的潜力。然而, Al3Zr粒子的弥散强化效果主要受到粒子低数量密度或体积分数的制约; 此外, 多元合金体系凝固、变形、热处理过程中多组元间交互作用复杂, Al3Zr弥散强化与各体系中本征相强化作用往往难以兼得, 上述问题均对合金的力学强度造成了不利的影响。本文综合近年来的相关报道, 对含Zr铝合金中Zr的存在形式、析出和粗化行为以及强化机制进行了概述; 简要介绍了复合微合金化促进Al3Zr析出机理与最新研究结果; 对某些体系铝合金中Zr微合金化的应用进行了归纳与总结, 结合当前新型耐热铝基合金发展的新趋势, 指出铝合金内Zr的微量添加对调控微结构、提升室温和高温强度的重要意义。
Al-Zn-Mg系铝合金作为一种轻质高强合金在航空航天和交通等领域有着重要的应用。获得更高的力学性能以及更优的耐腐蚀性能是Al-Zn-Mg系合金的发展方向, 因此需要进一步优化其微观组织。在合金成分和热处理制度调控空间有限的情况下, 微合金化成为该合金性能改善的一种重要手段。本文简要总结了微合金化元素对Al-Zn-Mg系铝合金力学性能、热加工行为及耐腐蚀性能的影响, 重点关注了微合金化元素在不同工艺阶段下形成的第二相颗粒能有效细化晶粒并强烈阻碍位错运动; 讨论了热加工变形过程中钉扎晶界及亚晶界、抑制回复再结晶的作用; 阐述了提高合金耐腐蚀性能方法的内在机理。最后对Al-Zn-Mg系铝合金微合金化的研究方向进行展望, 深入理解微合金化元素间、主微合金元素间的相互作用机理, 实现微合金化元素的精准、精确投放将是未来主要的研究内容之一。明确微合金化元素在热加工过程中对变形组织及位错组态的调控作用将对提高合金耐腐蚀性能提供借鉴。
铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)焊接参数选择不当将会产生隧道孔、未焊透(lack of penetration, LOP)和吻接等取向复杂、细微紧贴的缺陷。首先, 本文简述了FSW焊缝与典型缺陷特征, 总结了超声检测时面临纵向分辨力低、缺陷表征不完整、材料与缺陷声阻抗接近和灵敏度不足等难点。随后, 从常规超声、超声衍射时差法(time-of-flight diffraction, TOFD)、相控阵超声检测技术和其他超声检测技术等方面综述了现有的铝合金FSW超声检测研究工作。最后, 结合超声信号处理方法和机器学习方法对研究前景进行展望: 可以通过分析和提取信号特征, 进一步提升超声检测分辨力和信噪比, 并实现取向复杂缺陷和细微紧贴缺陷的精准辨识与定量。
通过DSC测定Al-Cu-Li-Sc-Zr合金中Al3(Sc, Zr)弥散相的析出温度, 为确定Al3(Sc, Zr)弥散相粒子析出的保温温度与保温时间, 制定四种三级均匀化制度。随后将四种均匀化样品经过热轧、固溶、时效等处理后进行室温拉伸对比其力学性能, 并通过样品的时效硬化曲线计算表观激活能, 采用SEM与EDS分析均匀化后样品的第二相形貌与成分, EBSD表征固溶后样品的晶粒取向特征。结果表明: 多级均匀化处理过程中第二阶段温度为460 ℃的均匀化制度相比于410 ℃的均匀化制度更利于Al3(Sc, Zr)弥散相粒子的析出, 在细化晶粒组织、抑制再结晶的同时, 也促进后续时效处理过程中含Li强化相的析出, 通过晶界强化、织构成分以及析出相的复合作用提升合金力学性能。另外, 由于Al3(Sc, Zr)弥散相粒子的析出, 热变形退火后合金中大量亚晶微观组织得以保留, 合金在室温拉伸过程中变形均匀, 伸长率提高。
热塑性聚醚醚酮(PEEK)复合材料具有优异的断裂韧性、抗冲击性能、耐疲劳性能，广泛应用于航空航天领域。上浆剂作为碳纤维的核心配套产品，对复合材料界面有重要影响。受分解温度限制，传统热固性碳纤维上浆剂难以满足PEEK复合材料使用，制约高性能PEEK复合材料的研制和应用，因此研制匹配PEEK复合材料的碳纤维上浆剂具有重要意义。本文分析了PEEK复合材料界面特性及上浆剂作用机理；重点介绍了改性PEEK、聚酰亚胺前驱体、聚醚酰亚胺等类型上浆剂的研究进展和成果，并对不同体系上浆剂进行分析总结；最后对PEEK复合材料用碳纤维上浆剂的研制提出建议，对上浆剂绿色环保多功能化趋势进行了展望。
锰氧化物作为最常见的过渡金属氧化物之一，是一种极具潜力的材料，可通过改变其晶型、形貌、比表面积和氧空位数量等调节催化活性、吸附能力、稳定性等性能。调控MnOX的晶体结构及形貌以提高其性能，一直是国内外学者极为关注的问题。本文分析了不同晶型二氧化锰(α，β，γ，δ，λ)的结构特点及其与催化/吸附性能之间的构效关系，系统总结了不同形貌MnOX(纳米棒、纳米片、纳米花、纳米球)的制备方法及结构特点，并介绍了锰氧化物近年来在能源(生物质催化转化、电化学)及环境治理(气体污染物分解、重金属吸附、有机污染物降解)中的典型应用。最后，对锰氧化物存在作用机制复杂、稳定性较差等问题进行了分析。尽管锰氧化物在研究过程中还存在问题，但其作为一种重要的金属氧化物，未来在环境、能源等领域中的应用前景十分广阔。
为改善聚乳酸的结晶性能和热稳定性，通过酯化反应将聚乙二醇(PEG)接枝到氧化石墨烯(GO)表面，制备出表面修饰PEG的GO(GO-g-PEG)作为聚乳酸的结晶促进剂。利用溶液共混法制备出不同GO-g-PEG含量的GO-g-PEG/左旋聚乳酸(PLLA)复合材料，通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)表征分析证实PEG成功接枝到GO表面。通过差示扫描热量仪(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和热重分析仪(TGA)研究GO-g-PEG对PLLA结晶行为和热稳定性的影响。结果表明：在GO-g-PEG的异相成核及增塑作用下，GO-g-PEG/PLLA复合材料结晶成核密度明显增大，结晶能力和结晶度提高；在PEG接枝量为11.8%(质量分数)时，GO-g-PEG/PLLA复合材料的热分解温度较纯PLLA提高20 ℃左右。
采用液相剥离法制备多层石墨烯(MLG)及MLG/Fe2O3复合纳米材料，将MLG，MLG/Fe2O3及MLG+Fe2O3直接添加至钛合金与钢的滑动界面上，通过干滑动摩擦磨损实验测试TC11合金的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、3D激光扫描显微镜及能谱仪对磨损表面及亚表面的结构、形貌、成分进行分析。结果表明：只添加MLG时，TC11合金磨损失重及摩擦因数的变化趋势与未添加时类似，但磨损更严重。磨面上只含金属Ti，呈现出黏着痕迹、塑性撕裂、犁沟等黏着、磨粒磨损特征，基体发生塑性变形。添加MLG/Fe2O3复合和MLG+Fe2O3机械混合纳米材料时，磨损失重及摩擦因数在一定滑动转数范围内始终保持极低值，处于0附近。磨面上留有MLG和Fe2O3等物相，摩擦层为双层结构，呈现出典型的黑色、灰色区域。转数增至25000转时，添加复合材料时形成的双层摩擦层消失，转变为严重磨损，而添加混合材料时形成的双层摩擦层仍稳定存在。单独的MLG不能改善钛合金的摩擦磨损性能，在含Fe2O3摩擦层基础上添加MLG，形成的双层摩擦层兼具润滑和承载功能，可显著提高钛合金的减摩性和抗磨性。机械混合添加剂诱导形成的双层摩擦层中，因MLG层多且相对含量较高，钛合金表现出更为优异的摩擦学性能。
以SiO2气凝胶为支撑材料，通过物理吸附法制备定形SiO2气凝胶基复合相变材料(PCCs)，再利用密封盒进行二次封装。探究SiO2气凝胶与相变材料的最佳配比，并对复合相变材料的微观结构、化学成分、孔结构、相变特性、热可靠性、定形能力和隔热性能进行表征。结果表明：含有质量分数为80%相变材料的SiO2气凝胶复合相变材料(LS-80)具有最佳吸附比，并且在相变过程中显示了良好的定形能力，其熔点和熔融潜热分别为-15.6 ℃和170.2 J/g；同时SiO2气凝胶的成功吸附使得LS-80的比表面积、孔径和孔容大小下降至59 m2/g, 13 nm和0.2 cm3/g；20次冷热循环后，封装后相变材料的相变潜热减少了13.4%，而SL-80只减少了2.8%，表现出良好的热可靠性能；SiO2气凝胶的添加使得复合相变材料导热系数降低，隔热能力增强。该结果为SiO2气凝胶复合相变材料在冷链物流领域的应用提供了实验依据。
传统的超疏水表面的制备过程比较复杂，机械稳定性差，这严重制约了超疏水表面的实际应用。采用“黏合剂+纳米粒子”的方法，在镁合金表面制备一种无氟、持久稳定的超疏水环氧复合涂层。接触角测试结果表明，复合涂层的接触角最高可达160.2°，且在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡30天后，接触角仍然高达103°；EIS结果表明，在5个加速老化循环周期后，复合涂层的|Z|0.01 Hz仍高于109 Ω·cm2，展现出优异的耐盐雾性能和耐蚀性能；摩擦磨损实验结果显示，在19.6 N的载荷下机械摩擦8 h后，复合涂层的|Z|0.01 Hz高达1.84×109 Ω·cm2。通过“空气垫”的屏障作用，复合涂层能够为镁合金提供高效且持久的腐蚀防护，“黏合剂+纳米粒子”策略为超疏水涂层的制备提供了新的思路。
变形温度和应变速率均影响β型钛合金的力学性能，且其影响均关联塑性变形过程中变形方式的变化。利用TEM，EBSD，SEM，XRD，OM和拉伸试验机研究变形温度和应变速率耦合作用对{332}〈113〉孪生诱发塑性效应Ti-15Mo合金力学性能的影响。结果表明：在298 K和573 K下，屈服强度均随应变速率的增加逐渐升高，即依赖于位错热激活过程，且573 K下显著的位错热激活作用使得屈服强度表现出更大的应变速率依赖性。不同于298 K下，Ti-15Mo合金在573 K下通过{332}〈113〉孪生和位错滑移耦合变形；构建的流变应力模型表明位错强化成为其主要强化方式。高应变速率下，塑性变形早期形成的更多孪晶虽然会抑制孪生的进一步产生降低加工硬化率，但同时有效降低位错不均匀分布引起的局部应力集中延缓颈缩的发生；两个方面的共同作用使得Ti-15Mo合金在变形温度和应变速率耦合作用下呈现出更小的应变速率依赖性。
采用水热法制得一种尖晶石型MgCo2O4海胆状电极材料，并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学工作站对产物进行了表征和电化学性能测试。通过改变所制备材料的水热反应时间，制备出团簇结构、分布较均匀以及密集度较高的MgCo2O4海胆状形貌。结果表明，当水热反应时间为6 h时所获得的MgCo2O4电极材料结构较为完善、尺寸较为均匀、电化学性能较为优异，而且在电流密度为1 mA/cm2情况下，面积比电容高达6.75 F/cm2。另外，对该MgCo2O4海胆状材料在20 mA/cm2的电流密度下循环1000周次后，面积比电容保持为原来的88.4%，表现出良好的循环性能。
采用传统的陶瓷烧结工艺制备B2O3，In2O3，Al2O3多元施主掺杂的直流ZnO压敏陶瓷样品，考察不同掺杂比(0.1%~0.4%，摩尔分数)的B2O3对直流ZnO压敏陶瓷样品微观结构和电气性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱及数字源表等分别对样品的物相、微观形貌、成分及电性能进行表征。结果表明，多元施主掺杂剂(Al2O3，In2O3和B2O3)的共掺杂明显改善直流ZnO压敏陶瓷的综合性能，其中，Al3+提高样品的电导率，降低样品的残压比；In3+通过钉扎效应限制晶粒的生长，改善样品的电压梯度；B3+的掺杂增加样品的表面态密度，提高势垒高度并有效抑制泄漏电流的增加。B2O3掺杂量为0.3%时，样品的综合性能最优：电压梯度为486 V/mm，泄漏电流密度为0.58 μA/cm2，非线性系数为85，残压比为1.55。
采用浸没沉淀相转化法制备聚醚酰亚胺(PEI)平板超滤膜，考察了铸膜液中聚合物PEI浓度、添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度对膜结构和性能的影响。为提高超滤膜的耐溶剂性能，采用己二胺(HDA)进行化学交联，并研究了不同交联时间下膜性能的差异。结果表明：在不降低膜分离性能的情况下，交联后的膜渗透通量得到了有效提高，在0.1 MPa运行压力下纯水通量由667.1 L/(m2·h)提高到1126.1 L/(m2·h)，而对1.0 g/L牛血清白蛋白(BSA)溶液的截留率保持在97%以上。膜溶剂吸附实验发现，在6种不同溶剂中浸泡48 h后，未交联膜在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中已完全溶解，而交联膜仍保持着良好的膜形态，吸附量为0.86 g/g，在乙醇、异丙醇、正己烷、1 mol/L HCl溶液中的吸附量均小于未交联膜，在1 mol/L NaOH溶液中反而增加，说明制备得到的交联膜具有良好的耐溶剂性能和耐强酸性能，耐强碱性能反而变差。
为揭示基体表面粗糙度对MoS2/Ti固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响规律，并探究其摩擦磨损机理，采用磁控溅射方法，在不同表面粗糙度的轴承钢基体上沉积MoS2/Ti薄膜。通过划痕测试仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和粗糙度轮廓仪，分别评价MoS2/Ti薄膜的膜基结合力、物相成分、表面微观形貌以及表面粗糙度，并采用球-盘摩擦磨损实验研究干摩擦、固体-油复合润滑和固体-脂复合润滑条件下，MoS2/Ti薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：随着基体表面粗糙度的增加，MoS2/Ti薄膜的表面粗糙度逐渐增加；薄膜中(002)MoS2和(100)MoS2衍射峰的强度先减弱后增加；薄膜与基体的结合性能降低。当基体表面粗糙度为0.01 μm时，干摩擦条件下MoS2/Ti薄膜具有良好的润滑特性，平均摩擦因数为0.101，磨痕浅且小；随基体粗糙度的升高，样品的平均摩擦因数和磨损率均是先增大后减小，薄膜的主要磨损机制由磨粒磨损转变为屑片形成和破碎。当基体粗糙度较大时(Ra=0.26 μm)，分子间相互作用的影响大于机械啮合作用。采用固体-油复合润滑，高基体粗糙度的薄膜磨损表面不再出现片层剥落现象，磨痕较浅，平均摩擦因数最高可减小19%。固体-脂复合润滑条件下，样品摩擦磨损性能较差，基体粗糙度对摩擦因数的影响不显著。
