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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第1期 刊出日期:2015-01-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第43卷第01期目次
    2015, 43 (1): 0-0.  
    摘要 ( 191 )   PDF (4839KB) ( 218 )   引文文本
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    材料与工艺
    SiC陶瓷真空钎焊接头显微组织和性能
    冯广杰, 李卓然, 朱洪羽, 徐慨
    2015, 43 (1): 1-5.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.001
    摘要 ( 451 )   HTML( PDF (1813KB) ( 270 )   引文文本
    在高真空条件下采用Ti-35Zr-35Ni-15Cu(质量分数/%)钎料对SiC陶瓷进行了钎焊连接,研究了接头界面组织的形成过程以及工艺参数对接头性能的影响.结果表明:钎料与SiC陶瓷发生了复杂的界面反应,生成了多种界面产物.当钎焊温度为960℃,保温时间为10min时,SiC陶瓷侧形成了连续的TiC和Ti5Si3+Zr2Si层,同时Ti5Si3+Zr2Si向钎缝中心生长呈长条状.SiC陶瓷到接头钎缝中心的显微组织依次为:SiC/TiC/Ti5Si3+Zr2Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊温度为960℃,保温时间为30min时,长条状的Ti5Si3+Zr2Si贯穿了整个接头.钎焊接头强度随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长都呈现先增大后减小的趋势.当钎焊温度为960℃,保温时间为10min时,接头的剪切强度最高,达到了110MPa.
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    FV520(B)钢叶片模拟件激光再制造工艺优化及成形修复
    任维彬, 董世运, 徐滨士, 王玉江, 闫世兴, 方金祥
    2015, 43 (1): 6-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.002
    摘要 ( 486 )   HTML( PDF (2860KB) ( 240 )   引文文本
    针对压缩机叶片激光再制造成形的工程实际需求,从激光再制造成形表面平整度假设出发,获得了熔覆层搭接率数学模型并实验验证,通过分析单道熔覆层形状和优选稀释率,确定了FV520(B)钢基体上熔覆FeCrNiCu系合金粉末的最优化匹配工艺参数;通过量化分析激光再制造成形过程,规划了最佳成形路径和工艺过程,实现了体积损伤叶片模拟件激光再制造成形.渗透探伤和金相显微测量结果表明:再制造成形部位表层无气孔、裂纹等缺陷产生,成形部位形状尺寸误差小于2mm,角度误差小于3°.
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    添加Ni箔中间层的Mg-Al扩散焊接接头界面结构和力学性能
    张建, 罗国强, 沈强, 黄治军
    2015, 43 (1): 13-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.003
    摘要 ( 441 )   HTML( PDF (1506KB) ( 175 )   引文文本
    采用扩散焊接工艺,通过添加Ni箔中间层对镁铝异种金属进行焊接.利用无损检测、电子探针、扫描电镜、万能材料试验机研究了Mg/Ni/Al焊接接头界面的组织结构和力学性能.结果表明:Ni箔中间层可以有效阻止界面处Mg,Al元素的相互扩散,接头界面处没有生成Mg-Al金属间化合物.在焊接温度440℃,保温时间90min时,接头抗剪强度达到最大值20.5MPa.Mg/Ni/Al接头由Al,Ni和Mg,Ni的相互扩散形成,接头界面形成Al-Ni过渡区和Mg-Ni过渡区,界面主要物相分别为Al3Ni2,Al3Ni和Mg2Ni,过渡区厚度随焊接温度升高而增加.
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    钛铁矿原位反应合成Al2O3-TiC颗粒增强铁基复合材料
    刘胜明, 汤爱涛, 陈敏, 赵子鹏
    2015, 43 (1): 18-23.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.004
    摘要 ( 434 )   HTML( PDF (3677KB) ( 234 )   引文文本
    利用钛铁矿铝热碳热原位还原技术成功制备了Al2O3-TiC增强铁基复合材料.通过XRD,SEM和力学性能检测方法分析了钛铁矿原位合成和添加合成两种方式对Al2O3-TiC增强铁基复合材料的组织和力学性能的影响.结果表明:利用钛铁矿合成的铁基复合材料的增强相为Al2O3, MgAl2O4, TiC和Fe相,添加合成过程中会发生一些硬质相TiC被氧化的现象.钛铁矿原位合成Al2O3-TiC增强铁基复合材料的基体组织呈粗大的块条状分布;添加合成的复合材料的铁基体以块状均匀分布.制备的Al2O3-TiC增强铁基复合材料的性能比较优良.材料的最佳综合力学性能为抗弯强度937MPa,维氏硬度532.
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    硝酸铈封闭对2A12铝合金己二酸-硫酸阳极氧化膜耐蚀性的影响
    于美, 马荣豹, 刘建华, 李松梅, 王一博, 刘英智
    2015, 43 (1): 24-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.005
    摘要 ( 502 )   HTML( PDF (2776KB) ( 229 )   引文文本
    研究了硝酸铈溶液封闭对2A12铝合金己二酸-硫酸阳极氧化膜耐蚀性的影响,通过盐雾腐蚀实验、电化学动电位极化扫描法和电化学阻抗谱法(EIS)对阳极氧化膜的耐蚀性进行研究,采用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察试样封闭前后的表面微观形貌,并与稀铬酸封闭、沸水封闭传统工艺进行比较.结果表明:采用硝酸铈溶液封闭的2A12铝合金阳极氧化膜腐蚀电流减小,阻抗值增大,耐腐蚀性增强.阳极氧化膜表面呈致密的花瓣状,多孔层内及氧化膜表面附着一层致密铈的氧化物或氢氧化物,其耐蚀性优于沸水封闭,与稀铬酸封闭相当.
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    预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响
    闫世兴, 董世运, 徐滨士, 王玉江, 任维彬, 方金祥
    2015, 43 (1): 30-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.006
    摘要 ( 501 )   HTML( PDF (6014KB) ( 191 )   引文文本
    采用CO2激光器在HT250基体上分别以不同预热温度制备NiCuFeBSi合金熔覆层,研究基体预热温度对白口组织控制、结合界面元素分布及抗拉强度的影响.结果表明:提高预热温度,有利于降低半熔化区白口化趋势,白口组织呈断续分布,但也导致熔覆层稀释率增大,更多基体Si,P杂质元素稀释进入熔池形成杂质相.拉伸实验表明:熔覆层抗拉强度远大于HT250,熔覆层断裂机制为解理与准解理混合型断裂.观察发现NiCuFeBSi合金激光熔覆层凝固后晶粒内部存在大量位错线并交叉缠结形成亚结构,进一步细化了晶粒,有利于提高熔覆层的强度与性能.最终获得NiCuFeBSi合金熔覆层在HT250基体上的最佳温度为室温30℃.
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    Ti3Al和Ti2AlNb合金扩散连接界面的组织及力学性能
    李万青, 魏红梅, 何鹏, 高丽娇, 林铁松, 李小强, 赫兰春
    2015, 43 (1): 37-43.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.007
    摘要 ( 699 )   HTML( PDF (3979KB) ( 201 )   引文文本
    采用直接扩散连接Ti3Al和Ti2AlNb合金,研究了连接压力、连接温度、保温时间等工艺参数对接头界面组织形貌及性能的影响.利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法观察分析了界面组织结构,并测试了接头的力学性能.结果表明:直接固相扩散连接接头的典型组织为Ti3Al/O相+α2相过渡层/富B2层/Ti2AlNb.当连接温度为1000℃,保温时间60min,连接压力为5MPa时获得的接头室温抗剪强度为635MPa,室温抗拉强度为795MPa,均断裂于Ti3Al母材一侧.经1000℃/60min热循环后Ti3Al母材的抗拉强度下降至原始母材的76%.连接温度低于950℃或保温时间小于60min会导致未焊合等缺陷;温度高于1050℃或保温时间超过120min则导致Ti3Al发生相变.
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    退火对ZnO/Cu/ZnO透明导电薄膜性能的影响
    李文英, 钟建, 张柯, 汪元元, 尹桂林, 何丹农
    2015, 43 (1): 44-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.008
    摘要 ( 459 )   HTML( PDF (2942KB) ( 229 )   引文文本
    室温下利用磁控溅射制备了ZnO/Cu/ZnO透明导电薄膜,采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测量仪和紫外-可见分光光度计研究了薄膜的结构、形貌、电学及光学等性能与退火温度之间的关系.结果表明:退火前后薄膜均具有ZnO(002)择优取向,随着退火温度的升高,薄膜的晶化程度、晶粒粒径及粗糙度增加,薄膜电阻率先降低后升高,光学透过率和禁带宽度先升高后降低.150℃下真空退火的ZnO/Cu/ZnO薄膜的性能最佳,最高可见光透光率为90.5%,电阻率为1.28×10-4Ω·cm,载流子浓度为4.10×1021cm-3.
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    疏水/超疏水船用铝合金表面制备及其耐久性
    连峰, 王增勇, 张会臣
    2015, 43 (1): 49-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.009
    摘要 ( 487 )   HTML( PDF (2149KB) ( 374 )   引文文本
    采用溶胶-凝胶法将SiO2纳米粒子涂覆在抛光和经激光刻蚀的船用铝合金表面,制备疏水/超疏水铝合金表面.利用使试样负载并在砂纸上摩擦滑行的方法测试疏水/超疏水表面的耐久性,结果表明:抛光表面的接触角随SiO2浓度的增高而增大,最大可达150.8°,但表面对水滴具有强黏附力.当摩擦滑行距离达到10m时,接触角小于铝合金表面原始接触角72.3°;激光刻蚀的网格和点阵微结构表面既具有超疏水特性又呈现出低黏附力;且网格表面的接触角更大,最大达155.4°,滚动角更小,最小仅为0.34°.当摩擦滑行距离达到10m时,表面依然疏水,且网格微结构的耐久性更强.
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    Super304H抗碱金属硫酸盐的腐蚀行为
    李萍, 李安娜, 庞胜娇, 赵杰, 李廷举
    2015, 43 (1): 54-58.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.010
    摘要 ( 639 )   HTML( PDF (2290KB) ( 213 )   引文文本
    采用XRD,SEM和EMPA等分析方法研究了表面喷涂碱金属硫酸盐的Super304H在750℃空气中的耐高温腐蚀特性.结果表明:Super304H在腐蚀初期发生高温氧化,动力学曲线遵循抛物线规律,表面生成相对致密且具有保护性作用的铁/铬氧化膜;延长腐蚀时间,生成挥发性腐蚀产物Na4(CrO4)(SO4);氧化膜增厚,变得疏松多孔,近基体表面处细小孔隙萌生,并聚集长大成微裂纹、微孔洞,基体内部发生内硫化.分析认为:低熔点共晶体Na2O·Na2SO4的形成以及Cr2O3在硫酸盐中的碱性熔融促进了腐蚀加速与持续.
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    V对MGH956合金TIG原位合金化焊接接头组织与性能的影响
    罗雅, 雷玉成, 龚晨诚, 梁申勇
    2015, 43 (1): 59-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.011
    摘要 ( 337 )   HTML( PDF (5310KB) ( 146 )   引文文本
    为改善MGH956合金TIG焊焊缝的组织与性能,采用原位合金化方法对该合金进行TIG焊接.对比不同含量V的填充材料对焊缝组织与性能的影响,并讨论了V的作用机理.OM和SEM结果表明:填充材料中添加不同含量的V后,组织出现了不同程度的细化及均匀化,当wV=1.5%时,晶粒最细、尺寸均匀,同时焊缝中的气孔量有所减少;对焊缝中的颗粒进行物相鉴定可知,除了有YAlO3, TiC和TiN颗粒生成外还有(Ti,V)C复合颗粒生成.由TEM观察显示wV=1.5%时,焊缝内的碳化物颗粒与焊缝基体结合良好,且wV=1.5%时,接头强度最高,并实现了接头断裂方式由完全脆性断裂转变为韧性断裂.
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    Y微合金化高铌TiAl基合金微观组织研究
    王艳晶, 柳乐, 宋玫锦
    2015, 43 (1): 66-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.012
    摘要 ( 410 )   HTML( PDF (4067KB) ( 182 )   引文文本
    采用真空非自耗电弧炉制备了名义成分为Ti-45Al-8Nb-xY(x=0,0.1,0.3,原子分数/%,下同)的合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱分析仪(EDS)观察了Y的添加与均匀化热处理制度对合金组织的影响.结果表明:稀土Y可以细化(α2+γ)层片团,较多的Y加入量(0.3%)细化效果显著;Y在合金中可形成分布在层片团晶内和晶界的粒状及棒状Y2O3和YAl2相;Y提高了Ti-45Al-8Nb合金的Tα转变温度,使同一均匀化热处理工艺下三种高铌TiAl基合金的组织差别较大.
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    切割-填充法制备粗压电陶瓷纤维复合材料驱动器
    温凯, 裘进浩, 季宏丽, 朱孔军
    2015, 43 (1): 72-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.013
    摘要 ( 386 )   HTML( PDF (1172KB) ( 328 )   引文文本
    采用切割-填充法制备了一种粗压电陶瓷纤维复合材料驱动器,该驱动器由叉指电极电路板、环氧树脂黏结层和粗压电陶瓷纤维复合材料层三部分组成.理论计算了粗压电陶瓷纤维复合材料的压电性能,并采用TF Analyzer 2000铁电分析仪和基于LabVIEW的动态应变采集系统测试了该驱动器的P-E回线和应变性能.结果表明:粗压电陶瓷纤维复合材料的理论压电常数d33和剩余极化强度Pr分别为634pC·N-1和31.4μC·cm-2.且在±1,000V正弦交变电压作用下,驱动器可以产生纵向和横向应变分别为30με和20με,即纵向和横向伸缩分别可达0.63μm和0.34μm.
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    测试与表征
    空气和腐蚀环境下双相不锈钢SAF2507的疲劳性能
    俞树荣, 孟恺, 李淑欣
    2015, 43 (1): 77-81.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.014
    摘要 ( 551 )   HTML( PDF (3808KB) ( 152 )   引文文本
    对超级双相不锈钢SAF2507分别在空气和3.5%NaCl溶液中进行旋转弯曲疲劳实验,研究两种介质下SAF2507不锈钢的疲劳性能.结果表明:宏观上,双相不锈钢SAF2507在3.5%NaCl腐蚀环境中的疲劳强度较空气中的下降幅度小,为空气下的90%.但微观上,空气中疲劳断口表现为韧性断裂,在铁素体和奥氏体相上呈现大量疲劳辉纹;腐蚀环境下,奥氏体为韧性断裂,而铁素体呈现解理断裂模式.两相上疲劳辉纹的宽度和间距随着晶粒位向及二次裂纹的开裂而不同.在奥氏体-铁素体双相不锈钢的疲劳断口中,不能根据疲劳辉纹的间距进行相的鉴别.
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    加氢反应器环境服役的2.25Cr1Mo钢性能退化研究
    王洁, 聂宝华, 蔡成, 张峥
    2015, 43 (1): 82-88.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.015
    摘要 ( 473 )   HTML( PDF (6221KB) ( 219 )   引文文本
    通过对比服役前后加氢反应器挂块母材和焊缝的力学性能,对2.25Cr1Mo钢的服役退化程度进行了分析.运用金相显微镜、扫描电子显微镜对服役材料的微观组织及断口形貌进行了观察和分析.结果表明:运行12万小时挂块的力学性能下降较大,韧脆转变温度升高,并在晶界及碳化物处出现裂纹;部分碳化物粗化,呈链状分布在晶界附近,造成晶界弱化;基体合金元素含量降低,促进了P的晶界偏聚,降低了材料的回火抗力.
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    0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为
    杨东平, 胥聪敏, 罗金恒, 王珂, 李辉辉
    2015, 43 (1): 89-95.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.016
    摘要 ( 411 )   HTML( PDF (4776KB) ( 230 )   引文文本
    采用慢应变速率拉伸 (SSRT) 实验研究了X80管线钢及其焊缝在近中性的NS4溶液中的应力腐蚀行为与敏感性.结果表明:X80管线钢及其焊缝主要是塑性损失,且焊缝塑性损失大于母材;X80管线钢及其焊缝在空气中属于典型的韧性断裂特征,在NS4溶液中属于穿晶应力腐蚀开裂(TGSCC),在NS4溶液中母材和焊缝断口中间区域比断口边缘区域表现出更明显的脆性断裂特征.电位在大于-749.86mV时,SCC机制为阳极溶解机制,在-749.86~-839.19mV之间时为阳极溶解和氢脆混合机制,小于-839.19mV时为氢脆机制.
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    基于主成分分析的高密度聚乙烯环境适应行为研究
    郭骏骏, 晏华, 胡志德, 杨健健
    2015, 43 (1): 96-103.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.017
    摘要 ( 332 )   HTML( PDF (2511KB) ( 291 )   引文文本
    采用主成分分析法(PCA)研究了滚塑包装箱用高密度聚乙烯(HDPE)在四个地区特定环境条件下,1年期内5个气象因子及6个力学指标的变化规律,分析了力学指标对气象因子的敏感度差异及其相关关系.结果表明:气象因子敏感度分析发现冲击强度与弯曲模量对气象因子最敏感,拉伸强度敏感度较强但地区差异大,弯曲强度、硬度和拉伸模量敏感度低.相关关系分析发现月总辐射量和总降水量与冲击强度变化呈协同相关,月平均气压呈抵抗相关,月平均相对湿度呈弱相关.弯曲模量变化与气象因子相关水平弱于冲击强度,且与各气象因子相关水平大致相同.
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    综述
    碳纳米管吸波材料研究进展
    刘顾, 汪刘应, 程建良, 王炜, 吴永发
    2015, 43 (1): 104-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.018
    摘要 ( 563 )   HTML( PDF (1382KB) ( 532 )   引文文本
    介绍了碳纳米管的结构和性能特点,归纳和分析了碳纳米管吸波材料的最新进展,并提出了现有研究中存在的不足及进一步研究的方向.目前碳纳米管吸波材料的研究主要集中在不同结构碳纳米管吸波材料、磁性金属/碳纳米管复合吸波材料、稀土/碳纳米管复合吸波材料、铁氧体/碳纳米管复合吸波材料、聚合物/碳纳米管复合吸波材料以及陶瓷/碳纳米管复合吸波材料.对碳纳米管进行形貌控制、结构优化、表面修饰、复合掺杂改性以及界面结合和耐温性能的强化,是碳纳米管吸波材料今后的发展方向.
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