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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第3期 刊出日期:2015-03-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第03期目次
    2015, 43 (3): 0-0.  
    摘要 ( 162 )   PDF (5488KB) ( 106 )   引文文本
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    材料与工艺
    C/C-SiC复合材料表面ZrB2基陶瓷涂层的制备及高温烧结机理
    张响, 陈招科, 熊翔
    2015, 43 (3): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.001
    摘要 ( 431 )   HTML( PDF (3495KB) ( 244 )   引文文本
    采用刷涂-烧结法,分别在C/C-SiC复合材料和C/C复合材料表面制备了ZrB2基陶瓷复合涂层。利用EDS,SEM分析陶瓷涂层的成分及微观形貌,通过对比C/C-SiC基体和C/C基体的表面涂层,对C/C-SiC基体表面涂层的高温烧结机理进行了探究。结果表明:高温下C/C-SiC基体中的硅组元会溢出,造成样品质量损失;同时,溢出的硅组元能渗入到陶瓷涂层中,形成了以硅为主要黏结相,ZrB2等陶瓷相弥散分布的陶瓷涂层;与C/C基体相比,硅组元的溢出能有效促进涂层与基体之间的界面结合。在对基体进行预处理的基础上,采用低温真空脱胶,高温常压烧结,能够制备出结构致密、无裂纹并与基体结合牢固的ZrB2基陶瓷涂层。
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    钛微合金化热轧TRIP钢的连续冷却相变研究
    衣海龙, 徐薇, 龙雷周, 刘振宇
    2015, 43 (3): 7-11.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.002
    摘要 ( 380 )   HTML( PDF (4528KB) ( 212 )   引文文本
    用Formastor-FII相变仪研究了钛微合金化TRIP在不同开冷温度下的连续冷却相变,建立了实验钢的连续冷却转变曲线,分析了铁素体、贝氏体及马氏体的相变规律。结果表明,随着冷却速率的增加,实验钢依次经过铁素体、贝氏体及马氏体相区,在较宽的冷却速率范围内,均可获得贝氏体及马氏体组织,其Ms点为450℃左右;随着开冷温度的降低或冷却速率的提高,实验钢的铁素体及贝氏体开始转变温度降低,抑制了铁素体及贝氏体相变;随着冷却速率的增加,实验钢的显微组织由铁素体+粒状贝氏体逐步转变为板条贝氏体+板条马氏体及板条马氏体组织;当冷却速率较低时,铁素体由晶内铁素体和晶界铁素体组成,晶内铁素体形核质点为复杂的氧化物及硫化物。
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    基于YSZ液料的液流/雾化等离子熔射射流形态及微观组织研究
    符友恒, 张海鸥, 芮道满, 王桂兰
    2015, 43 (3): 12-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.003
    摘要 ( 507 )   HTML( PDF (2017KB) ( 194 )   引文文本
    采用8% (摩尔分数)YSZ粉末(d50=700 nm)配置熔射悬浮液料,比较了送料气压、熔射功率对液流和雾化等离子射流形态特征的影响。利用SEM对制备涂层的微观组织进行表征,结果表明:雾化较液流液 料输送方式制备涂层组织结构更致密,两种液料输送方式下熔射距离的增加均导致部分熔融粒子增多,其有助于形成孔隙结构。基于雾化送料制备了厚度为30μm,孔隙率为1.5%的精细结构YSZ涂层,可用于固体氧化物燃料电池的电解质层。
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    镁铝异种金属TIG焊接头性能的研究
    刘政军, 宫颖, 苏允海
    2015, 43 (3): 18-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.004
    摘要 ( 488 )   HTML( PDF (3057KB) ( 234 )   引文文本
    采用TIG焊对镁和铝分别以铝焊丝和锌焊丝作为填充金属进行异种焊接,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及显微硬度计等设备对其组织和性能进行分析和比较。结果表明:铝丝焊接时,Mg侧过渡区清晰可见,宽度约为300μm,镁铝元素相互扩散在过渡区形成Mg17Al12和Al3Mg2,此金属间化合物的生成使接头容易发生断裂。采用锌丝焊接时,镁锌界面清晰,锌铝过渡区为宽度约2μm的固溶体层,Zn元素的存在可有效阻止镁铝元素的相互扩散,减小过渡层的厚度,阻止金属间化合物的形成。
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    挤压温度对Mg-2Zn-Mn-0.5Nd镁合金组织和性能的影响
    彭建, 彭毅, 韩韡, 潘复生
    2015, 43 (3): 23-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.005
    摘要 ( 414 )   HTML( PDF (4019KB) ( 155 )   引文文本
    研究了Mg-2Zn-Mn-0.5Nd镁合金不同挤压温度对其制品组织和性能的影响及作用机理。结果显示:挤压温度从340℃提高到420℃时,合金的室温伸长率可从14%左右提高到26%以上,伴随强度明显下降。挤压温度从340℃降低到260℃时,合金的伸长率也提升到19%,而强度减弱不明显。分析表明:合金的晶粒尺寸和织构强弱等因素,共同决定该合金挤压制品的室温力学性能。
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    不同pH的碱性环境中16Mn钢及热影响区应力腐蚀行为
    郝文魁, 刘智勇, 马岩, 杜翠薇, 李晓刚, 胡山山
    2015, 43 (3): 28-34.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.006
    摘要 ( 389 )   HTML( PDF (4040KB) ( 242 )   引文文本
    利用电化学技术和U形弯试样浸泡实验研究了16Mn钢及其模拟热影响区(HAZ)在不同pH的碱性硫化物和Cl-介质中的应力腐蚀开裂(SCC) 行为与机理。结果表明:16Mn钢原始组织、粗晶组织(空冷组织)和硬化组织(淬火组织)在pH为11.8的碱性硫化物环境中均近似呈钝化状态,维钝电流密度依次降低;随着pH的降低,原始组织和粗晶组织的阳极过程逐渐由钝化态转变为活化态;HAZ中硬化组织、粗晶组织和原始组织在碱性硫化物环境下的SCC敏感性依次降低,其中硬化组织具有明显的SCC特征;随着pH的降低,SCC裂纹有从沿晶裂纹转变为穿晶和沿晶混合裂纹的趋势,并且裂纹的宽度增加。
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    Sb掺杂ZnTe薄膜结构及其光电性能
    邹凯, 李蓉萍, 刘永生, 田磊, 冯松
    2015, 43 (3): 35-41.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.007
    摘要 ( 567 )   HTML( PDF (2054KB) ( 251 )   引文文本
    采用真空蒸发工艺在玻璃衬底上制备了ZnTe和掺Sb-ZnTe多晶薄膜,并在氮气气氛中对薄膜进行热处理。分别利用XRD、SEM、紫外-可见分光光度计、霍尔效应测试仪对薄膜的晶体结构、表面形貌、元素组成以及光学、电学性能进行表征,研究Sb掺杂量和热处理对薄膜性能的影响。结果表明: 未掺杂薄膜为沿(111)晶面择优生长的立方相闪锌矿结构,导电类型为P型。Sb掺杂并未改变ZnTe薄膜晶体结构和导电类型,但衍射峰强度降低;Sb含量直接影响着Sb在ZnTe中的存在形式,掺Sb后抑制了薄膜中Te和Zn的结合,使薄膜中Te的含量增加;室温下薄膜的光学透过率和光学带隙取决于掺Sb浓度和退火温度,并且掺Sb后ZnTe薄膜的载流子浓度显著增加,导电能力明显增强。
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    Galvalume镀层钢在青岛海域海水中的耐蚀性能
    刘栓, 孙虎元, 孙立娟, 张宁, 陈建敏
    2015, 43 (3): 42-47.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.008
    摘要 ( 403 )   HTML( PDF (2878KB) ( 154 )   引文文本
    采用极化曲线测试和交流阻抗技术研究了Galvalume镀层钢在青岛海域海水中的耐蚀性能,利用电子扫描电镜对镀层表面的腐蚀产物形貌进行了分析,详细探讨了海水温度和溶解氧浓度对Galvalume镀层钢电化学腐蚀行为的影响。结果表明:温度升高,破坏了保护性腐蚀产物膜在镀层表面的吸附,促进了阳极活化反应过程。低浓度的溶解氧抑制了阴极反应,镀层的耐蚀性能提高。
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    碳助磨制备纳米镁铝储氢合金的结构及储氢性能研究
    张同环, 周仕学, 牛海丽, 肖成柱, 王乃飞
    2015, 43 (3): 48-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.009
    摘要 ( 500 )   HTML( PDF (1825KB) ( 211 )   引文文本
    以改性无烟煤为助磨剂,在氢气气氛下球磨制备了具有纳米结构的镁铝合金储氢材料,通过SEM,XRD,TPD等手段对比研究了球磨吸氢材料及静态再吸氢材料的晶相结构及放氢动力学性能。结果表明:改性无烟煤具有良好的助磨作用,经5.5h球磨,材料平均粒度可达74nm;镁铝合金经反应球磨后,其中的Mg转化成了β-MgH2和γ-MgH2,放氢峰温低于300℃;静态再吸氢后,MgH2全部以β-MgH2存在,且晶体粒度增长60%,Mg17Al12分解为单质Mg和Al,其中单质Al使储氢材料放氢活化能降低,用Kissinger方程计算出球磨储氢和再吸氢材料的放氢一级表观活化能分别为107.3kJ/mol和67.1kJ/mol。
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    2A12与2A11铝合金超声波焊接工艺与组织研究
    谢俊峰, 朱有利, 黄元林, 白昶
    2015, 43 (3): 54-59.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.010
    摘要 ( 410 )   HTML( PDF (4530KB) ( 224 )   引文文本
    对2A12-T3 和2A11-O铝合金进行了超声波焊接,研究了不同超声波焊接工艺参数对焊接界面结合状况的影响。采用扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜研究了焊接界面的组织结构。结果表明,当超声波焊接振幅为30μm,焊接时间为0.2s,焊接界面结合状况较好,焊接界面的线性焊接密度接近100%。氩气保护也会对线性焊接密度产生影响。当焊接振幅为15μm时,氩气保护可提高线性焊接密度;但当焊接振幅为30μm, 氩气保护对线性焊接密度无明显影响。超声波焊接过程中,焊接界面上产生波纹和漩涡状塑性流动,发生动态回复和连续动态再结晶,形成由位错缠结、位错胞、亚晶和细小晶粒组成的焊接界面组织。
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    测试与表征
    不同应变率下纳米多晶Cu/Ni薄膜变形行为的分子动力学模拟
    成聪, 陈尚达, 吴勇芝, 黄鸿翔
    2015, 43 (3): 60-66.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.011
    摘要 ( 384 )   HTML( PDF (6133KB) ( 205 )   引文文本
    用分子动力学方法模拟了纳米多晶Cu/Ni薄膜在不同应变率下进行应变加载时的变形行为与力学性能。结果表明:Cu/Ni薄膜在较高的应变率加载情况下具有较高的屈服极限和应变率敏感性(m)。应变率为108s-1时Cu/Ni多层膜的界面上产生孔洞,而应变率为1010s-1时纳米多晶Cu薄膜出现碎裂。在较高的应变率加载条件下,Cu,Ni薄膜中FCC,HCP,OTHER原子团分数变化都很显著,而较小应变率时只有Cu薄膜的结构变化明显。模拟结果还表明,应变率增加有利于堆垛层错的形成,但应变率超过某一值时无序原子团增加会阻碍堆垛层错原子团的生长。
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    非晶增强铝基复合材料的微观结构及腐蚀性能
    刘鹏, 李士凯, 张元彬, 刘燕
    2015, 43 (3): 67-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.012
    摘要 ( 324 )   HTML( PDF (1929KB) ( 204 )   引文文本
    利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学腐蚀等测试手段对搅拌摩擦加工制备获得的新型非晶增强铝基复合材料的微观组织结构及腐蚀性能进行实验研究。 实验结果表明,新型非晶增强铝基复合材料呈现典型的层状结构,且组织呈现一定的纳米级的超细晶结构,主要由α-Al及α-Al非晶结构组成的并伴有Al-Cu-Mg系析出相存在,与母材相比抗拉强度得到了较大的提高,而添加非晶形成的复合材料的电化学腐蚀性能相比未添加非晶基体材料加工后的腐蚀性能有所提高,但两种加工条件下材料的抗腐蚀性能均低于母材。
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    磁响应性TiO2/石墨烯纳米复合材料的合成及光催化性能
    张平, 莫尊理, 张春, 韩立娟, 李政
    2015, 43 (3): 72-77.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.013
    摘要 ( 539 )   HTML( PDF (1790KB) ( 234 )   引文文本
    采用乳液插层水解法成功制备了一种层状磁响应性光催化纳米复合材料。首先通过水热法制备磁性Fe3O4纳米粒子,将其超声分散在溶有钛酸丁酯的无水乙醇中,形成钛酸丁酯包裹Fe3O4纳米粒子的微乳液,然后将该微乳液插层于石墨烯中,利用石墨烯的层状结构作为载体形成一种稳定体系,通过控制水解,使TiO2纳米粒子与磁性Fe3O4纳米粒子共同镶嵌于石墨烯层间,形成一种新型的磁响应TiO2/石墨烯纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、震动样品磁强计(VSM)等手段对该复合材料进行表征,并通过模拟太阳光下降解亚甲基蓝(MB)评价复合材料的光催化性能。该复合材料通过磁分离可反复使用,重复使用7次后,对亚甲基蓝的降解率仍大于90%。
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    TC4钛合金低压真空氮化改性层的制备与性能
    杨闯, 彭晓东, 刘静, 马亚芹, 王华
    2015, 43 (3): 78-82.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.014
    摘要 ( 423 )   HTML( PDF (2211KB) ( 274 )   引文文本
    采用低压真空渗氮的方法,在TC4钛合金表面制备了与基体结合良好的改性层。通过金相观察、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了表面改性层的组织结构,并对改性层的显微硬度及耐磨性进了测试。结果表明:TC4钛合金经低压真空渗氮处理后,表面可获得由TiN和Ti2AlN组成的氮化物改性层,组织均匀致密,氮化物颗粒细小,硬化层与基体结合良好,表面硬度为1100~1200HV,心部硬度为300~320HV,硬化层深度可达60~70μm,硬度梯度平缓,耐磨性优良。
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    综述
    可见光活性氮掺杂纳米二氧化钛研究进展
    曹文斌, 许军娜, 刘文秀, 孙芃, 张欣
    2015, 43 (3): 83-90.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.015
    摘要 ( 535 )   HTML( PDF (1492KB) ( 316 )   引文文本
    氮掺杂可拓宽TiO2的光响应范围和实现可见光响应、增强其对太阳光能的利用和提高它的光催化效率而成为该领域关注的焦点。本文综述了氮掺杂对TiO2能带结构的影响及氮掺杂纳米TiO2薄膜和粉体的制备方法等方面的研究进展,总结了该领域研究中亟待解决的问题并对今后的发展提出了作者的思考。
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    石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
    杨文彬, 张丽, 刘菁伟, 刘欢锐, 唐兵华
    2015, 43 (3): 91-97.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.016
    摘要 ( 1196 )   HTML( PDF (637KB) ( 1209 )   引文文本
    石墨烯是碳原子以sp2杂化连接而成的单原子层结构,这一独特的二维结构使得石墨烯具有优异的光电性能、热稳定性以及化学性能。石墨烯复合材料的制备、性能和应用成为近年的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的制备方法,包括石墨烯/高分子复合材料、石墨烯/金属(金属氧化物)复合材料、石墨烯三元复合材料,以及石墨烯复合材料在锂电池、电容器、光伏材料、传感器等方面的应用研究进展,指出了石墨烯复合材料研究的重要方向。
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    结构胶胶接汽车车身金属接头抗环境腐蚀性能研究进展
    郑锐, 林建平, 吴倩倩, 吴泳荣
    2015, 43 (3): 98-105.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.017
    摘要 ( 558 )   HTML( PDF (1559KB) ( 362 )   引文文本
    本文从环境暴露时腐蚀介质的传输规律研究、环境暴露对汽车车身金属胶接接头力学性能影响及其降级机理、金属被粘物表面处理技术几个方面对其胶接接头腐蚀方面的研究现状进行了综述,并探讨了金属胶接接头环境抗腐蚀性能研究的发展趋势,认为腐蚀介质在胶接接头界面的扩散规律、接头金属表面的电化学反应破坏其界面结合性能的机理及规律、金属接头中的电化学腐蚀规律及电化学反应对黏合性能和接头强度影响等方面是今后的主要研究重点。
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    高性能树脂基复合材料典型空天环境下动态力学行为研究现状
    高禹, 王钊, 陆春, 包建文, 宋恩鹏, 董尚利
    2015, 43 (3): 106-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.03.018
    摘要 ( 509 )   HTML( PDF (789KB) ( 312 )   引文文本
    随着飞行器结构中碳纤维增强树脂基复合材料用量的迅速增加,其应用范围从非主承力构件逐渐扩展到主承力构件,复合材料结构中的疲劳、低速冲击和高速撞击等动态力学问题已经引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了典型空天环境因素与碳纤维增强树脂基复合材料的交互作用,重点探讨了其在疲劳、低速冲击和高速撞击载荷作用下的行为,简述了环境损伤与动态载荷耦合对碳纤维增强树脂基复合材料动态力学性能的影响,以期为聚合物基复合材料在空天飞行器上的应用提供有益的参考。
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