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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第4期 刊出日期:2015-04-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第04期目次
    2015, 43 (4): 0-0.  
    摘要 ( 142 )   PDF (3678KB) ( 102 )   引文文本
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    材料与工艺
    凝胶注模空心叶片氧化铝基陶瓷铸型的中温强度
    荆慧, 鲁中良, 苗恺, 田国强, 庞师坤, 董茵, 李涤尘
    2015, 43 (4): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.001
    摘要 ( 422 )   HTML( PDF (3313KB) ( 253 )   引文文本
    使用聚酰亚胺和磷酸铝作为黏结剂,基于三点抗弯强度测试、热重-差热分析、X射线衍射和扫描电镜分析,研究含黏结剂标准试样的抗弯强度、热失重行为、预烧后的物相变化以及显微结构。结果表明:500℃之前,聚酰亚胺通过熔融交联对氧化铝等陶瓷颗粒产生黏结作用,坯体300℃强度由3MPa提高到5MPa以上;升温至约500℃(升温速率为30℃/h),聚酰亚胺基本烧失,对氧化铝基陶瓷铸型增强作用消失。三种磷酸铝(正磷酸铝、偏磷酸铝、磷酸二氢铝)可分别将坯体500℃的"零强度"提高至0.2,0.2MPa和0.8MPa。通过浸渍磷酸二氢铝,成功制备无断芯和偏芯缺陷的空心涡轮叶片一体式陶瓷铸型。
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    热机械训练过程中Fe-Mn-Si系形状记忆合金的组织演变
    卢棋, 何国球, 陈淑娟, 佘萌, 刘颺, 杨洋, 朱旻昊
    2015, 43 (4): 8-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.002
    摘要 ( 380 )   HTML( PDF (1974KB) ( 166 )   引文文本
    采用金相、XRD、SEM和TEM等对Fe-Mn-Si系形状记忆合金在热机械训练过程中组织的演变进行研究。结果表明:热机械训练是应力诱发γε马氏体相变及其逆相变过程的重复。训练前的组织中几乎不存在马氏体,训练后合金中应力诱发的ε马氏体分布比较均匀,相互平行,交叉现象较少。同时,晶体中的马氏体呈现ε马氏体区域择优取向,过多(5次以上)训练后,合金基体内部形成大量位错缠结。
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    新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金热稳定性研究
    刘铭, 汝继刚, 臧金鑫, 张坤, 何维维, 王亮, 陈高红
    2015, 43 (4): 13-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.003
    摘要 ( 629 )   HTML( PDF (2333KB) ( 197 )   引文文本
    采用常温拉伸力学性能测试和透射电镜(TEM)观察,研究新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金7D04的热稳定性。结果表明:7D04-T7451合金的组织和性能在不高于125℃时可长时间保持稳定;当温度高于150℃时,板材的强度随着稳定化处理时间的延长持续下降;稳定化处理温度越高强度下降的幅度越大。稳定化温度175℃处理500h后,屈服强度和抗拉强度仅为286MPa和385MPa,与未稳定化处理相比分别降低38%和26%。7D04-T7451铝合金在稳定化处理过程中强度下降的内在原因是由于η'和η相的粗化。
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    电子束熔炼Inconel740合金不同热处理状态下的组织演变与显微硬度
    谭毅, 廖娇, 李佳艳, 石爽, 王清, 游小刚, 李鹏廷, 姜辛
    2015, 43 (4): 19-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.004
    摘要 ( 489 )   HTML( PDF (1731KB) ( 308 )   引文文本
    利用电子束熔炼技术制备Inconel 740合金,研究热处理状态下合金的组织演变过程与显微硬度的分布情况,分析热处理过程中合金相析出规律与相分布特点。结果表明:合金宏观组织良好,夹杂物含量较少,晶粒尺寸在2mm左右。标准热处理后的组织主要为奥氏体,并有大量孪晶,晶界上碳化物M23C6呈连续分布,同时也有G相和η相析出。晶内析出大量球形、尺寸大小约为30nm的强化相γ'。电子束熔炼制备的Inconel 740合金在标准热处理状态下的显微硬度明显高于传统方法制备的同种合金,约高120HV0.1
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    NH3气氛下N掺杂ZnO的制备及光电性能
    张凌云, 贾若琨, 孙旭辉, 张瑛洁, 刘春光
    2015, 43 (4): 25-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.005
    摘要 ( 381 )   HTML( PDF (1876KB) ( 172 )   引文文本
    采用自设计高温煅烧装置在NH3气氛下制备N掺杂ZnO,研究N掺杂ZnO(N-ZnO)的合成条件与ZnO带隙和光电转换效率之间的关系。通过改变NH3气压强、煅烧温度和煅烧时间得到不同N掺杂量的ZnO。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)对N-ZnO的形貌、晶体结构、掺杂价态以及光学性质进行分析。结果表明:N-ZnO为六方纤锌矿结构,N掺杂有效窄化ZnO带隙,导致其紫外-可见吸收光谱的吸收带边红移,以其为光阳极的染料敏化太阳能电池的光电转换效率从0.34%提高至1.02%。
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    彩色多孔氧化铝薄膜的制备和光学特性
    杨淑敏, 李海涛, 顾建军, 韩伟, 杨巍, 岂云开
    2015, 43 (4): 30-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.006
    摘要 ( 537 )   HTML( PDF (4010KB) ( 162 )   引文文本
    以草酸为电解液,通过调节电解槽的倾角,使阴极和阳极成一定夹角,采用一次阳极氧化工艺在同一片铝箔上制备具有不同结构的氧化铝薄膜,并对薄膜的微观结构和光学特性进行研究。结果表明:在同一片铝箔上形成了孔洞不同的两个区域。控制氧化铝薄膜的厚度,在可见光范围内,氧化铝薄膜显示出两种不同的结构色,且不同结构色所占区域的面积比可通过调节电解槽的倾角来调控。改变氧化时间,可以改变氧化铝薄膜的厚度,进而调控不同区域薄膜结构色的变化。偏振测试结果显示氧化铝薄膜的反射光是线偏振光。
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    新型Yb2SiO5环境障涂层1400℃高温氧化行为
    贺世美, 熊翔, 何利民
    2015, 43 (4): 37-41.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.007
    摘要 ( 483 )   HTML( PDF (2658KB) ( 224 )   引文文本
    采用电子束物理气相沉积和等离子喷涂工艺在Cf/SiC基体上制备出Si/3Al2O3·2SiO2+BSAS(1-xBaO-xSrO-Al2O3-2SiO2,0≤x≤1)/Yb2SiO5环境障涂层,研究该涂层在1400℃恒温环境下的抗氧化性能。结果表明:涂覆环境障涂层的Cf/SiC试样,在氧化实验进行到80h时开始出现失重。3Al2O3·2SiO2+BSAS中间层内的Ba和Al元素向外扩散,并在Yb2SiO5面层中发生反应生成BaO2和Al2Yb4O9,BSAS在1400℃恒温氧化环境下发生烧结和收缩,以及由于热膨胀系数差异造成的环境障涂层内残余应力的产生均是导致涂层过早剥落失效的主要原因。
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    HDPE/EG/石蜡导热定形相变材料的制备及性能
    刘菁伟, 杨文彬, 谢长琼, 张凯, 范敬辉
    2015, 43 (4): 42-46.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.008
    摘要 ( 551 )   HTML( PDF (1586KB) ( 358 )   引文文本
    采用熔融共混法制备高密度聚乙烯(HDPE)/膨胀石墨(EG)/石蜡导热定形相变材料(PCM),并对其渗漏率、微观形貌、导热性能和相变潜热进行研究。结果表明:导热定形相变材料中,HDPE,EG和石蜡三种组分具有较好的相容性;PCM中添加EG时渗漏率有所提高,但渗漏率随EG含量的增加而降低;EG含量为15%(质量分数)时,PCM渗漏率低于0.6%;PCM热导率随EG含量的增加而增加,EG含量为15%时,热导率达到1.265W/(m·K);PCM的相变潜热随EG含量的增加变化不大。
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    自动铺丝过程中预浸料的侧向弯曲
    方宜武, 王显峰, 顾善群, 肖军
    2015, 43 (4): 47-52.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.009
    摘要 ( 659 )   HTML( PDF (1598KB) ( 234 )   引文文本
    根据自动铺丝过程中预浸料的受力特点,建立预浸料的侧向弯曲变形模型。利用最小势能原理、瑞利-利兹法以及相关的复合材料力学理论,推导出预浸料侧向屈曲半径公式。研究自动铺丝温度、压力、速度、黏附力等主要工艺参数对侧向弯曲性能的影响,并用自动铺丝机铺放不同半径的预浸料圆弧进行验证。结果表明:随着温度增大、压力和速度减小,预浸料的侧向弯曲性能提高;增加预浸料黏附力可显著提高其侧向弯曲性能,符合理论分析结果。
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    复合材料加筋壁板低速冲击响应与冲击能量关系
    石晓朋, 李曙林, 常飞, 卞栋梁, 尹俊杰
    2015, 43 (4): 53-58.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.010
    摘要 ( 423 )   HTML( PDF (2643KB) ( 289 )   引文文本
    基于ABAQUS有限元软件,采用Hashin损伤准则建立了一种有效的复合材料加筋壁板低速冲击模型。分析了接触力、加筋壁板吸收能量和损伤散逸能对冲击响应的影响。结果表明:随着冲击能量的增大,接触力峰值前移,且冲击后板吸收能量与损伤散逸能的差值变大。落锤冲击实验表明,低速冲击能量下损伤程度与冲击能量正相关。对比了损伤区域的仿真结果和实验结果,发现二者拟合较好。
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    甲基硅油对有机硅防污涂层表界面特性的影响
    巴淼, 张占平, 齐育红
    2015, 43 (4): 59-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.011
    摘要 ( 414 )   HTML( PDF (3091KB) ( 237 )   引文文本
    以羟基封端的聚二甲基硅氧烷为主要成膜物,添加不同分子量和添加量的甲基硅油制备有机硅防污涂料。结果表明:甲基硅油的分子量越小、添加量越大,涂层的水接触角和二碘甲烷接触角越大,表面自由能越小;涂层的弹性模量随硅油分子量的减小而降低,在A组分中,硅油添加量占13%(质量分数,下同)时,弹性模量最小;附着生物的相对结合力随着硅油分子量的增加而增大,随着硅油含量的增加而降低;海水浸泡期间,硅油中的甲基与水分子发生氢键作用,从而使得甲基的峰位变宽,涂层的疏水性降低;所有涂层在空气中静置一年,只有添加分子量为1750甲基硅油的未浸泡海水涂层表面观测到硅油的渗出,且硅油渗出量与添加量成正比。
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    合成Cu2ZnSnS4薄膜四元共电沉积机理与退火相转变
    贺显聪, 郝菀, 皮锦红, 张传香, 沈鸿烈
    2015, 43 (4): 66-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.012
    摘要 ( 465 )   HTML( PDF (3186KB) ( 199 )   引文文本
    采用循环伏安法研究了制备CZTS薄膜四元预制层的电化学沉积机理。结合XRD,SEM,EDS和Raman技术分析预制层退火的相转变机制。结果表明:溶液中Cu2+和Sn2+浓度不仅影响其本身的沉积速率,还影响溶液中其他金属元素的沉积速率,而Zn2+浓度仅影响其本身沉积速率。四元预制层的沉积以原子层外延为机理,在负电位作用下,Cu2+先转变为Cu原子沉积在衬底表面,且与衬底附近析出的S原子发生化学反应,在衬底上生成CuS,同样,SnS和ZnS也以这种方式交替沉积在衬底上。预制层二元硫化物随着退火温度的升高逐渐转变为Cu2(3)SnS3(4)和Cu2ZnSnS4。利用四元共电沉积预制层550℃退火1h合成的Cu2ZnSnS4薄膜原子比为Cu:Zn:Sn:S=23.72:12.22:13.07:50.99。无偏压下合成的CZTS薄膜光电流达到约6nA。
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    熔盐电解-区域熔炼法制备太阳能级硅的工艺研究
    孙东亚, 何丽雯, 廉冀琼, 谢安, 曾小兰, 杨若绵
    2015, 43 (4): 73-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.013
    摘要 ( 452 )   HTML( PDF (1385KB) ( 265 )   引文文本
    以高纯石英为原料,石墨坩埚和钨为电极材料,在CaCl2-LiCl混合熔盐(摩尔比9:1)中电解制备Ca-Si合金,经区域熔炼提纯制得太阳能级硅(SG-Si)。用XRD,SEM和ICP-MS对电解合金及提纯后产物进行表征和含量分析。结果表明:在电解槽电压2.6V、温度850℃的条件下,产物为Ca-Si合金。经过两次区域熔炼提纯后,硅锭85%以上的区域纯度接近99.9999%,符合SG-Si的要求。
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    液相化学还原法制备纳米银焊膏及其连接性
    曹洋, 刘平, 魏红梅, 林铁松, 何鹏, 顾小龙
    2015, 43 (4): 79-84.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.014
    摘要 ( 451 )   HTML( PDF (3682KB) ( 273 )   引文文本
    采用液相化学还原法制备出平均粒径为20~35nm的纳米银,并考察不同温度及PVP用量对纳米银性质的影响。结果表明:当硝酸银与PVP的质量比为1:4、反应温度为30℃时,纳米银的平均粒径最小,为22.4nm,且其团聚程度最小,粒径分布最佳。在压力10MPa、温度200℃、保温30min的烧结条件下,利用制得的纳米银配制焊膏,连接纯度为99.9%的无氧紫铜板,通过扫描电镜(SEM)观察烧结接头截面形貌,可见烧结界面连接紧密,接头组织有孔隙存在。
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    测试与表征
    P92钢高温拉伸断口形貌的研究
    赵勇桃, 董俊慧, 张韶慧, 刘宗昌, 李文学
    2015, 43 (4): 85-91.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.015
    摘要 ( 552 )   HTML( PDF (5646KB) ( 202 )   引文文本
    采用热模拟法进行600~1300℃温度区间P92钢的高温拉伸实验。利用SEM,LSCM对不同拉伸温度下的断口形貌及近断口组织进行分析,并对P92钢的力学性能进行研究。结果表明:P92钢拉伸时,抗拉强度由467.32MPa下降到24.32MPa,屈服强度由56.88MPa下降到1.07MPa;不同拉伸温度下,断口表现以韧性断裂为主,韧性与脆性特征共存的现象。在600~900℃时,P92钢发生了动态回复过程,断口形貌表现为韧窝特征。冷却至室温,P92钢近断口处组织均为马氏体+残余奥氏体组织+M7C3+MC+M23C6+M6C+M3C型碳化物。随着温度升高,P92钢发生了动态再结晶,断口形貌以塑孔为主。P92钢近断口处组织为马氏体+残余奥氏体组织+MC+M6C型碳化物。
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    超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对WC-12Co涂层弹性模量的影响
    查柏林, 高双林, 乔素磊, 黄定园, 袁小阳, 林浩
    2015, 43 (4): 92-97.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.016
    摘要 ( 456 )   HTML( PDF (3120KB) ( 165 )   引文文本
    利用多功能超音速火焰喷涂(HVO-AF)焰流温度的特点(1400~2800℃)分别在三种条件下(HVOF,HVO-AF和HVAF)制备WC-12Co涂层。用Knoop压痕法对涂层的弹性模量进行测试,并测量涂层的显微硬度。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)探讨涂层的显微结构、成分和相组成。结果表明:与微米结构涂层相比,纳米结构涂层组织均匀、致密,孔隙率低,显微硬度与弹性模量均大幅提高,其中HVO-AF状态下制备的纳米结构WC-Co涂层平均硬度与弹性模量最高,分别为1515MPa和308GPa,而HVOF与HVAF状态下的纳米WC-Co涂层平均硬度与弹性模量分别为1390MPa,286GPa和1469MPa,270GPa;HVO-AF状态下的微米结构涂层平均硬度与弹性模量为1065MPa和242GPa。在HVO-AF状态下,焰流温度适中,可有效控制纳米WC-12Co粉末的分解,测得的涂层弹性模量最高。
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    1800℃热处理对PIP法C/SiC复合材料结构和性能的影响
    马彦, 陈朝辉
    2015, 43 (4): 98-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.017
    摘要 ( 484 )   HTML( PDF (2542KB) ( 231 )   引文文本
    采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),研究氩气中1800℃热处理对先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制备三维编织C/SiC复合材料结构和性能的影响。结果表明:在1800℃热处理过程中,C/SiC复合材料的界面处发生了碳热还原反应和硅扩散,导致基体和纤维之间产生化学结合,纤维受到损伤;1800℃热处理后,PIP法C/SiC复合材料出现8%的失重率,力学性能急剧下降80%以上,断裂行为由韧性转变为脆性断裂。
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    综述
    搅拌摩擦点焊技术及其研究现状
    傅田, 李文亚, 杨夏炜, 李锦锋, 高大路
    2015, 43 (4): 102-114.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.018
    摘要 ( 756 )   HTML( PDF (2648KB) ( 319 )   引文文本
    鉴于搅拌摩擦点焊受到国内外越来越多学者的关注研究,本文在大量文献分析的基础上对搅拌摩擦点焊进行了分类和总结。详细综述了搅拌摩擦点焊的工艺方法、接头组织和力学性能以及焊接过程数值模拟等方面的研究,归纳了该工艺在航空、航天和汽车领域的应用,最后,分析了搅拌摩擦点焊当前存在的主要问题。
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