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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第6期 刊出日期:2015-06-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第06期目次
    2015, 43 (6): 0-0.  
    摘要 ( 139 )   PDF (3932KB) ( 72 )   引文文本
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    材料与工艺
    RTM成型工艺对Cf/SiBCN陶瓷基复合材料性能的影响
    刘伟, 曹腊梅, 王岭, 徐彩虹, 益小苏
    2015, 43 (6): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.001
    摘要 ( 635 )   HTML( PDF (2350KB) ( 191 )   引文文本
    采用流变仪研究了聚硼硅氮烷作为RTM树脂的成型工艺性能,进而采用RTM工艺成型出复合材料坯体,再经过重复的浸渍-常压裂解工艺制备了Cf/SiBCN陶瓷基复合材料,详细研究了RTM成型缺陷对复合材料的厚度、密度以及力学性能等方面的影响。结果表明:聚硼硅氮烷完全满足RTM成型工艺对流变性能的要求;RTM成型缺陷会进一步加剧复合材料的膨胀,使复合材料的厚度明显增大;同时会降低浸渍裂解前期复合材料的密度;最终复合材料的抗弯强度和模量均略有降低。
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    高性能镍基粉末高温合金中γ'相形态致锯齿晶界形成机理研究
    杨万鹏, 胡本芙, 刘国权, 吴凯
    2015, 43 (6): 7-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.002
    摘要 ( 469 )   HTML( PDF (3221KB) ( 174 )   引文文本
    采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜,系统研究了低错配度的第三代高性能粉末高温合金(FGH98I)在热处理条件下由合金晶界上γ'相不同析出行为造成的锯齿晶界。结果表明:在晶界上析出γ'相形态不同是锯齿晶界形成的主导因素。热处理时固溶冷却速率不同,晶界上析出的γ'相数量、尺寸和形态不同,对晶界锯齿形状有强烈影响。当冷却速率由0.1℃/s 增大至10.8℃/s 时,晶界锯齿振幅由4.02μm变为0.63μm,锯齿的波长则随冷却速率增大而变大。γ'相形态失稳的不同形状和尺寸是造成晶界锯齿振幅大小的主要因素。晶界两侧分布着不同密度的γ'相颗粒,也可使晶界发生位移形成波浪式小振幅锯齿晶界。根据实验结果,提出了有关锯齿晶界的形成模式。
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    Nb对高含Cl-强酸性溶液环境中低合金钢腐蚀性能的影响
    岳远杰, 唐荻, 武会宾, 梁金明, 巨彪
    2015, 43 (6): 14-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.003
    摘要 ( 437 )   HTML( PDF (4681KB) ( 156 )   引文文本
    通过对5种不同Nb含量钢板在自制的货油舱下底板环境模拟装置中进行腐蚀实验,探究了Nb元素高含Cl-强酸性溶液环境中低合金钢腐蚀性能的影响。结果表明:在高含Cl-强酸性的环境中,低合金钢的腐蚀速率随着Nb元素含量的增多,呈现先减小后增大的规律。Nb元素含量增多的同时,实验钢晶粒尺寸减小,位错密度增加,并且小角度晶界比例升高,使得Nb含量为0.055%的实验钢在高含Cl-强酸性溶液环境中拥有良好的耐腐蚀性能。
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    搅拌摩擦加工铝基复合材料的高温摩擦磨损性能
    李敬勇, 刘涛, 郭宇文
    2015, 43 (6): 21-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.004
    摘要 ( 450 )   HTML( PDF (2412KB) ( 156 )   引文文本
    通过在铝合金表面一定深度添加颗粒度为10μm的B4C粉末,采用搅拌摩擦加工方法制备成铝基复合材料。采用SEM、EDS、高温摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行研究;分析加工方法和环境温度对摩擦因数和磨痕形貌的影响,并探讨磨损机制。结果表明:高温磨损条件下,搅拌摩擦加工制备的铝基复合材料能明显改善铸态ZL109铝合金的耐磨性;复合材料表现出较好的磨损性能和较低的摩擦磨损因数。搅拌摩擦加工制备的铝基复合材料在100℃时磨损以氧化磨损和磨粒磨损为主,随着温度的升高,300℃时复合材料的磨损机理由氧化磨损转变为黏着磨损。
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    微沸法合成纳米莫来石及活化能的研究
    杨中正, 姚亚刚, WONG C P, 陆跃军
    2015, 43 (6): 26-30.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.005
    摘要 ( 318 )   HTML( PDF (1843KB) ( 221 )   引文文本
    以硝酸铝和硅溶胶为原料,采用微沸法对合成纳米莫来石及其活化能进行研究,并用热重-差示扫描热量计(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成莫来石的粒度、相组成和形貌进行分析。结果表明:在原料中的铝硅摩尔比为3:1的条件下,温度为854℃时莫来石开始形成,温度为920℃时Al-Si尖晶石开始转变为莫来石,温度为1200℃时莫来石化完成,合成莫来石的活化能为(634.52±28.90)kJ·mol-1。经过1200℃煅烧后,莫来石含Al2O3的摩尔分数为59.8%,平均粒度约为31.7nm,形状为针状,并由这些针状莫来石构成连续的网络结构。随着铝硅摩尔比的增加,合成莫来石的温度降低,活化能降低。当铝硅摩尔比增加至6:1,合成莫来石的活化能降至(514.73±14.40)kJ·mol-1
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    Re及时效时间对耐腐蚀镍基定向合金组织和持久寿命的影响
    杨海青, 李青, 肖程波, 胡聘聘, 林山峰
    2015, 43 (6): 31-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.006
    摘要 ( 561 )   HTML( PDF (3457KB) ( 132 )   引文文本
    优化设计了三种含Re分别为0%,2%,3%(质量分数)的耐腐蚀定向镍基高温合金,分析了三种合金在900℃高温时效过程中组织的变化,测试了三种合金在不同时效时间980℃/200MPa下的持久寿命。结果表明:随着Re含量和时效时间的增加,合金析出σ相的倾向增大,合金高温持久性能下降;Re明显细化持久性能试样的筏排结构,随着Re含量的增加,合金性能下降的幅度变小。
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    原位制备季铵盐聚合物/纳米ZnO复合抗菌剂
    高党鸽, 陈琛, 吕斌, 马建中
    2015, 43 (6): 38-45.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.007
    摘要 ( 451 )   HTML( PDF (3281KB) ( 136 )   引文文本
    以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、甲基丙烯酸(MAA)、烯丙基缩水甘油醚(AGE)、纳米ZnO为原料,通过原位法制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵-甲基丙烯酸-烯丙基缩水甘油醚/纳米ZnO(PDMDAAC-AGE-MAA/纳米ZnO)复合材料,考察了纳米ZnO用量对复合材料性能的影响,通过FT-IR、XRD和TEM对其结构进行了表征,将其应用于棉织物整理中。结果表明:当纳米ZnO为0.8%时,PDMDAAC-AGE-MAA/纳米ZnO复合材料的稳定性最佳;复合材料中存在环氧基团以及纳米氧化锌的特征吸收峰,纳米ZnO在复合材料中具有良好的分散性;将其整理织物后,与原布相比,经10次标准洗涤织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率高达80%以上,对白色念珠菌的抗菌性可达75%以上,具有良好的耐洗牢度;经过整理后的织物断裂强力无影响。
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    工艺参数对钼粉烧结体近等温包套锻造成形过程中应变的影响
    王宁, 李健, 关志军, 谭凯
    2015, 43 (6): 46-51.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.008
    摘要 ( 380 )   HTML( PDF (3038KB) ( 127 )   引文文本
    运用有限元软件对钼粉烧结体近等温包套锻造成形过程进行了分析。讨论了不同工艺参数(温度、摩擦因数、锻造速率)对应变分布的影响。结果表明:随着锻造温度的升高,坯料的平均等效应变逐渐增大,但变形不均匀;随着摩擦因数的增加,坯料平均等效应变逐渐增大,同时由于变形不均匀容易出现断裂裂纹;锻造速率对坯料应变的影响不显著。通过正交实验分析得知,温度对变形均匀性影响最显著。
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    Ti和Ti-V微合金化低碳贝氏体钢组织性能及析出行为的研究
    李晓林, 蔡庆伍, 赵运堂, 崔阳
    2015, 43 (6): 52-59.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.009
    摘要 ( 389 )   HTML( PDF (3744KB) ( 144 )   引文文本
    利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和能谱仪(EDS)等,研究了不同Ti含量的低碳贝氏体钢的显微组织和析出相的成分、尺寸、形貌以及分布等特征。结果表明:在450℃和520℃保温2h,三种实验钢组织为粒状贝氏体。与低Ti实验钢相比,高Ti及Ti-V复合实验钢的屈服强度增加了150MPa以上。高Ti钢中纳米级析出相有两种类型:一种大于15nm的TiC析出相;另一种是在10nm以下,具有面心立方结构的(Ti,Mo)C复合析出相。Ti-V钢基体中存在大量尺寸在10nm以下的 (Ti,V,Mo)C复合析出相。
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    测试与表征
    基于小裂纹理论的铸造钛合金ZTC4疲劳寿命预测
    童第华, 吴学仁, 刘建中, 胡本润, 陈勃
    2015, 43 (6): 60-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.010
    摘要 ( 486 )   HTML( PDF (3407KB) ( 164 )   引文文本
    铸造钛合金ZTC4在飞机和航空发动机上应用日益广泛。深入研究ZTC4疲劳全寿命预测方法,旨在为航空构件的损伤容限设计和寿命预测探索新的途径。本文以宏观和微观结合的手段,采用板材试样的高周疲劳试验、中心裂纹试样的长裂纹扩展试验和扫描电子显微镜(SEM)的断口分析等三种试验,研究了ZTC4在室温恒幅载荷条件下的疲劳断口特征和裂纹扩展行为;对引起疲劳失效的主要原因-材料初始缺陷(夹杂或气孔)进行了定量表征;基于Newman裂纹闭合模型建立了ZTC4长裂纹的(da/dN)-ΔKeff基线数据;通过对平板内埋椭圆裂纹的断裂力学分析,从基于微观结构和断口分析统计确定的初始缺陷尺寸出发,对ZTC4在恒幅载荷条件下两种应力比的疲劳全寿命进行了预测和实验验证,得到了具有较好学术意义和工程应用价值的研究结果。
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    PAN纤维炭化过程中缺陷结构的温度效应
    王梦梵, 陈旺, 苏世州, 韩旭, 徐樑华, 曹维宇
    2015, 43 (6): 66-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.011
    摘要 ( 489 )   HTML( PDF (2050KB) ( 160 )   引文文本
    采用小角X射线散射(SAXS)方法研究了PAN纤维在炭化及石墨化过程中微孔缺陷结构随热处理温度的变化。由微孔结构散射形成的PAN基碳纤维SAXS散射花样经圆积分处理后为光滑曲线。使用一维散射曲线计算得到微孔结构均方回转半径、相对孔体积、孔隙率、比表面积结构参数随温度的变化规律。结果表明:随热处理温度提高PAN基碳纤维微孔结构变化分为三个阶段:400~700℃微孔体积变化(孔的融合)为主,形态变化为辅;700~1800℃微孔体积变化(孔的分裂与缩小)与形态变化(边缘复杂化)基本同步;而1800~2400℃微孔形态变化为主,体积变化为辅。
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    SRB对X100钢在鹰潭土壤模拟溶液中腐蚀行为的影响
    胥聪敏, 杨东平, 张灵芝, 史立强, 李辉辉
    2015, 43 (6): 71-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.012
    摘要 ( 425 )   HTML( PDF (3832KB) ( 195 )   引文文本
    采用失重法、线性极化曲线和阻抗谱电化学技术,结合扫描电子显微镜和能谱分析仪研究了X100钢在有/无SRB的鹰潭土壤模拟溶液中的腐蚀行为。结果表明:X100钢在无菌与有菌时的腐蚀速率随时间延长均为:减小→增大→减小, 腐蚀速率有菌时小于无菌,SRB的存在减缓了X100钢的腐蚀;腐蚀速率的控制主要由腐蚀产物膜的均匀性与致密性决定,无菌介质中,腐蚀产物膜不致密、不均匀,保护性较差,在有菌介质中,钢表面形成致密均匀的结合膜,致密的膜对传质有一定的阻碍作用,从而减轻了X100钢的腐蚀;无菌时腐蚀产物主要为Fe2O3,Fe3O4,α-FeO(OH),有菌时腐蚀产物为Fe3O4,FeS。
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    应力比对K55套管钻井钢疲劳裂纹扩展性能的影响
    许天旱, 王荣, 冯耀荣, 雒设计, 王党会, 杨宝
    2015, 43 (6): 79-84.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.013
    摘要 ( 420 )   HTML( PDF (2169KB) ( 146 )   引文文本
    利用电液伺服疲劳实验机及 SEM 研究了应力比对 K55 套管钻井钢疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:应力比对裂纹失稳区起始点对应的应力强度因子范围ΔK值具有显著的影响。随着应力比的增加,裂纹扩展失稳区起始点对应的裂纹扩展速率具有显著的降低,疲劳裂纹扩展门槛值也呈现显著的降低趋势。当疲劳裂纹逐渐由Paris区过渡到失稳扩展区,平均载荷逐渐取代应力强度因子幅度ΔK作为裂纹扩展的主导驱动力。当裂纹扩展至拉伸过载区,断口表面则呈现明显的冲击断裂特征。
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    柠檬酸根对纳米Fe3O4制备及其性能的影响
    陈洁, 袁铁江
    2015, 43 (6): 85-89.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.014
    摘要 ( 411 )   HTML( PDF (965KB) ( 187 )   引文文本
    采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4粉体材料。用溶液吸附法、透射电镜、X射线衍射仪和古埃磁天平法对添加柠檬酸根前后的纳米Fe3O4粉体材料的结构及性能进行了表征和分析。结果表明:添加柠檬酸根制备的纳米Fe3O4粉体材料的比表面积为1.499,晶粒粒径为8nm,磁化率为11.6534,颗粒度小,分散性好,磁性能更高。
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    综述
    结构-阻尼复合材料研究进展
    倪楠楠, 温月芳, 贺德龙, 益小苏, 郭妙才, 许亚洪
    2015, 43 (6): 90-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.015
    摘要 ( 622 )   HTML( PDF (3153KB) ( 254 )   引文文本
    航空航天飞行器的高速、轻质和多功能化的发展,精密电子仪器设备的应用及舒适性要求的提高,对传统结构材料的减重和降噪提出了巨大的挑战。近年来,随着纤维增强复合材料的在航空航天领域应用比重的迅速提升,开发兼具高力学性能和高振动阻尼性能的新型结构-阻尼多功能材料也成为研究的热点问题之一。本文在介绍结构-阻尼复合材料阻尼机理的基础上,综述了国内外关于结构阻尼复合材料主要研究内容及研究成果,并讨论了其今后的发展趋势,包括开发新的多功能阻尼插层材料、引入新的阻尼耗能机制、开发多层次结构模型和对阻尼性能和力学性能的多尺度模拟等。
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    新能源汽车驱动电机用高强度无取向硅钢片的研究与进展
    龚坚, 罗海文
    2015, 43 (6): 102-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.06.016
    摘要 ( 512 )   HTML( PDF (3988KB) ( 619 )   引文文本
    本文系统介绍了混合动力汽车和电动汽车所用驱动电机的特点和类型以及其对无取向硅钢片的要求,总结出适用于驱动电机的无取向硅钢片是既要求高强度、疲劳性能等力学性能,也要求高磁感和低的高频铁损等磁性能的复合材料。全面介绍了业界领先的各日本钢铁公司关于高强无取向硅钢片相关专利的具体内容,并通过相关热力学计算分析了各专利中所涉及的技术路线,得出析出强化技术路线是未来发展趋势,而其中Ti析出强化不可行,Nb析出强化可行但是成分和工艺窗口狭窄,且必须和Ni、Mn的固溶强化相结合;而Cu的析出强化途径工艺简单且易行、成本经济。
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