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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第7期 刊出日期:2015-07-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第07期目次
    2015, 43 (7): 0-0.  
    摘要 ( 400 )   PDF (5704KB) ( 141 )   引文文本
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    材料与工艺
    转速对搅拌摩擦焊接搅拌区晶粒尺寸影响
    张昭, 吴奇, 张洪武
    2015, 43 (7): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.001
    摘要 ( 535 )   HTML( PDF (2958KB) ( 313 )   引文文本
    基于搅拌摩擦焊接的完全热力耦合模型,跟踪材料物质点运动轨迹,划分出不同搅拌头转速下搅拌区域边界.沿材料物质点迹线提取出真实应变与温度历程,可进一步计算Zener-Hollomon参数并利用经验公式预测搅拌区晶粒尺寸.经计算发现较大转速工况下,搅拌区尺寸较大.搅拌区晶粒尺寸随焊接温度的增加而增加,随应变率的增加而减小.随着搅拌头转速的增加,焊接区材料温度与等效应变率均有明显增长,但是温度影响更为明显,平均晶粒尺寸随搅拌头转速的增加而增加.
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    Ti-6Al-4V表面超声滚压制备Al2O3膜层的微观组织及性能研究
    柳阳, 王东坡, 邓彩艳, 曹舒
    2015, 43 (7): 8-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.002
    摘要 ( 512 )   HTML( PDF (2689KB) ( 328 )   引文文本
    运用超声滚压处理(USRP)的方法,在Ti-6Al-4V合金表面制得一层Al2O3薄膜.利用SEM、XRD、光学干涉仪及显微硬度计分析了超声滚压处理后试样表面层的微观组织和性能.结果表明:加入Al2O3粉末进行USRP后可以在基体金属表面形成厚度约为7μm的Al2O3膜层,且结合处基体金属存在残余压应力和塑性变形.相对于母材,处理后试样表面粗糙度降低50%,表面硬度提高98%.同时,处理后试样表面层存在残余压应力场,最大压应力值为-687MPa,位于最表层,残余压应力深度为420μm.加入Al2O3粉末的USRP后的试样,既利用表面Al2O3的加入进一步提高其表面硬度,同时保留了USRP的优势.
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    NaCl加入量对自蔓延高温燃烧合成法大规模制备的超细二硼化钛粉体性能的影响
    喇培清, 欧玉静, 韩少博, 卢学峰, 魏玉鹏
    2015, 43 (7): 14-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.003
    摘要 ( 545 )   HTML( PDF (16357KB) ( 222 )   引文文本
    以TiO2、B2O3、Mg粉为原料,引入稀释剂NaCl,通过自蔓延高温燃烧合成法宏量制备了亚微米TiB2粉体,并对其进行了SEM(扫描电镜)、EDS(能谱)、XRD(X射线衍射)和粒度分析.用原子吸收光谱测定了浸出产物TiB2粉体中杂质Mg,O的含量.结果表明:稀释剂加入量对样品形貌、粒度、物相有明显影响.随着NaCl含量的增加,制备的TiB2粉体的平均颗粒尺寸从496nm降低到268nm.产物浸出前主要由MgO,NaCl,TiB2和少量Mg3B2O6组成;浸出后前两相消失,产物为TiB2和少量Mg3B2O6.当原料中NaCl加入量k=0.5,1.0,1.5,2.0mol时,浸出产物中Mg3B2O6杂质含量极少,产品纯度均超过98%.稀释剂可以降低颗粒尺寸,提高产物纯度.采用此种自蔓延高温燃烧合成法可以大规模制备超细TiB2粉体.
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    TiBCN陶瓷线切割加工表面质量及蚀除机理
    赵健闯, 胡建东, 孟繁有, 王耀民
    2015, 43 (7): 21-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.004
    摘要 ( 509 )   HTML( PDF (627KB) ( 197 )   引文文本
    采用硼化法制备的TiBCN导电陶瓷粉末成功热压烧结为块体材料.设置不同电火花线切割加工工艺参数,切割TiBCN块材.通过加工表面质量分析及SEM微观形貌观察,研究了线切割加工表面质量的影响因素及材料蚀除机制.研究结果表明:线切割加工TiBCN陶瓷材料,可以获得质量良好的加工表面, 最小表面粗糙度Ra为0.4μm;脉冲电流Ip和脉间ti是影响加工表面质量的主要影响因素;虽然设置长脉宽te有利于提高蚀除效率,但脉间过小,易形成表面裂纹.TiBCN块材线切割加工最佳参数设置范围为:Ip =2~6,te=20~22μs,ti=65~75μs.线切割加工TiBCN陶瓷材料,有三种蚀除机理:剥离、熔融/再凝固、气化蒸发.
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    CRGP柔性导电薄膜及其超级电容器制备与性能
    郝红英, 王茜, 王文俊
    2015, 43 (7): 26-31.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.005
    摘要 ( 563 )   HTML( PDF (3249KB) ( 239 )   引文文本
    以CNFs膜为基材,采用层层自组装法制备CNFs/RGOn膜,通过原位聚合法在膜表面聚合PANI,制备复合导电CRGP膜电极并组成超级电容器S-RGP.研究采用 UV-vis光谱、XRD、SEM等对CRGP膜的吸光度、结晶特性与形态进行测试表征,同时系统测试了S-RGPCV曲线、GCD、EIS等电化学性能.结果表明:原位聚合法得到CRGP膜表面不均匀,PANI层与基材间存在间隙,存有活性物质,导致S-RGP内阻较小;S-RGP的ESR低、柔性良好;由于原位聚合的PANI层较厚,电容器S-RGP具有一定的电致变色特征.
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    8YSZ陶瓷成型与烧结工艺的优化
    任继文, 成佐明
    2015, 43 (7): 32-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.006
    摘要 ( 537 )   HTML( PDF (2094KB) ( 224 )   引文文本
    为了改善8YSZ陶瓷的力学性能,以8YSZ双粒度粉体为研究对象,对其进行干压成型、无压烧结实验.对成型压力、保压时间及黏结剂用量等成型工艺参数进行了优化;利用正交实验对烧结方案进行了设计,讨论了烧结温度、升温速率、保温时间、烧结方式等烧结工艺参数对8YSZ陶瓷烧结性能和力学性能的影响,并优化出其烧结工艺参数.结果表明:选取PVA加入量10%(质量分数)、成型压力10MPa、保压时间30s的成型工艺参数,可压制出相对密度为54.9%的陶瓷坯体;选取烧结温度1500℃,保温时间4h,升温速率5℃/min,烧结方式裸烧的烧结工艺参数,可制备出相对密度为98.3%,抗弯强度为100.3MPa的8YSZ陶瓷.
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    羰基铁/钛酸钡复合材料的制备及吸波性能
    景红霞, 李巧玲, 叶云, 裴王军
    2015, 43 (7): 38-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.007
    摘要 ( 661 )   HTML( PDF (2188KB) ( 297 )   引文文本
    采用溶胶-凝胶法和物理共混法制备纳米钛酸钡和羰基铁/钛酸钡复合材料.通过X 射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、矢量网络分析仪(PNA)等测试手段对材料的物相、形貌和性能进行了表征和分析.结果表明:所制备出的样品为粒径约60nm的四方晶相的钛酸钡和分散均匀的羰基铁/钛酸钡复合材料;在0~6GHz范围内,羰基铁/钛酸钡复合材料的吸波性能较纯羰基铁有了很大的提高,当wBaTiO3=4%时,其吸波性能最佳,最大吸收峰值为-22.9dB,-10dB频宽为2.196GHz.
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    聚硫密封剂硫化过程动力学研究
    吴明元, 张建安, 杨建军, 吴庆云
    2015, 43 (7): 43-47.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.008
    摘要 ( 436 )   HTML( PDF (1378KB) ( 313 )   引文文本
    采用DSC法和黏度法研究聚硫密封剂室温硫化过程中的反应动力学.在20~40℃,通过非等温和等温DSC实验测量密封剂硫化反应热,得到硫化反应程度和反应速率,经非线性拟合获得了活化能参数、具温度依赖的反应速率常数和反应级数,建立了改进的Kamal动力学模型方程,方程曲线与实验点相吻合,表明密封剂在硫化反应初期(硫化程度α< 0.4)具有自催化反应特征,而在后期(α> 0.4)受扩散控制.测定了硫化过程中的黏度变化,其与硫化温度和硫化反应程度有关,拟合得到的黏温方程曲线在20~30℃,α <0.4时与实验数据相吻合.
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    TC1钛合金的腐蚀加工及其对基体性能影响
    林翠, 赵晴, 文庆杰
    2015, 43 (7): 48-55.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.009
    摘要 ( 493 )   HTML( PDF (2695KB) ( 164 )   引文文本
    探讨了TC1钛合金腐蚀加工速度和质量的影响因素,测试了腐蚀加工后TC1钛合金的力学性能.氢氟酸浓度增加,加工速度提高;硝酸浓度较低时,腐蚀溶解占主导地位,浓度较高时,钝化起主要作用,当硝酸与氢氟酸的体积比为2时加工速度达到最大值;钛合金腐蚀加工速率与温度基本呈线性关系,加工时温度控制范围为28~30℃.复配添加剂可降低界面张力,它们的协同效应能够提高过渡区圆角质量、表面光亮度和腐蚀均匀性.腐蚀加工对TC1钛合金拉伸性能影响较小.腐蚀加工后的疲劳性能优于机械加工后的疲劳性能,其疲劳裂纹起源于加工面R圆角根部区域.
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    短切硅酸铝纤维增强硅溶胶型壳的抗弯强度及高温自重变形
    吕凯, 刘向东, 王浩, 冯华, 李艳芬
    2015, 43 (7): 56-61.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.010
    摘要 ( 521 )   HTML( PDF (3044KB) ( 279 )   引文文本
    为了提高熔模铸造硅溶胶型壳的性能,向涂料中添加硅酸铝纤维制备纤维增强熔模铸造型壳试样.对不同纤维加入量条件下所获得的纤维增强型壳试样的常温及焙烧后抗弯强度、高温自重变形量的变化规律进行研究,并利用SEM观察型壳试样断口形貌.结果表明:随硅酸铝纤维加入量从0.2%~1.0%(质量分数,下同)变化,其常温抗弯强度显著增大,高温自重变形量减小;纤维加入量为1.0%时,试样的常温抗弯强度较未增强的试样提高了47%,而高温自重变形减少约50%.采用0.2%~1.0%的硅酸铝纤维增强后,复合型壳焙烧后强度至少提高39%.断口SEM形貌观察分析结果表明,纤维增强硅溶胶型壳试样受力破坏失效主要由于硅溶胶凝胶膜的断裂、硅酸铝纤维拔出、断裂及脱粘等综合作用所致.
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    利用控轧控冷技术开发热轧不锈钢复合板的实验研究
    李龙, 祝志超, 张心金, 刘会云
    2015, 43 (7): 62-67.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.011
    摘要 ( 660 )   HTML( PDF (4704KB) ( 288 )   引文文本
    使用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Q345R的奥氏体连续冷却相变(CCT)行为,利用二辊可逆试验轧机进行了系列控制轧制控制冷却(TMCP)实验,开发出了不锈钢(316)/低碳钢(Q345R)复合板.较合理的工艺为:在奥氏体再结晶区进行轧制,终轧温度为1000~1050℃,总压下量为75%,轧后以0.2~7℃/s的速率冷却至450℃以下后空冷,随冷却速率的增加,Q345R钢板的显微组织从铁素体(F)+珠光体(P)向铁素体(F)+贝氏体(B)过渡,屈服强度范围330~430MPa,抗拉强度范围为535~595MPa,0℃的冲击吸收功高于50J;复合板界面结合强度大于350MPa,抗弯性能合格.
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    TNW700钛合金板材热弯曲性能
    张涛, 付明杰, 韩秀全, 吴为
    2015, 43 (7): 68-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.012
    摘要 ( 525 )   HTML( PDF (2014KB) ( 200 )   引文文本
    采用带有不同弯曲圆角的模具对TNW700钛合金薄板进行热弯曲实验,对其在温度为700~850℃,弯曲圆角为1/4~6t,弯曲角度为90°时的最小弯曲半径、回弹半径、回弹角度的变化规律进行了研究.结果表明:沿垂直轧制方向变形的热弯曲窗口较沿轧制方向的宽,垂直轧制方向弯曲变形时,700℃和850℃的最小弯曲半径分别为1.5t和1/4t,而沿轧制方向弯曲变形时,700℃和850℃的最小弯曲半径分别为3t和1t.回弹半径和回弹角度均随温度的升高和弯曲半径的增大而减小,回弹方向主要取决于模具的叠放次序.
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    等离子熔覆含亚微米碳化铌铁基耐磨合金组织与性能的研究
    王智慧, 赵雪飞, 贺定勇, 蒋建敏, 赵秋颖, 刘飞
    2015, 43 (7): 73-79.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.013
    摘要 ( 393 )   HTML( PDF (3754KB) ( 231 )   引文文本
    采用等离子熔覆(PTA)在Q235钢上制备含亚微米碳化铌Fe-Cr-B-C-Nb熔覆层,通过改变合金成分,分别设计含超细碳化铌、含共晶硼化物、含超细碳化铌+共晶硼化物、含超细碳化铌+初生Fe2B硬质相的熔覆层,研究不同尺寸硬质相对Fe-Cr-B-C-Nb熔覆层组织与性能的影响,并与市售常用Fe-Cr-C耐磨材料对比.结果表明:细小硬质相有助于改善合金冲击变形能力,含亚微米碳化铌和共晶硼化物的合金具有优良的综合性能,耐磨性为Fe-Cr-C耐磨材料的4倍多,且冲击变形能力优于Fe-Cr-C耐磨材料.
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    测试与表征
    RPV模拟钢中纳米富Cu析出相的复杂晶体结构表征
    冯柳, 周邦新, 彭剑超, 王均安
    2015, 43 (7): 80-86.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.014
    摘要 ( 524 )   HTML( PDF (2830KB) ( 184 )   引文文本
    RPV模拟钢样品经过890℃水淬,660℃调质处理,然后在400℃时效13000h后,用高分辨透射电镜和能谱仪相结合的方法研究了RPV模拟钢中纳米富Cu析出相中的复杂晶体结构.纳米富Cu析出相的平均尺寸约为20nm,除了观察到常见的亚稳态9R结构、3R结构和稳态fcc结构外,还观察到同一富Cu析出相由3种不同的晶体结构组成,并分别分布在5个不同的区域中,包括1处9R、2处fcc 和2处3R 结构.9R结构与相邻的2个fcc结构形成的界面都具有特定的晶体取向,呈半共格关系,是由非孪晶9R结构演化而来.2处3R结构互为孪晶关系,是由孪晶9R结构演化而来.这种状态反映了纳米富Cu析出相从亚稳态演化到稳态结构的复杂过程.
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    θ投影法和复合模型在预测耐热钢蠕变行为的比较分析
    江冯, 李萍, 程从前, 刘春慧, 赵杰
    2015, 43 (7): 87-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.015
    摘要 ( 508 )   HTML( PDF (3181KB) ( 212 )   引文文本
    比较分析了复合模型法和θ投影法在描述P92钢蠕变行为时的差异.结果表明:两者在拟合P92钢蠕变-时间关系曲线上均有较高的精度,但在描述蠕变速率-时间曲线上,θ投影法呈现较大的误差而复合模型则有良好的关联结果.在外推蠕变速率时,θ投影法的外推结果发生较大偏折,而复合模型的预测结果更接近实际变化趋势.基于蠕变曲线外推持久寿命的结果表明:5%~50%范围内的断裂应变对寿命预测结果影响较小,两种模型预测的持久寿命值之间也相差不大.
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    800MPa级高强钢焊接粗晶区再热循环的组织转变规律
    邢淑清, 陆恒昌, 麻永林, 韩娜, 李振团, 陈重毅
    2015, 43 (7): 93-99.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.016
    摘要 ( 395 )   HTML( PDF (3034KB) ( 192 )   引文文本
    为了研究800MPa级低合金高强钢焊接粗晶区的组织转变规律,采用热模拟的方法,应用L78 RITA相变热膨胀仪模拟了实验用钢的两次焊接热循环过程,对应的焊接线能量约为20kJ/cm.建立了该钢的奥氏体连续加热转变曲线(TTA),并对组织、硬度和热膨胀曲线进行分析,结果显示,实验用钢一次热循环粗晶区组织为板条马氏体和贝氏体,硬度为318HV,当第二次热循环峰值温度(Tp2)为1000℃时,第一次热循环后的组织发生完全重结晶,得到细小的贝氏体组织,硬度下降,当Tp2为900℃时发生部分重结晶,硬度最低(239HV),当Tp2为800℃时,在晶界和晶内相界生成链状分布的M-A组元,而Tp2小于A'c1时发生回火作用,M-A组元分解并析出碳化物.实验用钢的热影响区未出现组织遗传现象,因此为了更准确判断组织转变类型,应结合TTA曲线对焊接热影响区组织转变进行分析.
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    石蜡/聚脲相变微胶囊的制备及表征
    喻胜飞, 罗武生
    2015, 43 (7): 100-104.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.017
    摘要 ( 411 )   HTML( PDF (1664KB) ( 338 )   引文文本
    以固体石蜡和液体石蜡熔融混合进行复配,复合石蜡的相变温度和相变焓都随固体石蜡含量的增加而升高,以固液比3 : 7制备的复合石蜡熔点为28.3℃,相变潜热为100.04kJ/kg.以此复合石蜡作为微胶囊的芯材,以甲苯2,4二异氰酸酯(TDI)和乙二胺为单体,OP-10为乳化剂,采用界面聚合法在复合石蜡表面包覆聚脲囊壁材料制备石蜡/聚脲相变微胶囊,用扫描电镜(SEM)观察了乳化搅拌速度和反应温度对相变微胶囊表面形貌的影响,并用红外光谱(FTIR)、热重(TG)和差示扫描量热法(DSC)对相变微胶囊进行了表征.实验结果表明:在乳化搅拌速度2000r/min、反应温度70℃时制备的石蜡/聚脲相变微胶囊颗粒呈球形分布,平均粒径在3~4μm范围内,分散均匀,颗粒表面光滑、致密,熔点为28.1℃,相变潜热为58.4kJ/kg,包覆效率为87.5%.
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    7003铝合金动车柜体的应力腐蚀开裂
    章淑芳, 王晓敏, 陈辉, 廖潇垚
    2015, 43 (7): 105-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.07.018
    摘要 ( 554 )   HTML( PDF (5011KB) ( 204 )   引文文本
    采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段,对某动车7003铝合金柜体的裂纹进行原因分析.裂纹为沿晶扩展,且有分枝,断口为冰糖状花样,晶面上有发纹、鸡爪纹,经分析裂纹为氢脆起主导作用的应力腐蚀裂纹.通过慢应变速率拉伸实验及恒位移应力腐蚀实验对7003铝合金的应力腐蚀倾向进行评价.慢拉伸实验表明,7003铝合金在3.5%NaCl溶液中的断裂为穿晶与沿晶的混合断裂,在穿晶断裂部分有大量的二次裂纹、解理台阶及河流花样,应力腐蚀敏感指数达0.2.恒位移实验结果显示:经28天腐蚀后,7003铝合金已发生裂纹扩展,长度达700μm,断口的应力腐蚀区存在"舌状凸起"和"凹槽"等形貌,有较明显的应力腐蚀敏感性.
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