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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第9期 刊出日期:2015-09-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第09期目次
    2015, 43 (9): 0-0.  
    摘要 ( 112 )   PDF (1558KB) ( 116 )   引文文本
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    材料与工艺
    Mn含量对热轧超低碳钛低合金钢组织与力学性能的影响
    马娅娜, 杜林秀, 胡军
    2015, 43 (9): 1-5.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.001
    摘要 ( 539 )   HTML( PDF (3046KB) ( 115 )   引文文本
    实验钢在传统C-Mn钢的基础上添加低合金元素Ti,通过调整钢中Mn元素含量,同时采用简便的控制轧制与控制冷却工艺,获得了良好的组织形态及纳米尺度析出物,从而在保证优良延伸性能的前提下大幅度提高了钢板的强度,显著降低了钢材成本。使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对微观组织进行观察。结果表明:当实验钢Mn含量从1.05%(质量分数,下同)提高至1.5%,平均晶粒尺寸从6.4μm细化至5.2μm;基体中纳米尺度TiC的析出量明显增加;屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别提高了56.7,42.2MPa和1.2%,达到了558.7,662.2MPa和22.4%。
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    pH值对乙二醇溶胶-凝胶法制备BiVO4光催化性能的影响
    王敏, 郑浩岩, 杨长秀, 高兴莹, 董竹希文, 罗洋, 陈垚
    2015, 43 (9): 6-11.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.002
    摘要 ( 473 )   HTML( PDF (3486KB) ( 202 )   引文文本
    采用乙二醇溶胶-凝胶法制备了BiVO4样品,研究了不同反应pH值对样品的形貌及光催化活性的影响。通过SEM,XRD,XPS和UV-Vis等表征手段对样品的形貌、物相以及光学性能进行表征和分析。结果表明:所制备的样品纯度较高,均为单斜型BiVO4光催化剂,并且随着反应pH值的改变,样品的形貌及光学性能也随之改变;当pH值为5时,产物为不规则的片状结构;当pH值增至7和9时,产物片状结构大量减少,表现出明显的颗粒状结构;当反应 pH值增至11和13时,产物颗粒状结构团聚明显。当pH值为9时,所制备的样品具有最小的禁带宽度以及最小的晶体粒径,并且表现出最高的光催化活性,在250W金属卤化物灯下光照50min,对甲基橙的脱色率可达66.23%。
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    316L不锈钢在不同环境中点蚀形核研究
    王晶, 尚新春, 路民旭, 张雷
    2015, 43 (9): 12-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.003
    摘要 ( 331 )   HTML( PDF (2579KB) ( 176 )   引文文本
    通过人工海水中长期浸泡实验和循环伏安极化曲线测试,研究了温度、Cl-浓度、溶解氧浓度对抛光后的316L不锈钢点蚀形核的影响,确定了不锈钢在不同环境的人工海水中点蚀的萌生时间和位置。结果表明:与温度和Cl-浓度的影响不同,溶解氧浓度的增加对不锈钢点蚀形核具有抑制作用。316L不锈钢在4℃,8×10-6溶解氧浓度,10%(质量分数)NaCl溶液中浸泡后表面出现钝化膜局部破坏,点蚀形核时间为60~70天,形核位置存在MgO-Al2O3系和CaO-SiO2系非金属夹杂物。不锈钢在4℃人工海水和0.02×10-6溶氧量浓度下浸泡后,表面出现点蚀的时间为70~80天。
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    球磨制备轴承珠表面自润滑涂层及其摩擦性能
    谭英梅, 曹国剑, 李双, 古乐
    2015, 43 (9): 19-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.004
    摘要 ( 317 )   HTML( PDF (6448KB) ( 99 )   引文文本
    通过将MoS2粉末和轴承珠放入真空球磨罐中进行球磨的方法在轴承珠表面制备自润滑涂层。固定球磨转速为200r/min,研究不同球磨时间对轴承珠表面制备涂层的影响。采用配有能谱的扫描电子显微镜对球磨不同时间所制备涂层的形貌及元素分布进行观察。结果表明:随球磨时间的延长,涂层表面形貌变化不大,涂层厚度先增加后减小,Mo的分布先均匀后分散,球磨5h后涂层的厚度及元素的均匀性最佳。制备涂层的摩擦测试结果表明:球磨1h和5h所制备的涂层具有明显的润滑效果,而球磨10h的润滑效果不明显。球磨5h所制备的涂层具有最佳的润滑效果。
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    超疏水铝合金表面的防覆冰和防黏附行为
    晏忠钠, 车彦慧, 冯利邦, 强小虎, 刘艳花
    2015, 43 (9): 25-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.005
    摘要 ( 495 )   HTML( PDF (2068KB) ( 158 )   引文文本
    通过硬脂酸的醇水溶液一步浸泡法成功获得超疏水铝合金表面,其水接触角可达156.2°,滚动角小于5°。利用接触角测试、扫描电镜、红外光谱观测、结冰实验与防黏附实验分别对超疏水铝合金表面的润湿性能、表面微结构、化学结构以及防覆冰和防黏附行为进行了研究。结果表明:所制得的超疏水表面是由微-纳"多孔"结构和疏水烃基长链所共同赋予的。正是由于其特殊的粗糙结构和化学组成,使得该超疏水表面表现出良好的防覆冰和防黏附行为。
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    合金元素对Fe-Mn-C系TWIP钢力学行为的影响
    王玉昌, 兰鹏, 李杨, 张家泉
    2015, 43 (9): 30-38.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.006
    摘要 ( 417 )   HTML( PDF (5006KB) ( 345 )   引文文本
    采用热力学计算、静态拉伸、XRD、OM与SEM等方法分析了 Fe-Mn-C系TWIP钢中合金元素对基体力学行为的影响。结果表明:TWIP钢中Mn含量增加时,基体的屈服强度和抗拉强度均减小,总伸长率增大;C含量增加时,其屈服强度和抗拉强度先增大后减小,在0.6%(质量分数,下同)时存在最大值;当Mn含量为20%时,TWIP钢总伸长率随C含量增加而增大,而Mn含量为22%时则相反。TWIP钢的强塑积随Mn含量的增加而增大,其在C含量为0.4%试样中的体现尤为明显。对于Mn含量为20%的TWIP钢,其强塑积随C含量增加而增大;而对于Mn含量为22%的TWIP钢,其强塑积随C含量增加而减小。
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    45钢的黏结型激光微织构表面摩擦学性能及固体润滑机理分析
    华希俊, 王蓉, 周万, 刘凯, 符永宏, 纪敬虎
    2015, 43 (9): 39-45.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.007
    摘要 ( 323 )   HTML( PDF (5832KB) ( 203 )   引文文本
    采用二极管泵浦声光调Q Nd:YAG激光器在45钢表面进行织构化处理,对填充不同质量分数聚酰亚胺(PI)的MoS2复合固体润滑剂织构试样在销-盘线接触摩擦磨损试验机上进行了不同工况下的滚动摩擦性能实验。利用扫描电子显微镜观察和分析材料磨损形貌和元素分布。结果表明:填充黏结型MoS2复合固体润滑剂织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,其中MoS2+20%(质量分数)PI复合润滑剂具有最佳的减摩性能。在线接触滚动过程中,存在氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。高速重载能促进转移膜在对偶面形成,显示出良好的减摩性能。
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    熔接痕性能评价的WSt模型及其验证
    吴雄喜, 刘健
    2015, 43 (9): 46-52.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.008
    摘要 ( 296 )   HTML( PDF (2870KB) ( 84 )   引文文本
    提出采用熔体汇合角度、流动前沿温度、压力三个参数来表征熔接痕,构建了评价熔接痕性能优劣的WSt模型,基于此模型对比了相同工艺参数下快速变模温成型(Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)与普通成型的熔接痕质量,并以导风板为对象进行了生产验证。结果表明:快速变模温成型熔接痕的整体性能由普通成型的0.681提高到0.819,提高了20.3%;RHCM成型导风板熔接痕处的拉伸强度由普通成型的45.3MPa提高到 53.8 MPa,强度提高了18.8%,与WSt模型所预测的20.3%接近。
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    测试与表征
    2024铝合金搅拌摩擦焊焊缝区疲劳过程中的温度演变
    王昌盛, 熊江涛, 李京龙, 李鹏, 张赋升, 杨俊
    2015, 43 (9): 53-59.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.009
    摘要 ( 268 )   HTML( PDF (4748KB) ( 282 )   引文文本
    在转速300r/min、焊速60mm/min的参数下制备了8mm厚AA2024-O搅拌摩擦焊(FSW)接头,对母材与FSW接头进行组织观察及力学性能测试,并用红外热像仪记录疲劳过程中试样表面的温度变化。结果表明:FSW接头显示出了高梯度的组织结构不均匀性,具有较好的疲劳性能,前进侧热力影响区是其力学性能薄弱区;母材试样在循环载荷的作用下表面温度变化符合"三个阶段"的明显特征,而FSW接头表面温度在第一阶段与第三阶段的变化趋势与母材相似,在第二阶段呈下降趋势,焊核区与热力影响区晶粒通过不断的循环软化积累了大量的弹塑性应变能,使机械能向热能的转化率降低。
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    玻璃纤维-铝合金正交层板的拉伸性能研究
    王亚杰, 王波, 张龙, 马宏毅
    2015, 43 (9): 60-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.010
    摘要 ( 297 )   HTML( PDF (1989KB) ( 106 )   引文文本
    通过对两组具有不同铺层次序的玻璃纤维-铝合金正交层板进行拉伸实验,对比研究了铺层次序对材料拉伸力学行为的影响。载荷跌落前两组试件的拉伸力学性能和应力-应变曲线基本一致,说明玻璃纤维-铝合金正交层板的拉伸力学性能与纤维的铺层次序无关。提出了修正后的金属体积分数理论,准确预测了材料的弹性模量、屈服应力及拉伸强度。依据声发射数据和试件损伤失效形貌照片,分析了两组试件的拉伸损伤失效进程。结果表明,铺层次序的不同使得两组材料的损伤进程和破坏模式具有很大差异。最后,利用有限元方法对试件的拉伸力学行为进行了模拟分析,模拟结果与实验值吻合较好。
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    III型载荷分量对不同显微组织套管钻井用钢断裂韧性的影响
    许天旱, 冯耀荣
    2015, 43 (9): 66-73.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.011
    摘要 ( 281 )   HTML( PDF (5671KB) ( 83 )   引文文本
    利用疲劳试验机及SEM研究三种不同显微组织套管钻井钢I/III复合型断裂韧性。结果表明:珠光体-铁素体(PF)钢和铁素体-贝氏体-回火马氏体(FBM)钢的JT均随着III型分量增加先略有增加,然后单调下降,而回火马氏体(TM)钢则呈单调下降趋势,这归因于不同显微组织构成导致不同断口形貌。同时发现,在不同III型载荷分量下,TM钢均具有最大的JT,PF钢均具有最小的JT,FBM钢居中。对于三种钢,JIJ之间均具有线性关系,且材料强度越高,线性系数越小,更容易在剪切载荷下发生断裂。III
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    超声相控阵延迟时间的声速校正及在复合材料中的检测
    徐娜, 沙正骁, 史亦韦
    2015, 43 (9): 74-79.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.012
    摘要 ( 393 )   HTML( PDF (4161KB) ( 334 )   引文文本
    针对复合材料各向异性会导致声速随声波传播方向变化的现象,提出一种沿声波传播方向对相控阵延迟时间进行声速校正的方法。采用时域有限差分数值仿真方法分析相控阵超声波束在复合材料中的传播特性,验证提出的声速校正方法。搭建相控阵超声检测系统,对碳纤维增强树脂基复合材料平板试样进行检测实验,结果可见声速校正后近表面区域信噪比和缺陷检出率明显提高。研究表明所提出的相控阵延迟时间声速校正方法可缓解相控阵超声波束扩散,提高各向异性材料检测能力。
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    纤维体积分数对三维编织复合材料T型梁模态性能的影响
    王欢, 李嘉禄, 樊威
    2015, 43 (9): 80-86.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.013
    摘要 ( 318 )   HTML( PDF (2578KB) ( 214 )   引文文本
    采用悬臂梁自由衰减振动的实验方法研究了碳纤维三维四向编织复合材料T型梁的模态性能,分析了纤维体积分数对其固有频率和阻尼的影响。将实验得到的固有频率结果与有限元得到的固有频率结果作了对比。结果表明:三维四向编织复合材料T型梁的模态性能与激振点位置无关。且其固有频率随纤维体积分数的增大而提高,阻尼性能随纤维体积分数的增大而降低。通过阵型可以准确判断T型梁固有频率的阶数。实验结果与计算结果相一致。
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    多孔钛材料的动态力学响应研究
    王婧, 任会兰, 郝莉, 宁建国
    2015, 43 (9): 87-93.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.014
    摘要 ( 284 )   HTML( PDF (1819KB) ( 130 )   引文文本
    通过一级轻气炮加载,对孔洞具有一定规律的多孔钛材料进行了平板撞击实验及数值研究。基于锰铜压阻计测量到的实验波形,获得了冲击波在多孔钛材料中传播的衰减效应以及冲击波波速和波后粒子速度的 D-u 冲击绝热关系。依照实验情况在非线性动力学有限元软件中建立了数值模型,并根据计算结果得到了冲击波的压力-时间波形以及冲击绝热关系,拟合出了多孔钛材料的多项式形式Grüneisen状态方程。通过对压缩度 μ 进行泰勒展开,结合冲击波基本关系式及冲击绝热关系,从理论上得到了多项式形式Grüneisen状态方程系数的具体表达式。
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    基于均匀设计优化制备癸酸-棕榈酸/SiO2复合相变材料
    尚建丽, 张浩, 熊磊, 麻向龙
    2015, 43 (9): 94-102.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.015
    摘要 ( 416 )   HTML( PDF (2591KB) ( 116 )   引文文本
    以SiO2作为载体材料,癸酸-棕榈酸作为相变材料制备癸酸-棕榈酸/SiO2复合相变材料。基于均匀设计和多元非线性回归法研究了各因素对复合相变材料吸放湿性能和控温性能的影响。结果表明,各因素对性能影响的主次顺序为:溶液pH值>无水乙醇与正硅酸乙酯的物质的量比>癸酸-棕榈酸与正硅酸乙酯的物质的量比>去离子水与正硅酸乙酯的物质的量比>超声波功率;优化制备方案:溶液pH值为3.62,超声波功率为100W,去离子水与正硅酸乙酯的物质的量比为9.67,无水乙醇与正硅酸乙酯的物质的量比为5.21,癸酸-棕榈酸与正硅酸乙酯的物质的量比为0.52。
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    综述
    磁性纳米流体及其终端技术应用
    孙爱娟, 方芬
    2015, 43 (9): 103-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.016
    摘要 ( 392 )   HTML( PDF (3324KB) ( 132 )   引文文本
    综述了磁性纳米粒子制备技术的发展,重点讨论了磁性纳米粒子形成磁流体过程在极性或非极性载液中稳定悬浮的机理和磁性纳米流体的终端技术及其应用进展,并指出今后磁性纳米流体技术的研究工作应包括磁性纳米流体性能的主要影响因素、磁性纳米粒子与基液间的相容性、高温和长期使用条件下磁性纳米流体的稳定性以及添加剂的形状和属性对磁性纳米流体性能的影响等方面。
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