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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第10期 刊出日期:2015-10-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第10期目次
    2015, 43 (10): 0-0.  
    摘要 ( 99 )   PDF (5087KB) ( 78 )   引文文本
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    材料与工艺
    纳米氧化铜的制备及其室温脱除H2S的性能研究
    李芬, 雷涛, 杨莹, 张彦平, 魏进, 杨光辉
    2015, 43 (10): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.001
    摘要 ( 374 )   HTML( PDF (1665KB) ( 172 )   引文文本
    采用液相沉淀和固相反应法制备纳米氧化铜,借助XRD,XPS,TEM和BET等手段分析纳米氧化铜的结构,并考察结构对H2S脱除性能的影响。结果表明:改变制备工艺参数可获得不同晶粒尺寸的纳米氧化铜,随着晶粒尺寸的增大,材料的脱硫活性明显下降,其中晶粒尺寸为9.3nm的CuO的脱硫性能最好,H2S穿透时间可达270min;纳米氧化铜由于晶粒尺寸小导致的少量团聚对脱硫活性未产生明显影响,但其表面氧空位的出现和铜元素周围电子密度的下降有利于提高脱硫性能;纳米氧化铜的比表面积相差较小时,对脱硫活性的影响不显著,但如果颗粒堆积形成的不规则孔分布较窄,且同时存在着开放和收缩两种孔结构时,有利于H2S的脱除。
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    蒙脱土/碳纳米管组成对聚乙烯复合材料性能的影响
    代士维, 张乐天, 李俊, 乔新峰, 马跃
    2015, 43 (10): 7-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.002
    摘要 ( 261 )   HTML( PDF (1290KB) ( 131 )   引文文本
    将改性的纳米蒙脱土(MMT)和官能化的多壁碳纳米管(MWCNTs)进行复合,然后负载TiCl4催化组分,制备出纳米载体Ziegler-Natta催化剂,最后进行乙烯原位聚合得到含有多维纳米材料的聚乙烯基复合材料。通过调控纳米载体中两种材料的组成,研究蒙脱土/碳纳米管组成对纳米复合材料性能的影响。结果表明:纳米蒙脱土、改性碳纳米管复合作为催化剂的载体,能够得到高活性的乙烯聚合催化剂。两种纳米材料组成的改变,会影响聚乙烯复合材料的力学性能。当多壁碳纳米管与蒙脱土比例为1:1时,所得到的复合材料的拉伸强度为38.7MPa。
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    固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响
    马豪, 李岩, 王迪, 陆超
    2015, 43 (10): 14-19.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.003
    摘要 ( 332 )   HTML( PDF (3616KB) ( 130 )   引文文本
    研究热压成型过程中,不同固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻纤维在120,140℃和180℃分别处理2h后单纤维拉伸性能发生不同程度的下降。环氧树脂E-51在120,140℃和180℃下固化2h后拉伸性能未发生明显变化。基于环氧树脂的单向亚麻纱线增强复合材料分别在120℃和140℃固化成型时,拉伸强度和冲击强度变化不大。但当固化温度达到180℃时,由于亚麻纤维在高温环境下损伤较为严重,其增强复合材料的拉伸强度和冲击强度均发生明显的下降。然而复合材料的拉伸模量随着成型温度的升高有一定幅度的提升。
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    放电等离子烧结制备Nb-Si-Ti-Al-Hf-Cr合金的显微组织及力学性能
    赵东阳, 刘伟, 沙江波
    2015, 43 (10): 20-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.004
    摘要 ( 270 )   HTML( PDF (3429KB) ( 207 )   引文文本
    以预合金化的粉末尺寸D50为3.3μm的NbSS固溶体相细粉末,粉末尺寸D50分别为22.1μm和23.5μm的Nb5Si3和Cr2Nb化合物粉末为原料,采用放电等离子烧结技术制备NbSS/Nb5Si3两相合金和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相合金,研究显微组织形貌、室温和高温力学性能及高温氧化性能。结果表明:两相合金的显微组织由NbSS基体和呈均匀岛状分布的Nb5Si3组成,三相合金中NbSS有相互连接成基体的趋势,而Nb5Si3和Cr2Nb相也以块状散布在NbSS中。NbSS/Nb5Si3两相合金和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相合金的室温断裂韧性值KQ分别达到15.1MPa·m1/2和11.3MPa·m1/2,室温下合金中NbSS相以韧窝型断裂为主,对Nb-Si基合金的室温断裂韧性有利,而Nb5Si3和Cr2Nb相为脆性断裂。1250℃时NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb合金的压缩强度高于NbSS/Nb5Si3合金,但当温度上升到1350℃时两者强度出现反转。Cr2Nb相对合金高温抗氧化性能有利,1250℃下静态氧化100h时NbSS/Nb5Si3合金的氧化增重为233mg/cm2,大于NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb合金的175mg/cm2
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    变形终止温度对GCr15轴承钢显微组织的影响
    李振兴, 李长生, 马永强, 李涛, 张建
    2015, 43 (10): 28-34.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.005
    摘要 ( 343 )   HTML( PDF (3625KB) ( 85 )   引文文本
    采用MMS300热模拟试验机对GCr15轴承钢的热变形工艺进行模拟,研究变形终止温度对其显微组织的影响。结果表明,变形终止温度在770~870℃内变化时,其显微组织均为片层状珠光体+沿晶界分布的先共析碳化物,并且先共析碳化物周围存在铁素体薄膜。随着变形终止温度的升高,晶粒尺寸和珠光体团的尺寸均增加,珠光体的片层间距略微减小,硬度增加。通过回归分析获得维氏硬度与片层间距倒数的拟合方程HV=38.3S-1+92.7。变形终止温度在810~870℃内升高时,碳化物的网状程度增加。与810℃相比,变形终止温度为770℃和790℃时,碳化物的网状程度较严重。
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    轴重对轮轨材料滚动磨损与损伤行为影响
    丁昊昊, 王文健, 郭俊, 刘启跃, 朱旻昊
    2015, 43 (10): 35-41.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.006
    摘要 ( 404 )   HTML( PDF (4102KB) ( 252 )   引文文本
    利用WR-1轮轨滚动磨损实验机研究不同轴重下轮轨材料滚动磨损与损伤性能。结果表明:轮轨试样磨损率均随轴重增加呈现线性增加趋势,且钢轨试样磨损率大于车轮试样磨损率。轮轨试样硬化率均随时间呈现先增加后趋于稳定的变化趋势,轮轨试样塑变层厚度和硬化率均随轴重增加而增大,且车轮试样硬化率大于钢轨。车轮试样和钢轨试样表面损伤形貌不同,车轮试样表面表现为垂直于滚动方向的疲劳裂纹,钢轨试样表面表现为裂纹和块状剥落,轮轨试样表面损伤均随轴重增加而更加严重;车轮试样表面裂纹疲劳断裂和钢轨试样表面块状剥落形成磨屑,成分主要为Fe2O3和马氏体,随轴重增加,磨屑尺寸呈现增大趋势,但成分与含量无明显变化。
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    测试与表征
    Mg2B2O5W,SiC和Gr颗粒增强6061Al基复合材料的摩擦磨损行为
    丁雨田, 王冬强, 胡勇, 彭和思, 马国俊
    2015, 43 (10): 42-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.007
    摘要 ( 258 )   HTML( PDF (4367KB) ( 139 )   引文文本
    采用粉末热挤压法制备2%Mg2B2O5w/6061Al,2%Gr/6061Al,2%SiCp/6061Al,2%Mg2B2O5w+2%Gr/6061A,2%Mg2B2O5w+2%SiCp/6061Al,2%Mg2B2O5w+2%Gr+2%SiCp/6061Al单一及混杂增强的铝基复合材料,并对其耐磨性和摩擦行为进行研究。结果表明:随着载荷的增大,各种复合材料的磨损率均增大,石墨的添加增大了铝基复合材料的磨损率;复合材料的摩擦因数随载荷的增大而降低并趋于稳定,摩擦因数均介于0.22~0.32之间。未加入石墨的复合材料的磨损机制以磨料磨损和轻微的黏着磨损为主,加入石墨后复合材料的磨损机制转变为剧烈的黏着磨损。
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    PAN/插层高岭石复合材料制备及静电纺丝性能
    侯桂香, 谢建强, 姚少巍, 张翠云
    2015, 43 (10): 49-54.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.008
    摘要 ( 348 )   HTML( PDF (3104KB) ( 88 )   引文文本
    以二甲基亚砜为前驱体制备插层高岭石(K-DMSO),通过原位聚合制备聚丙烯腈(PAN)与K-DMSO 的复合物,利用静电纺丝技术制备PAN/K-DMSO复合纤维膜。采用XRD,FTIR,TEM和TGA研究PAN/K-DMSO复合物的微观形态和热性能,并采用SEM,POM和拉伸试验机对其纤维膜的形貌和拉伸强度进行测试表征。结果表明:PAN/K-DMSO中含有高岭石的内外羟基峰,表征层间距的d001值随PAN进入高岭石的层间而增大,部分高岭石被剥离形成厚度为2~5nm的片层结构分散在PAN基体中。K-DMSO的加入使PAN的耐热性提高,PAN纤维膜的直径减小,拉伸强度增加。PAN与K-DMSO的质量比为8:1时,PAN/K-DMSO纤维膜的拉伸强度与PAN相比,在未处理,冷压和热处理的情况下分别提高了0.92,1.73MPa和1.96MPa。
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    ZM6铸造镁合金微弧氧化膜层性能研究
    王志申, 孙志华, 王强, 刘明
    2015, 43 (10): 55-59.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.009
    摘要 ( 210 )   HTML( PDF (2649KB) ( 140 )   引文文本
    针对ZM6铸造镁合金,为获得综合性能优异的陶瓷膜层,在硅酸钠和氢氧化钠的碱性溶液中,用双向脉冲电源进行微弧氧化处理。采用环境扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)研究陶瓷膜层微观形貌及组成,采用拉伸法、中性盐雾试验、轴向加载疲劳试验等方法研究附着力、耐蚀性及疲劳性能等。结果表明:陶瓷膜层大致由表层疏松层、中间致密层以及内部过渡层组成,表层疏松多孔,过渡层与基体紧密结合。陶瓷层与基体结合好,附着力大于50MPa;微弧氧化处理后,大幅度提高合金耐腐蚀性能,中性盐雾大于336h;陶瓷膜层使基体疲劳性能降低18%。
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    纳米SiC浓度对Ni/纳米MoS2基复合镀层结构和耐磨性能的影响
    王红星, 谈淑咏, 柳秉毅, 沈彤
    2015, 43 (10): 60-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.010
    摘要 ( 304 )   HTML( PDF (4124KB) ( 169 )   引文文本
    采用双脉冲复合电镀技术,在瓦特型镀液中,制备含纳米SiC的Ni/MoS2基复合镀层。研究纳米SiC浓度对复合镀层微观形貌、组织结构、显微硬度和摩擦性能的影响。结果表明:镀液中添加纳米SiC后,Ni/MoS2复合镀层的微观形貌产生明显的变化,随镀液中SiC浓度的增加,复合镀层表面致密度提高;镀液中纳米SiC浓度在1.0~1.5g/L时,组织由Ni+MoS2+SiC组成;纳米SiC为1.5g/L时,显微硬度达到最大,为505HV,摩擦因数为0.28,分别为纯Ni/MoS2的1.6倍和1/2。复合镀层的磨损机制以磨料磨损为主。
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    烧结温度对20% ZrO2(3Y)/Al2O3复相陶瓷力学性能和微观结构的影响
    王丙军, 王晓民, 喇培清
    2015, 43 (10): 66-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.011
    摘要 ( 243 )   HTML( PDF (3460KB) ( 80 )   引文文本
    20%纳米ZrO2(3Y)粉末加入到高纯亚微米Al2O3粉中,采用高压干压成型方法和恒速升温多阶段短保温烧结方法制备出不同烧结温度下的复相陶瓷。研究烧结温度对复相陶瓷力学性能的影响,通过XRD,EDS和SEM对复相陶瓷进行元素组成和微观结构分析。结果表明:烧结温度在很大程度上影响着复相陶瓷的力学性能和微观结构,常压烧结1600℃保温8h时,相对密度、维氏硬度和断裂韧性达到最大,分别为98.6%,18.54GPa和9.3MPa·m1/2,而基体晶粒尺寸为1.4~8.1μm,ZrO2相变量为34.6%。1600℃下复相陶瓷具有优质的微观结构,断裂方式为沿晶-穿晶混合断裂模式。ZrO2(3Y)粉体的加入,从相变增韧、内晶型颗粒增韧和裂纹偏转等多个方面提高了复相陶瓷的断裂韧性。
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    磁性MH/Fe3O4/SR复合材料的耐热机理及摩擦性能
    王其磊
    2015, 43 (10): 73-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.012
    摘要 ( 281 )   HTML( PDF (1858KB) ( 126 )   引文文本
    以SR、纳米Fe3O4和纳米MH为主要原料制备MH/Fe3O4/SR磁性橡胶复合材料。研究纳米Fe3O4和纳米MH不同配比时,复合材料的物理力学性能变化、耐热以及摩擦性能变化。结果表明:纳米粒子在SR基体中分布较为均匀, 不同配比的Fe3O4/MH能够有效改善硅橡胶的物理力学性能。当配比20phrMH/10phrFe3O4时,复合材料的拉伸强度、伸长率有所改善,性能较普通硅橡胶提高了5%左右。随着纳米MH与Fe3O4填料填充量不断加大,复合材料耐热性能不断提高,摩擦因数有效降低。当纳米添加量为30phrMH/10phrFe3O4时,复合材料的分解温度提高为450℃,当纳米添加量为20phrMH/20phrFe3O4时,复合材料的摩擦因数降为0.52。
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    丁腈橡胶在硬质颗粒环境下的摩擦磨损特性
    郑金鹏, 沈明学, 厉淦, 彭旭东
    2015, 43 (10): 79-84.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.013
    摘要 ( 404 )   HTML( PDF (3422KB) ( 142 )   引文文本
    采用销-盘接触方式考察丁腈橡胶/316L不锈钢配副的摩擦磨损性能,探讨有无Al2O3硬质颗粒及颗粒尺寸对其摩擦学行为的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和表面轮廓仪分析配副材料的磨痕表面形貌。结果表明:硬质颗粒参与磨损能降低接触副表面的摩擦因数;大尺寸颗粒会加速橡胶的磨损并能嵌入橡胶基体形成微切削效应,而随着颗粒尺寸减小至数十微米时,颗粒的存在反而能减缓橡胶的磨损;但颗粒的介入均会加剧配副金属的磨损、硬质颗粒的犁削作用使钢球磨损表面存在大量的犁沟;此外,无颗粒及不同尺寸颗粒环境下丁腈橡胶/不锈钢摩擦副表现出不同的损伤机制。
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    Fe-0.03Te-0.3Pb-0.9Mn易切削不锈钢润滑滚动磨损机理研究
    何银花, 王发展, 王哲, 王永嘉, 焦炜, 韩双宗
    2015, 43 (10): 85-90.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.014
    摘要 ( 240 )   HTML( PDF (3914KB) ( 765 )   引文文本
    采用润滑滚动磨损实验测试Fe-0.03Te-0.3Pb-0.9Mn易切削不锈钢的表面摩擦磨损特性。比较不同磨损时间球珠作用下合金表面磨损形貌、体系硬度、摩擦因数和磨损体积的差异,并对其润滑滚动磨损机理进行深入研究。结果表明:磨损启动期,合金表面磨损性能相对稳定,在MnS和Pb等易切削相交互作用下,合金表面犁削底部开始产生裂纹;磨损稳定期,合金表面性能逐渐变化,犁削底部裂纹持续生长,交织的裂纹开始产生片状或块状凸起物;磨损失效期,合金表面润滑膜和剥落物大量脱落,剥落物形成磨料磨损,犁削逐渐贯通消失,合金表面体系相结构快速瓦解。
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    综述
    碳纳米管增强金属基复合材料的研究进展
    何天兵, 胡仁伟, 何晓磊, 李沛勇
    2015, 43 (10): 91-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.015
    摘要 ( 577 )   HTML( PDF (1024KB) ( 232 )   引文文本
    碳纳米管增强金属基复合材料由于高的比强度、比模量以及优异的热、电性能在航空航天领域具有很好的应用潜力,本文在分析大量文献的基础上,评述该类材料的制备技术和界面研究进展,对其典型性能进行归纳,指出碳纳米管的分散技术以及碳管、基体之间的界面特性应该是今后本领域的重点研究方向。
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    先驱体制备典型陶瓷(C,SiC和BxC)的化学反应机理研究
    张瑾, 苏克和, 马咏梅, 曾庆丰, 成来飞, 张立同
    2015, 43 (10): 102-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.10.016
    摘要 ( 301 )   HTML( PDF (4124KB) ( 290 )   引文文本
    以C3H6(丙烯)+H2,MTS+H2,CH4+BCl3+H2,C3H6(丙烯)+BCl3+H2为先驱体,采用量子力学结合统计热力学、变分过渡态理论和反应动力学等方法,研究制备典型陶瓷(C,SiC和BxC)的化学反应机理。重点阐述用精确量子化学方法获取可能中间体、过渡态的结构与热化学数据、用化学势极小原理确定复杂体系化学平衡规律,以及确定化学反应通道、最佳反应途径、速率常数和反应动力学规律等。为这些陶瓷材料应用于层状碳、抗氧化SiC以及自愈合BxC陶瓷的成分控制和工艺优化提供科学基础的同时,本文也指出理论方法中的不足和改进方向。
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