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  • 材料工程
      2015年, 第43卷, 第11期 刊出日期:2015-11-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2015年第11期目次
    2015, 43 (11): 0-0.  
    摘要 ( 168 )   PDF (4872KB) ( 72 )   引文文本
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    材料与工艺
    氢辅助气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V及其机理研究
    王哲磊, 任学平, 侯红亮, 王耀奇, 逯伟
    2015, 43 (11): 1-8.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.001
    摘要 ( 341 )   HTML( PDF (5904KB) ( 274 )   引文文本
    对气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V过程中未发泡的坯料进行置氢处理,然后再进行等温发泡。运用阿基米德原理对发泡后坯料孔隙率进行测量。通过OM和SEM对坯料内部微观特征进行观察。研究氢对坯料等温发泡过程的影响规律及作用机制。结果表明:质量分数为0.15%的氢能将坯料最佳发泡温度降低60℃,即在890℃下孔隙率可达到32.88%(体积分数),孔径达到160μm,孔洞分布弥散的泡沫Ti-6Al-4V。主要机理:氢以降低坯料(α+β)/β相转变温度的方式,提高基体内塑性较好的β相比例,并能在一定程度上软化α相,降低坯料高温流变应力,进而降低最佳发泡温度。
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    化学气相沉积中的气相生长碳纤维
    张保法
    2015, 43 (11): 9-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.002
    摘要 ( 414 )   HTML( PDF (1808KB) ( 118 )   引文文本
    用扫描电子显微镜观察了化学气相沉积过程中柔性石墨纸表面产生的热解炭的形态。研究发现:热解炭不仅呈胞状平铺在柔性石墨纸表面,而且还形成了气相生长碳纤维。这类特殊形态的碳纤维在直径较小时具有明显的生长尖端。随着气相生长碳纤维的生长,直径变大,由一层一层的热解炭组成同心圆结构,当气相生长碳纤维直径超过50μm时尖形头部变成半球形。
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    纯钛基体长效超疏水表面的低成本制备
    王晨玥, 杨文秀, 张洪敏, 王莼, 汪涛
    2015, 43 (11): 13-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.003
    摘要 ( 236 )   HTML( PDF (2087KB) ( 186 )   引文文本
    为降低钛基上超疏水表面的制备成本,提高超疏水表面的耐久性能,以喷砂-阳极氧化法在纯钛基体上构造微纳复合粗糙结构,并使用商用氟碳罩光漆直接对其进行修饰获得超疏水性表面。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和接触角测试等技术对超疏水性表面的化学组成、表面形貌、润湿性和表面耐久性进行了研究。结果表明:喷砂处理在钛基表面构筑微米级凹坑,阳极氧化通过形成网状氧化膜在钛基表面构造纳米级结构,氟碳罩光漆修饰该微纳复合粗糙表面后,为表面引入大量含氟基团,使其获得超疏水性能。超疏水性表面与纯水的静态接触角达162°±2.3°,滚动角为2.1°±0.2°,具有优异的环境耐久性。
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    Ta/Pt双底层Co/Ni多层膜的反常霍尔效应
    俱海浪, 李宝河, 刘帅, 于广华
    2015, 43 (11): 19-23.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.004
    摘要 ( 241 )   HTML( PDF (2141KB) ( 117 )   引文文本
    通过JGP560A型磁控溅射仪制备了一系列以Ta/Pt为底层的Co/Ni多层膜样品,研究了多层膜中Pt缓冲层厚度、周期层中Co与Ni厚度以及多层膜周期数对样品反常霍尔效应和磁性的影响。结果发现:逐渐增厚的Pt层可以使样品的矫顽力增加,但是分流作用会导致样品的霍尔电阻降低,通过比较确定Pt缓冲层的厚度为2nm;磁性层中Co和Ni都处于一定厚度范围内时,多层膜的霍尔回线才能具有良好的矩形度,当厚度超出其特定范围时,多层膜的矩形度会变差,经过分析确定磁性层中Co和Ni的厚度为均0.4nm;磁性层的周期数对样品的性能也有着显著的影响,最终通过对周期数优化获得的最佳样品结构为Ta(2nm)Pt(2nm)Co(0.4nm)Ni(0.4nm)Co(0.4nm)Pt(1nm),该样品的霍尔回线矩形度非常好,霍尔信号明显,该样品总厚度在7nm以内,可进一步研究其在垂直磁纳米结构中的应用。
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    微合金钢回温变形时的组织转变和铁素体动态再结晶行为
    马江南, 杨才福, 王瑞珍
    2015, 43 (11): 24-31.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.005
    摘要 ( 336 )   HTML( PDF (8634KB) ( 110 )   引文文本
    采用GLEEBLE 3800热模拟机进行回温变形热压缩实验,研究回温温度对微合金钢组织转变和铁素体动态再结晶行为的影响。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和背散射电子衍射观察实验钢的微观组织和晶粒取向,并对形变时的应力-应变曲线进行分析。结果表明:实验钢回温变形可获得超细晶组织,晶粒平均等效直径约2μm;在回温过程中变形发生动态回复形成亚晶组织,峰值温度变形发生铁素体动态再结晶形成超细晶粒;动态再结晶机制包括晶界迁移和亚晶的转动生长,回温到700℃和750℃时以前者为主,再结晶不充分,保留了条带状变形铁素体,800℃变形时,两者共同作用,形成均匀的等轴状超细晶组织;通过线性回归计算得到实验钢峰值温度变形时铁素体动态再结晶激活能Qd=250.18kJ/mol。
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    基于最大m值法和恒应变速率法的Ti3Al基合金超塑变形行为研究
    付明杰, 许慧元, 刘佳佳, 韩秀全
    2015, 43 (11): 32-38.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.006
    摘要 ( 283 )   HTML( PDF (12471KB) ( 95 )   引文文本
    分别采用最大m值法和恒应变速率法对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金板材进行超塑拉伸,研究了940~1000℃、5.5×10-5~1.7×10-3s-1和不同拉伸轴方向的超塑性变形行为。结果表明:采用最大m值法获得的伸长率均高于恒应变速率法的,分别在980℃、垂直轧制方向获得了1596%的最大伸长率和960℃、3.3×10-4s-1、与轧制方向成45°获得了932%的伸长率。原始纤维组织经过超塑变形后发生等轴化,并且等轴晶粒随着应变速率的减小和温度的升高,长大程度逐渐增大。最大m值法超塑拉伸可以明显减少孔洞的产生。
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    线性摩擦焊接头形成过程及机理
    张传臣, 张田仓, 季亚娟, 黄继华
    2015, 43 (11): 39-43.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.007
    摘要 ( 307 )   HTML( PDF (5226KB) ( 187 )   引文文本
    分析了异质钛合金线性摩擦焊接头焊合线近域组织结构,结合飞边形貌及组织特点,探讨了线性摩擦焊接头的形成机理。结果表明,在线性摩擦焊接过程中摩擦界面温度超过钛合金基体材料相变点,焊后摩擦界面两侧均有高温塑性层残留并发生再结晶,焊缝区为完全再结晶组织,TC11侧焊缝区为细小针状组织,TC17侧焊缝区为亚稳态β组织。异质钛合金线性摩擦接头形成机理研究表明,在线性摩擦焊接过程中以及焊后摩擦界面始终存在,界面两侧的高温黏塑性金属没有发生机械混合,界面两侧原子发生了扩散迁移现象,在接头结合界面处形成扩散过渡区。摩擦焊通过扩散与再结晶的共同作用形成焊接接头。
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    测试与表征
    NiAl/AlBN封严涂层的电偶腐蚀行为
    孙杰, 石超, 赵丹
    2015, 43 (11): 44-49.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.008
    摘要 ( 291 )   HTML( PDF (2002KB) ( 115 )   引文文本
    采用空气等离子喷涂工艺制备了NiAl/AlBN封严涂层。研究了NiAl/AlBN涂层在5%(质量分数)NaCl溶液中的电偶腐蚀行为。结合极化曲线、开路电位和微观形貌(SEM)观察,对封严涂层的腐蚀机理进行了探讨。通过计算出的平均电偶电流密度,评价了NiAl/AlBN封严涂层的电偶腐蚀敏感性。结果表明,AlBN涂层的腐蚀电位较NiAl涂层低,两者相差约70mV,电偶腐蚀过程中,腐蚀电位较低的AlBN涂层作为电偶对的阳极发生腐蚀,NiAl涂层作为阴极得到保护。NiAl/AlBN涂层的电偶电流密度为3.5331μA/cm2。电偶腐蚀后,电偶对的阳极、阴极的自腐蚀电位均降低了,阳极电位从-808mV负移到-883mV,阴极电位从-740mV负移到-800mV;电偶电位为-814mV。随着腐蚀时间的延长,AlBN涂层的防护性能逐渐减弱。
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    不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能
    王海斗, 董美伶, 崔秀芳, 邢志国, 朱丽娜, 刘金娜
    2015, 43 (11): 50-56.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.009
    摘要 ( 281 )   HTML( PDF (3329KB) ( 304 )   引文文本
    通过直流磁控溅射方法制备出四个不同厚度的纳米Ti薄膜,并分别采用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪研究了Ti薄膜的力学性能和残余应力大小,结合分形维数方法和原子力显微镜对薄膜表面粗糙度和表面形貌进行了分析。实验结果表明:随Ti薄膜厚度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,表面粗糙度和残余应力值随厚度的增加先增大后减小,而Ti薄膜弹性模量和硬度随薄膜厚度增加呈现出先减小随后增大的趋势。当薄膜厚度为600,2400,3600nm时薄膜中存在残余压应力,厚度为1200nm时存在残余拉应力,薄膜中残余应力分布最为均匀,但此时薄膜具有较低的硬度和弹性模量值。分析得出Ti薄膜中存在残余拉应力会使薄膜硬度和弹性模量值变小,残余压应力反之。
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    Sn-Sb-Cu-Ni焊料和焊点在低温条件下组织和性能研究
    陈海燕, 曾键波, 谢羽, 路美秀, 牛艳, 李霞
    2015, 43 (11): 57-64.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.010
    摘要 ( 320 )   HTML( PDF (4006KB) ( 192 )   引文文本
    为保证Sn-Sb-Cu-Ni合金及焊点在低温环境下使用可靠性,将SnSb4. 5CuNi合金焊料和焊点在25,-10,-20,-60℃恒温环境中进行储存565天后,考察了不同温度下SnSb4. 5CuNi合金微观组织形貌、物相、密度、电导率、抗拉强度和塑性的变化,通过纳米压痕法测量SnSb4. 5CuNi/Cu焊点界面过渡层Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的硬度和弹性模量,对焊接接头进行抗拉强度、剪切强度和低周疲劳测试。结果表明:合金主要由SbSn和β-Sn组成,低温处理565天后合金组织形貌逐渐转变为树枝状组织,焊料合金的密度和电导率均随温度降低而升高,表明经低温储存后合金没有发生灰锡转变,但脆性SbSn相析出量的增多和枝晶组织致使铸态合金的拉伸强度降低,增加了合金脆断风险;随着温度的下降,焊接界面IMC层的弹性模量和硬度增大,焊件拉伸破坏模式从焊料内部转为IMC层,断口越趋平整,焊件的抗拉强度、抗剪强度下降,呈现了低温脆性断裂的倾向。
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    相变微胶囊及其低温防护复合织物的调温性能
    陈旭, 王瑞, 刘星, 李孟轩, 史汝琨
    2015, 43 (11): 65-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.011
    摘要 ( 378 )   HTML( PDF (1541KB) ( 136 )   引文文本
    为了研究相变微胶囊复合织物内部环境的耐低温性能,自制了一种低成本相变微胶囊,将其涂覆于平纹、斜纹、纬平针三种类型织物,并对不同类型织物内环境的耐低温性能进行测试和评价。采用原位聚合法,以尿素-密胺树脂为壁材,正十八烷为芯材制备相变微胶囊,同时对其热性能进行分析。将相变微胶囊发泡涂覆至平纹、斜纹、纬平针三种织物表面,并对复合织物进行了多组性能测试。实验结果显示,相变微胶囊的表面光滑,呈圆球形,重均粒径约为20.6μm。包覆率达到89%,相变热焓达到了200.5J/g。整理后三种织物的热阻性能分别提高了31%,25%,29%。耐低温性能研究结果表明:平纹组织的耐低温效果最佳,其低温抵抗时间约为6min。复合织物的透气性能略有降低,经、纬向断裂强力分别增加了17%和11%。
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    陶瓷材料维氏压痕形貌仿真与实验分析
    王家梁, 马德军, 陈伟, 黄勇, 白盟亮
    2015, 43 (11): 71-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.012
    摘要 ( 273 )   HTML( PDF (2122KB) ( 97 )   引文文本
    基于有限元数值分析模型对陶瓷材料维氏压入过程中产生的压痕形貌进行仿真。以Si3N4和ZrO2两种典型陶瓷材料为例,对其有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长和维氏硬度进行对比,结果表明,Si3N4和ZrO2的有限元仿真压痕与实验测量压痕对角线半长分别相差0.39%和-0.53%,维氏硬度分别相差-2.7%和4.2%。随着压头与材料间的摩擦因数由0变化至0.5,有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长分别相差0.28%和0.27%,维氏硬度分别相差0.14%和0.21%。此外,应用本方法对其他几种典型陶瓷材料(Al2O3,ZTA,SiC,Silica)维氏压入有限元仿真计算值与实验真实测量值进行了对比,其压痕对角线半长分别相差1.14%,-0.57%,-0.89%,0.41%,维氏硬度分别相差-2.24%,1.12%,1.85%,-0.86%。据此可知,陶瓷材料维氏压痕形貌可由有限元数值仿真方法获得,从而解决了陶瓷材料维氏硬度测试过程中因压痕不够清晰导致的测量数据不准问题,为下一步探索基于仪器化压入响应识别陶瓷材料维氏硬度以及其他各力学性能参数提供技术基础。
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    锰对扩散退火后热浸镀Al-Mn镀层抗磨粒磨损性能的影响
    舒冠华, 李新梅, 王攀
    2015, 43 (11): 77-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.013
    摘要 ( 275 )   HTML( PDF (5588KB) ( 128 )   引文文本
    采用SEM,EDS,XRD等方法分析经扩散退火后Al-Mn镀层的组织结构、元素成分及表面形貌。采用动载磨粒磨损试验机研究Al-Mn镀层的抗磨粒磨损性能,并探讨其磨损机理。结果表明:纯铝镀层主要是由Fe4Al13相和FeAl相组成,铝锰合金镀层表面主要是由MnAl6,Mn3Al10,Fe4Al13相组成;Mn含量接近共晶点的Al-2%(质量分数,下同)Mn试样抗磨粒磨损性能最好;纯Al、Al-2%Mn镀层的磨粒磨损是微观断裂(剥落)机理占主导地位,Al-9%Mn,Al-13%Mn镀层的磨料磨损主要是多次塑变(微观犁皱)引起的。
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    不同结构UHMWPE纤维纬编针织复合材料弯曲性能
    李翠玉, 罗岳文, 贾静艳, 冯亚男, 杨雪
    2015, 43 (11): 84-90.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.014
    摘要 ( 318 )   HTML( PDF (3153KB) ( 227 )   引文文本
    以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,在电脑横机上编织出较理想的UHMWPE纤维纬平针、罗纹、畦编针织结构织物。采用VARTM工艺、(0°,90°)3s铺层方式成功制备了六层纬平针、六层罗纹以及六层畦编UHMWPE纤维纬编针织复合材料板。对三种复合材料板的弯曲性能及其影响因素进行研究,比较并分析其弯曲应力-挠度变化曲线和破坏形式。结果表明:三种UHMWPE纤维纬编针织结构增强复合材料的弯曲应力-挠度曲线具有非线性特征,曲线均类似于抛物线;其中,纬平针织结构复合材料的弯曲强度最大,罗纹次之,畦编最小;承受弯曲破坏的主要是树脂基体,没有出现增强体断裂、撕开等现象,表明由高强聚乙烯纤维制成的增强体材料具有较强的韧性与较高的强力。
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    综述
    快速凝固Al-Fe-V-Si耐热铝合金研究进展
    刘莹莹, 郑立静, 张虎
    2015, 43 (11): 91-97.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.015
    摘要 ( 307 )   HTML( PDF (1292KB) ( 232 )   引文文本
    快速凝固技术制备Al-Fe-V-Si系合金,可以获得细小弥散且高温下扩散率低的第二相粒子,从而获得良好的耐热性能。本文综述了Al-Fe-V-Si系合金的发展历程,着重介绍了Al-Fe-V-Si系合金的制备工艺、微观组织控制及强化措施;分析了该合金目前发展中存在的问题,并阐述了该合金今后的发展应重点集中在工艺优化、提高热稳定等方面。
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    基于唑类离子的含能离子盐的研究进展
    王双洁, 管萍, 胡小玲, 田甜
    2015, 43 (11): 98-105.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.016
    摘要 ( 289 )   HTML( PDF (1220KB) ( 283 )   引文文本
    近年来唑类含能盐已成为新型含能材料的研究热点,以咪唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑以及四唑含能离子盐为代表的唑类含能盐的研究和应用发展迅猛。根据近五年来国内外在该领域的研究成果,综述了各类唑类含能盐的研究成果。唑类含能盐的研究重点将基于量化计算,使用简化的合成路线,合成出等效安全的新型含能离子盐。
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    钢管磁特性对涡流检测影响的研究进展
    宋凯, 康宜华, 张丽攀, 彭旭钊
    2015, 43 (11): 106-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.017
    摘要 ( 309 )   HTML( PDF (1043KB) ( 142 )   引文文本
    钢管应用于多个重要工业领域,工况恶劣复杂,对其实施无损检测则尤为重要。涡流检测由于具有诸多优点,增添磁饱和器是检测钢管的常用方法,但目前检测时忽视了钢管磁特性的独特影响,认为在饱和磁化后钢管成为非铁磁性管道,机理认识不足会引起缺陷量化评价的失真。简述了钢管涡流检测的机理和方法,分析讨论了影响涡流检测信号的缺陷漏磁场和缺陷区域畸变的磁导率等磁特性因素。指出了钢管内壁缺陷检出造成现有评价手段的混乱,并总结了当前研究的发展趋势,为钢管涡流检测的未来研究方向提供借鉴。
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