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  • 材料工程
      2016年, 第44卷, 第2期 刊出日期:2016-02-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2016年第02期目次
    2016, 44 (2): 0-0.  
    摘要 ( 178 )   PDF (5247KB) ( 77 )   引文文本
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    材料与工艺
    吹砂、抛光及其电解腐蚀后处理对单晶高温合金表面组织和再结晶行为的影响
    薛燕鹏, 胡立杰, 赵金乾, 李嘉荣
    2016, 44 (2): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.001
    摘要 ( 453 )   HTML( PDF (6761KB) ( 128 )   引文文本
    采用吹砂处理、砂带抛光、毡轮抛光3种表面处理使铸态单晶(SX)Ni基高温合金叶片表面形成塑性变形层,对叶片表面变形层进行电解腐蚀实验,然后进行标准热处理,研究了单晶高温合金叶片表面处理的变形层及其电解腐蚀后显微组织。结果表明:3种表面处理的铸态单晶高温合金叶片表面变形层深度分别约为6,3.5μm和2μm,并在吹砂处理和砂带抛光的表面变形层周围存在显微裂纹;表面变形层电解腐蚀过渡区内存在大量γ'变形组织,且3种表面处理的塑性变形残存量依次递减,而变形层完全电解腐蚀区内无塑性变形痕迹;标准热处理后,变形层未电解腐蚀区存在凹陷特征和再结晶晶粒,但无塑性变形痕迹;变形层完全电解腐蚀区无明显凹坑和再结晶晶粒。
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    三维介孔Bi2WO6光催化剂的制备及无机离子对其光催化活性的影响
    王丹军, 申会东, 郭莉, 张洁, 付峰
    2016, 44 (2): 8-16.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.002
    摘要 ( 378 )   HTML( PDF (5097KB) ( 212 )   引文文本
    以硝酸铋、钨酸铵为起始原料,采用水热法合成介孔Bi2WO6光催化剂,借助X射线粉末衍射(XRD)、固体紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、电子扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)对催化剂的物相组成、形貌和光吸收特性进行表征,并推测三维球状介孔Bi2WO6的形成机理;研究溶液pH值和环境水体中常见无机离子对Bi2WO6光催化降解亚甲基蓝的影响。结果表明:在强酸条件下,Bi2WO6表现出更高的光催化活性;环境水体中的无机离子对亚甲基蓝的光催化降解影响显著,阳离子如Fe3+,NH4+以及阴离子如卤素离子对其光催化降解具有很强的促进作用,Cu2+和NO2-几乎无影响,而Fe2+对其则具有明显抑制作用。
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    微量Zn对AM60-2%RE镁合金耐腐蚀性能的影响
    刘洋, 刘子利, 刘希琴, 陈红军, 李健
    2016, 44 (2): 17-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.003
    摘要 ( 378 )   HTML( PDF (4924KB) ( 254 )   引文文本
    采用X射线衍射仪、扫描电镜、极化曲线及电化学阻抗谱研究微量Zn对AM60-2%RE镁合金显微组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明:合金中添加的微量Zn主要固溶于基体中,未与合金中其他元素形成中间相;但Al11RE3相数量显著增加,沿晶界呈断续状态分布。随着Zn含量的提高,合金的腐蚀电流密度显著降低,电荷转移电阻增加,腐蚀产物的致密性提高,合金耐蚀性能得到明显地改善。添加0.8%Zn的合金的腐蚀速率为0.405mg·cm-2·d-1,降低至Zn含量为0.2%时的36%。
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    电脉冲处理对W6Mo5Cr4V2高速钢的影响
    邹磊, 武颖, 岑启宏
    2016, 44 (2): 23-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.004
    摘要 ( 317 )   HTML( PDF (1457KB) ( 76 )   引文文本
    研究电脉冲处理对铸态W6Mo5Cr4V2高速钢组织的影响及其机理,利用光学显微镜、XRD和EDS观察成分和微观组织的变化。结果表明:铸态高速钢的微观组织主要由MC,M2C和M7C3碳化物和马氏体、奥氏体、珠光体混合组成,碳化物在晶界处呈连续的网状分布,存在部分鱼骨状共晶碳化物;经过脉冲电流处理后,碳化物的物相种类未发生变化,但形态上由网状趋向于断裂,有明显的孤立和球化趋势,鱼骨状共晶碳化物消失,同时,碳化物含量减少,而基体中合金元素含量增加,基体的硬度提高。焦耳热和电磁力偶合物理效应是造成这些现象的主要机理。
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    超声波振动下SiC陶瓷颗粒与Zn-Al液态合金的相互作用机制
    张洋, 宋博瀚, 闫久春
    2016, 44 (2): 28-34.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.005
    摘要 ( 283 )   HTML( PDF (2804KB) ( 102 )   引文文本
    采用半固态机械搅拌结合超声波振动过程制备了SiC颗粒增强的Zn-Al合金复合材料,研究了超声波作用下SiC陶瓷颗粒与液态Zn-Al合金的相互作用机制。结果表明,超声波作用在Zn基复合材料上可以在液态Zn-Al合金内产生强烈的空化作用,空化作用可以破坏Zn-Al合金表面的氧化物及陶瓷颗粒表面吸附的气膜,使Zn-Al合金润湿裸露的SiC陶瓷颗粒表面并形成冶金结合。在超声振动下,SiC颗粒与Zn-Al合金界面非常平直且洁净,没有孔洞存在,是一种润湿型结合界面。
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    卷取温度对高Nb微合金钢组织、力学性能及第二相析出的影响
    王小江, 孙新军, 李昭东, 张正延, 雍岐龙, 李员妹
    2016, 44 (2): 35-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.006
    摘要 ( 301 )   HTML( PDF (4457KB) ( 82 )   引文文本
    采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试试验机和透射电镜(TEM)对一种高Nb微合金钢在400,450℃和500℃不同卷取温度下的组织、力学性能和第二相析出行为进行研究。结果表明:随着卷取温度的降低,卷取过程中过冷奥氏体转变所得贝氏体组织分别为粒状贝氏体(GB)、板条贝氏体铁素体(BF)+GB和板条BF。不同卷取温度下的实验钢析出的第二相主要为(Nb,Mo)C在位错线上的随机析出,部分区域观察到不同程度的相间析出。随着卷取温度的降低,(Nb,Mo)C析出量减少,粒子平均尺寸增大。随着卷取温度的升高,抗拉强度和屈服强度提高,低温冲击韧性下降。强度提高是由于尺寸小于10nm的(Nb,Mo)C大量析出产生的析出强化。
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    聚丙烯酸/聚丙烯复合塑料的制备及其阻垢性能
    黄海滨, 马敬环, 赵孔银, 郑海燕, 刘莹, 周晓峰
    2016, 44 (2): 43-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.007
    摘要 ( 357 )   HTML( PDF (2085KB) ( 94 )   引文文本
    以低分子量聚丙烯酸(PAA)共混改性聚丙烯(PP)制得1种具有阻垢效果的聚丙烯酸/聚丙烯(PAA-PP)复合塑料。以乙二胺四乙酸二钠(EDTA)络合滴定法评定PAA-PP复合塑料的阻垢性能,通过扫描电镜(SEM)观测塑料表面形貌并对CaCO3垢样进行分析。结果表明:PAA-PP复合塑料具有良好的阻垢效果,1.55%PAA含量的PAA-PP复合塑料最高阻垢率达92.77%;在PAA-PP复合塑料表面,CaCO3晶粒变小,不容易正常成核生长且规则有序地在其表面排列。
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    氮掺杂碳纳米管/铝基复合材料的制备及性能
    何卫, 王利民, 蔡炜, 汤超, 姚辉
    2016, 44 (2): 49-55.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.008
    摘要 ( 346 )   HTML( PDF (2317KB) ( 57 )   引文文本
    采用化学气相沉积法合成出氮原子掺杂的碳纳米管,再将其与铝基体进行复合制备出碳纳米管/铝基复合材料。运用TEM和XPS研究氮掺杂碳纳米管的结构形貌和掺杂形态,并对碳纳米管/铝基复合材料的力学和电学性能进行研究与分析。结果表明:碳纳米管呈现出竹节状周期性多层结构,且成功掺杂氮原子。与纯碳纳米管相比,基于氮掺杂碳纳米管的铝基复合材料具有更高的抗拉强度和电导率。由于氮原子的引入,改善了碳纳米管的分散度和浸润性,提升了其电子传递效率,从而更有利于其在金属基复合材料中的应用。
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    钛内衬复合材料环形气瓶结构设计与优化
    祖磊, 汪洋, 王继辉, 李书欣, 王路, 谢丽婷
    2016, 44 (2): 56-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.009
    摘要 ( 363 )   HTML( PDF (3504KB) ( 56 )   引文文本
    根据微分几何,推导环形气瓶测地线缠绕轨迹以及缠绕角应满足的稳定缠绕条件,并针对不同切点数进行线型轨迹仿真。基于有限元分析,针对钛合金内衬环形气瓶的初始缠绕角及缠绕层数进行优化设计,并评估对比有、无环向补强层的环形气瓶承载能力。结果表明:本文设计的测地线轨迹精确可靠,很好地满足环形气瓶的缠绕工艺性。优化设计的缠绕参数既满足工艺可缠性,又能提高环形气瓶的结构性能。此外,有环向补强层的气瓶爆破强度提高了14%,钛合金内衬屈服强度提高了24.8%。因此,采用环向补强层有利于进一步提高环形气瓶的承载性能。水压实验结果表明本文设计方法预测的变形和爆破压力与实验值吻合良好。
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    纳米ZnO/改性氢化蓖麻油复合材料的制备及性能
    段力民, 马建中, 吕斌, 鲁娟, 吴雄虎
    2016, 44 (2): 63-68.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.010
    摘要 ( 365 )   HTML( PDF (2467KB) ( 90 )   引文文本
    为改善纳米ZnO在油相有机介质中的分散性,采用异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ201)对纳米ZnO进行改性。采用扫描电镜(SEM)对改性后纳米ZnO的形貌进行表征,利用红外光谱仪(FTIR)对改性后纳米ZnO的结构进行表征,通过紫外-可见分光光度计(UV-Vis)及接触角测试仪(CA)等对改性后纳米ZnO的性能进行测试。结果表明:NDZ201成功对纳米ZnO进行表面改性,改性后纳米粒子的分散性得到改善,且粒子表面疏水化程度提高,亲油化度增加,紫外吸收强度增大。将NDZ201改性后纳米ZnO引入氢化蓖麻油中,制备纳米ZnO/改性氢化蓖麻油复合材料,并将该复合材料应用于皮革纤维中。纳米ZnO/改性氢化蓖麻油复合材料的乳胶粒呈球形;纳米ZnO与改性氢化蓖麻油具有抗紫外协同效应;与改性氢化蓖麻油相比,复合材料应用后皮革纤维具有更好的耐黄变性能。
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    测试与表征
    涂覆Na2SO4-25%NaCl盐膜的Super304H的热腐蚀行为
    李萍, 秦鹏, 赵杰, 李廷举, 庞胜娇
    2016, 44 (2): 69-74.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.011
    摘要 ( 276 )   HTML( PDF (3880KB) ( 152 )   引文文本
    应用增重分析法研究涂有Na2SO4-25%NaCl盐膜的Super304H在650,750℃空气中的腐蚀动力学曲线,采用XRD,SEM(EDS)和EPMA对腐蚀产物、腐蚀截面形貌和元素分布进行分析。结果表明:涂覆Na2SO4-25%NaCl盐膜的合金在650,750℃的腐蚀动力学曲线均呈"抛物线"趋势;合金表面形成了含CuFe2O4的富Fe氧化物(外层)与富Cr2O3(内层)组成的双层氧化膜以及含有孔隙的贫Cr、富Ni的腐蚀影响区;提高腐蚀温度或延长腐蚀时间均可以导致氧化膜与基体分离甚至剥落,腐蚀影响区孔隙密度增大,裂纹向基体延伸。分析认为:腐蚀初期合金发生选择性氧化,形成多层氧化膜;复合盐的熔融破坏氧化膜的完整性,加速氧化、氯化以及硫化的交互作用,导致内硫化和内氧化。
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    不同滑滚比下轮轨材料损伤行为
    周琰, 彭金方, 赵磊, 王文健, 李炜, 金学松, 朱旻昊
    2016, 44 (2): 75-80.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.012
    摘要 ( 449 )   HTML( PDF (2936KB) ( 73 )   引文文本
    在MMS-2A滚滑试验机上采用法向载荷120N(模拟轴重16t),转速500r/min,研究京沪高速铁路用钢轨U71MnK和车轮ER8配副在不同滑滚比下的材料损伤行为。利用SEM,EDX对不同滑滚比下的磨痕及剖面形貌和磨损表面元素进行分析。结果表明:不同滑滚比下摩擦因数变化趋势反映材料损伤的过程;轮轨材料的硬化程度随滑滚比增加而增加;不同滑滚比条件下的损伤机制不同:在近似滚动条件下,轮轨材料损伤较轻,主要为氧化磨损和局部剥落。随着滑滚比增加,轮轨材料损伤逐渐发展为疲劳磨损为主,并伴随氧化磨损和磨粒磨损,且磨粒磨损程度随滑滚比的增加而增加。
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    湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料弯曲性能的影响
    马少华, 王勇刚, 回丽, 许良
    2016, 44 (2): 81-87.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.013
    摘要 ( 310 )   HTML( PDF (4049KB) ( 205 )   引文文本
    采用不同温度下的三点弯曲测试方法,研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料吸湿前后弯曲性能的影响,分析了复合材料的吸湿量、断口形貌、动态力学性能及其加载曲线。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。干态试样的断裂形式都为脆性断裂,湿态试样只有在高温下未发生断裂。吸湿后复合材料的玻璃化转变温度(DMA Tg)为125℃,比干态时下降了16℃。在弯曲变形的前期,载荷和位移曲线都成线性变化,干态试样在载荷达到峰值之前会出现小的波动。湿态试样的后期会有明显的弯折或塑变,而且随着温度的升高这种现象越明显。
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    直接时效对GH4169合金应力集中敏感性的影响
    谢孝昌, 李旭东, 汤春峰, 付书红
    2016, 44 (2): 88-93.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.014
    摘要 ( 367 )   HTML( PDF (2839KB) ( 58 )   引文文本
    以直接时效态(DA)GH4169合金为研究对象,通过旋转弯曲疲劳实验,分别研究该合金在650℃和室温大气状态下,应力集中系数分别为Kt=1,Kt=3,Kt=4时的疲劳极限。结果表明,直接时效态GH4169合金在高温650℃和室温状态下,均具有很强的应力集中敏感性,650℃时的疲劳极限,Kt=4较Kt=1下降了68%;室温时的疲劳极限,Kt=4较Kt=1下降了66%。同时,直接时效态GH4169合金在室温条件下,疲劳极限较650℃显著降低,室温较650℃时的疲劳极限在Kt=1时下降了32%,Kt=3时下降了30%,Kt=4时下降了28%。
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    制动频率对CaSO4晶须增强树脂基复合摩擦材料性能的影响
    黄俊钦, 林有希
    2016, 44 (2): 94-100.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.015
    摘要 ( 274 )   HTML( PDF (2563KB) ( 137 )   引文文本
    采用热模压成型工艺制备CaSO4晶须增强树脂基复合摩擦材料(试样A),并选用一种市售材料(试样B)作对比,研究制动频率对两种材料摩擦学性能的影响,利用SEM及EDAX观测磨损表面形貌与表面膜成分变化,并分析其磨损影响机理。结果表明:随着制动频率的变化,由于CaSO4晶须的增韧补强作用,试样A的摩擦因数始终维持在较高水平0.48左右,制动平稳可靠,对偶件损伤程度轻,磨损机理以磨粒磨损为主;而试样B的摩擦因数则是先降低后升高,且对制动速率的变化敏感,磨损机理以黏着磨损和氧化磨损为主。两种材料摩擦表面温度及磨损率均随着制动频率的变化而升高,但在制动频率小于35次时,两种材料均表现出良好的耐磨性。
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    取向硅钢表面绝缘涂层微结构与耐腐蚀性能
    陈武山, 王晨, 付骏, 崔熙贵
    2016, 44 (2): 101-106.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.016
    摘要 ( 335 )   HTML( PDF (2132KB) ( 137 )   引文文本
    采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪和电化学工作站分别研究取向硅钢表面绝缘涂层的相成分、微观形貌、元素分布和耐腐蚀性能。结果表明:绝缘涂层为双层复合结构,底层为Mg2SiO4相,厚度为0.8μm;顶层为AlPO4相,厚度为1.4μm;两层结合处存在0.4~0.6μm的扩散层。与只涂单层Mg2SiO4相的试样相比,双层涂层试样具有更高的腐蚀电位和极化电阻,更低的腐蚀电流密度,因此耐腐蚀性良好。随着浸泡时间的延长,腐蚀溶液逐渐渗透至硅钢基底,发生腐蚀反应,其腐蚀过程可以分为3个阶段。
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    石油钻杆材料G105在不同条件下的疲劳断裂
    黄本生, 陈想, 陈勇彬, 李永斌
    2016, 44 (2): 107-114.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.017
    摘要 ( 364 )   HTML( PDF (2918KB) ( 81 )   引文文本
    采用国产PQ-6型旋转弯曲疲劳试验机研究钻杆管体材料G105的弯曲疲劳性能以及H2S腐蚀和缺口对试样弯曲疲劳性能的影响,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对光滑试样断口、缺口试样断口以及H2S腐蚀后试样断口进行微观形貌分析。结果表明:在光滑试样的疲劳极限载荷作用下,经过H2S腐蚀后的光滑试样的疲劳寿命和缺口试样的疲劳寿命相当,材料的疲劳寿命都从106降低至104;缺口试样在缺口的高应力集中效应下,加快疲劳裂纹形核过程。H2S腐蚀对钻杆疲劳性能影响的主要作用在于氢原子在材料内缺陷处聚集引起材料疲劳性能降低,缺口和H2S腐蚀都会加快疲劳裂纹的扩展。材料疲劳断裂主要是因为试样在交变应力的作用下上产生滑移最后致使位错塞积而导致的。
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    Fe-Cu合金相分离过程
    何统求, 王丽, 彭传校, 王胜海
    2016, 44 (2): 115-121.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.018
    摘要 ( 417 )   HTML( PDF (2984KB) ( 68 )   引文文本
    采用喷铸和单辊旋淬快速冷却法制备Fe80Cu20,Fe60Cu40,Fe50Cu50 3种成分Fe-Cu合金,利用SEM,XRD,DSC对其凝固微观组织、相结构及相变热力学过程进行观察和分析。结果表明:3种成分的Fe-Cu合金均发生了不同程度的相分离,且Cu含量越高,DSC降温曲线上出现的液-液相分离温度越高,结晶组织中相分离现象越明显;Fe80Cu20合金随着过冷度的增加,富Fe相枝晶晶粒尺寸变小的同时富Cu相的体积分数也不断减少,而Fe相、Cu相的晶格常数均随过冷度的增加而增大,过冷度的增加提高了分离相的固溶度;在Fe60Cu40及Fe50Cu50合金中富Cu区出现二次相分离的富Fe小球,且富Fe小液滴不断聚集以降低界面能。揭示了Fe-Cu相分离型合金的快速凝固过程。
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    综述
    特约3D打印技术研究现状和关键技术
    张学军, 唐思熠, 肇恒跃, 郭绍庆, 李能, 孙兵兵, 陈冰清
    2016, 44 (2): 122-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.019
    摘要 ( 1376 )   HTML( PDF (2336KB) ( 1361 )   引文文本
    本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。
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