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  • 材料工程
      2016年, 第44卷, 第3期 刊出日期:2016-03-20 上一期    下一期
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    《材料工程》2016年第03期目次
    2016, 44 (3): 0-0.  
    摘要 ( 198 )   PDF (5725KB) ( 56 )   引文文本
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    材料与工艺
    Nb-Si超高温材料的放电等离子烧结(SPS)工艺研究
    张爱军, 韩杰胜, 马文林, 孟军虎
    2016, 44 (3): 1-8.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.001
    摘要 ( 450 )   HTML( PDF (11255KB) ( 79 )   引文文本
    以Nb,Si粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了二元Nb-Si超高温材料,研究了烧结温度、保温时间、加热速率和冷却速率等工艺参数对材料物相组成、微观组织和室温力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1300℃以上时,材料主要由Nbss(铌基固溶体)和α-Nb5Si3两相组成,材料的致密度和室温力学性能随着烧结温度的升高而不断提高,在1600℃制备的材料力学性能最好;在1600℃时,随着保温时间的延长,材料的物相组成和微观组织基本没有变化,而其力学性能有小幅度提高;较慢的加热速率和烧结完成后较快的冷却速率均有利于提高材料的室温力学性能。应用优化后的SPS工艺,制备出了室温综合力学性能优异的Nb-Si超高温材料。
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    SiO2-ZrO2陶瓷型芯与DZ125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应
    王丽丽, 李嘉荣, 唐定中, 刘世忠
    2016, 44 (3): 9-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.002
    摘要 ( 462 )   HTML( PDF (8534KB) ( 290 )   引文文本
    采用热压注工艺制备以钙稳定氧化锆为矿化剂的SiO2-ZrO2陶瓷型芯试板,继而通过定向凝固分别在1510℃和1530℃制备SiO2-ZrO2型芯与DZ125,DD5和DD6三种高温合金的界面反应空心试板,将空心试板于相同高度处横向剖开,对获得的合金/型芯界面反应试样的微观形貌进行SEM和EDS分析。结果表明,SiO2-ZrO2陶瓷型芯在1500℃以上的高温化学稳定性差,与DZ125,DD5和DD6合金均发生不同程度的界面化学反应,反应产物类型与合金成分密切相关。对于Hf含量较高的DZ125合金来说,合金中Hf与SiO2-ZrO2型芯中的SiO2反应生成HfO2,并在合金表面富集,阻止了合金中Al与型芯的反应。对于Hf含量较低的DD5,DD6合金来说,合金与SiO2-ZrO2型芯界面反应的产物是Al2O3,其由合金中Al与SiO2反应生成,而矿化剂钙稳定氧化锆对这一界面反应有促进作用。
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    表面纳米化-微弧氧化复合涂层对铝合金拉伸性能影响机制研究
    文磊, 王亚明, 金莹
    2016, 44 (3): 15-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.003
    摘要 ( 359 )   HTML( PDF (8660KB) ( 82 )   引文文本
    通过表面机械研磨处理(SMAT)在LY12CZ铝合金表面制备表面纳米化(SNC)过渡层,再采用微弧氧化(MAO)技术对纳米晶过渡层进行微结构重构,设计制备出纳米化-微弧氧化(SNC-MAO)复合涂层,并对比研究了表面纳米化、微弧氧化及纳米化-微弧氧化复合处理对基体铝合金拉伸性能的影响。结果表明,微弧氧化处理使基体铝合金的屈服强度和抗拉强度减小,而纳米化-微弧氧化复合处理则增加了基体铝合金的屈服强度和抗拉强度。在拉伸伸长率8%的条件下,相同厚度的纳米化-微弧氧化复合涂层比微弧氧化涂层具有更好的抗拉伸破坏能力,表现出更好的膜基结合性能。
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    基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料
    景鹏展, 朱姝, 余木火, 袁象恺, 刘卫平, 姜正飞
    2016, 44 (3): 21-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.004
    摘要 ( 625 )   HTML( PDF (3086KB) ( 210 )   引文文本
    碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。
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    真空热处理对激光近净成形In625和C-276合金性能的影响
    赵吉宾, 王志国, 赵宇辉, 龙雨, 王福雨, 来佑彬
    2016, 44 (3): 28-34.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.005
    摘要 ( 357 )   HTML( PDF (9672KB) ( 65 )   引文文本
    对激光近净成形两种镍基高温合金Inconel 625和Hastelloy C-276分别进行热处理实验,然后分析热处理工艺参数对合金室温拉伸性能的影响。结果分析表明:在800,900℃去应力热处理后,Inconel 625合金抗拉强度提升不明显,而在1000℃以上进行固溶处理后,合金抗拉强度得到提高。1100℃热处理后,Inconel 625合金的抗拉强度与沉积态相比得到明显提高。在800,900℃去应力热处理后,Hastelloy C-276合金强度也未明显提高,而在1000℃以上进行热处理,随着热处理温度提高,合金抗拉强度逐渐升高。1150℃进行热处理后,Hastelloy C-276合金的抗拉强度与沉积态相比得到明显提高。激光近净成形工艺制备的两种镍基高温合金室温拉伸断裂方式为韧性断裂。
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    中温固化耐高温酚醛树脂的制备及性能
    薛刚, 李坚辉, 王磊, 史利利, 张斌, 孙明明, 张绪刚
    2016, 44 (3): 35-39.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.006
    摘要 ( 286 )   HTML( PDF (2666KB) ( 120 )   引文文本
    利用硼酸、有机硅预聚物对酚醛树脂进行改性,同时引入活性单体间苯二酚,制得了可中温固化的耐高温改性酚醛树脂。采用FTIR对改性酚醛树脂的结构进行了表征;通过DSC,TGA考察了固化行为和耐热性能;通过SEM考察了固化物的微观形态,并结合EDAX能谱仪对其元素成分进行了分析。将改性酚醛树脂与无机组合填料及多聚甲醛混合制得了耐高温酚醛胶黏剂,经过100℃固化后测试了胶黏剂的粘接强度和耐温性。结果表明,胶黏剂可在中温固化并具有良好的耐高温和粘接性能,1000℃下试样剪切强度可达1.7MPa。
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    奥氏体化合金元素Mn和Ni对FV520B焊缝组织与力学性能的影响
    张敏, 刘明志, 张明, 李继红
    2016, 44 (3): 40-45.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.007
    摘要 ( 456 )   HTML( PDF (7325KB) ( 56 )   引文文本
    采用金相观察及扫描电镜(SEM)等研究了奥氏体化合金元素Mn和Ni对FV520B马氏体不锈钢的焊缝组织及力学性能的影响。结果表明,FV520B不锈钢的焊缝组织以回火马氏体为主,随着合金元素增加,焊缝组织变得更加细小。Mn,Ni元素能够有效提高焊缝中奥氏体的含量。合金元素对焊缝强度的影响较小,但当同时添加Mn,Ni元素时,焊缝抗拉强度和屈服强度得到提高。Mn,Ni元素能够通过提高焊缝奥氏体量改善焊缝的冲击韧度。相对于Mn元素,Ni元素提高焊缝韧性的效果更好。
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    稀土Y,Ce对K418镍基高温合金微观组织的影响
    金玉花, 韩萍花, 李常锋, 寇生中
    2016, 44 (3): 46-51.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.008
    摘要 ( 294 )   HTML( PDF (11154KB) ( 74 )   引文文本
    采用高真空电弧熔炼炉熔炼,制备了K418镍基高温合金。借助SEM对合金的组织进行观察,用EDS对合金中的相成分进行分析,研究了稀土元素Y,Ce对合金中气孔缺陷、γ'相以及(γ+γ')共晶相等的影响。结果表明:添加稀土元素明显减少了合金中的气孔缺陷,提高了合金的致密度,细化了合金枝晶组织。组织中碳化物的形态由大块状变为链状和小块状,γ'相尺寸变小且颗粒数目增多。 Y元素的加入能使合金中的(γ+γ')共晶相数目增加。但同时加入Y,Ce两种稀土元素后共晶相数目的增加更为显著。
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    高聚物熔体锥形收敛流场分布的影响因素数值分析
    任重, 黄兴元, 柳和生
    2016, 44 (3): 52-59.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.009
    摘要 ( 298 )   HTML( PDF (3948KB) ( 68 )   引文文本
    在入口收敛流基本方程基础上,通过建立锥形入口结构和有限元网格模型,运用数值仿真方法,采用Cross本构方程和壁面无滑移模型,速度采用二次插值、压力采用线性插值和黏度牛顿迭代的有限元计算方法,对影响广义等温流动熔体在口模入口和出口区域的压力、速度和剪切速率分布的熔体材料、工艺参数和口模形状等因素进行了数值分析。研究结果表明,压力分布与熔体黏度、流动指数、松弛时间、入口流率和流道压缩比等有直接关系,而法向速度和剪切速率仅受入口流率的影响较大。通过对多个因素量化分析表明,压力分布随着熔体黏度、入口流率和流道压缩比的增大而增大,而随着流动指数和松弛时间的增大而减小,法向速度和剪切速率随着入口流率增大而增大;这些影响因素使得口模出口处压力、法向速度和剪切速率均不为零,从而引发离模膨胀等问题。
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    TiO2/SrTiO3核壳结构光阳极制备及其光电化学性能
    李月英, 郭伟华, 郝洪顺, 苏青, 王辉利, 秦磊, 高文元, 刘贵山
    2016, 44 (3): 60-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.010
    摘要 ( 342 )   HTML( PDF (5583KB) ( 112 )   引文文本
    采用水热法在纳米多孔TiO2光阳极表面包覆一薄层SrTiO3,制得TiO2/SrTiO3核壳结构光阳极,并用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪、透射电镜及紫外可见吸收光谱对其进行表征。探讨了水热反应时间对TiO2/SrTiO3光阳极组装的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电化学性能的影响。结果表明:钙钛矿结构的SrTiO3包覆在纳米多孔TiO2光阳极的表面,形成TiO2为核SrTiO3为壳的光阳极;SrTiO3包覆的样品吸收边有红移;与TiO2光阳极相比,水热反应制备的TiO2/SrTiO3核壳结构光阳极组装的DSSC短路电流密度明显增加,5h时光电性能最优,短路电流密度为13.98mA/cm2,开路电压为0.74V,填充因子为0.45,全光转换效率为4.68%,提高了35.65%。
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    超声振动与激光加热耦合条件下Al基钎料在TiNi形状记忆合金表面润湿铺展行为
    李红, 陶博浩, 栗卓新, 郭福
    2016, 44 (3): 66-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.011
    摘要 ( 295 )   HTML( PDF (4989KB) ( 73 )   引文文本
    采用一种超声辅助激光钎焊的方法,对低熔点的Al基钎料在TiNi形状记忆合金合金表面进行了润湿性实验。研究结果表明:随超声时间增加,钎料铺展面积先增大后减少,润湿角先减小后增大。钎料润湿前沿存在Al2Si,Al3Si,AlSi等相,钎料熔滴中心靠近界面处,AlSi和AlSiTi相的晶粒尺寸及其中Si元素的含量均随超声时间增加而逐渐增大;随着激光功率的降低,钎料铺展面积逐渐降低,润湿角逐渐增大,在钎料熔滴中心靠近界面处生长出宽度小于10μm的AlSi(Ti,Ni)金属间化合物。当超声振动时间为1.0s,激光功率470W,母材表面粗糙度为0.03μm时,实验获得的最大铺展面积为106.45mm2,最小润湿角为16°。
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    硅藻土基无机抗菌材料的制备与性能
    李雅琳, 张健, 平清伟, 牛梅红, 石海强, 李娜
    2016, 44 (3): 72-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.012
    摘要 ( 392 )   HTML( PDF (4442KB) ( 71 )   引文文本
    选择硅藻土原土和煅烧硅藻土为载体,通过吸附方法将浓度为20×10-6的cpf抗菌剂负载到硅藻土上获得硅藻土基无机抗菌材料。采用扫描电镜、氮吸附测比表面积等手段进行表征,考察不同硅藻土的吸附性能,并对无机抗菌材料的抗菌性能进行了大肠杆菌抑菌圈实验研究。结果表明:硅藻土可以很好地吸附抗菌剂,硅藻土原土的最大负载率可达60.79%,煅烧硅藻土的负载率为24.78%,硅藻土原土的吸附效果明显优于煅烧硅藻土,这主要是由硅藻土不同的孔结构所导致。所制备新型硅藻土基无机抗菌材料具有较强的抗菌性能且持久长效,其抑菌圈尺寸均在20mm以上。
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    高强钢20MnTiB多工位冷镦变形行为
    肖志玲, 刘百宣, 孙红星, 刘华
    2016, 44 (3): 77-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.013
    摘要 ( 405 )   HTML( PDF (9271KB) ( 63 )   引文文本
    通过对高强螺栓多工位冷镦变形分区的金属流动、显微组织、力学性能及其变化规律进行分析,并采用Deform-3D数值模拟和实际产品成形相结合的方法,来研究高强材料的多工位冷镦变形行为。结果表明:多工位冷镦变形属于低动态变形;大、小变形区的宏观流线和显微组织有明显的"遗留性",而难变形区由于高强材料的"包辛格效应",铁素体由拉长的晶粒变成等轴晶粒,而珠光体的带状消失,组织"遗留性"最差;通过低动态多工位冷镦变形,20MnTiB高强钢微观组织中铁素体和珠光体均发生了形变强化,且硬度值的增幅相近。
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    测试与表征
    超级13Cr马氏体不锈钢在单质硫环境中的腐蚀行为
    李金灵, 朱世东, 屈撑囤, 马海霞, 吕雷, 王珂
    2016, 44 (3): 84-91.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.014
    摘要 ( 440 )   HTML( PDF (8981KB) ( 75 )   引文文本
    采用单质硫悬浮实验法,利用失重法、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和pH计等分析手段,研究了单质硫沉积对国产超级13Cr马氏体不锈钢在模拟高温高压环境中腐蚀行为的影响,分析了腐蚀产物的表面形貌、元素组成及其含量、组分以及单质硫对高浓度NaCl溶液酸化程度的影响。结果表明:国产超级13Cr马氏体不锈钢的耐蚀性能因单质硫的添加而降低,其均匀腐蚀速率随着单质硫含量的增大而增大,并且在90℃取得最大值,但均小于0.0125mm/a;单质硫的添加改变了腐蚀产物膜的组分,硫化物的含量随单质硫含量的增大而增大;单质硫/金属界面处的pH值因单质硫与水发生歧化反应而降低,进而降低了超级13Cr马氏体不锈钢的耐蚀性能,Cl-与单质硫协同作用进一步加剧其腐蚀。
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    r-PTFE对PBT非等温结晶动力学的影响
    林婷惠, 曹长林, 陈庆华, 钱庆荣, 黄宝铨, 夏新曙, 林新土, 肖荔人
    2016, 44 (3): 92-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.015
    摘要 ( 359 )   HTML( PDF (900KB) ( 63 )   引文文本
    以回收聚四氟乙烯(r-PTFE)为成核剂,对聚对苯二甲酸丁二醇酯(BPT)进行成核结晶改性,采用差示扫描量热仪(DSC)研究了PBT/r-PTFE复合材料的非等温结晶行为,考察了不同降温速率对PBT/r-PTFE共混物结晶行为的影响,并对其DSC扫描数据采用Jeziorny法和Liu-Mo法进行处理,采用Kissiinger法计算体系结晶活化能。结果表明:r-PTFE对PBT具有异相成核作用,可明显提高PBT的结晶度及其结晶速率,且加入r-PTFE并不会改变PBT的成核和增长方式。由Kissinger法计算得出的结晶活化能结果表明,加入r-PTFE树脂能够明显降低PBT的结晶活化能,进一步验证r-PTFE对PBT具有成核促进作用。
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    热连轧GH4169合金的点阵常数与蠕变性能
    李振荣, 马春蕾, 蒋成勇, 田素贵, 陈礼清, 刘相华
    2016, 44 (3): 97-102.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.016
    摘要 ( 331 )   HTML( PDF (5609KB) ( 350 )   引文文本
    通过对热连轧GH4169合金进行热处理、组织形貌观察、点阵常数测定及蠕变性能测试,研究热连轧GH4169合金的点阵常数与蠕变行为。结果表明:热连轧GH4169合金主要由γ基体、γ'和γ"相组成,经标准热处理后,合金中部分粒状γ'相重溶,且又在基体中析出扁平状γ"相;经X射线衍射分析表明,与热连轧合金相比,THR-ST-GH4169合金中γ基体、γ'和γ"相的点阵常数较小,但各相之间具有较大的晶格错配度,可有效阻碍位错运动,是合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的重要因素之一;在蠕变期间,热连轧合金的主要变形机制为位错的双取向滑移,而在THR-ST-GH4169合金中,可形成形变孪晶和发生位错滑移。
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    综述
    新型二氧化钛基光催化材料的研究进展
    陈昱, 王京钰, 李维尊, 鞠美庭
    2016, 44 (3): 103-113.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.017
    摘要 ( 906 )   HTML( PDF (2083KB) ( 419 )   引文文本
    TiO2以稳定性高、成本低廉等诸多优势在早期光催化研究中备受青睐。然而,TiO2光催化剂的可见光响应程度低、量子效率低等问题,使得光催化领域对 TiO2提出了更高的要求。本文围绕着二氧化钛基光催化材料,从晶面调控,表面等离子体共振及石墨烯复合三个方面入手,总结了在设计和合成光催化剂方面取得的创新性研究成果,最后基于结构设计、合成工艺优化以及新材料探索的角度对新型二氧化钛基光催化材料提出展望。
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    颗粒填充环氧复合材料的摩擦学性能研究进展
    于志强, 姜月
    2016, 44 (3): 114-121.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.018
    摘要 ( 397 )   HTML( PDF (819KB) ( 117 )   引文文本
    阐述了近年来颗粒填充环氧树脂复合材料摩擦学性能方面的研究进展。分析了填充颗粒的种类、尺寸、含量及颗粒表面改性对填充环氧树脂复合材料摩擦学性能的影响;讨论了载荷、滑动速率及温度等摩擦外在条件对其摩擦学性能的影响规律;探讨了目前颗粒填充环氧复合材料摩擦磨损机理的研究现状,指出了计算机模拟仿真技术将是颗粒填充环氧复合材料摩擦磨损性能未来研究的重要方向。
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    氮化硼二维纳米材料剥离制备技术研究进展
    刘闯, 张力, 李平, 陈永安, 崔雯雯, 张海林
    2016, 44 (3): 122-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.019
    摘要 ( 647 )   HTML( PDF (1188KB) ( 486 )   引文文本
    氮化硼二维纳米材料具有与石墨烯相当的强度、较宽的带隙、优良的化学稳定性和热稳定性,在绝缘、含氧、高温的条件下具有独特的应用价值,其制备技术及性能的研究是近年来材料科学领域研究的热点之一。剥离制备方法尤其是化学剥离法具有成本低、质量好、容易控制等优点,是制备氮化硼二维纳米材料的有效方法。本文详述了各种剥离方法制备氮化硼二维纳米材料的现状、存在的问题,指出深入研究剥离机理、开发新型高效剥离方法、制备稳定单层氮化硼应该是今后本领域的重点研究方向。
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