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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第9期 刊出日期:2017-09-20 上一期   
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    2017, 45 (9): 0-0.  
    摘要 ( 138 )   PDF (5154KB) ( 70 )   引文文本
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    综述
    铁基非晶涂层的研究进展
    梁秀兵, 程江波, 冯源, 陈永雄, 徐滨士
    2017, 45 (9): 1-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000475
    摘要 ( 892 )   HTML( PDF (2108KB) ( 336 )   引文文本
    综述铁基非晶涂层的研究进展,介绍典型的铁基非晶涂层合金体系及分类,重点讨论热喷涂和激光熔覆制备铁基非晶涂层技术的现状、进展和发展趋势,阐述铁基非晶涂层的主要力学性能特点及目前的应用概况。在综述铁基非晶涂层目前存在主要问题的基础上,指出今后的发展方向应体现开发高非晶含量铁基涂层的制备工艺与技术,研制新型低成本高性能铁基非晶涂层材料以及拓宽铁基非晶涂层的应用领域等趋势。
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    金属增材制造技术发展动向及无损检测研究进展
    杨平华, 高祥熙, 梁菁, 史亦韦, 徐娜
    2017, 45 (9): 13-21.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001226
    摘要 ( 505 )   HTML( PDF (3257KB) ( 411 )   引文文本
    简要论述金属增材制造技术的国内外发展动向、应用情况,以及金属增材制造制件的特点和检测难点等;重点报道金属增材制造制件无损检测研究进展,主要包括金属增材制造的主要工艺类型及缺陷特征、组织特征,缺陷对性能影响的分析,无损检测方法研究现状,以及无损检测标准方面的最新进展等。在此基础上,对金属增材制造制件无损检测未来应关注的研究方向给出建议,即无损检测新技术的应用、在线检测方法、数值模拟技术、应力测试与特征技术和无损检测方法标准的建立和完善。
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    纳米银的合成及其抗菌应用研究进展
    叶伟杰, 陈楷航, 蔡少龄, 陈利科, 钟同苏, 王小英
    2017, 45 (9): 22-30.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001177
    摘要 ( 393 )   HTML( PDF (2670KB) ( 193 )   引文文本
    病原微生物严重威胁着人类的健康安全,纳米银作为一种新型抗菌材料,其制备与应用已成为纳米材料领域的研究热点。本文综述了纳米银的主要合成方法,包括多糖法、Tollens试剂法、辐射法、生物法和多金属氧酸盐法等,具有原料广泛、反应温和、成本低廉和环境友好等优点。基于纳米银的优异抗菌性能,总结了纳米银的抗菌机理及其抗菌应用,并展望了纳米银在抗菌涂料、抗菌包装等领域的发展前景。
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    研究论文
    石墨烯/聚酰亚胺复合石墨纤维的结构与性能
    李娜, 马兆昆, 陈铭, 宋怀河, 李昂, 贾月荣
    2017, 45 (9): 31-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000251
    摘要 ( 374 )   HTML( PDF (3519KB) ( 117 )   引文文本
    采用干湿法纺丝工艺制备氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维,然后将复合纤维进行炭化和石墨化处理得到石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维及石墨纤维。对复合碳纤维进行热重分析、Raman、力学性能、传导性能、形貌等测试分析。结果表明,氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)的复合纤维的耐热性能最佳;氧化石墨烯的加入,使石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维的力学性能和传导性能明显提高,石墨化程度增加。当复合碳纤维2800℃石墨化后,氧化石墨烯含量增加到2.0%时,复合石墨纤维的热导率达到435.57 W·m-1·K-1,结构更加致密。
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    碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能
    曾少华, 申明霞, 段鹏鹏, 郑鸿奎, 王珠银
    2017, 45 (9): 38-44.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001326
    摘要 ( 296 )   HTML( PDF (2887KB) ( 100 )   引文文本
    通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。
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    Cu-CF/EP复合材料导电与阻尼性能研究
    赵雄伟, 臧充光, 焦清介, 马庆坤
    2017, 45 (9): 45-51.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001412
    摘要 ( 299 )   HTML( PDF (2865KB) ( 62 )   引文文本
    研究不同长径比的碳纤维(CF)对环氧树脂阻尼性能的影响,从结构设计上对CF镀铜处理,采用SEM对镀铜CF(Cu-CF)进行验证,并研究Cu-CF/EP复合材料的力学、导电以及阻尼性能。结果表明:CF表面镀铜均匀;加入较少量大长径比CF能很好地提高复合材料的冲击强度,但是弯曲强度却明显降低,而加入较多的小长径比CF对材料的力学性能有所增强。此外CF-P3200能很好地提高复合材料的导电性能和阻尼性能。
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    基于“离位”增韧技术Z向注射RTM成型的浸润研究
    董抒华, 李伟东, 丁妍羽, 贾玉玺, 刘刚, 魏春城
    2017, 45 (9): 52-58.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001418
    摘要 ( 167 )   HTML( PDF (3340KB) ( 53 )   引文文本
    针对"离位"增韧技术和Z-RTM成型技术,引入饱和度参数修正Darcy定律,建立描述树脂在纤维预制件中非稳态流动的偏微分方程,研究恒流注射过程中体积流量、树脂黏度和纤维预制件渗透率等工艺参数对非稳态浸润过程注入压力的影响,模拟树脂在层间未增韧和增韧纤维预制件束内和束间的流动。结果表明:数值模拟结果具有可靠性;随着注射时间的增加,纤维预制件内部各点的压力增加;随着体积流量、树脂黏度的增加,注入压力线性增加,而随着纤维渗透率的增加,注入压力减少,符合Darcy定律;实现了树脂在纤维预制件细微观层次浸润的可视化,这种可视化结果为预测树脂在预制件中的宏观流动提供了重要补充,并为实际工艺提供了一定指导作用。
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    超浸润性金属丝网的制备及工艺优化
    陈宏霞, 马福民, 黄林滨
    2017, 45 (9): 59-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000009
    摘要 ( 257 )   HTML( PDF (3389KB) ( 82 )   引文文本
    为拓展三维丝网的应用,强化其微结构作用效果;通过采用直接氧化法和液相、气相沉积成功制备超浸润性Cu丝网(200PPI)。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、接触角仪及高速摄像分别对丝网的结构、形貌及浸润性进行表征,并获得膜层的最佳制备工艺。结果表明:曲面丝线上的超亲水膜层呈现为单层微米尺度的刀片花结构,液滴在此表面上的铺展速率可达3.5m/s;经液相、气相沉积方法对其氟化处理后,超亲水丝网成功改性为超疏水丝网;并证明试样在96℃氧化液中氧化15min、液相沉积30min、180℃下热处理20min可获得大于150°的超疏水性能。
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    共沉降法制备Y2O3-W连续梯度材料
    王诗阳, 陈磊, 马佩嘉, 王玉金, 傅宇东
    2017, 45 (9): 66-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001225
    摘要 ( 147 )   HTML( PDF (3617KB) ( 47 )   引文文本
    根据改进的共沉降数学模型,以W颗粒的粒度分布为已知条件,对原始Y2O3粉末进行沉降分级和级配。采用共沉降法和热压烧结工艺制备成分分布指数P分别为1.0,0.7,0.3和0.1的4种Y2O3-W连续梯度材料。结果表明:通过对分级后Y2O3粉末的级配可制备出粒度满足设计要求的Y2O3粉体。通过显微组织观察和硬度测试结果,进一步验证了材料梯度层的连续性。
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    稀土Ce掺杂纳米晶Mn-Mo-Ce氧化物阳极及其选择电催化性能
    史艳华, 赵杉林, 王玲, 梁平, 关学雷
    2017, 45 (9): 72-80.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001320
    摘要 ( 206 )   HTML( PDF (4355KB) ( 78 )   引文文本
    采用阳极电沉积技术制备纳米晶Mn-Mo-Ce氧化物阳极,利用SEM,EDS,XRD,HRTEM,电化学等检测技术及析氧效率测试方法研究氧化物阳极的纳米结构和选择电催化性能,探讨析氧抑氯选择电催化的机理。结果表明:少量Ce掺杂获得了具有网孔状纳米结构的Mn-Mo-Ce氧化物阳极,该阳极在海水中具有99.51%析氧效率的高效选择电催化性能。由于γ-MnO2结构特性优先吸附OH-,抑制Cl-吸附,OH-在Mn4+/Mn3+变价电催化作用下完成析氧,实现选择电催化过程;Ce掺杂增加反应活性,促进吸附与放电过程;活性(100)晶面的晶面间距增大促进OH-的流动和新生O2的逸出,从纳米形貌效应上实现高效析氧抑氯选择电催化性能。
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    热分解法制备Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米颗粒
    赵海涛, 马瑞廷, 刘瑞萍
    2017, 45 (9): 81-85.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001062
    摘要 ( 199 )   HTML( PDF (3141KB) ( 52 )   引文文本
    采用热分解法制备Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米颗粒,研究表面活性剂用量、回流温度和回流时间对产物尺寸、形貌以及分散性的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)对样品的结构、形貌与磁性能进行了表征。结果表明:增加表面活性剂的用量,产物的粒径减小,分散性明显提高,而提高回流温度和延长回流时间则会使产物粒径增加,但粒径分布也会变宽。在三辛基氧化膦(TOPO)用量为0.6mmol,260℃回流1h条件下制备产物的饱和磁化强度为49.38A·m2/kg,矫顽力为7143.20A/m,剩余磁化强度为5.76A·m2/kg,表现为亚铁磁性。
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    大气等离子喷涂NiCrBSi-Mo/Ni涂层中黏结层对NiCrBSi-Mo复合工作层性能的影响
    杜际雨, 李方义, 鹿海洋, 商建通, 李振
    2017, 45 (9): 86-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001299
    摘要 ( 187 )   HTML( PDF (2843KB) ( 89 )   引文文本
    利用大气等离子喷涂系统在叶片钢材料FV520B上依次制备镍基黏结层和NiCrBSi-Mo复合工作层,并对NiCrBSi-Mo粉末的沉积率、涂层孔隙率、结合强度及表面硬度进行测试。结果表明:在NiCrBSi-Mo/Ni涂层中,厚度为180~220μm的黏结层在提高NiCrBSi-Mo粉末沉积率的同时可制备较低孔隙率、较高结合强度和硬度的表层涂层;黏结层厚度的增大导致工作层起始沉积位置的孔隙率增大,且加快了工作层在垂直方向上孔隙率的衰减过程。SEM分析发现,黏结层厚度的增大引起黏结层与工作层结合界面处熔滴沉积堆叠形貌的变化,黏结层中的缺陷对工作层产生"遗传性"的影响;胶结拉伸实验表明,黏结层厚度过大会导致拉伸过程中黏结层与工作层结合面处的断裂;在不同的抛磨面,一定黏结层厚度的试样块在垂直方向上的维氏硬度衰减较为缓慢,NiCrBSi-Mo/Ni涂层不仅保持了涂层表面高的硬度,且增大了涂层的厚度,以修复材料表面的损伤。
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    球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料微观组织和力学性能的影响
    杨旭东, 陈亚军, 师春生, 赵乃勤
    2017, 45 (9): 93-100.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001550
    摘要 ( 282 )   HTML( PDF (6400KB) ( 78 )   引文文本
    将原位化学气相沉积法合成的碳纳米管(CNTs)与铝的复合粉末进行球磨混合,进而粉末冶金制备CNTs/Al复合材料,研究球磨工艺对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:球磨过程中不添加过程控制剂所得到的复合材料力学性能优异;随着球磨时间的增加,CNTs逐步分散嵌入铝基体内部,复合材料的组织也变得更加致密均匀。CNTs/Al复合材料的硬度和抗拉强度均随球磨时间的延长持续增加,但是伸长率先增后减。经90min球磨的CNTs/Al复合材料展现了强韧兼备的特点,其硬度和抗拉强度较原始纯铝提高了1.4倍和1.7倍,并且具有17.9%的高伸长率。
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    5A06铝合金中厚板反拉深变形行为
    张志超, 徐永超, 苑世剑
    2017, 45 (9): 101-107.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000822
    摘要 ( 213 )   HTML( PDF (4000KB) ( 77 )   引文文本
    中厚板变形过程中的弯曲和反弯曲效应影响其拉深变形能力。本工作以航空航天常用的5A06铝合金筒形件为研究对象,采用厚度为4.5mm的中厚板进行反拉深数值模拟和实验研究,分析了变形过程中应力、应变分布特点,讨论了3种凹模截面结构形式下的变形方式,以及应变路径随着凹模圆角变化规律。结果表明:凹模内圆角与直壁区过渡区在壁厚方向上存在应力和应变梯度,并在该处外侧产生最大径向拉应力,导致了拉深破裂的发生。采用半圆形凹模截面结构时,极限拉深深度达到203mm,相对于平面凹模结构增加了40%。半圆形凹模结构能减小弯曲效应,有效降低过渡区的应力梯度和最大应力数值,有利于提高5A06铝合金中厚板拉深变形能力。
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    预弯对铝合金管材内高压成形缺陷与尺寸精度的影响
    蔡洋, 王小松, 苑世剑
    2017, 45 (9): 108-115.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000931
    摘要 ( 241 )   HTML( PDF (5361KB) ( 73 )   引文文本
    铝合金异形截面管件是实现汽车结构轻量化的有效途径之一,其成形工艺是先将铝合金管材经过数控弯曲获得轴线形状,然后进行内高压成形。弯曲产生的回弹、截面畸变及起皱等缺陷会影响后续内高压成形的质量。本工作通过建立管材塑性弯曲的理论模型和材料模型,计算任意弯曲角度的卸载回弹量,在弯曲过程考虑回弹量补偿,有效避免了内高压成形时的咬边缺陷。通过改善芯轴条件,使用带有一个芯球的芯轴,使截面不圆度由7.55%降低至1.43%,避免了弯曲件在内高压成形时发生破裂。同时对弯曲产生皱纹的管件进行内高压成形,证实了内高压成形过程不能够消除管件在弯曲过程形成的起皱。通过工艺实验研制出6063铝合金异形截面管件,获得了无缺陷的成形件。对47个内高压成形件进行尺寸精度测量,最大尺寸偏差为1.08mm(1.63%),尺寸和精度符合设计要求。
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    Zn对铸态Mg-Y-Nd-Zr合金组织和力学性能的影响
    苏再军, 杨树忠, 刘楚明, 杨新华, 刘先兰
    2017, 45 (9): 116-122.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000649
    摘要 ( 336 )   HTML( PDF (4622KB) ( 70 )   引文文本
    采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析及力学性能测试等研究Zn元素对Mg-Y-Nd-Zr铸态合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着Zn含量的增加,Mg-Y-Nd-Zr-xZn(x=0.0%,0.5%,1.0%,1.5%,质量分数)合金的晶粒逐渐细化,平均晶粒尺寸由(57±0.8)μm细化至(30±0.3)μm,晶界处共晶相的体积分数也逐渐增加。Mg-Y-Nd-Zr铸态合金中主要存在Mg12Nd相和Mg24Y5相,加入0.5% Zn后,合金中出现Mg12YZn相。随Zn含量的增加,Mg12YZn相的体积分数不断增大,合金的力学性能逐渐提高。当Zn含量为1.0%时,合金具有最优的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(208±5.9),(159±3.9) MPa和(7.5±0.2)%,较未加Zn的合金分别提高了18,42MPa和1.2%。
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    钢/铝添加粉末激光焊接头界面组织与性能
    袁江, 周惦武, 陈胜迁, 孙甲尧, 侯德政
    2017, 45 (9): 123-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000500
    摘要 ( 246 )   HTML( PDF (2267KB) ( 80 )   引文文本
    基于密度泛函理论的第一性原理,利用层技术构建钢/铝激光焊接的Fe/Al界面模型,研究金属原子XX=Sn,Sr,Zr,Ce,La)置换Fe/Al界面模型中Fe(Al)原子的合金形成热及其体系电子结构。结果表明:Sn,Sr,Ce优先置换Fe/Al界面处的Al原子,而La,Zr优先置换Fe/Al界面处的Fe原子,合金化促进Fe/Al界面电子在不同轨道之间的转移,增强Fe-Al的离子键性能,提高Fe/Al界面结合能力,改善Fe/Al界面的脆性断裂,其中Sn的合金化效果最显著。在此基础上,进行1.4mm厚DC51D+ZF镀锌钢和1.2mm厚6016铝合金试件添加Sn,Zr粉的激光搭接焊实验,结果显示:添加粉末可促进焊接熔池的流动性,改变接头界面成分和显微组织,添加Sn粉激光焊钢/铝接头的抗拉强度327.41MPa,伸长率22.93%,较添加Zr粉和未添加粉末有了明显提高。
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    航空用7475-T7351铝合金厚板耐腐蚀性能
    刘铭, 李惠曲, 陈军洲, 李国爱, 陈高红
    2017, 45 (9): 129-135.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000714
    摘要 ( 219 )   HTML( PDF (4268KB) ( 70 )   引文文本
    研究航空用7475-T7351铝合金厚板晶间腐蚀及剥落腐蚀性能,并利用金相和透射电镜分析该合金的腐蚀行为。结果表明:7475铝合金无明显晶间腐蚀,剥落腐蚀程度由表层的EA级递增至心部EC级。7475铝合金厚板发生剥落腐蚀主要是由于合金为片状组织,同时晶界存在由电偶腐蚀构成的通路,晶界腐蚀产物体积膨胀产生楔入力使晶间腐蚀沿着与表面平行的方向发展并逐步演变为剥落腐蚀。再结晶程度由表层到中心逐渐降低,晶粒长宽比增加,剥落腐蚀倾向增大,导致表层到心部的剥落腐蚀程度增加。
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    不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能
    陈亚军, 王先超, 王付胜, 周剑, 吴悦雷
    2017, 45 (9): 136-142.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000817
    摘要 ( 251 )   HTML( PDF (3710KB) ( 108 )   引文文本
    采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行不同应力幅比下的多轴疲劳实验,观察试样断口形貌并结合加载过程中的疲劳循环曲线进行失效机理分析。结果表明:单级加载条件下,随应力幅比的增加合金的疲劳寿命提高,纯扭转条件下断面存在平整的光滑区域,随应力幅比的增加断面划痕减少,并能观察到疲劳条带以及鱼骨状、鳞片状和蜂窝状特殊形貌;不同应力幅比累积路径下,多轴疲劳寿命随一级加载周次变化的规律不同;高-低应力幅比累积路径下,拉压方向一级高应力幅比加载阶段出现明显的循环硬化现象,材料产生"锻炼效应"。
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    热交变载荷下10% Cr耐热钢蠕变疲劳裂纹萌生特征
    崔璐, 石红梅, 张涛, 王澎, 李臻
    2017, 45 (9): 143-148.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001208
    摘要 ( 271 )   HTML( PDF (3052KB) ( 69 )   引文文本
    为调节新能源间歇式发电模式所带来的弊端,需要使用火力发电厂调峰稳定电网波动。调峰过程中机组频繁启停,加剧高温部件的疲劳蠕变损伤。通过分析现有寿命模型描述温度交变载荷下汽轮机转子钢性能的不足,提出预载荷实验方案。且以预载荷实验数据为基础,优化现有寿命预测模型。通过模拟交变温度下的临近工况实验,对比应力应变关系和疲劳蠕变寿命,对所优化的寿命模型进行了评估。
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