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应力腐蚀开裂是不锈钢零部件失效的主要形式之一, 是材料力学和腐蚀电化学交叉领域的重要研究方向。与传统工艺制备相比, 增材制造技术制备的316L不锈钢内部微观组织复杂, 存在增材制造工艺引起的气孔、未熔合区等固有缺陷, 导致其应力腐蚀行为更为复杂。本文基于国内外关于增材制造316L不锈钢的研究实例, 综述了应力腐蚀行为特征及主控机制, 包括氢致开裂和阳极溶解两种应力腐蚀机理、穿晶断裂和沿晶解理两种作用形式, 并归纳了孪晶、异种晶相交界处、气孔及未熔合处、元素偏析等组织结构缺陷等对增材制造316L不锈钢应力腐蚀的影响。针对电化学噪声、高分辨中子衍射、三维形貌表征等三种原位测试方法在不锈钢应力腐蚀行为研究方面的现状和技术优势进行了总结。最后提出了高温辐照等严苛环境下的应力腐蚀行为特征研究, 以及裂纹尖端应力分配模型及重构准则等增材制造不锈钢应力腐蚀未来的研究方向。
黏结剂喷射成型技术是一种新型低成本高速增材制造技术, 本文首先对黏结剂喷射成型技术的工艺原理以及打印步骤进行了介绍, 并对国内外部分黏结剂喷射金属3D打印机的参数、优点、应用等进行了总结。列举了打印过程中使用的黏结剂类别, 分析了黏结剂和粉末床之间相互作用的方式及影响(溅射、扩散、渗透等), 讨论了不同变量对最终零件性能和精度的影响, 包括粉末性能(粉末流动性、粒度分布和平均尺寸)、打印参数(层厚、黏结剂饱和度、打印速度、液滴间距和线间距、干燥时间)、后处理工艺(固化脱脂、烧结、渗透)。喷射粘接技术是未来关键材料增材制造的重要发展方向, 在对应材料开发、黏结剂设计与后处理工艺方面将有广阔的研究与应用前景。
采用激光增材连接技术对"X"型坡口TC4-DT钛合金锻件进行连接, 利用OM和SEM对连接后TC4-DT钛合金基材、热影响区和连接区三个区域的宏微观组织形貌进行表征分析; 采用维氏硬度计测量三个区域的显微硬度; 采用万能试验机和摆锤冲击仪对不同取样类型的试样进行室温拉伸和冲击实验。结果表明: 激光增材连接区与基体形成致密的冶金结合; 显微硬度分布从基材到连接区呈递增趋势; 随着拉伸试样中连接区占比的降低, TC4-DT钛合金的强度表现为先升高后降低, 而塑性却呈现降低的趋势; 冲击韧性akU均在55 J/cm2以上, U型缺口开口方向对连接区冲击韧性影响较大, 对结合区冲击韧性无明显影响。
激光选区熔化(selective laser melting, SLM)成形6061铝合金易形成粗大的柱状晶和热裂纹。采用低能球磨组装修饰法制备TiH2/AA6061铝基复合粉末, 采用激光选区熔化技术制备含钛6061铝合金试样, 分析不同TiH2添加量对试样显微组织和力学性能的影响。结果表明: 添加1% TiH2(质量分数, 下同)即可使合金熔池边界形成连续的等轴晶区, 平均晶粒尺寸从59.8 μm减小到2.53 μm, 粗大的柱状晶粒和裂纹被抑制, 添加1.5% TiH2时, SLM试样的粗大柱状晶组织绝大部分消失。显微组织转变归因于Ti元素增强成分过冷以及原位反应形成L12-Al3Ti形核质点, 该质点与铝基体形成共格界面, 具有较强的异质形核作用, 显著促进Al基体柱状晶向等轴晶转变及晶粒细化。经激光选区熔化成形后, 添加1% TiH2的试样抗拉强度为274 MPa, 屈服强度为238 MPa, 断后伸长率为18%。
石墨烯的优异性能使其有望应用于未来的电子和光电器件中, 采用化学气相沉积法进行石墨烯薄膜的可控制备有助于其在高性能器件中的大规模应用。然而多晶结构石墨烯薄膜中的大量晶界阻碍了载流子的快速传输, 损害了材料的电学性能。大尺寸石墨烯单晶的获得能够减少薄膜中的晶界缺陷、极大提升石墨烯薄膜的质量。本文综述了大尺寸石墨烯单晶在铜基底上的化学气相沉积法制备研究, 主要包括石墨烯晶片形核密度控制及取向一致石墨烯晶片的无缝拼接两种方法。重点从基底处理、反应区碳源分压控制、氧辅助生长等方面阐述了石墨烯单晶生长的不同实现途径、原理和特点。最后, 分析目前制备方法中存在的挑战, 并展望大尺寸石墨烯单晶的未来发展方向。探究石墨烯单晶的生长机制及动力学有助于实现在不同环境生长的精确控制, 批量化低成本工艺开发和在多元化目标基底上的原位制备是实现石墨烯单晶大范围应用的关键。
二维共价有机框架(2D COFs)具有高比表面积、孔隙可调、易于功能化和高度分散的催化活性位点等特点，有利于底物与催化活性位点接触，是理想异相催化剂，被广泛应用于光催化和电催化领域。本文从COFs结构和功能化设计策略出发，介绍2D COFs的合成方法，包括溶剂热合成法、离子热合成法、机械化学合成法、微波合成法、声化学合成法、室温合成法和界面合成法。详细介绍2D COFs催化剂在光催化和电催化领域的研究进展，包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应和光/电催化有机转化。最后，总结2D COFs在光催化和电催化领域面临的挑战，如有机配体成本高、难以工业化、使用牺牲剂等，并提出将光电有机合成与析氢反应或析氧反应的协同串联反应策略解决使用牺牲剂的问题。
采用Gleeble-3500试验机对挤压-固溶态7A43铝合金(Al-6.0Zn-2.1Mg-0.15Cu-0.15Zr，质量分数/%)进行应变速率为0.001~1 s-1、变形量为50%的室温压缩变形，并借助扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子显微分析(EBSD)以及X射线分析(XRD)等手段对变形微观组织进行表征。结果表明，随着变形速率的提高，整体晶粒尺寸因畸变程度增加而减小的同时，合金内部晶格应变和位错密度逐渐增大。高应变速率条件下微观组织中的亚结构组分增加，粗大纤维组织被细小的等轴晶粒取代。测得的应力-应变曲线表明，累积应变量和应变速率对流变应力水平具有较大影响，基于得到的实验数据构建了Fields-Backofen (F-B)本构方程，预测值和实验值之间的相关系数(R)和平均绝对相对误差(AARE)分别为0.991069和3.667%，表明所建立的模型较准确地描述了7A43铝合金室温变形流变行为。
热机械处理能显著改善Fe-Mn-Si基合金的形状记忆效应。本工作中，对铸态Fe-Mn-Si基合金进行热锻、20%冷轧变形及固溶处理，随后在1073 K对部分经10%室温拉伸变形的试样进行不同时间退火处理。借助背散射电子显微分析(EBSD)、RGM-4300型万能试验机、示差四端电阻法及弯曲法研究热机械处理中退火时间对Fe-Mn-Si基合金微观组织和形状记忆效应的影响规律。结果表明：固溶态Fe-Mn-Si基合金的可恢复应变为4.1%；当经过退火时间为10 min的热机械处理后，合金的可恢复应变显著提高至5.3%；当进一步延长热机械处理的退火时间，合金的可恢复应变随之下降；当热机械处理的退火时间为180 min时，合金的可恢复应变下降至4.9%。随着热机械处理的退火时间延长，退火孪晶分数增加，堆垛层错密度下降，从而导致Fe-Mn-Si基合金促进应力诱发ε马氏体相变和抑制塑性滑移的能力变弱。这是Fe-Mn-Si基合金的可恢复应变随着热机械处理的退火时间延长而降低的主要原因。
采用静态氧化实验与XRD，FSEM测试技术对电弧熔炼制备的NbMoTaWV难熔高熵合金的高温氧化行为进行研究。结果表明：1000 ℃及1200 ℃下NbMoTaWV由于氧化层开裂严重失去保护性，氧化增重遵循直线氧化规律；1400 ℃下生成的熔融态氧化物释放氧化层的生长应力，填补Mo，V氧化物挥发留下的孔洞，使氧化层对氧气能够起到一定的阻隔作用，氧化增重遵循抛物线氧化规律。在NbMoTaWV的氧化过程中，氧气扩散进入基体内部后率先与扩散层中的Nb和Ta发生氧化反应，生成针棒状氧化物，之后与其他合金元素发生氧化反应，W的氧化物固溶在Nb和Ta氧化物中，颗粒状的Mo和V混合氧化物在高温下挥发。
为了获得兼具高强度与高延展性的Al-Co-Cr-Fe-Ni系高熵合金，采用电弧熔炼的方法成功制备了Al1.2CoxCrFeNi(x=1, 1.6, 2.2, 2.8)高熵合金并对其微观组织和力学性能进行了系统研究。结果表明：在Al1.2CoxCrFeNi合金体系中，Co元素具有诱导BCC相向FCC相转变的能力，随着Co含量的原子比例从1增加至2.8，FCC相的体积分数从0%增加到59%，BCC相的体积分数从100%降低至41%。压缩实验的结果表明，Co元素的加入对于提高Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的塑性有重要作用，但对高熵合金的强度无明显影响。随着Co含量的增加，Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的断裂应变从16.9%增加到30%，极限抗压强度由2128 MPa降低至1913 MPa，其中最大抗压强度为2361 MPa，平均硬度由513.7HV降低至323.4HV。Co含量的增加促使了合金的原子半径差的降低，从而减弱了因Al元素的大原子半径引起的合金晶格畸变效应和固溶强化效应，同时Co含量的增加也提高了价电子浓度(VEC)，以上两个参数的改变是合金中FCC相体积分数的增加的主要因素。FCC相体积分数的增加是该体系合金塑性提高的主要原因。
为改善Zr-3.1Nb合金力学性能，采用热处理方法研究不同冷却速率对合金拉伸性能的影响。同时，结合X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜及透射电镜等检测手段分析合金试样物相组成与微观形貌。结果表明：随冷却速率的增加，Zr-3.1Nb合金试样屈服强度和抗拉强度分别从382，426 MPa提升至535，617 MPa。FC-2试样β相含量较高，存在较多滑移系，伸长率较好，为21.15%。所有试样均为塑性断裂，且随冷却速率升高，塑性变差。3组炉冷试样均由α相和β相组成，且β相为网状，α相为等轴状；空冷试样出现ω相，且α相为块状和板条状；水冷试样无β相，产生较多板条状α′马氏体相。较大冷却速率引起α相分布趋向分散，晶粒尺寸从FC-1试样的3.56 μm减小至水冷试样的1.74 μm。
为开发高能量密度的锂离子电池，补锂技术受到广泛的关注。以LiNO3-LiOH混合锂盐为反应介质和锂源、纳米Fe2O3为铁源，通过熔盐法成功制备出正极补锂材料Li5FeO4，采用正交实验法优化Li5FeO4的合成工艺条件，讨论合成条件对材料电化学性能的影响。将Li5FeO4添加到LiFePO4正极极片表面，并与石墨负极组装成全电池，研究其对全电池电化学性能的影响，以及降低锂离子电池初始容量损失的机制。结果表明，使用熔盐法可制备出纯度高、粒径小且电化学性能好的Li5FeO4正极补锂材料，在0.05 C倍率下具有672.8 mAh·g-1的脱锂比容量；当添加2.8%(质量分数)的Li5FeO4(基于活性物质质量的占比)，LiFePO4/石墨全电池在0.05 C倍率下的首周放电比容量为150 mAh·g-1，相较于未添加的高出8.5%，在0.2 C的倍率下循环100周次后，容量依旧有7.1%的提升，体系的不可逆容量得到恢复。
通过一种简便的方法制备氧空位缺陷的氢化TiO2包覆核壳结构C/Fe3O4@rGO(H-TiO2/C/Fe3O4@rGO)复合材料，作为锂离子电池(lithium-ion batteris, LIBs)高性能阳极材料。TiO2在Li+脱嵌过程中体积膨胀系数约为4%，可缓解Fe3O4在充放电过程中的体积膨胀，提高阳极材料结构的稳定性。同时，通过氢化处理改善TiO2较低的电导率(约1×10-12 S·m-1)。H-TiO2/C/ Fe3O4@rGO在0.3 A·g-1的电流密度下循环200周次后比容量为867 mAh·g-1，在1 A·g-1的电流密度下循环700周次的比容量为505 mAh·g-1，这些结果远大于石墨的理论容量(372 mAh·g-1)，表明H-TiO2/C/ Fe3O4@rGO复合材料具有用作LIBs阳极材料的前景。
采用超声结合球磨混料的工艺，在由聚硼硅氮烷(PSNB)裂解得到的SiBCN陶瓷中引入SiC晶须。研究了不同质量分数SiC晶须对SiBCN陶瓷基复合材料密度、硬度、弯曲强度及微观结构的影响。结果表明：随着SiC晶须添加质量分数由0%提高至25%，复合材料的密度先降后升，开孔率逐步上升，材料硬度逐渐下降，弯曲强度先升后降再升；SiC晶须质量分数为5%的SiCw/SiBCN复合材料弯曲强度可达191 MPa，与未添加晶须的SiBCN纯基体弯曲强度(60 MPa)相比提升218%；XRD分析发现晶须的引入对烧结后复合材料的物相组成影响不大；观察材料断口微观形貌发现，晶须在基体中的存在方式主要有桥联和团聚搭桥两种，其中桥联有利于强化材料而团聚搭桥则会在基体内部形成孔隙进而降低材料强度。
采用草酸盐-热解法制备钴/锌双金属多孔氧化物复合材料，并用于催化过一硫酸盐(PMS)处理亚甲基蓝(MB)溶液。以Co(NO3)2·6H2O和Zn(NO3)2·6H2O为金属离子源，草酸为沉淀剂，Co2+和Zn2+同步沉淀获得钴锌草酸盐前驱体，将草酸盐热解后获得具有不同Co/Zn摩尔比的多孔Co3O4/ZnO复合氧化物催化剂。结果表明：Co/Zn原料比为1∶5的复合材料(Co1Zn5)催化活性最佳，在催化剂用量和PMS浓度分别为0.02 g·L-1和0.6 mmol·L-1时，其对MB溶液的降解率可达98.49%。电子顺磁共振(EPR)测试结果表明，Co1Zn5/PMS催化氧化体系对MB的降解遵循自由基和非自由基双重机理。Co1Zn5较之Co3O4催化活性提升的原因：PMS形成的弱酸性环境引起复合材料中ZnO的部分溶解，使得活性组分Co3O4更多地暴露，从而增加催化剂与PMS接触反应的机会。
20%(体积分数)SiCp/2009Al复合材料的准静态拉伸实验结果表明，其失效应变等力学参数具有明显的分散性。采用多尺度有限元的方法研究了两类随机源对20%SiCp/2009Al宏观力学性能的影响。通过对一系列含随机源的细观多颗粒代表体积单元模型进行准静态拉伸模拟，得到了材料失效应变和断裂能各自的随机分布特征及两者之间的相关性特征，然后结合宏观试样模型，实现了实际材料内不同区域材料性能随机性的表征。研究表明，宏观有限元结果与实验数据的吻合性较好，且由于考虑了随机源的影响，宏观有限元结果还能够很好地模拟失效应变等的分散性特征。
以茶渣为原料，三聚氰胺为前驱体，采用高温热聚合法制得茶渣生物炭/石墨相氮化碳(TBC/g-C3N4)复合材料。采用SEM，XRD，XPS，UV-Vis DRS, PL和EIS对光催化剂的形貌、结构及光电特性进行表征，研究TBC/g-C3N4复合材料在可见光照射下光催化还原U(Ⅵ)的性能，并探讨TBC/g-C3N4复合材料光催化还原U(Ⅵ)的机理。结果表明: 当TBC的质量分数为5%，初始pH值为4，催化剂用量为1 g/L时，可见光照射30 min后TBC/g-C3N4复合材料对U(Ⅵ)的去除率可达99.64%，远高于g-C3N4(58.8%)。TBC/g-C3N4复合材料循环5次后对U(Ⅵ)的去除率仍在80%以上，表现出良好的稳定性。TBC的加入使得g-C3N4禁带宽度从2.63 eV减少为2.14 eV，拓宽可见光吸收范围，促进光生电荷的分离，降低光生电子-空穴对的复合率，从而提升TBC/g-C3N4复合材料的光催化活性。
以双酚A型二醚二酐(BPADA)、间苯二胺和1, 3-二(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料合成了水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂，对国产高强高模碳纤维(HMCF)表面进行上浆处理并制备成复合材料。研究了不同单体摩尔比对上浆剂特性以及上浆处理后纤维表面结构性能的影响，进一步分析了热塑性上浆剂对国产高强高模碳纤维增强热塑性聚醚酮酮(PEKK)树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明，当BPADA与TPE-R的单体摩尔比为1∶1时，合成得到的热塑性上浆剂不仅分子量分布均匀，而且具有优异的热稳定性，如温度554 ℃其热失重仅为5%。上浆处理后，高强高模碳纤维表面O/C由0.08增至0.18，提高了125%；上浆后纤维强度略有增高，模量几乎无变化；上浆处理后对复合材料界面性能改善明显，HMCF/PEKK复合材料层间剪切强度由处理前38.5 MPa提升至最高59.4 MPa，增幅高达54.3%。
