摘要:热障涂层可在航机/燃机热端部件表面起到隔热、保护基体的作用,在服役过程中除隔热性能外,服役寿命也是评价热障涂层性能的一个重要特征,影响热障涂层寿命的因素多且复杂.论文综述了导致热障涂层失效、影响涂层寿命的主要因素,包括粘结层表面热生长氧化物生长、陶瓷层高温热暴露后相变和烧结等,并进一步介绍了提高热障涂层寿命的涂层设计研究进展.从粘结层抗氧化、抗烧结陶瓷层、柱状结构陶瓷层、双陶瓷层四个方面,介绍了基于结构设计提高热障涂层寿命的方法.采用粘结层预氧化处理的方法提高粘结层的抗氧化性能,通过等隔热功能层级结构设计双陶瓷层结构涂层实现长寿命减厚设计,均有效地提高涂层的热循环寿命.
摘要:运用场发射扫描电镜、能量色散光谱仪和金相显微镜等测试表征手段,详细检查退役高温发动机涡轮叶片表面涂层残存状况,发现带气膜孔的高温发动机涡轮叶片经服役2000 h后,表面各部位EB-PVD涂层承受CMAS攻击、硬质物撞击和冷热应力冲击程度各异,导致退役叶片表面共存多种损伤.通过对这些损伤现象的分析,了解使役环境下叶片各部位的失效模式和失效机理.研究结果表明:叶棱为受CMAS攻击最严重处,同时也是受硬质点撞击最密集处,存在大面积涂层脱落;气膜孔周围的TBCs涂层受CMAS攻击发生本质性固化,受交变热应力和机械应力共同作用而呈规律性脱落;叶棱周围气膜孔表面(无论是叶背或是叶盆)均存在硬质物碾压划过叶片表面而压实CMAS,引起表面TBCs脱落的现象,同时在气膜孔内发现飞落的TBCs柱和CMAS块,从侧面反应对叶片表面造成实质性伤害的硬质物可能为脱落的TBCs柱或固化的CMAS块.
文魁,刘学璋,邵祉谏,刘太楷,宋琛,毛杰,范秀娟,王先彬,邓春明,郭伟科,刘敏
摘要:喷枪阳极是等离子喷涂系统中的关键部件之一,其通过电弧的运动行为直接影响等离子射流流动及粒子的加热加速历程,最终决定了涂层的综合性能.为了深入理解大气条件下锥形Laval和标准圆柱形阳极喷嘴制备涂层性能之间存在较大差异的原因,在前期制备涂层工作的基础上继续开展相关的数值模拟工作.基于计算流体动力学理论针对等离子喷涂过程建立包括喷枪内外区域的数学物理模型,系统探究两种阳极产生等离子电弧、射流特征及喷涂粒子的飞行行为.结果表明:在相同的喷涂条件下,锥形Laval阳极内产生的等离子电弧电压低、消耗电功率小,大电流密度区和等离子速度明显较标准圆柱形阳极的小;在喷嘴出口处,标准圆柱形阳极具有更高的等离子射流温度和速度,但锥形Laval阳极的等离子射流在喷枪外具有较小的衰减速率和较大的空间尺寸;在相同喷距位置,锥形Laval阳极的喷涂粒子速度要比标准圆柱形的小得多,但相应的升温和降温速率却更大,熔化也更充分.因此,标准圆柱形阳极适合制备致密且结合强度高的涂层,而锥形Laval阳极则更适合用于制备高沉积效率的多孔涂层.
摘要:采用热喷涂工艺大气等离子喷涂(APS)在Zr-4包壳管上成功制备了Cr涂层,目的是为核反应堆燃料组件两端焊接区域进行涂层的喷涂修复,以及完成焊接区的涂层包覆并与PVD涂层区域无缝连接,实现外表面抗氧化耐磨涂层全包覆.将Cr涂层在高达1200 ℃事故高温蒸汽和空气环境中氧化,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱(EDS)和电子探针(EPMA)等多种分析技术,对其氧化前后进行了显微组织定性和定量分析.结果表明:Cr粉和喷涂态Cr涂层均为BCC相,喷涂态Cr涂层为典型的层状结构,涂层与基体的界面为机械咬合界面;在空气和流动蒸汽中进行高达1200 ℃的高温暴露后,均在Cr涂层表面形成致密的Cr2O3层,以及Zr-4基体与Cr涂层之间的相互扩散形成的Cr-Zr层;在高温水蒸气氧化后的Cr涂层试样,在其致密的氧化层上有高密度的针状和叶片形貌的晶须氧化物,但是在空气中未发现晶须状Cr2O3.氧化试验表明,Cr涂层能有效提高Zr-4包壳管在高温空气和水蒸气中的抗氧化性.
李灿锋,张盼盼,姚建华,张群莉,Volodymyr Kovalenko
摘要:热障涂层是一种降低航空发动机热端部件表面温度、提高发动机推力和效率的热防护技术,但其服役于高温、高压、高交变应力等恶劣环境而易脱落失效.对热障涂层的后处理技术进行了阐述,论述了真空热处理、热等静压处理、激光重熔、激光上釉、激光熔覆等后处理技术的方法和原理,并对比了不同工艺的优缺点.最后,展望了激光表面改性技术的应用前景和未来发展趋势.
摘要:随着现代飞行器速度的不断提高,其热端部件的服役温度越来越高,红外辐射能量也不断增强,从而增加了飞行器在飞行过程中被红外侦测和识别的风险,如何提高飞行器在高温环境下的红外隐身能力成为了军事领域的热点问题之一.目标的红外辐射强度由目标表面的温度和目标表面的发射率决定,所以利用低红外发射率涂层涂覆在飞行器表面,从而降低目标表面的红外发射率,是提高飞行器红外隐身性能的一种便捷、有效的方法.然而,飞行器服役环境通常较为恶劣,为满足其日趋严苛的工程应用需求,需研制出具有更高耐温及耐腐蚀性能的红外隐身涂层.综述了目前几大热门的红外隐身涂层材料和涂层的工艺发展情况,并对涂层性能优化方面进行了阐述,展望了红外隐身涂层材料未来的发展趋势.
摘要:锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、低成本、寿命长等优点,被认为是便携式电子设备和电动汽车最有前途的储能技术.金属?有机框架(MOFs)具有超高孔隙率、功能多样性、结构可控及易制备等独特优点,被广泛应用在异相催化、电化学储存与转化、气体吸附和分离等领域中.对MOFs直接作为锂离子电池负极材料及正极材料的研究进展进行了阐述,重点总结了MOFs衍生材料(多孔碳材料、单一金属氧化物、多组分金属氧化物、磷化物等)应用于锂离子电池电极材料中的合成方法、结构及电化学性能.最后对MOFs及其衍生材料在锂离子电池正极和负极材料的发展方向进行了展望,为新型电极材料的下一步开发方向提供一定的思路和建议.
摘要:稀土由于具有f电子,因此稀土?有机框架发光材料具有多样结构和独特的4f电子跃迁发光性质,被广大研究者们青睐.在绿色、环保、温和的水热条件下,选用Eu3+作为中心离子,通过引入配体四氟间苯二甲酸和辅助配体1,10?菲咯啉,合成了分子式为[Eu2(TFBA)6(phen)2(H2O)2]n(1-Eu,其中TFBA为脱质子的四氟间苯二甲酸,phen为1,10?菲咯啉)的稀土?有机框架材料.同时,利用X射线粉末衍射法(PXRD)、热重分析法(TGA)、傅里叶红外光谱法(FT-IR)等测试方法对1-Eu进行了详细的表征,确定了其准确结构和稳定性能,深入分析了其激发和发射光谱、荧光衰减寿命及荧光量子产率.实验结果表明:1-Eu是一个二维结构的稀土?有机框架材料,其荧光衰减寿命为0.652 ms,具有55.28%的高荧光量子产率(QY);除此之外,1-Eu还具有良好的耐水稳定性、热稳定性及耐酸碱性质.
摘要:金属?有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位作用形成的具有多孔结构的无机有机杂化材料,因其孔道尺寸、形状、功能可控调节,可被作为一种新型的固定相填料应用于液相色谱分离中.阐述了金属有机框架材料应用于液相色谱柱的研究现状,主要从色谱柱填充方法、色谱柱管材料及金属?有机框架材料的选择等方面进行了论述.
摘要:以四羧基铑卟啉Rh(TCPP)Cl(TCPP=5, 10, 10, 20?四(4?羧基苯基)卟啉)为配体,通过自组装的策略合成了铑卟啉金属?有机框架Rh-PMOF-7(Cd)和Rh-PMOF-9(Sr).X?射线单晶衍射分析表明,Rh-PMOF-7(Cd)和Rh-PMOF-9(Sr)具有三维多孔的结构. 拓扑分析结果显示,Rh-PMOF-7(Cd)为(4,4)连接的pts拓扑网络,而Rh-PMOF-9(Sr)为(4,8)连接的网络且拓扑符号为{420.68}{46},是新的拓扑网络结构.吸附研究结果表明,两种卟啉金属?有机框架均表现出良好的CO2/N2和CO2/CH4吸附选择性,其在沼气/天然气净化方面具有潜在的应用价值.
摘要:金属?有机框架纳米片(Metal-organic framework nanosheets, MONs)是近年来受到广泛关注的一类二维多孔材料,具有超薄厚度、比表面积大、结构可调节及大量可接触的不饱和配位点等优点,被应用于分离、导电、传感、催化等诸多领域中.综述了近年来国内外在MONs的制备、表征及其异相催化相关研究进展.MONs的制备包括“自上而下”和“自下而上”两种策略,自上而下策略操作简单,主要是通过物理化学手段将块状MOFs剥离成MONs;自下而上策略适用范围广,可通过控制实验条件合成MONs.另外,从结构组成、微观形貌、宏观性质等方面对MONs的表征方法和技术进行了讨论.介绍了MONs异相催化主要在有机转化中的应用,包括催化氧化反应、Knoevenagel反应、CO2环加成反应及氢化反应等.最后指出了MONs研究所面临的机遇和挑战.
摘要:硒化锌因具有与铂类似的电子结构及低成本而受到广泛关注,但目前硒化锌主要应用于电催化析氢反应(HER)中,其析氧反应(OER)活性仍有待提高,并且传统方法合成的硒化锌粒子尺寸较大且分散性较差.基于此,以双金属CoZn-ZIF为前驱体(Co作为OER活性成分,可有效提高材料的OER性能),通过一步高温硒化得到双金属CoZnSe和氮掺杂碳复合材料(记为CoZnSe@NC).利用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构和形貌进行表征,并对其电催化析氧性能进行了测试.结果表明:双金属CoZnSe@NC较单金属ZnSe@NC具有更好的OER性能(10和50 mA/cm2电流密度下CoZnSe@NC的过电位分别为268和354 mV);此外,CoZnSe@NC经长时间多电流步骤(Multi-Current Steps)测试后性能基本保持不变,展现了较好的电化学稳定性.
摘要:在精密机械式压力表的制造及检定自动化工业中,机械臂操作末端的设计需要避免对仪表造成损伤的风险.考虑到柔顺手指对接触物体产生形状自适应的特性,基于TPU塑性材料设计了一种面向机械式压力表抓取操作的柔性操作末端,其能自动对抓取的仪表形成边缘包络,满足抓取可靠性的同时,也能通过材料的塑性变形抵消抓取过程中可能产生的过度抓取力.有限元分析的结果表明,使用TPU塑性材料设计的柔性操作末端在结构优化后能对抓取目标物形成最好的包络效果,并且在达到抓取要求的最大塑性变形时,能保持关键的柔顺关节不发生崩裂.
摘要:紧凑型“三明治”结构复合材料在航空航天领域中具有广泛的应用前景.设计了三种由软/硬材料组合而成的“三明治”结构复合材料,即TiB2/2024+Al结构复合材料,2D-M40f/5A06+Al结构复合材料和2D-M40f+2D-Tif/5A06结构复合材料.利用二级轻气炮、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等多种手段,系统地研究了这三种“三明治”结构复合材料薄靶在撞击速度为2.5 km/s及粒子直径为0.8~2.0 mm时的抗高速撞击能力、靶板宏观损伤特征,通过破坏特点各异的“三明治”结构复合材料的平均吸能能力评判抗高速撞击能力.结果表明,“三明治”结构复合材料抗高速撞击能力都比对应的单一材料的好,其最大吸能的高低顺序依次为TiB2/2024+Al结构复合材料>2D-M40f/5A06+Al结构复合材料>2D-M40f+2D-Tif/5A06结构复合材料.
摘要:研究直接喷涂和反应喷涂合成的两种碳化钛?硅化钛复合涂层的组织结构与性能.通过等离子喷涂技术将两种不同复合粉(TiC-TiSi2和Ti-SiC)分别喷涂在TC4钛合金表面制备成碳化钛?硅化钛复合涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机、显微维式硬度计、划痕仪对所得涂层进行表征及测试.结果表明:等离子喷涂TiC-TiSi2复合粉所得涂层中含TiC为58%,Ti5Si3为21%,TiSi2为7%,Si为9%和SiO2为5%,等离子喷涂Ti-SiC复合粉所得涂层含有TiC(47%),Ti5Si3(40%)和SiC(13%);在等离子喷涂过程中Ti-SiC复合粉中的Ti与SiC发生了明显的化学反应,反应生成了TiC和Ti5Si3;等离子喷涂Ti-SiC复合粉所得涂层,具有更薄的层片和更小的晶粒尺寸.与等离子喷涂TiC-TiSi2复合粉所得碳化钛?硅化钛涂层相比,等离子喷涂Ti-SiC复合粉所得碳化钛?硅化钛涂层具有更高的结合强度、更高的显微硬度(提高了18.7%)、更好的韧性及更好的耐划痕性能,这主要在于等离子喷涂Ti-SiC复合粉反应合成的碳化钛?硅化钛涂层中硬质相的相对含量更高且反应合成的碳化钛、硅化钛晶粒更细小.
摘要:以YAl1-xCrxO3钇铝红粉末为着色剂,以铋系玻璃粉体为熔剂,采用高能球磨法制备了不同YAl1-xCrxO3含量的钇铝红铋系玻璃粉体及油墨,通过涂刷烘干及低温烧结法制备了油墨固化样品.借助粒度分析和XRD,DSC,SEM及旋转流变仪、色度仪等仪器,以及浸泡腐蚀试验,对钇铝红玻璃粉末及油墨烧结后的粒度、表面形貌、晶相、色度、粘度及耐蚀性能等进行了研究.结果表明:随着YAl1-xCrxO3含量的升高增加,玻璃油墨的软化温度基本无变化,红色色度值a*上升而明亮度L*值略微减低,但过高YAl1-xCrxO3含量易导致烧结表面状态变差;随着烧结温度的升高,钇铝红铋系玻璃油墨的析晶相增多且YAl1-xCrxO3晶体衍射峰强度下降,玻璃的析晶失透是导致油墨红色色度下降的原因;油墨烧结固化表面耐蚀性,随着温度升高先增强后减弱.当粘度范围为5.70~4.82 Pa?s,中值粒径粒度为0.4598 nm,钇铝红含量及烧结温度分别约为12%及640 ℃时,油墨可获得烧结色度均匀稳定且耐蚀性良好的平整表面.
摘要:宜丰新庄铜多金属矿原分级工艺采用螺旋分级机和水力旋流器组合,浮选给矿呈现细粒级过磨及粗粒级解离度偏低的问题由于黄铜矿单体解离度低,而使分选指标偏低.为了解决黄铜矿的单体解离问题,提高铜精矿回收率,对磨矿分级系统进行改造.将原分级工艺改造为水力旋流器和高频振动细筛的组合流程,改造后的细粒级过磨与粗粒级解离度偏低现象得到改善,提高了黄铜矿的解离度和分选指标.浮选给矿中黄铜矿单体解离度由改造前的78.20%提升至82.50%,分级工艺中采用高频振动细筛后,使铜精矿的铜平均品位提高了1.3个百分点、铜平均回收率提高了2.1个百分点,平均新增效益为357万元/年.实践证明,高频振动细筛应用于铜多金属矿分级在技术和经济上是可行的.
摘要:通过比较聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)三种材料的理化性能指标,对用于酸性卫生间清洗剂的三种材料及其共混材料的包装瓶进行包材适用性测试.测试包括了包装瓶的跌落测试、高温测试及长期贮存的堆压测试,并对HDPE/LDPE(90∶10)塑料瓶、HDPE塑料瓶及市售稳定产品的包装瓶进行示差扫描量热分析.结果表明,PET塑料瓶不适宜用于装置酸性卫生间清洗剂,HDPE瓶和HDPE共混PP瓶能通过部分测试,当HDPE与LDPE质量比为90∶10混时,能够通过所有测试.
摘要:摩擦和磨损制约着机械系统的高可靠、长寿命服役,随着科学技术的快速发展,单一的固体或液体润滑系统已经无法满足工业应用中对机械部件的摩擦学性能要求.因此,研究人员对固液相复合润滑体系展开了大量研究,碳基薄膜因具有优异的摩擦学性能而常被用于组成固液复合润滑体系.对碳基薄膜固液复合润滑体系的研究进行了回顾,从碳基薄膜/油复合润滑、碳基薄膜/离子液体复合润滑、碳基薄膜/水复合润滑、碳基薄膜/润滑剂/纳米添加剂复合润滑,以及表面织构碳基薄膜和摩擦过程中生成碳材料的特殊碳基材料复合润滑六个体系对碳基薄膜固液复合润滑进行了综述.碳基薄膜/润滑油复合润滑无论是在大气还是在真空中都表现出优异的摩擦学性能,碳基薄膜/离子液体复合润滑对于提高在苛刻条件下服役的机械运动部件的摩擦学性能具有指导意义和广泛的应用前景.润滑添加剂的使用,可以在碳基薄膜/润滑油复合润滑体系的基础上进一步提高摩擦学性能,过渡金属氮化物/润滑油摩擦催化生成碳材料为进一步发现和发展不同的先进润滑和保护材料提供了前景.最后总结了目前研究领域中存在的一些问题,并对未来发展方向进行了展望.
摘要:钾金属负极由于具有较大的理论能量密度(687 mA?h/g)、更低的化学电位(-2.93 V)及使用钾金属更为简单等优势,在众多的钾离子电池负极材料中备受关注.但目前仍有许多问题有待克服,例如较大的体积膨胀、极高的反应活性、严重的枝晶生长及不稳定的界面等,这些特性极大影响电池的性能及其安全性.为此,研究者们采取了许多不同的策略和方法去改善这些问题.综述了近年来基于基底材料改性增强钾金属负极电池的策略,并分析了通过基底材料改性而实现抑制钾金属枝晶生长的关键要素.同时,对提升钾金属负极电化学性能的机理进行了进一步讨论,并在此基础上了对钾金属负极的下一步研究进行了分析与展望.