2022(3):337-352. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000301 CSTR:
摘要:镁合金是最轻的金属结构材料,以其优异的力学性能和生物相容性能在航空航天、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。与镁合金的传统制造工艺相比,激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术具有成形精度好、空间自由度高且加工周期短等优势,尤其是高性能复杂结构的镁合金构件的制造,因此拓宽了镁合金的应用前景。综述了激光选区熔化工艺参数对镁合金成形质量、组织、性能等方面的影响,并讨论了技术难题,最后展望了激光选区熔化成形镁合金的未来发展趋势。
2022(3):353-361. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000302 CSTR:
摘要:透明导电氧化物(TCO)薄膜因其兼具透明和导电的特性,被广泛应用于各个领域中。氧化铟(In2O3)基TCO薄膜,因其高透明度、低电阻率、高迁移率和良好的化学稳定性而备受关注。综述了In2O3基TCO薄膜的研究进展,介绍了TCO薄膜种类及其常见的制备方法,归纳分析了锡掺In2O3(ITO)、钼掺In2O3(IMO)、钨掺In2O3(IWO)、钛掺In2O3(InTiO)等几种典型的In2O3基TCO薄膜研究现状,并对TCO薄膜未来的发展趋势进行了总结和展望。
付钰斌,宁洪龙,邹文昕,吴振宇,张康平,郭晨潇,刘丁荣,侯明玥,姚日晖,彭俊彪
2022(3):362-368. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000303 CSTR:
摘要:氧化物靶材是一种关键性镀膜基材,主要用于磁控溅射制备TFT薄膜,并将其应用于晶体管等器件中透明电极、半导体沟道层,同时也广泛应用于显示面板领域。为满足高性能器件对薄膜的要求,氧化物靶材逐渐向高致密、大尺寸、异形化方向发展。以显示行业中氧化物靶材作为重点,介绍了氧化物靶材制备流程,主要从素坯成型、烧结工艺两个角度对氧化物靶材进行总结,分析了烧结工艺对靶材参数与溅射薄膜电阻率、光学透射率及粗糙度等方面的影响,最后阐述了国内外氧化物靶材市场的现状及发展趋势。
张旭,宁洪龙,邹文昕,吴振宇,张康平,郭晨潇,刘丁荣,侯明玥,姚日晖,彭俊彪
2022(3):369-375. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000304 CSTR:
摘要:氧化锡由于其优异的透明性和半导体性能及成本低廉、绿色环保等特点,逐渐成为透明氧化物半导体材料研究的热点。使用异丙醇((CH3)2CHOH)和乙醇(CH3CH2OH)为溶剂、二水合氯化亚锡(SnCl2·2H2O)为前驱体,通过旋涂法制备低成本且环保的透明SnO2薄膜。采用同步热分析仪(TG-DSC)、激光共聚焦显微镜和霍尔效应测试仪等设备,对SnO2薄膜的化学组分、微观结构和光电性能进行表征,探究溶剂和退火温度对透明SnO2薄膜的影响及相关机制。研究结果表明:Sn2+在乙醇中的溶解性好,相应前驱体溶液的成膜质量高,薄膜致密平整;提高退火温度,薄膜内部杂质逐渐去除(215.6 ℃@CH3CH2OH),经过400 ℃退火后SnO2由非晶态向结晶态转变,且SnO2的结晶度随着温度升高而逐渐增加;基于不同温度制备的SnO2薄膜在可见光波段(390—780 nm)具备优异的透明性,在波长为390 nm时不同温度下的透射率分别为96.55%(250 ℃)、96.21% (300 ℃)、95.14%(350 ℃)、96.44%(400 ℃)和93.31%(500 ℃);随着退火温度升高,SnO2薄膜的霍尔迁移率先增大后减小,薄膜载流子浓度先降低后增大,优化后的SnO2薄膜(@350 ℃)的霍尔迁移率最高可达19.54 cm2?V-1·s-1,而可控载流子浓度低至7.47×1012 cm-2。通过优化溶剂成分和退火温度,最终制备了表面平整、高度透明且具备优良半导体性能的SnO2薄膜,其在透明电子应用方面具有巨大的潜力。
姜雅思,姚日晖,邹文昕,吴振宇,张康平,郭晨潇,刘丁荣,侯明玥,宁洪龙,彭俊彪
2022(3):376-383. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000305 CSTR:
摘要:银纳米线薄膜制备工艺简单,与柔性衬底兼容,光电性能优异,被视为最有可能替代传统ITO的柔性透明电极材料之一。银纳米线的细线径、高长径比是提升薄膜光电性能的关键。采用多元醇法制备了银纳米线,研究了AgNO3添加方式、PVP分子量和成核控制剂对银纳米线形貌的影响。通过优化银纳米线的制备工艺,最终获得了线径为35.5 nm的银纳米线,其薄膜方阻低至147.5 Ω?sq-1,在550 nm处透过率高达96.21%。为了提升银纳米线透明薄膜电极的热稳定性,开发了GZO/AgNWs/GZO“三明治”复合新结构。结果表明,该复合结构电极经过250 ℃热冲击,不仅仍然保持高透明(550 nm透过率为82.42%),而且方阻的增加值不超过78%。GZO/AgNWs/GZO“三明治”透明电极具有高热稳定性,为银纳米线透明电极的商业化应用提供有益借鉴。
2022(3):384-388. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000306 CSTR:
摘要:为了探索对基于不同衬底的透明导电薄膜的图形化制作,研究了采用激光刻蚀基于玻璃和柔性PET衬底的ITO和FTO等TCO薄膜材料的优化工艺,考察了激光设备在不同工作功率和扫描速率下工作对刻蚀效果的影响。结果表明,玻璃基薄膜可采用2.3 W的刻蚀功率和500 mm·s-1的扫描速率进行刻蚀,柔性PET基薄膜可采用1.2 W的刻蚀功率和500 mm·s-1的扫描速率进行刻蚀;扫描速率越慢、激光功率越高,对薄膜的刻蚀速率就会越快;激光功率过高会导致柔性PET衬底发生高温热熔化而凸起形变,因此刻蚀时应适当降低刻蚀功率。综合而言,采用激光刻蚀法可高效率、高品质地实现对不同衬底上薄膜的图形化制作。
2022(3):389-392. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000307 CSTR:
摘要:为制备大尺寸高密度ITO靶材,采用冷等静压及常压高温烧结的方法,制备了尺寸为1500 mm的ITO靶材,同时研究了ITO粉末的松装密度、冷等静压压力、烧结温度和保温时间等因素对靶材密度的影响。结果表明:当ITO粉末松装密度较大及粉体颗粒较小时,所制备的靶材相对密度更高;在冷等静压压力300 MPa、烧结温度1580 ℃、保温时间20 h的条件下,制备靶材的相对密度可达99.71%。表明上述工艺可以实现尺寸为1500 mm的大尺寸ITO靶材的制备,并且靶材相对密度较高。
2022(3):393-401. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000308 CSTR:
摘要:亚氧化钛电极TinO2n-1(4≤n≤10) 具有环境友好、导电性好、耐强酸强碱、析氧电位高等优异性能,在电催化氧化处理难降解有机废水领域中极具应用潜力。采用自制的亚氧化钛块体电极,研究该电极的电化学特性及其对多种难降解工业有机废水的降解效能,并表征该电极的组成和表面形貌。结果表明:该块体电极为表面多孔结构,电极表层的主相为Ti4O7,电极的粗糙系数约为500,能为电化学反应提供较大的活性比表面积;同时,其电化学电位稳定窗口可高达3.6 V,电化学交换电流密度为4.606×10-2 mA?cm-2,均高于DSA电极(2.3 V和1.861×10-2 mA?cm-2);此外,该块体电极及DSA电极的电化学氧化降解亚甲基蓝(MB)的过程均符合准一级反应动力学方程,且反应动力学常数k亚氧化钛=2.0 kDSA。利用亚氧化钛块体电极对多种工业废水,如垃圾渗滤液、金属冶炼厂的残余液等样本进行了降解处理,上述废液的化学需氧量(CODCr)去除率均能达到90%以上,表明该电极装置能有效地处理难降解工业废水。
2022(3):402-408. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000309 CSTR:
摘要:泡沫镍的良好导电性及多孔的三维骨架结构有助于电子传输和电解液接触。以泡沫镍为模板,采用水热合成法制备三维Co2Mn3Ox纳米薄膜,并对其作为超级电容器电极材料的电化学储能特性进行了实验研究。结果表明:在泡沫镍表面可控合成了超薄的三维Co2Mn3Ox纳米薄膜,该薄膜由超小的纳米颗粒组成,并具有一定的多孔结构;合成的三维Co2Mn3Ox纳米薄膜作为超级电容器电极材料表现出了优异的储能特性,如在电流密度为5 A?g-1下具有1092.5 F?g-1的比电容,恒流充放电循环1000次后电容保留率高达89.1%。此外,以Co2Mn3Ox纳米薄膜为正极材料,活性碳为负极材料,组装的非对称超级电容器表现出高的能量密度、高的功率密度以及良好的循环稳定性。该研究丰富了自支撑、无粘结剂、高储能特性的赝电容超级电容器电极材料种类,为电化学储能薄膜材料的设计提供了思路。
2022(3):409-417. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000310 CSTR:
摘要:合成稳定高效的纳米酶代替传统天然酶是目前酶催化领域的研究热点。采用适合大规模制备的溶液共沉淀法,在常温常压下合成了一种稳定的单斜相α-Ag3VO4纳米线,其长度约为40 μm、长径比可达80(40 μm/500 nm)。同时,研究了单斜相α-Ag3VO4纳米线类氧化酶活性。结果表明,该纳米线具有广普的类氧化酶活性,对3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)、邻苯二胺(OPD)、2′-联氨-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)三种底物均表现出了良好的催化活性。另外,系统研究了pH、反应时间及催化剂和底物浓度对单斜相α-Ag3VO4纳米线催化活性的影响。结果表明,高酸度有利于体系双电子转移过程的进行,钒酸银纳米线的类氧化酶活性与催化剂和底物浓度正相关。利用经典的酶促反应动力学方程,得到了α-Ag3VO4纳米线催化TMB氧化的动力学参数和基本规律。研究发现,其米氏常数(Km)为0.69 mmol·L-1,最大初始反应速率(Vmax)为1.8×10-7 mol·L-1·s-1,纳米线可以有效吸附并活化溶液中的分子氧,真实氧化剂为超氧自由基和单线态氧。在抑制酶促反应模式下,探索了α-Ag3VO4+TMB体系作为传感平台定量检测生物小分子的能力,结果发现该系统对抗坏血酸具有良好的响应,检测限为6.9 μmol·L-1。基于钒酸银纳米线的类氧化酶活性,建立一种快速、简便、灵敏地检测抗坏血酸的比色法。
王超,牛少鹏,黄益聪,戴红亮,毛杰,邓春明,宋进兵,曾威,黄科,文魁,江舟
2022(3):418-424. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000311 CSTR:
摘要:WC-17Co涂层由于其优异的耐磨性能,被广泛用于工件的摩擦防护,但其在较高温度下服役存在过早氧化失效的问题。采用超音速火焰喷涂在45#钢表面制备WC-17Co致密涂层,将其置于400、500、600和700 ℃的温度下进行恒温热暴露,研究超温服役氧化行为对其结构及性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和显微硬度计等手段表征喷涂态及不同氧化温度下涂层的物相和微观结构的演变,对其物相和性能变化进行讨论。研究结果表明:喷涂过程中WC的分解及过冷使喷涂态WC-17Co涂层形成少量的Co基非晶;400 ℃热暴露后,涂层物相和结构无明显变化,当热暴露温度提高到500 ℃以上时,涂层表面CoWO4、WO3和Co3O4等氧化相开始生成,在700 ℃氧化处理2 h后,氧化物生长层增厚到10 μm;氧化促使涂层内部的Co元素向表面扩散,导致涂层内部WC硬质相的浓度提高,故内部涂层的显微硬度也大幅提高,在距离表面50 μm深度涂层显微硬度增加到1400 HV0.3以上;表层显微硬度升高则主要是由于氧化相的生成。高温氧化后,由于Co粘结相的减少使涂层断裂韧性降低,涂层在高速摩擦环境下,疏松的氧化物层易粉化失效,故WC-17Co涂层的服役温度应保持在500 ℃以下。
2022(3):425-431. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000312 CSTR:
摘要:Pyromet31V合金具有优异的蠕变断裂强度、抗热腐蚀和抗热疲劳等性能,是制备汽车发动机排气阀的关键材料。采用OM和SEM研究排气阀不同区域内的晶粒组织、晶内γ ?相和晶界碳化物形貌及合金混晶组织的演化行为。结果表明:排气阀头部中心区域为细晶区,而外部为粗晶区,中间部位为混晶区,各区域内晶粒尺寸呈双峰分布;混晶组织区域内γ ?析出相及M23C6碳化物分布与细晶区和粗晶区的相当,没有出现明显的成分偏析。进一步观察对比变形前后的晶粒组织发现,排气阀头部混晶组织形貌与原始棒料中晶粒组织密切相关,表明变形工艺对其晶体组织结构影响较小。
2022(3):432-437. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000313 CSTR:
摘要:双相钢是由铁素体和马氏体组成的一种高强钢,具有优异的强塑性、连续屈服和较低的屈强比,而广泛地应用于汽车行业。研究了DP590冷轧双相钢在退火温度分别为800和830 ℃下的连续冷却相变行为及组织演变规律。结果表明:退火后,在不同冷却速率下,双相钢的热膨胀曲线出现“平台”和上升趋势,这是由于过冷奥氏体的相变引起的;同时显微组织显示,通过调整退火制度,可以控制其多边形铁素体和马氏体的体积比,并获得分布均匀且晶粒细小的铁素体和马氏体双相组织。
2022(3):438-441. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000314 CSTR:
摘要:为改善聚氨酯/环氧树脂胶粘剂的耐水性、耐热性及力学性能,以γ-氨丙基三乙氧基硅烷作为有机硅组分对聚氨酯/环氧树脂胶粘剂进行改性,形成有机硅与聚氨酯/环氧树脂的互穿网络结构,最终制成性能优异的有机硅改性聚氨酯/环氧树脂胶粘剂。采用单一变量法,探讨不同含量的有机硅对改性聚氨酯/环氧树脂胶粘剂的性能影响。结果表明,有机硅的加入使得聚氨酯/环氧树脂胶粘剂的接触角增大,吸水率减小,力学强度增加,总体热质量损失率下降,其耐水性、耐热性以及力学性能均有所增强。当有机硅添加量达到10%时,改性胶粘剂的综合性能优异,接触角达83±1.0°,吸水率达0.32%,断裂伸长率达11.25%,拉伸强度达26.99 MPa,冲击强度达34.50 kJ·m-2,拉伸剪切强度达22.28 MPa。因此,制得的有机硅改性聚氨酯/环氧树脂胶粘剂具有重要的工业应用价值。
2022(3):442-448. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000315 CSTR:
摘要:针对混凝土开裂问题,添加镁质膨胀剂可有效减少甚至消除混凝土因干缩和温度差而产生的收缩,使混凝土具备优异的抗裂性能。为了确定合理的镁质膨胀剂煅烧工艺,研究了煅烧温度、保温时间、升温速率及冷却方式对镁质膨胀剂晶粒尺寸、微观结构及活化性能的影响。结果表明:煅烧温度对镁质膨胀剂的水化活性有决定性影响,随着煅烧温度提高,镁质膨胀剂晶粒尺寸不断变大,比表面积逐渐减小,晶格畸变逐渐减小,水化放热量及活性逐渐降低;相同条件下,煅烧保温时间越长,镁质膨胀剂晶体晶粒尺寸越大,比表面积越小,晶体结晶度越高,镁质膨胀剂水化活性越低;采用快速冷却方式,可以获得高活性镁质膨胀剂。
2022(3):449-454. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000316 CSTR:
摘要:为掌握5083铝合金的焊接特性,以获得符合中国船级社(CCS标准)要求的焊接接头。针对5083铝合金焊接时易产生氧化膜、气孔、焊后变形等问题,在分析焊接性能的基础上开展TIG焊接工艺试验,同时对焊接方法、焊材的选择、保护气体、焊前准备、工艺要求等进行了研究,获得了最佳的焊接工艺参数。研究结果表明,通过采用ER5183焊丝、多功能氩弧焊机、开V型坡口、焊前预热以及采用小线能量操作,试验所获得的焊缝在无损探伤及力学性能等方面均能满足CCS标准的要求,通过以上研究掌握了该材料的焊接工艺及操作规范。
2022(3):455-459. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000317 CSTR:
摘要:为准确测定生物可降解封堵器中微量残留的锡,采用石墨炉原子吸收法(GFAAS)和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对生物可降解封堵器产品中锡残留量进行测定,最后就两种检测方法进行对比分析。测定结果表明:两种检测方法均能达到准确测定的条件要求,测试值接近分别为27和31 μg?g-1,显著低于行业标准限量值150 μg?g-1;相比于ICP-AES法,GFAAS法具有更低的检出限、定量限,以及更高的精密度,因而更加适用于生物可降解封堵器产品中锡残留量的测定。两种检测方法均具有分析快速、准确、便捷和准确性好等特点,可为相关标准方法研究及方法精密度和准确度评定提供参考。
2022(3):460-470. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000318 CSTR:
摘要:超临界二氧化碳是一种特殊的流体,具有粘度低、扩散系数大、密度大和溶解性较好等特点,因此被认为是第四代核反应堆能量传递的首选材料。由于核反应堆的工作环境十分苛刻,超临界二氧化碳应用于核反应堆系统中易造成材料腐蚀,为确保核反应堆安全有效地运行,对超临界二氧化碳腐蚀行为进行系统研究,介绍了核反应堆的发展历程,重点探讨超临界二氧化碳对合金材料腐蚀的机理,详细阐述了温度、压力、杂质和流速等因素对材料在超临界二氧化碳中腐蚀行为的影响,针对目前的研究提出了亟待解决的问题。
2022(3):471-484. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000319 CSTR:
摘要:随着汽车制造行业,尤其是新能源汽车近几年的迅猛发展,汽车车身轻量化设计成为金属结构材料与工艺的热门研究领域。轻量化的目标不仅仅是对结构材料的低密度、高强度和高韧性的追求,同时对结构材料的高导热、高耐磨和低加工成本等多方面的要求也日益增长。介绍了金属及其复合材料在轻量化及功能化方面的研究进展,综述了镁锂合金、铝-碳(化物)复合材料及铸造铝硅合金材料的性能和制备新工艺,最后对新材料及工艺的发展需求进行了展望,以期对汽车轻量化的发展提供借鉴。
2022(3):485-494. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000320 CSTR:
摘要:纳米管的填充改性技术是制备高性能复合材料和功能材料的重要手段,利用埃洛石纳米管(HNTs)腔内的限域效应可以控制纳米填充物的形态、尺寸以及物理化学性质,从而赋予其特定的功能。近年来,人们发现金属颗粒、高分子链和小分子有机物可以进入HNTs管腔,进而通过多种物理化学方法发展了HNTs的填充改性技术。在研究HNTs结构性质的基础上,全面总结了HNTs的管内填充技术,概述了比较成熟的金属及其氧化物等纳米粒子填充HNTs管的方法,其中填充的物质主要包括金属单质Ru、Au、Ag、金属氧化物Fe3O4和Cu-Ni合金等,对填充中用到的改性剂或表面活性剂的种类和性质也进行了介绍,为HNTs填充技术的应用开发工作提供参考。同时,指出了HNTs管内填充改性技术的未来发展方向,主要包括如何精确控制管内粒子成分、形貌、尺寸和填充比例,以及如何满足不同应用场所对更多种类的管内填充物的需求。
2022(3):495-504. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000321 CSTR:
摘要:氧化锆(ZrO2)陶瓷为牙科临床使用的首选材料,其可用于修复、固定局部义齿和种植牙,然而其所使用的贴面陶瓷会在早期临床使用中出现失效,其功能完整性及耐用性有待提高。因此,对氧化锆陶瓷材料的各项性能参数及其几何学特征等方面进行了总结。阐述了热循环、制备工艺、几何形状范围内关键参数对氧化锆陶瓷材料性能的影响,为制造工艺参数改进、工艺优化等提供有益参考,从而促进氧化锆牙科材料机械性能、稳定性及功能性的改进。