2022(6):887-895. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000601 CSTR:
摘要:对3种不同Ru元素含量的新型镍基高温合金铸态、热处理态的组织进行观察,研究了Re元素对合金凝固组织的特征及元素偏析行为的影响。结果表明:随着Ru元素含量(质量分数)的增加,合金γ′相的回熔温度及固相线温度(初熔温度)分别升高和降低,而液相线温度无显著变化;铸态合金组织的枝晶偏析明显,其枝晶干和枝晶间γ′相的尺寸及体积分数均呈下降趋势;铸态合金的主要强化元素的偏析,呈先升高后降低的趋势;经标准热处理后,合金中共晶组织消除,Ru元素含量的增加降低了合金的最高固溶处理温度。
2022(6):896-904. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000602 CSTR:
摘要:TiAl合金具有优异的高温性能,但在高温下的抗氧化性和耐腐蚀性较差,从而阻碍了其在工程中的实际应用。以Ti-48Al-2Nb-2Cr合金为研究对象,为其免受热腐蚀侵蚀,通过预氧化在其表面制备一层致密的保护膜,研究预氧化处理对Ti-48Al-2Nb-2Cr合金在Na2SO4(质量分数75%)+NaCl(质量分数25%)混合盐环境中的热腐蚀行为及氧化层组成和结构的影响。结果表明:经700 ℃氧化100 h后,预氧化试样的氧化增重仅有0.47 mg?cm-2;预氧化处理的Ti-48Al-2Nb-2Cr合金表面为多层氧化物结构,最外层形成了连续、致密的TiO2层,并且氧化层与基体具有良好的结合力,从而有效阻止了熔盐向合金内部扩散,进而显著提高了合金的抗热腐蚀性能。因此,通过预氧化的方式可提高TiAl合金表面的抗热腐蚀性能。
2022(6):905-911. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000603 CSTR:
摘要:添加碳化物和难熔金属元素,可以显著提高激光熔覆技术制备Inconel 625合金涂层的耐磨性,但添加氧化物对合金涂层的高温耐磨性的影响研究较少,其作用原理尚未揭示。为此,采用高速激光熔覆技术,在20G钢板基体上成功制备了Inconel 625涂层和Inconel 625/Y2O3复合涂层,并对他们的微观组织及高温耐磨性进行了系统地研究。结果表明:在凝固过程中Y2O3作为形核剂,其可使晶粒细化及晶粒取向分布更加随机;Inconel 625涂层和Inconel 625/Y2O3复合涂层均表现出在激光熔覆层/基体界面搭接处的硬度最高,与Inconel 625涂层相比,Inconel 625/Y2O3复合涂层搭接处的硬度更高约为275 HV0.5;与基体和Inconel 625涂层相比,Inconel 625/Y2O3复合涂层具有更低的高温摩擦磨损系数,其高温摩擦系数仅为0.2;通过对比高温磨损后微观组织形貌后发现,Inconel 625/Y2O3复合涂层的耐磨性能最好。
2022(6):912-919. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000604 CSTR:
摘要:针对垃圾焚烧炉受热面的高温腐蚀,分析了硫/氯协同作用对涂层高温腐蚀性能的影响,以期为未来涂层服役性能的提升提供理论指导,促进垃圾焚烧发电的发展。在实验室模拟气氛(体积分数95%)+O2(体积分数5%)条件下,对涂有Na2SO4盐、NaCl盐及NaCl+Na2SO4混合盐的TC4渗铝样品进行600 ℃的高温腐蚀实验,并利用扫描电镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对试样进行了分析。结果表明:当喷涂Na2SO4溶液时,涂层表面发生微弱的腐蚀;当喷涂NaCl+ Na2SO4(质量分数比1:2)混合盐溶液时,在涂层表面生成了多层结构的腐蚀氧化层;当喷涂NaCl溶液时,涂层表面发生了严重的腐蚀,腐蚀产物主要是富含Al、Ti的氧化物和氯化物。在腐蚀过程中,氯化钠在高温下形成Cl-1,其穿透初期形成的氧化膜,随后生成的金属氯化物在高温下汽化,向外扩散到达表面氧分压较高的区域时又被氧化为金属氧化物,此过程连续循环,使表面的多层氧化膜不断被腐蚀,随着Cl-1浓度的增加样品的腐蚀更加严重,但S和Cl的协同作用可以降低涂层的腐蚀速率。
2022(6):920-927. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000605 CSTR:
摘要:P91钢被广泛应用于大型电站的发电机组和蒸汽管道等关键部位。长期服役会导致P91钢蒸汽管道性能退化,目前研究多关注长期服役对母材性能的影响,而对焊接接头各部位的显微组织和力学性能缺乏系统研究。因此,分别从未服役的P91钢蒸汽管道的母材(NBM)和已服役74 000 h的P91钢蒸汽管道焊接接头的母材(BM)、热影响区(HAZ)焊缝(WZ)取材,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、硬度计和拉伸试验机,研究长期服役对P91钢蒸汽管道焊接接头的显微组织和力学性能的影响。结果表明:相比于NBM,BM和WZ的硬度和拉伸性能均未出现退化迹象,而HAZ的拉伸性能在硬度基本未变的情况下显著退化,表明硬度不能用于判断服役时间低于74 000 h的P91钢蒸汽管道焊接接头的寿命。焊接时高温热循环回火使HAZ的马氏体板条和碳化物发生粗化,且碳化物沿马氏体板条界面连续析出分布,对HAZ的拉伸性能已造成一定程度的损害。长期服役使本已老化的HAZ显微组织明显退化,致使其拉伸性能显著下降,断裂模式由韧窝断裂转变为韧窝和准解理复合断裂。
2022(6):928-933. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000606 CSTR:
摘要:钛合金在高温含盐环境下服役时,易发生高温腐蚀现象。为了提高钛合金抗高温腐蚀性能,采用离子镀技术在TC4钛合金基体上沉积了TiAlN涂层,并研究了涂层的抗高温腐蚀防护性能。研究结果表明:TiAlN涂层结构均匀稳定、与基体结合良好,表面生成了少量的熔滴颗粒,涂层由Ti(Al)N物相组成;TC4基体经550 oC腐蚀后,在表面形成了尺寸较大的凸起,较厚的腐蚀产物膜由TiO2相组成,腐蚀产物的结构疏松、分层、无保护性,表明TC4基体的抗腐蚀性较差;而TiAlN涂层表面的熔滴被氧化腐蚀,在涂层上方形成了一层均匀、致密、连续的Na2Al2Ti6O16钠盐产物膜,涂层内部并未出现开裂、分层现象,表现出涂层较好的抗腐蚀性。
杨壮壮,江舟,文魁,宋琛,刘太楷,邓畅光,邓春明,朱晖朝,张留艳
2022(6):934-941. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000607 CSTR:
摘要:固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高、燃料适用范围广等优点,具有广阔的应用前景。由于SOFC工作温度较高(600—800 ℃),金属连接体长期服役过程中会发生严重的氧化和元素挥发,导致电池性能衰退,降低其使用寿命,故而需要对金属连接体进行防护。在现有的防护涂层材料中,Mn-Co尖晶石涂层能有效抑制金属连接体的氧化和Cr挥发,被广泛用于金属连接体防护,但其高温电导率需要进一步提升。掺杂改性是一种有效提高Mn-Co尖晶石电导率和防护性能的方法。围绕Mn-Co尖晶石掺杂元素和改性方法,详细介绍了SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层的研究进展。
2022(6):942-958. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000608 CSTR:
摘要:超声波是一种波长极短的机械波,基于其空化和共振等效应衍生开发的超声技术已应用于材料工程各个领域。介绍了超声波的作用原理,即空化效应和共振效应。空化气泡的形成、塌陷或消散会在气泡附近形成高温高压,同时生成巨大的冲击力和微射流,这种现象即超声波的“空化效应”。当材料受到和固有频率相同的超声波振动时,材料被激励形成共振现象,材料内部应力增加或释放,其结构便可能被破坏,这种现象即超声波的“共振效应”。详细总结了近年来超声波在材料制备、加工、检测及回收方面的部分应用,同时指出了超声波应用所临的问题,以及展望了超声波在材料工程中的应用前景。
2022(6):959-970. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000609 CSTR:
摘要:镁被誉为21世纪绿色金属结构材料,在交通、航空等轻量化需求领域中具有广阔的应用前景。然而镁合金的绝对强度及塑性加工能力有限,极大程度地限制了镁合金的应用。近年来,由5种或5种以上等物质量比或近等物质量比金属形成的高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性等优异性能,成为最具发展潜力的新材料之一。高熵合金的独特设计理念为镁合金的强度和塑性的综合提升提供了有效的借鉴。采用镁等低密度组元可显著降低高熵合金的密度,同时又兼具高熵合金的优异性能,如含镁轻质高熵合金Al20Li20Mg10Sc20Ti30的密度仅有2.67g?cm-3,但硬度可达5.9 GPa。对含镁轻质高熵合金的设计制备、微观组织及性能的研究进展进行了总结归纳,概括了当前研究中存在的问题,对含镁轻质高熵合金的未来进行了展望,旨在为含镁轻质高熵合金的研究提供一定的参考。
2022(6):971-975. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000610 CSTR:
摘要:粘弹性材料广泛的应用于振动控制工程中,融入轻量化设计元素对粘弹性阻尼结构进行拓扑优化设计已经成为被动阻尼技术研究的一个重要方向。在系统概括均匀化法、变密度法和渐进结构优化法设计思路的前提下,重点梳理了粘弹性阻尼结构拓扑优化设计的研究成果,总结了在数值仿真方面存在的不足,提出关键技术值得改进的方向,旨在拓宽拓扑优化方法在粘弹性阻尼结构优化设计中的应用前景。
2022(6):976-984. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000611 CSTR:
摘要:中碳低合金钢在低温下的冲击韧性差,使其应用受到一定的限制。为增强中碳低合金的韧性,通过回火形变工艺构筑超细纤维的仿生组织,实现材料的强韧化。结果表明:经过回火形变后的42CrMo钢组织中包含细长纤维晶粒、<101>//RD的强织构及纳米碳化物,这种“类竹子”的仿生组织可显著提高材料的屈服强度和抗拉强度,抗拉强度达1.4 GPa以上;由于仿生纤维组织裂纹分层与分叉的增韧作用,这种新型材料具有更低的韧脆转变温度,在-80 ℃条件下的冲击韧性高达107 J,综合力学性能显著高于调质处理的42CrMo钢。该研究对高性能金属材料的设计和制造,具有一定的指导意义。
2022(6):985-992. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000612 CSTR:
摘要:6005A铝合金广泛应用于轨道交通和汽车等领域中,通过添加微量元素可进一步提高其强度和塑性。采用铸锭冶金法制备出直径为258 mm含Sc 的6005A铝合金铸锭,合金铸锭经均匀化后热挤压成2.5—3 mm的多腔体空心型材,同时研究了微量Sc对6005A铝合金微观组织与拉伸性能的影响,以及不同时效制度下含Sc的6005A合金组织与性能。结果表明:添加微量的Sc到6005A合金中,可提高合金的强度,当Sc质量分数为0.06%时合金的抗拉强度、屈服强度分别提高了14.8%和16.8%;添加微量Sc的合金晶粒得到细化,减少了枝晶偏析,形成了弥散的Al3Sc相,抑制了合金的再结晶。此外,含Sc的6005A合金经175 °C时效8 h析出了大量弥散分布的细小β"相,其强化效果显著。因此,通过添加Sc元素对6005A合金性能有较大的改善。
2022(6):993-997. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000613 CSTR:
摘要:钛及钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,已成为骨科和牙科修复用主要植入物材料。采用钛网扩散连接法制备医用多孔钛TA2,并在其表面沉积羟基磷灰石(HA)涂层,采用SEM和EDS法表征多孔和密实钛表面涂层的形貌和化学成分,对比成骨细胞的粘附及铺展形貌,并且进行体外细胞毒性试验。结果表明:样品经热处理,浸泡在模拟体液中14 d后可在其表面形成HA涂层,多孔钛表面细胞存活率明显高于密实钛;多孔化处理可促进培养液流动,更有利于钛表面细胞的早期粘附和增殖。
2022(6):998-1007. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000614 CSTR:
摘要:为实现高荧光量子产率和较浅价带的量子点,选用镉掺硫化锌(CdZnS)和硫掺杂硒化锌(ZnSeS)分别为最外层壳和内层壳,合成了核/壳结构为CdZnSe/ZnSeS/CdZnS的红光量子点。结果表明:内部ZnSeS壳层能有效地将激子限制在量子点的核心内,与CdZnSe核和CdZnS外层壳间晶格匹配较小,使量子点具有完美的纳米结构和高光致发光量子产率;CdZnS最外壳层能够调控量子点的价带,减小空穴从聚合物到量子点之间的注入能垒,有利于空穴从空穴传输层注入到红光量子点发光层,实现量子点发光二极管中载流子平衡的复合;基于这些新型量子点的红色量子点发光二极管的最大外部量子效率为18.5%,量子点发光二极管在低外加电压下表现出较高的亮度值,具有较高的功率效率。基于CdZnS壳层的量子点具有较高的光致发光量子产率和较浅的价带能级,其可作为一种极好的最外层壳,以实现高性能的量子点发光二极管。
2022(6):1008-1013. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000615 CSTR:
摘要:开发高能量密度、低成本、高安全性和可持续的材料体系,对于锂电池的高质量发展具有重要意义。高镍三元正极材料具有质量能量密度高、倍率性能好、钴含量较低的优点,是长续航动力锂电池的首选,但其存在压实密度低、表面残碱高、高温循环易产气的问题。本文通过采用在不同温度下进行梯次包覆的方法,制备出ZrO2/B2O3双组分包覆的单晶高镍材料(ZrO2/B2O3@SCHN)。同时,对ZrO2/B2O3双包覆单晶高镍材料及其锂电池性能进行了研究。研究结果表明:ZrO2/B2O3@SCHN材料单一颗粒形貌明显,具有良好的层状晶体结构;ZrO2/B2O3@SCHN锂离子软包电芯在45 ℃循环1500次后容量保持率高达85%,此外ZrO2/B2O3@SCHN电芯通过热箱测试(130 ℃,30 min)后未发生破裂、冒烟、着火和爆炸等现象,表现出优异的热安全性。该研究为进一步改善单晶高镍材料的性能提供可靠的实验探索,为高能量密度长循环锂离子电池的研发提供参考。
2022(6):1014-1016. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000616 CSTR:
摘要:随着电气铁路的快速发展,低温高寒地区接触线得到普遍应用,其力学和电学性能对电气化铁路接触网的供电可靠性具有重要影响。通过对比试验研究了低温(-55 ℃)和常温(25 ℃)环境对CTMM150接触线力学和电学性能的影响。试验研究结果表明,低温试验后,接触线的拉断力提高了2.2%,电阻率降低了16.0%,伸长率降低了8.8%,其各项性能均满足标准要求。为低温高寒地区电气化铁路接触线的应用提供了数据支撑。
2022(6):1017-1023. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000617 CSTR:
摘要:激光选区熔化(SLM)成型的IN718高温合金,存在高温强度及韧性无法兼得的难题。针对此问题,通过Double Doelhert设计矩阵优化IN718的激光3D打印参数,研究不同热处理制度与IN718力学性能的关系。结果表明:通过参数调控,可使SLM成型试样的致密度达到99.9%;通过采用创新性开发的固溶+短时双时效后处理制度,可获得高强、高韧的激光3D打印IN718合金,其力学性能全面达到锻件的技术指标。该办法为SLM成型IN718合金组织调控提供了新思路,新型后处理制度可广泛应用于SLM成型的航空发动机零件。
2022(6):1024-1029. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000618 CSTR:
摘要:液相沉淀法制备纳米粉体过程中,喷雾干燥参数的选择直接影响粉末产物的形貌和粒径。针对碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的前驱物,采用先进喷雾干燥工艺对其脱水造粒,旨在解决粉末团聚等问题。结果表明:在干燥温度150 ℃,蠕动泵速度40%的喷雾干燥条件下,可获得D50=3.30 μm、(D90-D10)/2D50=0.46,粒径分布窄的球形纳米碱式碳酸钇前驱团聚体;通过控制升温速度5.375℃/min,煅烧温度860℃,煅烧时间1h,团聚体可制备得到单一粒径30—60 nm、D50=0.050 μm,分散性良好的立方晶型纳米Y2O3。
2022(6):1030-1034. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000619 CSTR:
摘要:为研究制备方法对氟铝酸钾成分及性能的影响,分别采用干磨法、水磨法、烧结法、熔融法和氢氟酸化合法制备氟铝酸钾,并运用XRD和DSC-TGA对5种不同方法制备的氟铝酸钾样品进行了分析。结果表明:熔融法和氢氟酸化合法相比于干磨法、水磨法和烧结法,他们的反应更完全、熔点最低,制备的氟铝酸钾高温组成相相同、品质相当;氢氟酸化合法相比于熔融法,生产原料价廉易得、生产工艺简单、生产成本较低,该法更适合在大规模生产中使用。
2022(6):1035-1039. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000620 CSTR:
摘要:为解决生产模具钢H13连铸过程中存在的问题,如脱引锭困难、铸坯切不断、切割端面不平、铸坯低倍质量差等。通过优化脱引锭位置和拉矫机热坯压力,开发铁粉喷吹切割,以及对电磁搅拌、轻压下工艺的研究,有效地解决了H13钢连铸生产中存在的难题,保证了连铸过程的稳定性。同时,提高了铸坯产品质量,取得了良好的经济效益。
2022(6):1040-1045. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000621 CSTR:
摘要:云南某矿中的银多数以类质同象或微细粒包裹体存在于褐铁矿和铅硬锰矿中,直接采用氰化浸出其浸出率仅为30.26%。为提高银的氰化浸出率,采用直接碱性浸出法对矿物进行锰、银预分离实验,研究了不同反应条件对浸出的影响,以确立最优的工艺流程。结果表明,在浸出液中铵根的浓度为1.5 mol?L-1、浓氨水为1.5 mL(在浸出液中的浓度为0.0195 mol?L-1)、还原剂铜丝4 g、液固比为3:1的条件下,常温下反应4 h后,锰的浸出率为47.2%,而银不被浸出,实现了银和锰预分离。经碱浸后的渣再进行氰化浸出,银的氰化浸出率可提升至71.66%。该方法原材料价廉易得、操作简单、环境污染小,可在短时间内较好地实现锰和银的分离回收,具有较高的综合经济价值。
关耀威,张宇洋,段伟,黄秋玲,李肖瑶,李展鹏,张育诚,简思聪
2022(6):1046-1051. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000622 CSTR:
摘要:为研究7075铝合金表面质量与摩擦磨损性能间的关系,在摩擦磨损试验机上进行了7075-T651铝合金与Si3N4球的对磨实验,探讨了不同表面粗糙度对该铝合金摩擦磨损行为的影响。实验结果表明:试样初始表面粗糙度和摩擦系数,二者之间无明显关系;在1 min的摩擦磨损实验中,试样表面粗糙度为0.074 μm的铝合金磨损量最小为0.12 mg;在磨损过程中,磨损损伤表面存在微切削和挤压剥落的现象,并且出现鳞片状磨痕,主要磨损类型为磨粒磨损。
2022(6):1052-1057. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000623 CSTR:
摘要:奥氏体不锈钢用于饮用水管制作时需经弯管形变和焊接工艺,该工艺过程引起的不锈钢组织结构演变将影响其抗腐蚀性能。通过背散射电子衍射技术分析奥氏体不锈钢经某弯管形变和焊接后的晶粒度、相组成、织构等变化,结果表明:弯管形变对不锈钢内部组织结构的影响甚微,不会引起有害元素迁移量增加,而焊接对不锈钢内部组织结构的影响更大,可能是造成金属元素迁移的重要因素。
2022(6):1058-1063. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000624 CSTR:
摘要:根据GB/T 39560.8-2021/IEC 62321-8:2017 《电子电气产品中某些物质的测定 第8部分:气相色谱-质谱法(GC-MS)与配有热裂解/热脱附的气相色谱-质谱法(Py-TD-GC-MS)测定聚合物中的邻苯二甲酸酯》的检测原理和方法,结合JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》的基本程序,以邻苯二甲酸二正丁酯为例,评定了气相色谱-质谱法测定电子电气产品中高分子聚合物材料里的7种邻苯二甲酸酯类化合物的不确定度。通过系统分析检测过程的不确定度来源,建立数学模型量化各不确定度分量,从而评定不确定度,并计算了扩展不确定度,提高了检测数据的可靠性,也为不良结果的原因分析提供了帮助。
2022(6):1064-1067. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000625 CSTR:
摘要:利用传统方法,如国标法测定氧化铝铜中氧化铝含量,但该法流程较长、操作要求较严格,难以满足日常快速准确测试的需求。通过对样品影响因素的系统分析,确立了最佳的样品溶解方法和最佳测定条件。结果表明:采用盐酸密闭恒温溶解样品,再采用ICP-AES法直接测定氧化铝铜样品中氧化铝含量的方法,在稀盐酸介质中,恒温190 ℃、腐蚀5 h的条件下,铜基体对氧化铝含量的测定无影响;本方法的加标回收率在96.9%—102.0%之间,相对标准偏差在0.35%—0.50%之间。说明,该方法能够满足快速准确测定氧化铜铝样品中氧化铝含量的需求。
2022(6):1068-1072. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000626 CSTR:
摘要:低镍锍是传统火法冶炼镍的中间产物,硫化镍矿中的有价金属元素(如 Ni、Cu、Fe、Co等)富集形成硫化物共熔体,贵金属元素(如Au、Ag、Pt等)也富集进入低镍锍中。测定低镍锍的贵金属含量有助于评估低镍锍的价值。建立一种快速测定低镍锍中微量银的方法,使用硝酸、盐酸及高氯酸混合酸溶解低镍锍试样,在盐酸介质中使用火焰原子吸收光谱仪测定银的含量。同时,考查了Fe、Ni、Cu、Co等主要成分对银含量测定的干扰。研究结果表明:低镍锍的基体元素,对银含量的测定结果无干扰;对样品进行测试,得到该方法的相对标准偏差(RSD)为0.41%—1.41%,加标回收率介于96.2%—107.0%。说明,火焰原子吸收光谱法简单快速,测量结果稳定、准确度高,可满足低镍锍中微量银的测定需求。