摘要:铝合金具有密度低、强度高和导热性能好等优点，广泛应用于航空航天、交通运输和电子信息等行业。然而，随着铝合金产品的更新换代，对铝合金材料的力学性能提出更高的要求，因此亟需开发新型铝合金材料。通过同步辐射X射线成像与衍射技术研究铝合金材料成分-工艺-组织-性能之间的关系，是推动铝合金材料研发与设计的重要途径。同步辐射成像技术作为一种高分辨率、无损的研究手段，从二维发展到三维、四维成像，实现了材料内部复杂结构的实时动态监测，为建立材料形态与性能演化模型提供了重要实验依据。此外，三维及四维成像技术突破了传统观测的时空限制，显著提高了对铝合金材料在凝固、受载变形及疲劳损伤过程中的结构演变研究能力，为分析微观组织对宏观性能的影响奠定了基础。同步辐射衍射技术凭借高时空分辨率和介观尺度的独特优势，能够捕捉材料变形过程中微观组织的应力-应变演化特征，揭示微区力学性质和几何形态对载荷分配行为的影响。这一技术为研究材料复杂的形变机制及其性能优化提供了强有力的支撑，同时推动了多尺度力学模型的发展。结合同步辐射成像与衍射技术，可实现从宏观力学行为到微观结构演变的多尺度关联研究，特别是在应力、应变分布动态变化的预测及其对材料疲劳与断裂机制的影响方面表现出极大潜力。未来，通过整合同步辐射技术与机器学习、纳米成像技术及多模态实验装置，有望进一步提升时间和空间分辨率，突破现有技术局限，为探索铝合金材料体系的结构-性能关系及开发材料设计理论提供新的研究路径和技术支持。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之一)

摘要:稀土硅酸盐陶瓷具有耐高温和力学性能优异等特点，目前被认为是最具应用前景的碳化硅纤维增强碳化硅（SiC_f/SiC）的环境障涂层材料。然而，航空发动机苛刻的服役环境要求稀土硅酸盐环境障涂层材料需要具备优异的抗水蒸汽腐蚀性能。因此，稀土硅酸盐的抗水蒸汽腐蚀性能的研究得到了广泛地关注。基于对稀土硅酸盐陶瓷高温水蒸汽腐蚀研究进展的系统总结，探讨了稀土元素种类、稀土硅酸盐种类、组织状态、腐蚀温度、腐蚀时长及水蒸汽流速等因素对稀土硅酸盐水蒸汽腐蚀行为的影响机理。稀土单硅酸盐抗水蒸汽腐蚀性能优于稀土双硅酸盐，而稀土双硅酸盐的热膨胀系数较低，具有更好的抗裂纹扩展能力。稀土元素离子半径较小的稀土硅酸盐展现出较为优异的抗水蒸汽腐蚀性能，在制备多组元掺杂稀土硅酸盐时，可引入离子半径小的稀土元素以提升抗水蒸汽腐蚀性能。通过稀土硅酸盐的疏水性可以预测抗水蒸汽腐蚀性能，受孔隙率的影响，稀土硅酸盐致密陶瓷块体的抗水蒸汽腐蚀性能通常优于涂层，但通过优化制备方法获得的高度致密涂层的抗水蒸汽腐蚀性能得到大幅提升。通常更高的腐蚀温度和时长、更大的水蒸汽流速和含量也会导致稀土硅酸盐陶瓷遭受更严重的腐蚀。稀土硅酸盐高温水蒸汽腐蚀行为的探讨，为稀土硅酸盐环境障涂层的发展和应用提供了有益的参考。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之二)

摘要:液态铅铋共晶合金（Liquid lead-bismuth eutectic, LBE）具有优良的热工水力和中子学性能，是第四代先进快中子堆的冷却剂和加速器驱动次临界核能系统(Accelerator driven sub-critical system, ADS)的散裂靶最重要的材料之一。然而，LBE与金属结构材料之间的相容性问题是阻碍液态重金属快中子堆发展的主要瓶颈。由于铁素体/马氏体钢（F/M钢）具有良好的力学性能且导热性好、热膨胀系数低及抗辐照性能优异，已成为液态重金属快中子堆主要的候选材料，其腐蚀问题对于液态重金属快中子堆的材料选型和结构设计尤为重要。LBE腐蚀受多种因素（温度、流速、氧浓度和材料组分等）影响，从而导致腐蚀过程较为复杂。因此，对F/M钢在不同LBE环境中的腐蚀行为、规律、机理和相关模型进行分析总结十分重要。可用空间模型理论是最受广泛认同及应用于解释LBE腐蚀行为的理论，几乎所有腐蚀机理模型均建立在该理论的基础上。F/M钢与LBE腐蚀环境之间的元素扩散运动与腐蚀产物生长密切关联，Fe离子向外扩散留下空位，空位累积形成空穴，O扩散到空穴后大部分发生氧化生成Fe-Cr尖晶石，部分O沿着晶界和马氏体板条边界扩散，选择性优先氧化Cr生成Cr₂O₃。对于添加Si的F/M钢，沿着位错优先生成SiO₂，降低了富Cr氧化物的成核势垒，从而促进了Cr₂O₃和Fe-Cr尖晶石的形成。在实验研究和机理研究的基础上，建立预测F/M钢长期腐蚀性能的模型，常用的有热工水力模型（MATLIM）和CEA提出的机理模型。通过对F/M钢在LBE环境中腐蚀的机理研究，研发出更快形成保护性氧化层（Fe-Cr尖晶石层）和增加 Fe-Cr尖晶石层致密度的有效方法，从而提高材料的抗LBE腐蚀性能。（专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之三）

摘要:随着电子产品更新换代速度的加快，对其性能的需求日益提升，因此推动了电子产品向微型化、高性能化方向发展。然而，微型化与高性能化通常伴随着热流密度的急剧增加，给散热设计带来了前所未有的挑战。在实际应用中，若电子产品产生的热量无法被及时有效地导出，不仅会显著降低其工作效能，极端情况下还会导致设备损坏。所以，高效散热技术成为了电子产品持续发展的关键瓶颈之一。近年来，均热板散热技术的应用已成为解决微型化电子产品高效散热问题的重要途径。为此，深入剖析了均热板散热技术的现状与发展趋势，详尽阐述其结构、工作原理及传热效能，构建全面框架体系。热阻性能作为衡量均热板散热效率的核心指标，其计算方法的解析对于实现高散热效率至关重要。为全面理解并提升均热板的热阻性能，系统阐述了影响热阻性能的两大因素：一是组成成分，主要包括吸液芯、外壳材料与工质，其中吸液芯类型与性能的研究是分析的重点；二是均热板工作时的外部环境条件，如热源特性、倾角、冷却条件等。这些外部因素的变化对均热板的热阻性能具有显著影响。最后，基于均热板的结构特性和技术发展趋势，展望了未来发展方向。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之四)

摘要:为开发具有优异抗高温氧化性能的AlCrFeNi₃共晶中熵合金，探究其氧化层组织演变与氧化机理显得尤为重要。通过真空中频感应熔炼炉制备AlCrFeNi₃共晶中熵合金，在800 ℃下进行氧化增重试验，测定该合金的高温抗氧化性能。利用X射线衍射仪表征氧化膜的物相组成，使用扫描电镜表征高温氧化后的氧化膜表面、氧化层截面微观组织演变，并结合EDS能谱仪分析元素分布，以研究合金的高温氧化行为。结果表明，AlCrFeNi₃共晶中熵合金在800 ℃下单位面积氧化增重与氧化时间的关系符合抛物线规律，抛物线速率常数为0.007 13 g²?m^-4·h^-1，抗氧化性属于完全抗氧化级。AlCrFeNi₃共晶中熵合金在800 ℃下氧化产物主要为Cr₂O₃和Al₂O₃，氧化100 h后合金表面膜平整光滑并未出现裂纹与氧化剥落，只在合金氧化表面形成了密集分布的深黑色Al₂O₃和少量浅灰色岛状Cr₂O₃，膜厚度约为2.504 μm。氧化初期，基体表面附近O₂充足，氧化反应主要由界面反应控制，Al优先与O₂发生反应生成Al₂O₃；随着氧化的继续，Al、Cr离子向外扩散产生阴极反应，氧离子向内扩散发生阳极反应使氧化物增加；稳定氧化期，合金基体和氧化膜紧密贴合，氧化膜具有良好的保护性和完整性，最终形成致密Al₂O₃与少量Cr₂O₃的混合氧化层。揭示AlCrFeNi₃共晶中熵合金的抗高温氧化机理，对促进高性能中/高熵合金的发展和工程应用具有一定的理论意义。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之五)

摘要:h-BN/ZrO₂（六方氮化硼/氧化锆）复合材料因综合性能优异，是一种具有应用前景的高温材料，尤其是在薄带连铸连轧工艺中作为一种优异的侧封材料具有独特的优势。然而，作为侧封板的BN-ZrO₂复合陶瓷在服役过程中经常因被钢水腐蚀而失效。因此，提高h-BN/ZrO₂复合材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗热震性具有重要现实意义。在常规烧结工艺中，烧结助剂主要是通过提高离子扩散系数、活化表面能，或者形成液相提高传质速率来影响陶瓷材料的性能，进而促进烧结致密化。为了提高BN/ZrO₂复合陶瓷的力学性能和耐腐蚀性能，采用放电等离子烧结（SPS）工艺，通过加入不同的烧结助剂，制备出不同h-BN/ZrO₂复合材料。通过对比不同h-BN/ZrO₂复合材料抗钢液侵蚀过程，研究了氧化锆（ZrO₂）晶型和含量及添加剂种类对复合材料微观结构和物理性能的影响，分析了烧结助剂对SPS烧结过程的作用机理。同时，还研究了不同h-BN/ZrO₂复合材料对钢水的耐腐蚀性。结果表明，ZrO₂的耐腐蚀性能远高于BN（氮化硼）。对不含添加剂的h-BN/ZrO₂复合材料，侵蚀80 min后，其侵蚀层厚度明显增大，达到40 μm左右，且侵蚀层与基体层之间没有过渡层。说明，h-BN/ZrO₂复合材料的侵蚀损伤主要是由h-BN的高温氧化挥发造成的，而钢液中分布的B和N元素是由BN氧化分解引起的，而钢液中的氧起着关键性的作用。SiO₂和La₂O₃作为添加剂时，试样存在明显的过渡层，钢液较容易进入基体；Al₂O₃和MgO作为添加剂时，侵蚀层和基体之间的过渡层存在明显的孔洞，侵蚀层对钢液的阻碍作用较强。合理调控添加剂，可以形成侵蚀层、过渡层和基体层。通过对不同h-BN-ZrO₂复合陶瓷抗腐蚀性能的研究，明确了不同h-BN-ZrO₂复合陶瓷在钢液中的侵蚀机理，为制备高性能且具有优异抗侵蚀性能的h-BN/ZrO₂复合材料提供了理论借鉴和工艺参考。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之六)

摘要:GH3128合金为固溶强化型镍基高温合金，在高温下具有强度高、塑性好、抗氧化性能优异及焊接、加工性能良好等优点，可作为长期在950 ℃下服役的零部件的材料。为研究GH3128合金在950 ℃及不同气氛（空气和氦气）下微观组织演变规律及力学性能稳定性，分别进行了100、300、500、1 000和3 000 h的长效试验。利用SEM、电解萃取+X射线衍射分析等方法，对时效后合金中析出相和析出相中主要元素含量进行了表征和定量分析。同时，通过室温及高温拉伸测试评估合金长时效后的力学性能的稳定性，以及合金组织演变对性能稳定性的影响。结果表明，锻造态GH3128合金中主要析出相为M(Mo、W、Ni)₆C，在950 ℃、空气和氦气两种气氛下长时效过程中合金组织演变规律基本保持一致，随时效时间的延长合金中碳化物含量呈现先增加后平缓的趋势，且晶界上碳化物逐渐粗化并呈连续性分布。在空气和氦气两种气氛下长时效过程中合金均析出有害相（μ相），且随着时效时间延长，μ相由短棒状转变为针状，其含量呈现先增加后平缓的趋势。与空气气氛相比较，在氦气气氛下时效析出的碳化物和μ相含量较低。GH3128合金在两种气氛下时效不同时间后，室温及高温拉伸强度基本保持稳定，拉伸塑性总体呈现先下降后平稳的趋势，时效1 000 h后基本达到稳定状态。结合GH3128合金时效过程中组织演变规律，进一步证明时效过程中μ相、M(Mo、W、Ni)₆C相含量的增加及形貌的转变均对合金塑性产生不利影响。对GH3128合金在不同气氛下时效后的组织和性能演变规律进行表征分析，为扩大其应用提供一定的理论依据。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之七)

摘要:车载储氢气瓶瓶口阀作为车载高压储氢系统的核心安全部件，需满足70 MPa级储氢系统在极端工况下的热失控防护需求。因此，针对70 MPa车载储氢气瓶瓶口阀用温控熔断合金展开了系统地研究。选取Pb-Bi共晶合金作为基体材料，采用高频真空熔炼炉，在Ar气保护环境下向Pb-Bi共晶合金分别添加1%—5%（质量分数）的Sn元素进行合金熔炼，以制备出额定温度为（110±5） ℃、承受压力为70 MPa的温控易熔Pb-Bi-Sn合金。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）等表征手段，对合金的熔点、显微组织、物相组成、硬度及抗压强度进行测试和分析。研究结果表明，Sn元素的添加并未形成新的金属间化合物相，相组成主要包括Sn相、Bi相及Pb₇Bi₃金属间化合物相（IMC），Sn元素则是以固溶体相形式存在。由于Sn元素增加了合金的固溶度，改变了合金的原子间距及原子结合力，从而使合金熔点下降、熔化潜热降低及熔化温度范围增加。此外，Sn元素的固溶强化作用与基体中析出Sn相的第二相强化协同，使得合金的强度、硬度均得到显著提升。随着Sn元素含量的增加，合金的硬度及抗压强度均出现上升趋势。当Sn质量分数增至5%时，所制备的(Pb56Bi)5Sn易熔合金的抗压强度达到61.4 MPa、硬度提高至17.28 HV，相较于Pb-Bi共晶合金，其强度提高了29.53%。同时，合金的熔化区间为105.2—112.5 ℃，熔化温度范围为7.3 ℃，能够满足氢气安全阀中温控元件的应用需求。通过在Pb-Bi共晶合金中添加Sn元素制备协同温控易熔合金，为高压氢气储运系统的安全防护提供了材料支撑。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之八)

摘要:钛合金具有高比强度、良好的耐腐蚀性及优异的高低温性能。尤其在超低温环境下，钛合金展现出的优秀力学性能，使其成为深空探测、液氢燃料容器等极端工况下的关键材料。一般情况下，钛及其合金的强度随使用温度的降低逐渐提高，同时保持良好的塑性。然而，某些钛合金(如Ti-6Al-4V合金)在变形温度低于70 K时塑性显著降低。针对这一问题，基于第一性原理计算，构建了2×2×2的Ti超晶胞(16个Ti原子)和Ti15-Al体系(15个Ti原子、1个Al原子)模型，结合声子谱计算，研究了基态及有限温度下纯钛和Ti15-Al体系的弹性常数。通过对比分析，量化了Al元素对密排六方晶体结构钛的弹性常数及弹性各向异性的影响，揭示了超低温度环境对Ti及Ti15-Al合金弹性各向异性与弹性常数的影响规律。结果表明，HCP钛晶体在弹性性能上具有显著的各向异性，Al元素的添加可有效降低其弹性各向异性。在2—300 K温度范围内，纯钛的弹性各向异性基本不受温度变化影响，而Ti15-Al体系的弹性各向异性随温度降低发生显著变化：参数Δs₁逐渐降低，Δs₂逐渐升高，并与Ti的对应变化曲线相交，交点对应的温度为分别为72和77 K。此外，随着温度降低，纯钛的弹性模量数值随温度降低逐渐增加，变化率基本保持不变，而Ti15-Al合金的弹性模量却表现出先增加后降低的趋势，在约70 K处出现转折，与Ti15-Al合金韧-脆转变温度相吻合。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之九)

摘要:WMoNbTiCr难熔高熵合金具有优越的力学性能，是一种具有应用潜力的高温结构材料。在粉末冶金烧结制备过程中，WMoNbTiCr高熵合金中Cr与其他元素会发生反应形成Lave相，而Laves相对WMoNbTiCr高熵合金的力学和抗氧化性能有重大的影响。然而，Cr含量对WMoNbTiCr高熵合金力学性能和高温抗氧化性能的影响规律及其作用机理尚不清楚，待进一步研究。以W、Nb、Mo、Cr和Ti单质粉末为原材料，通过机械合金化对粉末进行高能球磨，采用放电等离子烧结技术制备了4种不同Cr含量的WMoNbCrTi高熵合金，同时探讨了Cr含量对WMoNbCrTi高熵合金物相组成、微观组织、室温力学性能及800 ℃高温抗氧化性能的影响。研究结果表明，随着Cr含量的增加，WMoNbTiCr合金维氏硬度、压缩断裂强度和压缩应变相应增加，其中20W20Mo20Nb20Ti20Cr高熵合金的硬度、断裂强度和应变均达到最大值，分别为9.73 GPa、2 116 MPa和5.1%。随着Cr含量的增加，WMoNbTiCr高熵合金的晶粒尺寸越来越小，合金压缩应变的增加主要归因于高熵合金晶粒细化效果。WMoNbTiCr高熵合金的固溶强化、Laves第二相强化和组织细化的综合效应，提高了合金的硬度和压缩断裂强度。另外，4种不同Cr含量的WMoNbCrTi高熵合金在800 ℃下氧化40 h后，合金表面均形成疏松多孔的氧化膜，并且该氧化膜容易脱落，说明Cr含量的增加只能稍微改善WMoNbCrTi高熵合金在800 ℃下的抗氧化性能。Cr含量对WMoNbTiCr高熵合金力学性能和高温抗氧化性能的影响研究，为难熔高熵合金的发展提供了实验基础和理论指导。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之十)

摘要:重型燃机涡轮叶片在高温下运行时，受离心力与热应力等应力的交替作用，易产生疲劳失效，从而对重型燃机的安全运行构成严重威胁。为使重型燃机平稳运行，通过应变控制的低周压缩保载疲劳试验，系统地研究了定向凝固UGTC47合金在疲劳循环过程中显微组织演化及其对疲劳性能的影响。研究发现，标准热处理态UGTC47合金在900和950 ℃下表现出不同的循环应力响应行为。UGTC47合金在900 ℃时存在显著的循环硬化、循环稳定和循环软化阶段，而在950 ℃时存在非常短的循环硬化，随即进入缓慢的循环软化阶段，直至快速软化失效。UGTC47合金在900 和950 ℃温度下，其应力应变迟滞回线均呈现显著的拉压不对称现象。标准热处理态UGTC47合金，在900和950 ℃低周压缩保载疲劳过程中出现不同程度的显微组织退化。UGTC47合金在900 ℃时，其枝晶干γ′相尺寸略有增加、立方度稍减小、体积分数无明显变化，也未形成γ′相筏排组织，且γ通道宽度增加较少，组织稳定性较好；在950 ℃时，合金枝晶干γ′相的体积分数在500周次出现显著降低，γ′相在100周次即形成P型筏排组织，且随着循环周次的增加，γ′相筏排完善程度和γ通道宽度迅速增加，显微组织退化速度明显大于900 ℃的。该研究结果为UGTC47合金在重型燃气轮机透平叶片上的应用提供了数据支撑，对于具有自主知识产权的燃气轮机叶片设计、使用具有不可或缺的工程价值。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之十一)

摘要:Al-Cu-Mg体系合金发展较为成熟，目前已被广泛应用于航空航天等领域。激光粉末床熔融(LPBF)技术是一种快速成形技术，其成形产品精度高且表面质量优，被广泛地应用于航空航天、生物医药、汽车制造等领域。利用LPBF快速加热和冷却的特性，可以实现合金元素在基体中高度固溶，形成过饱和固溶体，从而提高合金的性能。Cu是具有很大潜力的强化LPBF成形铝合金的元素，而目前关于LPBF成形高Cu含量（质量分数≥4%）铝合金的研究鲜有报道。因此，利用LPBF技术制备一种新型高Cu含量（质量分数6%）的Al-Cu-Mg-Sc-Li合金，通过优化工艺参数来获得高度致密且无裂纹的合金。通过致密度测试、扫描电镜分析（SEM）和室温拉伸性能测试等手段，研究不同LPBF打印参数变化对Al-Cu-Mg-Sc-Li合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明，在激光功率为240 W、扫描速率为700 mm·s^-1时，Al-Cu-Mg-Sc-Li合金致密度（99.53%）高且无裂纹，显微组织具有特征的双峰组织形态，主要由细小的等轴晶和狭长的柱状晶构成，Al₂CuMg相分布在等轴晶和柱状晶晶界处，Al₃Sc相分布在等轴晶晶界处。拉伸测试结果表明，Al-Cu-Mg-Sc-Li合金的平均抗拉强度为124.7 MPa、断后伸长率为3.3%，这是大量Al₂CuMg相在晶界处形成诱导应力集中而引发微裂纹所致。揭示高含量Cu元素的分布及析出相对Al-Cu-Mg-Sc-Li合金力学性能的影响，为Al-Cu-Mg体系合金在航空航天等领域中应用提供试验数据与技术支持。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之十二)

摘要:阐述不同滑动频率对车用20CrMnTi齿轮合金钢在干态和油液工况下的摩擦磨损行为及损伤机理的影响机制，旨在为车用齿轮合金钢在实际服役工况中的磨损行为提供理论依据及技术支持。采用球-平面接触模型，结合自主研制的往复滑移式摩擦磨损试验装置，模拟齿轮在真实工况下的摩擦环境，选取10、15和20 Hz三种典型滑动频率，分别在常温干态和浸泡于车用变速箱润滑油中的润滑状态下开展对比实验。同时，基于实验结果及相关摩擦学理论，利用有限元分析技术揭示各磨损工况下损伤界面的动态响应机理，并采用传统的Archard模型预测其损伤演变规律。研究结果表明，所有磨痕均呈近似圆形，边缘区域存在明显磨屑堆积，二维轮廓图均呈典型的U型凹陷特征，说明试样表面主要处于完全滑移接触状态。进一步的磨损深度测试结果表明，在干态和油液润滑磨损工况下，最大磨损深度均出现在滑动频率为15 Hz时，对应最大磨损深度分别约为5.09和3.86 μm。干态磨损表面出现明显剥落坑和犁沟，反映出剧烈的机械磨损过程；而油液下的损伤表面则相对平整，局部磨损轻微，润滑油的存在有效减缓了材料表面的损伤累积。研究还发现：滑动频率的升高会导致界面摩擦系数逐渐减小，且油液润滑状态下的摩擦系数显著低于干态条件；滑动频率在一定范围内对磨损行为具有非线性影响，润滑介质的存在显著改善了材料的耐磨性能。研究滑动频率对磨损行为的影响，对于提升车用齿轮合金钢在复杂服役环境中的稳定性和可靠性具有重要的指导意义。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之十三)

摘要:铜基粉末冶金摩擦材料因优异的耐磨性、导热性、抗粘结性及高承载能力，作为制动材料被广泛应用于高速列车、航天飞机、船舶等的制动系统中。随着高速列车运行速度的不断提高，对铜基粉末冶金刹车材料的耐磨性、耐热性及摩擦稳定性提出了更高的要求，通过改良刹车材料的组元配比及制备工艺提高其摩擦稳定性已成为材料领域的研究重点。采用粉末冶金法，在不同烧结温度(850、900、950和1 000 ℃)下制备球形碳化钨（WC）增强铜基粉末冶金摩擦材料，并对其致密度、硬度、摩擦学性能及显微组织结构进行了系统的研究。采用阿基米德排水法测定材料的实际密度和孔隙率，通过布氏硬度计、摩擦磨损试验机和扫描电镜等对材料的硬度、摩擦磨损性能及显微组织进行表征与分析。结果表明：不同烧结温度下WC颗粒呈球状均匀地镶嵌于基体中，且与基体结合紧密；随着烧结温度的升高，WC增强铜基粉末冶金摩擦材料密度及硬度降低、孔隙率升高。在温度850—950 ℃范围内，摩擦材料的摩擦磨损性能持续提升，当烧结温度超过950 ℃后，材料的摩擦磨损性能下降。WC增强铜基粉末冶金摩擦材料的最佳烧结温度为950 ℃，此时的密度为5.51 g?cm^-3、孔隙率为7.8%、硬度为22.8 HB、摩擦系数为0.41、磨损量为8.1 mg。通过研究烧结温度对WC增强铜基摩擦材料微观组织及摩擦学性能的影响规律，为新型高性能高速列车用Cu基摩擦材料的成分优化及制备工艺改进提供了理论基础和实验依据。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之十四)

摘要:随着核能技术的不断发展，燃料元件的运行寿命和安全性面临着更高的要求。通过在燃料元件芯体中添加中子毒物可以有效提升反应堆系统的安全性与稳定性，而准确检测中子毒物的含量则成为关键环节。利用中子毒物的高中子吸收截面特性，采用模拟与实验相结合的方法，开展了基于D-D中子源的中子毒物含量无损检测方法研究，并对其可靠性进行了评估。采用Geant4蒙特卡罗模拟软件，建立燃料元件中子毒物含量与透射热中子强度的响应模型，获得毒物元素含量与中子透射率的演化规律。基于紧凑型D-D中子源建立硼材料中子毒物的检测方法，设计专用的中子慢化体将2.45 MeV的快中子慢化到He-3探测器探测灵敏的热中子，通过模拟计算获得He-3探测器的效率曲线，并利用高效He-3探测器对透射热中子进行探测。通过与EJ-309液体闪烁体探测器监测的中子产额进行归一化计算得到中子透射率，进而确定实验中子透射率与中子毒物含量之间的关系。研究结果表明，不同B₄C质量分数的Geant4模拟计算结果与实验结果偏差不超过3%。采用破坏性化学分析方法对检测精度进行验证，基于D-D中子源的检测方法对中子毒物含量的检测精度优于5%，验证了本技术方法的可靠性与准确性。作为一种新型的核燃料芯块中子毒物含量非破坏性分析技术，该方法可应用于燃料芯块中子毒物含量及空间均匀性在线检测，助力我国核能的安全高效发展。(专精特新·特殊环境材料服役行为专辑十五之十五)

摘要:随着航空发动机推重比的持续提升，热端部件服役温度接近2 000 K，这对高温防护涂层的耐极端环境腐蚀性能提出了严苛要求。在特殊环境（如盐碱地、海洋、沙尘环境）中，熔盐腐蚀、钙镁铝硅氧化物（CMAS）腐蚀等多因素耦合作用会导致涂层失效，成为制约航空发动机长寿命可靠运行的关键瓶颈。为此，系统地介绍了特殊环境下航空发动机高温防护涂层的腐蚀行为及防护策略的研究进展。对于熔盐腐蚀来说，主要的腐蚀介质是Na₂SO₄、NaCl和V₂O₅，这些熔盐首先侵蚀氧化钇部分稳定的氧化锆（YSZ）陶瓷面层，熔盐与YSZ中的Y元素反应，致使面层缺Y而发生由t相到m相的相变，随后熔盐渗透到热生长氧化物（TGO）层和粘结层NiCrAlY层，从而生成大量疏松多孔的氧化物。对于CMAS腐蚀来说，主要的腐蚀介质是CaO、MgO、Al₂O₃和SiO₂，由于CMAS腐蚀主要由沙尘等引起，因而会对航空发动机涡轮叶片产生机械作用和热腐蚀作用。机械作用是指沙尘高速冲击涡轮机叶片引发的冲蚀，以及熔融CMAS黏附在叶片上随飞机起降产生的循环热应力；热腐蚀作用是指熔融CMAS通过溶解-再沉淀机制，迫使ZrO₂因贫Y而发生的相变。这两种腐蚀类型的防护均可基于反应机理进行干预，通过阻断反应进程来实现防护效果，如覆盖一层保护层等。然而，根本的解决手段是对涂层材料进行优化与改进。当前，高温防护涂层针对环境问题的热点设计思路主要包括特色高性能防护温涂层的开发、YSZ涂层的改性及掺杂技术研究，以及高熵涂层的研发与应用探索。通过对特殊环境服役的发动机高温防护涂层腐蚀行为与防护策略的阐述，指出其未来发展的方向，为极端环境下高温防护涂层的研发提供了理论与技术参考。

摘要:抗坏血酸在维护人体健康、预防疾病等方面扮演着不可或缺的角色，准确测定食品、保健品等中抗坏血酸含量至关重要。近年来，研究者们致力于开发基于纳米酶的简单、快速、高灵敏度的抗坏血酸检测方法。然而，目前还未有关于Os-Ir纳米酶及其应用于抗坏血酸检测的研究报道。因此，为丰富纳米酶种类，采用还原法合成了粒径约为34 nm且形态均一的球状Os-Ir纳米复合物，并将其用于抗坏血酸检测，开发出一种新的、简单、有效、准确、快速检测抗坏血酸的方法。结果表明，Os-Ir纳米复合物具有优异的过氧化物酶模拟活性，其米氏常数（K_m）为2.98 mmol?L^-1、最大反应速率（V_max）为5.62 mmol?L^-1min^-1。在此基础上，通过实验确定了Os-Ir纳米酶用于抗坏血酸检测的最佳传感条件，如反应体系pH值5.5、反应温度40 ℃、Os-Ir纳米酶的原液稀释倍数256倍、反应时间5 min。在最优检测条件下，所开发的基于Os-Ir纳米酶的抗坏血酸检测方法获得了较宽的检测范围（0—147.06 μmol?L^-1）和较高的检测灵敏度（检测限为0.31 μmol?L^-1、定量限为1.03 μmol?L^-1）。通过在3款不同饮料中进行加标回收实验验证了所开发方法在实际样品检测中具有相当的可靠性和可行性，其中回收率为95.15%—103.22％、相对标准偏差为1.92%—8.60%，均在可接受标准范围内。研究开发的基于Os-Ir纳米酶的比色检测方法对抗坏血酸实现了简单、便捷、快速、灵敏的检测，在食品监制、生物医药等领域中具有较高的潜在应用价值。

摘要:为满足北部湾海洋运输果蔬冷链保鲜的特定需求，研发一种适宜的相变蓄冷材料显得尤为重要。由于四氢呋喃（THF）相较于其他水合物所需严苛的低温高压生成条件不同，其水合物能够在常压环境下生成，因此被视为一种适宜的运输蓄冷介质。以浓度99%的THF（10.446 g）和去离子水（30 g）作为核心基液，以氯化钠（10 g）作为温度调节剂，选用3种不同质量分数（3%、6%、9%）的聚乙烯醇作为增稠剂，研制出了一种高效且性能稳定的相变蓄冷材料(PCM)。利用差示扫描量热法（DSC）探究了THF与氯化钠（NaCl）混合水合物的蓄冷性能，同时进行了不同质量分数增稠剂的对比实验。结果表明：浓度为99%的THF和去离子水作为核心基液，构成了PCM材料的主体框架，保障其基本热物理特性的稳定；引入的氯化钠作为温度调节剂，通过调控其比例可优化PCM材料的相变温度范围，以更好地满足特定应用场景的需求；聚乙烯醇作为增稠剂，不仅使PCM相变温度得到改善，而且还增强了PCM的稳定性、有效地抑制了相分离，确保了材料在固液相变过程中的稳定，从而提高了PCM蓄冷性能，当聚乙烯醇质量分数为6%时有助于维持材料在相变过程中的均匀性。为解决材料过冷度问题，引入了质量分数为1.4%的壬酸成核剂，并进行了梯度实验。结果表明，壬酸的加入能显著降低相变材料的过冷度（近乎降至零），从而使PCM材料表现出理想的相变特性，相变温度（Onset温度）稳定位于6.3—8.0 ℃的区间内，适用于低温储能领域。同时，PCM材料的相变潜热值为115 J?g^-1左右，表明其具有较高的能量存储密度，能够有效地吸收和释放热量。通过合理的药剂配比与优化，制备出了一种性能较好、过冷度极低的THF基共晶体相变材料，为蓄冷技术的发展提供了有力的支持。

摘要:常见的散射源有镜面反射、棱边散射、行波回波、爬行波回波、尖顶绕射、表面轮廓不连续等，不同类型的散射源对散射体的雷达散射截面有不同的贡献，散射的消除对于目标的隐身具有重要的实际意义。棱边散射是目标隐身中仅次于镜面反射的雷达散射截面(Radar cross section, RCS)强散射源，目前消除棱边散射的措施主要是涂覆吸波材料和将棱边设计成锯齿形，但这两种手段消除棱边散射的效果均不够理想，在一定程度上影响了目标的隐身能力。在棱边上加载渐变阻可以有效地缩减棱边散射，但是渐变阻值电阻片加工困难，而且阻值变化范围有限，限制了其在目标隐身领域中的实际应用。在研究渐变阻值电阻片对棱边散射的缩减效果并确定其阻值分布的基础上，采用在棱边上加载渐变图案电阻片的方式，根据传输线理论，利用CST电磁波仿真软件计算反射系数，通过指数拟合建立渐变图案电阻片与渐变阻值电阻片的对应关系。结果表明，相对棱边加载渐变图案电阻片后，阻值变化范围明显增加，达到大幅消除棱边散射目的，使目标达到良好的隐身效果。通过合理的阻值和图案设计，加载渐变图案电阻片可以在1—18 GHz超宽频范围内实现RCS整体降低95%以上，从而大幅度地缩减棱边散射，进一步提高目标的隐身能力。

摘要:随着交通运输和航空航天等行业的发展，市场对紧固件的质量和可靠性要求不断提高。球形垫片作为关键紧固件，广泛应用于机械、管道和阀门等设备中，其质量直接关系到设备的安全性和可靠性。冷锻工艺凭借常温成形的显著特性，成为生产球形垫片的理想工艺。通过设计和优化冷锻工艺，并结合有限元模拟技术，解决生产中的潜在问题，从而提高生产效率、降低成本，保证产品质量。通过Deform-3D有限元软件对球形垫片的冷锻成形过程进行模拟分析，发现了金属流动不均、充填不良、表面开裂等潜在问题，为解决这些问题，设计了预锻和终锻两步冷锻形成工艺。预锻阶段形成类筒形结构，为复杂的内花键区域提供金属积聚，确保后续成形顺利进行；终锻阶段通过精确的模具设计控制金属流向，确保锻件的端部和花键的精准成形。模拟结果表明，两步冷锻工艺能够使金属均匀填充模具型腔，避免飞边过多产生，并有效抑制了充不满和折叠等缺陷。该工艺设计显著提高了球形垫片的成形精度，减少了开模和试模费用，降低了研发成本，为实际生产提供了可靠的数据支持。在试制过程中，采用与模拟一致的工艺参数，最终生产出的球形垫片零件质量良好、表面光洁、无裂纹及尺寸精度符合要求，验证了该工艺方案的可行性。基于有限元分析的冷锻成形工艺为球形垫片的高质量生产提供了一种有效的冷锻工艺方案，同时通过有限元模拟技术优化了成形过程，降低了生产成本和研发风险，为其他复杂结构零件的制造提供了重要参考。