《兵器材料科学与工程》采编平台

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热处理对TC18钛合金组织定量分析及性能影响规律研究

为探究固溶+时效工艺对TC18钛合金组织、性能的影响规律。通过控制(α+β)两相区固溶温度来控制合金中初生相(αp)的体积分数,通过控制时效温度调控次生相(αs)的占比及尺寸,在定性分析工艺-组织-性能演变规律的基础上,通过MIPAR的深度学习模块对其进行高精度定量表征。结果表明:500℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为45.03%,合金强度提高273.66 MPa,塑性降低了9.39%;550℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为58.78%,合金强度提高367.72 MPa,塑性降低9.89%。结论:固溶处理可以控制初生相(αp)含量,从而影响合金塑性,而时效处理可以控制合金的次生相(αs)尺寸和含量,影响合金强度,通过制定高固溶温度和低时效温度来提升合金的综合性能。

AlON透明陶瓷的研究现状及进展

氮氧化铝透明陶瓷因良好的光学性能、力学性能、介电性能和化学稳定性而备受关注。AlON透明陶瓷发展迅速,但还存在一些问题,严重阻碍其产业化。因此,本文介绍了两种最常用的AlON粉体制备方法,包括高温固相反应法、氧化铝还原氮化法。系统地总结了烧结工艺,包括无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、放电等离子烧结法,对AlON原料粉体和陶瓷制备方法的优缺点进行了比较分析。此外,对AlON透明陶瓷光学性能与力学性能的影响因素进行了探讨。最后,对AlON透明陶瓷面临的问题和发展趋势进行了展望。

锂硫电池的电解质安全性的研究进展及军事化前景

锂硫电池凭借其高能量密度和成本优势,在无人驾驶飞行器、地面车辆和海洋无人驾驶船舶等军事领域展现出巨大的潜力。然而,锂硫电池用易燃的硫正极、高活泼的锂负极及低闪点、低沸点的有机电解液会产生严重的安全隐患,导致其军用化面临困境。为了解决这些问题,研究者通过开发新型电解质、优化负极材料、改性隔膜和改进正极材料等提高电池的安全性。在这些方法中,电解质是提高安全性的最关键要素。特别是近年来固态电解质的兴起,使针对电解质的研究更具重要意义。本文综述了锂硫电池电解质安全性提升策略的研究现状,并展望了未来的研究方向。

铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究进展

铝合金因优异的性能被广泛用于航空航天、交通运输等领域,但其连接工艺仍制约着铝合金的使用。固相焊接——搅拌摩擦焊解决了铝合金铆接的增重和熔化焊连接时易产生焊接缺陷的问题,在一定程度上解决了铝合金的连接问题。与其他焊接工艺相同,铝合金的搅拌摩擦焊接头是焊件的薄弱环节,影响焊件的安全性及寿命。故铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的优劣是决定构件耐久性和安全性的关键因素。因此,系统而深入的掌握铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能至关重要。本文详细介绍了铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及疲劳断裂特征,分析了工艺参数、显微组织、外加载荷、腐蚀环境等因素对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响,总结了表面强化技术、外加辅助技术、热处理等提升铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的方法,最后对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究进行了展望。

复合材料加筋板-钢板连接结构的力学性能研究

建筑结构在长期使用中面临着材料老化、强度衰减等问题,这不仅威胁着建筑物的结构安全,还影响其使用寿命,给人们的生命财产安全带来潜在风险。为提升建筑结构的安全性、可靠性,推动新材料与新技术的应用,开展建筑用复合材料加筋板-钢板连接结构的力学性能研究。将加筋板和钢板用两种不同方式连接成1、2两种结构样品,再分别用粘接+螺栓(结构1-A、2-A)、焊接+螺栓(结构1-B、2-B)加固连接,得到4个试样。用万能试验机测试其拉伸强度、剪切强度,并在不同热处理条件下对试样的剪切强度与弯曲强度进行测量。结果表明:结构2-B的载荷-位移曲线更高,拉伸强度更优,剪切强度相对更高。相比于结构1-A、结构2-A,1-B、2-B由于用焊接+螺栓加固,在高温下的剪切强度与弯曲强度较好,且结构2-B优势更大,力学性能更优。

装配式钢结构全栓接刚节点的抗震性能分析

地震时强烈振动可能导致栓接节点的螺栓松动、滑移甚至断裂,影响节点的整体承载能力和稳定性,增加结构倒塌的风险。为减轻对主体结构的破坏,对装配式钢结构全栓接刚节点的抗震性能进行分析。计算出高强螺栓的用量并构建结构的几何模型,输入Abaqus有限元软件,考虑节点参数构建有限元模型,确定加载制度,以及地震载荷影响下该结构节点的抗震性能。模拟结果表明:相比于普通钢结构节点,用高强螺栓连接的装配式钢结构栓接节点,翼缘塑性铰外移,地震时稳定性更高;不同阶段该节点上的螺栓均发挥较强作用,不会出现严重应力集中,节点不易开裂;峰值载荷后该节点骨架曲线平滑稳定地下降,不会失去稳定性,具有较强抗震性能。

MgCl_(2)-AlCl_(3)-PY_(13)FSI/有机醚可充镁电池电解液

为改善MACC电解液的预调节过程和充放电性能,将N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺(PY_(13)FSI)作为添加剂制备Mg Cl_(2)-Al Cl_(3)-PY_(13)FSI/THF(MACCP)可充镁电池电解液。研究MACCP电解液的电化学性能、组成和正极材料的兼容性。结果表明:MACCP电解液的预调节过程明显缩短;MACCP电解液中新增了Al Cl_(2)F_(2)^(-)和Al Cl_(3)F^(-)离子;Mo_(6)S_(8)|MACCP|Mg电池在0.3 C下,循环240圈后放电比容量为54.2 m Ah/g,放电性能显著增强。这主要源于PY_(13)FSI电解产生的F^(-)同Cl^(-)产生竞争,生成新的有效离子,提高了Mg^(2+)沉积/溶出速率;PY_(13)FSI参与进电解液/电极界面反应,增强了界面的稳定性。MACCP电解液制备工艺简单,对促进可充镁电池的发展应用具有重要意义。

Al_(2)O_(3)颗粒增强灰铸铁基复合材料的制备与组织研究

在通过数值模拟优选液体铸浸浇注系统的基础上,采用横截面积较大的直浇道和高度较低的横浇道制备Al_(2)O_(3)颗粒增强灰铸铁基复合材料,进行了组织结构分析和力学性能测试。结果表明:采用横截面积较大的直浇道和高度较低的横浇道,充型过程中紊流较少;Al_(2)O_(3)颗粒增强灰铸铁基复合材料存在以Si、Na为主要成分的过渡区;Al、O、Si扩散形成的Na_(2)SiO_(3)等化合物和Fe扩散进入Al_(2)O_(3)颗粒,都可改善Al_(2)O_(3)颗粒润湿性,优化铸渗效果,促进Al_(2)O_(3)颗粒与灰铸铁基体的结合;过渡层的显微硬度最低为165HV~235HV,Al_(2)O_(3)颗粒的显微硬度随着与界面距离的增加而逐渐增至2005HV~2230HV,铁基体的显微硬度随着与界面距离的增加而增大最终稳定在230HV~294HV;Al_(2)O_(3)颗粒增强灰铸铁基复合材料的屈服强度为319.1 MPa,抗压强度为519.5 MPa。

r-TiO_(2)@BCC复合材料的制备及光热性能研究

太阳能驱动的界面水蒸发是一种高效、可持续性的海水淡化、废水处理方法,在缓解淡水资源匮乏和能源危机方面具有巨大潜力,成为研究热点。本文以Na BH_(4)为还原剂,将纳米TiO_(2)高温还原为还原态(黑色)TiO_(2),并负载于碳化玉米芯。研究了玉米芯不同碳化温度与还原态TiO_(2)负载量对复合材料光热蒸发能力的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)等对r-TiO_(2)@BCC复合材料的形貌结构、光吸收率等进行了表征。结果表明:将含有氧空位的还原态TiO_(2)负载于丰富孔道结构的碳化玉米芯,可获得显著的光热转换及水蒸发性能。在1k W/m^(2)模拟太阳光照射1 h的条件下,玉米芯碳化温度为700℃、还原态TiO_(2)的负载量为0.18 g时,r-TiO_(2)@BCC复合材料水蒸发速率为2.18 kg/(m^(2)·h),光热转换效率为89.28%。

Ce_(0.8)(Sm_(1-x)Sr_(x))_(0.2)O_(2-δ)电解质的制备及其性能

采用沉淀法制备了Sr和Sm共掺杂的Ce_(0.8)(Sm_(1-x)Sr_(x))_(0.2)O_(2-δ)电解质粉体。焙烧后的粉体经过成型后,在空气中,1500℃烧结5 h得到陶瓷试样。通过热重分析(TG-DSC)对前驱体的热分解过程进行研究。用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗谱(AC)、热膨胀仪等分别对样品的晶体结构、微观形貌、电性能、热膨胀系数(TEC)进行表征。结果表明:由TG-DSC分析确定Ce_(0.8)(Sm_(1-x)Sr_(x))_(0.2)O_(2-δ)前躯体的焙烧温度为650℃。经650℃焙烧2 h后的Ce_(0.8)(Sm_(1-x)Sr_(x))_(0.2)O_(2-δ)粉体具有单一的立方萤石结构。试样经1500℃烧结后较致密,样品表面有少量气孔并有过烧现象,其相对密度均大于92%。组成为Ce_(0.8)(Sm_(0.8)Sr_(0.2))_(0.2)O_(2-δ)的样品在700℃时电导率最大为5.4×10^(-2)S/cm。随Sr^(2+)掺杂量的增加,样品的热膨胀系数先增大后减小,热膨胀系数为(10.16^11.38)×10^(-6)K^(-1)。Ce_(0.8)(Sm_(0.8)Sr_(0.2))_(0.2)O_(2-δ)有望用作中温SOFC的电解质。

搅拌摩擦焊在镁合金焊接中的应用与进展

近年来,镁合金在航空航天、汽车电子、轨道交通等领域的需求日益增长,焊接是保障镁合金工业化应用的重要技术手段。搅拌摩擦焊(FSW)因其绿色环保、焊接效率高、接头性能好等优势在镁合金焊接中得到了一定的应用。本文从工艺参数与性能、镁合金FSW辅助技术与异种镁合金FSW研究等对国内外镁合金FSW进行了归纳,并对镁合金FSW未来的发展进行了展望。

新型高强Al-Cu-Li-Mg-Ag合金的时效工艺研究

Al-Cu-Li合金为析出强化型铝合金,因高比强度、耐腐蚀、抗疲劳性好等特点,广泛应用于航空航天等领域。第三代铝锂合金通过增大Cu/Li比提升力学性能,却与铝锂合金减质量初衷相背离,因此在尽可能保持Li元素占比的同时使合金展现更高的性能是目前研究的热点。有鉴于此,本文在典型的第三代铝锂合金AA2195的基础上降低了Cu含量,自制新型Al-3.18Cu-0.89Li-0.37Mg-0.15Ag(质量分数)合金,通过显微硬度测试和拉伸性能测试对比研究不同时效工艺下该型合金的时效行为和性能演化规律,并基于透射电子显微镜(TEM)分析不同时效工艺下的相析出,包括析出相的组成、主要强化相析出占比与尺寸变化。结果表明:在单级时效时,时效温度的升高使析出相更细小弥散,抑制δ'相生成,提高了T_(1)相占比并增大了其径厚比,使人工时效到达峰值的时间提前,合金强度提高。自然时效使后续人工时效时T_(1)相和δ'/θ'/δ'相增多,显著提高了T_(1)相的径厚比,抑制了δ'相和σ相的析出,晶界无析出带不明显,相对于单级时效,屈服强度提高12%,抗拉强度提高9%,伸长率略有下降,峰值硬度不变,合金综合性能更优良。

型钢混凝土组合结构抗连续倒塌性能研究

连续倒塌是指工程结构的局部遭受破坏并形成连锁反应,最终导致结构大范围破坏甚至整体倒塌的现象,而在通过单元失效模拟钢筋断裂和混凝土开裂的过程中,受到钢筋和混凝土的黏结滑移影响,导致型钢混凝土组合结构抗连续倒塌性能分析准确性降低,建筑结构的安全性下降。为保障建筑结构安全,对型钢混凝土组合结构的抗连续倒塌性能进行了研究,根据型钢混凝土试件参数,制备建筑型钢混凝土组合结构钢板试件,对其中的钢板施加载荷,并进行抗倒塌性能模拟,以提升组合结构抗倒塌性能的分析。分别模拟拆除A4-a柱(长边中柱)、C1-a柱(短边中柱)、A1-a(角柱)后不同区域的受力情况,计算型钢混凝土组合结构试件的接触界面轴力。结果表明:当模拟拆除建筑底层长边中柱、短边中柱、角柱时均未发生倒塌现象;在拆除建筑不同层长边中柱、短边中柱与角柱时,建筑所产生的位移均小于-50 mm,可以保证其稳定性。因此,该结构可以为建筑物提供良好的安全保障。

《兵器材料科学与工程》稿约

本刊1978年创刊,以促进军民两用材料的研究与应用为宗旨,主要报道国内外金属材料、无机非金属材料、复合材料、材料制备工艺、失效分析、理化测试等方面的科研成果,通过对国内外新材料领域研究热点及研究成果的交流与研讨,促进我国新材料产业的发展。优先刊登国家級、省部级各类基金项目,863计划项目和火炬计划项目,等等。重点刊登镁、铝、钛合金材料、复合材料、特种钢材料、高性能陶瓷结构材料、特种功能材料、稀土材料、纳米材料、高性能密封材料、材料动态性能测试、模拟与表征等领域的试验研究性文章。本刊补白内容涉及专家对科研成果及前沿课题的短评,各种学术动态,获国家及省部级以上奖励课题、论文、成果的摘要等。

仿生隐身材料研究进展

仿生隐身材料是通过对生物伪装特性的研究,模拟生物伪装性能载体的组成结构、性质及其控制和变化特点,仿制的与生物材料具有相似功能的人工材料。植物作为常见的背景,研究并借鉴植物的微观结构及蒸腾作用,可为隐身材料更好融入环境提供借鉴。许多动物经过长期的进化,拥有天生的伪装本领,为可见光/红外隐身材料、雷达隐身材料及智能隐身材料提供了可借鉴思路。本文主要介绍了根据生物伪装机理设计的隐身材料的研究情况,包括借鉴植物结构的隐身材料、借鉴植物蒸腾作用的隐身材料、借鉴动物结构的红外隐身材料、雷达隐身材料、智能隐身材料。

高层建筑加固用轻质钢结构材料的抗冲击性能研究

由于轻质钢结构加固高层建筑的频繁使用,研究其受到冲击载荷时的结构稳定性具有重要意义。以轻质钢结构加固增高建造的高层建筑为研究对象,用Ansys有限元软件构建有限元模型,经单元选取、网格划分等,在软件中设定冲击载荷,基于有限元模型,测试3个冲击阶段模型变形情况。绘制不同冲击时刻冲击力时程曲线,计算冲击速度对结构位移的影响,生成梁、柱的应力云图。结果表明:3个冲击阶段后,轻质钢结构模型出现明显变形但未坍塌,能够抵抗较高冲击力;冲击后期,冲击力下降,轻质钢结构的柱端冲击力更高;冲击速度为75 m/s时,结构最大位移约为0.55 m,虽然结构发生变形但冲击能量被吸收,未出现坍塌;冲击峰值下,轻质钢结构柱端应力明显上升,但无严重变形,具有较高抗冲击性能。

Ni/P金刚石复合镀层的抗接触疲劳性能研究

在高载荷、高频率的接触疲劳下,材料表面的耐磨性、抗疲劳性、硬度等对机械零件的寿命和可靠性至关重要。为向多领域提供性能优异的镀层材料,利用金刚石的硬度和耐磨性,研究Ni/P金刚石复合镀层的抗接触疲劳性能。用粒径分别为2、4、8μm的金刚石及Ni/P基础镀液制备Ni/P金刚石复合溶液,将其喷涂在20钢试块上,制成3种镀层试件,通过接触疲劳试验机、摩擦磨损试验仪测试不同试件的性能。结果表明:金刚石粒径为8μm的试件抗接触疲劳效果较好,在接触疲劳试验中的特征寿命较长,其摩擦因数较小,耐摩擦性能较强,同时硬度、耐蚀性也较高。在高温下该组试件的氧化增质量较低,当温度为800℃时,其硬度仍大于97 GPa,因此得出,金刚石粒径为8μm的Ni/P金刚石复合镀层具有良好的抗接触疲劳性能。

磁记忆PE全包覆抽油杆SVM应力预测研究

为探测PE全包覆防腐层抽油杆的应力区域,解决抽油杆状态评估中的技术难点。采集预制点腐蚀、面腐蚀和沟槽腐蚀的PE全包覆防腐层抽油杆的磁记忆信号,并用支持向量机(SVM)研究信号特征值与缺陷应力值,以及应力状态之间的关系,建立应力状态预测模型,引入粒子群优化算法优化SVM模型参数。通过优化,用该模型预测抽油杆应力状态的平均误差仅为3.638%。结果表明:基于粒子群优化算法和7种磁记忆信号特征量建立的支持向量机模型准确率较高,适用于PE全包覆防腐层抽油杆的应力状态预测。

建筑钢结构梁柱节点的疲劳裂纹检测

钢结构在长期使用过程中,受到循环载荷的作用,梁柱节点处易出现疲劳裂纹。若不及时检测和处理,裂纹会扩展,最终导致断裂,严重影响建筑物的安全性和稳定性。为此,进行极端冲击载荷下建筑钢结构梁柱节点疲劳裂纹检测。统一用H300 mm×150 mm×6.5 mm×9 mm规格的H型钢梁、10.9级M20高强螺栓等制备3种梁柱节点试件LZ1、LZ2、LZ3。其中,LZ1、LZ2试件用相同的T型钢连接件,LZ2、LZ3试件均用材料和形状相同的H型柱,分别向3种试件施加相同的冲击载荷,用双探头穿透检测方法检测每种试件的疲劳裂纹。结果表明:LZ2、LZ3试件在极端冲击载荷下的疲劳裂纹长度、深度明显大于LZ1试件,且裂纹扩展速率相对较高;而用钢管-混凝土组合柱制成的LZ1梁柱节点试件在极端冲击载荷下的疲劳裂纹扩展速率仅为0.02×10^(-4)m/次,其裂纹长度、深度均较小。双探头穿透检测方法可选出最适用于建筑钢结构的梁柱节点材料。