光伏:能源可持续到材料可持续

可持续发展理念已经成为人类社会发展的核心.在能源可持续方面,人们努力增加可再生能源的用量;然而,太阳能光伏产业经过20余年的蓬勃发展,初期建设的光伏电站组件即将迎来“退役潮”.巨量退役光伏组件给环境带来巨大压力,光伏资源可持续2.0概念可能是解题之钥.论述退役光伏组件结构以及含有的有价元素;指出运输成本高,乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)剥离难及含F背板回收污染严重等棘手问题;对退役光伏组件回收的阻碍作用.对光伏资源可持续2.0概念框架下的集装箱式源头拆解理念、超临界发泡组件背板技术、光伏硅废料提纯技术及其合金化工艺进行系统的评述.最后,基于材料2.0概念,对退役光伏组件资源化利用的发展趋势进行展望,可为研发更加绿色高效的退役光伏组件再利用技术,提供一定的参考.

镍基单晶高温合金的增材制造修复研究进展

镍基单晶高温合金因其优异的高温强度、抗氧化性和抗蠕变性能被广泛应用于航空航天领域。单晶涡轮叶片在服役过程中极易受到损伤,损伤的修复再制造技术具有显著的经济价值,增材制造则为高温合金零件的修复提供了新途径。增材制造在CMSX-4、DD6等合金单晶叶片的修复中已得到初步实现,为确保修复后的叶片能够满足服役要求并投入生产实践,仍需解决修复层存在的裂纹、杂晶和气孔等问题。通过改善工艺参数、改变基材晶体取向、优化沉积或扫描策略等方法可实现单晶组织无缺陷和连续的外延生长,但其工艺窗口的确定和性能控制仍面临挑战。此外,针对增材制造修复单晶叶片的研究目前主要集中于定向能量沉积技术,对于激光粉末床熔融技术和电子束熔融技术,目前的研究尚处于起步阶段,仍需建立相关理论和探索工艺窗口。数值模拟在增材制造工艺参数研究中具有预测性、可视化和高效性等优势,通过建立熔池的热力学模型和动力学模型,可以有效预测增材制造过程中的热量传递、熔池形貌、金属液流动以及修复区应力分布等多物理场,并深入理解工艺参数与材料微观结构以及性能之间的关系,进而为优化工艺参数、避免孔隙和缺陷的形成、改善修复区微观组织、提高修复精度提供相应的参考。

NbSi基合金HRS法制备研究

目的满足高性能航空发动机高压涡轮叶片的制备需求,探索精密铸造方法制备NbSi基高温合金柱状晶和单晶铸件的可行性,并提出面临的主要问题。方法采用具有螺旋选晶器结构的氧化锆型壳进行了HRS法定向凝固实验,采用扫描电子显微镜观察引晶段纵剖面微观组织,采用EBSD技术测试引晶段纵截面及螺旋段不同高度处横截面的取向信息,分析了螺旋选晶器对铌硅基合金杂晶淘汰的效果及螺旋段的组织取向演变规律。结果因定向凝固温度较低,致使引晶段、螺旋段组织均为等轴晶组织,且Nbss晶粒与嵌入其中的γ-Nb_(5)Si_(3)晶粒并无普遍严格的取向关系。而螺旋选晶器并未起到取向淘汰作用,这一方面是由于炉膛温度过低(1720℃)不能达到合金液定向凝固的效果所致,但另一方面,对于初生相为γ-Nb_(5)Si_(3)(小平面相)的过共晶铌硅基合金,因小平面相生长具有强烈的各向异性和较弱的横向扩展能力,因此选晶器不能起到较好的取向淘汰作用。而进一步提高炉膛温度至1780℃,其余参数一致,浇注后型壳软化破裂,合金液漏出。结论目前,工业制备铌硅基合金定向凝固柱状晶乃至单晶零部件急需解决的是型壳材质耐温能力不足的问题,需开发一种能长时间(30 min以上)承受1800℃以上温度的型壳。选晶法对过共晶铌硅基合金不能起到较好的取向淘汰作用,建议选用籽晶法。

黄河“几字弯”氢能交通发展模式思考

能源转型对于黄河“几字弯”地区构建安全高效、清洁低碳的现代能源体系至关重要。氢燃料电池汽车由于零排放、效率高、长续航、补能时间短、噪音小等特点,逐渐成为推动氢能产业发展的突破口。然而,高运营成本严重制约了氢能源汽车推广发展。本文通过分析黄河“几字弯”地区氢能交通发展模式,在充分考虑氢能产业“制-储-运-用”一体化基础上,以氢燃料电池重卡为支点,谋求带动周边氢能产业发展。拟建议通过电力交易模式创新、差异化管理氢能、加氢设施网络科学构建、燃料电池汽车推广模式创新、加强燃料电池汽车推广力度等举措,有效推动黄河“几字弯”地区氢能产业高质量发展。

金属材料可持续发展实施策略--以铝合金为例

金属材料是人类社会发展的战略资源,在国内矿产资源日趋减少及国际资源竞争加剧的背景下,寻求金属材料的可持续发展是保障我国资源安全、满足工业需求的必要措施。铝合金作为第二大金属材料,由于耐蚀性好、回收再生能耗污染小,是最具有回收再生价值的金属材料,但在铝合金可持续发展中存在降级回收这一问题。本文从回收与再生角度进行分析,提出精细化分选与强化提纯除杂的方向,考虑到全生命周期循环,对未来的铝合金设计方向及服役过程加以综述,最后对铝合金未来可持续发展进行了展望,期望以铝合金为代表,为金属材料可持续发展的实施策略提供参考。

Ni-Al金属间化合物显微组织形成与液态结构演化

与普通金属和合金材料相比,Ni-Al金属间化合物合金具有密度更低、强度和硬度更高、耐腐蚀等优点,在航空航天、汽车和能源领域具有广泛应用。然而,与合金性能密切相关的液态结构与金属间化合物之间的结构“遗传性”的理解仍然不够清晰。在此,本文采用同步辐射原位X射线成像和高能X射线衍射技术,观测Ni_(19.47)Al_(80.53)金属间化合物合金的凝固过程,采用微元法获得溶质分布及液态结构演化的可视化信息。结果表明:Ni_(19.47)Al_(80.53)合金的凝固过程存在溶质定向移动,金属间化合物微观组织的生长与液体中的团簇结构演化密切相关。类二十面体型团簇在富Al液相中偏聚,主导α(Al)相的生长;而类晶体型团簇在Al_(3)Ni金属间化合物附近偏聚,主导Al_(3)Ni相的生长。此工作拓展了对金属间化合物微观组织演化过程原子机理的理解,为控制和预测凝固组织提供理论指导。

大挤压形变AZ91D镁合金半固态等温组织演变

通过液淬法获得挤压比为40的AZ91D镁合金等温处理过程中的半固态组织,研究其球化机制.结果表明:密集位错促使再结晶速度加快,球化时间缩短.球化机制为等温过程中再结晶导致形变组织粒化,晶界低熔点组份聚集处以及位错密度相对较高的区域熔化,形成蜂巢状组织;固液界面张力和曲率过热促使多边形晶粒进一步球化.

镁合金压铸件收缩缺陷分析及对策

对音箱面板镁合金压铸件出现的收缩缺陷进行了检测分析 ,认为表面裂痕和内部裂纹产生的原因是由于压铸喷射填充状态下的分层充填以及凝固收缩的不同时性所引起的 ;轴线缩松涉及到不同壁厚铸件的补缩特点及持压时间。

Ti基大块非晶合金的制备及热稳定性

采用铜模铸造法制备出最大直径为2mm的Ti53Cu27Ni12Zr3Al7Si3B1块状非晶合金。DSC和DTA分析表明,该合金具有较高的玻璃形成能和热稳定性,玻璃转变温度(Tg),结晶化温度(Tx),过冷液体区间(?Tx)以及约化玻璃转变温度(Tg/Tm)分别为685K,754K,69K和0.62。由XRD分析结果可知,Ti53Cu27Ni12Zr3Al7Si3B1的晶化过程分为部分亚稳相析出、初生相(NiTi2,NiTi,δ-CuTi和CuTi2)析出以及稳定相(NiTi2,NiTi,CuTi3和一个新的未知相)析出3个阶段。用Kissinger法计算出3个阶段的表观晶化激活能分别为377.86kJ/mol,322.97kJ/mol和311.17kJ/mol。研究结果表明晶化过程中第1放热峰表观晶化激活能较大,能有效地阻止Ti53Cu27Ni12Zr3Al7Si3B1发生晶化,从而使其具有较大的非晶的玻璃形成能和良好的热稳定性。

Ti_(53)Cu_(15)Ni_(18.5)Al_7M_3Si_3B_(0.5)(M=Zr,Hf,Sc)高强度块体金属玻璃的制备及其性能

用铜模铸造法制备出直径为2.5 mm的多组元Ti53Cu15Ni18.5Al7M3Si3B0.5(M=Zr,Hf,Sc)金属玻璃棒材.DSC和压缩应力应变测试结果表明:合金具有较高的热稳定性和优异的力学性能.其中Ti53Cu15Ni18.5Al7Zr3Si3B0.5合金的Tg,Tx和△Tx分别为703,765和62 K;Ti53Cu15Ni18.5Al7Sc3Si3B0.5合金压缩断裂强度高达2325 MPa,压缩变形量达1.6％,Young'S模量118 GPa.

二次加热过程中等温参数对预变形AZ91D合金组织的影响

通过液淬法研究二次加热过程中等温参数对预变形AZ91D合金组织演变规律。结果表明:等温保温过程中,形变晶粒的再结晶和局部熔化影响半固态等温组织。温度升高导致再结晶速度和局部熔化速度加快,促使半固态球化组织的形成。在570℃时保温4min可获得最佳半固态凝固组织。

新型Ti基金属玻璃CMF测量管材料的制备

通过单辊急冷法和铜模铸造法制备出新型Ti基金属玻璃Ti53Cu27Ni12Sc3Al7Si3B1.用DSC、DTA分析其热稳定性,XRD分析晶化前后相组成.结果表明:用铜模铸造法可以制备出最大直径为2mm的完全玻璃相棒材,其Tg、Tx、⊿Tx分别为729K、765K和36K,具有较高热稳定性.力学性能测试表明其具有较高的力学性能,压缩断裂强度、弹性模量和压缩塑性变形量分别为2325MPa、118GPa和1.6%.具有明显的弹塑性变形阶段.

Cu_2O-Al体系的化学反应机理

在对 Ｃｕ２Ｏ－Ａｌ体系进行热力学分析的基础上．测试了 Ｃｕ２Ｏ与Ａｌ粉末压块在不同介质温度下反应的热分析曲线。并对反应后的试佯进行了Ｘ射线衍射分析．结果表明、Ｃｕ２Ｏ—Ａｌ体系反应随介质温度升高可分为 ３个不同阶段：第１阶段、体系温度 Ｔ＜９１０ Ｋ，有少量 Ａｌ２Ｏ３和 Ｃｕ生成：第 ２阶段．体系温度为 ９１０ Ｋ≤ Ｔ＜１１０３ Ｋ，Ｃｕ２Ｏ—Ａｌ体系未发生化学反应：第 ３阶段．体系温度为 １１０３ Ｋ≤ Ｔ≤１３７３ Ｋ，Ｃｕ２Ｏ—Ａｌ体系发生化学反应．其产物为 Ｃｕ，Ａｌ２Ｏ３及 ＣｕＡｌＯ２．

真空内氧化法制备α-Al_2O_3/Cu复合材料

对 Cu O-Al体系进行热力学和动力学分析的基础上 ,采用将 Cu O和 Al粉末压块的方法加入到真空条件的 Cu液中使其发生化学反应 ,生成 Al2 O3增强颗粒而获得复合材料。对复合材料进行了扫描电镜观察及 X射线衍射分析 ,并测试了 Al2 O3含量对复合材料电导率的影响。结果表明 ,内氧化法是制备 Al2 O3/ Cu复合材料较理想的方法 ;Al2 O3/ Cu复合材料用于高强度高导电领域时 Al2 O3含量应小于 1 .85 wt%

铝-铝电磁脉冲焊接技术及其机理研究

利用电磁脉冲焊接技术对Al-Al同种金属材料进行焊接,以获得高质量的焊接接头。利用SEM观察和分析接头显微结构,利用显微硬度计测量了接头截面的硬度分布。结合流体力学和波动力学对连接机理进行分析。结果表明焊接接头中形成了波形界面,接头处硬度显著提高,平均硬度为57.3 HV,计算出Al-Al形成焊接接头的最小碰撞速度为90.12 m/s,Al-Al形成波形界面的最小碰撞速度为71 m/s。

熔渗法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺评述

本文介绍了合金熔体自浸渗法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺原理 ,总结讨论了各种不同类型熔渗工艺的特点 。

预制体气孔率测试及其影响因素的研究

对 Al2 O3颗粒预制体的气孔率测定方法进行了探讨 ,研究了颗粒粒度与压制压力对气孔率的影响。结果表明 :可采用煤油浸渗法来测定颗粒预制体的气孔率 。

东西部科技创新合作背景下的上海与宁夏联合共建开放式创新平台实践

加强东西部科技创新合作对于促进西部地区特别是欠发达地区提升科技创新能力具有重要作用,联合共建开放式创新平台是东西部科技创新合作的重要形式之一。上海交通大学(银川)材料产业研究院深耕宁夏地方产业,结合沪宁特点,建立全面开放的科技创新服务平台,建设完善的科技创新服务体系和组织架构,以开放、共享的姿态谋求科技创新合作的长远发展,为地方合作创新服务提供新思路、新方法和新动力。

形变镁合金半固态加热过程中的再结晶及晶粒球状化

实验研究了应变诱发熔化激活法 (SIMA)制备AZ91D合金半固态坯料过程中的再结晶现象及其对晶粒球化的作用。结果发现 :形变AZ91D镁合金半固态熔化过程中 ,无论加热速度快慢 ,组织都要发生再结晶 ,演变为等轴晶粒。加热速度仅影响到等轴晶粒的均匀性 ;再结晶是形变组织球化过程的必要条件。快速升温到半固态温度时 ,再结晶几乎与球状化过程同时进行。

内氧化工艺对Al_2O_3/Cu复合材料中Al_2O_3颗粒分布的影响

采用压块加入法和分别加入法两种内氧化工艺 ,将 Cu O和 Al粉末加入到 Ar气保护的铜液中制备 Al2 O3/ Cu复合材料 ,在光学显微镜、扫描电镜及 X射线衍射仪上观察分析了Al2 O3颗粒的数量、分布及材料的相组成。结果表明 ,压块加入法生成的 Al2 O3颗粒呈枝晶状分布 ,最佳保温时间为 30～ 45 min;分别加入法生成的 Al2 O3颗粒呈弥散状分布 ,最佳保温时间为 45～ 6 0