基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1491.6℃.建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.

熔盐法合成Ti和TiC镀覆层对金刚石热稳定性的影响

金刚石表面金属化处理是提高金刚石制品性能的重要技术手段之一,镀覆层质量对金刚石及其制品的热稳定性和耐磨性都具有重要影响。采用高温熔盐法在金刚石表面成功镀覆Ti和TiC层,利用XRD、SEM对镀覆层的组成和形貌进行表征,并对镀覆后金刚石颗粒的热稳定性进行研究。结果表明:镀覆后金刚石由黄色变为灰黑色,其光学透过率大大降低。在800~900℃镀覆时,金刚石表面会形成Ti和TiC复合镀层,但800℃时的镀层比较稀疏,甚至出现漏镀现象,而在900℃时得到的镀层比较均匀致密;在1100℃镀覆时,镀覆层为TiC,镀覆层较厚而且出现分层、开裂现象。由于镀覆层的保护作用,金刚石的氧化温度增加,失重率大大降低。尤其是在900℃时镀覆后,金刚石的失重率由原料的91.3%降至镀覆后的9.3%,热稳定性显著提升。因此,熔盐法合成Ti镀覆层的最佳温度为900℃。

高温高压下叶蜡石和白云石的结构研究

叶蜡石和白云石是金刚石高温高压合成工艺中重要的辅助原材料,直接影响着高压合成过程中的设备安全及产品质量。同时,高温高压环境必然会对叶蜡石和白云石的结构性能产生重要影响。采用X射线衍射和热重分析研究了叶蜡石模具和白云石套管在高温高压使用前后的成分和结构变化。结果表明:经高温高压使用后,叶蜡石模具,包括其边角处、外侧、中部和内侧均未产生相变,与使用前具有相似的结构和热稳定性。而白云石则发生明显改变,高温高压下套管外侧的白云石会部分分解,生成CaCO3和MgCO3,而套管内侧白云石则相对稳定。但是由于高温扩散作用,石墨会扩散并在白云石套管内侧形成聚集。因此,该结果表明,高温高压使用后的叶蜡石存在再次循环使用的可能性。

碳纳米管的分散方法与分散机理

要发挥碳纳米管的优异性能,如何均匀分散碳纳米管是首先要解决的关键性问题。通过研究碳纳米管的团聚体形态,看出碳纳米管团聚体为一维纳米线团聚态,比普通颗粒粉体的零维团聚态更复杂。碳纳米管分散方法大体上分为物理法与化学法两大类,对比研究碳纳米管的各种分散方法,分析碳纳米管的分散机理,提出了均匀分散碳纳米管要满足3个必要条件:打散碳纳米管团聚体、剪断长碳纳米管、保持碳纳米管分散状态。剪切挤出分散法可以较好地满足这3个条件,制备出均匀分散的碳纳米管复合粉体。

TC4合金电子束焊接接头微观组织研究

对不同工艺参数电子束流焊接TC4钛合金焊缝显微组织进行分析,结果表明：电子束流工艺参数的改变对焊缝的相组成没有影响,却使得焊缝形状及其显微组织分布发生了改变,产生了焊缝显微组织梯度。焊缝夹角越大,焊缝上中下各部位马氏体针尺寸梯度越大。焊缝中显微硬度比母材硬度高HV30-50,热影响区中显微硬度呈梯度分布。

LaNi_(2.5)Co_(0.5)储氢合金在充放电循环过程中的电化学性能研究

以感应熔炼法制备的LaNi_(2.5)Co_(0.5)合金为研究对象,对该合金及其氢化物的相结构进行了分析,并对合金电极的放电容量保持率、高倍率放电性能、氢扩散系数及极化电流密度等电化学性能进行了研究.结果表明:吸氢后的合金会产生明显的非晶化现象,造成合金吸放氢能力和氢化物稳定性下降.随着循环次数的增加,合金的放电容量和高倍率放电性能均表现出先快速下降到逐渐缓慢降低的趋势,而合金的氢扩散系数和极化电流密度却呈现出不同的变化趋势.高倍率放电性能的下降主要与合金表面反应活性相关,说明表面劣化现象是造成合金电化学性能衰退的主要因素.

La_(1-x)Mg_xNi_(2.5)Co_(0.5)(x=0～0.4)储氢合金的制备及电化学氢化性能

本文以感应熔炼法制备的La_(1-x)Mg_xNi_(2.5)Co_(0.5)(x=0~0.4)储氢合金作为研究对象,探究了熔炼过程中合金成分的损耗情况。通过对合金质量损耗的填补,并结合AES-ICP等测试手段,比较精确地制备出了目标合金。根据合金充放电前后的X射线衍射(XRD)测试结果,发现合金的氢化物随着Mg含量的增高而逐渐由非晶态转化成晶态,晶态氢化物由合金的α相转化成氢化物的β相。合金氢化物的晶胞参数a和c均显著增大,晶胞体积也有较大膨胀,但增大幅度却随着Mg含量的增加而逐渐减小。在0.1MPa干燥Ar保护条件下,填补0.9%的La和10.0%的Mg所制备的La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(2.5)Co_(0.5)合金不仅具有良好的电化学氢化性能和较大的放电容量,而且能够有效抑制合金的氢致非晶化。

铬包覆的金刚石颗粒增强铜基复合材料的热物理性能研究

通过混合熔盐法将NaCl、KCl、金刚石颗粒及微量活性物质铬粉按一定比例混合均匀后煅烧处理,经过充分清洗、过筛及干燥等工艺得到了铬包覆的金刚石颗粒;利用放电等离子烧制技术制备了具有优异热物理性能的铬包覆金刚石颗粒增强铜基复合散热材料。结果表明:采用该混合熔盐法能够实现金刚石颗粒表面铬全包覆;铬包覆的金刚石颗粒与铜基体金属材料的界面结合良好;采用放电等离子技术制备的铬包覆金刚石-铜基复合材料具有较高的相对密度、优异的热传导性能及相对较低的热膨胀系数。

地方高校转型发展背景下材料科学与工程专业协同创新人才培养教学模式改革及教学体系构建

为了适应学校转型发展的要求,材料科学与工程专业及时改革修订了培养方案,积极探索"产教融合,校企合作"的协同创新人才培养教学模式,构建实践教学体系,提高应用型人才培养质量,力争培养出既具有较强的材料专业理论知识,又具有较高动手能力和创新能力的适应社会主义市场经济发展的创新型、高素质全面发展的工程技术人才。

“校企联合”协同创新人才培养平台的构建实践分析——以许昌学院材料科学与工程专业为例

为了进一步深化产教融合、校企合作,积极探索实践教学的新模式,许昌学院材料科学与工程专业积极构建校企联合的协同创新人才培养平台,采取以充分的校企合作基础作为积淀,以科研项目合作为载体,以"双百工程"为契机,与专业硕士点教育基地相结合,同时充分利用校内工程实验室,协同创新中心等措施,提高了材料科学与工程专业的本科生创新能力、实践能力和职业能力的培养质量。

γ-Al_2O_3负载的高分散钯纳米粒子的制备及其在硅烷氧化反应中的应用

采用室温下CO还原已浸渍于γ-Al_2O_3上的PdCl_2来制备Pd纳米催化剂(Pd_(298K)/γ-Al_2O_3).由于反应温度为室温,制备的Pd_(298K)/γ-Al_2O_3中Pd纳米催化剂尺寸小、分散性好.以硅烷氧化反应为例对其催化性能进行研究,Pd_(298K)/γ-Al_2O_3比Pd_(773K)/γ-Al_2O_3表现出了更好的催化活性,并且5次循环后催化活性没有明显损失.

基于应用型人才培养的材料科学与工程科技合一教学研究

本研究以材料科学与工程专业中的科学与技术为框架,分成材料科学与材料技术两大模块,并对相应的模块进行提炼,总结出材料科学与工程科技合一的教学体系。该教学体系将材料科学与工程专业的教学划分成科学类课程与技术类课程两大类。其中,科学类课程包括专业基础课、专业核心课和专业方向课,技术类课程包括验证型实验课、设计型实验课和创新型实验课。各类课程之间相互关联,有效地将材料科学与工程专业中分散的科学与技术结合起来,使学生既能学习到扎实的理论知识,又能不断地提高专业技能。

La_(0.7)Mg_(0.3-x)Ca_xNi_(2.5)Co_(0.5)(x=0～0.15)储氢合金的放电容量衰退机理研究

采用感应熔炼结合粉末烧结两步法制备了La_(0.7)Mg_(0.3-x)Ca_xNi_(2.5)Co_(0.5)(x=0～0.15)储氢合金,并对合金的放电容量衰退机理进行了研究.研究结果显示随着Ca含量的增加,合金的相结构没有发生明显变化,只是晶胞参数逐渐增大,即Ca主要替代了超晶格结构AB2结构单元中的Mg,但在AB5结构单元中少量的Ca恰恰对合金的放电容量产生了重要的影响.Ca在AB2和AB5两种结构单元中的存在会降低储氢过程中晶胞内部的膨胀应力,Ca的溶解能够抑制Mg的腐蚀,生成微溶于水的腐蚀产物,并提高了合金表面具有催化活性的Ni含量,改善了合金的循环寿命.较高的Ca含量会严重破坏合金的相结构,生成过量的腐蚀产物因不能完全溶于水而在合金表面形成包覆层,阻碍了电极反应,造成合金循环过程中放电容量的急剧下降.

基于应用型人才培养的材料科学与工程产学研一体化实施方法——以许昌学院材料科学与工程专业为例

应用型本科教育是以培养服务地方经济发展,知识、能力、素质全面协调发展,面向生产、建设、管理、服务一线,理论与实践相结合的应用型人才为目标的高等教育,而产学研一体化则是应用型本科教育的重要实现形式。以许昌学院材料科学与工程专业为例,从应用型人才培养的角度揭示了单独的"产""学""研"培养模式的片面与不足,提出了材料科学与工程专业的产学研一体化原理,并从"产""学""研"三个角度论述了产学研一体化的具体途径与实施方法。

激光打孔对氮化铝绝缘性能的影响

氮化铝陶瓷具有优良的绝缘和导热性能,是传导冷却超导电力装置绝缘与导热连接件的首选,激光切割是对其进行加工的最有效方法,但激光切割可能对其绝缘性能产生影响,进而影响超导电力装置的安全运行。基于此,通过对激光打孔前后氮化铝基片孔周区域绝缘电阻的测量、金相结构和扫描电镜成分的比较,分析了激光打孔对氮化铝绝缘性能的影响,并总结了选用氮化铝基片作为超导电力装置电流引线的绝缘与导热垫片应注意的问题。

影响无压烧结小直径金刚石锯片性能的主要因素分析

以锋利度及寿命为指标,通过单因素试验,考察了烧结温度、保温时间、金刚石浓度、粒度对ф112mm锯片性能的影响。结果表明:影响锯片性能的因素从大到小依次为:烧结温度、金刚石粒度、金刚石浓度、保温时间;当烧结温度为930℃,金刚石粒度为35/40,金刚石浓度为12%,保温时间为60min时,ф112mm锯片的性能最优。

弱化胎体添加剂在金刚石锯片中的应用

利用万能材料试验机、摆锤冲击试验机、自动切割机等设备考察了一种添加剂对Fe基结合剂金刚石工具胎体力学性能及其锋利度、耐磨性的影响。结果表明加入该添加剂可以降低胎体的抗弯强度、韧性、耐磨性,增加胎体的硬度和金刚石工具的锋利度,其添加量以3%~5%为宜。

弱化胎体添加剂在小直径金刚石锯片中的应用

在Fe基金属结合剂金刚石锯片的胎体中加入弱化胎体添加剂硅铁,用万能材料试验机、摆锤冲击试验机、自动切割机等考察硅铁对胎体力学性能、锋利度、耐磨性的影响。结果表明:加入硅铁可以降低胎体的抗弯强度、韧性、耐磨性,提高胎体的锋利度和硬度,其添加质量分数以3%~5%为宜。

预合金粉在金刚石工具中的应用

介绍了金刚石工具用预合金粉的优势及预合金粉中各个组成元素的作用,阐述了水雾化制取预合金粉的关键工序及国内外发展现状,探讨了国内预合金粉的发展趋势,希望能给粉体制备及金刚石工具厂商借鉴。

纳米金刚石的结构、光学性能和热稳定性研究

纳米金刚石兼具纳米材料和金刚石的双重特性,呈现出与微米金刚石、块体金刚石截然不同的特点。本文以不同尺寸金刚石样品为研究对象,采用扫描电镜、X射线衍射、光谱学、热重分析技术对其结构、光学性能和热稳定性进行研究。结果显示样品尺寸分别为300μm、30μm和100 nm,大尺寸样品结晶质量较好,富含孤氮杂质,为Ⅰb型金刚石。纳米金刚石样品结晶较差,含有少量石墨残留,并含有H_(2)O、N—H和C—H键,说明其表面存在诸多有机活性基团。大尺寸金刚石样品存在中性和带负电荷的氮空位缺陷,产生较强荧光,而纳米金刚石由于存在诸多的有机基团和表面缺陷,形成非辐射中心,导致荧光猝灭。大尺寸样品在300~525 nm具有较强吸收,而纳米金刚石样品在紫外-可见-近红外整个区域均呈现出较强吸收,透过率显著较低。随着颗粒尺寸的减小,金刚石的起始氧化温度逐渐下降,氧化速率降低,因此大颗粒尺寸金刚石样品具有更好的热稳定性。