WC-10CoCrFeMnNi高熵硬质合金微观组织及力学性能研究

利用机械合金化技术制备了等物质的量之比的CoCrFeMnNi高熵合金粉末,采用放电等离子烧结技术制备了WC-10CoCrFeMnNi硬质合金。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、维氏硬度计和激光粒度分析仪等对高熵合金粉末和硬质合金进行微观组织与性能研究。结果表明,经80 h球磨获得纳米晶CoCrFeMnNi高熵合金粉末,其结构以BCC为主相、FCC为次相,平均粒径为1.4μm,且粒度分布较为集中。使用CoCrFeMnNi高熵合金为黏结相的硬质合金展现出了良好的力学性能,在1 250℃烧结的硬质合金拥有较好的综合力学性能,维氏硬度达到(1 452±18.95)HV_(30),断裂韧性达到(8.57±0.32)MPa·m^(1/2)。

原子掺杂对不同配体中碳点光致发光性能的影响研究

碳点具有光学性质可调及光稳定性好的特性,被广泛应用于各种工业领域,特别是光致发光领域。碳点的光致发光与碳源的分子结构密切相关,其中碳点自身分散性会影响发光强度。为研究碳点在不同配体中的光致发光性能,采用掺杂合成-溶液透析法,制备了3种分子结构的碳点材料,掺杂碳点NCDs、共掺杂碳点NSCDs及混合碳点NCDs+NSCDs。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射表征了其显微形貌,利用紫外可见光谱仪测试了其吸光强度,配置了乙醇、有机溶液进行紫外和自然光照射发光测试,研究了3种碳点的分散性及发光性能。研究结果表明,NCDs呈二维细片状形貌,NSCDs的掺杂原子负载在其表面,而NCDs+NSCDs的掺杂原子团具有强的单分散性。3种碳点均为均匀分布的纳米颗粒,尺寸大小约1.8 nm。以NCDs的碳特征峰为初始位置基准,NSCDs的特征峰明显向左发生了偏移,NCDs+NSCDs的特征峰也发生了向左偏移,但显著程度低于NSCDs。其主要原因是掺杂原子团的引入使晶面间距发生变化,影响了碳点晶面间距的大小,表明掺杂原子已引入碳点中。3种碳点在自然光照射下均发出绿色荧光,且随着激发波长越长偏向蓝移,其中NCDs+NSCDs荧光发光颜色最深,表明其具有更强的亲水性和分散性。分散性的增强会使碳点的发光强度增强,NCDs+NSCDs在不同配体中的发光强度最强,表明其分散性强,增强了其光致发光性能。本研究为碳点发光性能在光致发光及其他领域的应用提供了参考。

大厚度TA17钛合金磁控窄间隙TIG焊接头组织和力学性能

对120 mm厚的TA17钛合金板进行了磁控窄间隙TIG焊接试验,系统表征了该焊接接头不同区域的显微组织和力学性能,并阐明接头显微组织演变过程及其对力学性能的影响。结果表明沿接头横向存在显著的组织不均匀性:靠近焊缝的母材区主要由拉长的α晶粒和沿晶界分布的β相构成,接头热影响区组织为粗大α集束构成的魏氏组织,熔合区为细小α片层交错组成的网篮组织。沿接头厚度方向,显微组织差异较小,接头上层熔合区观察到少量马氏体片层组织。接头熔合区硬度显著低于母材区的,拉伸过程中熔合区优先发生屈服,随后成为塑性变形集中区域,导致接头强度和塑性较母材降低。

粉末粒径对等离子喷涂固体氧化物燃料电池阳极微观结构及性能的影响

作为固体氧化物燃料电池阳极材料,选用NiO/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(GDC)替换传统NiO/Y_(0.16)Zr_(0.92)O_(2.08),其可有效扩展三相反应界面,提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术,通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径,研究阳极微观结构演变及对电池性能的影响。结果表明:粉末粒径影响粉末的熔化程度,当d50=24.7μm的小粒径粉末熔化充分时,涂层中会暴露更多的GDC,增加反应活性位点;d50=45.2μm的大粒径粉末熔化不充分时,堆叠产生的间隙会造成涂层中裂纹和孔洞增多,表现出更大的气通量,泄漏率为14.8×10^(-6)cm^(4)·gf^(-1)·s^(-1);小粒径和大粒径粉末阳极形成的单电池输出峰功率密度接近,在800℃时分别达到1 158.46和1 147.0 mW·cm^(-2)。阻抗谱拟合结果揭示了阳极界面电荷转移和气体传输能力的差异。通过分析粉末粒径对电化学性能的作用机理可知,小粒径粉末阳极具有更多界面活性位点而表现出更快的电荷转移速度,大粒径粉末阳极具有优异的透气性,能透过更多燃料而有效激发活性位点。因此,在大小粒径粉末阳极上形成的电池几乎表现出相同的电化学性能。

新工科背景下材料类专业计算机相关课程改革浅谈

先进计算机科学和智能技术在材料科学和产业的应用中越来越普遍,这对“新工科”背景下材料类专业的人才培养有了新的要求。了解和掌握先进计算机科学和智能技术的落脚点是专业培养方案中计算机相关课程和前沿专业课程的教学计划。本文将聚焦材料类专业计算机相关课程的安排,分析其现状和问题,然后基于“新工科”建设的需求,对材料类专业计算机相关课程体系提出改革措施建议。

高碳铬不锈钢电子束焊接头性能研究

针对高碳铬不锈钢焊接接头性能差的问题,采用电子束焊接技术对厚度为5 mm的调质态的高碳铬不锈钢进行焊接。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸试验机等设备对其接头进行显微组织与性能分析。结果表明,在加速电压150 kV、束流强度17 mA、焊接速度850 mm/min的条件下,可获得成形良好、无气孔和裂纹等缺陷产生的焊接接头。碳及合金元素以固溶态形式存在于焊缝中,熔合区均为马氏体和残余奥氏体,呈现出非平衡凝固组织,焊接热影响区中碳化物颗粒发生部分溶解。焊接接头硬度分布呈现典型的“M”型,焊接热影响区硬度最高,可达750HV;焊接接头抗拉强度为699 MPa,在焊接热影响区发生脆性断裂,接头的塑性变形能力急剧下降。

Fe元素微量添加对Al-5Ni高导热合金性能及流变行为的影响

Al-Ni近/共晶合金兼具高强韧和高导热性能,Ni在Al中的共晶成分点较其他常见过渡族元素更高,其铸件在热管理材料领域具有可观的应用潜力。研究了微量添加Fe元素对Al-5wt%Ni合金的微观组织、导热系数、力学性能和流变行为的影响。结果表明,Al-5wt%Ni中添加0.1wt%Fe元素可实现α-Al晶粒的显著细化,(α-Al+Al3Ni)共晶组织球化且第二相分布更为均匀。当Fe元素添加量在0.1wt%时,Al-5wt%Ni合金导热系数和力学性能同步提升,导热系数由211.4 W/(m·K)提升到218.8 W/(m·K),抗拉强度由132.5 MPa提升到170.9 MPa。通过高温熔体库埃特粘度仪表征合金熔体流变行为,发现添加0.5wt%Fe元素在Al-5wt%Ni合金中会导致该液态熔体粘度上升,但645℃时其剪切稀薄特性更强。

钨含量对铝合金化学镀Ni-W-P硬度和耐磨性的影响

研究铝合金化学镀Ni-W-P三元合金的耐磨性能,探讨钨含量对铝合金(LY12)化学镀Ni-W-P耐磨性和硬度的影响。结果表明:铝合金表面化学镀Ni-W-P三元合金在400℃加热1h后,表面硬度达HV251080,表面硬度和耐磨性均较基体提高10倍以上;但过高的W含量,使得表面硬度下降。磨损实验发现,试样产生了镀层碎裂和剥落现象。其主要原因是由于铝合金基体与镀层热膨胀系数的差异及Ni3P的析出导致应力过大,引起镀层硬度和耐磨性随着W含量的增加而下降。并用化学镀Ni-W-P合金沉积机理解释了镀层成分分布特征的形成原因。

铝合金的前处理对Ni-Co-P化学镀层沉积特性和耐腐蚀性能的影响

通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电化学站等技术研究了铝合金化学镀Ni-Co-P的"浸锌-闪镀法"和"预植法"两种前处理工艺对镀层的成分、表面形貌和耐腐蚀性能的影响.结果表明,铝合金化学镀Ni-Co-P前处理工艺决定Ni-Co-P镀层的形貌和耐腐蚀性能,对镀层的成分影响不明显;铝合金经"浸锌-闪镀法"前处理工艺处理后化学镀Ni-Co-P所得镀层的镀层耐腐蚀性能下降,并用原子氢-电化学联合理论解释了不同前处理对镀层形貌和耐腐蚀性能影响的原因.

Mn13钢基材表面真空钎焊Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)高熵合金的微观组织与性能

针对传统钢材Mn13钢等在大规模应用中暴露出的低应力耐磨性差、低温脆性和易生锈等问题,采用在Mn13钢表面焊接具有高强度、良好的延展性和耐蚀性的Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)近共晶高熵合金来改善其表面性能。采用BNi2钎料通过真空钎焊的方式在Mn13钢表面钎焊Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)高熵合金,并对高熵合金母材和钎焊接头的微观组织与力学性能进行了探究,同时研究了真空钎焊温度对钎焊层微观组织和力学性能的影响。实验结果表明:母材Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)高熵合金的显微组织由FCC相和有序B2相组成,钎焊后合金组织中B2相体积分数增加,显微维氏硬度从(436±15.7)HV升至(472±7.1)HV;钎焊接头的微观组织主要为Ni基的固溶体相和硼化物相,焊缝中心主要以CrB为主,扩散区则以B元素与母材元素形成的硼化物为主;钎焊温度过低或者过高会在焊缝形成气孔及硼化物,从而降低钎焊接头的剪切强度,当钎焊温度为1 050℃时,焊接接头的剪切强度达到最大值684.6 MPa。

PS-PVD制备YSZ热障涂层抗熔盐腐蚀研究

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na2SO_(4)(质量分数45%)+V2O5(质量分数55%)混合熔盐在1050℃下对涂层进行腐蚀实验。利用场发射-扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪对涂层表面和截面的组织结构及1050℃高温熔盐腐蚀后涂层的物相组织和熔盐渗透深度进行了分析。研究结果表明,硫酸盐与钒酸盐的混合盐对涂层中的TGO层破坏显著,t′-ZrO_(2)相变与TGO的生长是导致涂层脱落的主要原因。

铝合金表面催化活性对化学镀镍–铜–磷合金镀层化学组成及耐腐蚀性能的影响

以浸锌–闪镀法和预植法分别对铝合金基体进行前处理,然后再化学镀Ni–Cu–P合金。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电化学测量等技术对其进行表征,探讨了两种前处理工艺对化学镀Ni–Cu–P合金镀层表面形貌、化学组成和阳极极化曲线的影响。结果表明,与浸锌–闪镀法相比,预植法工艺简单,得到的镀层与基体结合良好;两种镀层的Ni含量相近,均为68%,但预植法所得镀层的Cu含量比浸锌–闪镀法增加近7个百分点,P含量则下降6个百分点;预植法所得镀层的腐蚀电流密度为3.8μA/cm2,远小于浸锌–闪镀法所得镀层的13.2μA/cm2。预植法处理后得到的化学镀Ni–Cu–P合金镀层具有更好的耐腐蚀性能。

石墨粉末化学镀Ni-P催化剂表面乙醇的电催化氧化

电催化乙醇氧化的阳极材料易失效。在活性炭(C活性)上化学沉积Ni-P颗粒,制备了Ni-P/C活性催化剂,将其填入213型铂电极凹槽之中,制成Ni-P/C活性电极。采用扫描电镜(SEM)和电化学循环伏安法对Ni-P/C活性催化剂性能进行了研究。结果表明:球状Ni-P颗粒以约为100nm的大小均匀分布于C活性表面;仅C活性电极能催化乙醇发生氧化,但易失活,而Ni-P/C活性电极可以催化乙醇在-0.24V发生氧化,在阴极极化扫描过程中,-0.39V时会出现乙醇氧化中间物的氧化峰,催化乙醇氧化的峰电流随循环使用次数的增加而提高,氧化电位逐渐负移,这与Ni-P在碱性条件下电氧化产生Ni(OH)2和NiOOH有关。

热处理对等离子熔覆层析出物与残余应力的影响

研究了热处理对等离子熔覆单、多道熔覆层中相成分和残余应力的影响。结果表明,热处理后熔覆层共晶区域与晶粒内部析出(Cr,Fe)_mC_n,300℃热处理后析出以(Cr,Fe)_7C_3为主,高温(900℃)热处理后析出相(Cr,Fe)_7C_3转变为(Cr,Fe)_(23)C_6。熔覆层中残余应力以热应力为主,颗粒相(Cr,Fe)_mC_n的析出以及颗粒相(Cr,Fe)_mC_n由亚稳定相(Cr,Fe)_7C_3转化为稳定相(Cr,Fe)_(23)C_6,均能有效减少熔覆层中残余应力。多道熔覆层在热处理300℃后残余应力减少52.6%。

PS-PVD热障涂层显微结构对耐侵蚀性能的影响研究

采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)技术开展了热障涂层梯度结构调控研究,通过调整喷涂送粉速率,在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层,对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征,阐明了显微结构变化对热障涂层耐侵蚀性能的影响。研究表明:送粉速率的变化对PS-PVD热障涂层羽柱状结构的沉积有显著的影响,低送粉速率下,涂层底部结构比较致密,当送粉速率增大时,由于粉末颗粒在喷涂过程气化不充分,未熔粒子增加,羽柱状顶部结构趋向致密结构转变,涂层顶部孔隙率下降,表面粗糙度降低。送粉速率由底至顶梯度递增制备的涂层表现出较高的耐熔盐腐蚀性能和耐粒子冲蚀性能。

节能减排教育的课程改革探索

文章就节能减排教育如何融入金属材料工程专业现有的课程问题进行教学探索。以"热工设备及仪表"课程为例,介绍了围绕节能减排教育进行的教学改革所采取的方法和措施。

固溶时效对等离子堆焊WCp/18Ni300钢复合涂层组织与性能的影响

采用等离子堆焊技术在Cr5钢表面制备WC增强18Ni300钢复合涂层.研究添加质量分数为25%和35%的球形WC对堆焊层组织与性能的影响,分析固溶(900℃×1 h)和时效(490℃×5 h)处理前后堆焊层的显微组织/相变过程/显微硬度和摩擦磨损性能.结果表明,在马氏体时效钢粉末中添加WC颗粒影响堆焊层组织和马氏体相变.WC/MS300复合堆焊涂层的显微组织主要以奥氏体为主.经固溶时效热处理后,基体试样硬度和摩擦磨损性能下降,而WC/MS300试样中γ-F转变为α-Fe,硬度和耐磨性显著改善,添加35%WC试样耐磨性能最佳.由WC的微观结构演变表明,固溶时效后WC颗粒周围形成厚的扩散层,显著改善了界面结合.

半固态组织对Sn-52Bi合金塑性与熔化潜热的影响

在150℃下对半固态亚共晶Sn-52Bi浆料分别进行5,10和15 min的机械搅拌,采用真空吸铸水冷制备出半固态Sn-Bi合金,测试了半固态Sn-Bi合金的组织、力学与热性能,研究剪切力对半固态浆料组织演变的影响,探索半固态合金延伸率与熔化潜热的关系。结果表明:对Sn-52Bi半固态浆料进行机械搅拌,剪切力可抑制树枝状初生Sn相的形成,真空吸铸水冷得到的合金组织由非树枝状的初生Sn相和共晶体构成;随着搅拌时间的延长,短锤状初生Sn相转变为直径约20μm的近球状,搅拌时间延长至15 min时球状初生Sn相直径变小但出现团聚。当搅拌速度为320 r/min,机械搅拌时间为10 min工艺得到半固态Sn-Bi合金延伸率为46.75%,与180℃下的合金熔液直接水冷凝固相比提高了160%;差式扫描量热分析(DSC)得出:不同机械搅拌时间半固态Sn-52Bi合金的峰值温度为140℃,随着合金延伸率升高,合金的熔化潜热减小。

共晶转变过程中施加机械搅拌及再加热对Sn-58Bi合金组织与力学性能的影响

在测试Sn-58Bi共晶合金凝固完成时间的基础上,在共晶转变过程中对已析出的共晶固相和液相混合物进行机械搅拌和再加热,研究了再加热温度对共晶合金组织与力学性能的影响。结果表明,在180℃熔融状态无机械搅拌低压吸铸水冷却条件下所获得的Sn-58Bi合金中共晶组织由蔷薇状的Sn相和粒状Bi相所组成,其伸长率为19.5%;在共晶温度139℃下机械搅拌10 min,直接加热到140℃并保温5 min后低压吸铸水冷所制备的Sn-58Bi合金由直径约为5μm球状Sn相和层状共晶组织构成,其伸长率提高至37.5%,与180℃下合金熔液不经过机械搅拌直接水冷相比提高了97%。随着再加热温度升高至液相线以上,所获得的合金组织中的Sn相为短棒状,呈现出树枝晶析出的趋势,合金的塑性下降。

镀银玻璃微珠/炭纤维填充导电硅橡胶的电磁屏蔽性能

分别研究了用镀银玻璃微珠,炭纤维和镀银玻璃微珠/炭纤维复合填料填充的硅橡胶的电磁屏蔽效能。结果表明,在2.6 GHz^3.95 GHz频段内,镀银玻璃微珠填充量越大,导电硅橡胶的电磁屏蔽效能越高,镀银玻璃微珠填充量为180份时,样品的屏蔽效能的峰值为-115.2 dB。添加少量炭纤维能够提高镀银玻璃微珠/炭纤维复合填料填充橡胶的电磁屏蔽性能,当炭纤维添加量增加到20份时,镀银玻璃微珠/炭纤维复合填料填充硅橡胶(镀银玻璃微珠填充量120份)的电磁屏蔽效能峰值达到-82.0 dB,高于填充量为150份的单纯镀银玻璃微珠填料样品的电磁屏蔽效能,并且能够提高导电硅橡胶的力学性能并降低成本。