石墨烯增强铜基复合材料显微组织和性能的研究

采用粉末冶金法制备了质量分数为0%(纯铜)、0.4%、0.8%和1.2%的石墨烯增强铜基复合材料,利用光学显微镜、高分辨场扫描电镜、高精度固体密度仪、数字式电导率仪和万能试验机对石墨烯增强铜基复合材料的微观组织和性能进行研究和分析。结果表明,铜粉纯度高、无杂质,随着石墨烯含量的增加,复合材料的孔隙率随之增加,而且石墨烯的团聚现象逐渐加重,晶粒尺寸呈现先降低后提高的现象,而石墨烯含量在0.8%时,晶粒尺寸最小为43.385 nm。以复合材料的物理性能方面来说,石墨烯增强铜基复合材料的密度和电导率呈现下降趋势。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度和最大抗压强度呈现先上升后下降的趋势,而压缩率呈现逐渐下降的趋势,当石墨烯含量为0.8%时,屈服强度和最大抗压强度达到最大值,分别为80.79和332.88 MPa。

石墨烯/Al复合材料的显微组织和物理性能研究

铝基复合材料具有重量轻、高耐蚀性、热膨胀系数低、导电导热性能优异和加工性能优良等优点而成为当前轻金属基复合材料研究的主流,其中,石墨烯/Al复合材料是目前研究的热点方向。为了研究石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料物理性能的影响,本文采用了冷压烧结法制备了石墨烯质量分数为0%(纯铝)、0.3%、0.6%和0.9%的石墨烯/Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及其自带的能谱仪分析石墨烯/Al复合材料的微观形貌及化学成分,采用高精度固体密度仪、显微硬度计、高温DSC分析仪和激光导热系数测量仪测试分析石墨烯/Al复合材料的密度、硬度、比热容、热扩散系数和导热系数,对比分析了不同石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料性能的影响机制。结果表明,石墨烯/Al复合材料中石墨烯均匀的分布在铝基体中,石墨烯的添加能够使基体产生明显的晶粒细化,当石墨烯含量超过0.6%时,在复合材料中出现石墨烯的团聚现象。随着石墨烯含量的增加,复合材料的密度和致密度逐渐减小,硬度值呈现先增大后减小的趋势,比热容逐渐降低,热扩散系数先增大后略微减小,导热系数缓慢上升。

汽车铝合金前防撞横梁服役性能仿真及优化设计

以壁厚为设计变量,以碰撞安全性能优于原钢制横梁为设计约束,采用遗传算法开展了铝合金前防撞横梁设计及多目标优化。结果表明,在100%和40%重叠刚性墙低速碰撞工况下,原钢制前防撞横梁的碰撞支反力峰值、最大碰撞侵入位移和最大有效塑性应变分别为29.25和24.29 kN、36.84和39.80 mm以及0.30和0.21,存在开裂风险。总质量、最大碰撞侵入位移和碰撞支反力峰值响应对铝合金前防撞横梁后端面和前端面的壁厚变化较为敏感,而最大有效塑性应变响应则对垂向加强筋和横向加强筋的壁厚变化较为敏感。在100%和40%重叠刚性墙低速碰撞工况下,Pareto最优解的各项性能较原钢制前防撞横梁均有不同程度提升,最大碰撞侵入量分别降低了26.9%和40.7%,最大有效塑性应变分别降低了75.7%和52.4%,碰撞支反力峰值分别提升了43.6%和22.6%,实现了铝合金前防撞横梁总质量减重4.73 kg,减重54.8%。

烧结温度对W-Cu合金微观组织及性能的影响

以W粉和Cu粉为原料,采用粉末冶金和无压烧结的方式,分别在900,1000,1100和1200℃下制备了W-Cu合金。通过对样品的微观组织分析、密度和冲击强度的测试,探讨了不同烧结温度下W-Cu合金的组织及其性能变化。结果表明,随着烧结温度的升高,合金微观组织中的孔隙先减少后增加。在1100℃时,可以得到综合性能最佳的W-Cu合金,其密度和冲击强度分别达到11.51 g/cm^(3)和18.78 kJ/m^(2)。

异质双丝超音速电弧喷涂涂层的高温氧化行为和机理研究

目的采用异质双丝和同质双丝制备3种超音速电弧喷涂铁基涂层,对比研究3种防护涂层在700℃下的抗高温氧化性能。方法采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对在700℃高温氧化前后涂层的微观结构、表面形貌和化学成分以及物相组成进行表征和分析。采用Matlab软件对涂层的孔隙率进行测定,采用显微硬度计测量涂层的显微硬度。结果制备得到的3种涂层的孔隙率均低于10%,满足电弧喷涂的要求。3种涂层的显微硬度均达到了400HV以上,其中FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的孔隙率最低、显微硬度最高,分别为5.00%和456.91HV。在700℃循环氧化下,FeAlCrMoVC、FeAlNiMoCrC和FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的单位面积氧化增重分别为10.67、3.32和2.02mg/cm^(2)。它们的氧化动力学符合经典的抛物线规律,抛物线速率常数(kp)分别为3.08×10^(-10)、2.20×10^(-11)和5.60×10^(-12)g^(2)·cm^(-4)·s^(-1)。从高温氧化后涂层的扫描电镜图观察到,异质双丝法制备的涂层表面氧化膜主要由3种致密形貌组成,结合EDS和XRD分析,推断它们主要由Fe_(3)O_(4)、Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)以及尖晶石结构的NiCr_(2)O_(4)组成。截面分析发现,异质双丝制备的FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的内氧化和表面氧化膜厚度最小,分别约为5.3、24.7和118.2μm。结论涂层的内氧化从孔隙和氧化夹杂物等缺陷开始,而生成的致密氧化物能够提高涂层的抗氧化性。超音速电弧喷涂制备的3种涂层都具有良好的抗高温氧化性能,而异质双丝法制备的FeAlMoCrC/FeAlNiMoCrVC涂层的抗高温氧化性能更好。

夹杂物对工业纯铝组织性能的影响

采用电化学分析、显微金相和图象分析、力学性能测量方法,研究了纯铝中夹杂物含量以及夹杂物形态对组织、电化学性能和力学性能的影响。得出腐蚀电位Ecorr、腐蚀电流密度Icorr和纯铝中夹杂物含量的关系;测试了不同夹杂物含量的工业纯铝的硬度和延展性。试验结果表明:铝屑引入了大量的夹杂物,纯铝中夹杂物含量随着铝屑的增加而增多;试验材料的腐蚀电位逐渐向负方向移动,腐蚀电流密度变大,表明材料耐腐蚀性能随着夹杂物的增加而下降;材料的硬度有轻微增加,延展性降低,塑性变差。

夹杂物对纯铝组织和性能影响研究

探讨了铝中夹杂物含量对组织、电化学性能和力学性能的影响。采用逐渐增加铝屑量的方法,向铝熔体中引入夹杂物,对夹杂物的形态进行了金相观察;测试了材料的极化曲线,得出合金的自腐蚀电位Ek、自腐蚀电流icoor;测试了不同铝屑含量下材料的硬度及抗拉强度,对比了材料的延展性。试验结果表明,随着铝屑加入量的增加,夹杂物逐渐增加;试验材料的极化曲线随着铝屑的增加,逐渐右移,线性极化电阻由大变小,自腐蚀电位逐渐向负方向移动,自腐蚀电流变大,表明材料耐腐蚀性能随着夹杂物的增加而下降;材料的硬度和抗拉强度增加,延展性降低,塑性变差。

铝合金夹杂物的电化学表征

采用添加铝屑的方法增加铝熔体中的夹杂物,对夹杂物的形态进行了金相观察,并测试了材料的塔菲尔曲线、线性极化电阻Rp,得出合金的自腐蚀电位Ek、自腐蚀电流Icoor。试验结果表明,试验材料的塔菲尔曲线随着铝屑的增加,逐渐右移,线性极化电阻由大变小,自腐蚀电位逐渐向负方向移动,自腐蚀电流变大。根据材料的电化学性能随着夹杂物含量的规律性变化,建立了夹杂物含量对电化学参数的回归模型,并提出了用电化学参数来表征Al中的夹杂物的新方法。

夹杂物对A357合金冲击性能影响的实验研究

探讨了夹杂物含量对A357合金组织和力学性能的影响。采用添加铝屑的方法,向铝熔体中引入不同含量的夹杂物,测试了材料的冲击性能,观察了材料的断口宏观和微观形貌,并进行了微区能谱分析。结果表明,随着夹杂物逐渐增加,合金冲击功逐渐下降,同时其承受载荷的能力下降;随着夹杂物含量的增加,其断口组织逐渐显示出解理特征,夹杂物越多形成的夹杂物聚集区和异质颗粒相越多,严重影响合金组织的均一性,冲击时成为裂纹源。

一种铸件/铸型界面传热系数的反求法

对界面传热系数的求解进行了推导,提出了一种新的确定铸件/铸型等效界面传热系数的方法反求法。选择一个形体简单的铸件作为标准试样,采用不同常数的等效界面传热系数,进行若干次模拟试算,与实际标准试样中某点的温度曲线进行比较,当两者温度曲线比较接近时,则认为该等效传热系数是铸件/铸型之间的传热系数。采用不同厚度的实际叶片铸件进行了验证试验,结果表明,该方法是有效可行的。

金属材料工程专业实践教学体系的探索与实践

材料工程学科是实践性很强的学科,其中的实践教学对于学生实践能力和创新思维的培养具有非常重要的作用。文中对广西大学金属材料工程专业的实践教学体系进行了有益的探索,将实践教学体系分为三大模块,分别为校内的实验教学体系,培养学生工程能力的工程训练体系,以及参与企业项目运作实习和毕业设计。新的实践教学体系充分与生产企业相结合,共同制定培养计划,前期已经实施的实践教学取得了较好的效果。

铸件与铸型间界面传热系数的一种简化反求法

为了简便、准确地确定在凝固过程中铸件与铸型间的界面传热系数,提出了一种新的简化反求法。先选择一个形体简单的铸件作为标准试样,利用不同的传热系数进行若干次温度-时间曲线的有限元模拟,并与实际铸件中对应点的温度-时间曲线进行比较;当两曲线比较接近时,该传热系数可作为铸件与铸型之间的等效界面传热系数;并将其作为实际叶轮铸件有限元模拟的参数,所得到的模拟结果与试验结果相符,证明该方法准确可靠。

Cu和Mg对Al-7Si铸造合金耐腐蚀性能的影响

采用电化学腐蚀试验和浸泡腐蚀试验,研究了Al-7Si铸造合金在质量浓度为3.5%NaC1水溶液中的腐蚀行为,探讨了合金元素Cu、Mg对Al-7Si合金的塔菲尔曲线以及自腐蚀电位、腐蚀电流密度等电化学参数的影响,并利用电子分析天平和扫描电镜,分别对各合金浸泡腐蚀后的质量损失和腐蚀形貌进行了测量与分析。结果表明,各试验合金均较快进入钝化状态,随着合金元素Cu、Mg的加入,各合金自腐蚀电位均向负向移动、腐蚀电流密度增高,腐蚀质量损失增大,耐腐蚀性能降低。与Mg元素相比,Cu元素对合金耐腐蚀性影响较大,使其腐蚀机理由点状腐蚀转变为晶间腐蚀。

微合金化对Al-7％Si合金组织与时效行为的影响

采用硬度测量、金相观察,并结合差示扫描量热分析(DSC)等方法,研究了Mg、Ti、Zr、Sn等元素微合金化对Al-7％Si合金的显微组织、性能和时效行为的影响。研究发现,微合金化可以显著改变Al-Si显微组织的形貌,使合金的组织均匀、细小。微合金化后Al-Si合金的铸态硬度提高,但在T6处理后,添加Sn使得合金硬度降低;Al-7Si-0．55Mg合金时效的最佳工艺为175℃保温160～210 min,此时起增强作用的可能是GPⅡ区和β'相。

合金元素对ZA27合金耐腐蚀性的影响

在质量分数为3.5%的NaCl水溶液中,用PS-168C电化学测量系统分别测定了合金元素含量(w)分别为3.0%Cu、0.06%Mg、0.1%Si、0.75%Mn、0.2%Sb和0.1%Sn的ZA27合金,以及不含合金元素的二元ZA27合金的自腐蚀电位、线性极化电阻、自腐蚀电流和塔菲尔常数等电化学参数。在扫描电镜下观察了各合金腐蚀前后的形貌。结果表明,所加入的合金元素均降低了ZA27的耐蚀性能,其中锡的影响最大。

高铝锌基合金的腐蚀研究进展

高铝锌基合金是近年来应用日益广泛的价廉、节能、优质的新材料。该类合金熔炼工艺简单,具有较好的力学性能、工艺性能,以及优良的耐磨性能。目前,工业上已用其部分代替青铜、黄铜、铸铁甚至球铁等结构材料。本文对铝锌二元合金相图的修正、高铝锌基合金耐腐蚀性能的研究进行了综述,对其腐蚀机理、研究方法和手段进行了阐述,最后介绍了目前高铝锌基合金耐腐蚀性研究的热点问题和发展方向。

Zn、In含量对Al-Zn-In合金电化学性能和硬度的影响

在3.5wt.%NaCl溶液中测试了不同Zn、In含量的Al-Zn-In合金的电化学极化曲线及合金材料的硬度,同时观察了合金的电化学腐蚀形貌。结果表明:随着Zn含量的增加,由于Zn和In的配合作用,合金极化曲线正移,腐蚀电位升高,硬度升高;而随着In含量的增加,合金极化曲线负移,腐蚀电金降低,硬度升高;Al-5Zn-0.01In合金腐蚀电位相对较高,硬度适中,电化学腐蚀均匀,综合性能最佳。

PW-1蜡基模料的性能研究

研究了以有机高分子聚合物PX为添加剂的PW 1蜡基模料在不同的压注温度下的性能 :抗弯强度、线收缩率、热稳定性 ,也测定了其熔点和灰分 ,同时制作了显微薄片试样 ,观察并对比了纯石蜡和PW 1模料的显微组织。结果表明 ,PW 1模料的显微组织与石蜡相比 ,晶粒大小均匀 ,组织细腻 ;在 5 7～ 5 9℃时 ,模料抗弯强度达 3 .65MPa、线收缩率为 0 .76%、热稳定性温度为 3 7℃、灰分为 0 .0 0 8% ,综合性能实现比较优化的组合。

Zn、Sb、Ti、Zr对ZL114合金腐蚀性能的影响

采用电化学腐蚀试验和浸泡腐蚀试验研究了铸造铝硅合金在3.5%NaC1溶液中的腐蚀行为,同时还探讨了合金元素Zn、Sb、Ti、Zr对ZL114合金开路电压、腐蚀电流密度和腐蚀性能的影响规律,并利用金相显微镜和扫描电镜对合金浸泡腐蚀前后的形貌进行了观察与分析。电化学试验结果表明,试验合金的自腐蚀电位向负向移动,腐蚀电流密度增加。浸泡腐蚀试验结果表明,加入合金元素降低了ZL114的腐蚀性能,其中Zn影响较大。

Al-Zn-In系牺牲阳极合金的研究与发展

铝合金是理想的阳极材料,但需要添加合金元素和进行适当的热处理来提高其活性。综述了常见添加元素和热处理对Al-Zn-In阳极性能的影响,介绍了其活化机理的最新研究成果以及特殊用途的阳极材料。最后对高性能Al-Zn-In牺牲阳极的研究进行了展望。