纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注。然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力。综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用。

钢桥焊接接头强韧匹配现状分析

综述了国内钢桥焊接接头强韧性匹配情况。钢板及焊接材料试验数据表明:原材料的强度波动范围较大,给强度匹配带来较大的难度,需要在原材料标准中对其强度范围进行限制;某些项目规定的焊缝强度限制指标缺乏理论依据,需要进行专题研究制定合理的波动范围。

异构镁制备及强韧化机理的研究现状

镁合金以及镁基复合材料强度和塑性通常存在矛盾关系,在基体中引入异质结构是解决该矛盾的新方法。近年来,异构镁合金和异构镁基复合材料的制备以及强韧化机理的研究受到广泛关注。本文从异构镁合金以及异构镁基复合材料的常见种类、制备工艺、强韧化机理分析的角度进行了综述,总结了异质结构镁的研究现状并对其进行了展望。

非晶合金薄膜的复合强韧化研究进展

随着电子行业向便携化、智能化、柔性化方向不断发展,非晶合金薄膜由于强度和硬度高、耐磨损及耐腐蚀性好、表面粗糙度低等诸多性能优势,在微纳机电系统、传感器和生物医学方面显示出巨大的应用潜力,成为国内外炙手可热的高新技术材料之一。然而,剪切局域化和应变软化导致的室温脆性是非晶合金薄膜的致命问题,严重制约着其在结构工程领域中的广泛应用。因此,非晶合金薄膜的强韧化设计是目前的研究热点和前沿课题。近年来,随着生产工业和研发技术不断进步,各种新型非晶合金薄膜材料不断涌现。特别地,复合化具有高度的设计性和可控性,在非晶合金薄膜的强韧化研究方面得到广泛关注。本文回顾了非晶合金复合薄膜的几种主要结构设计策略,围绕“微观结构-力学性能-强韧化机制”的本构关系,重点阐述了不同微观结构对非晶合金薄膜力学性能和变形机理的影响,并对该课题研究进程中所面临的主要问题和挑战进行了展望。

高强韧可重构C―N键交联弹性体的制备与性能

首先以双(甲苯磺酰氧基)丙烷(BTP)为交联剂使丁苯吡橡胶(VPR)交联,生成基于对甲苯磺酸吡啶鎓盐的C―N键交联丁苯吡橡胶(VPR-BTP),然后引入铜离子(Cu2+),制得基于C―N键和Cu2+-吡啶配位键的双重动态键交联弹性体VPR-BTP-Cu。通过红外光谱、X射线光电子能谱仪、动态热机械分析仪、透射电镜等研究了Cu2+含量对VPR-BTP-Cu的结构与性能的影响。结果表明:BTP能够有效交联VPR,VPR-BTP-Cu具有良好的重构能力;同时,Cu2+的引入大幅提高了VPR-BTP的力学性能;当Cu2+的质量分数为9%时,VPR-BRP-Cu的强度和韧性分别比VPR-BTP提高了6.6和6.3倍。此外,VPR-BTP-Cu表现出可重构形状记忆功能。

高强韧透明细菌纤维素薄膜

细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)是一种可生物降解的天然生物大分子,其纳米网状结构和高结晶度使BC具有较高的机械强度,但较差的韧性和半透明性限制了其应用。通过以氯化胆碱/尿素(ChCl/urea)为增塑剂,采用简单浸渍法制备了BC/ChCl/urea复合膜。其中,ChCl/urea通过破坏纤维素分子间氢键并在增塑剂与纤维素之间形成新的氢键,有效的将BC的断裂伸长率从2.82%提高到28.85%,同时保持186 MPa的抗拉强度。断裂能也从2.68 MJ/m^(3)增加到43.52 MJ/m^(3)。BC/ChCl/urea复合膜具有良好的柔韧性和耐折叠性,透明度可达92.4%。薄膜的透明度和柔软度在30天后保持不变。用BC/ChCl/urea复合薄膜作为近场通信(NFC)的基底材料时在弯曲和拉伸下仍能有效地传输信息,预示其在可穿戴设备和电子设备基底材料具有潜在应用前景。

镁锂合金强韧化在机械设计与制造中的运用

镁锂合金强韧化在机械设计与制造中的运用是一个复杂且重要的研究领域,其涉及到材料科学、机械设计和制造工艺等多个方面.由彭翔、刘文才、吴国华编著,中南大学出版社2023年12月出版的《镁锂合金强韧化及腐蚀行为》一书,以Mg-xLi-3Al-2Zn-0.5Y系合金为研究对象,系统研究不同Li含量、热处理和挤压对该系合金微观组织、力学性能、时效行为和腐蚀行为的影响规律及机制.研究结果为热稳定耐腐蚀镁锂合金设计提供理论指导,可推动镁锂合金在航天和电子产品等领域的进一步应用.研究者们深入探讨了镁锂合金的强韧化机制以及其在不同环境下的腐蚀行为,为镁锂合金在机械设计与制造中的应用提供了理论基础和实践指导.

1000MPa级海工用钢焊接材料强韧化机理研究

本为重点研究了1000MPa级海工钢焊料强韧化机理。在分析焊接材料特性,强韧化机理重要性及其障碍的基础上,提出了调整合金元素、优化焊接工艺参数、合理选择焊接方法以及保护气体来改善性能。结果发现:调节合金元素种类及含量可明显改善焊缝区力学性能并增强焊接接头强度与韧性。采取使用先进的焊接技术,能够有效减少热阻区域,降低焊接区域变形和裂纹的风险,提高焊接接头的可靠性。另外,采用精密地热处理方法可以消除残余应力的影响,进而可以对于材料抗疲劳性能以及耐久性进行增强。希望能对船用钢焊接材料强韧化机理理论研究提供一些借鉴。

30CrMnSiA薄壁杯形件的强韧化工艺方法

30CrMnSiA薄壁杯形件是广泛应用于谐波减速器柔轮壳体的一类关键基础零部件。文中针对传统采用车削制备的30CrMnSiA薄壁杯形件强韧性不足而导致谐波减速器承载能力较低及寿命较短的问题,提出采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺来实现30CrMnSiA薄壁杯形件的少、无切削高性能制备;并通过拉伸及冲击实验,对比各工序件的力学性能变化规律,对各工序件的微观组织进行了分析。结果表明:旋压-调质工艺可获得具有较高强度的回火索氏体组织,但是材料的塑性降低;时效处理使旋压成形获得的纤维状微观组织进一步细化,并在铁素体基体上析出均匀弥散分布的细小碳化物;在300℃+6 h时效处理时可同时获得较高的强度和良好的塑性。相比调质后车削成形,采用形变-热处理相结合制备的30CrMnSiA薄壁杯形件的屈服强度和抗拉强度分别提高了93.65%和47.88%,硬度提高了26.87%,冲击强度提高了12.01%,同时还具有较好的塑性,断后伸长率和断面收缩率分别达11.60%和24.64%。采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺可实现薄壁杯形件的强韧化制造,为高强韧性薄壁杯形件的生产提供一种新的工艺方法。

中锰钢在690 MPa级高强韧海洋平台中的应用探索

介绍了国内外690 MPa级海洋平台用钢的研究现状及发展趋势,对传统690 MPa级海洋平台用钢的成分、工艺、组织和性能进行了分析。传统690 MPa级海洋平台用钢主要存在成本高、制备工序复杂、组织均匀性差、屈强比高等诸多问题。采用低碳中锰的成分设计思路,配合合适的轧制和热处理工艺,成功开发出屈服强度690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢板,并详细阐述了690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢的强韧化机理。

Si粉特性对反应烧结Si_(3)N_(4)多孔陶瓷的强韧性及介电性能的调控作用

Si_(3)N_(4)多孔陶瓷具有优异的力学性能、介电性能、热学性能和化学稳定性等,特别适用于高温、大载荷、强侵蚀环境下的宽频透波材料。反应烧结Si3N4多孔陶瓷在性能、工艺和成本方面优势显著,原料Si粉特性显著控制着其物相、显微结构、力学和介电性能。本文以不同粒径和纯度的Si粉为原料制备注凝成形、反应烧结Si_(3)N_(4)多孔陶瓷。结果表明,双粒径配料使素坯产生紧密堆积效应,其遗传并进一步演化出两级显微组织强韧化机制,双粒径配料5&45μm时的弯曲强度和断裂功获得最大值109.94 MPa和990.74 J/m^(2)。该值分别比单粒径配料5和45μm时的值提高了111.42%、25.97%和46.55%、20.46%;介电常数和介电损耗分别约为4.20和0.007。注凝成形、反应烧结Si_(3)N_(4)多孔陶瓷可以兼顾力学性能和介电性能,适用于透波罩等异形、大尺寸构件。

高锰奥氏体钢低温强韧化机制研究现状

随着社会的不断进步,Ni系超低温用钢强韧化机理及生产技术备受关注和重视。由轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(东北大学)编著,冶金工业出版社2017年5月出版的《Ni系超低温用钢强韧化机理及生产技术》一书,是Ni系超低温用钢强韧化机理及生产技术领域创新的重要成果,该书结合基本案例对高锰奥氏体钢低温强韧化机制研究现状进行分析,意义重大。该书共5章,第1章对Ni系低温钢概述等进行了阐释;第2章对Ni系低温钢的高温变形规律等进行了论述.

一种微合金化超高强韧弹簧钢的热处理工艺与组织性能

超高强韧弹簧钢在汽车轻量化和节能减排方面发挥着重要的作用.本文中以一种新设计的中碳中硅弹簧钢为实验材料,利用金相显微镜、扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了热处理工艺对试验钢微观组织和力学性能的影响.结果表明:在880℃保温60 min后油淬及350℃回火保温120 min后水冷的工艺下,试验钢的微观组织为回火板条马氏体;在相变强化、析出强化和固溶强化等多种强化机制的共同作用下,试验钢可以获得较佳的综合力学性能,具有超高的强韧性,抗拉强度和屈服强度分别达到1955和1742 MPa,伸长率和断面收缩率分别为12.4%和45.5%,室温冲击功为30.8 J.

碳纤维/环氧树脂界面的强韧化设计方法研究

为了同时提升碳纤维/环氧树脂复合后的界面强度和韧性,设计了新型“刚-柔”界面层。该方法采用超声分散将刚性的多壁碳纳米管(MWCNT)与柔性的热塑性聚氨酯(TPU)在N,N-二甲基甲酰胺溶液中均匀分散,随后采用浸涂法将MWCNT与TPU同时沉积在碳纤维表面对其进行改性。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、红外光谱和拉曼光谱对改性后碳纤维表面进行表征,并采用纤维束拔出实验测试了碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度和拔出位移。结果表明:利用上述碳纤维/环氧树脂界面的强韧化设计方法可将MWCNT和TPU均匀沉积在碳纤维表面;与对照组相比,由于该方法实现了化学的氢键作用和物理的机械连锁作用的协同,改性后的碳纤维/环氧树脂界面剪切强度提升了163.3%,拔出位移提升了52.8%,表明本文所设计的“刚-柔”界面层对提升碳纤维/环氧树脂界面的强度和韧性有积极作用。

微纳结构CoCrFeNi基高熵合金粉末冶金制备及强韧化机理研究

针对CoCrFeNi基高熵合金强塑性失配问题,提出了基于高能球磨、放电等离子体烧结和热挤压相结合的粉末冶金制备方法,探究了制备工艺参数对晶粒尺寸、第二相颗粒和孪晶组织演变的影响规律,分别制备出由粗晶、细晶和纳米颗粒构成的多尺度异构CoCrFeNiMnTi_(0.2)高熵合金,以及包含超细晶、纳米颗粒和纳米孪晶的CoCrFeNiMnTi_(0.2)高熵合金。拉伸力学性能显示,两种高熵合金屈服强度和断后伸长率分别高达1298 MPa和13%,以及1507MPa和7%,均实现了较好的强塑性均衡。最后,基于对霍尔佩奇系数修订,建立了纳米颗粒增强超细晶CoCrFeNi基高熵合金强化模型,揭示了纳米颗粒与微纳异构组织耦合强韧化机制,以及超细晶、纳米颗粒与纳米孪晶协同强韧化机理,并进一步发现纳米孪晶能够增加高熵合金流变应力,使新的变形孪晶形核,从而诱发多级变形行为。

1000 MPa级高强钢熔敷金属强韧化机理分析

自主设计4种不同镍含量(ω_(Ni))的Ni-Cr-Mo系焊丝,采用TIG焊制备1000 MPa级高强钢熔敷金属.利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等对不同镍含量的熔敷金属微观组织进行表征,通过拉伸、冲击、硬度试验对熔敷金属力学性能进行测试,探求镍含量对1000 MPa级高强钢熔敷金属强韧性机理的影响规律.结果表明,不同镍含量熔敷金属组织均由板条马氏体、板条贝氏体、联合贝氏体和残余奥氏体组成;镍含量不同,微观组织不同;随着镍含量增加,柱状晶宽度增大,板条马氏体、联合贝氏体和残余奥氏体增多,板条贝氏体减少,熔敷金属强度提高,塑性降低;当ω_(Ni)为5.44%时,强韧匹配最佳,屈服强度为1005 MPa,−50℃下冲击吸收能量为95 J.创新点:阐明了1000 MPa级海工用钢熔敷金属强韧化机理,揭示镍含量对1000 MPa级熔敷金属强韧化机理的影响.

铝合金中溶质原子团簇强韧化及其应用的研究进展

溶质原子团簇是指合金中几个到几十个溶质原子的无序聚集。作为时效析出序列的重要一环,溶质原子团簇不仅可以通过调控铝合金时效析出行为而改善显微组织,而且可以有效地改善合金的力学性能。对铝合金中溶质原子团簇的表征方法、强韧化调控机制及其在铝合金中的典型应用等几个方面进行了综述,对溶质原子团簇未来的研究方向进行了展望。

Fe-Mn-Al-C系低密度钢及其强韧化机制研究进展

汽车行业的迅速发展使得能源消耗、环境污染等问题日益严重,而开发高强度且轻量化的汽车用钢对节能减排具有重要意义。目前正在研发的第三代先进高强钢包括轻质(Lightweight)钢、Q&P(Quenching and partitioning)钢和中锰钢(Mn质量分数为5%~10%)。其中,Fe-Mn-Al-C系低密度高强钢由于Al元素的加入,在密度降低的同时保持着良好的力学性能,满足第三代汽车用钢对轻量化的要求。同时,由于大量Al、Mn和C元素的添加,Fe-Mn-Al-C系低密度钢的冶炼连铸、微观结构、变形机制、加工过程及应用性能与传统钢种大不相同。本文系统阐述了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计及其中合金元素的作用,介绍了低密度钢的微观组织结构特征;重点讨论了单一铁素体钢、奥氏体基钢、奥氏体基双相钢和铁素体基双相钢的各种强韧化机制,包括固溶强化、细晶强化、沉淀强化及其独特的应变硬化机制,如相变诱导塑性(TRIP)、孪晶诱导塑性(TWIP)、微带诱导塑性(MBIP)、剪切带诱导塑性(SIP)和动态滑移带细化(DSBR)等;并就层错能(SFE)对奥氏体钢变形机制产生的影响进行了总结;最后,对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的强韧化机制研究进行展望,为后续研究者的工作提供参考。

基于机械活化法制备高强韧高柔性建筑陶瓷

为实现建筑陶瓷力学性能的大幅度提升,采用机械活化法(MA)对建筑陶瓷粉体进行预处理,探究了MA处理时间对建筑陶瓷粉体、生坯、烧结体性能的影响规律;并基于陶瓷试样物相组成与微观结构分析,阐释了MA的强韧化机制。结果表明:MA可降低陶瓷粉体粒径、增强烧结活性,并提升陶瓷生坯的致密化进程,而且有利于提升建筑陶瓷的致密度,降低陶瓷中气孔缺陷数量与尺寸,继而实现了陶瓷的致密化强化;此外,MA还可以细化与均匀化刚玉和石英相颗粒,促进石英在液相中的熔解,提升玻璃相基体中SiO_(2)含量,增大莫来石相的结晶度与长径比及陶瓷断面的粗糙度与裂纹扩展路径,继而可提升弥散增强、基体强化、莫来石强化效果与裂纹偏转增韧效果,有利于实现建筑陶瓷的强韧化。随着MA处理时间的延长,建筑陶瓷的力学强度、韧性与柔性均逐渐增强,MA处理40 min制得的陶瓷试样的弯曲强度((88.2±6.3)MPa)、断裂功((390.5±44.2)J/m^(2))与极限应变((10.24±0.48)×10^(-4))分别较未经MA处理制得的试样提升了52.8%、112.6%、39.1%,表明MA是一种有效的建筑陶瓷强韧化和柔化方法。此外,该方法操作简单,在高强韧建筑陶瓷板材制备领域具有广阔的应用前景。

纤维对装配式建筑砂浆强韧化作用及机制研究

水泥基复合材料是装配式建筑结构最重要的材料之一,为探究玄武岩纤维对其强韧化效果及作用机制,研究玄武岩纤维掺量、形态等特征参数对高性能砂浆的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弯曲韧性的影响规律,并结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、接触角(OCA)和压汞(MIP)等测试方法分析玄武岩纤维对高性能砂浆作用机制。结果表明:玄武岩纤维可有效提升高性能砂浆抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弯曲韧性,随着纤维掺量的增加,提升效果先增大后降低,适宜掺量为1%,相同条件下树脂铰联化玄武岩纤维(BF-Ⅱ)增强效果优于短切玄武岩纤维(BF-Ⅰ)。BF-Ⅱ表面粗糙与砂浆机械互锁作用更强,BF-Ⅰ表面光滑但与砂浆分子间作用力更强。纤维表面附着大量水泥水化产物,随着龄期的延长增强效果更加显著。添加纤维后,砂浆的最可几孔径变小、孔隙率及多害孔比例均得到降低,有效提高砂浆的性能。