基于FE-P2Pnet的无人机小麦图像麦穗计数方法

针对无人机图像背景复杂、小麦密集、麦穗目标较小以及麦穗尺寸不一等问题,提出了一种基于FE-P2Pnet(Feature enhance-point to point)的无人机小麦图像麦穗自动计数方法。对无人机图像进行亮度和对比度增强,增大麦穗目标与背景之间的差异度,减少叶、秆等复杂背景因素的影响。引入了基于点标注的网络P2Pnet作为基线网络,以解决麦穗密集的问题。同时,针对麦穗目标小引起的特征信息较少的问题,在P2Pnet的主干网络VGG16中添加了Triplet模块,将C(通道)、H(高度)和W(宽度)3个维度的信息交互,使得主干网络可以提取更多与目标相关的特征信息;针对麦穗尺寸不一的问题,在FPN(Feature pyramid networks)上增加了FEM(Feature enhancement module)和SE(Squeeze excitation)模块,使得该模块能够更好地处理特征信息和融合多尺度信息;为了更好地对目标进行分类,使用Focal Loss损失函数代替交叉熵损失函数,该损失函数可以对背景和目标的特征信息进行不同的权重加权,进一步突出特征。实验结果表明,在本文所构建的无人机小麦图像数据集(Wheat-ZWF)上,麦穗计数的平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)和平均精确度(ACC)分别达到3.77、5.13和90.87%,相较于其他目标计数回归方法如MCNN(Multi-column convolutional neural network)、CSRnet(Congested scene recognition network)和WHCNETs (Wheat head counting networks)等,表现最佳。与基线网络P2Pnet相比,MAE和MSE分别降低23.2%和16.6%,ACC提高2.67个百分点。为了进一步验证本文算法的有效性,对采集的其它4种不同品种的小麦(AK1009、AK1401、AK1706和YKM222)进行了实验,实验结果显示,麦穗计数MAE和MSE平均为5.10和6.17,ACC也达到89.69%,表明本文提出的模型具有较好的泛化性能。

Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

Fe-Ca-Ce催化生物质热解制备富氢合成气——以山楂药渣为例

以山楂药渣作为原料,在固定床反应器中研究了热解温度和Fe、Fe-Ca、Fe-Ca-Ce催化剂及负载量对药渣热解的影响规律,并研究了浸渍法和共沉淀法对热解气体产率的影响.研究结果表明,热解温度从500℃升高至700℃,H_(2)由10.40 mL/g升高至27.64 mL/g,当Fe负载量为w=7%时,H_(2)产率由27.64 mL/g增加至46.16 mL/g,在Fe中引入Ca有效提高了H_(2)的产率,Ca的负载量增加至w=2.0%时,H_(2)产率增加至69.53 mL/g.采用共沉淀法制备Fe和Fe-Ca催化剂有利于降低CO_(2)产率,而在Fe-Ca中引入Ce后H_(2)产率从69.53 mL/g减少至50.18 mL/g.

等离子弧熔覆Fe-C-B-V系耐磨堆焊层的组织及性能研究

以硼铁、高碳铬铁、钒铁为原料,采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面堆焊Fe-C-B-V系铁基合金。使用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等研究了堆焊层的显微组织;分别使用维氏硬度计和冲击试验机测量堆焊层的显微硬度和冲击韧性。结果表明,堆焊层显微组织主要由马氏体、网格状Fe_(3)(C,B)和Fe_(2)B、弥散分布的碳化物及硼化物等(如VB_(2)、VC、Cr_(2)B)硬质相构成;堆焊层的平均硬度高达904.58 HV10、冲击功为68.5 J。堆焊过程中形成的硼化物、碳化物作为硬质相提高了堆焊层的硬度和耐磨性,形成的碳化钒使组织从鱼骨状变成网格状,细化了晶粒,提高了堆焊层的冲击韧性。

表面喷丸及退火处理对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢组织与性能的影响

为实现强韧化,对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢进行了表面喷丸及退火热处理。采用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等手段分析了喷丸以及喷丸结合退火处理对TWIP钢显微组织结构的影响,并利用显微维氏硬度计和万能材料试验机对原始样品、喷丸以及喷丸结合退火处理样品的硬度分布、力学性能及加工硬化行为进行了研究。分析结果表明,喷丸可在TWIP钢表面引起强烈的塑性变形,并形成包含60~100 nm大小的位错胞块的强烈形变层和包含微纳尺度形变孪晶结构的过渡层。该纳米-微米尺度的晶粒尺寸梯度结构可以将TWIP钢表面强烈形变层的硬度显著提升至366 HV0.1,并在残余压应力联合作用下使试样的屈服强度提升至485 MPa,均远高于初始样品的对应值。但受喷丸引起的表面粗糙和强烈形变层纳米晶塑性低的影响,其断后延伸率仅为41.8%。退火处理后,喷丸样品中的形变组织发生回复与再结晶,其中强烈形变层位置的再结晶晶粒尺寸为1~3μm,硬度也降低至215 HV0.1。所形成的微米-微米尺度晶粒尺寸梯度结构试样的屈服强度降低至261 MPa,但延伸率增加至65.3%。晶粒尺寸梯度结构有助于增加TWIP钢屈服与抗拉强度,但不利于延伸率的提升。

基于纳米压痕反向分析的Fe-32Ni超因瓦合金介观尺度弹塑性本构关系

采用纳米压痕技术和电子背散射衍射分析技术对Fe-32Ni超因瓦合金不同取向的晶粒进行了测试,得到了材料在(001)、(101)和(111)取向下的弹性模量和硬度。同时基于量纲分析提出了一种改进的反向算法,并结合有限元仿真对Fe-32Ni超因瓦合金的纳米压痕过程进行了反向分析和计算,通过纳米压痕实验曲线与仿真曲线的对比,最终获得材料在(001)、(101)和(111)取向下的应力应变关系,结果表明:(001)取向下晶粒的屈服强度最高,(101)取向下晶粒的屈服强度最低。此外,(101)和(111)取向的晶粒屈服后的应力-应变曲线变化趋势较为一致,而(001)取向下的应力-应变曲线变化较为平缓,材料在不同取向下的力学响应具有明显的各向异性。

Fe-Al金属间化合物的第一性原理研究综述

Fe-Al金属间化合物具有密度低、比强度高、抗高温氧化和耐腐蚀性良好等优点,且成本低廉,成为镍基高温合金潜在的替代结构材料。综述了利用第一性原理计算研究元素掺杂/微合金化对Fe-Al金属间化合物及涂层的室温脆性、高温强度、界面结合、抗高温氧化及耐腐蚀性能影响的研究进展,设计了第一性原理研究B2型Fe-Al合金耐氯化盐腐蚀机理的理论计算方案,展望了第一性原理计算应用于Fe-Al合金及涂层材料研究的发展方向。

Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

滇西保山地块金厂河Fe-Cu-Pb-Zn矽卡岩型多金属矿床黑柱石成因及地质意义

黑柱石是一种矽卡岩型铅锌及铁矿床中少见的矿物,与铅锌矿体、磁铁矿体关系密切。为查明黑柱石成矿过程中与铅锌铁铜多金属成矿作用的关系,本文对金厂河Fe-Cu-Pb-Zn多金属矿床中的黑柱石产状、矿物共生组合、化学成分、分带性等开展了研究。根据电子探针数据计算可得,金厂河矿区黑柱石的化学式为:Ca_(0.95-1.08)(Fe_(0.87-1.97)Mn_(0.08-0.36)Mg_(0.01-0.06))^(2+)_((1.89-2.03))(Fe_(0.82-1.04)Al_(0.01-0.03))^(3+)_((0.88-1.15))[Si_(1.94-2.08)O_(7)]O(OH)。结合矿物组合类型、产状、分带特征等,推测矿床内矽卡岩由内带逐渐向外带交代的趋势。金厂河矿区主要有3种矿物共生组合:黑柱石+磁铁矿组合,黑柱石+磁铁矿+黄铁矿+黄铜矿组合,黑柱石+方铅矿+闪锌矿+黄铜矿组合,分别对应三个不同的蚀变阶段:晚期矽卡岩阶段(代表组合Ⅰ),以石榴子石的分解为主,形成大量的黑柱石;退蚀变阶段(代表组合Ⅱ),以阳起石、黄铜矿、黄铁矿发育为主;石英-硫化物阶段(代表组合Ⅲ),以发育大量的方铅矿、闪锌矿为主,同时这一阶段内黑柱石分解,形成阳起石、方解石、磁铁矿等。此外,黑柱石的稀土元素配分模式与石榴子石的类似,一定程度上保留了石榴子石的稀土元素特征。研究认为:黑柱石是早期石榴子石退化分解的产物,矿床自内向外逐渐交代,形成了铅锌铜矿体中以锰质黑柱石为主,而磁铁矿体、铜矿体中以含锰黑柱石为主的分带特性。锰质黑柱石有利于铅锌矿的形成,而对于磁铁矿有贫化的影响,同时也可为矿区揭露中酸性岩体和深部找矿提供重要科学意义。

可降解Fe@Fe-Zn骨组织工程支架体外生物相容性研究

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能。结果随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5%(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6%;复合材料的降解速率为0.44~0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25%(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5%时,材料的抗菌性能最好。结论通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高。随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高。Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料。

负载型Fe-Ni纳米合金的制备及其催化丁二烯选择性加氢性能

采用尿素沉积-沉淀法制备了负载型Fe-Ni纳米合金催化剂,通过调变Fe/Ni摩尔比,研究了金属组分对其还原温度、合金结构及催化丁二烯选择性加氢性能的影响。结果表明:Fe-Ni复合能有效降低Fe、Ni单金属催化剂的还原温度;随着Fe摩尔分数由0增加至100%,金属相结构逐渐由面心立方向体心立方结构转变;在催化加氢过程中,Fe的引入降低了Ni基催化剂活性,但丁烯选择性得到大幅提高;当Fe/Ni摩尔比为25/75时,Fe_(25)Ni_(75)/TiO_(2)-R催化剂中富Ni的Ni3Fe相在丁二烯催化活性(完全转化温度T_(100%)约95℃)和单烯烃选择性(>93%)最佳。

喷嘴尺寸对Fe-6.5 %Si高硅钢薄带组织和性能的影响

研究了快速凝固单辊甩带过程中喷嘴尺寸(Φ2 mm、Φ1.5 mm、Φ1 mm和Φ0.7 mm)对Fe-6.5%Si高硅钢薄带组织和性能的影响。结果表明,随着喷嘴尺寸的减少,有序相减少,薄带的连续长度明显提高,而薄带的厚度和宽度减小,晶粒尺寸减小,显微硬度也随之减小。薄带饱和磁化强度(M s)随着喷嘴尺寸的减小逐渐变小,而矫顽力(H c)逐渐变大,但磁性能总体变化不大。在Φ1 mm喷嘴下制得的高硅钢薄带质量较好。

双尺度Fe_(3)Si相调控对Cu-2.5Fe-0.2Si合金组织和性能的影响

通过在铜铁合金中添加微量Si元素,并利用组合形变热处理工艺对亚微米级Fe_(3)Si相和纳米级Fe_(3)Si相的析出行为进行调控。结果表明:处理后的Cu-2.5Fe-0.2Si合金中形成了大量细小的再结晶晶粒,其抗拉强度、电导率和伸长率分别为401MPa、69.25%IACS和12.50%。合金中纳米级Fe_(3)Si析出相与铜基体的位向关系为[011ˉ]Cu//[11ˉ1]Fe_(3)Si。双尺度Fe_(3)Si相对合金屈服强度的提高均有贡献。其中,纳米级析出相对屈服强度的贡献值更大,约为亚微米级第二相的6倍。相比于Cu-2.5Fe合金,Si的添加促进了合金基体中铁相的析出及细化,降低了动态再结晶温度,进而实现了合金强度、电导率和塑性的协同提高。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

Fe-Al-V三元系富铁角热力学优化

采用CALPHAD方法对Fe-Al-V三元系富铁角进行热力学优化,并首次提出采用三亚点阵模型描述三元金属间化合物L21相,即(Fe)2(Al,Fe)1(Fe,V)1。基于可靠的边界二元系热力学描述,结合Fe-Al-V三元系富铁角试验数据,通过优化获得了一套自洽准确的热力学模型参数。优化的模型参数可较满意地重现Fe-Al-V三元系富铁角的相平衡关系,弥补了商业数据库无法对其进行描述的不足,为钒微合金化轻质钢的设计开发提供可靠的理论基础。

铋牺牲法制备石墨烯负载Fe-N单原子位点增效氧还原催化和锌-空气电池性能

催化氧反应(ORR)是锌空电池和氢燃料电池能量转化的关键过程,然而其反应速率往往较低,因此开发高活性且耐久的催化材料至关重要.当前,研发低成本、高效率且稳定的氧还原催化剂已成为国内外的研究热点.其中,富含金属-氮-碳活性位点的低成本ORR催化材料,因其具有替代贵金属的潜力,成为重要的候选材料.然而,在制备这类催化剂时,所用分子前驱体在热解过程中易团聚形成金属基硬颗粒,如何减少热解过程中金属成分的自发聚集和不良副产物的生成,提高活性单原子的利用率,特别是在使用廉价分子前驱体(如三聚氰胺和铁盐)时,仍面临挑战.本研究旨在探索有效的制备策略,以优化催化剂性能,推动其在能源转换领域的应用.本文报道了一种以硝酸铋为牺牲剂,石墨烯为导电载体,通过热解廉价的三聚氰胺和铁盐,合成石墨烯负载丰富Fe-N-C活性位点催化剂的新方法.该方法中硝酸铋前驱体高温热解生成的铋铁合金或氧化铋因表面没有碳层,而容易被热酸除去,形成更多的可接近的FeNx活性位点,从而有效地抑制铁基颗粒和管状碳结构的形成,实现了催化剂的高效合成.双球差矫正电镜、X-射线光电子能谱和X-射线吸收结构光谱等表征证明,铋化合物去除后留下空位被铁原子取代,增加了Fe-N-C位点密度,并且铁以单原子活性位形式存在.实验结果表明,所制备的催化剂表现出高氧还原性能,在碱性和酸性条件下的半波电位分别为0.916和0.784 V.石墨烯基催化剂的动力学电流密度(0.9 V vs.RHE)达到10.41 mA cm^(-2),是不加铋化合物样品的6倍,贵金属Pt/C催化剂的4倍.此外,催化剂的塔菲尔斜率为59 mV dec^(-1),低于不加铋化合物样品(80 mV dec^(-1))、不加石墨烯样品(93 mV dec^(-1))、无金属样品(88 mV dec^(-1))和Pt/C(80 mV dec^(-1)).在0.1 mol L^(-1) KOH条件下,催化剂循环10000圈后,半波电位仅衰减15 mV,低于Pt/C(36 mV)和无铋对照样(20 mV),表明催化剂具有较好的稳定性.由于电化学法制备的石墨烯比热解法制备的非晶碳具有更好的耐腐蚀性,从而可以提高阴极氧还原的稳定性.另外,所制备的催化剂应用在锌-空气电池中时,最大功率密度可达201.4 mW cm-2,且循环1000次后电池电压几乎没有衰减.综上,本研究通过引入铋化合物,显著提升了廉价前驱物铁-三聚氰胺的金属单原子化效率.利用电化学法合成了石墨烯负载的Fe-N-C催化活性位,制备出高活性、高稳定的催化剂.将该低成本催化剂应用于锌-空气电池的阴极,其表现出良好的长循环性能.本研究为制备低成本、高性能的金属-氮-碳基电催化剂提供了新思路.

时效处理对Fe-Ni基奥氏体合金耐点蚀性能的影响

针对Fe-Ni基奥氏体合金在740℃时效处理后的析出相随时效时间的演变进行探究;并通过电化学腐蚀试验以及Mott-Schottky分析,研究了时效处理对合金耐腐蚀性能的影响。结果表明:740℃时效处理可以促进γ′沉淀强化相[Ni_(3)(Al,Ti)]在合金中的析出;随时效时间的增加,γ′析出相的密度和尺寸增加;同时,时效处理会增加合金表面点缺陷数量,降低合金钝化膜致密性,从而导致合金耐点蚀性降低;通过恒电位阳极极化处理能够有效降低合金表面点缺陷数量,提高合金耐点蚀性。

基于纳米压痕和FE-SEM技术探究页岩页理结构对其微——宏观力学行为的影响

页岩颗粒具有多变的几何形状与复杂的排列组合方式,在宏、细及微观尺度上分别体现为层理、层偶及颗粒的定向排列结构。笔者等以鄂尔多斯盆地长7页岩为研究对象,基于大量的扫描电镜图像确立了颗粒粒度分布分形维数、颗粒与孔隙定向分形维数等刻画页岩颗粒定向排列的指标.

不同凝固条件下Fe-Sn合金的组织形貌及相组成

采用高频感应加热和单辊急冷技术分别制备了纽扣状和薄带状的Fe-Sn合金试样,并利用OM、SEM、EDS、XRD等分析手段,对Fe_(60)Sn_(40)和Fe_(40)Sn_(60)合金在常规凝固和快速凝固条件下的相分离组织及物相组成进行了对比分析。结果表明:常规凝固条件下,纽扣状Fe_(60)Sn_(40)和Fe_(40)Sn_(60)合金的凝固形貌差异显著,但物相组成相同,包含α-Fe、(Sn)、Fe_(3)Sn_(2)、FeSn和FeSn_(2)五个相。Fe_(60)Sn_(40)合金呈界线明显的球-冠包裹式结构,而Fe_(40)Sn_(60)合金形貌按组织特征分为上部枝晶-中部小尺寸粒子-下部大尺寸粒子三个区域,且彼此界线不明显。相反,快速凝固条件下合金条带的组织形貌相近,球形第二相粒子均匀分布于基体内,物相由α-Fe、(Sn)、FeSn和FeSn_(2)组成。常规凝固形貌的差异性归因于不同的第二相液滴运动特性,合金条带中Fe_(3)Sn_(2)相的缺失可能是高冷速抑制了Fe_(3)Sn_(2)相的生成。

Fe-Si-B非晶合金电极在电芬顿法处理模拟港口含油废水中的应用

根据港口含油废水的组成,配置了含有乳化油等污染物的模拟废水,考察了Fe-Si-B非晶合金作为电芬顿体系中的阳极在降解乳化油废水中的情况,分别考察了反应时间、电流密度、初始pH值、H_(2)O_(2)投加量对反应的影响,并优化了工艺参数。实验结果表明:在反应时间为40 min、电流密度为30 mA/cm^(2)、初始pH值为3、H_(2)O_(2)浓度为20 g/L时,废水含油量去除率可达到99.91%。分析推测了电芬顿法降解乳化油废水的可能反应途径,结果表明:电芬顿体系中产生的羟基自由基的强氧化作用下将原本废水中的长链有机物部分氧化为易被生物降解的短链烷烃类有机物。为含乳化油废水的处理以及Fe-Si-B非晶合金作为电极材料的实际应用提供了良好的参考价值。