Al_(2)O_(3)/SiO_(2)混合纳米流体微量润滑铣削润滑性能评价

由于不同纳米粒子组成的混合纳米流体比单一纳米粒子切削液具有更好的热物理性能,研究了纯Al_(2)O_(3)、纯SiO_(2)和不同质量比混合纳米流体微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)铣削45号钢的切削性能。试验结果表明,混合纳米流体比纯SiO_(2)铣削力降低,接触角减小,工件微观形貌好。不同配比的混合纳米粒子展现出了不同的润滑效果。当Al_(2)O_(3)的配比小于SiO_(2)时,Al_(2)O_(3)纳米粒子未完全包覆住SiO_(2),润滑效果较差。随着Al_(2)O_(3)比例增加,切削力和接触角都显著减小,工件表面质量提高。当Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的质量比为3∶1时,得到的铣削力、表面粗糙度和接触角最小,工件表面质量最好。由此可见,Al_(2)O_(3)的含量影响了混合纳米流体的润滑效果。

γ-Al_2O_3/SiO_2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

运用电位滴定技术研究了γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质;依据滴定数据及表面配位理论恒电容模式,利用WinSGW软件计算得出了γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱反应平衡常数:≡XOH+H+≡XOH2+(lgK1=5.06±0.05);≡XOH≡XO-+H+(lgK2=-8.45±0.10);在此基础上研究了不同pH条件下重金属离子Cu2+,Pb2+,Zn2+在γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的吸附行为,并用WinSGW软件模拟得出了Cu2+,Pb2+,Zn2+在该混合悬浮液体系中的表面配位常数:≡XOH+M2+≡XOM++H+[lgK=-2.20,-1.72,-2.90(M=Cu,Pb,Zn)].

纳米Al_(2)O_(3)改性沥青的制备及其性能研究

为了研究纳米Al_(2)O_(3)改性剂对A-70#基质沥青物理性能、流变特性的影响及其微观改性机理。基于室内试验制备了不同掺量(1%、2%、3%、4%、5%)的纳米Al_(2)O_(3)改性沥青,对其进行三大指标、黏度、流变、抗老化性能及其傅里叶红外光谱试验测试。结果表明:加入纳米Al_(2)O_(3)之后,基质沥青的软化点和黏度提高,针入度及延度下降,纳米Al_(2)O_(3)最佳掺量为4%。由流变试验结果可知,纳米Al_(2)O_(3)可以提升基质沥青的车辙因子,显著增强其高温稳定性,抗老化性能得以提升,但对低温抗裂性能不利。根据微观分析结果,纳米Al_(2)O_(3)与基质沥青之间既产生了物理变化,又有微弱的化学反应存在。

Al纳米孔阵列/(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜中的紫外波段超常透射

采用有限差分时域算法计算(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜衬底上的周期性三角晶格Al纳米孔阵列的透过率,研究不同(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)衬底的Al组分x以及Al纳米孔阵列的厚度、孔径和周期对其光学传输特性的影响.数值计算结果表明,当x=0时,在263 nm和358 nm波长范围处出现两个强透射峰,随着x的增大,其中位于263 nm处的透射峰发生轻微蓝移,强度则先增强后下降;358 nm处的透射峰发生明显蓝移且不断加强.若纳米孔阵列的周期不变,随着空气柱孔径增大时,紫外波段两强透射峰峰值位置分别位于244 nm和347 nm处,两峰均先发生红移再蓝移,透过率不断增大,反射率减小.随着周期扩大,紫外波段两强透射峰分别位于249 nm和336 nm处,两透射峰均发生明显红移,其中249 nm处的透射峰红移至304 nm,336 nm处的透射峰红移至417 nm,并且透过率不断降低.随着Al厚度的增大,位于380 nm处的透射峰峰值位置发生蓝移,且透过率不断下降.本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00036中访问获取.

纳米Al_(2)O_(3)水雾射流下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究

纳米流体因润滑减摩性能优异而得到广泛应用,但纳米粒子水雾射流下摩擦副的摩擦磨损研究较少。本文开展纳米粒子水雾射流润滑下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究,分别制备0.10%,0.25%,0.50%,0.75%四种不同浓度的纳米Al_(2)O_(3)水溶液,进行两种线速度下纳米粒子水雾射流摩擦磨损对比实验,测试比较摩擦系数、磨损面积和磨痕形貌,并探讨摩擦磨损机理。实验结果表明,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流表现出最优的减摩润滑性能。相比于干摩擦,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流在两种不同线速度(10m/min和45m/min)下的摩擦系数分别降低了87.68%和82.81%。在纳米粒子水雾射流下,氧化锆陶瓷与钛合金的主要磨损形式为磨粒磨损,纳米Al_(2)O_(3)发挥的类轴承和保护膜作用是降低摩擦磨损的主要原因。过量的纳米粒子易发生积聚,增大磨粒磨损及微剥落。

纳米Al_(2)O_(3)-STPP@HACC核壳填料的制备及其对间位芳纶绝缘纸性能的影响

通过交联和表面吸附的方法,以三聚磷酸钠(STPP)作为交联剂将壳聚季铵盐(HACC)包覆在纳米氧化铝(Al_(2)O_(3))表面,成功合成了具有核-壳结构的复合纳米材料(Al_(2)O_(3)-STPP@HACC),并以此纳米材料作为填料制备了氧化铝/间位芳纶(PMIA)复合纸。利用zeta电位、XPS、FTIR、SEM、TEM和热重等方法对改性前后的纳米氧化铝微观形貌、化学组分、理化性能等进行了表征,测试了各纸样的工频击穿场强和表面电荷消散过程,计算得到绝缘纸陷阱分布特性。结果表明,壳聚糖季铵盐外壳通过静电引力和氢键包覆在纳米氧化铝表面,在聚合物中起到粘合和过渡作用,三聚磷酸钠起交联作用。改性后芳纶纸抗张强度和交流击穿强度分别为4.6 MPa和32.6 kV/mm,分别提升了38.5%和33%,同时,复合纸具有显著增强的热稳定性和低电导率(7.50×10^(-17)S/m),HACC@STPP壳层能够增强纤维界面结合力,引入大量深陷阱,限制载流子运动。

纳米Al_(2)O_(3)颗粒对植物绝缘油微观特性影响的分子模拟研究

采用分子模拟的方法研究了纳米Al_(2)O_(3)对植物绝缘油微观特性的影响,并通过试验加以验证。对纳米Al_(2)O_(3)与植物油分子的表面相互作用机理进行了分析,建立了未改性和改性后的植物油模型,研究分析其中的氢键、油分子的径向分布函数(RDF)和水分子的扩散系数等参数,同时对不同改性浓度纳米Al_(2)O_(3)的植物油进行了热老化实验。结果表明:改性植物油模型中的氢键数量更多,RDF的峰值更大,水分子的扩散系数更小。热老化过程中改性油的介质损耗小于未改性油,表明纳米Al_(2)O_(3)改性植物绝缘油具有优良的稳定性,改性植物绝缘油的热稳定性和绝缘性能得到增强。

纳米Al_(2)O_(3)改良滨海水泥土的动力特性及微观机理试验研究

在循环荷载及腐蚀环境下进行动三轴、扫描电镜、核磁共振等试验,分析纳米Al_(2)O_(3)改良滨海水泥土的动应力–应变、动弹性模量、阻尼比及微观孔隙变化.试验结果表明:动应变随动应力增大而增加,动弹性模量随动应力增大而减小;加载频率增大使动应变减小,使动弹性模量增加;海盐的质量分数增大使动应变增大,使动弹性模量减小.纳米Al_(2)O_(3)改良水泥土的阻尼比-动应变曲线随着加载频率的增加逐渐下移,该曲线在不同加载频率下均出现交汇点,交汇点随着海盐的质量分数增大向右移动.相比素水泥土,纳米Al2O3改良水泥土的孔隙弛豫时间分布曲线主峰峰值及峰面积显著缩小,土孔隙中有C-S-H、C-A-H凝胶物质胶结填充,形成空间网状结构,胶结效果显著.纳米Al_(2)O_(3)改良水泥土在海盐质量分数小的情况下孔隙明显减少,且孔隙率比素水泥土的更低.

纳米Al_(2)O_(3)渗吸驱油剂的性能评价

低渗致密油藏储层基质渗透率低、孔喉小,常规提高采收率方法难以有效驱替出低渗透储层中的原油。选用表面活性剂与纳米Al_(2)O_(3)颗粒合成一种纳米渗吸驱油剂,通过对其进行稳定性优化、界面张力和润湿性静态评价,开展岩心渗吸和驱替实验,研究纳米驱油剂在低渗透岩心中渗吸和驱油效果。结果显示,纳米Al_(2)O_(3)渗吸驱油剂能够改变岩石壁面润湿性,润湿角改变程度可达57.5%;有效降低界面张力,使其下降至70%;对于低渗透岩心具有较好的渗吸采收效果,60℃条件下渗吸采收效果可达37%;驱替实验中,纳米驱油剂提高采收率可达16%。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

酸腐蚀法制备超细、单分散γ-Al_(2)O_(3)纳米颗粒的研究

采用非均匀沉淀法+酸腐蚀法制备形貌规则、窄尺寸分布、超细、单分散的γ-Al_(2)O_(3)纳米颗粒。首先,以硝酸铝、氨水为原腐蚀30 h后,制备出类球形、粒径分布为4~15 nm、平均颗粒尺寸9 nm、单分散的γ-Al_(2)O_(3)纳米颗粒,解释了可能的反应机理。这种新颖的方法在工业化生产高质量γ-Al_(2)O_(3)纳米颗粒和制作热稳定性更高的催化剂载体等方面具有重要的指导意义。

离子液体表面活性剂模板控制Nd_(2)O_(3)纳米颗粒的合成和形貌演化研究

研制一种新型离子液体表面活性剂模板,用于合成具有不同形态的单分散钕纳米颗粒。研究表面活性剂浓度和种类对制备过程的影响,采用多种分析技术对前驱体和Nd_(2)O_(3)纳米颗粒进行测定。结果表明,添加的表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱(Cocoamidopropyl Betaine,CAPB)或1-十四烷基-3-甲基咪唑氯([C14mim]Cl)离子液体对产物有很大影响。随着CAPB浓度从0到20倍临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,CMC)的增加,Nd_(2)O_(3)的形貌从短纳米棒、纳米球、不规则薄片和高度规则的叶状纳米颗粒向环球形纳米颗粒转变,上述Nd_(2)O_(3)的物相都相同。然而,从形貌来看,添加[C14mim]Cl制备的Nd_(2)O_(3)与添加CAPB制备的Nd_(2)O_(3)有很大不同。表面活性剂浓度影响沉淀过程,表面活性剂形成不同的胶束结构,作为引导沉淀反应的液体模板。该合成过程简单,离子液体表面活性剂可用于制备纳米颗粒,组装具有新结构和新功能的纳米材料。

机械和超声波分散对纳米Al_(2)O_(3)颗粒在聚酯树脂中的分散及涂层性能的影响

将纳米Al_(2)O_(3)颗粒分别通过机械和超声波分散工艺分散到聚酯树脂中,研究了机械分散转速和分散方式对纳米Al_(2)O_(3)/聚酯树脂复合涂层性能及纳米Al_(2)O_(3)在聚酯树脂中的分散性的影响;通过研究复合涂层的耐盐雾性、硬度、耐磨性等,确定了最佳分散工艺。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒可在1500 r/min的机械分散下形成均匀分散体系,再用超声波分散可进一步提升分散效果和涂料的稳定性,有效减少纳米Al_(2)O_(3)在水性聚酯树脂中的团聚,在提高所得复合涂层硬度、耐磨性的同时,增强其耐腐蚀性。

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

纳米Al_(2)O_(3)颗粒掺杂对化学镀Ni-Cu-P镀层耐蚀性的影响

为提高镀锌铁片表面化学镀层Ni-Cu-P的耐蚀性,在镀液中添加纳米Al_(2)O_(3)颗粒制备了Ni-Cu-P-Al_(2)O_(3)复合镀层。采用贴滤纸法、扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、电化学工作站对镀层孔隙率、表面形貌、元素含量及耐蚀性进行测试分析。结果表明,掺杂纳米Al_(2)O_(3)颗粒得到的Ni-Cu-P-Al_(2)O_(3)复合镀层相较于Ni-Cu-P镀层孔隙率降低了0.02 N/cm^(2)、腐蚀电流降低了2.01×10^(-8)A/cm^(2)、腐蚀电位正移了0.015 V。

超高频脉冲电流作用下纳米Al_(2)O_(3)颗粒对Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的影响

目的进一步提高Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。方法采用超高频微弧氧化技术在含有Al_(2)O_(3)纳米颗粒的溶液中制备了微弧氧化涂层。利用扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化涂层的表面形貌、截面形貌、成分和晶体结构进行分析。利用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐腐蚀性能。结果频率由0.5 kHz提升至20 kHz后,涂层表面放电孔洞面积由0.07~24.4μm^(2)降低至0.08~6.3μm^(2),涂层的孔隙率由6.47%减小至3.35%。Al_(2)O_(3)纳米颗粒的添加使超高频涂层表面形成大量自封闭孔洞结构,进而进一步降低了涂层表面的孔径面积(0.1~4.63μm^(2))和孔隙率(0.97%)。极化试验表明,提高频率至20 kHz,涂层的自腐蚀电流密度由4.7×10^(-6)A/cm^(2)降低至4.7×10^(-7)A/cm^(2),添加Al_(2)O_(3)纳米颗粒,涂层的自腐蚀电流密度进一步降低至1.7×10^(-7)A/cm^(2),表明其耐蚀性能显著提高。阻抗谱显示,20 kHz-Al涂层具有最大的阻抗,说明该工艺可有效提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。结论超高频可有效降低放电孔洞尺寸,提高微弧氧化涂层的致密性,改善涂层的耐腐蚀性能。超高频与Al_(2)O_(3)纳米粒子的协同作用使涂层表面形成自封闭孔洞结构,进一步提高微弧氧化涂层的致密性和耐腐蚀性能。

纳米Al_2O_3改性PVDF超滤膜的制备及其抗污染性

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的水通量和抗污染性能,以无机纳米氧化铝粒子作为添加剂与PVDF共混,采用相转换法流延成膜.用接触角测定仪测得膜与水的接触角用以表征膜的亲水性的变化;用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察膜的表面孔分布和断面孔的结构及纳米颗粒在膜中的分散情况;采用万能电子试验机(W-56)强度测定仪测定膜的机械性能;利用杯试超滤装置对改性膜的抗污染性能进行研究,并对污染膜上的污染物进行了气相色谱和质谱分析.结果表明,纳米Al2O3的加入量(质量百分比)为2%时,改性膜具有较好的水通量、强度和抗污染性能;纳米Al2O3的加入没有改变膜的微观结构.改性膜在保持PVDF有机膜原有特性的基础上,通过改善PVDF膜的表面亲水性而使其通量和抗污染性能得到增强.

还原温度对纳米FeCo/Al_2O_3复合薄膜结构和磁性的影响

采用溶胶–凝胶旋涂法和H2还原工艺制备了纳米FeCo/Al2O3复合薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜及振动样品磁强计研究了还原温度对薄膜结构、表面形貌和磁性的影响。结果表明,随着还原温度的升高,薄膜中FeCo的晶粒尺寸和晶格常数变大,薄膜的饱和磁化强度(Ms)也同时增大,其矫顽力(Hc)则先增大,后减小。薄膜Ms的变化与FeCo晶粒的尺寸和表面效应有关,Hc的变化则来源于FeCo的单畴结构并受磁各向异性影响。还原温度为900℃的薄膜表现出较好的软磁特性,其Ms及Hc分别为436.7 kA.m–1和34.6 kA.m–1。

金属铝粉和纳米Al_(2)O_(3)粉对陶瓷结合剂性能的影响

将金属铝粉、纳米Al_(2)O_(3)粉引入基础陶瓷结合剂,通过红外光谱分析陶瓷结合剂玻璃结构,X射线衍射表征其物相变化,并测试其耐火度,利用扫描电镜分析陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)复合材料的微观结构,并测试抗折强度,系统分析了金属铝粉、纳米Al_(2)O_(3)粉的单掺及复掺对陶瓷结合剂性能的影响。结果表明,金属铝粉使陶瓷结合剂耐火度升高,玻璃结构没有明显改变,部分铝粉转变为Al_(2)O_(3),添加金属铝粉的陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度随烧结温度升高而提高。纳米Al_(2)O_(3)粉使陶瓷结合剂耐火度降低,呈玻璃相,但有少量Al_(2)SiO_(5)晶体和Li _(x)Al_(x)Si_(3-x)O_(6)晶体析出,添加纳米Al_(2)O_(3)粉的陶瓷结合剂CBN复合材料烧结温度720℃时出现较高抗折强度,达93.7 MPa。金属铝粉和纳米Al_(2)O_(3)粉的复掺有利于玻璃网络结构的键合,陶瓷结合剂以玻璃相为主,也有少量晶体析出,二者复掺对提高陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度更有优势,但烧结温度也相应升高,烧结温度740℃时抗折强度达最高值,为97.4 MPa。

Al_2O_3纳米线的电化学法制备及形成机理分析

通过对纯铝板电化学阳极氧化及腐蚀液处理,在一定的条件下制备出了排布有序的Al_2O_3纳米线,采用SEM、EDS、IR手段对纳米线微观形貌和组成进行了表征.实验结果表明:多孔Al_2O_3薄膜经腐蚀后形成纳米线,在铝基板上呈六角形排布,组成为纯Al_2O_3,直径随电氧化温度、槽电压的升高和腐蚀处理时间的延长减小,直径范围为16～60nm,长径比较大.在实验的基础上,提出了有序排布Al_2O_3纳米线的形成机理.