高校面向“卓越计划”培养材料类创新工程型人才的认识与思考

以国家实施"卓越工程师教育培养计划"(简称"卓越计划")为契机,以高等学校材料类专业实施"卓越计划"为突破口,在分析国内高校已取得成绩基础上,对材料类专业在实施"卓越计划"过程中面临的创新人才培养目标、创新人才培养模式、创新师资队伍培养、科学考核评价体系的建立以及学生积极性的培养等共性问题进行了分析和讨论。旨在分析问题的基础上,积极推进材料类专业"卓越计划"的实施。

超声空化驱动石英玻璃表面液态Ga铺展机制研究

在不同超声振幅下进行液态Ga在石英玻璃表面的铺展实验,采用CCD摄影记录仪观察并记录其过程。发现随着超声波振幅的增大,液态Ga的铺展速度和最大铺展面积均增大,并伴有雾化现象。采用Matlab软件求解液态Ga内空化泡壁的运动方程,对空化泡的成长与破裂进行数值模拟分析。结果表明,空化泡初始半径增大,空化阈值下降,液态Ga的表面张力降低,空化效应容易发生。超声波振幅和空化泡的初始半径的增大均会促进在液态Ga中产生空化效应,从而去除液态Ga表面的氧化膜,促进其铺展。

“卓越计划”模式下材料专业创新实验教学体系探索

以"卓越计划"为指导,在对材料专业实验教学现状分析的基础上,结合材料专业特点,通过创新实验人才培养理念,改革实验教学体系和教学方法,优化实验教师队伍,建立健全科学的实验教学评价体系,探索一条培养卓越材料工程师的实验教学人才培养模式。

钛合金与铝基复合材料钎焊接头组织及力学性能

通过一种超声辅助钎焊连接方法,采用Zn基钎料对TC4钛合金和55%Si Cp/Al复合材料进行了钎焊连接。通过扫描电镜、能谱议及电子万能试验机对钎焊接头的微观组织、界面成分及接头的剪切强度进行了分析研究。结果表明,超声辅助钎焊连接方法可以有效实现钛合金与55%Si Cp/Al复合材料的冶金连接。接头中复合材料侧界面氧化膜完全消失,并且基体中的小尺寸Si C颗粒向钎缝中大量迁移。而在钛合金侧界面处只生成了一种金属间化合物Ti Al3,平均厚度为2~4μm。在420℃焊接时接头的最高剪切强度可达到167 MPa,其试样接头断裂于金属间化合物Ti Al3和55%Si Cp/Al复合材料的界面区附近。

钎焊时间对钛/铝基复合材料接头组织及性能的影响

采用Zn-Al钎料实现了TC4钛合金和55%SiCp/Al复合材料的非真空刮涂钎焊。借助扫描电镜和能谱分析等测试手段,分析了接头的显微组织结构。借助电子万能试验机对接头的剪切强度进行了测试。结果表明:接头中复合材料侧界面氧化膜完全消失;当焊接保温时间为5 min,复合材料中的SiC颗粒向钎缝中少量迁移;当焊接保温时间为20 min,复合材料中两种尺寸为10、50μm的SiC颗粒大量向钎缝中迁移;在钛合金侧表面只生成了一种金属间化合物TiAl3相,平均厚为2~10μm;剪切强度测试时试样接头均断裂于钎缝中,最高剪切强度可达163 MPa。

陶瓷与金属异种材料连接技术研究现状

陶瓷与金属的连接构件可充分互补其各自性能上的不足,改变了单一的复杂陶瓷零件成型困难与使用过程中抵抗冲击载荷能力差的现状。连接方法降低了陶瓷与金属的连接构件的制造成本,在众多领域上有潜在的应用前景。其相应的连接方法包括钎焊连接、自蔓延高温合成连接和固相扩散连接等。以五种常见的陶瓷为例,分析了陶瓷与金属连接的难点,对陶瓷与金属异种材料的连接现状进行了论述。重点介绍了陶瓷与金属的连接机理、工艺特点及研究现状,并对发展趋势进行了展望。

Ni,Mo和Cu添加对13Cr不锈钢组织和抗CO_2腐蚀性能的影响

采用正交实验法,通过等离子电弧炉制备添加不同含量Ni,Mo和Cu元素的13Cr不锈钢,研究合金的微观组织、结构特征以及饱和CO2油田采出液中的腐蚀电化学和高温高压浸泡腐蚀行为。结果表明:合金组织主要为马氏体和铁素体,随Ni,Mo和Cu含量不同而变化;Ni4Mo1.2Cu1.4合金中马氏体含量较高,硬度达到296.48HV1.0;所有合金均呈现出明显钝化特征,Ni4Mo1.2Cu1.4合金具有最低的维钝电流密度2.99×10-6A.cm-2和最高的点蚀电位0.35V(SCE),钝化稳定性最高;制备合金在高温高压下的浸泡腐蚀速率为0.041～0.053mm/a,低于0.076mm/a;Ni,Mo和Cu元素加入提高了合金的自腐蚀电位,降低了腐蚀倾向,其中Cu对于改善合金耐蚀性能作用最为突出。

腐蚀缺陷管道剩余强度ANSYS有限元模拟可行性研究

以管道实测腐蚀缺陷为依据,用ANSYS有限元法计算含长方形、椭圆形和组合形腐蚀缺陷管道的应力、应变状态,根据第三强度失效准则确定腐蚀管道剩余强度,并结合室内管道承压实验进行了结果验证。结果表明:多个腐蚀缺陷间距对于最大等效应力存在临界值,当双点长方形腐蚀缺陷间距小于60 mm时存在干涉,其最大等效应力高于含单个缺陷管道;ANSYS有限元分析软件建模方法可靠,可以模拟含复杂腐蚀缺陷形状管道的受力状态;模拟结果与室内管道承压实验有较好的吻合度,相同条件下最大偏差小于8.6%。ANSYS有限元分析对于含复杂腐蚀缺陷管道模拟具有准确性和可靠性。

P110钢在含Cl-介质中的冲刷与腐蚀行为研究

采用旋转圆盘装置并辅以电化学工作站测试P110钢在含Cl-溶液中的冲刷腐蚀行为。研究不同流速、不同含砂量对P110钢冲刷腐蚀质量损失速率和腐蚀电化学行为的影响规律,利用扫描电子显微镜(SEM)对冲刷腐蚀后试样表面进行分析表征。结果表明:P110钢在含Cl-溶液中的冲刷腐蚀形貌为典型的颗粒切削痕迹,并伴有少量腐蚀坑,冲刷腐蚀机理为机械和腐蚀相互协同作用;冲刷腐蚀过程存在一临界流速,当流速较低时主要体现为腐蚀作用,当流速超过4 m/s时材料冲刷腐蚀质量损失速率的增加主要来自于机械作用;含砂量对P110钢冲刷腐蚀起着重要影响,随含砂量增大,砂粒的机械冲刷作用增加导致冲刷腐蚀过程加剧,但过多的砂含量会形成"屏蔽作用"降低冲刷腐蚀。

基于ANSYS有限元法的外腐蚀管道剩余强度和剩余寿命的研究

采用ANSYS有限元软件,结合大庆油田采油六厂埋地管道的实际工况,对含外腐蚀缺陷的管道进行了分析,研究了不同形状下缺陷长度、宽度及深度等因素对管道失效的影响,以管道实测缺陷为依据,用ANSYS计算了管道的剩余强度,根据失效准则并结合实测数据,确定了腐蚀管道的剩余寿命。结果表明:对于平底方形缺陷,缺陷长度和深度对失效的影响都有临界值,深度是影响失效的一个重要因素;对于椭圆形缺陷来说,缺陷长度和深度对失效的影响成正比,缺陷宽度对失效的影响成反比关系。ANSYS有限元法为寿命预测提供了必要的保障,对工程应用有重要的参考价值。

砂粒和氯离子对P110钢冲刷与腐蚀性能的影响

采用旋转圆盘冲蚀仪并辅以腐蚀电化学工作站分别测试了P110钢(26CrMo4)在含不同砂粒粒径和氯离子浓度溶液中的冲刷腐蚀行为。借助扫描电镜形貌观察,分析了不同氯离子浓度与砂粒粒径对P110钢冲蚀速率和腐蚀行为的影响规律。结果表明:砂粒粒径和氯离子浓度对P110钢冲刷和腐蚀过程有着重要影响,均为腐蚀和机械的协同作用所致。粒径较大的砂粒在冲刷时加速了传质过程,引起腐蚀作用的增加,最终导致整个冲刷腐蚀失重率的增加。氯离子的存在致使腐蚀过程中大量点蚀坑的形成,引起局部冲刷作用的加剧,最终导致P110钢的整个冲刷腐蚀失重速率增加。

大庆喇嘛甸油田掺水集输管线腐蚀机理及防护措施

结合大庆喇嘛甸油田埋地管线的腐蚀现状,通过对掺水腐蚀管线的材料、力学性能测试、腐蚀形貌宏观与微观分析、材料金相组织分析及腐蚀产物微区元素成分测试等,研究了掺水管线的腐蚀过程和机理,并对其腐蚀防护提供了一些有效建议。结果表明:掺水管线外表面腐蚀严重、腐蚀坑集中是导致腐蚀泄漏主要原因。管线外防腐层的破坏导致地层水渗透到管体表面,水中溶解氧与管体发生吸氧腐蚀,形成不致密腐蚀产物层(Fe2O3),致使管线发生腐蚀破坏;而水中一定的氯离子渗透后,形成集中点蚀坑,在活态-钝态微电偶腐蚀电池作用下,以大阴极小阳极的结构,短时间内加速了管线穿孔泄漏。在合理施工和有效管理的前提下采用外加阴极电流保护、涂层+阴极保护或优选耐蚀材料等方法,都可用作该段管线防腐的有效措施。

三元复合驱溶液组分对P110钢腐蚀电化学性能的影响

采用电化学工作站测试P110油管钢在强碱(NaOH)三元复合驱(ASP)溶液中的腐蚀电化学行为,研究ASP中不同组分、不同含量对P110钢腐蚀行为的影响,用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对P110钢在ASP溶液中静态浸泡后的腐蚀形貌进行分析。结果表明,在实验条件下,P110钢在ASP、AS、A、AP溶液中,腐蚀速率依次增大。在实验浓度内,P110钢在强碱ASP溶液中钢表面形成保护性良好的钝化膜,耐蚀性随碱含量的增加而增加。加入表面活性剂起到抑制P110钢腐蚀的作用,且抑制作用随加入量增加而增强。加入聚丙烯酰胺后,耐蚀性随浓度的增加呈现先增加后下降趋势。经80℃在ASP溶液中静态浸泡20 d后,P110钢主要发生均匀腐蚀,腐蚀产物主要为Fe(OH)3、FeCO3、Fe2O3。

大口径输油管道腐蚀及防腐层失效分析

对"庆-哈"输油管线管体进行腐蚀漏磁检测,管线腐蚀属于氧去极化腐蚀,主要形式为局部腐蚀。测试了管线经过地段土壤的土壤电阻率和管地电位等,土壤属于强腐蚀类。管线焊口部位的裂纹、残余应力及管道在穿、跨越附近侧下方土壤的氧浓差电池是引起穿孔的主要部位,而防腐层破损加上杂散电流作用是引起防腐层开裂主要原因。

CO_2-EOR环境碳钢和Cr13钢腐蚀产物膜稳定性研究的展望

从CO2腐蚀产物膜稳定性出发,对CO2腐蚀过程中影响碳钢和Cr13钢产物膜稳定性的因素进行了综述,提出了目前存在的问题和解决的方向。

SOFC中YSZ与金属的钎焊封接技术研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的高温电化学装置,封接问题是制约固体氧化物燃料发展的主要技术难点之一。固体氧化物燃料电池中YSZ陶瓷和金属连接体可通过钎焊封接,防止电池产生泄漏。本文描述了固体氧化物燃料电池中YSZ陶瓷与金属连接体的钎焊封接技术,阐述了活性金属钎焊和空气反应钎焊实现YSZ陶瓷与金属材料连接的研究现状,并展望了固体氧化物燃料电池中YSZ陶瓷与金属材料的钎焊封接技术的发展。

有机硅改性丙烯酸树脂涂料的制备及性能

采用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸为单体,乙烯基三乙氧基硅烷为中间体,偶氮二异丁腈为引发剂,在氮气的保护下共聚合成有机硅改性丙烯酸树脂,并对树脂涂层的性能进行了检测。结果表明,涂层基本性能优良,具有一定的防污效果。

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明:该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。

20钢和P110钢CO_2腐蚀静态及动态缓蚀性能研究

借助高温高压腐蚀反应釜,测试了咪唑啉和有机胺类缓蚀剂在饱和CO2油田采出液对20和P110钢的静态和动态缓蚀行为,并对表面腐蚀形貌进行分析。结果表明:20钢静态电化学行为呈现活性溶解而P110钢发生钝化,缓蚀剂加入后均降低了腐蚀电流。缓蚀剂浓度是影响20和P110钢动态缓蚀行为的显著因素,材料表面均匀致密的产物膜层直接影响其缓蚀效果。

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接接头的组织与断裂行为

采用Al-Si共晶钎料对TC4钛合金与2A12铝合金异种合金进行钨极氩弧焊接,研究焊接电流对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:当焊接电流为110~120 A时,焊接接头的抗拉强度最高可达158 MPa,此时焊接接头上部断裂在焊缝中,下部断裂在钛合金与焊缝的界面上。焊缝组织主要由α(A1)基体和在晶界析出的A1-Si共晶相组成,而钛合金与液态钎料在接头界面上部化学反应形成3种不同形态的Ti Al3金属间化合物,而在接头界面下部只形成针状的τ1金属间化合物。当焊接电流达到并超过140 A时,接头界面化合物厚度显著增至300μm左右,导致抗拉强度急剧下降。