钢结构表面光电阴极保护材料及其光阳极最新研究进展

钢结构的腐蚀带来了巨大的经济损失和安全隐患。光电阴极保护是利用材料转换光辐射产生光电子,光生电子通过外接电路转移到金属表面并富集,使金属发生阴极极化,从而抑制腐蚀的技术,也是一种真正节能、环保的腐蚀防护技术。光电阴极保护材料存在可见光利用率低、光电转换效率不足、光阳极稳定性不良、很少与有机涂层联用等问题,这些问题成为制约光电阴极保护材料发展的突出问题。总结了近年来国内外改善光电阴极保护材料及其光阳极性能的最新策略和方法,重点评述了通过离子掺杂重构、敏化与共敏化、异质结工程和聚合物涂层联用等方式提升TiO_(2)、ZnO、g-C_(3)N_(4)、BiVO4和聚合物基纳米材料光电转化效率的发展成果,评述了研究成果的贡献和影响,对钢结构的光生阴极保护可行性进行了论证,提出了材料防腐研究与应用中存在的问题、挑战和发展趋势,可为国内外半导体材料在光生阴极保护中的实际应用提供有价值的理论和技术参考。

ADP/A-SEP复配体系对EVA/MPE线缆复合材料的改性研究

采用乙烯基三乙氧基硅烷(A151)对海泡石(SEP)进行表面处理制得A-SEP,并同二乙基次磷酸铝(ADP)复配用作乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/茂金属聚乙烯(MPE)线缆复合材料的阻燃改性剂。考察了ADP/A-SEP复配体系组成对EVA/MPE线缆复合材料拉伸性能、阻燃性能和加工流动性的影响。结果表明,ADP虽能明显改善EVA/MPE线缆复合材料的阻燃性能,但对拉伸性能负面影响较大。A-SEP同ADP具有较好的协效阻燃效果,且能够同时改善EVA/MPE线缆复合材料的拉伸性能。当ADP添加量为25%、A-SEP添加量为3%时,EVA/MPE线缆复合材料的拉伸强度与断裂伸长率分别为11.43 MPa和689%;极限氧指数(LOI)达到32%,初始热降解温度和残炭率分别为352.89℃和5.75%,体积电阻率为2.63×10^(13)Ω·cm。此外A-SEP添加量不超过3%时,其对EVA/MPE/线缆复合材料的加工流动性影响不大。

EVA/MPE/DK-HNTs复合材料的制备及其性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、硅烷偶联剂KH570为原料合成了DOPOKH570,并接枝于埃洛石纳米管表面,制备了端基含DOPO的埃洛石纳米管(DK-HNTs)。通过傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱表征了DK-HNTs的化学组成及结构。采用熔融共混法制备了乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/茂金属聚乙烯/DK-HNTs复合材料,考察了DK-HNTs用量对复合材料性能的影响。结果表明:少量DK-HNTs在复合材料中可以均匀分散;当DK-HNTs用量为5%(w)时,复合材料拉伸强度、拉伸断裂标称应变、残炭量分别为21.08 MPa,735%,4.20%(w)。此外,DK-HNTs的加入使复合材料的加工流动性略有下降。

Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆应力场模拟

针对Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆过程,开发了熔覆层温度场及应力场模型,考虑了不同含量Ni包WC颗粒对复合熔覆层热物性的影响,分析了金属基复合熔覆层中的温度场和应力场演变机理并提出了应力优化的梯度熔覆方案。结果表明:当粉末中Ni包WC颗粒含量越多,物性与基体相差越大,在熔覆过程中会产生较大的应力,熔覆层中最大应力出现在熔覆层与基体的结合面附近。采用梯度熔覆方案可显著降低最大应力,以得到成形良好的复合熔覆层。

丝粉协同电弧增材制造机械刀具耐磨层组织及性能

机械刀具在农用机械、轨道交通等领域中应用广泛。基于热源和耐磨层增强相体积分数要求,建立了丝粉协同电弧增材制造系统,制备了不同送粉气体流量下的碳化钨增强铁基耐磨层,采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析耐磨层组织及成分。结果表明:送粉气体流量为8L/min时,增强相体积分数为60%,耐磨层由α-Fe基体、WC和W_(2)C颗粒以及Fe_(3)W_(3)C析出相组成,耐磨层基体显微硬度≥1000HV,增强相最高显微硬度为2385HV,具有优良的耐磨性。

新型复合(Cr,Mo)_(2)(C,N)细化剂粉末的制备研究

以Cr_(2)O_(3)、MoO_(3)和炭黑等为原料,采用碳热还原氮化法在流动N_(2)气氛中合成了新型复合(Cr,Mo)_(2)(C,N)细化剂粉末。采用TG-DSC、XRD和SEM等研究了反应温度、保温时间和Mo含量对制备(Cr,Mo)_(2)(C,N)细化剂的影响规律。得出以下结论:随温度升高,物相演变遵从(MoO_(3),Cr_(2)O_(3))→(Cr_(2)O_(3),Mo_(2)C,Cr_(3)C_(2))→(Cr,Mo)_(2)(C,N)的规律;延长保温时间,(Cr,Mo)_(2)(C,N)的结晶度不断变大,粉末粒径不断长大;随着钼含量的增加,(Cr,Mo)_(2)(C,N)的晶胞体积不断膨胀,粉末粒径不断减小。

塑料新型降解方法研究进展

综述了塑料的3种新型降解方法,详细阐述了其作用机理和研究进展,展示了非生物和生物降解过程的潜力,展望了塑料降解的未来发展趋势。

基于CFD-DEM的激光熔覆粉末利用率仿真分析

目的为准确描述激光熔覆过程中粉末与粉末、送粉管、基板之间存在碰撞的事实,提高粉末利用率,探究送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律及原因。方法首先,基于FLUENT有限元分析软件和EDEM离散元分析软件建立基于CFD-DEM的激光熔覆三维耦合模型,对粉末流从喷嘴喷射到达熔池的全过程进行气固两相流模拟仿真;然后,采用正交方差分析法确定送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律;最后,利用粉末收集试验和单道激光熔覆试验验证模型的可靠性及准确性。结果粉末利用率方差分析结果表明,送粉量、载气量和保护气量的显著性差异评价量F值分别为169.079、114.317、50.153;粉末利用率随送粉量、载气量和保护气量的增大均先提高后降低;在送粉电压18 V、载气量15 L/min、保护气量10 L/min和送粉电压14 V、载气量11 L/min、保护气量8 L/min 2种极端工况下进行粉末收集试验,模拟值与试验值误差分别为4.03%、4.54%;在激光功率1100 W、扫描速度5 mm/s下进行单道激光熔覆试验,模拟值与试验值误差分别为16.13%和16.50%,说明该模型准确可靠。结论送粉量对粉末利用率的影响最大,载气量次之,保护气量影响最小;获取较高粉末利用率的最优组合参数为送粉电压16V、载气量13 L/min、保护气量10 L/min。

TiC添加对A356铝合金组织 与力学性能的影响研究

采用搅拌熔铸法,制备了组织结构均匀的TiC/A356铝合金,研究了TiC含量对A356铝合金的物相组成、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着TiC含量的增加,TiC/A356铝合金的拉伸强度和伸长率呈先上升后降低的规律,维氏硬度则持续上升。当TiC含量为3wt%时,合金的综合性能最佳,其极限抗拉强度为197.1 MPa、伸长率为9.10%、维氏硬度为84.7 HV。此外,还分析了TiC复合强化A356合金的作用机理模型。

6061铝合金/DP600钢CMT熔钎焊接头的组织及力学性能

铝合金/钢异种金属连接结构有着广阔的应用前景。采用ER4043焊丝对6061铝合金与DP600钢异种金属进行CMT焊和脉冲电弧焊,并用高速摄影仪研究了焊接过程,分析了焊接模式和工艺参数对搭接接头的组织、界面层及力学性能的影响。试验结果表明,与脉冲电弧焊相比,CMT焊接能在低热输入下实现铝合金与钢的熔钎焊,有效控制金属间化合物的生成,焊接过程稳定,焊缝成型连续美观,焊接效率更高。随着CMT焊和脉冲电弧焊热输入的增加,界面层厚度均逐渐增加,当CMT焊的电流为65 A,热输入为1.97 kJ/cm时,钢侧界面层的厚度约为3μm,搭接接头强度最高。

激光熔覆(FeCr)_(70)Co_(10)Ni_(10)Mn_(10)高熵合金的组织和性能研究

在45钢基体上,采用激光熔覆技术制备了3种成分的(FeCr)_(70)Co_(10)Ni_(10)Mn_(10)高熵合金涂层,分析了这3种高熵合金涂层的微观组织结构、显微硬度、耐蚀性。结果表明:激光熔覆技术制备的(FeCr)_(70)Co_(10)Ni_(10)Mn_(10)高熵合金涂层与基体达到了冶金结合,随着熔覆层数的增加,涂层成分趋于稳定。随着Cr含量的增加,涂层从面心立方相转变为σ相,随着σ相大量增加,涂层的硬度提升。合适的Cr含量可以提高合金的耐蚀性能,大量的σ相会降低合金的抗点蚀能力。

间位取代苯并噁嗪树脂的聚合行为和性能研究

苯并噁嗪树脂的聚合行为和性能与其分子结构密切相关。目前已有研究主要集中于对位取代基对苯并噁嗪树脂聚合行为和性能的影响,而关于间位取代苯并噁嗪树脂的研究较少。为了进一步探究苯并噁嗪树脂的结构-性能关系,本文分别以间位取代苯胺和间位取代苯酚为原料,制备了双官能苯并噁嗪树脂。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征了其分子结构,通过差示扫描量热分析(DSC)和动态热机械分析(DMA)分别研究了不同结构苯并噁嗪树脂的聚合行为、热机械性能和热稳定性。研究结果表明:(1)分别由间位取代苯胺和间位取代苯酚成功合成了间位取代苯并噁嗪。(2)对于间位取代苯胺型苯并噁嗪,间位取代基的引入使苯并噁嗪的聚合温度降低;对于间位取代苯酚型苯并噁嗪,给电子的甲基取代基使苯并噁嗪的聚合温度明显升高,而吸电子的甲氧基和氯取代基使聚合温度明显降低,尤其是取代基为甲氧基时聚合温度最低。(3)间位取代基对于苯并噁嗪树脂的热机械性能的影响较为复杂。苯酚间位引入吸电子取代基使聚苯并噁嗪的热稳定性降低,芳香二胺型聚苯并噁嗪比二酚型聚苯并噁嗪具有更好的热稳定性。

生物可降解锌合金的腐蚀研究进展

随着现代医疗水平的发展与进步,生物医用植入材料已然成为当前医学界和材料界最活跃、最前沿的分支之一。与传统永久性生物材料相比,医用生物可降解材料由于具有优良的生物相容性、可降解性能,且腐蚀产物对人体无毒副作用的同时还可以被人体完全吸收等优点,受到了广泛关注。目前生物可降解金属材料主要为锌合金、镁合金、铁合金三大体系。相较于镁合金的降解速率较快以及铁合金的铁磁性等问题,锌合金在降解速率以及生物相容性上都要优于镁、铁合金体系。金属锌在中国的储量大,熔点为419℃,有出色的加工成型性能。生物可降解锌合金凭借其优良的生物相容性及合适的腐蚀速率,具有作为生物医用可降解支架的先天优势,极有可能作为金属可降解生物支架的代表,实现量产并服役于人体。但目前锌合金用于生物支架仍处于科研阶段,对锌合金在人体的降解行为、力学性能以及讲解过程中的机械完整性的调控等尚未明确。因此实现锌合金可降解生物支架的临床应用仍有较长的路要走。本文结合目前已有的研究工作对生物可降解锌合金的腐蚀降解行为以及合金化、表面改性、热处理等对其腐蚀性能的影响进行总结,分析规律以及尚且存在的问题,并对生物可降解锌合金支架的未来发展进行了展望。

铁尾矿砂-地聚物复合材料的界面与性能

用铁尾矿砂或天然砂配制水泥/地聚物砂浆,并对不同骨料与基体间界面的化学反应、界面过渡区(ITZ)微观结构及砂浆性能进行对比研究.结果表明:掺加铁尾矿砂后,粉煤灰/矿渣地聚物溶液中的Na^(+)、Si^(4+)、Al^(3+)、Ca^(2+)质量浓度均有不同程度降低,其中矿渣地聚物溶液反应速率较快,对骨料表层溶解也有更强的促进作用;铁尾矿砂附近界面过渡区结构明显优于天然河砂,且铁尾矿砂-地聚物砂浆的界面纳米力学性能显著高于铁尾矿砂-水泥砂浆;用铁尾矿砂制备的砂浆强度及抗渗性也均优于天然河砂,这种差异在水泥砂浆中最小,在矿渣地聚物砂浆中最显著,而粉煤灰地聚物砂浆在后期才逐渐凸显出铁尾矿砂的优势.

金属光电化学阴极保护材料及其防腐功能化实现研究进展

与传统的腐蚀保护方法相比,光电化学阴极保护是一种节能、环保、经济的腐蚀防护技术。该技术的关键特征是,利用光电化学阴极保护材料在光照条件下产生光生电子,而光生电子以电势差作为驱动力转移到金属上,并富集在金属表面,导致金属的电位负移,从而实现对金属的强制保护。总结了近年来国内外光电化学阴极保护材料的制备方法与性能特点,针对目前TiO_(2)薄膜材料存在的问题,阐述了通过形貌调控、元素掺杂、半导体复合、异质结构成、材料耦合等方式,提升光电化学阴极保护性能的策略和技术。概括了非TiO_(2)类光电化学阴极保护纳米材料的性能及应用,主要有ZnO、SrTiO_(3)、In_(2)O_(3)、g-C_(3)N_(4)、铋基金属氧化物等半导体材料。明确了近年来光电化学阴极保护材料防腐功能化实现的途径和方法,包括光阳极法和直接涂敷法,并比较了二者之间的优缺点。最后,提出了金属光电化学阴极保护材料及防腐功能化研究的发展趋势及存在的问题。

基于异山梨醇的新型生物基增塑剂的制备及其对PVC的改性

以异山梨醇为基体,合成了不同分子结构的生物基增塑剂二丁酸异山梨酯与二丁烯酸异山梨酯,并用于聚氯乙烯(PVC)改性。对所制生物基增塑剂进行分子结构表征,考察了其对PVC力学性能和加工流动性的影响。结果表明:两种生物基增塑剂均能提高PVC的冲击强度,且二丁酸异山梨酯增塑效果优于二丁烯酸异山梨酯。每100 g PVC中增塑剂添加量均为10 g时,二丁酸异山梨酯增韧PVC的冲击强度为2.91 kJ/m^(2),较参比试样(增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯)提高了38%。

柚皮环氧树脂/埃洛石复合材料的制备及性能

以柚皮素为原料合成了新型柚皮环氧树脂,以埃洛石纳米管为改性剂、马来酸酐为固化剂采用浇注工艺制备了柚皮环氧树脂/埃洛石复合材料,考察了埃洛石纳米管用量对柚皮环氧树脂/埃洛石复合材料力学性能、动态力学性能、热稳定性的影响。结果表明:纯柚皮环氧树脂的冲击强度及玻璃化转变温度较双酚A型环氧树脂分别提高了3.05 kJ/m^(2),96℃;埃洛石纳米管能够显著提高柚皮环氧树脂/埃洛石复合材料的冲击强度,当埃洛石纳米管用量为0.8%(w)时,柚皮环氧树脂/埃洛石复合材料的冲击强度为5.50 kJ/m^(2),较纯柚皮环氧树脂提高了52.8%。

重力污水管道混凝土的加速腐蚀模拟研究

为加速模拟重力污水管道混凝土腐蚀,硫化氢气体浓度和污水化学需氧量均提高20倍,将混凝土试件半浸其中进行研究。结果表明,高浓度污水加速了微生物的代谢产酸,导致混凝土严重劣化。水位区附近的混凝土表面生物膜生长远多于其他区域。远离水面生物膜变薄且颜色发黄,表明发生了硫化氢气体的生物与化学氧化反应。然而,气相区混凝土的劣化程度不如现场观察到的严重,可见高浓度硫化氢并非是控制混凝土腐蚀的首要因素,硫氧化细菌的数量和活性水平也至关重要,应同样强化。浸没在污水中的混凝土试件腐蚀层最厚,内部硫含量也最高。因此,硫元素分布可作为反映污水管道混凝土腐蚀发展的有效指标。

X120管线钢激光电弧复合焊热模拟热影响区的组织转变

X120管线钢具有优异的综合力学性能。采用金相显微镜和透射电镜研究了X120管线钢连续冷却转变(CCT)组织,采用热模拟设备建立了常规热处理条件下的CCT曲线和激光电弧复合焊条件下的模拟热影响区连续冷却转变(SHCCT)曲线。试验结果表明,在激光电弧复合焊条件下,随着冷却速度的增加,热模拟粗晶区组织依次为粒状贝氏体、贝氏体铁素体和板条马氏体,激光电弧复合焊条件下的快速加热使A_(c1)和A_(c3)相变线有所提升,高温停留时间短使得奥氏体来不及长大,使组织细化,激光电弧复合焊条件下的M_(s)转变温度提高,马氏体转变温度区间扩大,使得形成的板条马氏体能够发生自回火,从而减小淬火应力,改善强度和韧性,提高抗开裂能力。

镁合金增材制造技术研究进展

镁合金作为目前可应用的最轻质金属结构材料,具有高比强度和比刚度、易于回收再利用等优点,有助于实现工业领域的轻量化。增材制造作为新兴的先进制造技术,相比于传统制造,具有制造效率高、性能优良、可成形复杂结构等优点,开展镁合金增材制造技术研究具有迫切的需求和广阔的应用前景。本文针对激光选区熔化、电弧增材制造、搅拌摩擦增材制造三种主要的镁合金增材制造技术,从宏观成形特征、制造缺陷控制和组织性能特点三个方面对近年来的研究成果进行了总结与分析,并对模拟分析、过程控制和热源调控等镁合金增材制造控形控性未来研究方向进行了展望。