新工科背景下应用型本科院校《材料表面与界面》课程的“产教研”教学模式研究与实践

本文以应用型本科高校代表南京工程学院所开设的《材料表面与界面》课程为研究对象,针对该课程在授课过程中存在的问题,结合新工科背景下应用型本科教育的要求,通过引进校企合作机制和科研创新平台,优化产业-教学-科研课程体系,进而改革教学大纲、教学内容和教学方式,引导学生自主学习、合作探究的学习方式提高学生在未来面对实际工作和科研问题时的解决能力,通过学生的学习反映和相关就业单位对学生综合表现的反馈,说明改革有助于提高教学效果和学生综合素质。

含缺陷陶瓷材料强度预测的研究现状

陶瓷具有轻质、高硬、耐磨等优异性能,但在结构材料领域的实际应用仍极为谨慎,根本原因在于陶瓷的缺陷敏感性及尚不完善的陶瓷失效预测理论。介绍了陶瓷制备过程中常见的缺陷,分析了陶瓷强度随机分布的物理本质,综述了缺陷作用下陶瓷强度预测的研究现状;提出未来可综合运用无损检测、原位测试和计算机模拟技术,探究缺陷致裂机制及陶瓷强度响应定量规律,同时关注在实际服役环境(疲劳、热冲击等)下缺陷对陶瓷强度的影响。

预时效对含0.1%In的Al-Mg-Si合金微观结构和力学性能的影响

采用硬度测试、拉伸测试、扫描电镜和透射电镜系统研究微量In添加与不同预时效工艺对Al-Mg-Si合金微观结构和力学性能的影响。结果表明:添加0.1%(质量分数)In的Al-Mg-Si合金在100℃/3 h预时效下,同时具有较低的T4P态硬度以及更高的烘烤硬度(118.56HV,相比于无预时效的Al-Mg-Si合金硬度提高了15.08%)和抗凹陷性。这说明预时效处理和In微合金化的复合作用能够抑制自然时效的有害影响,并提高合金的烘烤硬化性。微量In添加能够细化Al-Mg-Si合金中的含Fe相,促进合金时效过程中β″相的形成,从而提高合金的硬度。但是,In元素添加降低了Al-Mg-Si合金的伸长率,这是由In在铝基体中固溶度较低,形成了In颗粒导致的。

Sn微合金化和时效温度对Al‑Mg‑Si合金微观结构和力学性能的影响

通过硬度测试、DSC热分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜系统研究了Sn微合金化和时效温度对Si过量Al⁃Mg⁃Si合金微观结构和力学性能的影响。Sn元素的添加可以有效地抑制自然时效期间团簇(1)(Mg⁃Si共同团簇)的形成,降低合金自然时效的硬度,以及在随后人工时效过程中促进弥散相的析出强化作用。Al⁃Mg⁃Si(⁃Sn)合金在200℃人工时效下较170℃有更佳的析出强化效果。随着人工时效温度的升高,β"相的析出速率增加并伴有粗化效果。此外,促进Al⁃Mg⁃Si(⁃Sn)合金析出强化的最佳人工时效温度为200℃。Si过量Al⁃Mg⁃Si合金通过添加Sn元素,并在自然时效处理后进行高温人工时效,可以改善其力学性能,从而使峰值硬度达到128.6 HV。最佳热处理方法为:自然时效(2周)+人工时效(200℃×30 min)。本论文的研究对开发使用新型铝合金的汽车具有潜在的意义。

溶胶-凝胶法制备SiO_2材料及其微波介电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了非晶SiO_2粉体,并研究了不同溶液配比对所得粉体粒度和分散性的影响。结果表明:当H2O和TEOS摩尔比为20:1和40:1时,可以制备出分散性较好的非晶SiO_2粉体,其粒度分别为700 nm和120 nm。在此基础上,研究了不同原料粉体对SiO_2材料烧结特性和微波介电性能的影响规律。研究发现:粉体粒度较小,有利于降低SiO_2材料的烧结温度,提高其相对密度,抑制其析晶现象。当烧结温度为1050~1200℃时,SiO_2材料的相对介电常数为2.50~3.75,Q·f值为9850~61 272 GHz,τf值的变化范围为±15×10–6/℃(温度范围为25~85℃),适合用于制作微波介质基板。

纳米和微米TiO_2颗粒对PTFE/PEEK复合材料摩擦学性能的影响

研究不同体积分数纳米和微米TiO2填充聚四氟乙烯/聚醚醚酮(PTFE/PEEK)复合材料的摩擦学性能,考察载荷、滑动速率对复合材料摩擦学性能的影响。结果表明:纳米和微米TiO2均有助于提高PTFE/PEEK复合材料的摩擦学性能,当TiO2体积分数为1%时,TiO2/PTFE/PEEK复合材料具有最佳摩擦学性能。1%纳米TiO2填充PTFE/PEEK复合材料的磨损率仅为PTFE/PEEK复合材料的50%左右和1%微米TiO2/PTFE/PEEK复合材料的70%。此外,在相同的试验条件和填充比例时,纳米TiO2填充PTFE/PEEK复合材料比微米TiO2填充的复合材料表现出更好的减摩、抗磨性能以及更低的接触面温度。扫描电子显微镜照片显示:1%纳米TiO2有助于PTFE/PEEK复合材料形成均匀、光滑的转移膜,并减少PTFE/PEEK复合材料的黏着磨损。

阻尼橡胶材料研究进展

由阻尼橡胶材料的设计要求出发,从橡胶分子结构和相态结构的改性、新型填充剂(包括增强填充剂和非增强填充剂)的选择等方面总结了近年来阻尼橡胶材料的研究进展,并对其发展方向做了展望。

预变形对Al−Mg−Si−Cu合金析出相结构和形成机制的影响

基于原子分辨率的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)系统研究预变形对Al−Mg−Si−Cu合金中析出相结构和形成机制的影响。在预变形合金中,沿位错处形成拉长和线状的析出相。在位错处形成的析出相具有以下3个特征:析出相内部呈非周期性原子排列;Cu原子偏聚发生在析出相/α(Al)的界面处;在一个析出相内部具有多种不同的取向。提出异质形核析出相的4种形成机制:被拉伸的析出相在位错上独立形成;线状析出相在位错上直接析出;不同的析出相相遇结合成线状析出相;析出相与其他相或溶质原子富集区相连接。这些不同的形成机制导致形成具有不同结构和形貌的析出相。

合成温度对C/C复合材料表面SiC纳米线制备的影响

为了提升C/C复合材料表面SiC涂层的韧性及其与基体的结合强度,以三氯甲基硅烷为前驱体,采用常压化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备了SiC纳米线,研究了不同合成温度对纳米线的物相、形貌和结构的影响。借助XRD、SEM、TEM和EDS对所制备的纳米线进行物相、形貌和结构的表征,结果表明1300℃下可制备得到较为纯净的Si C纳米线,形状平直,表面光滑,取向随机呈网状分布,直径大约为100~160 nm,长度可达几百微米;随着合成温度的不断升高,纳米线的物相逐渐由β-SiC和Si双相转变为单一的β-SiC相,其中Si相是以单晶Si纳米线的形式夹杂在SiC纳米线中;另外,纳米线的沉积速率也随着温度的升高大幅度增加,产量增多,致密性增高。

Gd离子注入对固溶态Mg-Nd-Sr-Zr合金生物腐蚀行为的影响

对固溶态Mg-Nd-Sr-Zr合金进行了钆(Gd)离子注入改性处理;采用SRIM 2008软件对Gd离子注入过程进行了模拟分析;采用光学显微镜(OM)观察了镁合金的显微组织,并利用X射线衍射仪(XRD)分析改性层中的物相组成,同时结合X射线光电子能谱(XPS)表征改性层中化学成分与元素价态,采用电化学实验及析氢实验评价了基体镁合金与注入镁合金在模拟体液(SBF)中的生物腐蚀行为。结果表明:Gd离子注入有助于提高固溶态Mg-Nd-Sr-Zr合金在SBF中耐生物腐蚀性能,且当注入剂量为2.5×10^(16)cm^(-2)时,注入镁合金的耐生物腐蚀性能最佳。

W-(Ni-Cr-Fe-Si-B)混合粉末中间层真空扩散钎焊连接钨与钢

以高能球磨态90W-10(Ni-Cr-Fe-Si-B)(质量分数,%)混合粉末为钎料中间层,分别采用1000、1050和1100℃,均保温60 min并加压5 MPa的工艺参数,对纯钨(W)和0Cr13Al钢进行真空扩散钎焊连接。利用激光粒度分析仪、SEM、EDS和电子万能试验机等研究混合粉末形态、接头的微观组织、成分、力学性能及断口特征。结果表明:接头中的混合粉末中间层通过液相烧结过程,实现钨与钢的扩散钎焊连接,并在接头中生成均匀致密的钨基高密度合金层。高能球磨制备混合粉末对钨基高密度合金层压力下的均匀化与致密化生成具有关键作用。连接温度越高,钨基高密度合金层的液相烧结组织特征越明显。钨/钢接头剪切强度在125~130 MPa之间,断裂均发生在钨基高密度合金层/钨母材的结合区,断口主要呈现为钨母材的脆性沿晶断裂和钨基高密度合金层粘结相与钨颗粒相的韧性脱离断裂。

三聚氰胺甲醛树脂微球填充丁腈橡胶的性能

采用三聚氰胺甲醛树脂微球(MF)填充丁腈橡胶(NBR),研究了MF对NBR硫化特性、硫化动力学和力学性能的影响。结果发现,MF的加入能有效缩短NBR混炼胶的硫化时间、提高硫化速率,Ghoreisy模型能较好地描述MF/NBR混炼胶的硫化历程。随着MF用量的增加,MF/NBR硫化胶的力学性能逐渐提高,当其用量达到20份(质量)时,与未填充的NBR相比,100%和300%定伸应力、拉伸强度及撕裂强度分别提高了155%、90%、110%和80%。

基于W-Fe-Cr混合粉末中间层的钨/钢连接研究

以质量百分数组成为90W-8.5Fe-1.5Cr的W-Fe-Cr混合粉末为中间层,纯铜箔为钎料,采用1120℃保温60min并加压5MPa的工艺参数,对纯钨和0Cr13AI钢进行真空连接。利用激光粒度分析仪、SEM、EDS和电子万能试验机等手段研究了W-Fe-Cr混合粉末形态、粒度分布以及接头的微观组织、成分、机械性能、剪切断口特征。结果表明,接头由钨母材/W-Fe-Cr高密度合金层/钢母材三部分组成,其中W-Fe-Cr高密度合金层由W-Fe-Cr混合粉末中间层固相烧结形成;W-Fe-Cr高密度合金层/钨母材界面通过极薄的钎缝实现钎焊连接;W-Fe-Cr高密度合金层/钢母材界面则通过先钎焊再固相扩散焊的机制连接。高能球磨制备W-Fe-Cr混合粉末对较小连接压力下生成均匀化、致密化的W-Fe-Cr高密度合金层具有关键作用。钨/钢接头剪切强度为41MPa,断裂发生在W-Fe-Cr高密度合金层/钨母材结合界面,断面呈现为脆性断裂特征。本研究为线膨胀系数可调且不含活性元素Ni的钨/钢连接中间层设计提供了新思路,为进一步提高钨/钢连接结构在核聚变堆中的适用性进行了有益探索。

预先真空氧化处理对CoCrAlY耐高温腐蚀涂层表面热生长氧化层的影响（英文）

研究预先真空氧化处理工艺对耐高温涂层的热生长氧化物(TGO)相变的影响,用超音速火焰喷涂技术在镍基合金基底上喷涂CoCrAlY耐高温腐蚀涂层,然后对其进行特定的预先真空氧化处理。研究表明:未预先真空氧化处理试样在高温氧化初始阶段,TGO中除了含有Al2O3,还含有大量的Cr2O3、CoO和尖晶石类氧化物,而且Al2O3的形成量主要取决于氧分压。CoCr2O4尖晶石的形成阶段主要在高温氧化的初始高氧分压阶段和随高温氧化进行的化学反应阶段。经过适当的预先真空氧化处理后,TGO的主要成分为低Y含量的Al2O3,零星分布着高Y含量的Al2O3,未观察到明显的大晶粒尖晶石结构氧化物;随着高温氧化时间的延长,少量多孔状的CoCr2O4尖晶石和Cr2O3零星分布于连续的Al2O3周围。另外,TGO的生长率比未预先真空氧化处理的低。

蜜胺微球对橡胶硫黄硫化动力学的影响

以硫黄为硫化体系,将蜜胺微球(MF)分别填充到丁腈橡胶(NBR)和丁苯橡胶(SBR)中,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了MF和2种橡胶的相互作用,考察了MF用量对2种混炼胶硫化特性的影响,并利用Ghoreisy模型研究了硫化动力学。结果表明,MF与NBR之间的相互作用较强,而与SBR之间的相互作用较弱;随着MF用量的增加,NBR和SBR混炼胶的焦烧时间和正硫化时间均缩短,硫化速率和转矩差值均增大,硫化反应活化能均逐渐降低,且相比NBR混炼胶,MF对SBR混炼胶的影响更显著;利用Ghoreisy模型能很好地描述NBR和SBR混炼胶的硫化动力学。

基于氢键的羧化丁腈橡胶/聚乙烯醇的高拉伸强度复合膜（英文）

将聚乙烯醇(PVA)溶液与羧化丁腈橡胶胶乳(XNBR)室温共混,浇铸成膜制备了XNBR/PVA复合膜。结果表明,PVA与XNBR之间形成氢键相互作用,有效提高了复合膜的拉伸强度。

Q235钢旋转电弧埋弧焊成形及组织

在厚30 mm的Q235钢板上,利用缆式H10Mn2焊丝进行旋转电弧埋弧堆焊,探究焊接参数与焊缝熔深和熔宽之间的关系,研究了Q235钢旋转电弧埋弧焊成形及焊接接头微观组织。结果表明,控制好焊接电流、电弧电压和焊接速度能够极大地提高焊接效率。焊缝组织主要为细晶铁素体和粒状珠光体,其分布均匀,使焊缝具有良好的强度和韧性,但是较多的粒状珠光体会使焊缝区冲击韧性下降。当焊接速度较慢时,旋转电弧搅动熔池能力下降,夹杂物不能完全随焊渣浮出,导致夹杂产生。

螺旋锥齿轮锻造工艺与碳排放模型研究

针对螺旋锥齿轮的开式模锻工艺,系统研究锻压速度、模具预热温度、坯料温度以及摩擦系数4个工艺参数对成形过程中成型载荷及碳排放的影响,建立基于响应面法的碳排放二次回归模型,进行了仿真分析。结果表明,坯料温度对碳排放的影响最大,摩擦系数和模具预热温度影响次之,锻压速度对碳排放量几乎没有影响。

钒添加量对Mo2FeB2基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用真空液相烧结技术制备了Mo2FeB2基金属陶瓷,研究了钒添加量(质量分数,0~7.5%)对其组织和力学性能的影响。结果表明:当钒添加量不大于2.5%时,金属陶瓷的孔隙率无明显变化,当钒添加量大于2.5%时,金属陶瓷中的孔隙明显增多,金属陶瓷的致密性下降;钒的添加对金属陶瓷的相组成无显著影响,Mo2FeB2硬质相均匀分布在铁基黏结相中;当钒添加量为2.5%时,硬质相呈长条状且明显细化;当钒添加量大于2.5%时,硬质相发生团聚,且形貌由长条状向等轴状转变;随着钒添加量的增加,金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧度均先增后降,当钒添加量为2.5%时均达到最大值,分别为90.6HRA、2 350MPa和15.1MPa·m1/2。

不锈钢/管线钢旋压复合管道焊接工艺研究

论述了不锈钢/管线钢复合管焊接后的接头性能。石油管道制造中已采用不锈钢作衬里外套管线钢,应用旋压技术将两者过盈配合从而形成复合管道,已广泛应用于石油输送行业。该复合管道具有既能节约贵重材料,又具备耐腐蚀性能要求的特点,因而具有十分广阔的应用前景。但由于复合管道现场施工焊接中涉及异种金属的连接,又常常导致焊接接头力学性能的若干问题。本课题针对企业的产品制造,采用氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面工艺进行焊接,对焊缝金属微观组织与性能开展系统研究,分析焊接过程特征与注意事项,为工程应用提供参考。