高熵稀土铪酸盐热障/环境障涂层材料的制备与性能研究

综合性能优异的热障/环境障涂层是先进航空发动机涡轮叶片等高温部件的关键热防护材料。本研究通过两步烧结法制备了高熵稀土铪酸盐(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)和(Yb_(0.2)Lu_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12),系统研究了两种材料的力学、热学性能和CMAS腐蚀性能。多主元高熵材料具有较低的热膨胀系数和热导率,其中(Yb_(0.2)Lu_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)表现出比(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)更高的硬度和断裂韧性。1300℃下CMAS腐蚀结果表明,(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)与CMAS的反应速率快,更容易析出磷灰石,对阻止CMAS迅速渗透是有益的。高熵稀土铪酸盐材料具有优异的综合性能,在热障/环境障涂层领域具有良好的应用前景。

固体氧化物燃料电池新型连接体材料的研究进展

连接体是固体氧化物燃料电池(SOFC)中的关键组件,对连接体的高性能需求一直制约着SOFC的商业化发展。随着SOFC的运行温度降低到800℃以下,廉价的高温抗氧化金属连接体材料取代掺杂铬酸镧(LaCrO_(3))陶瓷的可能性大大增加。此外,为了优化连接体的性能,大量的导电/保护性涂层及新的复合材料也不断地涌现。综述了迄今为止连接体材料的发展现状,在对各种连接体材料以及涂层材料的性能和优缺点进行比较的同时,重点介绍了新开发连接体材料的研究进展,并对连接体材料的发展趋势进行了展望。

FHG97/WS_(2)自润滑复合材料力学性能和摩擦学性能的研究

目的探究FHG97/WS_(2)复合材料力学和摩擦学性能。方法采用放电等离子烧结技术制备不同WS_(2)含量的复合材料,通过硬度仪和万能试验机评估材料的力学性能。采用往复式摩擦试验机和白光干涉仪测试25~600℃的摩擦学性能。利用XRD、SEM、EDS和Raman分析材料的物相、显微组织和磨损表面的形貌及元素成分。结果在复合材料制备烧结过程中,WS_(2)与FHG97发生了固相原位反应,生成了Cr_(x)S_(y)和M_(6)C相。新生相提高了复合材料的微观硬度和抗压强度,降低了抗弯强度。摩擦磨损测试结果表明,复合材料的摩擦系数在25~600℃都随温度的升高而降低,添加WS_(2)对摩擦系数降低有积极的作用。磨损率在25~400℃先降低,600℃有所上升。Cr_(x)S_(y)和M_(6)C协同作用使复合材料在25~200℃改善了摩擦磨损性能。400℃时,磨损表面形成的NiO、Cr_(2)O_(3)和Ni_(2)CrO_(4)等氧化物,以及Cr_(x)S_(y)的协同作用使得FW1的磨损率下降1个数量级。600℃时,Cr_(x)S_(y)软化降低了氧化膜的粘附力,使FW1的磨损率略有上升。FW2表面未形成氧化膜,M_(6)C脱落对表面形成磨粒磨损,加剧了表面磨损。结论制备的FHG97/WS_(2)复合材料具有优异的力学性能,FW1在25~600℃内具有最优的摩擦学性能。FHG97/WS_(2)体系材料中WS_(2)的添加量应考虑原位反应对基体中Cr的消耗,避免在高温下无法形成保护性的氧化膜。

固相反应法制备LiMn_(0.6)Fe_(0.4)PO_(4)/C材料优化碳包覆工艺研究

与LiFePO_(4)材料相比,锰基橄榄石是一种具有高能量密度的锂离子电池正极材料。由于其极低的电子和离子电导率,其速率和循环性能仍然面临挑战。通过引入一种新型碳源聚丙二醇(PPG 2000)并采用固相合成法对材料进行包覆,获得了较高的倍率性能。与传统碳源葡萄糖相比,聚丙二醇(PPG 2000)可以极大提高橄榄石材料的电子电导率和离子电导率,从而改善材料的充放电特性。结果表明,LiMn_(0.6)Fe_(0.4)PO_(4)/C材料即使在10 C的速率下也能有约115 mAh/g的比容量。这项工作为固相法大规模制备锰基橄榄石正极材料开辟了新的途径。

低价锆氧化物Zr_(3)O的结构、热力学和弹性性质第一性原理研究

采用第一性原理系统地研究3种Zr_(3)O晶形(空间群分别为R3c(斜方六面体)、R32(斜方六面体)和P6322(六面体))的晶格动力学及其与温度相关的热力学和力学性质。计算得到的3种Zr_(3)O晶形的晶体结构参数与实验结果一致。此外,证明3种Zr_(3)O结构在动力学和热力学上均具有稳定性。获得了3种Zr_(3)O晶形在0~1500 K温度范围内的熵、焓、吉布斯自由能、比热容、热膨胀系数和弹性模量等性质。发现3种Zr_(3)O晶形在0K时的相对稳定性顺序为Zr_(3)O(R3c)>Zr_(3)O(R32)>Zr_(3)O(P6_(3)22);然而,在50 K时Zr_(3)O(R3c)转变成Zr_(3)O(R32),在540K时转变为Zr_(3)O(P6_(3)22)。相较于其他2种Zr_(3)O相,Zr_(3)O(R32)表现出更优越的力学性能。

莫来石复合耐火材料的应用进展

莫来石具有较高的熔点,较大的硬度,良好的抗热震性、抗侵蚀性、高温力学性能等。莫来石原料多通过烧结法和电熔法合成。综述了以莫来石为原料制备的莫来石复合耐火材料在陶瓷、冶金、航天、军工、水泥、玻璃等领域的研究与应用进展,指出了莫来石在耐火材料应用中的发展趋势。

地方高校与具有优势学科科研院所联合培养研究生的机制探讨——以辽宁科技大学和中国科学院金属研究所为例

联合培养研究生是国家积极鼓励的创新人才培养模式和提升培养质量的一个重要途径.文章围绕辽宁科技大学和中国科学院金属研究所在联合培养研究生过程中出现的情况和问题,提出了建议,并探讨了地方高校与具有优势学科的科研院所联合培养研究生的机制.

石墨烯/碳纤维混杂复合材料的结构功能一体化研究进展

航空航天领域对碳纤维增强树脂基复合材料的性能不断提出更高要求,结构功能一体化已成为现代先进复合材料的必然发展趋势。石墨烯因其卓越的物理性能为构建新型结构功能一体化复合材料提供了新的设计思路。文章主要介绍了石墨烯在碳纤维增强树脂基复合材料结构功能一体化技术方面的研究进展,侧重阐述了石墨烯/碳纤维混杂复合材料在导热、电磁屏蔽以及雷电防护等方面的代表性研究成果,并探讨了该领域目前存在的主要问题及未来发展趋势。

SiC与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

以6092铝合金为基体,通过粉末冶金法分别制备了球形石墨颗粒(Gr)以及SiC_(p)和Gr混杂增强的铝基复合材料,并采用田口模型结合方差分析,对复合材料与铜合金摩擦副之间的干滑动摩擦磨损行为进行了分析研究.结果表明:随着载荷从10 N增至20 N,3种复合材料的摩擦系数、磨损率均相应增加;随滑动速率从0.5 m/s增至1.0 m/s,15%Gr/6092Al和(5%Gr+20%SiC_(p))/6092Al的摩擦系数先减小后增大;而(5%Gr+10%SiC_(p))/6092Al的摩擦系数呈递减趋势.相同条件下,单一石墨颗粒增强的复合材料的磨损率大于混杂增强的复合材料的磨损率.方差分析的结果表明:增强相百分比单独作用、增强相百分比和滑动速率相互作用以及滑动速率单独作用3个因素对磨损率和摩擦系数产生了显著的影响.随SiC_(p)含量增加,材料硬度增加,SiC_(p)对基体起到支撑保护作用,磨损面上的磨痕变浅,分层剥落现象明显减轻,磨屑变得细小,摩擦系数更为稳定,磨损机制由剥层磨损向磨粒磨损转变.

不同球磨时间下制备的铜基自润滑复合材料力学与摩擦磨损性能研究

目的研究球磨时间对Cu-WS_(2)自润滑复合材料界面状态的影响,同时提高自润滑材料的力学性能和摩擦磨损性能,提出比较优化的Cu和WS_(2)复合材料制备工艺。方法采用高能球磨与放电等离子体烧结技术,制备铜基自润滑复合材料。采用WDW-100电子万能试验机进行力学实验。采用美国Rtec多功能摩擦磨损试验机进行摩擦学实验。采用XRD和SEM表征不同球磨时间的Cu/WS_(2)复合粉末和烧结后块状复合材料的物相组成和微观结构,并结合EDS表征弯折断口的形貌和磨损形貌,分析球磨时间与复合材料界面状态-力学性能-摩擦磨损性能的内在关系。结果当球磨时间为30 h时,WS_(2)在铜基体中有较好的结合与分布,材料的综合性能最佳,WS_(2)/Cu复合材料的力学性能良好,平均摩擦系数为0.186,维持在较低水平,且磨损率最低,为7.11×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。球磨时间超过30 h时,磨损率不再与力学性能保持一致,而是随着球磨时间的延长而逐渐提高。球磨时间达到50 h时,基体耐磨性下降,磨损率显著提高,达最大值,为10.39×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。结论球磨时间的延长会使WS_(2)在基体中的弥散程度增强,且WS_(2)与Cu基体由于机械互锁式的物理结合增强,使得力学性能随之增强。此外,摩擦磨损性能也能维持在较好水平。但当球磨时间超过30 h时,界面反应加剧,WS_(2)分解为Cu_(2)S,大大减弱了WS_(2)的润滑减摩性能,使得复合材料的摩擦磨损性能降低。

优化评价 加强培养 协同创新——九三学社科学家谈“强化基础研究,促进重大原始创新”

建设世界科技强国,必先提振基础研究。中共十八大以来,我国基础研究持续快速发展,步入从量的积累向质的飞跃、从点的突破向系统能力提升的重要时期,产生了一批标志性成果。从衡量基础研究的重要指标——国际科技论文来看,数量不断增长,多年稳居世界第二位。但与建设世界科技强国的要求相比,我国基础研究的短板却依然突出,重大原创性成果缺乏,基础研究投入不足、结构不合理,顶尖人才和团队匮乏,评价激励制度也亟待完善。中共十九大报告提出瞄准世界科技前沿,强化基础研究;围绕国家重大战略需求,加强应用基础研究。如何加强基础研究,支撑创新驱动发展,让中国的原始创新上不再“老是差口气”?四位来自九三学社的院士、教授谈了他们的看法。

常见结构材料在热浸镀Galvalume合金熔体中的腐蚀与防护研究现状

伴随着热浸镀钢材的大量应用,热浸镀设备在液态金属中的腐蚀问题及引起的钢材表面质量降低问题逐渐凸显,制约了热浸镀行业的发展。概述了在热浸镀熔融Galvalume合金(Zn-55Al-1.6Si%)中,铁基、钴基及其他合金的腐蚀行为。合金及腐蚀产物的溶解,腐蚀层中的元素互扩散,腐蚀产物生长的应力集中,是造成合金基体失效的主要原因。通过金属合金化或施加防护涂层,提高了材料对液态锌铝合金的耐蚀性。综述了引入不同合金元素对合金腐蚀行为的影响,并评估了陶瓷涂层、金属陶瓷复合涂层及搪瓷涂层在此环境中的防护效果。合金基体或防护涂层中引入硼化物,可有效降低液态锌铝合金的侵蚀。提高材料在液态金属环境中的不润湿性是改善其耐蚀性的关键。最后,展望并总结了熔融Galvaleme合金中的高性能防护涂层、合金设计原则及其腐蚀失效特性。

航天用高温铌合金研究进展

与其他种类的高温合金相比,高温铌合金具有密度低、高温(600~1600℃)比强度高、冷热成形性能优良、焊接性能好等优点,可以加工成形薄壁和复杂形状的零件,用来制造火箭发动机、卫星、宇宙飞船和导弹的姿态控制/轨道控制发动机的推力室身部延伸段等部件,是航天结构件的重要候选材料之一。为了满足航天发动机的需求,我国相继在美、俄铌合金的基础上仿制研发了多种火箭发动机用铌合金结构材料,其中使用最多的是C-103和Nb521合金。本文对铌合金的分类、航天用铌合金的发展、应用及进展情况进行了综述。针对应用较为广泛的C-103、PWC-11、Nb521合金及在研的低密度铌合金进展情况进行了重点介绍,并讨论了航天用铌合金研究目前存在的问题,对未来发展更高强度、更高强韧性和轻质化的新型铌合金,以及更高温度、长寿命的高温抗氧化防护涂层的研究方向进行了展望。

模拟海洋全浸区环境下A517海工钢的腐蚀机理研究

目的 探究 A517 海工钢在海洋全浸区环境下的腐蚀机理。方法 通过模拟海洋全浸区腐蚀环境,利用失重法、SEM、EDS、XRD、电化学等测试技术,分析A517钢的腐蚀行为历程,并探讨其在全浸区的腐蚀机理。结果A517钢在厚度方向上的最大电位差为 13 mV,小于发生电偶腐蚀的最小电位差50mV,说明材料在厚度方向上的腐蚀敏感性一致。随浸泡时间的延长,腐蚀质量损失量逐渐增加,平均腐蚀速率先降低、后升高、最后趋于稳定,腐蚀速率约为 0.127 mm/a。结论 腐蚀动力初期主要是由溶解氧的极限扩散控制,后期则是腐蚀产物的氧化还原电荷转移控制。腐蚀首先在 Al_(2)O_(3)、MgO 等夹杂物处萌生扩展,腐蚀产物出现明显的分层现象,外锈层主要是疏松易脱落的γ-FeOOH,内锈层主要是致密均匀的 Fe_(3)O_(4),同时锈层中还检测到了β-FeOOH和α-FeOOH的存在。锈层中存在大量微裂纹,削弱了产物膜的保护作用,促进了腐蚀的进行。

深海压力–流速耦合环境下基于灰色系统理论的有机涂层寿命预测研究

目的建立深海压力–流速耦合环境下有机涂层的寿命预测模型,并预测有机涂层在该环境下的服役寿命。方法首先针对涂层的湿态附着力变化结果,基于灰色系统理论,建立湿态附着力的GM(1,1)模型。随后再基于耦合环境下的试验结果,建立涂层水传输的扩散模型。最后,在此基础上,利用灰色关联分析方法,计算这2种失效影响因素在涂层失效过程中所占的权重因子,并基于这2个影响因素建立涂层失效的数学模型。结果经过数学统计验证和试验结果对比验证,该模型精度良好,可靠性高。结论该模型能够对深海压力–流速耦合环境下有机涂层的寿命进行准确预测。

掺杂Ti对Ni基复合材料摩擦学性能的影响

目的通过在NiCr-WS2自润滑体系中掺杂纳米Ti,提升自润滑复合材料在不同环境中的摩擦学性能。方法通过放电等离子烧结(SPS)技术制备了NiCr(N)、NiCr-WS2(NW)、NiCr-WS2-Ti(NW15T)3种复合材料。采用SEM和EDS分析了复合材料的微观性能。通过摩擦磨损试验机分别测试了3种材料在干摩擦、去离子水和3.5%NaCl溶液中的摩擦学性能,并借助RAMAN分析磨痕的化学成分。结果在干摩擦条件下,NW15T的摩擦因数和磨损率分别为0.38和4.2×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。相较于传统的NW,NW15T的摩擦因数和磨损率分别降低了22.4%和83.7%;当在去离子水中摩擦时,虽然NW15T也具有较好的摩擦学性能,但是与NW相比优势不明显;在3.5%NaCl溶液中摩擦时,NW15T产生的腐蚀产物避免了摩擦副的直接接触,并使摩擦因数降低至0.16,磨损量降低为0.4×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。与NW相比,NW15T在3.5%NaCl溶液中的摩擦因数和磨损率分别降低了38.5%和81.8%。结论在NW传统自润滑复合材料体系中掺入Ti,原位生成了TiS和Ni3Ti,不仅提高了材料的力学性能,同时提高了复合材料在不同环境下的摩擦学性能。尤其是在NaCl溶液中,在TiS和腐蚀产物的共同作用下,NW15T的摩擦因数和磨损率大幅下降。

高成品率和平整度的GaN基Micro LED芯片激光剥离工艺的研究

使用波长248 nm的准分子激光器实现了GaN基微型发光二极管(Micro LED)的大面积激光剥离(LLO)。分离器件所需要的临界激光能量密度为800~835 mJ·cm^(-2),分离的器件完好无损,分离表面光滑,残余应力为0.0714 GPa,均方根粗糙度仅为0.597 nm,远低于目前报道的LLO方法分离表面。该研究为实现高质量、高效率的GaN基Micro LED芯片的制备提供了一种有前景的思路,对柔性GaN基器件的制备具有一定意义。

石墨烯上异质远程外延GaN的研究

远程外延是一种用于生产单晶、独立式薄膜和结构的新兴技术,该方法使用二维范德瓦耳斯材料作为半透明夹层,实现外延生长及外延层在二维层界面的剥离。本文研究了在蓝宝石衬底上利用单层石墨烯作中间层异质远程外延GaN成核层、GaN薄膜。结果表明,GaN成核岛具有良好的取向,通过参数调整,可实现致密的GaN成核层。AFM和XRD测试结果证实,与同样条件下蓝宝石衬底上直接生长的GaN薄膜相比,石墨烯上异质远程外延得到的GaN薄膜具有更低的表面粗糙度和位错密度。

国内外超大直径特种环件材料对比分析

为了打破国外对超大直径特种环件材料技术的垄断地位,利用光学显微镜、扫描电镜、ASPEX全自动夹杂物分析仪、拉伸试验机、冲击试验机等对国内外超大直径特种环件材料的化学成分、夹杂物、组织与力学性能等进行了观察检测及对比分析。结果表明:国内添加V、B、RE综合微合金化后的新型钢种42CrMo4M,杂质元素和有害元素较国外环件材料42CrMo4显著降低,且在夹杂物的最大直径、数密度及面积百分比对比发现,自主研发材料中的夹杂物更加均匀,占比更少,纯净度较国外环件材料大幅提升;国内外环件材料组织均为回火马氏体组织,通过对比两种材料的硬度及拉伸冲击性能得出自主研发环件性能优于国外环件,为新型环件材料的进一步优化提供了数据支撑。

陶瓷/金属焊接技术研究现状及发展

陶瓷和金属是两类重要的结构材料,将二者连接在一起可以优势互补,制造出满足实际应用需求的复合构件。传统的机械连接或粘接连接将陶瓷与金属结合,由于热/力学性能的不匹配,接头处容易发生断裂。本文综述了陶瓷与金属的钎焊、扩散焊和摩擦焊及其研究进展,并着重介绍了影响焊接效果的主要因素。综合分析表明,通过选择恰当的工艺参数和合适的中间层(或钎料),有望获得高性能的焊接接头,从而更好地实现陶瓷与金属的连接。