基于示波冲击实验材料动态断裂韧度测试技术的研究

采用预裂纹Charpy冲击试样,基于示波冲击试验建立了测试材料动态断裂韧度的试验方法。与以往预裂纹试样动态应力强度因子的计算方法不同,采用Timoshenko梁理论,提出了一种简单方法来计算三点弯曲试样的刚度K(a),由此建立了三点弯曲试样动态应力强度因子的计算方法,通过实验测得启裂时间,从而确定动态断裂韧度。采用有限元方法对试样动态应力强度因子的理论计算方法进行了验证。结果表明,建立的计算方法准确、可靠,避免了复杂的数值计算,便于工程应用。

表面热扩渗技术在金属双极板表面改性中的研究进展

燃料电池因其环保和资源利用率高等优点近年来备受关注,对改善全球环境具有重要意义。双极板是燃料电池的重要组成部分,目前燃料电池中大多数的双极板为石墨双极板,其厚度大、加工成本高、柔韧性较差,而金属双极板是替代石墨双极板的最佳材料,其易于加工、成本较低。目前对金属双极板表面制备涂层的研究最为广泛,然而大多数涂层方法工艺复杂,容易形成缺陷,且对燃料电池商业化来说过于昂贵,因此可以通过对金属双极板进行热扩渗改性以满足其服役性能。介绍了不同金属双极板的表面改性技术,列出了不同种类的热扩渗改性技术,重点概况了热扩渗工艺以及耐蚀、导电性能。分析结果表明,对于热扩渗工艺,在制备双极板时应选用合适的温度,以减小或消除形变对双极板的影响;制备出均匀、致密且组织单一的热扩渗层可以明显提高金属双极板的性能;在空气和模拟燃料电池溶液环境中形成的氧化膜和钝化膜同样对金属双极板的性能具有重要影响。在金属双极板表面进行热扩渗改性研究,以提高其耐蚀性、导电性及服役稳定性,同时开发出新型复合工艺,对推动金属双极板在燃料电池的应用至关重要。

超轻镁锂合金设计、制备与表面技术

镁锂合金作为最轻的金属结构材料具有广阔的应用前景。本文介绍超轻材料与表面技术教育部重点实验室关于超轻镁锂合金的研究成果,包括镁锂合金的高强韧化设计与制备、微观结构解析、机理分析及表面处理技术,并对其应用前景进行了展望。

金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti制备技术及其研究进展

新型金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti具有高强度、高模量、高刚度、低密度以及高的断裂韧性等优异性能,在航空航天、武器装备及地面军用车辆的装甲防护系统等方面有着广阔的应用前景。迄今为止,针对金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti的制备,人们发展了冷轧、热轧、脉冲电流热压、真空烧结、无真空烧结和爆炸焊接等制备技术。概述了国内外对新型轻质高性能金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti的研究现状,着重阐述了金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti制备技术的工艺原理及其特点,为Ti/Al3Ti的发展和应用提供基础。最后从不同研究方向展望了金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti未来的主要研究趋势。

波形整形技术在Hopkinson杆实验中的应用

由于波形整形技术可减小Hopkinson杆实验在撞击过程中产生的高频振荡以及实现试样在受载过程中的恒应变率加载,因此,波形整形技术越来越受到关注。本文中详细介绍了波形整形技术在Hopkinson杆的动态压缩、拉伸、巴西圆盘、弯曲断裂等实验中的研究进展,并给出了该技术在应用中需注意的问题。

等离子体电解渗入技术及其在不锈钢表面改性中的应用研究进展

从液相等离子体电解渗入技术(PES)的发展历程、技术类型和特点、反应装置以及材料研究体系等方面介绍了等离子体渗入技术及其在不锈钢表面改性研究中的应用现状。在技术类型上,主要集中在阴极等离子体电解渗入方面,渗入元素主要为氮、碳等非金属元素;在设备装置上,设计装置的主要为实验型装置,结构不规范,工作效率低,且不利于大型构件的处理;在研究对象上,主要集中在性能较差、应用较广的碳钢上,在不锈钢、高性能合金及有色合金方面的研究较少;在研究内容上,主要集中在渗层的常规组织结构和力学性能研究,在渗层耐蚀性和功能性方面的研究相对较少。今后应开展阳极液相等离子体渗入技术研究,扩大渗入元素类型,重点开发高效率、工业化的装备,进一步扩大研究对象(如不锈钢、高性能合金、有色金属及其合金),开展渗层耐蚀性及功能性方面的评价。

30CrMnSiA结构钢表面多功能改性层的性能分析

首先采用不同技术在30CrMnSiA钢表面制备了6种黑色多功能改性层,分别是采用电镀技术制备了纯Cr镀层、纯Ni镀层、纯Zn镀层和Zn-Ni复合镀层,采用低温渗氮+氧化(LTN+O)复合技术制备了LTN+O复合层,以及采用物理气相沉积(PVD)技术制备了PVD涂层,随后利用X射线衍射仪、扫描电镜等对黑色多功能改性层的组织结构进行表征,以及通过显微硬度仪、球-盘摩擦磨损试验机和电化学工作站对其力学性能和耐蚀性能进行测试。结果表明:采用电镀、低温渗氮+氧化复合以及PVD沉积等技术均可在30CrMnSiA钢表面成功制备黑色多功能改性层;在硬度方面,PVD涂层硬度最高,达到1610 HV0.05;在摩擦磨损性能方面,相比30CrMnSiA钢基体,黑色多功能改性层的摩擦系数均略有升高,除纯Ni镀层外,其他改性层的耐磨性能均优于30CrMnSiA钢基体;在结合力方面,PVD涂层和纯Ni镀层的结合力最好,压痕边缘位置无裂纹;在耐蚀性方面,相比30CrMnSiA钢基体,Zn-Ni复合镀层和LTN+O复合层耐蚀性有所提高,其他改性层的耐蚀性有所降低。

聚丙烯／改性纳米二氧化硅复合材料的制备与性能

采用原位复合法,以纳米SiO2和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆纳米SiO2后形成的纳米粒子SiO2/PMMA为增强组分(填料),通过熔融共混法制备了聚丙烯基纳米复合材料。研究了填料添加量对聚丙烯基纳米复合材料的力学性能与结晶性能的影响。实验结果表明,以纳米SiO2/PMMA为填料时,PMMA与纳米SiO2的强相互作用(化学键)能提高纳米SiO2/PMMA与聚丙烯基体的界面相容性,使纳米SiO2/PMMA均匀分散在聚丙烯基体中。当聚丙烯与填料的质量比为100:1时,与纯聚丙烯相比,聚丙烯基纳米复合材料的拉伸强度最高提高了27.0%,弹性模量最高提高了35.8%。加入纳米SiO2/PMMA,使聚丙烯的球晶尺寸大幅度减少。

镁锂合金表面陶瓷膜的制备工艺及耐蚀性能

在硅酸盐体系中,利用单相脉冲微弧氧化技术在Mg-5wt%Li合金表面原位生长陶瓷膜.利用扫描电镜、X射线衍射、电化学分析、盐水浸泡等方法研究了陶瓷膜的形貌特征、相结构及耐腐蚀性能.结果表明:硅酸盐电解液体系中生长的陶瓷膜主要含有MgO相和少量的MgSiO3相,微弧氧化陶瓷膜试样与基体相比,耐点腐蚀性能显著提高,盐水浸泡过程中陶瓷膜主要发生严重腐蚀.通过正交试验优化耐蚀膜层的制备工艺条件,得到最佳工艺为电流密度2A/dm2、频率300Hz、占空比80%、处理时间20min.

钛合金表面铁氧化物膜层类Fenton催化剂制备及降解苯酚性能

采用微弧氧化法在硅酸盐电解液体系中于钛合金表面成功制备了铁氧化物膜层类Fenton催化剂。采用SEM、XRD以及XPS对所得膜层的表面形貌、晶体结构及物相组成进行表征,发现膜层中含有金红石相TiO_2(R-TiO_2),和非晶态的铁氧化物Fe_3O_4;对膜层的表面形貌分析发现电解液中加入铁氰化钾后表面粗糙度及平均孔尺寸增大。以苯酚作为目标降解物,研究了膜层类Fenton催化活性,同时研究了铁源含量、苯酚浓度、H_2O_2投料量以及pH值对膜层降解苯酚效率的影响,优化了降解条件,研究发现在pH 3.0、温度30℃、H_2O_26.0 mmol·L^(-1)、苯酚35 mg·L^(-1)及铁氰化钾含量10 g·L^(-1)的条件下降解90 min,苯酚降解效率可达90%。通过对不同温度下降解苯酚的反应动力学研究,利用阿伦尼乌斯方程得到了该膜层类Fenton降解苯酚的反应活化能Ea为96.9 kJ·mol^(-1)。最后,评价了膜层的稳定性并分析了稳定性衰减的原因。

保温时间对Al-Fe-Si/Al原位复合材料力学性能的影响

采用粉末冶金瞬时液相烧结法制备了Al-Fe-Si/Al原位复合材料,应用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)研究了保温时间对瞬时液相烧结制备Al-Fe-Si/Al原位自生复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:随着保温时间的延长,原位自生Al0.5FeSi0.5相晶粒逐渐长大,材料表面孔隙尺寸减小;保温时间为4h时,粒状、短棒状增强相弥散分布在基体上;复合材料的压缩强度、最大弯曲挠度和弯曲强度随着保温时间的延长呈先上升后下降的趋势,但保温时间的延长对复合材料的弹性变形量和塑性变形量影响不大;随着保温时间的延长复合材料的界面结合增强。

超声辅助铸造法制备原位合成Al-Cr/Al复合材料研究

利用超声振动辅助铸造法制备了Al-Cr/Al原位复合材料,应用XRD、SEM以及能谱分析(EDS)研究了复合材料的微观结构。通过M-2000型磨损试验机研究了Al-Cr/Al原位自生复合材料的耐磨性能。结果表明,超声振动对原位增强体细化明显,随着Cr含量的增加,原位增强体含量增加,增强体尺寸增大。不同类型的Al-Cr金属间化合物在基体中同时生成,形成混合增强相;随着Cr粉末粒径增大,原位增强体尺寸具有最小值。随着Cr含量和粒径的增大,复合材料的磨损率呈先降低后升高的趋势。Cr含量为8%,粒径为75μm时,复合材料的磨损率最小,为0.294%,耐磨性能最好,相对纯铝耐磨性提高约8.5倍,磨损机制主要为磨粒磨损。

AISI420不锈钢表面低温渗氮层组织结构和耐蚀性能

对AISI420不锈钢进行低温等离子体渗氮处理,采用金相观察、X射线分析等手段对渗层组织结构进行表征,利用显微硬度仪以及腐蚀极化曲线等对渗层硬度和耐蚀性能进行测试。结果表明,不锈钢表面渗层组织均匀,渗层厚度随着温度和时间的增加而增加,渗层表面主要由Fe_4N和少量的过饱和含氮α相组成。渗氮后,不锈钢硬度明显增加,且随着时间的延长,渗层硬度升高;渗氮4 h和8 h后的试样耐蚀性均略有下降,但处理12 h后的试样耐蚀性升高,且经渗氮处理后,不锈钢表面形成钝化膜的半导体特性由未处理不锈钢的p型转变为n型。

新型金属间化合物基层状装甲防护复合材料

综述金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti力学性能方面的研究现状和研究进展,主要包括复合材料力学性能、装甲防护性能、失效形式、防护机理等几个方面。结合国内外的研究现状,对目前应开展的研究工作提出建议。

Al含量对Al-Fe-Si/Al原位复合材料的影响

采用粉末冶金瞬时液相烧结法制备Al-Fe-Si/Al原位复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及M-2000型磨损试验机研究Al含量对原位复合材料的微观结构、硬度和耐磨性的影响。结果表明:随着Al含量的增加,粗大FeAl相消失,针状的金属间化合物增强体Al0.5FeSi0.5长大成短棒状。当Al质量分数为77%时,细小的短棒状Al0.5FeSi0.5增强相弥散分布在基体中,复合材料硬度HV具有最高值283.7,其硬度约是纯铝的8倍,铝硅合金的2.5倍;复合材料的耐磨性约为纯铝的6.6倍,铝硅合金的4.5倍;耐磨性能最佳,磨损率为0.3781%,磨损机制为磨粒磨损。

双马来酰亚胺树脂/T700碳纤维复合材料性能研究

以双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体,以T700碳纤维为主要的功能性填料,采用预浸料热压罐成型工艺制备了不同铺层方式的BMI/T700碳纤维复合材料,并对BMI/T700碳纤维复合材料进行高温老化试验,浸泡试验及力学性能、热学性能测试。结果表明,碳纤维均质化良好,可提高纤维表面的浸润性能,其表面的沟槽有助于提高碳纤维复合材料力学性能。三种BMI/T700碳纤维复合材料中,BMI/G–T700碳纤维复合材料的拉伸性能达到815 MPa,高于钢材的拉伸性能;在210℃时老化240 h后,BMI/G–T700复合材料拉伸强度达806 MPa,弯曲强度达752 MPa,表现出较优的力学性能,符合耐高温材料的性能要求。

碳纳米管化学镀Ni/Ni_3P的表面改性研究

采用化学镀方法制备了Ni包覆碳纳米管(CNTs),利用红外光谱(IR)、场发射扫描电镜(FESEM)、能谱分析(EDS)以及X射线衍射分析(XRD)研究了混酸纯化、敏化活化、化学镀Ni工艺以及镀后热处理(HT)对化学镀的影响。结果表明:混酸纯化后CNTs在其表面形成了大量的羧基(-COOH)和羟基(-OH)等官能团,提高了CNTs在镀液中的分散性;当稳定剂NH_4Cl为35 g/L时,随着镀液温度的升高,镀层Ni含量先升高后降低;当温度为85℃时,镀Ni效果最佳,镀层Ni的质量分数为69.05%;热处理后镀层由非晶态的Ni-P层转变为Ni_3P晶态结构,镀层更加平滑致密。

不锈钢表面低温热扩渗层稳定性研究进展

概述了典型低温热扩渗技术种类与特点,归纳了低温热扩渗技术研究的材料体系以及合金元素对不锈钢表面低温热扩渗层的形成及稳定性的影响。重点综述了奥氏体不锈钢表面低温热扩渗层制备技术和"膨胀"γ相层稳定性研究的发展现状和取得的成果,包括奥氏体不锈钢表面低温渗氮技术制备的含氮"膨胀"γ相层,低温渗碳技术制备的含碳"膨胀"γ相层,以及低温氮碳共渗和低温渗氮+低温渗碳或低温渗碳+低温渗氮复合技术制备的含氮、碳"膨胀"γ相层等低温热扩渗层的稳定性及其合金元素影响的研究现状,包括气体法、液体法、等离子体法和等离子体湮没注入法等。同时归纳了Co-Cr合金、高熵合金、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等材料表面低温热扩渗层的制备及"膨胀"α相层热稳定性的研究现状。基于不锈钢表面低温热扩渗层制备和热稳定性研究现状的分析,展望了未来不锈钢表面低温热扩渗领域,特别是低温热扩渗层稳定性的研究发展方向。

烧结温度对Al-Fe-Si/Al原位复合材料组织和力学性能的影响

采用粉末冶金瞬时液相烧结法制备Al-Fe-Si/Al原位复合材料,利用XRD、SEM、EDS及电子万能压缩试验机研究了不同烧结温度对复合材料微观组织及力学特性的影响。结果表明:原位自生Al0.5FeSi0.5增强相晶粒随着烧结温度升高逐渐长大,由细针状向粒状、短棒状以及板条状转变,材料开口气孔率先降低后升高;随着烧结温度升高,维氏硬度与压缩强度呈先上升后下降的趋势,510℃时粒状、短棒状增强相弥散分布在基体上,硬度与压缩强度达到最大值,为283HV和293.4 MPa。烧结温度的升高增强了界面的结合强度,材料的界面和孔隙的综合作用决定了复合材料的性能。

搅拌温度对双粒径混合SiC_p/ZL107复合材料的影响

采用搅拌熔铸法制备双粒径SiCp/Al复合材料,利用扫描电镜(SEM)、电子万能试验机研究搅拌温度对复合材料的微观结构以及力学特性的影响。结果表明:SiC含量随着搅拌温度的升高而增加,在585℃两种粒径混合的SiC颗粒弥散分布在基体上,随温度继续升高,基体出现明显的贫SiC区域;复合材料的抗压强度、抗弯强度以及最大弯曲挠度均随着搅拌温度的升高先增大后减小,在585℃达到最大值,力学特性较纯铝、单一粒径的SiCp/ZL107复合材料有明显提高。SiC颗粒的分布以及界面结合强度决定复合材料的断裂机制。