超声辅助喷射电沉积Ni-Gns复合镀层制备工艺

针对传统的石墨负极存在着比容量低、充电时体积膨胀大导致电极结构不稳定、倍率性能差等缺点,提出采用镍-石墨烯纳米薄片(Ni-Gns)复合镀层作为锂离子电池负极材料的解决方案.为验证该材料的性能,创新研制超声辅助喷射电沉积实验装置,在不同的工艺条件下制得Ni-Gns复合镀层,并制成电池负极.采用正交实验法,以电极充放电循环50次后的放电容量为评价指标,测定最优的电沉积工艺参数组合.结果表明,电沉积参数显著性顺序为:Gns的掺量m>镀层厚度h>电流密度D>镀液温度T,最优数值组合为:m=0.75 g·L^(-1),h=30μm,D=33 A·dm^(-2),T=35℃.观察在此条件下制得的镀层的表面形貌和微观结构,发现Ni-Gns复合镀层结构致密,界面结合良好,Gns在其中弥散分布;给出碳族纳米纤维(晶须)作为增强相的过渡族金属-碳族复合材料电沉积过程机理模型.研究认为:超声波起到提升电沉积效率、改善镀层组织结构的作用;在功率超声和电沉积的协同作用下,Ni(基体相)和Gns(增强相)之间形成由"镍桥"搭接构成的密集且分布均匀的"逾渗导电网络",结合Gns的多层细密蜂窝状薄片结构和自身优异的力学、电化学性能,因此该材料的导电性能优异、结构稳定,适合用作锂离子电池负极材料.

改性石墨烯/环氧涂层厚度对其性能影响研究

为研究7A52铝合金表面有机涂层厚度对其性能的影响,采用刮涂棒控制涂层厚度,制备了5种不同厚度的改性石墨烯环氧涂层。通过耐冲击测试、柔韧性测试、摩擦磨损测试、交流阻抗谱及极化曲线测试,分别对不同厚度涂层的耐冲击性能、柔韧性、耐摩擦性能、耐腐蚀性能进行评价,并与未添加改性石墨烯涂层进行对比。改性石墨烯涂层的厚度>70μm时,涂层的机械性能均高于未添加改性石墨烯涂层,正冲、反冲测试均达到50kg·cm,且并未出现裂纹;同样条件下的摩擦磨损测试,未改性石墨烯涂层已经磨穿,大于70μm改性石墨烯涂层仍能保持良好的耐磨性能;交流阻抗测试同样表明,改性石墨烯涂层的耐腐蚀性能得到提高,但当厚度减少至60μm后,涂层耐腐蚀性能下降;大于70μm改性石墨烯涂层较未添加改性石墨烯涂层的腐蚀电流减小,腐蚀电位增加,耐腐蚀性能强于100μm未改性石墨烯涂层。

镍铝青铜基冷喷涂Cu402F与Cu涂层的力学性能

针对镍铝青铜合金在实际工况中的常见失效形式,采用冷喷涂技术在镍铝青铜9442合金上制备了紫铜和Cu402F修复涂层。使用OM以及SEM观察了涂层表面与截面的微观形貌,使用XRD对涂层进行表征,使用拉伸试验机、纳米压痕试验仪、摩擦磨损试验机测试了涂层的结合强度、显微硬度、弹性模量和摩擦学性能。结果表明:冷喷涂Cu402F涂层和紫铜涂层较为致密,厚度约为900μm;Cu402F涂层和紫铜涂层平均结合强度分别为34.37MPa和18.6MPa,显微硬度分别为5.79GPa、2.11GPa,弹性模量分别为198.23GPa、138.54GPa;Cu402F涂层摩擦系数、磨损率较低,减摩耐磨性能优于紫铜涂层。

4340钢表面热喷涂Mo涂层的制备与力学性能研究

金属钼具有高导电率、高导热性、高硬度、低摩擦系数等优良性能,有望作为涂层材料应用于电磁炮轨道,从而提高电磁轨道材料的抗烧蚀性能和耐摩擦磨损性能。利用超音速等离子喷涂工艺制备钼涂层,研究超音速等离子喷涂钼涂层的力学性能特点并讨论喷涂工艺对涂层性能的影响。实验结果表明:喷涂功率为54.6KW时,涂层的结合强度、致密度等性能均高于喷涂功率为44.2KW时的涂层试样。这是由于喷涂功率较高时,钼粉的融化比喷涂功率低时更为彻底,涂层之间结合更为紧密。

超音速等离子Mo-W喷涂层低速载流摩擦磨损性能研究

本文采用HEP-Jet超音速等离子喷涂系统在45CrNiMoVA钢表面喷涂Mo-W涂层来提升导轨表面耐磨性能。喷涂电流320A,喷涂电压140V,主气流量95m3·h^(-1)。通过载流摩擦磨损试验和3D形貌仪,考察发现涂层的摩擦系数随着电流的增大先增大后减小,涂层的磨损率随着电流的增大而增大。载流摩擦磨损的磨损程度明显比常规磨损严重。运用SEM及EDS等对Mo-W涂层的磨痕组织结构和微观形貌进行分析,其磨损机制有磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和电弧烧蚀磨损。低载流条件下,主要有粘着磨损和磨粒磨损,随着电流的增大,电弧烧蚀磨损发挥了明显的作用,并与粘着磨损相互作用,加剧了粘着磨损和电弧烧蚀磨损,其中粘着磨损占据主导作用。氧化磨损存在于载流磨损的全过程,但不是主导机制。电弧烧蚀磨损是载流摩擦磨损特有的磨损机制。

Al2O3颗粒含量对Cu基复合材料组织与性能影响

采用机械合金化与放电等离子烧结的方法制备了不同Al2O3体积分数的Cu-Al2O3复合材料。研究了Al2O3颗粒含量对Cu-Al2O3复合材料组织与性能的影响,特别是对导电性能的影响,比较了孔隙、第二相颗粒等不同因素对导电性能的影响。结果表明：随着Al2O3体积分数的增加,复合材料颗粒发生团聚,孔隙数量逐渐增多,材料的致密化程度不断下降;基体中弥散分布的Al2O3纳米颗粒可以显著提升复合材料的抗拉强度,抗拉强度最大达到596 MPa,伸长率最大可达3.65%。但Al2O3纳米颗粒的加入会导致复合材料导电率的下降,球磨过程中引入的杂质铁对复合材料导电性能影响最大,其次是纳米晶晶界、纳米Al2O3颗粒和孔隙,位错对导电性能的影响最小。

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流(AC)电场诱导法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度(黏度)等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明:MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^(-12) S/cm增加到1.3×10^(-8) S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。

一体化式超声喷射装置的仿真研制

针对传统超声喷射装置存在的实验结果可再现性差、超声喷头易被腐蚀污染等问题,采用DTM(Design Transducers Methods)软件进行模拟仿真,设计了一套一体化式超声喷射装置。首先,将换能器和变幅杆的结构模拟为变截面杆,按照一维纵振动模式构建力学模型并计算出其理论尺寸;然后,通过DTM软件进行模拟仿真、评估及优化设计,得到各部件的优选材质及最优尺寸;最后,利用PF9801型电参数测量仪和HP 4194A阻抗分析仪对所设计完成的实验装置实物进行了检测。结果显示:一体化式超声喷射装置的发射功率为80 W,换能器阻抗为10.9Ω,相角为-5°,接近纯阻性,换能器无功损耗低,电声转换效率高;共振频率为20.7 kHz,与设计值20.0 kHz相比,误差为3.5%,满足设计需求。