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ISSN 1005-3093
CN 21-1328/TG
创刊于 1987 年 (月刊)
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  2018年, 第32卷, 第8期 刊出日期:2018-08-29 上一期   
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研究论文
高强钢断裂韧性KIC的小尺寸试样评价方法
段启强, 王斌, 张鹏, 屈瑞涛, 张哲峰
材料研究学报. 2018, 32 (8): 561-566.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.107
摘要   HTML   PDF (3636KB)

研究了不同尺寸的0Cr13Ni8Mo2Al沉淀硬化高强钢断裂韧性试样的断口形貌和断裂机理。结果表明:断裂韧性试样的拉断区可分为裂纹慢速扩展区(解理区)和快速扩展区(韧窝区);而断裂能,则主要消耗在裂纹慢速扩展区内。本文建立了断裂韧性KIC的小尺寸试样评价方法。根据该方法,使用小尺寸试样测得的断裂韧性KIC值与使用标准试样测得的断裂韧性KIC值之间的相对误差为9%,没有超过10%。这个结果表明,使用小尺寸试样评价方法测出的金属材料的断裂韧性KIC值是十分可靠的。

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有耗频率选择表面蜂窝吸波复合材料的电磁性能
陈育秋, 祖亚培, 宫骏, 孙超, 王晨
材料研究学报. 2018, 32 (8): 567-574.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.678
摘要   HTML   PDF (1667KB)

采用芳纶纸蜂窝与有耗频率选择表面复合设计兼具重量轻、强度高及吸波带宽宽的蜂窝吸波复合材料,研究了蜂窝吸波复合材料中蜂窝的厚度和有耗频率选择表面对结构电磁性能的影响。用等效电路法分析了传统孔径型方环有耗频率选择表面的电磁波吸收原理及该结构在宽频电磁吸收方面的缺陷。使用开槽的方法增大该结构等效电容的作用,在保持高频吸收性能基本不变的情况下增大了低频吸收峰,改进了结构的低频吸收性能,使吸波带宽展宽1倍以上。通过matlab计算出等效电容和等效电感,结果表明:方环形有耗频率选择表面的环宽度只改变等效电感的大小,等效电容保持不变;等效电感的大小主要影响高频吸收峰位,等效电容的大小主要影响低频吸收峰位。蜂窝厚度主要影响低频吸收峰值和高频吸收峰位。基于以上特性设计出具有宽频电磁波吸收性能、厚度为6 mm的蜂窝夹芯结构吸波材料:在6 mm蜂窝介质表面覆盖开槽方环形有耗频率选择表面,最下面为金属反射层,其-10 dB的电磁波吸收带宽达到14 GHz。测试结果与设计结果基本一致。

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Mo/Nb/Ti/Zr微合金化对Fe-Cr-Al不锈钢第二相析出和显微硬度的影响
王镇华, 温冬辉, 吕阳, 郝家苗, 王清, 许余
材料研究学报. 2018, 32 (8): 575-583.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.675
摘要   HTML   PDF (6320KB)

研究了Mo/Nb/Ti/Zr微合金化对Fe-Cr-Al不锈钢中第二相的析出和显微硬度的影响。通过团簇式成分设计方法确定了三元基础成分为[Al-(Fe12Cr2)](Al0.5Cr0.5),进而根据相似元素替代原则添加微量元素设计出系列多元成分合金。使用真空电弧熔炼炉制备合金铸锭并对其进行1200℃/2 h的固溶处理,在800℃进行多道次热轧制成板材,最后进行800℃/24 h时效处理。对系列样品进行XRD结构分析、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)显微组织表征以及显微硬度测试。结果表明,添加微量合金化元素的种类和含量影响第二相粒子的析出状态。当合金化元素Mo与Nb的比例(原子百分比)为2:1时析出的第二相粒子在铁素体基体中弥散分布,且粒子尺寸较小,不锈钢的硬度较高为250 HV;在此基础上添加Ti替代Nb使第二相粒子的析出量显著降低而粒子尺寸略有增大,不锈钢的硬度较低为240 HV;添加Zr使析出相的粒子偏聚且粗化,但是其硬度仍然比较高(~246 HV)。

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三聚氰胺四羟甲基硫酸磷阻燃剂的合成及其在EPS泡沫中应用
王正洲, 杨婷, 胡立飞
材料研究学报. 2018, 32 (8): 584-590.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.336
摘要   HTML   PDF (1371KB)

使用三聚氰胺和四羟甲基硫酸磷合成三聚氰胺四羟甲基硫酸磷(MTHPS)阻燃剂,并用红外光谱(FTIR)、核磁共振谱(NMR)等手段对其结构进行了表征。采用包覆法将含有MTHPS阻燃剂的热固性酚醛树脂胶包覆在预发泡的可发性聚苯乙烯(EPS)珠粒的表面,再通过水蒸汽发泡、模压成型工艺制备出无卤阻燃的EPS泡沫材料。研究了MTHPS用量对EPS泡沫材料的阻燃性能和力学性能影响。结果表明,MTHPS用量为50 phr的阻燃EPS泡沫材料其氧指数为34.0%,达到UL 94 V-0级;随着MTHPS用量的增加,阻燃EPS泡沫材料的压缩强度和弯曲强度提高。

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不同高径比固体浮力材料的单轴压缩变形机制和能量耗散特征
梅志远, 周晓松, 吴梵
材料研究学报. 2018, 32 (8): 591-598.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.342
摘要   HTML   PDF (2162KB)

将试验测试与数值模拟相结合,研究了不同高径比固体浮力材料在单轴压缩载荷作用下的变形机制和能量耗散特征。先使用MTS-45型万能材料试验机对五种不同高径比固体浮力材料试件进行单轴压缩试验,分析其力学响应特征和破坏模式;然后基于单轴压缩试验结果并使用ABAQUS有限元软件建立反映固体浮力材料宏观力学性能的数值分析模型,对比分析了不同高径比固体浮力材料在单轴压缩载荷作用下的变形演变机制和能量耗散历程。结果表明:固体浮力材料核心承载应力圆的扩展是压缩过程进入塑性平台阶段的一个标志,塑性平台阶段的变形特征以压缩膨胀为主。进入致密压实阶段后,随着高径比的增大试件变形由对称式双凹圆盘变形特征转变为非对称式滑移变形特征。高径比越小的固体浮力材料试件其破坏吸收的能量增加越快、峰值应力后的破坏越呈现出塑性剪切破坏特征。高径比越大,越呈现出压缩断裂破坏特征。

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基于碳酸镁模板的氮掺杂多孔炭的制备及其电化学性能
范景彪, 李志伟, 骆建敏, 黄艳, 陈楠楠, 米红宇
材料研究学报. 2018, 32 (8): 599-606.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.353
摘要   HTML   PDF (4697KB)

以碳酸镁为模板、聚苯胺为炭源、聚乙二醇为粘接剂,通过简单的炭化过程制得氮掺杂多孔炭(C2)。以聚苯胺直接炭化物(C1)作为对比样。使用扫描电镜、透射电镜、N2吸脱附、热重、红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射谱、X光电子能谱等手段对样品进行了表征。结果表明,多孔的C2样品比表面积为249.8 m2/g,远比C1的(19.8 m2/g)高。C1和C2中的氮原子含量(原子分数)接近,分别为5.48%和4.8%。较高的比表面积和一定的氮掺杂使C2具有良好的电化学电容行为。在电流密度为1 A/g的条件下C2的比电容为268 F/g,经过8000圈的充放电循环(电流密度为4 A/g)表现出极好的电化学稳定性。

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硅酸钠溶液的模数对Zn-5%Al镀层上硅酸盐转化膜的影响
许璐, 车淳山, 孔纲, 王彦启, 曹祖军
材料研究学报. 2018, 32 (8): 607-615.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.372
摘要   HTML   PDF (4269KB)

使用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外吸收光谱 (FT-IR)、X射线光电子能谱 (XPS)等手段研究了经不同模数(SiO2:Na2O=2.0,3.0,3.5,4.0,4.5)硅酸钠溶液处理的热浸Zn-5%Al镀层表面硅酸盐转化膜的形貌和结构,并根据电化学交流阻抗(EIS)研究了膜层的耐蚀性。结果表明:与未处理的热浸镀Zn-5%Al试样相比,钝化后的试样耐蚀性有较大的提高,且模数为4.0时的膜层透明,表面均匀平整,膜层阻抗达到204.22 kΩ? cm2,耐蚀性最高;而模数为2.0时的膜层表面有较多的裂纹,耐蚀性最低。硅酸盐转化膜主要由硅酸锌、铝硅酸盐和二氧化硅、铝氧化物/氢氧化物、锌氧化物/氢氧化物组成,根据膜层分析对Zn-5%Al镀层硅酸盐转化膜的成膜机理进行了讨论。

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不同氮源对掺氮石墨烯的结构和性能的影响
李子庆, 赫文秀, 张永强, 于慧颖, 李兴盛, 刘斌
材料研究学报. 2018, 32 (8): 616-624.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.331
摘要   HTML   PDF (2822KB)

先用改进的Hummers方法冷冻干燥制备氧化石墨(GO),再分别以水合肼、氨水、乙二胺、尿素作为掺氮剂和还原剂用一步水热法合成掺氮石墨烯。使用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、同步热重分析(TGA)、氮气吸脱附分析等手段表征了样品的微观结构和形貌,应用循环伏安、电化学交流阻抗、恒流等充放电技术测试了样品的电化学性能。结果表明:四种掺氮剂皆能有效还原GO,制备出掺氮含量(质量分数)分别为4.99%,6.35%,7.70%和9.18%的石墨烯。氮元素以“pyridinic N”、“pyrrolic N”、“graphitic N”三种形式掺杂到石墨烯的晶格中。由乙二胺和尿素还原制备的掺氮石墨烯比电容可达187.6 F·g-1和191.6 F·g-1,电化学性能最高。

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新型聚丙烯酸水凝胶的自愈及其溶胀动力学
杨琴, 房春娟, 赵娜, 赵军凯, 王文东
材料研究学报. 2018, 32 (8): 625-630.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.169
摘要   HTML   PDF (1284KB)

以丙烯酸(AA)、水、七元瓜环(CB[7])和过硫酸钾(KPS)、NaCl为原料制备七元瓜环/聚丙烯酸水凝胶(CB[7]/PAA hydrogel),宏观观察了CB[7]/PAA hydrogel的自愈性,研究了这种自愈水凝胶的网络形成作用力。结果表明:这种水凝胶网络的形成作用力主要是多重氢键,具有自愈性,自愈后的最大拉伸量约为原长的1.73倍;AA含量较低时随着AA含量的提高溶胀率和溶胀速率增大,AA含量较高时随着AA含量的提高溶胀率和溶胀速率减小;这种水凝胶的溶胀率与溶胀速率,在pH值为7. 6的水溶液中的值明显高于在pH值为10.0和4.0水溶液中的值。使用Non-Fickian扩散模型研究了CB[7]/PAA hydrogel的溶胀机理。CB[7]/PAA hydrogel的动力学指数n、凝胶速率常数K和水分子扩散系数D的值表明,这种水凝胶的溶胀符合Non-Fickian扩散模式,在溶胀初期水分子的扩散速率与凝胶中的链段松弛速率相当。

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镀锌钢在模拟广州地区大气环境中的室内加速腐蚀研究
王劲, 黄青丹, 刘静, 张亚茹, 乔创, 郝龙, 董俊华, 柯伟
材料研究学报. 2018, 32 (8): 631-640.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.543
摘要   HTML   PDF (5189KB)

采用室内干/湿交替模拟大气腐蚀试验方法(CCT)、腐蚀失重、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等手段,研究了输电杆塔用热浸镀锌钢在模拟广州地区大气环境条件下的腐蚀动力学、产物形貌与结构、相组成等性质的演化。结果表明:在当前模拟条件下,单位面积镀锌钢在实验室120 cycles后的腐蚀失重量与广州地区实场曝晒6个月的腐蚀失重量相当;镀锌钢120 cycles的腐蚀过程分为两个阶段,初期腐蚀速率较大,锈层较薄、疏松、多孔、不连续、与基体结合不紧密;随着腐蚀周期的延长,腐蚀速率明显降低,锈层逐渐增厚、致密、完整连续、与基体结合紧密的内锈层逐渐形成。此外,镀锌钢大气腐蚀产物主要由ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3、ZnSO4、Zn5(OH)6(CO3)2、Zn4(OH)6SOxH2O、Zn5(OH)8Cl2和Zn12(OH)15Cl3(SO4)3等组成,但结晶度不高;随着腐蚀周期的延长,锈层中稳定性相Zn4(OH)6SOxH2O和Zn5(OH)6(CO3)2含量逐渐增多,不稳定性相Zn12(OH)15Cl3(SO4)3含量逐渐减少。

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