ISSN 1005-3093
CN 21-1328/TG
创刊于 1987 年 (月刊)
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1. Co0.525Fe0.475MnP化合物的室温磁热效应和磁电阻效应
孙乃坤,仲德晗,任增鑫,张扬,刘晓云
材料研究学报    2019, 33 (2): 124-130.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.395
摘要   HTML PDF (4913KB)  

采用多步骤固态烧结方法合成了具有单一Co2P相的Co0.525Fe0.475MnP化合物,其反铁磁有序温度在室温附近。在升温过程中,这种化合物经历两个连续的磁转变:在285 K发生反铁磁到铁磁的一级相变,在375 K发生由铁磁到顺磁的二级相变。在0~5 T的外磁场中,两个相变点温度对应的最大磁熵变分别为1.1 J/(kg·K)(303 K)和-2.0 J/(kg·K)(383 K)。外磁场为零时,随着温度的降低电阻率曲线在铁磁到反铁磁转变温度附近出现极小值,是铁磁有序与反铁磁有序的竞争所致。在35 K再次出现的电阻率极小值,可归因于由Fe替代Co引起的自旋无序所导致的金属-绝缘体转变。在5 T磁场中磁电阻率的最大值对应温度为200 K时的-2.5%,在反铁磁温度以上磁电阻率迅速减小。这表明,这种化合物的磁电阻效应源于外磁场对反铁磁有序的影响。

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2. 贱金属Ni电极的制备和性能
骆迁,姜朝斌,黄万雄,刘赐宇,严航,陈勇,叶波
材料研究学报    2019, 33 (2): 131-137.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.372
摘要   HTML PDF (4479KB)  

使用Ni、B粉和玻璃粉制备贱金属Ni电极浆料,加入松香松油醇作为有机溶剂。两组浆料中Ni粉,B粉和玻璃粉的质量百分比分别为70%、15%、15%和68%、16%、16%。将浆料涂覆在PTC半导瓷上在790~870℃烧结,制备出贱金属Ni电极。用SEM电镜观察电极样品截面的形貌。对不同烧结温度的Ni电极做截面EDX线扫以获取电极和陶瓷各组成元素的原子数的变化。改变浆料的组成和烧结温度调节了电极的匹配性以及体电阻、方阻等电学性能。在810~850℃区间内保温20 min,在PTC等半导瓷上得到的Ni电极具有良好电学性能。根据电极和瓷体主要元素的原子百分比的变化研究了陶瓷与电极的匹配性并分析了温度变化对扩散系数D以及原子浓度百分比变化的影响,探索了客观性质的微观机理。实现了Ni电极与PTC陶瓷的良好匹配。

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3. 结构调制超硬Ti/TiN纳米多层膜的制备及其尺寸效应
杨波波,孙珲,杨田林,郑小龙,徐涛,李方正,宋淑梅
材料研究学报    2019, 33 (2): 138-144.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.343
摘要   HTML PDF (7869KB)  

使用多弧离子镀技术在高速钢基体上制备了调制周期为5~40 nm的Ti/TiN纳米多层膜,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和划痕仪等手段表征薄膜的微观结构和性能,研究了调制周期对Ti/TiN纳米多层膜性能的影响,并讨论了在小调制周期条件下Ti/TiN纳米多层膜的超硬效应和多弧离子镀技术对纳米多层膜硬度的强化作用。结果表明,与单层TiN相比,本文制备的Ti/TiN纳米多层膜分层情况良好,薄膜均匀致密,没有明显的柱状晶结构,TiN以面心立方结构沿(111)方向择优生长。随着调制周期的减小薄膜的硬度呈现先增大后减小的趋势,并在调制周期为7.5 nm时具有最大的硬度42.9 GPa和H/E值。这表明,Ti/TiN在具有最大硬度的同时仍然具有良好的耐磨性和韧性。Ti/TiN纳米多层膜的附着力均比单层TiN薄膜的附着力高,调制周期为7.5 nm时多层膜的附着力为(58±0.9) N。

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4. 直接Z-型立方/六方ZnIn2S4复合光催化剂的制备及其光催化性能
陈顺生,李少珍,罗晓婧,王国宏
材料研究学报    2019, 33 (2): 145-154.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.387
摘要   HTML PDF (11874KB)  

通过水热反应方法制备出立方相ZnIn2S4和六方相ZnIn2S4和系列不同摩尔比的复合相ZnIn2S4光催化剂,使用X射线衍射、扫描电子显微镜、电子能谱、透射电子显微镜、光致发光光谱、N2吸附-脱附法及紫外-可见光漫反射等手段表征了样品的晶体结构、显微结构及吸光特性并在可见光照射下进行了甲基橙降解实验。结果表明,复合相ZnIn2S4样品都具有比立方相、六方相和机械混合的ZnIn2S4更好的可见光催化活性,当复合相ZnIn2S4样品中立方相与六方相摩尔比为3:7时体系的催化活性最高。这种样品被可见光照射30 min后,甲基橙的降解率达到95.2%。其降解机理与样品较大的比表面积以及样品中的立方相与六方相之间的密切接触而形成直接Z-型光催化过程有关。

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5. SiBN三元陶瓷纤维的聚硼硅氮烷裂解转化制备和性能
崔永杰,刘勇,彭帅,韩克清,余木火
材料研究学报    2019, 33 (2): 155-160.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.373
摘要   HTML PDF (3597KB)  

以三氯硅烷、六甲基二硅氮烷、三氯化硼和甲胺为原料合成聚硼硅氮烷前驱体,对前驱体进行熔融纺丝和不熔化处理,将其高温裂解后制备出SiBN陶瓷纤维。使用FT-IR、NMR、XRD、TEM、TGA等表征手段研究了在不同聚合温度下聚硼硅氮烷前驱体的化学结构特征、SiBN陶瓷纤维的高温热稳定性、介电性能以及力学性能。结果表明:在不同温度下制备的聚硼硅氮烷前驱体的骨架为Si-N-B,均含有HSiN3、BN3及NCH3等结构。在1400℃热处理后SiBN陶瓷纤维仍保持无定形态,直径为14 μm,拉伸强度达到0.91 GPa。在氮气气氛中SiBN陶瓷纤维从室温到1400℃的失重为1.5%,表明这种纤维具有较高的热稳定性。SiBN陶瓷纤维的介电常数为2.6~2.8,损耗角正切的数量级为10-2

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6. 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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7. 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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8. 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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9. 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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10. 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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11. 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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12. 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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13. 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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14. 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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15. 热等静压温度和粉末粒度对Ti2AlNb合金组织与性能的影响
刘巧沐,吴杰,陈玉龙,陈乾明,裴会平,徐磊
材料研究学报    2019, 33 (3): 161-169.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.509
摘要   HTML PDF (5617KB)  

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数, %)的预合金粉末,通过预合金粉末热等静压工艺制备了Ti2AlNb粉末冶金合金。研究结果表明,热等静压温度显著影响Ti2AlNb粉末冶金合金的显微组织,需严格控制。为了对比研究,选取了平均粒度分别为70 μm和200 μm的两种Ti2AlNb预合金粉末,制备坯料并测试性能,探讨了粉末粒度的选取原则,分析了粉末粒度对Ti2AlNb粉末冶金合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,粉末粒度对合金室温拉伸强度无显著影响,但会对高温拉伸强度和高温持久寿命产生显著影响,由粗粉(平均粒度200 μm)制成的合金高温持久寿命较细粉(平均粒度70 μm)的降低大约40%。

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16. LiCoO2/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2混合正极的颗粒级配与电化学性能
薛江陪,姜春海,邹智敏,潘炳炫
材料研究学报    2019, 33 (3): 170-176.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.282
摘要   HTML PDF (8440KB)  

通过机械球磨制备不同质量比的LCO/NCA混合正极材料,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征其相结构和微观形貌,研究了这种材料的电化学性能。结果表明,两种正极材料球磨混合后其晶体结构均未改变,但是初始的NCA球形二次颗粒被打散,形成的纳米粒子弥散填充在LCO微米颗粒的孔隙之间,提高了正极材料的涂膜密度和二者之间的接触紧密性。当LCO:NCA=6:4时混合正极材料具有最佳的颗粒级配效果,其首次充放电效率最高,为92.4%;在10 C (1 C=140 mA·g-1)倍率下的比容量(136 mA·h·g-1)是0.2 C时的78.0%,出现了明显的协同增强效果;在1 C倍率下循环100次其容量保持率为89.8%,表现出优异的电化学性能。

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17. 电化学刻蚀参数对高阻厚壁宏孔硅阵列表面形貌的影响
安欢,伍建春,张仲,王欢,孙华,展长勇,邹宇
材料研究学报    2019, 33 (3): 177-184.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.252
摘要   HTML PDF (15327KB)  

采用光电化学刻蚀方法,在电阻率为4~5 kΩ·cm的n-型[100]单晶硅片上制备了厚壁有序宏孔硅阵列。通过对比有限元法模拟诱导坑周围的电场分布,研究了刻蚀参数(电解液、光照、电压)对阵列表面形貌的影响。在刻蚀成孔的过程中,诱导坑对孔的限制受电场分布和实验条件的共同影响,出现刻蚀偏离的现象。模拟结果显示,诱导坑上的电场强度沿着单晶硅的[100]和[110]晶向的分布。这种分布的结果是,随着光照强度的提高和刻蚀溶液表面自由能的降低刻蚀由原光刻图形的(110)面向(100)面偏离。提高刻蚀电压可抑制刻蚀偏离,有利于诱导坑快速刻蚀成孔,从而形成规整的厚壁宏孔硅阵列。

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18. 氮流量比对磁控溅射(CoCrFeNi)Nx高熵合金薄膜的组织和性能的影响
刘晓东,谈淑咏,霍文燚,张旭海,邵起越,方峰
材料研究学报    2019, 33 (3): 185-190.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.374
摘要   HTML PDF (3304KB)  

采用直流磁控溅射法制备(CoCrFeNi)Nx高熵薄膜,研究了氮流量比对薄膜的力学性能和电磁性能的影响。结果表明,在不同氮流量比条件下制备的(CoCrFeNi)Nx薄膜,都具有致密的组织、简单的FCC结构并呈现(200)择优取向。随着氮流量比从10%提高到30%,薄膜的硬度和弹性模量随之增大,其最大值达到14 GPa和212 GPa;电阻率基本上呈增大的趋势,最大值达到138 μΩ?cm;饱和磁化强度和磁导率随之减小,薄膜饱和磁化强度最高为427.43 emu/cm3。薄膜的矫顽力约为0。

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19. 终轧温度对Ti-V-Mo复合微合金钢组织演变和硬度的影响
张可,赵时雨,隋凤利,李昭东,叶晓瑜,孙新军,黄贞益,雍岐龙
材料研究学报    2019, 33 (3): 191-198.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.522
摘要   HTML PDF (9526KB)  

采用Gleeble3800热模拟试验机、OM、EBSD、TEM及Vickers硬度计等研究终轧温度对Ti-V-Mo复合微合金钢的组织转变、析出相和硬度的影响,并阐明了组织演变和硬度变化的原因。结果表明,不同终轧温度的Ti-V-Mo钢其组织均为多边形铁素体;随着终轧温度由1000℃降低到800℃,Ti-V-Mo钢的硬度由400HV提高到427HV;铁素体晶粒的平均尺寸由3.44 μm减小到3.05 μm;(Ti, V, Mo)C粒子的析出数量增加,其平均尺寸由8.38 nm减小到6.25 nm。随着终轧温度的降低,铁素体平均晶粒尺寸的减小和纳米级(Ti, V, Mo)C粒子的增多及细化是硬度增大的主要因素。在980℃以下,降低终轧温度(Ti, V, Mo)C在奥氏体中的形核率不断减小,使得其在铁素体中析出的10 nm以下的(Ti, V, Mo)C粒子不断增多,促进了硬度的提高。

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20. (Gd, Y)相对GW103K时效合金局部腐蚀的影响
于爽,贾瑞灵,张函,张伟,郭锋
材料研究学报    2019, 33 (3): 199-208.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.483
摘要   HTML PDF (16195KB)  

对Mg-10Gd-3Y-0.4Zr(GW103K)合金进行193 h时效处理,使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观测块状和链状相的微观结构和腐蚀形貌,使用扫描开尔文探针显微镜(SKPFM)测试块状相和链状相与基体之间的相对电势差,研究了这些相对GW103K合金局部腐蚀的影响。结果表明:分布在晶内和晶界的单独块状相为Mg2(Gd, Y)相,(Gd, Y)固溶体与Mg2(Gd, Y)相交替排列形成链状相。(Gd, Y)固溶体和Mg2(Gd, Y)相的相对电势均高于基体,与相邻基体形成微电池,(Gd, Y)固溶体和Mg2(Gd, Y)相作为阴极促进了周围基体的腐蚀。尽管(Gd,Y)固溶体与基体之间的相对电势差更大,但是与基体的相界面为共格界面,界面能低、化学稳定性高,因此对基体腐蚀没有更强烈的影响。

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21. 乙酯官能化聚酰亚胺的热致重排及其对CO2的吸附性能
鲁云华,肖国勇,李琳,董岩,迟海军,胡知之,王同华
材料研究学报    2019, 33 (3): 209-217.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.280
摘要   HTML PDF (4983KB)  

先使两种含有邻羟基和大体积结构的二胺单体3,3’-二氨基-4,4’-二羟基四苯基甲烷(DDTPM)和9,9-双(3-氨基-4-羟基苯基)芴(BAHPF)分别与六氟二酐(6FDA)进行低温溶液缩聚反应并经化学酰亚胺化得到两种乙酯官能化的聚酰亚胺(PI),然后在425℃氮气氛围中进行热处理制备出相应的热致重排(TR)聚合物。使用红外光谱仪(FTIR)、核磁共振波谱仪(NMR)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线光电子能谱(XPS)、X-射线衍射仪(XRD)以及Autosorb iQ2等手段表征两种PI和TR聚合物的结构和性能,研究了乙酯官能化聚酰亚胺的热致重排及其CO2吸附性能。结果表明:PI(DDTPM-6FDA)和PI(BAHPF-6FDA)都发生了部分热致重排反应,且含有两个苯基的PI比含有芴基的PI具有更宽的重排温度范围。它们均具有较高的玻璃化转变温度(Tg)和较宽的晶面间距。TR(DDTPM-6FDA)和TR(BAHPF-6FDA)的比表面积分别为198和582 m2/g,孔径为0.42和0.44 nm,均为微孔聚合物材料,后者对CO2的吸附能力更强。

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22. 锻态TB6钛合金β相区压缩变形行为和动态再结晶
欧阳德来,崔霞,鲁世强,徐勇
材料研究学报    2019, 33 (3): 218-224.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.380
摘要   HTML PDF (9847KB)  

使用圆柱形试样在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上进行锻态TB6钛合金β相区的热压缩实验(变形温度950~1100℃,应变速率0.001~1 s-1),研究了合金的高温压缩变形和动态再结晶行为。结果表明,这种合金在β相区的变形激活能为246.7 kJ/mol,其热变形机制是动态再结晶,动态再结晶新晶粒的主要形核机制是弓弯形核。当应变速率为0.01~0.1 s-1、变形温度为<1000℃时动态再结晶的发展比较充分,变形组织明显细化;当变形温度高于1000℃、应变速率低于0.001 s-1时,动态再结晶的晶粒明显粗化。在动态再结晶的晶粒尺寸D与Z参数之间存在着相关性,其函数关系为D=6.44×102·Z-0.1628

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23. 新型含铝奥氏体耐热合金的高温塑性变形行为和热加工性能
杨雨童,罗锐,程晓农,桂香,陈乐利,王威,郑琦
材料研究学报    2019, 33 (3): 232-240.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.432
摘要   HTML PDF (29707KB)  

新型含铝奥氏体耐热合金(AFA)进行压缩热模拟试验,使用OM和EBSD等手段研究了这种合金在950~1150℃和0.01~5 s-1条件下的微观组织演变、建立了基于动态材料模型热加工图、分析了变形参数对合金加工性能的影响并按照不同区域组织变形的特征构建了合金的热变形机理图。结果表明:新型AFA合金的高温流变应力受到变形温度和应变速率的显著影响。在变形温度为950~1150℃和应变速率为0.18~10 s-1条件下,这种合金易发生流变失稳。在变形温度为1050~1120℃、应变速率0.01~0.1 s-1和变形温度1120~1150℃、应变速率10-0.5~10-1.5 s-1这两个区间,这种合金发生完全动态再结晶行为且其再结晶晶粒均匀细小,功率耗散因子η达到峰值45%。新型AFA合金的热加工艺,应该优先选择再结晶区域。

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24. 铜在碳钢中扩散及其对碳钢耐腐蚀性的影响
马涛,李慧蓉,高建新,李运刚
材料研究学报    2019, 33 (3): 225-231.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.338
摘要   HTML PDF (3540KB)  

用水溶液电沉积法在碳钢表面电镀铜并进行高温扩散退火,用Den-Broeder法计算铜在碳钢中的扩散系数,研究了铜在碳钢中的扩散行为及其对碳钢耐腐蚀性的影响。结果表明,铜在碳钢中的扩散主要沿晶界进行,铜的扩散抑制了热处理过程中碳钢晶粒的长大。铜在碳钢中的扩散系数为1.11×10-16~3.03×10-11 cm2/s,扩散系数随着退火温度的提高而升高,随着铜浓度的提高而降低。铜在碳钢高温奥氏体区中扩散所需的激活能为126~167 kJ/mol,在高于低温铁素体+奥氏体混合区中激活能为90~108 kJ/mol。通过铜在碳钢中的扩散制备的Cu-Fe梯度材料,具有优良的耐腐蚀性。

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25. 淬火速率对汽车用高强铝合金性能的影响
李承波,邓运来,唐建国,李建湘,张新明
材料研究学报    2019, 33 (2): 103-108.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.391
摘要   HTML PDF (9566KB)  

采用力学性能测试、电导率测试和透射电子显微镜研究了淬火速率对汽车用高强铝合金性能的影响。结果表明:淬火速率从960℃/s降低到1.8℃/s,电导率提高了5.7% IACS,硬度的下降率为40%,抗拉强度和屈服强度的下降率分别为24.2%和56.9%,硬度和强度与淬火速率的对数呈线性关系。随着淬火速率的降低,淬火析出相的尺寸和面积分数显著增大,导致性能下降。淬火速率为1.8℃/s时,淬火析出相的平均尺寸为465.6 nm×158.2 nm,析出相的面积分数为42.1%。

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26. 挤压态6013-T4铝合金在动态冲击载荷下的变形行为及其微观机理
叶拓,吴远志,刘安民,唐徐,李落星
材料研究学报    2019, 33 (2): 109-116.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.504
摘要   HTML PDF (9083KB)  

使用霍普金森压杆试验装置进行挤压态6013-T4铝合金的室温动态压缩实验,应变速率为1×103~3×103 s-1。结果表明,6013-T4铝合金在动态压缩过程中表现出明显的应变硬化和正应变速率敏感性;随着应变和应变速率的提高位错密度增大,在高应变速率和大应变量变形后试样的位错塞积显著。在相同的变形条件下0°方向试样的应力总是最高,而45°方向试样的应力最低。挤压态6013-T4合金的主要织构类型为{112}<111>和{110}<111>。对于{112}<111>织构,0°、45°和90°方向的最大施密特因子分别为0.27、0.49和0.41。对于{110}<111>织构,最大施密特因子分别为0.27、0.43和0.41。0°方向的施密特因子最小,使该方向的应力水平较高。在相同的应变速率和应变量条件下动态压缩变形时,0°方向试样的位错密度更高。在冲击件的材料选择和结构设计中有必要考虑材料的应变速率敏感性、力学性能各向异性以及微观组织的演变。

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27. 45钢表面Ni/WC复合熔覆层的形成机制
杨贵荣,高大文,宋文明,张玉福,马颖
材料研究学报    2019, 33 (2): 87-94.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.510
摘要   HTML PDF (18359KB)  

采用真空熔覆技术在45钢表面制备Ni +WC复合熔覆层并进行阶段性取样,研究镍基复合涂层的形成机制。结果表明:在45钢表面生成与基体冶金熔合、WC硬质颗粒分布均匀的Ni基复合熔覆层。整个熔覆层由4 mm厚的复合层、1 mm厚的过渡层、20 μm厚的扩散熔合区以及250 μm厚的扩散影响区组成。复合层区由WC和分解形成的富W复相碳化物包围在Ni颗粒周围组成;复合熔覆层的主要组成相有γ-Ni固溶体、Cr7C3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6、Ni3Fe、Ni3Si、Ni3B、W2C以及C等;真空熔覆过程包括:镍基合金颗粒达到熔点(900℃)前升温阶段颗粒间微烧结颈的形成、升温达到熔点(1020℃)开始的镍基合金颗粒熔融以及保温阶段(1060℃)的熔合扩散与WC颗粒微区位置的调整。

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28. Pd/PANI纳米纤维的液相合成及其对乙醇的电化学行为
谭德新,胡伟,陈素娴,简杰婷,周丽珊,王艳丽
材料研究学报    2019, 33 (2): 81-86.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.398
摘要   HTML PDF (5337KB)  

以苯胺为单体、PdCl2为金属前驱体、过硫酸铵为氧化剂,在避光条件下液相化学氧化合成Pd/PANI纳米纤维,用XRD、FESEM、TEM、SAED、HRTEM、FT-IR和UV-vis等手段对其表征,研究了 Pd/PANI纳米纤维修饰玻碳电极对乙醇的电化学行为。结果表明,Pd/PANI纳米纤维的平均直径为20 nm,长度为500 nm;平均直径为6 nm的纳米Pd颗粒单分散分布在PANI纤维中;Pd/PANI纳米纤维修饰电极的ECSA值为54.76 m2/gPd,是商用Pd/C催化剂(6.08 m2/gPd)的9倍,其jf/jb值为1.192。

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29. PBT/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及热处理
肖文强,黄欢,陈林,严磊,卞军,鲁云
材料研究学报    2019, 33 (2): 95-102.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.397
摘要   HTML PDF (6919KB)  

先用Hummer法合成氧化石墨烯(GO),然后用熔融共混法制备了不同GO含量的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纳米复合材料(PBT/GO)。随着GO含量的提高PBT/GO纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度都先提高后降低,GO的含量为0.5%的材料性能最佳。将GO含量为0.5%的PBT/GO纳米复合材料在不同温度(150、180和200℃)热处理不同时间(30、60和90 min),研究了热处理对其结构和性能的影响。结果表明,随着热处理温度的提高PBT/GO纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度最高达63.2 MPa和11.6 kJ/m2,比热处理前分别提高了36.1%和59.3%。而随着热处理时间的延长其拉伸强度和冲击强度最高分别为62.3 MPa和11.0 kJ/m2,分别提高了34.2%和51.9%。DSC分析结果表明,提高热处理温度和延长热处理时间都能提高复合材料的结晶度,结晶度比热处理前最多分别提高了11.4%和8.6%,温度对结晶度的影响更甚。XRD测试结果表明,热处理并不改变复合材料的晶型结构,只影响其结晶度。导热性能测试结果表明,复合料的结晶度越高则导热性能越好。提高热处理温度,复合材料在50℃和100℃的热导率最高分别为0.49 W/(m·K)和0.42 W/(m·K),比热处理前分别提高了24.1%和18.6%;延长热处理时间,复合材料在50℃和100℃的热导率最高分别为0.46 W/(m·K)和0.37 W/(m·K),比热处理前分别提高了14.6%和5.9%,热处理温度对导热性能的影响更显著。

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30. 3D打印医用钛合金的抗菌性能和体外生物相容性
李改明,刘思雨,战德松,刘蕊,任玲,杨柯,王敬人,王强
材料研究学报    2019, 33 (2): 117-123.   DOI: 10.11901/1005.3093.2018.548
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应用选择性激光熔融技术(SLM)制备出3D打印医用钛合金Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4V-5Cu,用平板共培养法研究测定其抗菌性能,用CCK8细胞增殖测定法、鬼笔环肽细胞骨架染色法和Annexin-V/PI流式细胞术研究了这种合金的抗菌性能和对小鼠胚胎成骨前体细胞(MC3T3-E1)的体外生物相容性影响。结果表明,3D打印Ti-6Al-4V-5Cu合金具有较高的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到(57.03±1.55)%。在CCK8细胞增殖毒性测定、细胞骨架鬼笔环肽染色实验和Annexin-V/PI双标记法流式分析三种研究中Ti-6Al-4V-5Cu表现的优越,具有更好的体外生物相容性。

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