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ISSN 1005-3093
CN 21-1328/TG
创刊于 1987 年 (月刊)
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  2011年, 第25卷, 第6期 刊出日期:2011-12-25 上一期    下一期
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研究论文
具有固--液转变的磁性Fe3O4纳米流体的制备、结构及性能
檀雨默 张爱波 郑亚萍 兰岚 陈伟
材料研究学报. 2011, 25 (6): 561-565.  
摘要   PDF (965KB)
Fe3O4纳米粒子与离子型改性剂N, N-二癸基-N-甲基-N-三甲氧基硅正丙基氯化铵进行接枝反应, 再采用反离子脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐的长链阴离子交换Cl-, 在Fe3O4纳米粒子表面得到具有阴、阳离子双电层结构的表面处理层, 制备出了无溶剂Fe3O4纳米流体。分析结果表明, 表面处理层已成功地接枝在Fe3O4纳米粒子表面, 改性的Fe3O4纳米粒子呈单分散, 其损耗剪切模量G''明显大于储能剪切模量G', 并具有明显的流体行为, 室温下存放一年状态稳定, 流动性良好。
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EDTA吸附特性及其对α半水脱硫石膏晶形的影响
彭家惠 瞿金东 张建新 邹辰阳 陈明凤
材料研究学报. 2011, 25 (6): 566-572.  
摘要   PDF (1138KB)
用扫描电镜、显微红外、紫外吸收光谱、X光电子能谱等研究了乙二胺四乙酸(简称EDTA)在α半水石膏表面的吸附特性, 从晶体生长角度分析了EDTA的调晶机理。结果表明: EDTA在α半石膏表面吸附为化学吸附, 其吸附等温线符合Langmuir方程, 最大吸附量为15.2 mg/g, 吸附层厚度6.5 nm; EDTA改变了α半水石膏晶体生长习性与形貌, 晶体在c轴生长被抑制, 晶形有长棒状转变为短柱状, 且晶体尺度增大;EDTA调晶效果对pH值较敏感, EDTA在中性区间调晶效果最佳。EDTA通过羟基与Ca2+的络合作用选择吸附在α半水石膏(111)面, 抑制其c轴方向生长, 使晶体沿c轴方向生长的比较优势被削弱甚至逆转, 导致α半水石膏晶体生长习性和形貌发生变化。
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采用BNi--7的Ti(C,N)基金属陶瓷与17--4PH沉淀硬化不锈钢的真空钎焊研究
王风振 王全兆 于宝海 肖伯律 马宗义
材料研究学报. 2011, 25 (6): 573-578.  
摘要   PDF (967KB)
采用镍基共晶钎料BNi--7对Ti(C,N)基金属陶瓷与17--4PH沉淀硬化不锈钢行了真空钎焊连接。研究了钎焊温度和焊缝厚度对焊接接头力学性能和微观结构的影响。
结果表明, BNi--7对金属陶瓷粘结相具有较强的溶解能力, 这是熔降元素(磷)能够在金属陶瓷侧大范围分布、钎焊接头获得良好界面结合的主要原因。随钎焊温度升高, 磷在金属陶瓷侧的分布区域逐渐扩大, 在1100℃保温60 min、焊缝厚度为50μm的工艺下获得了最高的接头抗剪强度454 MPa。
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单壁碳纳米管负载Pt基二元金属催化剂对甲醇和乙醇氧化的电催化性能研究
董红周 董立峰
材料研究学报. 2011, 25 (6): 579-584.  
摘要   PDF (845KB)
用单壁碳纳米管(SWCNT)作为载体制备得到Pt, Pt--Fe, Pt--Co和Pt--Ni催化剂, 并用循环伏安法和电化学阻抗谱法研究各催化剂对甲醇和乙醇氧化的电化学催化性能。对于甲醇和乙醇的氧化, Pt--Fe/SWCNT, Pt--Co/SWCNT和Pt--Ni/SWCNT电催化活性依次增强,抗中毒性能依次减弱。与Pt/SWCNT催化剂相比, Pt--Ni/SWCNT对甲醇氧化的电催化性能更强,是很好的直接甲醇燃料电池催化剂材料; 而对于乙醇的氧化, Pt/SWCNT具有更高的电催化性能。
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糠醇树脂的开环热裂解机理研究
季慧玲 蒋南 王继刚
材料研究学报. 2011, 25 (6): 585-590.  
摘要   PDF (905KB)
基于密度泛函理论, 利用Gaussian 03程序包, 通过QST2(Quadratic Synchronous Transit)和IRC(Intrinsic Reaction Coordinate)方法, 研究了糠醇树脂单呋喃环片段在有H$_{2}$O分子和无H$_{2}$O分子参与两种情况下的开环反应路径, 同时分别在B3LYP/6--31G**和QCISD/6--31G**水平下计算开环过程中的能量变化,并结合Mulliken电荷的变化来解析反应机理。结果表明: 对于有H2O分子参与的开环反应, 呋喃环上O原子将与H2O分子形成氢键; 在H2O诱导影响下, 呋喃环上C--O的结合弱化直至断键, 最终导致呋喃环的开环和形成链式饱和酮结构, 此过程只需经历一个过渡态就完成了开环。在无H2O分子情况下, 主要是通过呋喃环相邻脂肪链上产生的烯丙基H自由基迁移至呋喃环上的C原子而促成开环。根据H自由基与呋喃环上O原子的距离不同, 无H2O分子条件下的开环将呈现出两种途径:当H自由基与O原子较近时, 则先与O原子相结合。伴随着O原子的电负性增加, 环上C--O键断开, 呋喃环开环并得到以烯醇和连二双键为结构特征的中间体。该结构不稳定, 羟基上的氢原子将再次迁移, 并最终得到链式不饱和酮结构。当H自由基与O原子较远时, 则可直接迁移至呋喃环上的C原子, 并导致C--O键断裂和呋喃环开环。在B3LYP和QCISD水平下的活化能比较显示, H2O的存在有利于开环裂解。有H2O参与时的开环反应活化能分别为299.29 kJ/mol和343.25 kJ/mol; 而无H2O时, 反应路径1的活化能分别为312.3 kJ/mol和353.11 kJ/mol; 反应路径2的活化能分别为354.24 kJ/mol和378.82 kJ/mol。因此, 降低H2O的含量, 有助于延缓糠醇树脂的开环裂解。
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22Cr--5Ni--3Mo--N高合金钢高温变形本构模型研究
邹德宁 陈治毓 韩英 范光伟 张威
材料研究学报. 2011, 25 (6): 591-596.  
摘要   PDF (928KB)
以工业化生产的22Cr--5Ni--3Mo--N高合金钢连铸坯为研究对象,则采用Gleeble--3800热模拟试验机完成了应变速率为0.1--50 s-1、变形温度为900--1200℃条件下的高温压缩实验, 分析其真应力--真应变曲线变化规律; 利用实验数据, 构建描述金属高温变形过程流变峰值应力的双曲正弦型、指数型和幂型本构方程; 并利用所构建方程对峰值应力进行预测, 与实测值对比研究不同本构方程预测的准确性及可靠性, 从而为准确选定该类高合金钢高温塑性变形的本构方程提供依据。研究表明:
双曲正弦本构方程预测22Cr--5Ni--3Mo--N高合金钢峰值应力时, 计算值与实测值吻合最好, 相关系数R达到0.998, 相对误差绝对值的平均值为4.9\%。
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TiO2掺杂对Na-β"-Al2O3性能的影响
魏晓玲 杨晖 沈晓冬
材料研究学报. 2011, 25 (6): 597-601.  
摘要   PDF (887KB)
以薄水铝石、氧化镁、碳酸钠为起始原料, 采用传统的固相反应法并添加0.5%--2%的TiO2促进烧结, 制备出高致密度的Na--β''--Al2O3电解质, 并对不同TiO2添加量样品的相组成、微结构、力学性能以及电性能进行表征。结果表明, 添加TiO2所得Na--β''--Al2O3材料的相纯度高于96%; 未添加TiO2的烧结试样结构疏松, 存在大面积孔缺陷, 而添加TiO2的试样显微结构均一, 颗粒排布紧密, 晶粒生长完善, 致密度明显提高。添加TiO2可以显著提高材料的弯曲强度; 添加TiO2使致密烧结体的钠离子电导率有大幅度提高, 其原因是高致密度减小了材料的晶界电阻。
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ZrTiCoAl块体金属玻璃及其力学性能
高会利 沈勇 贺强 徐坚
材料研究学报. 2011, 25 (6): 602-606.  
摘要   PDF (930KB)
利用``三维成分逐点优化法''在Zr--Ti--Co--Al四元合金中发现了具高玻璃形成能力的Zr55Ti2Co28Al15合金, 形成块体金属玻璃(BMG)棒材的临界直径可达到8 mm。相对于无Ti的Zr56Co28Al16三元BMG, Zr55Ti2Co28Al15四元BMG的玻璃转变温度Tg降低约9 K, 但其杨氏模量E、剪切模量μ、体模量B、泊松比v等弹性常数基本不变。Zr55Ti2Co28Al15BMG的压缩和拉伸断裂强度分别为1990 MPa和1690 MPa。
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Me2--W型钡铁氧体的制备及其电磁性能研究
吴燕飞 黄英 张银铃 牛磊
材料研究学报. 2011, 25 (6): 607-612.  
摘要   PDF (1400KB)
用溶胶--凝胶法制备了Me2-W型铁氧体(BaMe2Fe16O27), 考察了Co2+、Ni2+、Zn2+作为Me$_{2}$组合时材料电磁性能的变化。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析仪等手段表征了材料的相组成、形貌, 并对其磁性能和微波吸收性能进行了初步研究。研究表明, 制得的W型铁氧体呈六角片状, 样品呈顺磁性且具备优异的磁性能。其中CoZn作为Me2掺杂的W型铁氧体组合具有更高的比饱和磁化强度和微波吸收性能, Ms达到了134.02 Am2/kg; 在吸波层厚度d为3.5 mm时, 吸收率小于-10 dB的频带宽度为5.42 GHz, 反射率为-16.23 dB。
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基于4--叔丁基吡啶的染料敏化太阳电池中电子传输研究
奚小网 胡林华 刘伟庆 戴松元
材料研究学报. 2011, 25 (6): 613-617.  
摘要   PDF (859KB)
采用强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)技术, 从电子传输和复合动力学的角度, 研究了DSC的液态电解质中加入TBP后, 电池光伏性能变化的电荷传输机理。研究结果表明: DSC电解质中加入TBP后, TiO2导带边负移, 导致DSC的开路电压明显增大; 同时光生电子注入动力降低, 多孔薄膜中光生电子浓度减少, 电子传输时间τd延长、短路电流密度有所下降。TBP加入后, DSC的光电转换效率相比没有TBP时增加了37\%。
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含有烧结助剂的复相陶瓷材料烧结过程的元胞自动机模拟
王珉 赵军 艾兴 刘继刚
材料研究学报. 2011, 25 (6): 618-624.  
摘要   PDF (1029KB)
基于晶界能和晶界曲率的晶粒生长驱动力理论, 建立了含有烧结助剂的复相陶瓷晶粒生长的元胞自动机模型并进行了模拟。结果表明, 烧结助剂对晶界有着强烈的钉扎作用, 其晶粒生长指数小于未含烧结助剂时的生长指数。模拟结果与制备的含有烧结助剂的Al2O3/TiN复相陶瓷材料微观形貌组织吻合, 表明所建立的模型适用于含有烧结助剂的陶瓷材料烧过程模拟。
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变形方式对模压变形5052铝合金影响的有限元模拟与试验研究
杨开怀 陈文哲
材料研究学报. 2011, 25 (6): 625-629.  
摘要   PDF (837KB)
采用DEFORM--3D有限元软件研究了限制模压变形(Constrained Groove Pressing, CGP)和非限制模压变形(Unconstrained Groove Pressing, UGP)两种变形方式对模压变形5052铝合金等效应变累积速率和最终等效应变量的影响, 并试验研究了两种变形方式对5052铝合金晶粒细化的影响。结果表明, CGP变形比UGP变形具有更高的等效应变累积速率和终等效应变量; 在相同的变形工艺条件下, CGP变形的晶粒细化能力显著优于UGP变形; CGP与UGP变形在晶粒细化能力上的差异是由于模具结构的不同而引起的本质差异, 与材料体系和变形工艺条件无关。
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脉冲偏压幅值对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和性能的影响
魏永强 田修波 巩春志 杨士勤
材料研究学报. 2011, 25 (6): 630-636.  
摘要   PDF (1136KB)
采用电弧离子镀的方法, 通过改变脉冲偏压幅值在M2高速钢表面制备了TiN/TiAlN多层薄膜, 研究了脉冲电压幅值TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和性能的变化。随着脉冲偏压幅值的增加, 薄膜表面的大颗粒数目明显减少。EDX结果表明, 脉冲偏压幅值的增加还引起Al/Ti原子比的降低。TiN/TiAlN多层薄膜主要以(111)晶面为择优取向生长, 随着脉冲偏压幅值的增加, 峰值强度逐渐增强, 晶粒尺寸在8 nm~14 nm。制备的TiN/TiAlN多层薄膜的硬度都超过36 GPa, 是M2高速钢基体硬度的3.9倍以上, 膜基结合力均达到60 N以上。摩擦磨损测试结果表明, TiN/TiAlN多层薄膜具有良好的抗磨损性能。
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轧制温度和累积应变对累积叠轧焊AZ31镁合金板材组织和性能的影响
詹美燕 李春明 张卫文
材料研究学报. 2011, 25 (6): 637-644.  
摘要   PDF (1212KB)
通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学性能检测, 研究了AZ31镁合金在不同温度和累积应变条件下累积叠轧后的微观组织和力学性能。结果表明: 晶粒尺寸随累积叠轧温度降低和累积应变增加而减小; 经过3道次的ARB变形后, 晶粒细化不再显著, 但是组织均匀性得到改善。300℃以上的ARB变形对AZ31板材的强度和延性均有一定程度的改善。随着累积叠轧温度上升, 抗拉强度略有下降, 断裂延伸率提高。随着累积叠轧道次增加, 力学性能的变化趋势较复杂, 可归因于叠轧焊温度和累积应变对晶粒尺寸、织构、界面焊合质量等综合影响的结果。350℃--ARB3表现出最佳的综合力学性能, 抗拉强度和断裂延伸率分别达到277 MPa和20.56%。退火使板材抗拉强度和断裂延伸率均得到不同程度的改善, 最佳的退火工艺为300℃×30 min。
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不同Cr含量的Ni基合金电化学腐蚀行为
张艳 田苗苗 李墨 刘蕾
材料研究学报. 2011, 25 (6): 645-650.  
摘要   PDF (2045KB)
利用电化学测试技术研究不同Cr含量的Ni基合金耐Cl-离子水溶液腐蚀的能力。结果表明: Ni基合金耐Cl-离子腐蚀性能随着合金中Cr含量的提高而增强, 溶液中Cl-离子浓度对Ni--9Cr、Ni--15Cr和Ni--20Cr合金有较大影响, 特别是Ni--9Cr合金在0.6 mol/L NaCl溶液中腐蚀最为严重, 而对于Ni--25Cr和Ni--30Cr合金的腐蚀不明显。通过采用XPS测试方法, 对不同Cr含量的Ni基合金在0.6 mol/L NaCl溶液中形成的钝化膜表面进行成分分析, 得到Ni--30Cr合金的钝化膜表面生成的Cr的氧化物和氢氧化物比例较大, 分别为4.840%和4.130%, 高于其它Ni--Cr合金; 同时对Ni-Cr合金在不同浓度NaCl溶液中的点腐蚀机理进行了探讨。
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再生塑料的组成与热性能研究
张娜 乔徽 张宝砚 孙会敏 汤龙
材料研究学报. 2011, 25 (6): 651-655.  
摘要   PDF (759KB)
采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪(FTIR--ATR)、差示扫描量热仪(DSC)以及热失重仪(TG), 对4种不同型号的再生塑料的组成和热性能进行了研究, 并利用红外图像系统分析了再生塑料的成分分布情况。研究结果表明, 其中3种再生塑料中的主要成分为聚丙烯(PP), 另一种再生塑料为高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)的共混物。最后模拟HDPE和PP共混体系, 建立再生塑料中不同含量PP的拟合曲线, 较为准确地获得了再生塑料中的PP含量。
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P、Ti对高强IF钢{111}面织构的影响
贾涓 代礼斌 袁世来 宋新莉 袁泽喜 柴希阳
材料研究学报. 2011, 25 (6): 656-660.  
摘要   PDF (701KB)
借助电子背散射衍射(EBSD)技术测量和计算了高强IF钢退火试样的取向分布函数(ODF)、织构组分的含量和γ取向线强度。研究了{111}<112>和{111}<110>织构组分的变化, 分析了P、Ti对{111}面织构的影响机理。P的存在阻碍了位错的运动和晶界的迁移, 进而使再结晶晶粒取向趋于一致, 形成较尖锐的{111}面织构。Ti会使冷轧板中含有较强的{554}<225>织构组分, 从而遗传为再结晶织构, 它与{111}<112>织构组分间取向差仅为6o, 因此, 含Ti高强IF钢中含有较高的{111}<112>织构组分。
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Fe2O3对聚芳基乙炔树脂石墨化的影响研究
吴宏伟 史铁钧 谭德新
材料研究学报. 2011, 25 (6): 661-666.  
摘要   PDF (1018KB)
用不同催化剂催化聚芳基乙炔树脂石墨化, 重点研究了Fe2O3含量和热处理温度对PAA石墨化的影响。通过XRD、Raman、SEM和HRTEM分析了PAA热处理温前后的结构和形貌变化。实验结果显示: Fe2O3在热处理过程中转换成铁单质, 有效地促进了PAA树脂的石墨化; Fe2O3含量的增加和热处理温度的升高均可促使石墨结构形成, 且石墨化度达到了92.3%。石墨化后产物主要由石墨碳、铁纳米粒子和非晶碳构成。石墨化的碳纳米带包裹纳米铁颗粒并向外伸展相互连接, 形成碳纳米网络结构。
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Cu部分代Co超细硬质合金研究
吝楠 吴冲浒 张端锋 江垚 贺跃辉
材料研究学报. 2011, 25 (6): 667-672.  
摘要   PDF (887KB)
基于Cu与Co相同的晶型结构和相似的原子结构, 采用共沉淀方法, 制备Cu部分代Co的WC--10Co硬质合金, 研究Cu对材料的组织和力学性能的影响。实验结果表明, 通过Cu--Co共沉淀方式将Cu加入粘接相中, 形成Co(Cu)固溶体, 在液相烧结过程中Cu均匀地分布在Co中, 可以降低WC在粘接相中的溶解度, 有效阻碍WC颗粒的溶解再析出, 抑制WC晶粒的长大, 提高硬质合金的硬度。Cu的添加还可以使粘结相产生固溶强化, 提高硬质合金的抗弯强度。当Cu的质量添加量为1.5{\%}时, 硬质合金综合力学性能得到提高, 合金硬度由无Cu时的HRA92.6提高至HRA93.2, 抗弯强度由2150 MPa提高至2490 MPa。
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