用强酸氧化法与等离子体镀膜法分别对原始多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面修饰, 制备了MWCNTs改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料。对复合材料的断裂面进行SEM分析, 研究了表面处理方法对复合材料室温及低温力学性能的影响。结果表明, 经等离子体镀膜表面修饰后的MWCNT在基体中分散更为均匀, 与基体的界面结合力更强。经等离子体镀膜表面改性后的MWCNTs复合材料, 当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其室温及低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度较纯氰酸酯/环氧树脂基体均有不同程度的提高。

以高纯钽板为原料, 采用原位反应法在HT300表面制备了碳化钽增强表面梯度复合材料。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和磨粒磨损试验机对复合层的微观形貌、物相组成、显微硬度以及磨粒磨损性能进行了表征。结果表明: 所得复合层的总厚度约为475 μm。最表层为碳化钽致密陶瓷层, 厚度约为170 μm, 其颗粒尺寸小于1 μm, 体积分数近似95%, 显微硬度最高值达2328HV_0.1; 次表层为碳化钽颗粒分散层, 其颗粒尺寸为0.5～1.5 μm, 体积分数从90%逐渐减小至基体, 显微硬度由915HV_0.1降低至410HV_0.1; 复合层与基体之间呈现良好的冶金结合。铁基表面碳化钽陶瓷增强梯度复合材料的耐磨性比灰口铸铁基体有大幅度提高; 复合层的磨损是局部塑性变形、显微切削和增强颗粒的部分破碎等因素综合作用的结果。

利用模压成型法制备了碳纤维增强聚酰亚胺复合材料(CF/PI), 研究了不同碳化温度下, CF/PI复合材料的结构以及性能的变化规律。结果表明, 500~800℃, 热失重显著, 对应亚酰胺环沿着C-N键断裂, 先后发生脱羰基、脱氢反应。碳化后, 分子处于无序态, 力学性能大幅下降; 800~1000℃, 分子内官能团进行重组, 900℃碳化后出现了表征碳材料(110)面的衍射峰, 且力学强度达到最大值, 复合材料的碳层结构逐渐形成。随着碳化温度的增加, 基于聚酰亚胺与碳纤维的相互作用, 复合材料的界面结合情况得到改善, 且900℃碳化后, 复合材料具有最佳综合性能。

研究了在变形镁合金AZ31中添加稀土元素Gd对合金铸态和轧态组织与性能的影响。结果表明: 加入AZ31中的Gd元素形成了稀土相Al₂Gd和Al-Mn-Gd的混合相, 使β-Mg₁₇Al₁₂相的数量减少甚至消失。铸态合金中的少量Gd元素削弱了Al的晶粒细化作用, 使组织粗化; 而当Gd元素的含量提高时Gd开始发挥晶粒细化作用, 使合金的晶粒显著细化。对于轧态合金, 加入Gd元素后形成的Al₂Gd相能促进合金在轧制过程中的动态再结晶, 使孪晶数量减少, 加工硬化作用减弱, 晶粒尺寸细化。而过量的Gd元素形成粗大的第二相, 使合金组织粗化。因此, 适量的Gd元素可使轧态AZ31合金的强度降低而延伸率提高, 其中在350℃轧制的AZ31-0.8Gd合金的延伸率最高(为13.4%), 不含Gd的合金延伸率仅为5.4%。

改变到模具底部的距离制备出不同二次枝晶臂间距(SDAS)的A319铝合金, 讨论了SDAS与孔洞尺寸、硅颗粒尺寸及形态比的关系, 深入研究了SDAS对合金拉伸性能、疲劳寿命和疲劳参数的影响。结果表明: 硅颗粒尺寸和形态比与SDAS有很好的线性关系, 当SDAS较大时, 硅颗粒尺寸和形态比也较大, 孔洞尺寸与SDAS之间有类似的关系; SDAS对A319铝合金的杨氏模量和屈服强度几乎没有影响, 而硬度、抗拉强度和延伸率随着SDAS的增大而降低; 疲劳寿命随着SDAS的增大而下降, 疲劳参数也随SDAS的变化而变化: 随着SDAS的增大疲劳强度指数( σ ′ f )增大, 而疲劳强度系数( ε ′ f )、疲劳延性系数( c 0 )和疲劳延性指数( b 0 )减小。

使用“团簇加连接原子”结构模型研究了低活化铁素体/马氏体钢的成分特征, 确定了BCC Fe-Cr二元基础团簇式[Cr-Fe₁₄](Cr_0.5Fe_0.5), 其中团簇[Cr-Fe₁₄]是以溶质原子Cr为心周围被14个基体Fe包围的菱形十二面体。根据团簇式自洽放大和相似组元替代原则, 添加V、Mn、Mo、W、Nb和C等合金元素得到2个系列团簇成分式, 无C系列[Cr₁₆Fe₂₂₄](Cr₈(V, Nb, Mn, Mo, W, Fe)₈)和含C系列{[Cr₁₆Fe₂₂₄](Cr₈(V, Nb, Mn, Mo, W, Fe)₈)}C₁。使用铜模吸铸快冷技术制备直径6 mm的合金棒, 将其在1323 K保温0.5 h +水冷, 随后在1023 K保温1 h+水冷。结果表明, 无C系列置换固溶体合金为单一铁素体组织, 含C系列合金的微观组织随着合金化组元种类和含量的不同而变化; 合金的硬度随着组织的改变而改变, 且置换固溶体系列合金的硬度随着合金体电子浓度VEC/R_a³的增加而单调降低。

用X射线光电子能谱(XPS)表征了心血管支架用Nb-60Ta-2Zr合金在模拟血浆溶液(r-SBF)和在人体全血中浸泡后表面反应层的性质。结果表明, 在两种介质中分别浸泡后, 材料表面氧化膜的化学成分和厚度明显不同。在r-SBF溶液中浸泡24 h后, 在合金表面形成约50 nm厚的含Ca、P沉积层, 覆盖于Nb、Ta的氧化膜之上; 相反, 在全血液中浸泡的合金表面未出现富Ca和P的沉积层, 仅形成厚度约24 nm、主要由Ta₂O₅和Nb₂O₅构成的氧化膜。因此, 尽管两种介质的离子浓度相近, 但全血中的蛋白质和血细胞等有机物对Ca、P等元素的沉积有抑制作用。

用磁控溅射法在钛基体表面溅射TiB₂中间层, 以此为基体用热分解法制备了(Ru, Ti)氧化物涂层钛电极, 用SEM、XRD、电化学工作站等手段对样品的性能和结构进行了表征。结果表明, 含TiB₂中间层的钛阳极表面涂层具有非连续状裂纹结构, 钛基体和氧化物涂层的界面呈现紧密结合的状态, 其电催化析氯性能优于传统钛阳极。选用TiB₂中间层作为催化电极的载体, 可改善基体和氧化物涂层的结合, 延缓涂层的脱落, 可避免基体和涂层间生成TiO₂电阻膜, 延缓涂层的失效; 加入TiB₂中间层可降低内阻, 改善电子的传输能力, 降低析氯电位, 提高电极的催化活性和节能降耗。

采用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了冷拔钢丝的织构及奥氏体化热处理后积构的分布, 并结合组织形貌的变化研究了冷拔钢丝奥氏体化过程对织构再分布的影响。结果表明: 拉拔形变钢丝中珠光体片层转向平行于拉拔轴向排列, 形成铁素体<110>丝织构, 随着应变量的上升<110>丝织构强度上升。奥氏体化热处理后等轴状珠光体组织保留了部分铁素体<110>丝织构, 其织构强度随原应变量增大而上升。随着奥氏体化温度的上升, 保留的铁素体<110>丝织构强度下降; 随着热处理时间的延长, 其强度下降。应变量为2.2的钢丝在850℃保温80 min后仍然保留有较强的<110>丝织构。

采用真空实型铸渗(V-EPC)工艺制备碳化钨颗粒增强钢基表层复合材料, 并测试其热膨胀系数和热导率, 研究了工艺参数对热物理特性的影响。结果表明, 随着测试位置与表层复合材料过渡区间距的增大热膨胀系数逐渐减小, 而在相同位置同一温度下表层复合材料的热膨胀系数随着碳化钨颗粒的增大而增大。不同粒度碳化钨颗粒增强表层复合材料的热导率, 均随着温度的升高呈增大趋势。当温度较低(40℃与105℃)时, 不同碳化钨颗粒粒度的复合材料的热导率相差不大。但是当温度升高到一定值(大于170℃)时, 复合材料的热导率随着碳化钨颗粒粒度的增大呈降低趋势。在预制层中加入Ni粉, 可降低表层复合材料的热膨胀系数和热导率。

采用扫描电镜(SME)观测和能谱分析(EDAX)方法研究了改型低膨胀Thermo-Span合金650℃的腐蚀行为, 并与标准合金进行了对比。结果表明, 合金表面腐蚀产物主要为氧化物和硫化物。合金热腐蚀膜由三层组成, 外层主要由Fe、Co和Cr的氧化物组成, 改型合金表层还有少量Al和Co的氧化物; 次表层为Al、Cr、Ni等元素组成的氧化物; 硫化物主要为Ni、Co的硫化物, 标准合金硫化物层较厚, 而改型合金的硫化物层较薄。改型合金中致密的Al氧化物富积在次表层中, 阻止了合金元素的向外扩散和O、S元素的向内扩散, 降低了合金的腐蚀速率, 提高了合金的耐腐蚀性能。

用溶胶-凝胶法制备Fe³⁺、Gd³⁺共掺杂的纳米TiO₂, 并以硅胶(SiO₂)为载体制备出负载型催化剂(Fe³⁺/Gd³⁺/TiO₂-SiO₂)。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外漫反射(DRS)等手段对其进行了表征。研究了溶胶煅烧温度、煅烧时间以及陈化时间对硅胶负载效果及对亚硝酸盐的光催化活性的影响, 并测定了催化剂的用量及其循环使用对亚硝酸盐的光催化活性的影响。结果表明, 与Fe³⁺/Gd³⁺/TiO₂相比, 负载型催化剂可显著提高催化剂的光催化活性; 在500℃煅烧2 h、陈化时间1 h、催化剂投入量为1.0 g/L时亚硝酸盐降解效果最佳, 降解率约为90.46%。