使用自主搭建的高温超声疲劳实验系统在常温和600℃进行CrMoW转子钢1×10¹⁰周次超高周疲劳实验, 研究了CrMoW转子钢在工作温度下的超高周疲劳性能。结果表明: 在600℃和常温下转子钢的S-N曲线均呈连续下降型, 试件在10⁹周次后仍发生疲劳断裂。在常温实验条件下疲劳寿命小于1×10⁷周次试件的裂纹多萌生在表面, 而高于1×10⁷周次的多以内部萌生为主。在高温实验环境下裂纹也在内部夹杂处萌生, 且裂纹萌生方式对疲劳寿命没有决定性作用。鱼眼定量分析结果表明, CrMoW转子钢在600℃和常温下裂纹扩展的应力强度因子门槛值分别为3.4 MPam^1/2和1.0 MPam^1/2。

以高度抛光的玻璃陶瓷、聚合瓷、氧化锆、纯钛为摩擦副, 模拟口腔环境, 使用微摩擦磨损实验机进行天然牙釉质和牙本质的摩擦磨损实验。用扫描电镜观察表面形貌、用粗糙度仪测粗糙度、用维氏硬度仪测表面硬度、用电子天平测磨损量, 研究了天然牙釉质和牙本质与不同修复材料之间的摩擦磨损性能。结果表明, 釉质和牙本质分别与四种材料对磨后的磨损量与对照组均有统计学差异(P<0. 05), 对磨物的磨损量与四种材料及釉质、牙本质的硬度值呈显著正相关关系。其中牙本质与聚合瓷对磨后的磨损量与牙本质对照组最接近, 釉质与玻璃陶瓷对磨后的磨损量与釉质对照组最接近。

进行了316L不锈钢在600℃不同应变条件下的单轴低周疲劳实验。结果表明, 材料在三个应变范围下均表现出了动态应变时效(DSA)现象, 采用“应力跌幅”的概念比较了不同应变范围的锯齿屈服程度, 通过可动位错与扩散的溶质原子间不同形式的交互作用分析了此现象, 讨论了最大应力跌幅的循环硬化及循环软化的相关性。DSA现象有明显的循环周次相关性, 循环初期DSA现象明显, 随后逐渐减弱甚至消失, 但是在失效前DSA现象再次出现, 气团形式的不同造成了不同循环周次下DSA现象的差异。在低应变范围DSA现象仅表现出了A型锯齿波, 在高应变范围不同周次及同一周次的不同阶段波型表现为A、B、A+B、C及B+C型。最后, 采用SEM分析了疲劳断口的裂纹源区和扩展区。

采用ANSYS有限元法建立三维模型, 研究了基体热膨胀系数和弹性模量对复合材料界面径向、轴向和周向残余应力大小和分布的影响。结果表明, 界面残余应力的改变量均与基体热膨胀系数的改变量成正比, 且随着基体热膨胀系数的减小界面周向残余应力沿着纤维周向分布的不均匀性减弱; 界面残余应力变化的总趋势是随着基体弹性模量的增大而增大, 但是增加的幅度不断减小。

在不同变形温度和应变速率为0.1 s^-1条件下研究了砂型铸造和离心铸造Q235B环坯的热压缩变形行为, 并使用电子背散射衍射(EBSD)技术分析其晶粒取向和织构的演化特点。结果表明: Q235B环坯的晶粒在1000℃尺寸较小, 有少量仍保持铸造状态的晶粒, 组织演变的机理为动态回复和大应变几何动态再结晶; 离心铸造环坯中有22%集中在20°-50°的大角度晶界。在1100℃再结晶充分, 晶粒趋于等轴状; 晶界取向差分布仍呈现典型的双峰特征, 大角度晶界的比例为60%-75%。在1000℃砂型铸造Q235B的织构组态, 为少量沿着<001>//ND取向线分布的{001}<100>立方织构和{001}<110>织构; 在1100℃主要是高斯织构{110}<001>和沿着<110>//ND向{110}<001>方向移动并聚集的旋转立方织构{110}<110>。在1000℃离心铸造环坯的织构组态为旋转立方织构{110}<110>和铜型织构{112}<111>, Copper织构沿着ε-取向线分布; 在1100℃主要为{001}<110>织构和沿着γ 取向线由黄铜R{111}<112>向{111}<110>转变的织构, 再结晶的程度高, 取向密度大。

采用Gleeble-3800模拟研究了抗大变形管线钢中不同Nb含量和不同热输入时的焊接热循环过程, 并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及冲击载荷试验等研究了抗大变形管线钢焊接粗晶区(CGHAZ)的微观组织特征和冲击韧性。结果表明: 随着热输入量的增加显微组织逐渐从板条贝氏体到粒状贝氏体过渡, M/A尺寸增大, 比例提高, 同时显微组织的平均有效晶粒尺寸也增大; 在热输入相同的条件下, 高Nb钢中原始奥氏体细化明显, 组织中M/A尺寸细小, 分布更加弥散; 随着焊接热输入量的增加实验钢的冲击韧性急剧降低, 高Nb钢的韧性急剧降低的热输入临界值约为35 kJ/cm, 低Nb钢韧性降低的热输入临界值约为25 kJ/cm, 在整个实验参数范围内, 高Nb钢的冲击韧性值明显比低Nb实验钢的高。

利用硅藻土松散、质轻、多孔、富含活性硅等特点, 制备用于外墙保温板的阻燃材料, 并采用多种分析手段对其进行表征。结果表明, 当同时以NaOH (2 molL^-1)和Na₂SiO₃ (1 molL^-1))为化学改性剂, 采用溶胶-凝胶法制备的硅藻土基阻燃材料可使聚苯板(EPS)的极限氧指数达到36.8%, 燃烧性能达到UL-94 V1级别。提出并阐述了NaOH和Na₂SiO₃对硅藻土的协同效应, 扫描电镜(SEM)结果证实NaOH和Na₂SiO₃同时作用时有助于硅藻土形成结构更加致密的无定型硅质层, X-射线衍射分析(XRD)和红外光谱(FT-IR)结果证实, 在碱性环境下硅藻土结构发生了“解聚-重组”, 其在燃烧过程中进一步发生重组。

利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了热轧态及退火态Mg-3Zn-2Gd合金的组织, 并测试了其室温拉伸力学性能。结果表明: 合金板材经应变为23%~67%的轧制后组织得到细化, 平均晶粒尺寸由10 μ m减至轧制应变为67%时的4 μ m。初始组织中的大量孪晶和剪切带逐渐减少; 随着轧制应变增至67%, 剪切带消失, 组织由动态再结晶晶粒和少量孪晶组成。拉伸力学性能显著提高, 抗拉强度 σ _b和屈服强度 σ _0.2分别由未轧制时的255 MPa和215 MPa提高至轧制应变为67%时的305 MPa和300 MPa, 而伸长率 δ 先提高后降低。再经573 K退火处理1 h后, 合金组织发生静态再结晶, 变形不均匀区域消失, 由细小均匀等轴晶组成; σ _b和 σ _0.2分别降至265 MPa和235 MPa, δ 提高至19.0%; 拉伸断口呈现大量韧窝, 表现为韧性断裂。

用CVD法合成晶须状碳纳米管(WCNTs), 对其进行石墨化纯化处理。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和热重分析(TGA)对其进行表征。以纤维素为基体材料, WCNTs为功能材料, 将分散好的WCNTs与纸纤维混合, 抽滤制成WCNTs复合纸, WCNTs复合纸的电导率由石墨化前14.1 S/m提升到石墨化后325.1 S/m。采用两电极体系, 以1 mol/L LiPF₆为电解液, 通过循环伏安及恒流充放电方法来研究WCNTs复合纸为极片的超级电容器性能, 在扫描速率为1 mV/s时, 石墨化WCNTs复合纸电极的比容量达到90 F/g。在电流密度为800 mA/g时, 比能量和比功率分别为21.3 Wh/kg和2.1 kW/kg, 表现出良好的超级电容器性能。

以膨胀石墨(EG)为载体, 石蜡为相变材料, 利用EG对石蜡良好的吸附性, 制备了膨胀石墨基复合相变材料。采用扫描电镜、差示扫描量热仪、RC-4温度记录仪、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射分析仪对复合相变材料的结构与性能进行了测试和表征。实验结果表明, 复合相变材料是EG和石蜡的物理结合, 随着EG含量的增加, 复合相变材料的相变潜热和相变温度降低, 但分散性提高, 稳定性增强, 导热性能增加; 同时, 蓄热时间缩短, 效率增加, 且蓄热过程中温度对复合相变材料相变时间影响明显; 综合分析, 要保证复合相变材料结构稳定和性能优良, EG的质量分数应控制在10%左右。

以丁二酸-丁二醇-尿素(PBSu)聚酯酰脲共聚物与己二酸-丁二醇-尿素(PBAu)聚酯酰脲共聚物为预聚物, 甲苯-2, 4-二异氰酸酯(TDI)为扩链剂, 通过熔融共聚成功地制备了可降解聚酯酰脲嵌段共聚物(PBSu-co-PBAu)。采用核磁共振氢谱(¹H-NMR)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、万能拉力试验机以及水降解测试表征了共聚物的结构与性能。研究发现, 随着PBAu含量的增加, 嵌段共聚物塑性提高。合成得到的嵌段共聚物具有优异的热稳定性能和良好的生物降解性能, 且具有比均聚物PBSu和PBAu以及未改性的聚酯PBS和PBA更好的拉伸性能。此外, 还可以通过改变PBSu和PBAu的进料比, 对材料的热性能、降解性能和力学性能进行一定范围的调节。