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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1期 刊出日期:2018-01-25 上一期    下一期
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综述
搅拌摩擦加工超细晶材料的组织和力学性能研究进展
陈菲菲, 黄宏军, 薛鹏, 马宗义
材料研究学报. 2018, 32 (1): 1-11.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.146
摘要   HTML   PDF (9240KB)

超细晶材料的力学性能明显提高,备受研究者的关注。但是,用传统的剧烈塑性变形工艺制备的超细晶通常处于高度的亚稳态,在拉伸及疲劳变形过程中极易发生局部变形,严重影响其力学性能。本文简述了一种搅拌摩擦加工制备超细晶材料的新型工艺,并将所制备的超细晶材料的微观组织和力学性能特点与传统超细晶材料对比,进行了总结和评述。

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研究论文
氧等离子体处理对国产芳III纤维表面性能的影响
王静, 任航, 陈平, 时晨, 任荣
材料研究学报. 2018, 32 (1): 12-16.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.191
摘要   HTML   PDF (1855KB)

用氧气等离子体处理芳III纤维的表面,考察了等离子体处理前后芳III纤维表面性能的变化。使用红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和动态接触角等手段研究了等离子体处理前后芳III纤维化学结构、表面元素组成、表面形貌、表面粗糙度和表面浸润性能的变化。结果表明,在保持纤维本体结构不变的前提下用氧等离子体处理在纤维的表面引入了含量分别为20.1%和8.1%的新极性官能团(C-O和COO)。经氧等离子体处理后纤维表面的沟槽和起伏增多,粗糙度增大。用等离子体处理使纤维表面的浸润性能明显提高,总表面自由能由49.9 mJ/m2提高到 67.1 mJ/m2

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冷却速度及铝含量对含Nd的Zn-Al合金组织和耐蚀性的影响
曹祖军, 翁天宇, 孔纲, 车淳山, 王彦启
材料研究学报. 2018, 32 (1): 17-24.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.243
摘要   HTML   PDF (6866KB)

采用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析以及电化学极化和中性盐雾试验(NSS)等手段,研究了Zn-xAl(x=4%, 5%, 7%)-0.06%Nd合金在炉冷,空冷,水冷(冷却速度分别为0.03,1.08和40℃/s)条件下的凝固组织与耐蚀性。结果表明:随着冷却速度的增加,合金组织不断细化,共晶组织的层片间距不断减小,而耐腐蚀性先增大后减小,且稀土Nd的添加有利于进一步减小共晶层片间距和提高合金的耐腐蚀性能。空冷条件下获得的Zn-5%Al-0.06%Nd合金的耐蚀性最佳。Al含量在4%~7%之间变化时,主要引起合金组织的变化,而对合金耐腐蚀性影响不大。

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魔芋葡甘聚糖溶液水基的润滑特性
漆雪莲, 张倩倩, 盛德尊, 李小磊, 张会臣
材料研究学报. 2018, 32 (1): 25-32.   DOI: 10.11901/1005.3093.2016.747
摘要   HTML   PDF (3603KB)

以石英玻璃为摩擦副,研究在面接触条件下魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性。使用红外光谱仪测量了魔芋葡甘聚糖的分子结构,用多功能摩擦磨损试验机进行润滑特性试验,用LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜表征了试样的表面形貌,重点分析了不同浓度魔芋葡甘聚糖溶液的润滑特性。结果表明:浓度为0.3%的溶液具有最佳的润滑性能,石英玻璃间的摩擦系数约为0.002。在不同浓度的魔芋葡甘聚糖溶液的润滑条件下,摩擦副的摩擦系数随着转速呈现出不同的变化规律。由于硼酸离子与魔芋葡甘聚糖分子中的羟基发生化学反应生成硼酸多羟基化合物,硼酸的加入增强了水合分子层的稳定性。魔芋葡甘聚糖水基润滑界面,主要包含魔芋葡甘聚糖水合分子层和自由水分子层。水合分子层吸附在摩擦副表面形成吸附膜可避免摩擦副的直接接触,自由水分子层保证了润滑液的剪切流动性,两者的共同作用实现了有效润滑。

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厚规格X80管线钢低温断裂行为研究
洪良, 左秀荣, 姬颍伦, 马歌, 董俊媛, 陈雷
材料研究学报. 2018, 32 (1): 33-41.   DOI: 10.11901/1005.3093.2016.791
摘要   HTML   PDF (10213KB)

采用金相显微镜和扫描电子显微镜对厚规格X80管线钢微观组织和-25℃落锤撕裂试验断口形貌进行观察,研究了X80管线钢的断裂行为与组织之间的关系。研究发现,钢板从表面到厚度中心,针状铁素体体积分数逐渐降低,并出现较多的粒状贝氏体、多边形和准多边形铁素体。具有较高针状铁素体体积分数的钢板,其落锤撕裂剪切面积也越高,多边形和准多边形铁素体以及大尺寸MA岛的存在能够导致解理断裂的产生,不利于钢板的低温断裂韧性。在裂纹扩展的过程中,主裂纹附近组织出现变形,导致脆硬性的MA岛周围出现微孔,微孔与微孔之间随着组织变形相互连接而形成微裂纹。二次裂纹通常在针状铁素体周围出现转折或停滞,说明针状铁素体有利于阻碍裂纹的扩展,提高钢板的断裂韧性。

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镁锂合金表面水性SiO2@PANI/VTMS涂层的防腐蚀性能
高晓辉, 景晓燕, 李玉峰, 祝晶晶, 祁实
材料研究学报. 2018, 32 (1): 42-50.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.155
摘要   HTML   PDF (2919KB)

γ-(2, 3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对纳米二氧化硅(SiO2)表面进行修饰,再引入苯胺合成了化学键合的核壳型聚苯胺(PANI)接枝SiO2 (SiO2@PANI)溶胶;经乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)原位包埋后得到可直接涂在镁锂合金(Mg-Li)表面的SiO2@PANI/VTMS水性溶胶。使用红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等手段表征了SiO2@PANI粒子的结构与形貌;测量极化曲线和电化学阻抗(EIS)表征了SiO2@PANI/VTMS涂层对Mg-Li合金的防腐蚀性能;讨论了苯胺用量和VTMS用量对SiO2@PANI的粒径、涂层疏水性以及防腐蚀性能的影响,给出了可能的防腐蚀机理。结果表明,m(An):m(TEOS)=7:100、m(VTMS):m(TEOS)=4:4的SiO2@PANI/VTMS涂层对Mg-Li合金具有优异的防腐蚀性能,涂层水接触角高达145.5°,电化学阻抗值达到7.5×104 Ωcm2,腐蚀电流密度仅为4.47×10-8 A/cm2

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人工生物瓣膜血流动力学行为的有限元分析
刘晨, 杨理践, 张兴
材料研究学报. 2018, 32 (1): 51-57.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.109
摘要   HTML   PDF (3594KB)

使用脉动工作站检测生物瓣膜在近似生理条件下的血流动力学特性,结合有限元分析研究了生物瓣膜在心动周期过程中的微观应力和应变情况,寻求一种快速评价人工心脏瓣膜结构—力学性能间关系的方法。结果表明,生物瓣膜(Edwards #2625)在体外脉动流检测条件下的平均跨瓣压差为10.8 mmHg、有效开口面积为2.0 cm2、返流百分比为8.4%,均符合ISO-5840国际检测标准。生物瓣膜有限元模拟结果揭示其在收缩期最大主应力达到425 kPa,应力集中在弯曲变形严重的腹部以及瓣叶缝合边;舒张期最大主应力为1.46 MPa,应力集中在瓣叶缝合边的两侧。在脉动检测的不同时间点,瓣膜有限元模型开口面积均与实验条件下样品的开口面积近似,证明了有限元模拟结果的可靠性。本文提出的体外脉动流检测实验与有限元仿真计算相结合的方法,为评价人工心脏瓣膜的结构—力学性能间关系提供一种高效可靠的途径。

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聚苯胺包覆酸处理螺旋碳纤维材料的制备和电化学性能
史泰龙, 唐国霞, 赵晨曦, 黄新林, 刘秀昀, 孙益欣, 朱亚波
材料研究学报. 2018, 32 (1): 58-64.   DOI: 10.11901/1005.3093.2017.121
摘要   HTML   PDF (4259KB)

用原位聚合和乳液聚合两种方法制备聚苯胺(PANI)包覆螺旋碳纤维(CMCs)复合材料,使用红外光谱(FTIR),扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)等手段对其形貌和结构进行了表征。结果表明,用硝酸处理CMCs (表示为H-CMCs)为纤维表面提供含有羧基等含氧官能团。这为苯胺在H-CMCs表面的聚合提供基础,有助于PANI附着在H-CMCs的表面。用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法测试了复合材料的电化学特性,结果表明:PANI包覆H-CMCs,其比电容值明显高于H-CMCs自身,表现出良好的大电容性能。原位聚合法更有益于PANI与H-CMCs的协同作用,使复合体的电容性能提高。

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砂粒形状对丁腈橡胶在含砂原油中磨损的影响及其力学行为
吕晓仁, 陈骥驰, 乔赫廷, 王世杰
材料研究学报. 2018, 32 (1): 65-72.   DOI: 10.11901/1005.3093.2016.668
摘要   HTML   PDF (5188KB)

研究了丁腈橡胶在含砂原油介质中的摩擦磨损行为,分析了在磨损过程中不同形状砂粒的力学行为,并观测和分析了橡胶磨痕表面的形貌和元素的含量。结果表明:在原油介质中加入砂粒,使丁腈橡胶的摩擦系数和磨损量有所增大。在试验载荷范围内圆形砂粒的运动方式以滚动为主,对橡胶表面产生研磨式磨粒磨损。而尖形砂粒在95 N后其运动方式由滚动变为滑动,橡胶的磨损机理转变为凿削式磨粒磨损。砂粒平动加速度和转动加速度的研究结果,证实了不同形状砂粒在载荷作用下的运动方式及其对磨损机理的影响。

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挤压速率对流变挤压铸造铜合金轴套零件组织和力学性能的影响
陈泽邦, 肖寒, 李乃拥, 周荣锋, 卢德宏, 周荣
材料研究学报. 2018, 32 (1): 73-80.   DOI: 10.11901/1005.3093.2016.797
摘要   HTML   PDF (11540KB)

采用流变成形技术,采取冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备流变浆料,研究挤压速率对流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件组织和力学性能的影响,探讨ZCuSn10P1铜合金充型流动过程中固液两相的演变规律。结果表明:在成形比压为250 MPa,挤压速度为15 mm/s时,流变挤压铸件的组织较均匀,固液协同流动性最好。此时,抗拉强度达到最大值371.1 MPa,延伸率为8.43%,与液态挤压铸件相比,其抗拉强度、延伸率分别提高了57.3%、78.7%。在流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件过程中,不仅垂直方向上存在液相偏析现象,且在水平方向上也会出现液相偏析现象。

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