采用原子探針層析技術(shù)(APT)等測試手段分析了LT24鋁合金熱軋后合金元素的偏聚規(guī)律。結(jié)果表明: 熱軋態(tài)鋁合金晶粒內(nèi)部有成分為Al0.5Mg(Si0.7Cu0.3)的析出相, 析出相與基體之間的界面處沒有元素偏聚。溶質(zhì)原子Mg、Si、Cu在晶界處偏聚, 在晶界處的偏聚規(guī)律與晶粒內(nèi)部的相反, Cu的偏聚傾向遠(yuǎn)大于Si和Mg, 晶界處Cu的含量達(dá)到基體Cu含量的45倍左右?;趯?shí)驗(yàn)結(jié)果, 討論了合金元素偏聚的規(guī)律及其對材料性能的影響。
研究了工業(yè)級規(guī)格噴射成形7055鋁合金經(jīng)反向擠壓和T76熱處理后的金相顯微組織、力學(xué)性能和斷裂機(jī)理。結(jié)合OM、SEM、EDS、XRD和力學(xué)性能測試等分析方法, 研究了該工業(yè)級規(guī)格的7055鋁合金的初始組織、擠壓工藝及熱處理制度對顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明: 噴射成形7055鋁合金錠坯的晶粒呈等軸狀, 尺寸均勻, 大小主要分布在20-40 μm, 沒有明顯宏觀偏析。噴射成形錠坯經(jīng)反向擠壓和T76熱處理后變形晶粒發(fā)生部分再結(jié)晶, 組織致密, 工業(yè)級規(guī)格產(chǎn)品T76態(tài)縱向抗拉強(qiáng)度可達(dá)680 MPa, 延伸率為10%。
研究了Sr變質(zhì)A319鑄造鋁合金在0.2%應(yīng)變幅不同加載路徑條件下的疲勞性能, 包括循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)特征及疲勞壽命, 并分析了失效試樣的斷口特征以及Si顆粒的破壞方式。結(jié)果表明: 在不同加載路徑下材料發(fā)生循環(huán)硬化程度和速率從大到小排序是: 圓形加載、比例加載和單軸加載, 疲勞壽命隨著加載路徑的變化與材料循環(huán)硬化程度和速率隨著加載路徑的變化相對應(yīng)。斷口分析結(jié)果表明, 宏觀斷口在比例路徑下表現(xiàn)為“人”字形的兩條主裂紋, 且從單軸、比例到圓形路徑, 裂紋源區(qū)逐漸不明顯, 裂紋源區(qū)和穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)尺寸也變小, 在單軸加載條件下裂痕的斷面基本上與主軸平行, 而在多軸加載條件下裂痕的分布較為分散。
研究了擴(kuò)散退火對碳鋼熱浸鍍鋁鍍層微觀組織的影響, 特別是在1000℃擴(kuò)散退火后鍍鋁鋼的磨損性能, 并探討了磨損機(jī)理。結(jié)果表明, 在低于900℃的溫度下擴(kuò)散退火后的鍍層均含脆性相Fe2Al5, 在1000℃退火后的鍍層其物相全部轉(zhuǎn)化為韌性相FeAl和Fe3Al, 且與基體具有良好的冶金結(jié)合。隨著溫度從室溫升高到200和400℃, 磨損率顯著下降, 達(dá)到一個極低的水平。在室溫下鍍鋁鋼的磨損率隨著載荷的增加快速升高, 在200℃磨損率幾乎不隨載荷變化, 平均磨損率為4.2×10-6 mg/mm, 在400℃、載荷50-200 N條件下磨損率略低于200℃對應(yīng)載荷下的磨損率, 但在250 N時磨損率快速升高。這表明, 鍍鋁鋼在200-400℃具有優(yōu)異的耐磨性。其高耐磨性源于在磨面形成了厚度為1-2 μm、含大量Al2O3和Fe2O3及少量W、Mo的氧化物的摩擦氧化層, 主要磨損機(jī)制為氧化輕微磨損。但是當(dāng)載荷達(dá)250 N時摩擦層因不穩(wěn)定而剝落, 導(dǎo)致鍍層剝落, 使基體發(fā)生塑性擠出。
在Ti40Zr10Cu36Pd14非晶合金基體中微添加β-Ti相穩(wěn)定化元素Mo,使體系在凝固過程中原位析出塑性β-Ti相,制備出原位自生β-Ti相增強(qiáng)Ti基非晶復(fù)合材料。在這種復(fù)合材料的變形過程中塑性β-Ti相阻礙基體中主剪切帶的擴(kuò)展,使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)和增殖生成多重剪切帶,使其室溫力學(xué)性能顯著提高。其中(Ti0.4Zr0.1Cu0.36Pd0.14)95Mo5試樣的室溫強(qiáng)度達(dá)到2630 MPa,塑性應(yīng)變達(dá)到7.3%,比基體分別提高了32.0%和508%。
先用腰果酚和十二胺制備苯并噁嗪(Cd-D),然后用水熱法和浸涂法依次將ZnO微/納米結(jié)構(gòu)和Cd-D負(fù)載在三聚氰胺甲醛海綿(MS)表面,制備出超疏水MS(PCd-D/ZnO/MS)。當(dāng)水熱反應(yīng)中Zn(NO3)2濃度為0.03 mol/L、Zn(NO3)2與六次甲基四胺的摩爾比為1∶2、反應(yīng)時間和溫度分別為4 h和95℃時,制備出的改性MS水接觸角(WCA)可達(dá)153.6°。PCd-D/ZnO/MS對有機(jī)溶劑和油類具有較高的吸附量(48.19~113.44 g/g)和極高的吸附速率。同時,聚苯并噁嗪、ZnO與MS之間產(chǎn)生的多種相互作用(氫鍵、配位鍵和化學(xué)鍵等)使表面改性結(jié)構(gòu)牢固地粘附在MS骨架上,從而使PCd-D/ZnO/MS具有優(yōu)異的重復(fù)使用性能。PCd-D/ZnO/MS循環(huán)使用30次后仍保持超疏水性和96.6%的吸附量,重復(fù)使用100次后其WCA可達(dá)147.3°、吸油量保持為92.6%。PCd-D/ZnO/MS在真空泵的輔助下可連續(xù)用于油水分離,分離效率高于90%。PCd-D/ZnO/MS還具有優(yōu)異的耐酸、堿、鹽性能,在強(qiáng)堿溶液中浸泡30 d后仍保持超疏水性。
制備鈮酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉(1-x)K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3-x(Bi0.5Na0.5)ZrO3二元系無鉛壓電陶瓷并表征其結(jié)構(gòu)和性能,研究了BNZ組分對其結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明,這種系列壓電陶瓷具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。x =0.04的這種陶瓷最為致密,其相對密度為97.43%;壓電性能最優(yōu):d33 = 463 pC/N、kp = 0.55、Qm = 37。這種陶瓷材料在室溫下處于三方-四方(R-T)兩相共存狀態(tài)并具有納米疇結(jié)構(gòu),使其壓電性能優(yōu)異。
先用濕法紡絲制備聚醚砜(PES)多孔纖維并進(jìn)行濕法抄造制備出四種不同面密度的PES多孔纖維網(wǎng)紗(PESV),用真空輔助樹脂灌注成型(VARI)制備出聚醚砜多孔纖維網(wǎng)紗層間增韌碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料。研究了PES多孔纖維在環(huán)氧樹脂的溶解行為以及復(fù)合材料的Ⅰ型層間斷裂韌性(GIC)和Ⅱ型層間斷裂韌性(GⅡC)、層間剪切強(qiáng)度和彎曲性能,并分析了復(fù)合材料層間斷裂的微觀形貌。結(jié)果表明,固化溫度為180℃時,PES多孔纖維完全溶解在環(huán)氧樹脂中;PESV面密度為31.6 g/m2時CF/EP復(fù)合材料的GIC和GⅡC最佳,分別提高了54.4%和62.2%。其原因是,PES多孔纖維在環(huán)氧樹脂中溶解后相分離形成了PES/環(huán)氧樹脂的兩相結(jié)構(gòu),改善了層間韌性;PESV面密度為21.9 g/m2時,復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量也分別提高了2.9%、4.0%和7.7%。
使用OM、SEM和EDS等手段,研究了第三代鎳基單晶高溫合金DD33不同V型缺口取向([100]、[210]和[110])片狀試樣從室溫到不同上限溫度(1000℃、1100℃和1200℃)的熱疲勞過程中裂紋的萌生和擴(kuò)展行為。結(jié)果表明,在三種上限溫度,DD33合金的熱疲勞性能均出現(xiàn)明顯的各向異性。在三個上限溫度[100]取向試樣均表現(xiàn)出最好的熱疲勞性能;上限溫度為1000℃和1200℃[110]取向試樣的熱疲勞性能最差,上限溫度為1100℃[210]取向試樣的熱疲勞性能最差。不同取向試樣的熱疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展行為,均呈現(xiàn)出一定的晶體學(xué)取向規(guī)律。熱應(yīng)力、氧化以及滑移系的開動,導(dǎo)致不同取向試樣裂紋的擴(kuò)展速率不同。
用選區(qū)激光熔融技術(shù)(SLM)制備Al-30Si合金,研究了去應(yīng)力退火后樣品的顯微組織、力學(xué)性能和熱物理性能。結(jié)果表明:SLM成形的Al-30Si合金樣品經(jīng)300℃/6 h退火后其室溫抗拉強(qiáng)度為254 ± 3 MPa,比鑄態(tài)加工的Al-30Si合金的抗拉強(qiáng)度提高53.5%,硬度為176.89 ± 8.5HV、比剛度為35.18 m2/s2。SLM成形樣品溫度為-100℃~200℃時的熱膨脹系數(shù)為13.8 × 10-6/℃~16.3 × 10-6/℃,平均熱導(dǎo)率為70.52 W·m-1·K-1??焖倮鋮s的特性能夠細(xì)化SLM成形樣品的初晶Si顆粒,使成形Al-30Si合金具有較好的綜合性能,其高比剛度和較低的熱膨脹系數(shù)有望使服役于特殊環(huán)境的光機(jī)結(jié)構(gòu)件保持高度的尺寸穩(wěn)定性。
采用超聲檢測和組織分析并將衰減系數(shù)量化研究了GH907合金機(jī)匣鍛環(huán)的組織對其超聲波衰減性能的影響,并闡述了超聲檢測中底波損失的原因。結(jié)果表明:超聲底波成像圖中衰減較大區(qū)域的形狀與GH907合金低倍組織中的黑晶區(qū)形狀一致;黑晶區(qū)的平均晶粒尺寸大于非黑晶區(qū),并有大量呈魏氏組織形貌的ε相;大量ε相的析出使超聲衰減增大近40%。應(yīng)該從細(xì)化晶粒、控制晶粒尺寸的均勻性和抑制ε相過量析出三方面優(yōu)化鍛造工藝以提高產(chǎn)品的合格率。
以低碳鋼Q235為內(nèi)管、以工業(yè)純鈦TA2為復(fù)管,用熱擠壓工藝制備了鈦/鋼復(fù)合管,使用金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、顯微硬度儀和納米壓痕等手段對其表征,研究了這種鈦/鋼復(fù)合管的力學(xué)性能與結(jié)合界面微觀組織的關(guān)系。結(jié)果表明,鈦/鋼復(fù)合管的外徑為22 mm,內(nèi)外壁厚分別為2.8 mm和0.4 mm,復(fù)合界面結(jié)合良好,界面內(nèi)的主要物相為α-Fe、α-Ti、TiC及Fe2Ti;高溫擠壓使鈦/鋼復(fù)合管結(jié)合界面處的位錯密度提高和晶粒明顯細(xì)化,復(fù)合管鈦側(cè)的晶粒細(xì)化程度比基材鋼側(cè)的高,界面晶粒的平均尺寸為1.5 μm。加工硬化和高溫?zé)釘D壓使鈦/鋼結(jié)合界面的硬度提高,界面結(jié)合處的硬度最大。低溫退火削弱了鈦/鋼復(fù)合管的加工硬化程度,提高了界面材料的剛度,而對界面金屬間化合物生成的反應(yīng)層的影響較小。
用重力鑄造法制備3種Mg97Y2-x Er x Ni1(x=0.5、1、1.5)合金,研究了其鑄態(tài)和(520℃,12 h)固溶態(tài)的組織和拉伸性能。結(jié)果表明:3種鑄態(tài)合金都由α-Mg基體和18R-LPSO相組成,其中Mg97Y1Er1Ni1晶粒最細(xì),LPSO相的體積分?jǐn)?shù)最高、尺寸最小且分布最為均勻,因此其室溫拉伸性能最佳。進(jìn)行(520℃,12 h)固溶處理后,3種固溶態(tài)合金仍然由α-Mg基體和18R-LPSO相組成。固溶態(tài)Mg97Y1.5Er0.5Ni1合金晶內(nèi)出現(xiàn)基面層錯,但是并不具有完整的堆垛周期性特征。與鑄態(tài)相比,3種固溶態(tài)合金的室溫拉伸性能均有所提高。
在VCoNi中熵合金中添加間隙碳(C)原子制備出(VCoNi)100-x C x (x=0,0.1,0.4,1和2.8),系統(tǒng)研究了C含量對其微觀組織、力學(xué)性能以及摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)C含量為0~1時,隨著C含量的提高,均勻態(tài)和再結(jié)晶態(tài)樣品的晶粒尺寸均減小,第二相顆粒的含量提高;均勻態(tài)樣品的織構(gòu)逐漸向α取向線上聚集,而再結(jié)晶態(tài)織構(gòu)均在α線上聚集,且織構(gòu)最強(qiáng)點(diǎn)均在α取向線上。當(dāng)C含量為1~2.8時,均勻態(tài)樣品中出現(xiàn)粗大的胞晶,第二相以棒狀和顆粒狀并存,退火孿晶減少,未出現(xiàn)典型的織構(gòu)類型。當(dāng)C含量為0.1時再結(jié)晶態(tài)樣品的強(qiáng)韌化性能最優(yōu),可歸因于細(xì)晶強(qiáng)化、間隙強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化。加入C原子使再結(jié)晶樣品的摩擦磨損性能提高,可歸因于磨粒磨損減弱,而粘著磨損和氧化磨損增強(qiáng)。
研究了等離子體表面改性和等離子體接枝改性碳纖維/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料界面的不均勻性。層間剪切強(qiáng)度(ILSS)測量及其偏差評估的結(jié)果表明,在相同等離子體條件下,等離子體表面改性對ILSS的提升率只有8.6%,而等離子體接枝改性的提升率高達(dá)37%;但是,接枝改性ILSS的離散程度比較高。掃描電鏡、金相顯微鏡和紅外光譜分析的結(jié)果進(jìn)一步表明,接枝改性可通過取代反應(yīng)將較多的活性基團(tuán)鍵接在碳纖維表面從而更容易實(shí)現(xiàn)界面提升,但是接枝層的不均勻及其產(chǎn)生的纖維粘連使ILSS的離散程度提高。
以對苯二甲酸和鈦酸異丙酯為原料制備金屬有機(jī)骨架化合物MIL125,然后用鹽溶液后浸漬法制備出系列堿金屬陽離子摻雜的M@MIL125-t(M: Li+,Na+,K+;t:6 h,9 h,12 h)。用傅立葉紅外光譜、X射線衍射和場發(fā)射掃描電鏡等手段表征其微觀結(jié)構(gòu)和形貌,進(jìn)行N2等溫吸脫附和CO2吸附測出其比表面積及CO2吸附量,研究了不同堿金屬鹽浸漬液和浸漬時間對MIL125的比表面積和CO2吸附能力的影響。結(jié)果表明,MIL125經(jīng)堿金屬氯鹽溶液浸漬后其結(jié)構(gòu)和晶型沒有明顯改變,浸漬液的表面腐蝕和孔道堵塞的共同作用使MIL125晶粒的比表面積均先增大后減小;與MIL125相比,摻雜Na+且浸漬9 h的比表面積(最高為2497 m2/g),提高了81.5%,CO2吸附量(為1.41 mmol/g)提高了72.0%。
基于電弧熔煉法將可燃毒物硼(B)元素添加到AlNbMoZr基難熔高熵合金(RHEA)中,制備出一種具有中子毒物特性的高強(qiáng)度新型核用RHEA材料。對其進(jìn)行強(qiáng)度為4 MeV的Kr離子輻照實(shí)驗(yàn),研究了這種材料的Kr離子輻照損傷行為。室溫壓縮結(jié)果表明,AlNbMoZrB合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能,其壓縮屈服強(qiáng)度可達(dá)1180 MPa,壓縮強(qiáng)度約為1274 MPa,塑性約為4.8%。對輻照前后這種合金的相結(jié)構(gòu)和顯微組織演化的分析結(jié)果表明,AlNbMoZrB合金具有典型的枝晶組織,其中枝晶區(qū)為無序BCC結(jié)構(gòu)基體相,枝晶間區(qū)由FCC結(jié)構(gòu)的Al-Zr相及α-Zr相組成,經(jīng)Kr離子輻照后α-Zr相發(fā)生非晶化轉(zhuǎn)變,還產(chǎn)生了高密度<100>和1/2<111>型位錯環(huán)。在室溫輻照條件下位錯環(huán)的體積密度約為4.11×1022 m-3,尺寸為12~16 nm;在300℃輻照條件下位錯環(huán)的體積密度降低到約1.63×1022 m-3,尺寸增大到23~27 nm。
使用液相沉淀法和熱聚合法制備Bi2O3/g-C3N4復(fù)合催化劑,用SEM、XRD、XPS、FT-IR和紫外可見漫反射等手段對其微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和光催化性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,這種Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑的形貌較好、分布均勻,具有較高的光催化性能;復(fù)合催化劑Bi2O3/g-C3N4-30%的光催化性能最好,用300 W模擬可見光氙燈照射2 h后對鹽酸四環(huán)素(TCH)的去除率為70%;捕獲實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,光催化降解鹽酸四環(huán)素(TCH)的主要活性物種為超氧自由基(·O2-)。
研究了納米晶CoNiCrFeMn高熵合金在拉伸過程中塑性變形產(chǎn)生的空洞裂紋的演化進(jìn)程與其拉伸力學(xué)性能的相關(guān)性,比較了服役溫度和平均晶粒尺寸對納米晶CoNiCrFeMn高熵合金和納米晶Ni的拉伸力學(xué)性能、微結(jié)構(gòu)演化以及位錯總長的影響。結(jié)果表明:服役溫度從低溫10 K升到高溫1000 K時多晶CoNiCrFeMn高熵合金比單晶CoNiCrFeMn高熵合金屈服應(yīng)力的降幅分別為14.9%、13.1%和17.4%;多晶Ni比單晶Ni屈服應(yīng)力的降幅分別為38.9%、30%和32.3%。同時,隨著服役溫度的提高,納米晶高熵合金和納米晶鎳的彈性模量和屈服強(qiáng)度呈線性下降趨勢。晶界缺陷誘導(dǎo)的內(nèi)應(yīng)力和空洞裂紋缺陷,使多晶鎳的屈服應(yīng)力比單晶高熵合金百分比的降幅更大;空洞裂紋缺陷的產(chǎn)生和其外形尺寸改變是材料服役力學(xué)性能急劇下降以及納米晶高熵合金和納米晶鎳?yán)炝W(xué)性能顯著差異的根本原因。拉伸載荷使多晶材料晶粒內(nèi)先產(chǎn)生極多的內(nèi)秉堆垛層錯,且隨著溫度的升高大晶粒易分化出細(xì)小晶粒并出現(xiàn)晶粒細(xì)化的納觀現(xiàn)象。同時,受內(nèi)應(yīng)力的誘導(dǎo)多晶高熵合金和多晶鎳更易在晶界邊緣產(chǎn)生新位錯,且位錯分布與內(nèi)應(yīng)力分布的趨勢一致;隨著溫度的升高熱脹冷縮使多晶材料的晶界范圍進(jìn)一步擴(kuò)張,使應(yīng)力的分布區(qū)域比在低溫下更大。
用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備鈦合金/不銹鋼復(fù)合板,模擬計算連接界面處的電流密度場、溫度場和應(yīng)力場并分析了復(fù)合材料的微觀組織、界面微納力學(xué)行為和拉伸性能。結(jié)果表明:在高能脈沖電流的作用下發(fā)生短時尖端放電使連接界面處的溫度瞬間升高,連接界面相對平直并發(fā)生了明顯的Ti、Fe、Cr原子擴(kuò)散,在界面處生成了少量的TiFe、TiFe2和FeCr等金屬間化合物。結(jié)合界面處金屬間化合物的硬度達(dá)到3.557 GPa,遠(yuǎn)高于兩側(cè)金屬基體(鈦合金2.943 GPa,不銹鋼2.717 GPa)的硬度。鈦合金/不銹鋼復(fù)合板的拉伸強(qiáng)度可達(dá)385.7 MPa,分別為鈦合金母材和不銹鋼母材的72%和80%。在拉伸過程中,不銹鋼板解理斷裂后鈦合金板承載直至發(fā)生典型的韌性斷裂。
對75%變形量熱軋態(tài)Cu71Al18Mn11合金進(jìn)行熱區(qū)溫度分別為800、850和900℃和抽拉速度分別為2、5和15 μm/s的正交定向再結(jié)晶實(shí)驗(yàn),研究工藝參數(shù)對熱軋態(tài)Cu71Al18Mn11合金的定向再結(jié)晶組織和超彈性性能的影響,并分析定向再結(jié)晶機(jī)理。結(jié)果表明:隨著抽拉速度的提高,定向再結(jié)晶的效果呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢。抽拉速度為2 μm/s時為粗大等軸晶中摻雜著少量柱狀晶的組織,抽拉速度提高到5 μm/s時可獲得大長徑比柱狀晶組織,但抽拉速度提高至15 μm/s時則定向再結(jié)晶組織為柱狀晶與等軸晶混合組織。大長徑比柱狀晶組織的合金其超彈性性能較好,900℃-5 μm/s定向再結(jié)晶合金的應(yīng)變量為12%時殘余應(yīng)變僅為1.1%,超彈性應(yīng)變?yōu)?.05%。抽拉速度和熱區(qū)溫度影響定向再結(jié)晶過程中柱狀晶吞并其前端一次再結(jié)晶晶粒的速度,從而影響定向再結(jié)晶組織;當(dāng)熱區(qū)移動的速度、柱狀晶吞并前端一次再結(jié)晶晶粒的速度和柱狀晶前端生成一次再結(jié)晶晶粒的速度三者達(dá)到平衡時柱狀晶界面持續(xù)向前推進(jìn),最終生成大長徑比的柱狀晶組織。
先用一步水熱法合成空心納米球,再將其作為量子點(diǎn)敏化太陽能電池(QDSSCs)光陽極的散射層材料用絲網(wǎng)印刷技術(shù)刮涂在TiO2基底上。組裝成的QDSSCs電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,表明SnO2的空心球結(jié)構(gòu)有利于電解質(zhì)的存儲,在保證電子高效傳輸速率的同時提高其化學(xué)穩(wěn)定性,使循環(huán)反應(yīng)更加有效。在QDSSCs的制備過程中,以ZnCuInSe量子點(diǎn)為敏化劑,進(jìn)一步研究了吸附量子點(diǎn)后不同膜厚的光陽極對太陽能電池光電性能的影響。膜厚為9 μm的SnO2散射層其最高光電轉(zhuǎn)換效率值7.31%,可應(yīng)用在QDSSCs中。
以石墨烯和正硅酸乙酯為原料用溶膠-凝膠法制備了Graphene/SiO2納米復(fù)合材料,用球盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評價其作為水基潤滑添加劑在不同載荷和濃度下的摩擦學(xué)性能。用掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。結(jié)果表明:在15N載荷工況下,Graphene/SiO2納米復(fù)合材料作為添加劑在超純水中含量為0.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時具有最佳的摩擦學(xué)性能 ,比超純水的摩擦系數(shù)降低了17.9%,鋼球磨損率降低了61.7%?;谀p表面分析提出的潤滑機(jī)制為:在摩擦過程中,Graphene/SiO2納米復(fù)合材料在磨損表面生成的物理吸附膜、Graphene的層狀剪切作用以及SiO2在磨損表面的修復(fù)作用和滾珠軸承作用,使超純水的摩擦學(xué)性能提高。
用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)及X射線衍射分析(XRD)等手段表征不同厚度的冷軋態(tài)GH3536微米尺度帶箔材退火后的顯微組織和結(jié)構(gòu)特征,研究這種材料的再結(jié)晶和晶粒長大的規(guī)律。結(jié)果表明,冷軋變形后的GH3536帶箔材的晶粒組織呈線條狀,其主相為γ相;建立了厚度為200、100和50 μm的GH3536帶箔材在1050~1150℃退火10~60 min的晶粒長大方程,得到晶粒長大的激活能分別為Q200 μm=800.34 kJ/mol,Q100 μm=609.50 kJ/mol,Q50 μm=314.79 kJ/mol。厚度較小的GH3536帶箔材其晶粒長大激活能也較小,晶粒更容易長大。影響晶粒長大的因素與變形程度和析出相顆粒有關(guān)。
采用電弧離子鍍在Ti65鈦合金板材表面涂覆一種NiCrAlSiY涂層,并對其進(jìn)行650℃~800℃的循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn),研究了這種涂層對板材抗氧化性能和室溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,經(jīng)500次循環(huán)氧化后涂覆NiCrAlSiY涂層的Ti65板材由涂層、擴(kuò)散層和基材區(qū)三個區(qū)域組成,涂層與板材的結(jié)合界面比較致密,達(dá)到了完全抗氧化級別;涂層表面的氧化物以Al2O3為主,循環(huán)氧化溫度升高到800℃在涂層表面開始出現(xiàn)TiO2氧化物。在循環(huán)氧化過程中涂層與板材間的元素擴(kuò)散以Ni和Ti元素為主,循環(huán)氧化溫度升高到800℃發(fā)生少量Cr元素擴(kuò)散;Ni與Ti元素的互擴(kuò)散導(dǎo)致在涂層與板材的結(jié)合界面生成了Ti2Ni和TiNi。循環(huán)氧化后的板材其拉伸強(qiáng)度保持率高于90%,涂覆涂層板材的拉伸延伸率可達(dá)初始態(tài)板材延伸率的30%左右。供貨態(tài)板材氧化后塑性較低的原因,可能是在高溫下氧元素滲入板材表面產(chǎn)生了表面脆性。
研究了缺口應(yīng)力集中系數(shù)不同的深海潛水器耐壓殼用TC4 ELI(Extra-low-interstitial) 合金板材在恒總應(yīng)變幅控制下的低周疲勞行為。結(jié)果表明,在應(yīng)變幅較低(0.7%以下)和應(yīng)變幅較高(0.8%和0.9%)條件下的光滑試樣在循環(huán)初期分別發(fā)生了循環(huán)硬化和循環(huán)軟化,而缺口試樣在0.2%~0.7%應(yīng)變幅條件下的循環(huán)初期均發(fā)生了循環(huán)硬化。通過循環(huán)載荷作用下材料滯回能的變化描述了TC4 ELI合金試樣低周疲勞的損傷程度,得到了缺口應(yīng)力集中系數(shù)與低周疲勞性能參數(shù)之間的關(guān)系,建立了相對裂紋萌生壽命預(yù)測模型。利用該模型能較好地預(yù)測缺口應(yīng)力集中系數(shù)較低的TC4 ELI合金在高應(yīng)變幅條件下的相對疲勞裂紋萌生壽命。
采用EBSD、SEM等手段研究了固溶溫度對GH4742合金的微觀亞結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和γ'相的影響。結(jié)果表明,固溶溫度為1080℃~1120℃時,隨著固溶溫度的提高基體發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶的比例提高,小角度晶界的比例由13.2%降低為3.2%;同時,晶粒顯著粗化,平均晶粒尺寸由11.0 μm增大到111.6 μm,Σ3孿晶界的比例由13.2%提高到58.6%。隨著固溶溫度的提高,基體內(nèi)一次γ'相的體積分?jǐn)?shù)顯著降低、尺寸增大,二次γ'相的體積分?jǐn)?shù)和尺寸增加,三次γ'相的體積分?jǐn)?shù)和尺寸變化較小。在不同固溶溫度下γ'相強(qiáng)化增量的變化較小,晶粒粗化是導(dǎo)致其強(qiáng)度降低的主要因素。隨著固溶溫度的提高GH4742合金的室溫強(qiáng)度顯著降低,而高溫強(qiáng)度提高和持久斷裂時間顯著增加。固溶溫度為1100℃時,GH4742合金的室溫和高溫力學(xué)性能良好。
使用熱膨脹儀等手段研究了稀土對Fe-C和Fe-C-Si-Mn低碳鋼連續(xù)冷卻過程奧氏體-鐵素體相變溫度和等溫過程相變動力學(xué)的影響。結(jié)果表明,添加微量的RE元素可顯著降低連續(xù)冷卻過程中先共析鐵素體相變的開始點(diǎn)溫度。同時,添加微量稀土還能改變等溫過程中的鐵素體相變動力學(xué):RE元素通過抑制碳擴(kuò)散減緩了Fe-C-(RE)合金整個相變過程的相變速率;而對于Fe-C-Si-Mn合金,RE通過抑制C元素擴(kuò)散和改變晶界能的雙重作用,使其相變孕育期延長和相變初始階段速率降低,但是提高了相變中后期的速率。
MXene是一種新興的二維過渡金屬碳化物或碳氮化物,優(yōu)異的金屬導(dǎo)電性、豐富的表面官能團(tuán)和超薄二維結(jié)構(gòu)使其在電化學(xué)儲能方面的應(yīng)用有巨大的潛力。鋰硫電池的理論比容量較高,在新一代儲能器件中極具競爭力。二維MXene及其組裝的三維材料作為一種先進(jìn)的硫載體可通過多種途徑克服鋰硫電池固有的導(dǎo)電性差和放電產(chǎn)物溶解嚴(yán)重的問題。本文綜述了目前二維和三維結(jié)構(gòu)的MXene材料在鋰硫電池中的應(yīng)用,分析了性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,總結(jié)了目前存在的挑戰(zhàn)和困難并對未來的設(shè)計方向提出一些看法。
用強(qiáng)度為2 MeV的Si2+離子對C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料進(jìn)行室溫輻照,使用掠入射X射線衍射、拉曼光譜、透射電子顯微分析、掃描電子顯微分析和納米壓痕等手段研究了輻照前后C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶格損傷、微觀組織結(jié)構(gòu)、表面形貌及顯微力學(xué)性能的變化。結(jié)果表明:Si2+離子輻照后SiC晶格中產(chǎn)生的應(yīng)力使晶格膨脹,而ZrC晶格未發(fā)生膨脹;輻照后SiC的拉曼峰寬化和偏移在Si-C區(qū)域形成新峰,離子輻照誘導(dǎo)ZrC出現(xiàn)的碳空位使其具有拉曼活性,從而出現(xiàn)特征峰;輻照后C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的表面形貌沒有顯著的變化,而ZrC和SiC中碳的原子含量分別提高了37.93%和13.03%;輻照使ZrC中出現(xiàn)大量的間隙缺陷團(tuán)簇和SiC部分非晶化,且在ZrC與SiC晶粒的交界處出現(xiàn)完全非晶化區(qū)域;碳纖維中碳相的ID/IG值與石墨微晶的層面間距增大,熱解碳的層狀結(jié)構(gòu)被破壞逐漸呈無序化;ZrC、SiC和碳纖維的納米硬度和彈性模量增大,ZrC的變化最小表明其具有更高的穩(wěn)定性。
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