金属功能材料
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2021年 28卷 6期
刊出日期：2021-12-20
研究与技术
研究与技术
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Co元素对La-Y-Ni系A2B7型储氢合金的微观结构及电化学性能的影响
侯晓东 邓安强 赵刘强 杨洋 罗永春
通过真空电弧熔炼的方法制备La-Y-Ni系A2B7型La0.3Y0.7Ni3.25-xCoxMn0.15Al0.1（x=0~1.5）合金，并在0.2Mpa高纯Ar气氛下进行1023K、24h退火处理，通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量分散谱（EDS）和电化学测试等方法，系统研究了Co部分替代Ni对La-Y-Ni系A2B7型合金微观组织、相结构及电化学性能的影响规律。结构分析表明，退火后合金为多相组织，包括Ce2Ni7型相、Gd2Co7型相、Ce5Co19型相、Pr5Co19型相及CeNi5型相，其中互为同素异构体的Ce2Ni7型相及Gd2Co7型相为主相，随Co含量的逐渐增加，Ce2Ni7型主相的丰度呈现先减小后增大的规律，晶胞体积也随之逐渐增大。随着Co含量的增加，合金电极的充放电循环稳定性及放电容量整体呈先增加后减小的规律,合金电极的最大放电容量和最佳循环稳定性分别为385.9 mAh/g（x=0.2）与82.3%(x=1.0)。
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电工钢的动态应变时效行为
刘兆月 王明 李泽琳 胡志远 杨平 马家骥 安冬洋 刘恭涛
对三种典型牌号无取向电工钢进行拉伸试验，对其动态应变时效行为进行了研究。结果表明，在应变速率为0.0010-0.0030 s-1、温度在25-200 ℃条件下，无取向电工钢在125 ℃以上发生动态应变时效。在125-200 ℃测试温度范围内，锯齿波的种类为A型、C型和B型，表现为正常的临界行为；动态应变时效现象显著的影响了电工钢的力学性能，产生了明显的强化作用。随着硅含量升高，动态应变时效的强化作用变得更显著而对延伸率的降低作用减弱。此外，根据临界应变与温度和应变速率之间的关系计算得到锯齿形成的激活能为30.85 kJ?mol-1，结合无取向电工钢的溶质原子的特性进行分析，认为C原子沿位错的快速扩散是引起电工钢动态应变时效的主要原因。
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锂离子电池正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2过充行为分析
陆大班 林少雄 王志鹏 胡淑婉 张峥 彭文
通过扣电形式分析不同充电终止电压（4.3 V、4.5 V、4.7 V、4.9 V和5.1 V）正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的性能，研究过充对其性能的影响。结果表明，材料充电到4.9 V后，放电比容量明显降低。通过容量微分曲线分析了材料在整个充放电过程中的相变，H3相的出现导致材料比容量降低。X射线衍射分析表明，材料过充后整体结构并没有发生变化，但有相变产生。平面和截面的扫描电镜图可以看出，材料过充后颗粒破碎严重，内部出现明显裂纹，而且过充后材料的热稳定性明显降低。
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Mn掺杂直接合成高有序L10-FePt纳米粒子及其合成工艺的研究
颜苗苗 赵东 孙志檬 常玲 李英楠 裴文利
通过掺杂Mn成功直接合成了高有序度、小尺寸L10-FePt纳米粒子。研究表明：随着合成温度的增加，FePt纳米粒子的分散性，有序度(s)和矫顽力逐渐改善。在合成温度为360 °C，获得了尺寸约为8 nm，s为0.903的L10-FePt纳米粒子。掺杂Mn元素合成FePt纳米粒子中会引起FePt相的晶格畸变，加速Fe和Pt原子的迁移，促进有序化扩散，从而在较低温度下直接合成出L10-FePt纳米粒子。升温速率对L10-FePt纳米粒子的有序度和磁性能起到了重要作用，升温速率较快和较慢分别会导致纳米粒子有序化扩散不完全和有序相的晶核较少，进而导致产物有序度不高且矫顽力较低。通过Mn掺杂和合理工艺调控，可以获得小尺寸、分散性好和高有序度的L10-FePt纳米粒子。
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1420铝锂合金改进的Johnson-Cook本构模型
董福青 于培师 张超锋 赵军华
为保证1420铝锂合金在服役过程中受到动载荷和高速气流摩擦升温的耦合作用而导致材料性能弱化的结构安全，本研究针对1420铝锂合金高温动态力学行为进行充分的测试与表征。根据试验结果特性，提出综合考虑温度、应变率和应变耦合效应的改进的Johnson-Cook本构模型。在此基础上，将建立的本构模型和损伤模型写入有限元，准确模拟实心圆棒试样293 ~ 573 K、扭转速度为472 °/min条件下的力学行为。最后，对比1420铝锂合金的拉伸试验与扭转试验得到的等效应力应变曲线，讨论基于扭转试验得到的本构与损伤模型的适用范围。
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速凝和渗氮制备高性能钐铁氮磁粉及其粘结磁体的研究
刘志坚 高远 何坤宏 陈远星 刘仲武
本文利用速凝铸片结合氮气渗氮制备了高矫顽力的Sm2Fe17N3磁粉，研究了不同渗氮工艺对Sm2Fe17N3磁粉性能的影响。结果表明，在773K下渗氮24h后缓冷处理得到的Sm2Fe17N3磁粉性能最优，剩磁Jr=0.94T，内禀矫顽力Hcj=698kA/m，最大磁能积(BH)max=16.27MGOe。相比Nd-Fe-B磁体，Sm-Fe-N磁粉具有更好地高温性能和热稳定性。利用优化的粉末制备了粘结磁体，初步研究粉末粒径对Sm2Fe17N3粘结磁体磁性能的影响。发现粒径均匀的粉末制成磁体的密度更大且硬磁性能更好，粉末平均粒径为67μm的磁体的最大磁能积为(BH)max=9.52MGOe。
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铂/氧化钨/无定形硅铝氧化物组装方式对其催化甘油氢解性能影响研究
尹艳艳 赵余龙 孙齐磊 肖滋成 薛富民 梁明会
甘油选择性氢解为1,3-丙二醇具有重要工业价值和学术研究价值。利用组装技术制备了铂/氧化钨/无定形硅铝氧化物催化剂，并对催化剂进行了透射电镜表征和元素分布分析。铂纳米粒子先与氧化钨纳米粒子组装再负载于无定型硅铝氧化物所得催化剂中铂与氧化钨结合良好，且表现出最佳催化性能；该催化剂上甘油转化率可达到70.7%，1,3-丙二醇选择性达到43.6%。铂的负载量和载体类型对1,3-丙二醇的选择性生成有重要影响。氨气程序升温脱附结果表明三氧化钨的酸性位点与无定形硅铝氧化物酸性位点共同影响了甘油的转化和1,3-丙二醇的生成。
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基于最小二乘向量机的锂离子电池建模及参数辨识研究
胡浪
以提升锂离子电池模型建立有效性以及参数辨识精度，提出了基于最小二乘向量机的锂离子电池建模及参数辨识方法。利用二阶等效电路模型建立锂离子电池RC等效电路模型，基于锂离子电池RC等效电路模型利用LPV技术建立锂离子电池参数可辨识模型，选取最小二乘支持向量机算法求解参数可辨识模型，最小二乘向量机算法利用二次规划问题代替支持向量机最优化问题，利用核函数替换高维空间内点积运算，实现锂离子电池RC等效电路模型参数的有效辨识。实验结果表明，所建立锂离子电池模型输出电压与实际测量电压极为吻合，不同锂离子电池状态下均具有较高的模型参数辨识精度。
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钢轨用钢耐磨耐蚀性能研究现状
高丽平
钢轨作为铁路及高速铁路运输关键部件之一，是轨道结构的重要组成部分，其性能优劣、服役时间长短直接影响到铁路整体运输时效和能力，进而影响中国铁路运输建设的进程。简述了磨损机制及耐磨钢轨的研究现状，简单概括了钢轨腐蚀机制及合金元素、微观组织、加工工艺等对钢轨耐腐蚀性能的影响，以期为以后的研究提供理论依据。
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循环应力对高强度无取向电工钢磁性能的影响
李兆振 宋新莉 刘静 程朝阳 贾涓 范丽霞
研究了不同循环应力（370MPa,400MPa）对高强度无取向电工钢磁性能与微观结构影响。结果表明：实验钢在应力作用下循环加载到5×103周次时，磁感应强度明显降低，铁损增大，随循环周期延长，磁感应强度与铁损变化均趋于平缓。循环应力为400MPa时磁感应强度下降与铁损增大更显著。随循环周期延长，{001}面织构体积百分数降低，对磁性能不利的{111}面织构体积分数增大，磁畴结构由180°平行畴变成弯曲畴与迷宫畴，位错密度增大，这些因素是导致无取向电工钢磁感应强度降低，铁损增大的原因。
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高纯镱靶材边角料回收利用技术的研究
张先恒 赵二雄 苗旭晨 董岳阳
采用真空蒸馏法对高纯镱靶材边角料金属镱进行了提纯，研究温度、时间对金属镱收率、表面质量的影响。结果表明，20.52公斤高纯镱靶材边角料，在真空度小于1帕，830℃条件下，蒸馏时间3小时可实现金属镱与钛屑的分离，金属镱蒸出率达到95.1%。金属镱夹杂较多，不适宜继续作为靶材原料使用。通过对第一次分离所得金属镱19.5公斤二次蒸馏提纯，在真空度小于1帕，650℃条件下，蒸馏时间7小时可实现金属镱与夹带杂质的分离。金属镱纯度（Yb/TRE）99.99%，金属镱蒸出率98.35%。利用电镜扫描对二次残留于坩埚底粉进行了分析，结果表明。杂质主要为Yb及Al、Fe的氧化物。
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弯头内表面超音速喷涂防腐耐磨涂层的应用
雷国财
采用超音速火焰（HVAF）内孔喷枪在304不锈钢基体上制备了WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层，结果表明：WC-10Co4Cr涂层表面粗糙度为Ra1.3μm，在不同攻角下，WC-10Co4Cr涂层的耐冲蚀性能均优于304不锈钢，在3.5wt% NaCl溶液中涂层具有较低的腐蚀电流密度，能有效减弱了矿浆冲蚀过程中的机械冲刷作用和电化学腐蚀作用。
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铈锆固溶体中铈锆比对柴油车氧化型催化剂Pt-Pd/CexZryO2-Al2O3性能的影响
王雨 李兆强 樊蓉蓉 丁智勇 王艳 张丞 郭欣
本研究以γ-Al2O3为载体及以铈锆固溶体CexZryO2 (x + y = 1)为助剂，采用浸渍法制备了负载Pt、Pd的柴油车氧化型催化剂Pt-Pd/CexZryO2-Al2O3，在相同Pt、Pd比及负载量，相同CexZryO2及γ-Al2O3占比条件下，考察了不同Ce/Zr比例x/y的CexZryO2所制备DOC催化剂对催化氧化柴油车尾气中CO、C3H6和NO2占比性能的影响。实验结果表明，当CeZrO2中Zr的比例较低时不利于催化活性，当Ce与Zr占比为4：6时，催化剂性能较好。以BET、XRD、TPR等技术对样品进行了表征，发现固溶体对于催化剂比表面影响较小，而Zr含量高有利于贵金属在晶体表面分散及其还原性能。
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冲击荷载作用下试验机金属材料极限承载力测量技术研究
李明 郭相飞 方馨悦
传统试验机金属材料极限承载力测量技术获得的影响因素单一，导致存在损伤的金属材料的极限承载力测量结果与实际情况不符。为此，研究新的冲击荷载作用下试验机金属材料极限承载力测量技术。该技术基于冲击荷载过程，构建金属材料力学特征计算模型，全面提取金属材料极限承载力影响因素，通过计算得到屈服弯矩，测量金属材料抗弯极限承载力。为验证所提技术的应用效果，设计仿真实验。实验结果表明：与传统测量技术相比，对于正常金属试件和已变形金属试件时，所提技术测量结果与实际数据一致。
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Fe-Ga合金的相结构及其对磁致伸缩性能影响的研究进展
程超 牟星 鄢邵文 张洪平
摘要： Fe-Ga合金作为一种新型智能材料，因其有驱动磁场低、饱和磁致伸缩系数高、机械性能好等优点，可用于致动器、传感器、换能器等高新技术领域，从而成为研究热点。本文主要综述了当前Fe-Ga合金在相结构、相转变关系、相调控及相结构对磁致伸缩的影响等方面的研究进展，并对Fe-Ga合金的发展趋势进行了探讨。
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磁致伸缩生物传感器结构优化及病菌检测研究
王凡 张克维 陈哲 朱乾科 朱紫藤 孙宇
本文以铁基非晶软磁合金带材为磁致伸缩换能器，以聚乙烯醇(PVA)为功能涂层，通过加载抗体，制备出磁致伸缩生物传感器。利用阻抗分析仪研究了直流偏置磁场与交流激励磁场对磁致伸缩换能器共振特性的影响；利用电化学工作站测试对比了Au涂层和PVA涂层的耐腐蚀性能；采用尺寸为5mm×1.4mm×25μm的传感器检测了浓度为101-108CFU/ml大肠杆菌悬浮液，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察病菌吸附情况。实验结果表明：厚度为347nm的PVA涂层较2.31μm的Au涂层而言，有较大的自腐蚀电位、阻抗弧和较小的自腐蚀电流，故PVA涂层具有更好的耐腐蚀性能；随直流偏置电压增大，换能器共振信号幅值先增大后保持不变，而随交流电压增大，换能器共振信号幅值不断减小；换能器表面、PVA涂层均对大肠杆菌表现出一定的非特异性结合能力，但在相同病菌浓度下其共振频率偏移量均小于加载抗体的传感器，且随着浓度的增大，共振频率偏移量差距越大，检测下限为102CFU/ml。扫描电子显微镜结果进一步证实了传感器共振频率偏移量由所吸附的大肠杆菌引起。
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重量法测定稀土萃取回收物中有价金属的含量
李佳 朱悦然 赵文怡 周凯红
测定稀土萃取物中有价金属离子的含量，对于有价金属的回收利用和提高产品质量具有重要的指导意义。本文中稀土萃取回收物以过氧化钠、碳酸钠混合熔剂熔融，经热水浸取，得钙、钡、锶的可溶性碳酸盐沉淀（可溶解于盐酸），再以盐酸溶解沉淀，用硫酸使钙、钡、锶形成稳定的硫酸盐沉淀，用重量法测得其合量，按照实验方法对稀土萃取回收物中有价金属平行测定11次，同时加入标准溶液进行加标回收试验，结果表明，使用重量法可以快速、有效的测定出稀土萃取物中钙、钡、锶的合量，测定结果的相对标准偏差RSD<0.3%，加标回收率在99.9%-101%之间。
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金刚石内圆刀片用不锈钢冷轧带材生产工艺研究
秦红霞 宋军涛 李强 金翼
本文通过采用三次冷轧、三次退火和一次拉矫的生产工艺流程，进行金刚石内圆刀片基体用不锈钢带材的生产。通过调节冷轧工序、拉伸弯曲矫直工序以及张力去应力退火工序的工艺参数，从而确定了最佳的生产工艺。采用该生产工艺，不仅使生产出来的冷轧带材板形平整，而且力学性能良好，冷轧带材横向和纵向延伸基本一致，生产出来的金刚石内圆刀片的使用寿命高达1500次左右。
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一种高碳耐磨高温合金的组织和性能
王艾竹 王志刚 李宁 王树财 于杰 韩魁
钴基高温合金通过加入1.05%左右的碳元素，形成大量富含Cr、Co、W的碳化物，并细化晶粒，提高合金的耐磨性能，合金中的碳化物形貌分为两种，一种为大颗粒深色一次碳化物M7C3，另一种为浅灰色的小颗粒二次碳化物M23C6，通过对该合金进行不同温度的热处理试验观察发现，随着热处理温度的升高，合金中的浅灰色小颗粒二次碳化物逐渐回溶，大颗粒深灰色一次碳化物长大，晶粒开始长大。合金随着热处理温度的提高，硬度逐渐降低，当加热温度达到1160℃时，硬度值快速降低。
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