金属功能材料
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2023年 卷 5期
刊出日期：2023-10-20
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研究与技术
研究与技术
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Pb元素诱导高有序度L10-FePt纳米粒子的一步合成
余文鼎 申宝旭 赵际实 赵东 刘可心 裴文利
面心四方相（L10）结构的FePt纳米粒子具有较大的磁晶各向异性，生物相容性好，催化活性高的特点，在信息储存、军事、催化剂、永磁体和生物医学等领域具有广阔的应用前景。研究表明，在制备 L10-FePt 纳米粒子的过程中，添加 Au、Ag、Cu 等贵金属或过渡族金属元素，可以简化制备过程，同时显著降低 L10-FePt 纳米粒子的无序-有序转变温度，诱导高有序度L10-FePt纳米粒子的一步合成。本文掺杂第三金属元素Pb，通过湿化学法直接合成出成分均匀、无团聚还具有高有序度和良好磁性能的L10-FePt纳米粒子。结果表明，随着反应温度的升高，L10-FePt纳米粒子的有序度s和矫顽力Hc均逐渐增加。实验最佳制备合成温度为360℃，可制得磁性能最佳的L10-FePt纳米粒子。此时，纳米粒子的原子组分为Fe62Pt15Pb23，酸洗后矫顽力，Hc=8622.4 Oe。因此，合理的合成工艺和第三元素诱导可直接合成出高有序和良好分散性的L10-FePt纳米粒子。Pb元素诱导高有序度L10-FePt纳米粒子的一步合成工艺有望实现高有序度L10-FePt纳米粒子的可控制备。
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锻造工艺对Ti-22Al-25Nb合金φ400mm规格棒材组织与性能的影响
史晓强
通过三维换向锻造工艺试制Ti-22Al-25Nb合金φ400mm大规格棒材，研究了三维换向锻造的极限变形量；分析了在B2+α2+O三相区进行不同三维换向锻造次数与生产的棒材组织、力学性能和探伤杂波水平的差异。结果表明:三维换向锻造的极限变形量为50%；在B2+α2+O三相区进行三维换向成品锻造，当三维换向锻造次数达到3次时，可制备出组织均匀性好、力学性能和探伤结果优异的Ti-22Al-25Nb合金400mm大规格棒材。
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MXene及其复合材料在水系锌离子电池正极中的研究进展
房栾 刘爽 聂平
水系锌离子电池是一种很有前景的电化学储能器件，它具有易于制备，环境友好，安全性高和容量大等优点。新型MXene材料由于其独特的结构特征和物理化学性质，显示出增强电极电化学性能的能力。除了可调节的层间距外，由于其优异的导电性、丰富的化学组成和可控的表面化学，使MXene成为可充电电池的潜在电极材料。本文综述了MXene及其复合材料在水系锌离子电池正极材料中的应用进展，总结了MXene材料在锌离子储能器件中的独特优势。最后，概述了锌离子储能中MXene材料存在的挑战和应用前景。
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高热输入船体结构用钢焊接接头显微组织与硬度的统计分布表征研究
吴东晓 王蓬 李冬玲 陈鸣 赵晋斌 范小芬
本文使用全自动金相扫描分析技术和全自动硬度面分布分析技术对不同焊接能量和工艺下船体结构用钢焊接接头的显微组织和硬度进行了原位统计分布表征，并研究了不同焊接能量对焊接接头热影响区组织结构分布和显微维氏硬度的影响规律。发现焊接接头焊缝区显微组织多以针状铁素体和少量粒状贝氏体形式存在，热影响区中粗晶区和细晶区多为块状铁素体、细小贝氏体和珠光体。高热输入焊接接头热影响区较低热输入焊接接头热影响区的显微组织分界更加明显，在熔合线区附近焊接热输入越高，晶粒越粗大，低热输入焊接样品的粗晶区与细晶区的宽度都在1mm以内，而高热输入焊接样品的粗晶区大于4mm，细晶区的宽度是粗晶区的2-3倍，尺寸均明显宽于低热输入焊接样品。高热输入焊接接头的热影响区硬度明显低于母材区与焊材区，且在靠近母材区出现了软化区，宽度约为5mm，且软化区硬度值较比母材和热影响区下降15%左右。
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基于Fluent烧结钕铁硼真空烧结炉温度场模拟分析
杨松 周磊 刘洋 陈林军 刘和平
以SRVS-50G真空烧结炉为研究对象，基于Fluent有限元分析软件对烧结钕铁硼真空烧结炉温度场进行模拟分析。模拟了空载状态下真空烧结炉的瞬态温区分布，并将模拟结果与实验数据对比，二者相差在15%以内。在此基础上，进一步研究升温功率、加热体宽度对加热系统温度分布特性及升温效率的影响。结果表明，采用合适的升温功率和加热体宽度能够适当的提高升温效率和升温均匀性。
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La-Nd-Y-Ni系A5B19型储氢合金表面原位合成Ni3S2@MoS2改性及其电化学性能
沈秉金 赵刘强 周健飞 张乾坤 罗永春
作为镍氢电池的负极材料，储氢合金在很大程度上决定镍氢电池的性能，其表面的腐蚀或氧化层不但会导致合金电极的循环寿命大大衰减，而且对高倍率性能也有很大的影响，因此，限制了镍氢电池在高功率以及极端环境等领域的应用。基于上述原因，研究人员通过各种方法在合金电极表面制备出电催化活性高以及导电性好且结合力比较牢固的过渡金属硫化物活性层，可以明显改善合金电极的电化学性能。在课题组研究基础上，制备了新型 A5B19 型La-Y-Ni 系退火合金La0.25Nd0.2Y0.55Ni16.1Co1.5Mn0.9Al0.9，通过不同温度的水热处理在合金表面成功原位生长Ni3S2@MoS2，利用XRD、SEM/EDS、XPS以及电化学方法系统研究了Ni3S2@MoS2对合金相组成、储氢性能和电化学性能的影响规律和作用。结果表明，随水热处理时间的增加，合金电极的活化性能有所降低，循环寿命和高倍率性能都有了不同程度的提高，并且在120℃处理时，循环寿命S100=92%相比于未处理条件下S100=85.9%提升最高，在160℃处理时，合金电极的高倍率性能HRD1800=65.8%（未处理条件下HRD1800=37.3%），达到了最大。在储氢合金表面原位生长Ni3S2/MoS2，不仅改善了合金表面耐腐蚀性能，同时还提升了合金电极的高倍率放电性能。这种经济高效的新型硫化方法使得镍氢电池在高功率领域、极端环境下的应用成为可能。
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有缝线路钢轨接头病害视觉检测及治理技术
胡永魁
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热喷涂过程中热障涂层残余应力研究
胡怀谷 杜毅辉 刘琨
热障涂层技术是解决航空发动机和燃气轮机高温服役的核心技术之一。它不仅能阻隔热燃气，还能防止叶片被氧化、腐蚀、侵蚀等造成的损坏。因此，深入研制热障涂层制备过程中的热应力因素，对热障涂层的设计、制备和强度评估具有重要意义，对航空发动机和燃气轮机的安全服役具有重要意义。本文介绍了热障涂层热喷涂制备中应力问题的最新研究进展。总结了近五年制备技术（主要包括：喷涂参数、粘结层温度和粗糙度、热处理、激光表面重熔）对热应力影响的研究，涉及理论、实验和数值分析几个方面。
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化学镀法制备W@Ce(OH)4核-壳复合粉末分析与研究
曹燕 吴翔云 王婵 张宁飞 邢晓玉 黄贞益
为了确定采用化学镀法制备以W颗粒为核，以Ce(OH)4为壳的W@Ce(OH)4核-壳结构的可行性以及Ce(OH)4的反应途径。本研究以向由含高纯钨粉的Ce(NO3)3·6H2O和聚乙烯二醇混合水溶液中逐滴加入NaOH的方式，采用实验观察、粉体和烧结体组织结构分析等相结合的手段对上述可行性与反应途径进行了分析。结果表明，采用化学镀法可成功制备W@Ce(OH)4核-壳结构。在未滴入NaOH水溶液时，即使经历24 h，在pH值呈弱酸性(约5.63)的混合水溶液中也无反应迹象发生，Ce(OH)4壳无法生成。在逐滴滴入NaOH水溶液后，水溶液中逐渐出现反应迹象，并随着NaOH滴入量的增加，混合溶液中W颗粒的颜色由原始的灰色，逐渐变化为灰白色并最终变化为淡黄色。Ce(OH)4壳是在W颗粒表面首先通过Ce3+与OH-反应生成Ce(OH)3沉淀，然后该沉淀与溶解氧和水反应生成。
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材料数据基础设施架构研究与应用
王畅畅 苏航 侯雅青 段琳娜
材料数据是材料数字化研发的基石，材料数据基础设施的建设是有效利用材料数据、加速材料研发的关键。目前国内外有诸多材料数据基础设施，数据的开放和共享逐步成为国际共识。本文分析了材料数据基础设施建设面临的主要挑战与应对策略，提出了分布式材料数据基础设施的通用基础架构及其关键技术。基于该架构，在边缘、企业、行业三个层级进行平台部署设计，并构建了材料数据基础设施实例，展示了平台功能与其在材料数字化研发研发中发挥的作用。
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冷轧变形量对金属基复合材料微观组织和力学性能的影响研究
雷武军
冷轧变形是金属基复合材料变形应用过程中的重要环节，为提升金属基复合材料的应用性能，以2519铝合金作为金属基材制备金属基复合材料，随其实施热变形挤压与冷轧处理，获取六个冷轧变形量。利用透射电镜与X射线衍射仪分析材料微观组织，通过万能试验机与维氏硬度计分析材料力学特征。结果显示：冷轧处理前材料为固溶态组织，基本不存在错位现象；随着冷轧变形量提升，材料的错位现象持续加剧，且呈现出均匀分布的趋势。随着冷轧变形量提升，材料的晶粒尺寸逐渐减小，晶界密度增加；同时材料的抗拉强度、屈服强度和硬度也逐渐提高，拉伸率逐渐下降。
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Mn20Al10奥氏体基低密度钢环-块摩擦磨损行为研究
王萍 刘自强 桂在涛 张宁飞 崔志强 黄贞益
奥氏体基低密度钢在生产过程中易出现粗大的组织和成分偏析可能会对该类钢的摩擦磨损性能不利，基于此，本文以具有高Mn、高Al和高C特征的真空感应熔炼和电渣重熔奥氏体基低密度钢Mn20Al10（20%Mn，10%Al和1.5%C，质量分数）为研究对象，研究了摩擦磨损工艺对该钢的摩擦磨损性能的影响。得出结论如下：感应熔炼锻板和电渣重熔锻板的磨损形式均主要为氧化磨损和磨粒磨损，在轻载和低转动速度时的磨损主要为磨粒磨损，重载和高转动速度条件下的磨损机制转化为氧化磨损磨损，在相同的摩擦磨损条件下，电渣重熔锻板表层Al2O3含量较高，Al2O3在摩擦磨损过程中的润滑效果，以及电渣重熔锻板在较低载荷下的加工硬化显著高于感应熔炼锻板，使电渣重熔锻板在载荷为50~125 N、转动速度为100~300 r/min之间的磨损性能优于感应熔炼锻板。此外，随转速的增加，感应熔炼锻板和电渣重熔锻板的耐磨性能均逐渐提高；随载荷的增加，感应熔炼锻板和电渣重熔锻板的耐磨性能均先提高后降低。
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汽车用芯片技术现状和发展趋势
张微 邵帅
文章通过对汽车芯片应用市场及芯片生产商能力等多项调查，对国家芯片鼓励政策的收集汇总，结合四类车用芯片技术特性、车规级芯片质量特性等展开技术特性梳理分析，归纳出国产汽车芯片产业链的能力不足，以及目前形成的两超多强竞争格局，包括车规芯片在稳步发展中尚存问题。为此也针对问题提出有效对策建议。
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基于Fluent烧结钕铁硼真空烧结炉气淬冷却温度场流场模拟分析
杨松 贺笃鹏 刘迪 李军 毕新雨 郜天涛
以SRVS-50G真空烧结炉为研究对象，基于Fluent有限元分析软件对烧结钕铁硼真空烧结炉气淬冷却过程温度场流场进行模拟分析。研究了冷却进风口风速和出风口数量对真空烧结炉冷却均匀性和冷却效率的影响，结果表明：提高进口风速可以提高冷却效率，但冷却均匀性降低，应该根据具体的产品温度均匀性要求选择适当的的进口风速，在出风口数量上，出风口数量为4，在冷却均匀性和冷却效率上都最佳。
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IF钢的表面波纹度研究
吴庆美 卜凡征 郭强 肖景江 王少新
采用光学显微镜观察了IF钢在热镀锌过程中不同的退火温度和光整工艺条件下的显微组织,对不同光整工艺样品的表面形貌进行了光学显微镜和扫描电镜观察，并测试了不同的退火温度和光整工艺样品的表面波纹度。结果表明：退火温度对表面形貌无影响，光整辊粗糙度对表面形貌有影响；随着退火温度的升高，晶粒尺寸增加，再结晶温度以上降低退火温度时，抑制基板再结晶晶粒长大，晶粒细小均匀；当退火温度820℃，此时晶粒尺寸为16?m，同时光整辊粗糙度为1.6?m时，表面波纹度Wsa较好。
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Ni–P–SiC镀层及其摩擦磨损特性研究
刘李 张哲晨 靳广虎 戴庆文 黄巍
为提高轴颈的耐磨性能和使用寿命，开展了金属材料的表面镀层及其摩擦学性能基础研究。通过电泳沉积与化学镀相结合的工艺方法制备了Ni–P–SiC复合镀层，SiC颗粒含量可达14.66 wt%。对镀态和热处理后的复合镀层进行检测，并进行干摩擦和水润滑摩擦试验。结果表明，随着热处理温度的提高，复合镀层的硬度和干摩擦耐磨性先升高后降低，这与基质金属的重结晶有关。水润滑条件下镀态与热处理后的复合镀层均能达到低摩擦状态，摩擦系数最低可达0.015。
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以多酸为前驱体制备过渡金属碳化物催化剂的研究进展
肖滋成
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