2026年, 第33卷, 第1期　
刊出日期：2026-02-20

  

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专家论坛
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  二维自旋电子学的研究进展

  姜勇, 刘浩, 邢中华, 王田, 李欣泽, 刘鹏飞, 张德林

  金属功能材料. 2026, 33(1): 1-15. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250258

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  二维自旋电子学器件因其表面无悬挂键的特性,可堆叠或生长形成具有超高质量界面与高自旋注入效率的范德华异质结,有望突破传统自旋电子学器件中晶格匹配与兼容性的限制,进而实现自旋电子学的重大物理和技术突破。系统归纳了制备二维材料的多种方法,并以二维铁磁材料Fe₃GeTe₂、Fe₃GaTe₂和二维拓扑半金属WTe₂等为例,重点阐述了二维铁磁异质结的最新研究动态。最后,对二维自旋电子学器件的发展进行了总结与展望。
研究与技术
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  氢化镁在空间推进器双模共质推进系统中的应用

  杨闯, 林羲, 张可敏, 邹建新

  金属功能材料. 2026, 33(1): 16-25. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250203

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  传统化学燃料推进受限于化学反应的能量释放上限,其推进效率已逼近理论峰值,难以满足未来深空探测任务对飞行器速度提升、长期在轨稳定运行以及携带更多有效载荷的严苛需求。在此背景下,核电推进与核热推进成为航天推进领域的研究焦点,而融合两种模式的双模式推进系统更被认定为未来技术发展的核心方向。本文系统综述了当前核热推进、核电推进及核电-核热双模式推进系统的应用进展,并重点评估了氢化镁作为关键共质工质的应用可行性。核电推进以锂、镁、锌等金属为工质,凭借高比冲与长寿命优势,适用于深空探测中的长时间持续加速任务;核热推进以氢气为工质,可提供大推力且比冲适中,适合航天器轨道的快速调整操作。双模式推进系统整合2种推进方式的优势,通过灵活切换模式实现航天器的高效推进,但仍面临设备结构设计复杂、双工质储存与供应协同困难等技术瓶颈。氢化镁分解可产生分别匹配核热推进(H₂)与核电推进(Mg)需求的产物,以此作为共质工质有望使系统较传统双工质方案减重30%以上,不过仍需突破高背压环境下放氢动力学数据匮乏、低重力条件下储罐高效设计等关键难题。未来需持续深化相关领域研究,推动这类新型推进技术向实际太空任务应用落地。
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  TiC-W-Mo增强富铁镍基耐磨合金涂层的组织与性能

  王伟, 王萍, 高丽平, 管海云, 张宁飞, 黄贞益

  金属功能材料. 2026, 33(1): 26-37. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250064

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  为增强富铁镍基合金涂层的性能,采用等离子熔覆(PTA)技术,在45钢表面上制备了FeNi、FeNi/TiC和FeNiWMo/TiC 3种富铁镍基耐磨合金涂层,并针对涂层的物相、显微组织、显微硬度和磨损性能等特征展开分析。熔覆结果表明,3种涂层与母材均具有良好的冶金结合。涂层物相组成主要为γ-(Ni, Fe)、M₂₃C₆、M₇C₃和TiC,加入W和Mo元素后,涂层的相结构并未改变。在FeNi/TiC涂层中,TiC未完全熔化尺寸粗大,少量初生TiC会在γ-(Ni,Fe)相的晶界处发生团聚。FeNiWMo/TiC涂层中TiC尺寸明显细化,碎片状TiC明显增多,初生TiC分布更均匀,W和Mo元素主要富集在TiC周围,阻止TiC的长大和偏聚。FeNi涂层的平均硬度为588HV_0.5,而FeNi/TiC涂层的硬度达到了1 032HV_0.5,说明TiC的加入使涂层的硬度有较大的提升,但是其耐磨性却有所降低。FeNiWMo/TiC涂层硬度达到了1 085HV_0.5,其耐磨性是FeNi涂层的9.6倍,FeNiWMo/TiC涂层摩擦磨损过程中也表现出更优异的性能。
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  不同常化温度下取向硅钢初次再结晶组织织构的遗传规律

  许占一, 章华兵, 李国保, 杨勇杰, 张芳, 沙玉辉

  金属功能材料. 2026, 33(1): 38-48. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250063

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  取向硅钢常化退火处理通过遗传效应对初次再结晶组织与织构产生显著影响。高温常化促使热轧板发生不连续再结晶,导致常化板晶粒尺寸增大、Goss({110}<001>)织构减弱,初次再结晶退火时凭借高比例剪切带形成较强η织构(<100>//RD);低温常化使热轧板发生连续再结晶,常化板Goss织构增强,初次再结晶后可形成频率与取向准确度更高的Goss织构。未经常化处理时,因冷轧前晶粒细小促进晶界再结晶形核,获得较强<111>//ND再结晶织构与较弱η织构。常化处理会提高初次再结晶晶粒尺寸及分布宽度,且常化温度越高,晶粒尺寸分布离散度越大;低温常化再结晶薄带亚表层晶粒尺寸较心部细小,高温常化薄带呈现亚表层晶粒尺寸较中心层稍大的特征。
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  SiO₂绝缘涂层对Fe_73.5Si_15.5B₇Nb₃Cu₁纳米晶磁芯损耗性能的影响

  张舒, 刘天成, 李百松, 李立军

  金属功能材料. 2026, 33(1): 49-54. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250031

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  在电力电子技术迅速发展的背景下,围绕SiO₂绝缘涂层对纳米晶磁芯损耗性能的影响展开研究。通过溶胶-凝胶法在Fe_73.5Si_15.5B₇Nb₃Cu₁纳米晶带材表面形成分布均匀、光洁的SiO₂绝缘涂层,涂层与带材结合紧密,能牢固地附着在基体表面。经横磁热处理后,涂覆SiO₂绝缘涂层的Fe_73.5Si_15.5B₇Nb₃Cu₁纳米晶磁芯相比未涂覆的磁芯高频损耗性能得到明显改善,在0.2 T/100 kHz条件下,带材厚度12~14 μm的涂层磁芯比总损耗降低18.2%,带材厚度20~22 μm的涂层磁芯比总损耗降低24.3%。此外,SiO₂绝缘涂层的存在使磁芯阻抗值变大,降低了磁芯的涡流损耗,从而降低磁芯在高频下的比总损耗。
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  激光粉末床熔融制备Cu-Al-Mn形状记忆合金的相变行为与原位表征

  李湘, 孙悦彤, 王昱毓, 刘剑

  金属功能材料. 2026, 33(1): 55-63. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250067

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  Cu-Al-Mn 形状记忆合金的功能性能来源于其可逆马氏体相变,而激光粉末床熔融(L-PBF)过程中复杂的热循环可能显著影响其相变行为及相稳定性。采用激L-PBF技术制备Cu₇₁Al_17.5Mn_11.5形状记忆合金,并通过原位透射电子显微镜和原位X射线衍射技术,系统研究了其温度诱导固态相变行为。结果表明,采用L-PBF制备的Cu₇₁Al_17.5Mn_11.5合金中,基体主要为β相,另存在少量由α相和β相组成的条状组织。通过原位透射电子显微镜观察发现,在合金升温至1 073 K过程中,条状组织及基体未发生显著形态变化。在快速冷却后,条状组织呈现出α相的衍射特征,基体发生了马氏体转变,形成18R马氏体。原位X射线衍射结果表明,α相在约1 173 K时完全固溶于β相。退火后,合金的晶粒明显长大,大部分晶粒转变为粗大的等轴晶,同时大角度晶界比例增大。研究揭示了L-PBF制备的Cu-Al-Mn合金在动态温度环境下的微观组织演变及其对力学性能的影响,为优化工艺参数和材料设计提供了理论依据。
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  低温固化树脂基导电铜浆的制备及性能

  武跟响, 赵传甲, 许荡, 陈鹏起, 程继贵

  金属功能材料. 2026, 33(1): 64-71. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250035

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  以酚醛树脂和环氧树脂为基体,铜粉为导电填料,通过磁力搅拌和低温固化制备了两种树脂基固化导电铜浆,并探究了固化工艺参数及铜粉含量对其导电性能的影响。实验结果表明,酚醛树脂基固化导电铜浆(PF-Cu)和环氧树脂基固化导电铜浆(EP-Cu)的最佳固化条件分别为180 ℃/60 min和250 ℃/150 min,其电阻率分别可达到11.4×10^-4、2.14×10^-4 Ω·cm。铜粉含量显著影响固化导电铜浆的导电性能。EP-Cu因更高固化收缩率表现出更优导电性,铜粉质量分数70% 渗流阈值时电阻率为2.18×10^-3 Ω·cm。微观形貌分析表明,EP-Cu更易通过固化收缩促进铜颗粒紧密接触,形成稳定的导电通路。本研究为低成本、高性能低温导电浆料的开发提供了理论和实验依据。
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  La/Ce对AB₅型合金气态吸放氢动力学性能的影响

  侯骁婧, 张智博, 范广进, 黄粤, 赫明扬, 雍辉

  金属功能材料. 2026, 33(1): 72-77. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250028

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  采用真空电弧炉熔炼法制备了La_1-xCe_xNi₅ (x = 0, 0.25, 0.5)稀土基储氢合金,并通过XRD和PCT分析研究了La/Ce含量对其微观结构和吸放氢动力学的影响。XRD结果表明:氢化前合金的主相为LaNi₅相,使用Ce部分替换La未能改变相组成,但是合金的晶胞体积随Ce含量的增加而逐渐减小。合金的吸放氢动力学表明:随着Ce含量的增高,合金的等温平台压力逐渐升高,且吸氢动力学加快, 当x = 0.5时,合金达到吸氢曲线拐角的时间为52 s。此外,放氢活化能也随Ce含量的增加而降低,其中x = 0.5合金放氢活化能为28.5 kJ/mol。
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  基于EDEM的钕铁硼磁粉压型工艺力学特征模拟

  李俊峰, 周磊, 杨松, 贺笃鹏

  金属功能材料. 2026, 33(1): 78-82. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250060

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  为了优化烧结钕铁硼冲压工艺,基于EDEM有限元分析软件建立混粉计算模型。在仿真中定义了材料相关属性,并加载边界条件,对其求解及后处理。利用仿真手段分析了模具倒角、模具脱模斜度对压应力的影响,为钕铁硼磁粉压型过程中提升压坯质量、优化工艺参数提供了理论参考。模拟结果表明,适当的模具倒角和尽量增大模具脱模斜度能够显著降低压应力,降低模具磨损和设备损耗,提升压坯的质量,但具体设置设计参数要根据实际情况进行选择。
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  Ni22Cr3高膨胀合金的氧化层及组织性能

  李吉东, 谷宇, 王岩, 庄迎

  金属功能材料. 2026, 33(1): 83-92. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250027

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  通过光学显微镜、扫描电镜、EDS、XRD、万能拉伸试验机和硬度计等研究了Ni22Cr3高膨胀合金的氧化层和不同退火工艺对其微观组织及力学性能的影响。结果表明:Ni22Cr3合金的外氧化层主要成分为Fe₃O₄,内氧化层主要成分为Fe₂O₃及Cr_1.3Fe_0.7O₃;随着退火温度的升高和保温时间的延长,Ni22Cr3合金的晶粒逐渐长大,碳化物逐渐溶解;当退火温度在900 ℃时,碳化物溶解缓慢,晶粒长大缓慢并且大小不均;当固溶温度升高至950 ℃时,晶粒迅速长大并且尺寸均匀,当退火温度由800 ℃升高至1 000 ℃,Ni22Cr3合金的屈服强度由300 MPa降低到200 MPa,抗拉强度由660 MPa降低到580 MPa,伸长率由40%提升到最高48%后随之下降到43.5%,硬度由150HV降低到123HV。经试验分析,Ni22Cr3合金冷轧卷板产品获得最佳组织和性能的退火工艺为950 ℃保温4 min,根据退火炉有效长度90 m,换算产品过线速度为22.5 m/min,此工艺生产的产品组织和性能可以完全满足使用要求。
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  高湿环境下塔筒连接段钢材腐蚀机制与涂层优化

  卢晓风, 周群, 杨永红

  金属功能材料. 2026, 33(1): 93-99. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250056

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  针对高湿含氯环境下风机塔筒连接段易发生腐蚀减薄与强度衰减的问题,阐明Q345E钢腐蚀-力学退化的演化机制,并对典型防护涂层体系进行对比优化。选取Q345E低合金钢,通过电化学测试、力学性能分析和腐蚀产物表征,系统研究其在高湿环境下的腐蚀行为及防护涂层性能。在相对湿度95%、温度60 ℃、质量分数3.5% NaCl溶液中,钢材腐蚀层厚度变化在168 h后趋缓,最终达40.4 μm,腐蚀坑深度增至12.7 μm。Tafel极化和EIS结果表明,腐蚀初期(0~168 h)腐蚀电流密度(Icorr)由3.4 μA/cm²增至8.2 μA/cm²,168 h后受腐蚀产物覆盖影响,腐蚀速率下降。对比不同防护涂层,纳米陶瓷增强热喷锌(NC-TSZ)涂层表现最佳,其电荷转移阻抗(Rct)初始值为478.2 Ω·cm²,1 800 h腐蚀后仍维持在289.4 Ω·cm²,下降幅度39.5%。力学测试显示,经1 800 h腐蚀后,钢材抗拉强度由510.4 MPa降至432.7 MPa,伸长率由24.5%降至14.1%,表明腐蚀导致材料脆化。研究表明,氯离子侵蚀加速风机塔筒连接段钢材的腐蚀进程,优化NC-TSZ涂层可有效提升钢材耐蚀性,从而增强风机塔筒在高湿环境下的长期服役稳定性。
应用研究
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  CrMnFeCoNi高熵合金与低碳不锈钢在核电管道环境的耐蚀性对比

  梁军, 王华刚, 梁亚军

  金属功能材料. 2026, 33(1): 100-109. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250049

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  通过电化学测试、XPS分析和浸泡腐蚀等实验系统研究了FeCoNiCrMn高熵合金与低碳不锈钢2种焊缝材料在核燃料后处理管道环境中的腐蚀行为。电化学测试表明,在2 mol/L HNO₃溶液中,高熵合金的腐蚀电流密度较不锈钢降低约50%,且钝化膜稳定性显著提升。XPS分析揭示,高熵合金钝化膜中Cr元素总含量达39.14%(原子数分数),形成以Cr₂O₃为核心的致密钝化层。不锈钢钝化膜以Fe基氧化物为主(原子数分数35%以上)。结合浸泡腐蚀实验与动电位极化分析,发现高熵合金通过“高Cr/低Fe”的组分设计策略,使钝化膜中Cr₂O₃有效阻隔腐蚀介质渗透,同时Ni、Co氧化物的协同效应将点蚀密度有效降低。本研究从膜成分-结构-性能的构效关系揭示了高熵合金和低碳不锈钢的耐蚀机制,为其在核化工设备的工程应用提供了理论依据。
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  26CrMoVTiB石油钻井套管钢生产工艺优化

  魏巍, 李虹, 张静, 郭小爽

  金属功能材料. 2026, 33(1): 110-115. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250018

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  优化26CrMoVTiB石油钻井套管钢的化学成分设计,采用“BOF转炉→LF精炼→VD真空处理→CC连铸”的工艺流程,严格控制转炉出钢下渣,出钢后炉内剩余钢水3～5 t;LF过程中优质白灰用量7～10 kg/t钢、精炼渣用量15～20 kg/t钢、碳化硅用量3.0～5.0 kg/t钢、铝粒用量0.5～0.7 kg/t钢,钢包氩气流量300～600 L/min,保证钢水搅拌效果;LF精炼渣系成分控制范围为w(CaO)=50%～55%,w(Al₂O₃)=26%～31%,w(SiO₂)≤9%,w(MgO)≤6%,w(TFe+MnO)≤0.5%;450 mm断面连铸坯恒拉速0.42 m/min,控制搅拌电流150～300 A、搅拌频率2.0～8.0 Hz,连铸中包过热度控制为20～30 ℃,铸坯出坑时表面温度不大于180 ℃。通过以上工艺可实现生产的450 mm断面26CrMoVTiB石油钻井套管用钢连铸坯成品P质量分数不大于0.010%,S质量分数不大于0.001 5%,连铸坯成分偏析w(C)≤0.03%,w(Mo)≤0.04%,保证石油钻井套管钢材良好的抗腐蚀性能和耐磨损性能,从而提高产品的使用寿命。
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  基于碳纤维增强PPS的工业锁控高防腐工艺

  丁凡, 毛建华, 胡伟力, 姚春良

  金属功能材料. 2026, 33(1): 116-124. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250038

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  为了满足户外储能柜对工业锁闭系统的高防腐要求,对主锁及传动负载部件的结构、材料和表面处理工艺进行了优化设计。基于摩擦接触面隔离设计以及金属表面处理工艺优化原则,针对锁体执行部件的运动摩擦结构,采用了包塑工艺,并用碳纤维增强聚苯硫醚(Cf-PPS)替代锌合金,以形成塑料-金属配副,从而取代传统的金属-金属配副。这一改进显著提升了部件的耐磨性和耐腐蚀性能。在外观方面,锁体采用电泳涂层与氟碳塑粉喷涂相结合,传动部件选用316L不锈钢并经过钝化处理。通过工艺分析,并进行了机械性能测试和中性盐雾测试,结果显示锁闭机构有效开关次数达到了20 000次,所有零部件在交变盐雾环境下耐受时间超过2 300 h。这些措施显著提高了工业锁闭系统的可靠性与稳定性,同时增强了工业锁在户外高温、高湿及高腐蚀环境中的生存能力。
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  基于Cu基催化剂的低温NH₃-SCR脱硝机制

  丁铭

  金属功能材料. 2026, 33(1): 125-135. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250241

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  Cu-菱沸石(Cu-CHA)内的NH₃-溶剂化Cu位点的动态运动是连接异质催化和均质催化的独特现象,也是柴油机尾气后处理中氨辅助选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)技术最有前途和最先进的催化剂。首先总结了低温铜动力学理论认知的最新进展,重点列举分子动力学(AIMD)或动力学模拟所提供的笼内和笼间铜原子运动的证据。随后展示同步辐射X射线光谱学,包括振动光谱和光学光谱学(漫反射红外傅立叶变换光谱学(DRIFTS)和漫反射紫外可见光谱学(DRS)、电子顺磁谱学(EPR)、阻抗光谱学(IS)等方法的互补耦合,用以跟踪低温NH₃-SCR过程中Cu配位环境和局部结构的演变。进一步阐述铜动力学在调控低温铜的氧化还原性能、固态离子交换方法制备高分散Cu-CHA催化剂及直接监测NH₃储存和转化中的重要作用。简要讨论利用铜动力学提升低温NH₃-SCR效率的新视角,并延伸讨论其对金属离子交换沸石催化的其他重要反应。