2026年, 第33卷, 第3期　
刊出日期：2026-06-20

  

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研究与技术
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  多主元协同与界面工程:高熵合金电解水催化剂专利技术演进与产业突围路径

  彭敏, 李岳明, 李志斌, 彭祥阳, 范爱琴, 王辉

  金属功能材料. 2026, 33(3): 1-11. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250083

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  在全球碳中和战略的推动下,全球能源转型与绿色低碳发展持续深入。水电解制氢作为一种高效的能源转换技术,正在成为清洁能源转型的关键环节,其核心的催化剂体系创新受到广泛关注。高熵合金(high-entropy alloys, HEAs)具有独特的多主元协同效应、晶格畸变效应和结构稳定性,且成分可调空间大,有望突破传统电解水催化剂的性能局限,成为科学和产业界的研究热点。基于全球专利数据库(中国公开专利),从技术生命周期、专利布局策略以及产业化适配性这3个维度,系统梳理了高熵合金电解水催化剂技术的研究背景、基本原理、发展现状以及专利申请趋势,深入剖析了技术分支、演进路径和代表性专利的核心创新点。通过构建“成分-结构-工艺-性能”四维技术演化模型,揭示该技术从实验室探索到工程化应用的关键跃迁机制,进而提出面向产业化落地的专利组合构建策略和全链条协同创新生态框架,为技术升级和产业布局提供决策依据。
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  异质界面调控与超低铂负载多相材料实现高效电解水制氢

  孙光睿, 雷崇贵, 程嘉琪, 汪情华, 包金小, 马雨威, 王青春

  金属功能材料. 2026, 33(3): 12-24. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250082

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  开发经济、稳定且高效的电催化剂是实现氢能规模化应用的关键。通过将超低负载量的Pt负载到NiN_x、CoN_x和Ni-Co合金上,成功制备了多相材料Pt-NiCoN_x。该材料充分利用了Pt优异的析氢活性、多相间协同催化效应以及丰富的异质界面,有效提高了催化剂的催化性能。氮化过程优化了Ni、Co的电子结构,暴露出更多的活性位点,同时增强了材料的电导性、反应活性及稳定性。羟基化多壁碳纳米管(MWCNT-OH)作为支撑材料,进一步提高了Pt的导电性和结构稳定性。通过将超低量的Pt(质量分数为1.97%)负载于多相材料表面,提高了Pt的原子利用率,从而获得了优异的催化性能。此外,Pt与NiCoN_x之间的强相互作用促进了不同物相间的电子转移,同时Pt自身优越的氢吸附特性有效加速了氢分子的解离与生成,从而共同提升了催化剂的整体性能。在1.0 mol/L KOH电解液中,Pt-NiCoN_x/MWCNT-OH展现出较小的Tafel斜率(49.8 mV/dec),在10 mA/cm²和100 mA/cm²电流密度下的过电位分别为47.2 mV和129.5 mV,并展现出长期稳定性。本研究为制备高效、经济的电解水催化剂提供了新思路,对可持续氢能技术的发展具有积极意义。
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  Pt/In₂O₃/ZnO催化剂制备及其CO₂加氢性能

  胡威龙, 张宁, 梁明会

  金属功能材料. 2026, 33(3): 25-31. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250107

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  为提高In的利用效率并提升Pt/In₂O₃催化剂的CO₂加氢性能,以ZnO为载体,先负载In₂O₃、再负载Pt纳米粒子,构建了具有多级结构的Pt/In₂O₃/ZnO催化剂体系。实验系统考察了In₂O₃含量对催化性能的影响,优化了其负载比例。结果表明,当In₂O₃负载量为30%(质量分数)时,催化剂形成In₂O₃包覆ZnO的结构,Pt纳米粒子高度分散于该载体表面。在该结构催化剂上,CO₂转化率与甲醇收率分别达到12.4%和5.6%,相比Pt/In₂O₃催化剂(9.5%和4.2%)提升近25%。化学吸附分析进一步证明,该催化剂中Pt纳米粒子主要与In₂O₃接触,且CO₂脱附温度降低,表明ZnO降低了CO₂活化温度,从而显著提升了催化性能。
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  Ti₃O₅@CS催化剂对Sm₅Mg₄₁合金储氢性能的影响

  高沛, 翟亭亭, 韩忠刚, 袁泽明, 孙昊, 冯佃臣

  金属功能材料. 2026, 33(3): 32-44. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250090

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  通过浸渍法与高温退火制备了Ti₃O₅@CS复合催化剂,利用机械球磨制备了Sm₅Mg₄₁+5％ Ti₃O₅@CS(质量分数)复合材料。对复合材料吸氢/放氢前后的微观结构和相组成进行了表征,并研究了添加Ti₃O₅@CS对复合材料储氢性能的影响。吸氢前复合材料由Sm₅Mg₄₁、SmMg₃、Ti₃O₅相组成,吸氢后复合材料由Sm₃H₇、MgH₂、Ti₃O₅相组成。以高浓度正丙醇钛溶液制备的Ti₃O₅@CS显示出较高的储氢动力学催化效果。使用Ti₃O₅@CS后,Sm₅Mg₄₁的放氢活化能降至最低112 kJ/mol(H₂),初始放氢温度降至最低262 ℃。
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  超高强弹簧钢54SiCrV和65SiCrV表面氧化铁皮特征对比

  韩健, 黄道龙, 赵阳, 胡絮繁, 江张睿, 黄贞益

  金属功能材料. 2026, 33(3): 45-54. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250076

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  为了研究不同加热工艺下成分调整对氧化铁皮结构特征、微观形貌及力学性能的影响,以54SiCrV和65SiCrV弹簧钢为研究对象,对其进行高温氧化实验,探究不同高温氧化工艺条件下2种弹簧钢生成氧化铁皮的微观组织特征和物相组成,并采用纳米压痕对氧化铁皮的易剥离特征进行分析。结果表明,在工艺2、4、5、6、7、8条件下,54SiCrV钢H/E比高于65SiCrV钢,即在这些高温氧化工艺条件下,54SiCrV钢的内层氧化铁皮结构致密性高于65SiCrV钢。2种钢氧化铁皮均主要为Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe₂SiO₄和FeCr₂O₄等氧化物组成。2种钢氧化铁皮均出现明显的分层现象,内层结构较致密、中间层较疏松、外层较薄。内层氧化铁皮主要为Fe₂SiO₄/ FeCr₂O₄/FeO混合层。最外层氧化铁皮与典型的氧化铁皮特征结构一致,主要由Fe₂O₃和少量Fe₃O₄组成;中间层氧化铁皮主要以Fe₃O₄为主,还含有少量的FeO。在工艺7条件下,65SiCrV的氧化铁皮比54SiCrV的更加疏松多孔,在后续的高压水除鳞中易于去除。
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  氧化镧标准样品的研制

  张红, 张秀艳, 高日增, 杨鹏飞, 刘玉宝

  金属功能材料. 2026, 33(3): 55-61. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250079

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  为研制氧化镧标准样品,补充和完善稀土类标准样品体系,以氧化镧原料为基体,采用溶液掺杂法制备标准样品。将氧化镧原料分散于有机溶剂中,按成分设计要求加入标准溶液,经恒温水浴搅拌挥发、电热板近干蒸发、850 ℃马弗炉灼烧2 h、球磨、混料、均匀性初检、包装、稳定性检验、均匀性检验、数理统计及定值等工序,完成标准样品的研制。所研制的氧化镧标准样品设计定值指标共38项,包括14个稀土元素氧化物及ThO₂、Sc₂O₃、TiO₂、V₂O₅、Co₂O₃、NiO、CuO、Rb₂O、SrO、CdO、PbO、As、BaO、ZnO、P₂O₅、SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、MnO₂、MgO、Fe₂O₃、CaO、SO₄^2-、Cl^-等非稀土杂质。邀请8家稀土检测领域具有较强技术能力的实验室,采用可靠分析方法确定了标准样品的标准值与不确定度。结果表明,该标准样品可有效完善和丰富国内外有色金属领域稀土类标准样品系列,已报请国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准为国家级标准样品。
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  氢环境对L245管线钢氢脆特性的影响

  白江虎, 王献斌, 任娟红, 朱安军, 陈志晨, 唐成杰

  金属功能材料. 2026, 33(3): 62-71. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250089

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  研究氢气环境对L245管线钢力学性能、疲劳裂纹扩展速率、断裂韧性及氢脆机制的影响。研究结果表明,随着环境中氢气浓度的增加,L245钢的伸长率和断面收缩率显著降低,氢脆敏感性增大,抗拉强度和屈服强度无明显变化;含氢环境显著降低钢的裂纹扩展门槛值,提升裂纹扩展速率对应力强度因子范围的敏感度;氢气浓度增加使钢的断裂韧性逐渐降低、脆性增加。微观裂纹扩展规律显示,未充氢试样主要呈穿晶开裂,充氢试样呈穿晶与沿晶混合开裂,且裂纹扩展方向与拉伸方向约呈90°。氢脆机制分析表明,氢气分子先通过物理吸附附着于钢表面,在铁原子催化下解离成氢原子,以间隙扩散方式渗入钢中,在铁素体等晶粒处聚集,或在晶界、位错等缺陷处偏聚,使裂纹扩展方式从单一穿晶转变为穿晶与沿晶混合开裂。低氢浓度(小于10%)时,裂纹主要在铁素体晶粒内部扩展,表现为穿晶断裂;高氢浓度(大于20%)时,氢原子在晶界处显著偏聚,削弱晶界强度,提高裂纹沿晶界扩展比例。
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  口腔修复材料氧化锆复合陶瓷的粘接强度及组织

  段颖莹, 王景坤, 徐强, 方圆, 李晨曦

  金属功能材料. 2026, 33(3): 72-78. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250091

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  为评估氧化锆复合陶瓷在临床应用中的稳定性和耐久性,确保修复体与天然牙齿之间的牢固结合,本研究以四方相氧化锆陶瓷(3Y-ZrO₂)为基体材料,结合不同质量分数的磷酸镧(LaPO₄),并辅以不同质量分数的稳定剂Y₂O₃,制备口腔修复材料氧化锆复合陶瓷3Y-ZrO₂-LaPO₄,经氢氟酸处理后,将其与牙本质粘接制得3Y-ZrO₂-LaPO₄粘接样品,通过变更LaPO₄、Y₂O₃、氢氟酸含量及烧结温度,研究3Y-ZrO₂-LaPO₄粘接样品的粘接强度及组织变化情况。试验结果表明,样品粘接强度随Y₂O₃质量分数从0增加至4%呈上升趋势,Y₂O₃质量分数进一步增加至6%时则略有下降;LaPO₄含量增加可提升样品粘接强度,当LaPO₄质量分数为35%且Y₂O₃质量分数为4%时,样品粘接强度达到最大值;氢氟酸处理显著影响粘接强度,其质量分数为10%时处理效果最佳。扫描电子显微镜(SEM)观察显示,Y₂O₃含量增加提高了样品的致密性和界面结合强度;氢氟酸处理改变了样品表面的微观结构。X射线衍射(XRD)分析表明,烧结温度对样品的晶相组成影响显著,高温促进了氧化锆晶相转变。
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  硫酸钡重量法测定稀土硫化物中硫含量

  李佳, 张秀艳, 张丽伟, 邢嵘嵘, 刘丹娜

  金属功能材料. 2026, 33(3): 79-84. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250085

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  硫含量为稀土硫化物性能的重要评价指标。硫含量的测定主要有硫酸钡重量法、碘量法、高频红外吸收法。硫酸钡重量法相较于碘量法,能够测定出稀土硫化物中所有价态的硫含量;相较于高频红外吸收法,可以准确的测定较高的硫含量。硫酸钡重量法采用碳酸钠和过氧化钠熔融,热水浸取,碱分离镍、稀土等杂质离子,滤液在pH=1~3的酸性条件下,使用氯化钡试剂沉淀硫酸根,经过滤,洗涤后于800 ℃灼烧恒重,计算转换硫酸钡质量为稀土硫化物中全硫含量。据此,建立了硫酸钡重量法测定稀土硫化物中硫含量的方法。采用本实验方法、高频红外吸收法和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对稀土硫化物控制样中硫含量进行测定。结果表明,3种方法的测定值均与参考值基本一致。
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  5G基站集群与AGV协同下的宽厚板动态堆垛优化方法

  左沛

  金属功能材料. 2026, 33(3): 85-91. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250205

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  在多任务工况下,自动导引运输车(AGV)轨迹与磁盘吊天车操作顺序之间的冲突导致宽厚板动态堆垛调度效率较低,为此,开展了5G基站集群与AGV协同下的宽厚板动态堆垛优化方法研究。利用5G基站集群通过信号数据(接收信号强度指示/到达时间(RSSI/ToA))反馈的磁盘吊天车实时位置信息,根据订单任务中钢板号(ID)与磁盘吊天车之间的距离,构建了加权最小二乘目标函数,并使用Gauss-Newton迭代法求解输出订单任务的磁盘吊天车匹配结果。在协同钢板出入库任务、AGV轨迹及磁盘吊天车操作顺序的基础上,于约束条件下设置了以最小化分拣调度工作量为目标的目标函数,利用分层启发式算法求解输出堆垛方案,避免了AGV轨迹以及磁盘吊天车操作顺序之间的冲突。算例分析结果表明,该方法在协同分配调度资源的基础上,执行出入库任务时,分拣量分别稳定在2 000和1 500 kg以下,耗时分别稳定在10.0和5.5 min以下,效率较高。
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  稀土Ce对28MnCr钢连续冷却组织转变行为的影响

  姜涛, 石晓霞, 詹飞, 雷鸣, 宋歌

  金属功能材料. 2026, 33(3): 92-98. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250140

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  28MnCr钢用于生产深井用套管,研究稀土Ce对28MnCr钢连续冷却组织转变行为的影响,为生产深井用套管制定热处理工艺、降本增效提供依据。采用Formastor-F热膨胀相变仪,测定不含稀土和质量分数为0.008 7%Ce的28MnCr钢临界转变点和连续冷却过程热膨胀曲线,采用OM蔡司显微镜观察不同冷速条件下的室温微观组织,绘制试验钢的连续冷却转变(continuous cooling transformation,CCT)曲线,研究Ce对28MnCr试验钢临界转变点、不同冷速条件下相变温度及室温微观组织的影响。结果表明,连续冷却速度0.5 ℃/s,2种试验钢的微观组织均为多边形F(铁素体)+P(珠光体)组织;连续冷却速度为1.0~5.0 ℃/s时,室温微观组织均为B(贝氏体)+F(铁素体)组织;连续冷却速度为10.0~30.0 ℃/s时,微观组织主要为B(贝氏体)+M(马氏体)组织,连续冷却速度不低于30.0 ℃/s时,得到的微观组织主要为M。稀土Ce的加入扩大了F+P转变区,缩小了B转变区,使得M转变区上移。
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  基于电磁搅拌技术的热处理铝硅合金性能

  王靖淇, 唐明

  金属功能材料. 2026, 33(3): 99-105. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250280

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  为解决过共晶铝硅合金初生硅相粗大导致的力学性能短板问题,研究结合半固态成型技术特性,提出“电磁搅拌,热处理”协同强化工艺,通过正交对比试验系统探究其调控效果。系统表征测试结果表明,在最优参数组合(50 V搅拌电压、15 Hz搅拌频率、30 min搅拌时间,搭配515 ℃×6 h固溶＋120 ℃×8 h时效)下,合金初生硅相显著细化为细小圆整颗粒状,抗拉强度达(289.4±10.5)MPa,伸长率达18.4%±0.6%、硬度达(62.3±4.2)HV。该工艺实现了合金组织均匀性与力学性能的协同优化,可适配汽车发动机活塞等耐磨零部件制造需求,为铝硅合金高性能化提供可靠技术参考,具有良好工程推广前景。
应用研究
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  变温环境下汽车充电桩磷酸铁锂电池内阻特性分析

  韩号, 都伟杰, 赵枫, 吴巍

  金属功能材料. 2026, 33(3): 106-114. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250084

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  为评估汽车充电桩磷酸铁锂电池在不同环境温度下的内阻特性变化,以保证汽车在短时横跨大温度差区域时性能不受影响。选取汽车充电桩的150 A·h磷酸铁锂离子电池单体为研究对象,采用动力电池测试设备、恒温恒湿试验箱,运用混合脉冲功率特性(hybrid pulse power characteristics,HPPC)方法开展分析试验。试验结果表明,充电时,在-20 ℃条件下充电欧姆内阻起始值26 mΩ、极化内阻起始值4.4 mΩ,欧姆内阻在总内阻中占比90%;-10 ℃时欧姆内阻起始值19 mΩ、极化内阻3.7 mΩ,占比85%;0 ℃时欧姆内阻起始值7 mΩ、极化内阻2.5 mΩ,占比65%;15 ℃时欧姆内阻起始值2.5 mΩ、极化内阻0.7 mΩ,占比55%;40 ℃时欧姆内阻起始值3 mΩ、极化内阻1.0 mΩ,占比起始53%结束70%。放电时,-20 ℃极化内阻起始值4.3 mΩ,欧姆内阻占比高且维持高位;-10 ℃极化内阻起始值2.9 mΩ,占比波动略大;0 ℃极化内阻起始值1.8 mΩ,占比适中且平稳;15 ℃极化内阻起始值0.7 mΩ,占比适中且平稳;40 ℃极化内阻起始值0.6 mΩ,占比起始最低且增幅小。
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  基于激光扫描的T4003不锈钢清洗工艺

  陈伟, 张琦, 吴毅, 张润坤, 张怡, 杨青伟

  金属功能材料. 2026, 33(3): 115-121. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250096

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  激光清洗以高效率、高质量、安全、绿色、便于操作等优点,广泛应用在航空航天、船舶以及交通等领域。本文采用200 W脉冲光纤激光器针对T4003不锈钢表面氧化层的高效、高质量清洗工艺展开研究。分别观察和测量材料表面微观形貌、表面粗糙度和硬度,获得了激光功率、激光扫描速度和激光脉冲宽度等工艺参数对材料表面氧化层的去除效果和质量的影响。结果表明,激光功率是影响清洗质量的重要原因。当激光功率为200 W,激光脉宽为10 ns,激光扫描速度为7 000 mm/s时,合金表面氧化层清除完全且未发生基底重熔现象,清洗区域硬度与基体材料差别较小,加工效果最好。
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  水喷砂表面处理中磨料对除锈效率的应用研究

  周会萍, 郭宏, 胡俊, 李博, 魏亚明, 苑渝

  金属功能材料. 2026, 33(3): 122-128. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250097

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  本研究针对水喷砂工艺替代传统干喷砂的工业化需求,通过试验对比石英砂、铁矿砂和铜矿砂3种常用磨料在水喷砂中的除锈效率与适用性。结果表明,石英砂因多孔结构易结块,导致设备效率下降及表面处理不均;铁矿砂虽效率较石英砂提升22.97%,但存在锈蚀污染风险;而10～20目(2 000～850 μm)铜矿砂凭借高硬度、规则颗粒形状及耐腐蚀性,施工效率达4.16 m²/h,较铁矿砂提升14.3%,且无堵塞问题,综合成本与效果最优。研究进一步提出石榴石作为环保替代材料的潜在价值,为水喷砂工艺的磨料选择及多目标优化提供重要参考。
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  单轴往复加载下建筑无屈曲波纹钢板剪力墙抗震性能分析

  马振庭

  金属功能材料. 2026, 33(3): 129-135. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250094

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  为研究无屈曲波纹钢板剪力墙的抗震性能,设计竖向波纹(U-CSPSW-1)、水平波纹(U-CSPSW-2)和平钢板(PSW-1)3组试件进行单轴往复加载试验。试验结果表明,U-CSPSW-2试件在单轴往复加载下的各项指标均优于其他试件,其水平波纹构造可减缓刚度退化速率,且后期承载维持能力突出;U-CSPSW-1试件在峰值荷载、耗能能力等方面稍逊于U-CSPSW-2,优于PSW-1试件;PSW-1试件初始刚度低,峰值荷载仅为289.34 kN,强度与刚度退化迅速,耗能能力最弱。因此,水平波纹形式的无屈曲波纹钢板剪力墙抗震性能最优,可作为建筑抗震结构关键构件。
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  基于变体注意力的供热一次管网防腐层破损视觉AI识别

  刘军

  金属功能材料. 2026, 33(3): 136-143. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250059

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  供热一次管网防腐层破损存在点状蚀孔、块状剥落等多尺度不规则形态特征,常规AI识别网络采用单一尺度网络,无法识别复杂形态的缺陷特征,降低了识别准确性。为此提出一种基于变体注意力的供热一次管网防腐层破损视觉AI识别方法。首先,利用形态学中的混合开闭运算技术对供热一次管网图像展开重构,结合Laplace算子锐化强化图像边缘,区分目标物体与背景,同时调整图像的幅度信息。其次,采用分水岭算法对图像展开粗分割。为了更精确地划分供热一次管网防腐层的破损区域与正常区域,有效运用多尺度残差模块(multi-scale residual module, MSRM)区域合并方法展开精细分割。改进多维注意力扩张U-Net变体(multi-scale dilated attention U-Net, MD-AU-Net)的注意力机制,形成变体注意力。采用基于变体注意力的MD-AU-Net 神经网络,通过先验信息整合和密集连接策略更全面地提取多尺度不规则形态特征,实现供热一次管网防腐层破损视觉AI识别。试验结果表明,采用所提方法针对供热一次管网防腐层不规则破损的漏识率达到0.02,可以显著提升识别结果的准确性,对于保障供热管网的长期安全运行具有重要意义。
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  输电线路视频监控图像起火点精确红外定位方法

  梁小东

  金属功能材料. 2026, 33(3): 144-150. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250098

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  输电线路常因设备内部故障或植被遮挡而形成隐蔽火源,难以通过肉眼直接观察,导致起火点定位准确性下降。红外图像能够检测火灾引起的温度变化,即使在可见光图像中尚未显现明火时,亦可及时发现潜在起火点。为此,本文提出一种输电线路视频监控图像起火点的精确红外定位方法。该方法依据红外成像原理获取监控红外图像,通过滤波与增强对原始图像进行预处理;提取图像特征并与起火点参考特征进行比对,从而确定监控图像中起火点的位置坐标;利用三维Cartesian空间坐标映射关系,计算得到起火点的精确空间坐标,完成红外定位。性能测试实验表明:与传统定位方法相比,本方法在直流与交流输电线路场景下的平均定位误差分别降低约14和17 m。