采用真空电弧熔炼炉和真空管式退火炉制备了退火态 La_0.6Y_0.4Ni_3.75Al_0.15Mn_0.2超晶格储氢合金,然后将合金在惰性气体保护下分别球磨处理1、3、6 h,研究了球磨处理时间对储氢合金表面结构性能以及电化学性能的影响。XRD结果表明,未经处理的合金为CaCu₅、Pr₅Co₁₉、Ce₅Co₁₉多型相结构,经过球磨处理后的合金相结构并未发生改变,但球磨处理后合金XRD各衍射峰强度明显变低且出现了宽化现象,说明合金在经过球磨处理后产生了非晶/纳米晶。SEM和EDS结果表明,经过球磨处理后,合金颗粒尺寸明显减小,表面棱角消失,形状接近球形,球磨处理后元素分布均匀,球磨处理并不会改变元素分布。粒度分析结果表明,经过球磨处理后的合金粉末粒度明显减小,并且随着球磨处理时间的延长,呈现先减小后增大的趋势。随着球磨处理时间的增加,合金电极的活化性能明显提升,最大放电容量以及其他相关的电化学性能表现出先增大后减小的情况。当球磨处理时间为3 h时,合金电极的最大放电容量从未球磨处理时的318.5 mA·h/g增加到339.4 mA·h/g,高倍率放电性能HRD₁₂₀₀从77.6%增加至80.5%。球磨处理在提升合金储氢性能方面具有显著作用,适当的球磨处理可有效优化合金的微观结构与电化学性能。

采用化学共沉淀法合成了FeHCF、NiHCF及ZnHCF普鲁士蓝,并用磁控溅射方法制备了非晶态结构的a-Si薄膜材料,研究了普鲁士蓝和a-Si电极及其构筑的质子型电池在H₃PO₄电解液中的化学性能。研究结果表明,所合成的FeHCF和NiHCF晶体结构呈立方晶系,ZnHCF结构为六方晶系,三者均具有微孔-介孔的多级孔结构,孔径分布范围2~50 nm;NiHCF在4 mol/L磷酸溶液中具有良好的充放电性能和69 mA·h/g的放电容量;FeHCF、ZnHCF和a-Si电极在8 mol/L H₃PO₄中具有较好的充放电性能,其最大放电容量依次为26.5、36.6、231.3 mA·h/g。对构筑的a-Si|H₃PO₄(4 mol/L)|NiHCF质子电池,在充放电电流密度均为100 mA/g条件下,该电池的最大放电容量为43.4 mA·h/g,经200次充放电循环后其容量保持率约49.6%;在1 400 mA/g放电电流密度下,电池放电容量达28 mA·h/g,仍可放出初始最大容量的62.2%,具有较好的高倍率放电性能。上述工作为设计和选择新型质子电池的电极材料和优化电解液提供了一定参考。

改善特厚壁锻件材料淬透性,是实现全截面强韧性均匀性的关键。基于370 mm厚筒节锻件芯部热历程的模拟,系统对比了提C与提Ni对20MnMoNb钢组织及力学性能的影响。结果表明,C和Ni虽均能提高淬透性,二者调控机制存在本质差异。提C钢在热处理后形成了大面积低析出密度、无亚晶界区域,0 ℃冲击功由640 ℃回火时的128.7 J骤降至650 ℃时的62.3 J,室温强度在高温回火段加速衰减。分析表明,淬火态M-A单元的形态差异使回火碳化物优先在类板条贝氏体区析出,由此建立的化学势梯度驱动碳由粒状贝氏体区向该区定向迁移,是低析出密度、无亚晶界组织形成的核心机制。提C强化了这一效应,致使碳化物空间分布更趋不均匀,强韧性对回火温度的敏感性加剧。提Ni钢因相变温度降低使淬火组织更为均匀,回火时M-A分解时序差异缩小,碳迁移效应受到抑制,配合Ni的固溶韧化作用,在全回火温区内实现了稳定的强韧性匹配,为特厚壁锻件合金设计提供了有效方案。

针对18Ni(200D)合金在低温风洞模型测压孔加工中面临的微深孔、大深径比及高形貌精度要求,本文采用Box-Behnken实验设计,系统研究了飞秒激光单脉冲能量E(100～160 μJ)、扫描速度v(100～800 mm/s)和重复频率f(10～100 kHz)对通孔加工质量的影响。通过Box-Cox变换与二次回归分析,建立了孔径偏差η、侧壁平均锥度α和出口椭圆度ε的预测模型,残差检验表明模型满足正态性、方差齐性与独立性假设。结果表明:η主要受能量和速度的线性及二次效应影响;α主要由速度与频率的二次效应主导;ε对3个因子(E、v、f)的线性与二次项均表现高度显著性。响应面优化显示,在单脉冲能量约130 μJ、扫描速度约450 mm/s、重复频率约50 kHz的工艺参数下,可获得最优加工质量,此时η<3%,α≈9°,ε≈1.2。本研究通过响应面方法确定了可工程化的工艺窗口,在18Ni(200D)高强合金上实现了高精度、可重复的微孔加工,为低温风洞模型测压孔的精密制造提供了重要依据。

通过两步挤压实现大挤压比变形,成功制备出晶粒细小、组织均匀的Ti-46Al-4Nb-0.5Mo-0.08B合金方棒,为后续TiAl合金叶片的模锻成型提供了优质坯料。基于扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,系统研究了两步挤压过程中合金棒材的显微组织变化规律。结果表明:一次挤压后棒材内部仍残留较多片层,且心部与边缘组织差异显著;经两次挤压后,原始粗大片层基本消除,棒材内部发生完全再结晶,形成以近γ组织为主的均匀微观结构,室温下仅在晶界处析出极少量的B2相。该棒材室温屈服强度为705 MPa,伸长率达3.32%;760 ℃高温下屈服强度为474 MPa,伸长率为32.75%。细小的晶粒与极低的B2相含量共同促进了棒材良好的室温塑性。

堆焊合金是提升高锰铸钢耐冲击磨损性能的有效途径之一。现有铁基堆焊合金V添加量较少,本研究设计了几种高V含量Fe-Cr-C-V堆焊合金,研究了Cr、V含量对硬质相M₇C₃和VC数量和分布的影响,探讨了其对耐冲击磨损性能的影响。采用等离子堆焊的方式制备了5种不同Cr、V含量的Fe-Cr-C-V堆焊合金,利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDX)分析了堆焊合金的显微组织,利用JMatPro软件计算合金体系中的碳化物比例,利用硬度和冲击磨损试验研究了堆焊合金耐冲击磨损性能。堆焊合金的主要强化相为(Fe,Cr)₇C₃和VC碳化物,VC呈现圆球状,尺寸为2~5 μm,细小弥散分布,(Fe,Cr)₇C₃呈树枝状,相互交错形成网络结构。利用JMatPro软件计算碳化物含量,结果表明,当V质量分数为14.0%~15.0%时,碳化物主要为MC和M₇C₃,耐冲击磨损性能最佳;当V质量分数为15.0%时,堆焊层硬度为58.4HRC,5 J冲击功下冲击磨损质量损失最少;冲击磨损形貌以浅犁沟、少量剥落坑和少量小颗粒嵌入为主。

激光清洗造成的氧化层损伤在视觉上与未损伤的氧化层差异非常细微,损伤区域与背景的对比度低,导致在原始图像中难以清晰区分,造成损伤识别精准度下降。为此提出一种新方法解决此问题,并对激光清洗效果对不锈钢零件表面氧化层损伤识别影响进行分析。采用Otsu算法自动计算最佳全局阈值,确定不锈钢零件表面氧化层损伤区域图像,初步将图像分为氧化层和非氧化层,将氧化层从整体图像中初步分离出来。利用分水岭算法处理Otsu初步分割后存在的边界不清晰问题,使得相互接触或重叠的氧化层区域精准分割,排除了非目标区域的干扰。将不锈钢零件表面氧化层原始图像和经过非线性扩散后的图像展开差分运算,依据差分图像中图像块的标准差组建自适应二值化模型,对差分图像展开二值化处理,在保留重要边缘信息的基础上,抑制背景不均匀性,进而实现不锈钢零件表面氧化层损伤识别,有效提升了识别效果。实验研究表明,所提方法可以对不锈钢零件表面氧化层损伤展开准确地识别。

为研究Nb-Ti体系Q345级桥梁用热轧H型钢的组织和性能,采用高铌低钛和高钛低铌两种合金成分体系的钢种进行试验,从实验结果来看,高铌低钛合金体系和高钛低铌合金体系试验钢力学性能均满足Q345q钢种(屈服强度不低于345 MPa)D、E级别(-20、-40 ℃冲击功不低于120 J)要求,其中高钛低铌成分的强度指标优异,但冲击韧性略低。通过组织分析,高铌低钛成分其室温组织以铁素体+珠光体为主,高钛低铌成分的室温组织以贝氏体+铁素体+少量珠光体为主。采用SEM扫描电镜观察,高铌低钛成分试验钢的珠光体区域碳原子含量比铁素体区域略高,高钛低铌试验钢B的珠光体区域碳原子含量与铁素体区域相差不大,说明试验钢B组织中发生了亚稳相变,最终形成了碳化物富集的贝氏体组织,从而提高了产品的强度。

以Q355E新型低合金高强钢为原材料,进行新型低合金高强钢热处理组织演变的微观机制研究。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)与X射线衍射(XRD)等设备,分析经镧处理(通过添加镧铁中间合金实现)前后,以及不同热处理工艺参数下,试验钢的组织演变微观形貌。试验结果表明,固溶温度对奥氏体晶粒和马氏体板条尺寸影响显著,最佳固溶区间为800～900 ℃;回火工艺中,300～320 ℃时奥氏体含量稳定且碳含量上升,超过320 ℃后奥氏体减少,故最优回火温度为320 ℃;冷处理在-40 ℃时奥氏体与碳含量匹配最佳;镧铁中间合金的添加促使夹杂物转变为圆形稀土复合硫氧化物,有效提升了材料性能。

传统化学发黑工艺虽广泛应用于金属表面防腐处理,但其存在环境污染的问题。提出在氧环境中采用纳秒脉冲激光清洗钢材表面,原位形成连续黑色Fe₃O₄氧化膜的新工艺,并评估了其形成质量与激光参数之间的关系。研究表明,钢材表面氧化膜的厚度随着激光能量密度和扫描次数的增加而增加,随扫描速度的增加而减少,膜厚在1~12 μm范围内可调。尽管激光发黑膜存在龟裂,但这一缺陷并未显著降低氧化膜的耐蚀性和与基材的结合强度。电化学测试结果表明,激光发黑处理显著提升了钢材的耐腐蚀性,可与传统化学发黑相媲美。盐雾试验进一步验证了,当氧化膜厚度为4.4~7.5 μm时,材料表现出最优的耐腐蚀性能。此外,氧化层中的点缺陷被识别为影响耐腐蚀性的关键因素。精确控制激光加工参数至关重要,以确保氧化膜的质量和耐腐蚀性。该研究结果为未来激光工艺的优化提供了重要指导,展示了激光技术在制备高性能防腐表面涂层方面的潜力。

针对配电网绝缘用聚酰亚胺材料的老化问题,系统研究了聚酰亚胺/氧化锌纳米复合材料的介电特性与老化行为。采用溶液浇铸法制备不同ZnO含量的聚酰亚胺样品,包括纯聚酰亚胺(PA0)及添加了质量分数为1%(PA1)、3%(PA3)、5%(PA5)以及7%(PA7)氧化锌的纳米复合材料。借助定制老化室,对样品施加200 h紫外线照射与直流电应力以加速老化进程,并实时监测样品性能演变。通过扫描电镜观察表面形貌,利用X射线衍射光谱分析物相结构,同时测试相对介电常数和直流电阻率以评估介电性能。结果表明,氧化锌添加量为1%和3%(质量分数)的样品(PA1、PA3)在老化过程中表现出优异的电学稳定性,其相对介电常数波动较小且直流电阻率较高。适度添加氧化锌可显著改善聚酰亚胺纳米复合材料的介电特性和耐老化性能,该结果为配电网绝缘材料的开发提供了参考依据,对提升电力传输可靠性具有积极意义。

在世界范围内,Cu被广泛应用于家电、医疗、餐饮业等行业。Cu除了具有良好的导电性和导热性外,还以其优良的抗菌性能广为人知。在具有抗菌作用的金属中,Cu获取便捷且成本较低。因此,含Cu钢通过抗菌热处理,可获得优异的抗菌性能。本研究以低碳含Cu钢与普通低碳钢的表面抗菌性能对比为切入点,借助光学显微镜(OM)、离子溶出试验和抗菌测试等手段,研究不同退火温度与不同Cu含量对含Cu低碳钢抗菌性能的影响。研究结果表明,钢中Cu含量越高,富Cu粒子析出量越多,溶出Cu离子浓度越高,抗菌效果越优异。在与大肠杆菌共培养24 h条件下,低碳含Cu钢对大肠杆菌的杀菌率可达到100%,在食品、医用材料领域具有一定的应用潜力。

铅酸电池的性能受温度影响显著,在不间断电源(uninterruptible power supply,UPS)系统中,铅酸电池是关键的储能部件,温度过高会使电池内部的化学反应速率加快,可能导致电池过充或过放,从而影响电池的容量和寿命。鉴于此,一款性能良好的热管理系统(thermal management system,TMS)必不可少,其核心作用是在高负荷循环工况下及时有效地散发铅酸电池所产生的热量。本研究创新性地提出了一种混合热管理系统(hybrid thermal management system,HTMS),将相变材料(phase change materials,PCM)与6根扁平热管相结合,在150 A的大电流持续不间断放电1 400 s的情况下,该系统能够精准地将温度控制在40 ℃以内。在实验过程中,布置了2个K型热电偶(分别标记为T1和T2),以实现对温度变化情况的实时监测。整个研究工作涵盖了3种典型案例,即自然对流作用下的电池温度分布状况、采用TMS时的温度分布状况以及运用HTMS时的温度分布情况。实验结果显示,HTMS系统在冷却性能方面表现卓越,与自然对流情况相比,HTMS可使T1处温度降低35%;而TMS在相同对比条件下,仅能使T1处温度降低15%。

由于小金具目标物体较小,目标细节纵向/横向形变量图获取难度较大,容易出现误识别现象。为了解决该问题,本研究提出了基于G-SAD2Det和X探伤技术的带电作业硬质金具缺陷自动识别方法。基于X射线穿过物质时的衰减程度,通过X探伤技术获取硬质金具的高分辨率内部结构图像。G-SAD2Det通过引入全局注意力机制和多尺度纵向/横向形变量融合,捕捉图像中小金具目标物体的细微缺陷纵向/横向形变特征,通过独立深度学习方式学习目标框偏移量,优化目标框位置,实现金具缺陷自动识别。试验结果表明,该方法识别的螺栓松动缺陷位置为横向0～4 cm、纵向4～6 cm,螺母缺失缺陷位置为横向2～8 cm、纵向7～9 cm,销钉缺失缺陷位置为横向5～8 cm、纵向5～7 cm,销钉松动缺陷位置为横向3～8 cm、纵向5～7 cm,具有精准识别效果。

系统探究激光功率、扫描速度和处理温度等激光热处理工艺参数对YG8硬质合金刀具硬度与耐磨性的影响。实验设置激光功率分别为640、840、1 040 W,扫描速度分别为1.0、1.5、2.0、2.5 mm/s,处理温度分别为600、800、1 000 ℃,并利用硬度计与磨损试验机进行测试,以揭示最优工艺组合及其作用机制。结果表明,在激光功率为840 W时,刀具表面硬度最高,载荷4.9N下为(150HV±4HV),稳态摩擦因数最低(0.292±0.015);扫描速度为2.0 mm/s时,硬度最高(160HV±4HV),摩擦因数最低(0.350±0.015);处理温度为800 ℃时,硬度最高(152HV±4HV),摩擦因数最低(0.30±0.015)。综合对比,在激光功率840 W、扫描速度2.0 mm/s、处理温度800 ℃的工艺组合下,YG8硬质合金刀具表现出最优的硬度与耐磨性。说明通过合理调控激光热处理工艺参数,可显著提升YG8硬质合金刀具表面性能,尤其适用于高精度加工领域。

激光增材制造的高性能金属构件结构复杂,表面状态存在粗糙度不均匀、氧化层、未熔合颗粒等问题,导致检测信号散射、裂纹反射信号的信噪比降低、掩盖微小裂纹问题,影响检测结果准确性,为此提出高性能金属构件激光增材制造裂纹缺陷GER-YOLO检测方法。通过数字采样技术,结合不同金属材料缺陷发展趋势及构件表面粗糙程度,建立金属构件表面粗糙离散化模型,并利用所建立模型,模拟信号发射状态,获取检测信号散射规律,构建GER-YOLO网络预测结构,提取金属构件缺陷信号特征;再利用X射线获取检测信号,通过对比度增强技术提高对缺陷图像的识别效果;引入覆盖比阈值与Distribution Focal Loss损失函数优化GER-YOLO检测模型,利用所得模型分析缺陷图像,并标注裂纹缺陷特征;最后,基于标注特征,采用边缘检测算法获取微小缺陷图像块,利用二值化和Canny算子得出缺陷尺寸,结合脉冲反射法确定缺陷位置,实现对增材制造金属构件的裂纹缺陷检测。针对上述设计方法进行试验,结果显示,该方法对多种裂纹缺陷检测精度均高于70%,可以较准确地检测出增材制造金属构件的裂纹缺陷。

污水成分复杂,含大量杂质与有毒物质,长期运行中催化剂易受污染中毒致使活性下降。碳基金属负载催化剂材料将金属催化剂与碳基载体结合,可对污水重金属进行处理。为了解其处理污水重金属的性能,以电芬顿理论为基础,钴(Co)、铁(Fe)分别在700、800 ℃下制备4种碳基金属负载催化剂材料(Fe-NCNTs-700、Fe-NCNTs-800、Co-NCNTs-700、Co-NCNTs-800)。试验结果表明,相同温度下,金属钴制备材料生成H₂O₂能力强于金属铁制备材料;Co-NCNTs材料表面比Fe-NCNTs光滑,可见碳纳米管结构,800 ℃下Fe-NCNTs-800表面现片状结构,经XRD分析为Fe(OH)₃(氢氧化铁);在污水重金属处理试验中,因为Fe(OH)₃能产生更多羟自由基与重金属反应,降低污水重金属含量,故Fe-NCNTs-800对常见污水重金属的处理能力与Co-NCNTs-800相当;循环连续试验中Fe-NCNTs-800重复利用效率略低,但综合钴与成本和用量,平衡处理污水效果与成本,Fe-NCNTs-800碳基金属负载催化剂材料实用前景更佳。