- 陈云;张丽;王耀新;张伟东;
本文以激光选区熔化（SLM）成形的Ti-6Al-4V(TC4)合金为研究对象，采用MTS疲劳试验机、显微硬度计、光学显微镜（OM）和场发射扫描电子显微镜（SEM）等手段，结合数字图像相关方法（DIC），研究了不同退火温度下激光选区熔化成形TC4合金的力学性能以及疲劳损伤演化行为，选取3组不同退火温度分别记为AT1, AT2, AT3。结果表明：随着退火温度的升高，针状α′相逐渐消失转变为α+β相，α相发生粗化，β相含量升高；硬度与强度下降，塑性提升，疲劳性能先上升后下降。疲劳试验在单一应力水平（屈服强度的35%）下进行，结合DIC表面应变场定义应变因子作为损伤变量，由应变因子得出损伤因子（D）。利用损伤因子D定量描述了3组退火温度下合金的疲劳损伤演化规律，根据损伤力学理论，用Chaboche损伤模型对损伤因子D进行拟合，建立了疲劳损伤演化方程，得出临界损伤因子D_c。退火温度越高，材料越早进入快速损伤阶段，因此临界损伤因子D_c随退火温度的升高而降低，AT1退火方式下合金疲劳性能最佳。
2025年09期 v.49;No.354 1297-1305页 [查看摘要][在线阅读][下载 1305K] - 刘力瑞;程仁菊;王海军;邓代亿;吴夏;朱海娥;
本文采用铸造工艺通过在Mg-10Gd-2Y-1Zn镁合金中添加不同含量的Mn元素，研究了Mn元素对该铸造合金在铸态和时效态下的显微组织和力学性能的影响。结果表明，Mn元素的添加并未在合金中形成新相，但Mn的添加降低了合金固相中Gd和Y的溶质浓度从而促进第二相的析出，同时降低合金的晶粒尺寸和第二相尺寸，从而提高合金的力学性能和晶粒细化效果。具体来说，当Mn含量为0.6%时，合金的晶粒尺寸最小，与未添加Mn的晶粒尺寸对比细化了41.3%，且在时效态下合金的抗拉强度和屈服强度分别为（272±9） MPa和（171±5） MPa，比未添加Mn元素合金的时效态抗拉强度和屈服强度分别提高了20 MPa和28 MPa。但当Mn含量过多时，合金的力学性能提升和晶粒细化效果则会下降，这可能是因为过多的Mn元素会造成α-Mn聚集，从而导致第二相析出的尺寸增大、晶粒尺寸增加以及合金的力学性能下降。因此，合适的Mn含量能够有效提高合金的力学性能和晶粒细化效果，但过多的添加则会造成不利影响。本文研究结果为高强韧镁合金的进一步研究和应用提供了一定的理论基础。
2025年09期 v.49;No.354 1306-1316页 [查看摘要][在线阅读][下载 1612K] - 卢辉;温谦;吴磊;王佳棋;韩云辉;王康;侯春平;孙伟东;李杨;
近年来，随着钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells, PSCs）的快速发展，其光电转化效率（PCE）已从最初的3.8%增加到26.8%，而全无机PSCs因具有较好的热稳性更是成为目前的主要研究热点。电子传输层作为PSCs的核心部分，对钙钛矿薄膜的成膜质量起到至关重要的作用。ZnO因具有相对较宽的带隙和可观的电子迁移速率，成为PSCs最常见的电子传输材料之一。因此，实现对ZnO半导体薄膜的可控制备对获取高效率器件具有重要的意义。本文通过控制不同前驱体浓度、不同退火时间及温度等制备条件，得到不同形貌的ZnO电子传输层，并采用扫描电镜（SEM）, X射线衍射（XRD），紫外线可见分光光度计（UV-Vis）等测试方法对薄膜进行表征，研究其对全无机CsPbI_3钙钛矿层以及电池器件PCE的影响规律。结果表明：随着ZnO前驱体浓度由0.25 mol·L~(-1)增加至0.75 mol·L~(-1)，钙钛矿薄膜的结晶性、成膜质量、相稳定性呈现先变好后变差的趋势；并且在前驱体浓度为0.5 mol·L~(-1), 300℃退火5 min的条件下得到的ZnO电子传输层，组装全无机钙钛矿电池器件可获得最高6.37%的光电转换效率，在氮气氛围中保持480 h后仍可维持初始效率的79.1%。
2025年09期 v.49;No.354 1317-1330页 [查看摘要][在线阅读][下载 3024K] - 毛晓宇;宋丽川;张力;沈佳;葛春亮;冯彤彤;郭耘;王丽;
CO优先氧化（CO-PROX）是消除富氢气体中微量CO的有效方法之一。通过水热法制备纳米线（-w）、管（-t）和棒（-r）状的α-MnO_2，分别暴露（110）,(200)和（300）晶面，考察载体的形貌对于Cu/α-MnO_2催化CO-PROX性能的影响，并通过X射线衍射（XRD），透射电子显微镜（TEM），氢气程序升温还原（H_2-TPR），氧气程序升温脱附（O_2-TPD）, X射线光电子能谱（XPS）表征催化剂的结构、氧化还原能力，明确元素的存在状态，最终利用原位红外漫反射（in situ DRIFTS）探究反应中间物种。结果表明：载体的形貌与暴露晶面对于反应活性影响显著，Cu/α-MnO_2-w可在100℃实现CO的全转化，而该温度下Cu/α-MnO_2-r对于CO的转化率仅为21%。活性的差异与载体暴露晶面影响了Cu存在的状态、催化剂的氧化还原能力和反应中间物种的种类及稳定性相关。在Cu/α-MnO_2-w中Cu~+的存在不仅为CO吸附提供了活性位点，且Cu~(2+)/Cu~+与Mn~(3+)/Mn~(4+)的循环也提高了催化剂的供氧能力，此外Cu/α-MnO_2-w吸附CO的能力更强，反应气氛下主要生成的是不稳定的碳酸氢盐和碳酸盐物种，而在Cu/α-MnO_2-r上则以稳定的碳酸盐为主，不利于CO氧化过程的进行。
2025年09期 v.49;No.354 1331-1341页 [查看摘要][在线阅读][下载 1406K] - 孙静;陆硕;陈硕;宋占龙;王子良;毛岩鹏;王文龙;
镁具有储氢容量高、价格低廉、资源丰富等优点，被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料，但镁储氢材料存在吸放氢动力学性能差的问题。针对此问题，本研究采用了石墨烯（G）负载Fe_3O_4纳米颗粒（Fe_3O_4@G）掺杂催化和微波活化的双重改性手段，系统研究了不同催化剂配比、微波活化时间对Mg/Mg H_2吸放氢过程的影响；充分利用石墨烯强吸波特性和高热传导能力构筑热传输通道，开展了微波诱导Mg H_2-Fe_3O_4@G脱氢试验和机制研究。研究表明微波活化能够降低材料的粒度和塑造更多的缺陷，从而提升吸氢反应动力学特性和最大储氢容量；相比Fe_3O_4和石墨烯单掺杂，Fe_3O_4@G复合材料掺杂更能显著提升Mg储氢性能，特别是Fe_3O_4与石墨烯质量比为6∶4时效果最佳，Mg-6Fe_3O_4@4G显示出高达6.18%（质量分数）储氢容量，利用Johnson-Mehl-Avrami-Kohnogorov(JMAK)模型计算其吸氢活化能为56.7 kJ·mol~(-1)，放氢活化能为79.89 kJ·mol~(-1)，比商用Mg/MgH_2降低了30%～50%。利用微波对MgH_2-6Fe_3O_4@4G进行脱氢，当6Fe_3O_4@4G掺杂量为10%（质量分数）时，利用1500 W微波辐照30 s后脱氢率达到91%; 35 s后脱氢率达到95%，脱氢动力学得到显著改善；4次常规吸氢—微波脱氢循环测试结果表明复合材料的平均储氢容量保持率为97.5%，平均脱氢率为95.5%，保持良好的循环稳定性。本研究为提高Mg/MgH_2吸放氢动力学特性和利用微波强化作为特色手段实现储氢材料快速放氢提供了系统参照。
2025年09期 v.49;No.354 1342-1352页 [查看摘要][在线阅读][下载 1500K] - 马江将;胡丽芳;李克训;张均锋;
石墨烯与磁性材料复合是调控其电磁性能的重要方法之一。本文使用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了石墨烯吸附Fe, Co,Ni磁性原子的稳定吸附结构和电磁性质。通过计算石墨烯穴位、顶位和桥位吸附磁性原子的吸附能，发现3种磁性原子都倾向于石墨烯穴位吸附构型。电子结构分析结果表明，磁性原子d轨道与碳原子p轨道之间轨道杂化，导致费米能级附近态密度增加。在磁性方面，吸附Fe和Co原子后，石墨烯体系呈现磁性特征；吸附Ni原子后，石墨烯体系仍然保持自旋非极化，呈现非磁性特征。在介电性能方面，磁性原子的吸附可以有效改变石墨烯体系介电函数的实部和虚部，实现了石墨烯的极化强度和能量损耗能力的有效调控。此外，通过改变磁性原子吸附浓度，可以调控石墨烯体系的介电性能和电磁波衰减频率范围。本文揭示了吸附磁性原子对石墨烯电磁性质的调控机制，为石墨烯在电磁防护领域的应用提供了一定的理论指导。
2025年09期 v.49;No.354 1353-1362页 [查看摘要][在线阅读][下载 1154K] - 田通江;邵伟春;王恩泽;徐存英;张启波;
槽电压的影响以及控制一直是锌电积工业中重要的指标，目前电锌厂普遍存在槽电压高，电能消耗高的情况，这是由于电解液中各离子浓度对槽电压影响较大且难以消除。针对这一问题，本文通过在线记录不同的H_2SO_4, Zn~(2+), Mn~(2+), Mg~(2+), Ca~(2+)浓度以及电解液温度对锌电积过程中的槽电压、阴/阳极电位和溶液电阻率的影响，揭示了锌电积过程中的槽电压、阴/阳极电位和溶液电阻率的变化规律，对实际生产过程有参考意义。结果表明，电解过程中阴极电位较为稳定，阳极电位对槽压的影响较大，在实验范围内，Zn~(2+), Mn~(2+)和Ca~(2+)对阴极电位，阳极电位均有影响，但幅度不同，对槽电压影响不大；而Mg~(2+)浓度增大使得槽电压增大，H_2SO_4浓度增大和温度升高都会使槽电压减小。
2025年09期 v.49;No.354 1363-1375页 [查看摘要][在线阅读][下载 2009K] - 张云天;成国光;张涛;王涵;
氧是镍基合金中常见的杂质元素，以固溶体和氧化物夹杂的形式存在，其中固溶态的氧对合金性能的影响较低，但以氧化物夹杂形式存在时，通常成为疲劳裂纹的萌生以及扩展通道，影响高温合金的断裂寿命。镍基高温合金DD10母合金中的脱氧元素主要为C, Ta, Cr和Al等。本文通过建立九元共存理论热力学模型，研究了温度、真空度以及合金元素对冶炼初期真空碳氧反应的影响。结果表明，温度为1873 K，真空度为69 Pa时，0.05%C能将氧含量控制在45×10~(-6)。通过扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对DD10母合金铸锭中氧化物夹杂的成分、尺寸等进行统计，总结了冶炼全期夹杂物的演变规律。在冶炼初期，Ta和Cr也起到一定脱氧作用，形成球形的CrTaO_4夹杂物，加入Al和Ti后，在活泼元素Al的置换反应下，夹杂物被改性为Al-Cr-O类夹杂物；随着耐火材料受高温分解作用影响，炉衬向合金液中传Mg，最终夹杂物改性为易上浮的Mg-Al-Cr_少-O类夹杂。根据温度为1873 K镍液中的Al–O反应平衡，当Al含量为0.265%时，溶解氧含量降至0.56×10~(-6)。结合研究结果，针对DD10母合金中易氧化元素含量高的特性，提出了低氧冶炼工艺。
2025年09期 v.49;No.354 1376-1385页 [查看摘要][在线阅读][下载 1181K] - 王福春;王万坤;苏祥;封森林;
贵金属铂的高效回收具有重要研究价值，本文采用二乙基氨基乙基（DEAE）功能化聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）大孔微球（PGMADEAE）为吸附剂，从模拟废液中选择性回收铂离子（Pt（Ⅳ））。系统研究了溶液pH、吸附时间及Pt（Ⅳ）初始浓度等对Pt（Ⅳ）在PGMA-DEAE上的吸附性能的影响。结合溶液p H对Pt（Ⅳ）在PGMA-DEAE上的吸附效率影响规律、 PGMA-DEAE的pH滴定、 XRD、 XPS等分析结果，可以推测出：在pH为1～4.81时，随着溶液pH增加，溶液中H~+浓度不断下降，Pt（Ⅳ）取代季胺基上H~+与N元素配位能力增加，Pt（Ⅳ）在PGMA-DEAE上的吸附效率随溶液pH的增加而迅速增加。当pH> 4.81时，胺基的去质子化作用使得PGMA-DEAE表面电正性减弱，PGMA-DEAE与PtCl_xOH_(6-x)~(2-)静电吸引力不断减弱，Pt（Ⅳ）与N元素络合配位作用也受到了阻碍，Pt（Ⅳ）在PGMA-DEAE上的吸附效率下降。所以吸附机制为：PGMA-DEAE带正电的质子化季胺基与带负电的PtCl_xOH_(6-x)~2~-的静电吸引对Pt（Ⅳ）的吸附起辅助作用，Pt（Ⅳ）与N元素的络合配位作用对Pt（Ⅳ）的吸附起主要作用。在25℃，pH为4左右时，PGMA-DEAE对Pt（Ⅳ）的最大饱和吸附容量为0.73 mmol·g~(-1)。PGMA-DEAE对Pt（Ⅳ）的吸附速率非常快，5 min即可达到吸附平衡。选择Co（Ⅱ），Cu（Ⅱ），Ni（Ⅱ），Fe（Ⅲ），Al（Ⅲ）和Cr（Ⅲ）等为代表竞争吸附金属离子，发现PGMA-DEAE在pH为1～4时对Pt（Ⅳ）有很好的分离选择性，添加乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）可进一步增加选择性分离系数，并将高选择性范围扩大到pH为2～6。12次吸附-解吸-活化再生循环实验表明PGMA-DEAE具有优良的稳定和循环再生性能。
2025年09期 v.49;No.354 1386-1400页 [查看摘要][在线阅读][下载 1127K] - 辛燕;周仲魁;张益硕;李龙祥;
本文采用一步水热法成功合成了分散性较好且廉价的凹凸棒（ATP）改性水滑石（Fe-Mg-LDHs）复合黏土材料（ATP/Fe-Mg-LDHs）。探究了ATP/Fe-Mg-LDHs对铀的去除性能，并利用现代表征技术分析其理化性质及吸附铀的作用机制。结果表明：ATP/Fe-Mg-LDHs对10 mg·L~(-1)铀（Ⅵ）的最佳吸附pH为3.0，达到吸附平衡所需时间为20 min，最大去除率为97%左右，拟合最大吸附量为404.92 mg·g~(-1)；吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线，且其对铀的去除为吸热、熵增及自发的过程。吸附机制主要为-OH和CO_3~(2-)的络合作用，镁与铀的交换及静电作用，同时伴随铀的还原过程。该材料具有制备简单、去除效率高、去除速度快、可重复利用、二次污染小及成本低等优点，具有规模化生产及应用的潜力。
2025年09期 v.49;No.354 1401-1413页 [查看摘要][在线阅读][下载 3122K] - 徐坤;葛成杰;胡章咏;国涵冰;张勤号;任潞;陈秀勇;所新坤;
超高速激光熔覆技术作为一种先进的表面涂层技术，具有稀释率低、热应力低、对基体影响小以及沉积效率高等优点，在提高零部件的耐蚀性和耐磨性等方面具有广泛的应用前景。300M钢（40CrNi2Si2MoVA）是起落架结构的关键材料，在起落架部件的固有接触与面临高湿、高盐雾的海洋大气环境时，易发生破损与腐蚀失效。本文利用超高速激光熔覆技术进行300M钢涂层制备，研究了熔覆速度对涂层组织结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）对涂层的显微组织进行表征，通过X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的物相结构，并利用维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站分别对涂层显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能进行表征与测试。结果表明：随着熔覆速度从1.8 m·min~(-1)提升到40 m·min~(-1)，涂层的缺陷减少，涂层稀释率从35.2%±1.8%下降至24.8%±2.4%，平均晶粒尺寸从（5.8±1.6）μm下降到（3.2±1.1）μm。不同熔覆速度下涂层物相结构没有太大差异，主要都由马氏体、碳化物及残余奥氏体组成。随着熔覆速度的增大，涂层晶粒结构细化、孔隙缺陷减少以及元素分布更为均匀，使得涂层力学性能及耐腐蚀性提升，涂层相较基体具有更好的综合性能。熔覆速度为40 m·min~(-1)时涂层呈现较好的综合性能，平均显微硬度、磨损率和腐蚀电流密度分别为HV(579.6±61.8),(0.84±0.41)×10~(-6) mm~3·N~(-1)·m~(-1)和8.45×10~(-7) A·cm~(-2)。
2025年09期 v.49;No.354 1414-1424页 [查看摘要][在线阅读][下载 1716K] - 张景桐;郝雪龙;范磊;徐乾坤;杨能;莫洁;
本文以高强海工钢HY80-N为研究对象，采用光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）对试样组织结构进行观察，确定其组织及夹杂；分别进行不同时间的模拟海水浸泡实验，采用电化学测试研究其腐蚀不同时间后的电化学性能（阻抗、开路电位和极化曲线）变化规律，并使用失重分析法测量不同浸泡时间试样的质量变化，计算腐蚀速率，得到了试样的腐蚀速率随时间变化的曲线，采用局部电化学阻抗谱研究其在模拟海水中腐蚀萌生机制，获得夹杂物及微观组织电化学特征，并对腐蚀形貌进行观察。结果表明：腐蚀初期，点蚀主要发生在氧化铝夹杂物处，之后腐蚀面积增大，耐蚀性能降低；电化学阻抗谱表明，随着浸泡时间增加，海工钢容抗弧半径显著减小，恒相位角双电层电容（CPE_(dl)）值增大两个数量级；极化曲线表明，浸泡12 h后，阳极反应表现出主要的控制作用，同时材料表现出明显钝化。浸泡48 h后，腐蚀电位负移，腐蚀电流逐渐增大，试样表现出的钝化逐渐退化，材料抗腐蚀性能明显降低；腐蚀形貌表明，浸泡12 h后夹杂物处的腐蚀进一步增强，随着腐蚀加剧，夹杂物处凹坑加深，同时与周围的高度差更加明显，这是夹杂物处基体溶解速度更快造成的。在整个腐蚀过程中，夹杂物持续加速试样腐蚀，对海工钢的抗腐蚀性能有较大危害。
2025年09期 v.49;No.354 1425-1434页 [查看摘要][在线阅读][下载 1234K]