研究论文

• 亚快速凝固Cu-Cr-Nb合金铸态组织及力学性能

  张常乐;钟佳;杨树峰;解国良;李京社;刘威;

  本文采用真空感应熔炼+水冷铜模浇铸制备了不同Cr, Nb含量的Cu-Cr-Nb系合金（Cu-8Cr-4Nb, Cu-4Cr-2Nb, Cu-2Cr-1Nb, Cu-1Cr-0.5Nb和Cu-0.8Cr-0.4Nb），研究了亚快速凝固条件下合金成分对铸态组织和力学性能的影响。结果表明：铸态Cu-Cr-Nb系合金的组织主要由α-Cu基体、高熔点金属间化合物Cr_2Nb和非平衡Cu-Cr共晶相组成。随着Cr, Nb含量降低，合金中一次Cr_2Nb相呈现均匀弥散分布，形貌由粗大棒状向颗粒状演变，平均尺寸由13.3μm降低至3.8μm，面积分数由15.8%降低至1.3%，共晶相逐渐消失。随着一次Cr_2Nb相数量和尺寸减小，合金强度呈现降低趋势，而塑性和导电率逐渐增加，断裂机制由脆性断裂向塑性断裂转变。综合分析可知，亚快速凝固制备Cu-Cr-Nb合金最佳成分为Cu-1Cr-0.5Nb，此时抗拉强度、屈服强度和延伸率达到最佳，分别为225 MPa, 110 MPa和37.5%，导电率为48.16%IACS。

  2025年08期 v.49;No.353 1127-1136页 [查看摘要][在线阅读][下载 1610K]
  

• 变形程度对TA1纯钛板材组织演变及力学性能影响

  田云飞;耿雪松;王庆娟;薛少博;王国栋;任军帅;

  本文以TA1纯钛板材为研究对象，采用电子背散射衍射（EBSD）分析技术及拉伸试验机对不同变形制度下轧制的TA1纯钛板材的微观组织、织构和力学性能进行表征和测试，分析了TA1纯钛板材在热轧过程中的组织演变过程，以及变形程度对力学性能的影响。结果表明，纯钛在热轧过程中，随着变形的进行，平均晶粒尺寸减小，位错密度增大，促使发生动态再结晶，抗拉强度和屈服强度升高，断后延伸率呈现降低趋势，在相同变形温度下，板材力学性能主要受晶粒尺寸影响；随着变形的进行，初始的三峰织构转变为双峰织构最后形成强单峰织构，织构强度总体呈现增长趋势，织构类型保持不变；开始变形时，位错密度低，可以开动的滑移系较少，孪晶和位错滑移共同协调塑性变形；随着变形程度增大，位错密度增大，促使激活更多的滑移系，塑性变形机制逐渐以位错滑移为主。

  2025年08期 v.49;No.353 1137-1147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2409K]
  

• TA19钛合金棒材锻造过程中组织及织构演变规律研究

  颜孟奇;佟健博;黄利军;郭鹏达;王振;

  TA19钛合金具有中等强度、良好的热稳定性、抗蠕变性等特点，在先进发动机和飞行器中应用广泛。目前对TA19钛合金热处理工艺-组织-性能三者的关系研究较为系统，缺少实际锻造过程中组织及织构的直观观察和分析研究。本文使用工业级TA19钛合金铸锭在20 MN快锻机上通过共16火次的镦拔锻造制备了Φ260 mm规格的成品棒材，并使用扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术对锻造关键火次后棒坯心部、D/4(D为直径，D/4为心部与表面的中间位置）及表面位置的α相和β相的微观组织及取向特征进行系统的表征和分析。结果表明：单相区锻造后，在原始β相内部形成多个集束状α相晶簇，取向以<0001>织构为主；当锻造结束的实际温度低于相变点时，晶簇中片层α相参与变形，并发生一定程度的碎化，偏离原有晶簇取向。在两相区锻造时，α相和残余β相都会参与变形；随着锻造火次增多，片层α相不断减小、发生等轴化，并由相变产生新的等轴α相。通过9火次两相区的锻造，各位置片层α相的平均晶粒尺寸减小程度不同，由心部至表层分别减少了12.8%,17.2%和28.2%；其等轴化程度逐渐接近，从心部至表面的长宽比分别为1.89,1.83和1.73。随着两相区锻造火次增多，α相<0001>相变织构逐渐减弱并逐渐向■形变织构偏转，但整体较弱。本文的研究目的是系统深入地分析TA19钛合金锻造过程中α相和β相的组织及织构演变规律，为棒材制备工艺优化提供理论支持。

  2025年08期 v.49;No.353 1148-1158页 [查看摘要][在线阅读][下载 2213K]
  

• Sn-57Bi-x(Sb/Ag/Ni)合金微观组织及力学性能

  卢红波;刘晨;罗晓斌;蔡珊珊;龙登成;张欣;王小京;

  异质结太阳能电池具有转化率高、制程短和工艺温度低等优点，采用传统Sn-40Pb（质量分数）焊料合金焊接，一方面会破坏银浆结构，另一方面会增加电池片的碎片率。因此，光伏产业异质结电池组装提出了低温焊接需求，这使得成本更优的Sn-Bi低温合金再一次得到了人们的关注。本文综合研究了x Sb, x Ag和x Ni(x=0.1, 0.9，质量分数)元素掺杂对Sn-57Bi合金的熔融特性、显微组织和力学性能的影响。结果表明，3种元素在合金中的存在大为不同。Sb元素的加入以SbSn化合物的形式存在于Sn基体中；Ag元素主要以Ag_3Sn化合物分布在相界或晶界；添加了0.9%Ni元素后，生成了尺寸较大的Ni_3Sn_4金属间化合物和块状Bi相。3种元素的掺杂均减小共晶层间距，使组织细化，其中Ag元素的细化效果比较明显，Sn-57Bi-0.9Ag合金的抗拉强度最大为75.08 MPa，较Sn-58Bi共晶合金提高了24.0%; Sn-57Bi-0.9Ni合金的延伸率最小为13.2%，与Sn-58Bi共晶相比降低了54%；试验中Sb元素的添加对合金的抗拉强度和延伸率的提升都较小，但均有提升。3种元素的掺杂均能提高合金的强度，但仅Sb元素的加入在提高合金强度的同时，未对延伸率产生损伤，Sn-57Bi-0.1Sb合金作为光伏焊料合金更具有优势。

  2025年08期 v.49;No.353 1159-1168页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
  

• 稀土复合熔剂对6111铝合金熔体净化处理及其铸态组织与力学性能的影响

  陆维鸿;吴晓聪;杨南鹏;韦泽羽;黄杨林;许征兵;汤宏群;王友彬;蒋奥克;王俊升;

  本文基于熔盐热物性参数研究，制备了4种稀土复合熔剂（YH-1～YH-4），并将其与市售商用熔剂用于6111铝合金熔体进行净化处理，考察熔剂对合金熔体净化处理及铸态组织与力学性能的影响。采用差示扫描量热仪（DSC）、熔体物性测定仪测定了熔剂的热物性参数。同时，采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和力学性能测试等手段，综合评估了稀土复合熔剂在合金净化效果、铸态显微组织和力学性能方面的表现。结果表明：4种稀土复合熔剂具有较低的熔点和粘度，优于某些市售商用熔剂产品，且均提高了6111铝合金的冶金质量、抗拉强度和延伸率。特别是YH-3稀土复合熔剂在4种熔剂中表现出最佳铝熔体净化处理效果，将合金样品中夹杂物面积分数由2.96%降至0.75%，维氏硬度由HV 61.9提升至HV 69.3，延伸率由4.3%增加至13.5%，抗拉强度从95.4 MPa增加至141.5 MPa。

  2025年08期 v.49;No.353 1169-1180页 [查看摘要][在线阅读][下载 1742K]
  

• Cu-P-Cr-Ni交互作用下铁路货车用耐候钢的腐蚀行为

  杨洪波;孙佳通;韩欣怡;陈海杰;杜金晶;亓伟伟;

  耐候钢Q345NQR2和Q450NQR1均为中国铁路货运中主要使用的车体材料，为了满足工业生产的需求，其耐蚀性能有待进一步提高。添加Cu, P, Cr和Ni是提高耐候钢耐蚀性能的有效手段。然而，在Cu-P-Cr-Ni交互作用下铁路货车用耐候钢的耐蚀机制并不明确。本文采用电化学工作站、周期浸润腐蚀实验箱、扫描电镜（SEM）、 X射线衍射（XRD）和场发射电子探针（EPMA）相结合的方法，分别研究了Q345NQR2和Q450NQR1的电化学和周期浸润腐蚀行为。结果表明：耐蚀性合金元素（Cu, P, Cr和Ni）含量越高，裸钢的电化学腐蚀性能越好；在周期浸润过程中，耐蚀性能的强弱取决于锈层的组成与结构，α-FeOOH数量越多锈层越致密，材料的耐蚀性能越好；在外锈层形成过程中，Cu-Ni对锈层致密化的作用要强于P和Cr元素，因而Q450NQR1的外锈层更加连续致密，Q345NQR2则相对疏松多孔，耐候钢生成连续致密的外锈层是抵御腐蚀介质进入的第一道屏障；Cr-P交互作用下，会促进耐候钢α-FeOOH致密内锈层的形成，抵御腐蚀介质对基体的持续腐蚀，这是抵御腐蚀介质进入的第二道屏障；P在内锈层富集时会加速基体的溶解，加快腐蚀进程，因此应适当减少耐候钢中P元素的含量。

  2025年08期 v.49;No.353 1181-1189页 [查看摘要][在线阅读][下载 1337K]
  

• 三元锂离子电池热失控产气过程研究

  何雨潇;毕山松;张向军;方升;丁海洋;

  锂离子电池热失控过程中产生大量危害性气体，严重影响电池的使用安全性。本文通过外部加热方式，在密闭仓体中触发不同荷电（100%SOC, 75%SOC和50%SOC）状态的三元软包锂离子电池热失控，监控过程中温度、气压和电压的变化，结合气相色谱仪（GC）测量气体成分及含量，研究了电池热失控产气过程及关键参量的变化规律。结果表明：电池热失控过程中，电压下降速率、温升速率、温度峰值及产气速率峰值均随荷电状态（SOC）的增加而增大，而电池热失控起始时间和触发温度则呈现相反的趋势。在100%SOC, 75%SOC和50%SOC下电池热失控触发温度分别为186, 190和218℃，失控后温度峰值分别为733, 606和502℃，热失控最高温度对应的时间分别为126, 149和324 min，产气速率峰值分别为1.54×10~4, 1.09×10~4和4.51×10~2 L·min~(-1)；不同SOC电池热失控后含量较多的气体成分为CO_2, CO和H_2, 100%SOC电池热失控后CO_2, CO和H_2的含量分别约为19.3%, 17.1%和8.5%。

  2025年08期 v.49;No.353 1190-1199页 [查看摘要][在线阅读][下载 1265K]
  

• 高性能Pd/ZrO₂催化剂制备及甲烷燃烧性能的研究

  唐璇;唐冰静;刘营;郭杨龙;谷启源;苗晓刚;詹望成;王丽;郭耘;

  本文通过改变ZrO_2载体的制备条件及负载金属的方法来调节Pd/ZrO_2催化剂的甲烷催化燃烧性能。结合高角环形暗场像扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、 CO脉冲、氢气程序升温还原（H_2-TPR）、氧气程序升温脱附（O_2-TPD）和X射线光电子能谱（XPS）表征，考察了制备方法的改变对于催化剂氧化还原性能和Pd物种化学状态的影响，发现沉积沉淀法制备的催化剂中Pd物种有着更高的价态和更好的分散性，具有更多的表面吸附氧，提高了催化剂吸附和活化氧的能力，从而有利于提高甲烷催化燃烧性能，优化后的催化剂的甲烷最低全转化温度低至347℃，同时具有良好的抗水性能。

  2025年08期 v.49;No.353 1200-1213页 [查看摘要][在线阅读][下载 1286K]
  

• 脉冲熔盐电沉积铌涂层的工艺、组织及性能研究

  朱利安;袁伟超;胡双鹏;王震;叶益聪;白书欣;

  铌（Nb）的综合性能优异，被广泛应用于航空航天、医疗和超导等领域。熔盐电沉积法可高效、低成本地制备Nb涂层，但采用直流长时间电沉积时易出现因浓差极化导致的涂层质量恶化。为改善传统直流电沉积工艺制备Nb涂层的表面质量和力学性能，本文研究了脉冲电沉积工艺对Nb涂层组织结构及性能的影响，包括平均电流密度、频率和占空比等脉冲电沉积工艺参数对Nb涂层组织结构及显微硬度的影响。结果表明，脉冲电沉积工艺主要通过影响阴极极化程度影响涂层表面质量。导致阴极电流密度提高（平均电流密度提高或占空比降低）或连续沉积时间增加（频率增加/降低或占空比增加）的电沉积工艺均会增加阴极极化，导致涂层表面结瘤。采用优选脉冲电沉积工艺（平均电流密度10～50 mA·cm~(-2)，频率0.5～25 Hz，占空比50%），可获得光滑、致密、呈典型柱状结构、择优生长晶面为（211）和显微硬度在260～300 kg·mm~(-2)之间的Nb涂层。

  2025年08期 v.49;No.353 1214-1227页 [查看摘要][在线阅读][下载 2053K]
  

综合评述

• 铜基催化剂电催化糠醛/水共电解的研究进展

  郭美言;刘紫哲;吴山水;刘建文;符显珠;骆静利;

  全球环境问题与能源危机的加剧，推动了清洁能源向可再生、低污染方面发展。在该背景下电催化水分解耦合生物质衍生化合物氧化技术因其零碳排放制氢的环境优势和联产高附加值产物的经济效益受到广泛关注。近些年，利用铜基催化剂对呋喃分子（如5-羟甲基糠醛和糠醛）进行电催化氧化的研究有了显著进展。尽管铜基催化剂的开发仍处于初级阶段，但其在降低成本和提高催化效率方面俱展现了巨大的发展潜力。本文综述了5-羟甲基糠醛（HMF）和糠醛（FF）两种典型呋喃分子的电催化氧化机制和对应铜基催化剂设计的理论基础，展示了铜基催化剂在水和糠醛共电解制氢并联产增值化学品的最新进展，并重点讨论掺杂工程、多组分协同作用、界面工程及纳米结构构建等优化策略。最后，针对单原子金属催化剂和机器学习两方面对铜基催化剂在糠醛电催化氧化的研究方向和发展前景进行展望，旨在深化对反应机制的理解并助力设计出高效稳定的催化剂体系。

  2025年08期 v.49;No.353 1228-1246页 [查看摘要][在线阅读][下载 1411K]
  

• 电催化还原二氧化碳铜基串联催化剂研究进展

  杨震玉;宋利;李本侠;李雷;

  化石燃料的大量使用，导致大气中二氧化碳（CO_2）积累越来越多，造成了严重的环境问题和能源危机。利用可再生电力将CO_2转换为具有高附加值的碳氢化合物和含氧化合物，是实现CO_2资源化利用的重要途径之一。多种催化剂能将CO_2转化为一氧化碳（CO），而CO的进一步还原几乎只发生在铜（Cu）上。单组分Cu催化剂在电化学CO_2还原（CO_2RR）中仍然存在过电位偏高、 C_(2+)产物法拉第效率和电流密度偏低的问题。将Au, Ag和过渡金属单原子催化剂等能高效产生CO的催化剂和有效催化C-C耦合的Cu基催化剂结合，形成串联催化剂，是提高C_(2+)产物选择性和生成速率的一种新兴设计策略。基于这种设计策略开发了众多的铜基串联催化剂，取得了一系列的研究成果，极大推动了CO_2RR的发展。本文系统总结了近年来铜与金属组分串联、铜与非金属组分串联催化剂在提高CO_2RR性能的研究进展，指出了目前铜基串联催化剂仍然存在的问题，并对未来的研究挑战和机遇进行了讨论。

  2025年08期 v.49;No.353 1247-1257页 [查看摘要][在线阅读][下载 1031K]
  

• 锌电积研究现状与展望

  周亮;陈展鹏;邬鹏程;付光;林国;左勇刚;代林晴;张利波;

  随着全球对资源与能源问题的日益关注，以及中国“双碳”战略目标的深入推进，冶金行业正面临着向更加绿色、高效、低碳方向转型的迫切需求。在锌冶炼领域，湿法炼锌工艺因其显著优势，已占据超过85%的市场份额，因此实现该工艺的节能降耗具有重要的现实意义。作为湿法炼锌流程中的核心环节，锌电积工序不仅是生产的关键步骤，同时也是能耗最高的环节之一。如何有效降低锌电积工序的能耗并提升电流效率，始终是行业研究的重点课题。在实际生产过程中，湿法炼锌原料的波动以及锌电积前端工艺参数的改变，往往会导致电解液中杂质离子和有机物浓度的变化，进而对锌电积过程产生显著影响。此外，有机添加剂的非优化使用和电极材料的性能衰减等问题，也会对锌电积的生产效率和产品质量造成不利影响。基于这些挑战，冶金领域的研究人员持续致力于锌电积液中杂质控制、有机物管理和电极材料优化的研究，以期实现锌电积工序的节能降耗目标。本文系统综述了近年来锌电积液中杂质、有机物和电极材料的研究进展，深入探讨了这些因素在锌电积过程中的影响机制和作用规律。同时，还对未来锌电积技术的发展方向进行了展望，以期为湿法炼锌行业的后续研究和技术创新提供有价值的参考依据。

  2025年08期 v.49;No.353 1258-1275页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
  

• 二维破乳分离膜材料的设计及性能研究进展

  万武波;李雨;史亚琴;张鹏;

  油水乳液是一种稳定的胶体分散物，由微观尺度的液滴分散在不相混溶的连续相中而成，其广泛应用于石油化工、食品加工、临床制药以及化妆品生产等领域。在使用过程中，部分油水乳液会以废水的形式产生，如果在排放时处理不当会对生活和环境造成极大危害。与传统的分离技术相比，膜分离技术具有分离效率高、无相变、能耗低、成本低和装置简单等优点，因而成为研究人员处理含油废水的首选之一。二维破乳分离膜材料具有孔径均匀、破乳效率高和浸润性可控等独特优势，可以通过纳米孔道和表面特性的协同作用实现油水乳液的高效破乳和分离。本文首先对破乳材料的破乳机制进行了分类和介绍，即通过不同材料的作用机制破坏油水乳液的稳定界面膜，实现其分离成两相。其次详述了二维破乳分离膜材料的设计原则和关键参数。最终全面综述了二维破乳分离膜材料的4种类型及相应的典型案例，通过对该领域的前沿研究进行深入分析和探讨，为相关研究人员提供参考和帮助，推动油水乳液废水处理技术的发展，从而实现高效、环保的废水处理和资源回收。

  2025年08期 v.49;No.353 1276-1288页 [查看摘要][在线阅读][下载 1243K]
  

研究简报

• FeZrMoB(Cu)合金的微观结构和磁性能研究

  于万秋;王志群;刘立华;张平丽;

  本文采用熔体快淬法制备Fe_(81)Zr_7Mo_2B_(10)和Fe_(81)Zr_7Mo_2B_9Cu_1两种非晶合金，将两种非晶合金分别在晶化起始温度和晶化结束温度进行热处理，研究两种非晶合金经不同温度热处理后在晶化相的组成、微观结构和磁性能上的变化并进行比较。结果表明，两种合金经晶化起始温度热处理后，晶化相均为单一的α-Fe相，晶粒尺寸较小，形貌相差不大。经晶化结束温度热处理后，Fe_(81)Zr_7Mo_2B_(10)非晶合金的晶化相为α-Fe相和α-Mn型相；Fe_(81)Zr_7Mo_2B_9Cu_1合金的晶化相仍为单一α-Fe相，其晶粒尺寸明显小于Fe_(81)Zr_7Mo_2B_(10)合金的晶粒尺寸。对于不含Cu的合金，经晶化起始温度热处理和晶化结束温度热处理后，晶化相的组成发生变化且晶粒尺寸明显增大；对于含Cu的合金，经晶化起始温度和晶化结束温度热处理后，晶化相为单一α-Fe相，晶粒尺寸随温度升高稍有增加。在Fe_(81)Zr_7Mo_2B_9Cu_1合金经585℃热处理后的线扫描结果中，观察到Cu团簇的存在。晶化过程中，Fe_(81)Zr_7Mo_2B_9Cu_1合金的矫顽力（H_c）小于Fe_(81)Zr_7Mo_2B_(10)合金。

  2025年08期 v.49;No.353 1289-1296页 [查看摘要][在线阅读][下载 1133K]
  
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