研究论文

• 氩气雾化制粉FGH4097高温合金低周疲劳性能研究

  杨金龙;朱晓闽;熊江英;龙安平;郭建政;

  用氩气雾化细粒径粉末（小于80μm）+过固溶温度热等静压（HIP）+热处理制备FGH4097粉末高温合金试验盘件，利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、低周疲劳试验机、万能试验机、Weibull分布拟合等研究了试验盘件在650℃的拉伸性能、低周疲劳性能及其影响因素。结果表明：盘件晶粒度符合正态分布，在7.7～8.4级之间波动，晶粒尺寸分布均匀；二次γ′相平均尺寸均值约375 nm；三次γ′相分布在二次γ′相间隙γ相中，尺寸在100 nm以内；28个试样在650℃/980 MPa试验条件下的低周疲劳失效循环周次（N_f）均值为203049周次，标准差为29043周次；抗拉强度均值为1343 MPa，标准差为24 MPa；屈服强度均值为1036 MPa，标准差为24 MPa，断后延伸率约30.4%;1.25%面积百分比热诱导孔洞（TIP）降低N_f至154752周次；小尺寸夹杂物（<80μm）面积、尺寸、位置对N_f影响不明显；N_f满足三参数Weibull分布方程；低周疲劳断口裂纹源主要由非金属夹杂物引发，裂纹扩展模式主要为穿晶断裂。

  2022年11期 v.46;No.320 1397-1406页 [查看摘要][在线阅读][下载 1683K]
  

• Cu-Cr-Zr合金高温疲劳性能及组织演变特征

  王庆娟;王磊;杜忠泽;王伟;张筱雯;

  研究了不同温度下铜铬锆（Cu-Cr-Zr）合金的高周疲劳行为，利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了析出相与位错之间的交互作用和断口附近的组织特征。结果表明Cu-Cr-Zr合金的抗拉强度随温度的升高而降低，在室温（RT）、300和400℃下分别为363.3,309.7和263.4 MPa。在1×10~6循环周次下，固溶时效Cu-Cr-Zr合金的疲劳强度极限随温度的升高而降低，室温疲劳极限为318 MPa;300℃时为240MPa，相较于室温降低了24.5%;400℃下的疲劳强度极限降低到220 MPa，相比于室温降低了27.5%。疲劳断口组织特征表明，裂纹主要在材料的表面萌生并向内扩展。随试验温度的升高，疲劳断裂的典型3个区域中，裂纹扩展区减小，瞬断区所占比例增加。随温度升高，Cu-CrZr合金开始发生动态再结晶，造成位错的重新分布和湮灭，位错迁移率增快，纳米析出相长大，对位错的“钉扎”阻碍作用减弱，位错密度下降，致疲劳强度降低，位错嵌入析出相之间的界面，易于形成微孔洞和裂纹，孔洞连接裂纹扩展，并最终断裂。

  2022年11期 v.46;No.320 1407-1413页 [查看摘要][在线阅读][下载 1272K]
  

• 超声冲击对TC4钛合金激光焊接接头疲劳性能的影响

  丛家慧;徐永臻;王磊;回丽;黄秉汉;

  为了改善TC4钛合金焊接接头的性能，延长其疲劳寿命，采用超声冲击（UIT）处理方法对TC4钛合金激光焊接接头进行处理，对比分析了冲击前后试样的微观组织、显微硬度、疲劳性能、残余应力和断口形貌。结果表明，经过超声冲击处理后，试样表层晶粒细化，形成塑性变形层，表面显微硬度平均提高了12%，疲劳寿命提高了2.1倍，残余压应力有了明显提升，平均应力可达-500 MPa，裂纹细小且只在内部扩展，疲劳裂纹萌生位置转移至次表面，疲劳条带间距变小，韧窝变密，有效改善了TC4钛合金激光接头的疲劳性能。

  2022年11期 v.46;No.320 1414-1421页 [查看摘要][在线阅读][下载 1867K]
  

• 粉末原料对粉床型电子束增材制造高比重钨基合金成形过程的影响

  杨广宇;陈靖海;刘楠;杨坤;贾亮;贾文鹏;

  分别以混合元素粉末和预合金粉末为原料进行了W-Ni-Fe系高比重钨基合金的粉床型电子束增材制造工艺研究。分析了粉末原料的类型对合金的致密化过程和显微组织的影响。实验结果表明：混合元素粉末在铺展过程中受粉末团聚或重力作用的影响，极易出现成分偏析，导致成形试样致密度低且显微组织不均匀，预合金粉末更能保证成形过程中粉末的均匀性和成形的稳定性。两种类型的粉末在成形过程中的致密化过程有所不同。混合元素粉末的致密化过程主要为：低熔点相熔化→钨颗粒在低熔点液相中的重排→钨颗粒的溶解-析出，由于细小熔池的熔化凝固过程快，钨在液相中大量溶解，但是来不及充分析出便已凝固，溶解-析出过程中钨的溶解占主导。而在预合金粉末中，低熔点相中钨已达到过饱和状态，以此粉末为原料进行成形，成形过程中钨的溶解-析出过程微弱，致密化过程主要是钨颗粒的重排。

  2022年11期 v.46;No.320 1422-1428页 [查看摘要][在线阅读][下载 1380K]
  

• 基于石墨铝的固态均热板及其传热性能试验研究

  程皓月;严波;刘芬芬;刘彦强;尹本浩;

  针对卫星电子载荷模块发热量激增引起的散热问题，本文提出固态均热板构型，设计了两种不同内部结构的固态均热板模块，并对该两种固态均热板模块的传热性能进行了试验研究。给出定义和评估固态均热板等效导热系数（λ_e）的方法，该λ_e可以用于量化评估固态均热板导热性能。研究结果表明，石墨铝固态均热板传热性能优越，内部接触热阻低至1×10~(-5)m~2·K·W~(-1)。石墨铝固态均热板为解决卫星电子高热模块的散热问题提供了新的途径。

  2022年11期 v.46;No.320 1429-1438页 [查看摘要][在线阅读][下载 1531K]
  

• SiO2微球负载Mn-Ce基催化剂的SCR脱硝性能研究

  张柏林;张生杨;邓立锋;黎琳;张深根;

  以St?ber法制备SiO_2微球作为Mn基脱硝催化剂载体，对比分析Ce,Cu,Co,Ni掺杂改性效果，表明Ce掺杂的Mn_1-Ce_1/SiO_2具有较优的NO转化率和N_2选择性。对比分析了分别以氨水（AH）和六亚甲基四胺（HMTA）为沉淀剂制备的Mn_1-Ce_1/SiO_2和Mn_1-Ce_1@SiO_2，其中Mn_1-Ce_1/SiO_2的NO转化率较高，而Mn_1-Ce_1@SiO_2的N_2选择性则明显更高。分析表明，Mn_1-Ce_1/SiO_2具有不规则颗粒和片层状结构，Mn_1-Ce_1@SiO_2则为核壳结构；Mn_1-Ce_1@SiO_2的BET比表面积、平均孔径和孔体积分别为118.9 m~2·g~(-1),12.6 nm和0.54 cm~3·g~(-1)，表面Br?nsted和Lewis酸位点浓度分别为13.0和2.4μmol·g~(-1)，均高于Mn_1-Ce_1/SiO_2。Mn_1-Ce_1/SiO_2表面Mn~(4+)和O_α相对比例则分别为36.4%和58.9%，均高于Mn_1-Ce_1@SiO_2。Mn_1-Ce_1/SiO_2表面高含量的Mn~(4+)和O_α提供了较强的催化氧化活性，使其获得高NO转化率，同时使NH_3,NO_x过度氧化生成N_2O致N_2选择性降低；Mn_1-Ce_1@SiO_2表面Mn~(4+)和O_α含量相对较低而比表面积和表面酸性较高，即保证了较高的NO转化又有良好的N_2的选择性。因此，高含量的Mn~(4+)和O_α可通过提高催化反应速率而提高NO转化率，但N_2O生成比例同时增加，而高比表面积和表面酸性则通过提供更多的反应位点而提高NO转化率，并可较好地保持高N_2选择性。

  2022年11期 v.46;No.320 1439-1448页 [查看摘要][在线阅读][下载 1584K]
  

• 三维珊瑚状NiCo-P的制备及其电催化性能研究

  徐小虎;张玉杰;苗向阳;

  随着能源和环境危机的日益加剧，探索高效的电化学分解水制氢催化剂，对于寻求廉价的清洁能源和减少对传统化石燃料的依赖具有重要意义。本文通过简单的水热反应、管式炉煅烧和磷化处理，成功地在金属泡沫钴基底上原位合成了三维珊瑚状过渡双金属磷化物（NiCo-P/CF），并将制备的NiCo-P/CF催化材料作为一种高效的双功能电催化剂应用于析氢反应（HER）和乙醇氧化反应（EOR）。合成的NiCoP/CF在导电金属钴基底上形成的独特的三维（3D）珊瑚状结构，具有较大的电化学活性面积，这有利于材料与电解液的充分接触和分子的扩散。引入P元素后形成了有益于催化活性的金属-P键，优化了材料的电子结构。该催化材料对HER和EOR均表现出良好的电催化活性。具体来说，在HER中，当电流密度为10和100 mA·cm~(-2)时，仅需58和146 mV过电势；EOR过程中在同样的电流密度下所需电势仅为1.26和1.32 V。值得注意的是，用NiCo-P/CF作为正极和负极组装电解槽，100 mA·cm~(-2)下混合水电解所需的电池电压（1.48 V）比纯水电解（1.68 V）更低，并在长达20 h的耐久性测试中性能保持良好。研究结果表明，磷化处理是提高催化材料电化学性能的有效途径；将HER与小分子氧化耦合更是能有效降低反应过程中所需电势。

  2022年11期 v.46;No.320 1449-1459页 [查看摘要][在线阅读][下载 2086K]
  

• 混合硫酸稀土晶体在Mg SO₄-H₂SO₄-H₂O溶液体系溶解行为

  陈世梁;王猛;孙旭;赵岩岩;冯宗玉;黄小卫;

  目前包头混合型稀土精矿主要采用硫酸法冶炼分离，该工艺处理过程中，水浸液经氧化镁中和除杂后所得净化液中稀土浓度较低，是导致该工艺硫酸镁废水量大的因素之一，而硫酸稀土晶体在此溶液体系（MgSO_4-H_2SO_4-H_2O）的溶解行为尚不明确。对此，本文以包头硫酸化焙烧稀土矿水浸液经重结晶所得混合硫酸稀土晶体为原料，研究了其在MgSO_4-H_2SO_4-H_2O体系的再溶解回收性能。考察了平衡pH、结晶产物中自由水与结晶水、研磨、硫酸镁浓度对混合硫酸稀土晶体溶解行为的影响。结果表明：阴离子种类和数量的减少及结晶体活性的降低是导致该体系下稀土溶解度降低（<30 g·L~(-1)）的主要原因，增加溶液体系硫酸镁浓度是显著提升硫酸稀土晶体再回收性能的关键影响因素，当MgSO_4浓度（MgO计）>15 g·L~(-1)时可实现再溶解液中稀土浓度>30 g·L~(-1)。研究结果可为循环利用现行工艺产生的硫酸镁废水及开发浸出液“重结晶-再溶解”分离与回收稀土新工艺提供新思路。

  2022年11期 v.46;No.320 1460-1468页 [查看摘要][在线阅读][下载 1238K]
  

• 不同岩石风化产物La³⁺吸附特性对稀土成矿的启示

  温腾;王观石;谢芳芳;罗嗣海;尹升华;刘剑;

  稀土元素在不同岩石风化产物上的吸附特性与离子型稀土的富集成矿存在某种联系。为探究该种联系，以La~(3+)为吸附质，以江西寻乌（火山岩型）、安远（混合岩型）两种不同矿床类型的离子型稀土矿为吸附剂，考察了不同氯化镧浓度（0.1,0.4和0.8 g·L~(-1)）下La~(3+)在两种不同岩石风化产物上的吸附特性。将La~(3+)吸附量与两种稀土矿配分特点、颗粒表面性质关联，探讨了稀土矿富集特点，为稀土矿成矿机制的研究提供启示。结果表明：（1）两种稀土矿La~(3+)吸附量并非与氯化镧浓度成正比，存在最大吸附量，对应氯化镧浓度为0.4 g·L~(-1)。（2）不同稀土矿对La~(3+)吸附存在差异，该差异性由颗粒表面电位主导，表面电位绝对值越大，La~(3+)吸附量越大。（3)La~(3+)在寻乌、安远矿的吸附主要以可交换态为主，相较而言，寻乌矿与La~(3+)的“亲和力”更强，更易形成特异性吸附。这种特异性吸附与不同稀土矿的富集模式存在某种关系，即稀土矿富集模式的不同可能因RE~(3+)与不同岩石风化产物的亲和力不同所致。

  2022年11期 v.46;No.320 1469-1478页 [查看摘要][在线阅读][下载 1365K]
  

综合评述

• 高温合金废料再生技术的研究进展

  陈长军;陈振斌;

  高温合金因其优异的抗腐蚀性和机械性能，广泛应用于航空航天、石油化工、核工业、船舰制造等领域。为了进一步提高高温合金的服役性能，在高温合金制造过程中添加了Re,W,Mo,Ta,Nb,Zr,Hf,Pt等十几种有价稀贵金属增强元素，然而这些金属资源大多面临矿藏不足和消耗量过大的问题，开采困难且价格极为昂贵。随着中国科技事业的快速发展，高温合金的需求量也越来越大，供需矛盾日益凸显。与此同时，高温合金制造、维修和替换过程中产出的废料也越来越多，而中国目前高温合金废料回收技术不成熟，大量高温合金废料高值化利用不足且被迫降级使用，造成巨大的资源浪费和环境污染。因此，亟待开发节能、环保、高效的高温合金废料回收技术，缓解中国金属矿产资源危机和能源环境危机。基于现有研究成果，总结了中国高温合金废料回收再利用研究及产业发展所面临的行业重大需求，回顾了高温合金废料回收再利用领域近年来国内外所取得的主要进展和成就，针对现阶段高温合金废料回收再利用过程中存在的问题提出建议，并进一步探讨了该领域未来前沿研究方向。

  2022年11期 v.46;No.320 1479-1492页 [查看摘要][在线阅读][下载 1793K]
  

• 碳基负极材料储钾应用及机制研究进展

  黄曌;龙永红;张明;

  因钾资源储量丰富，价格低廉，且具有类似于锂的物化特性，钾离子电池（KIBs）的推广应用可解决当前锂离子电池供不应求的问题。比较钠离子而言，钾离子可在商业化石墨负极中可逆嵌脱，这对于钾离子电池的产业化发展具有重大意义。然而钾离子因尺寸较大，嵌脱行为缓慢，引起的体积膨胀剧烈，成为电极材料面临的共性问题。近年来，为寻找具有良好嵌钾能力的材料，多种类型的电极体系被开发出来，其中碳基材料因制备简单、廉价环保、稳定性好的特点，被视为最具储钾前景的关键材料。本文系统概述了几种代表性碳基负极材料（如石墨、石墨烯、硬碳、软碳）在KIBs中的研究现状，阐述了各自存在的优势与不足；重点探讨了碳基材料的储钾机制，分析了由钾离子插层、吸附、填充行为组成的3种储钾机制及对电化学性能的影响，并指出在电极表面发生的离子吸附和填充方式呈现出电容效应，更适合于高性能的可逆储钾。最后，对KIBs的下一步研究方向和应用前景进行展望。

  2022年11期 v.46;No.320 1493-1505页 [查看摘要][在线阅读][下载 1702K]
  

• 悬浮液等离子喷涂制备功能涂层的研究进展

  李大玉;卢玉灵;张超;

  悬浮液等离子喷涂（SPS）不仅克服了传统等离子喷涂固体粉末进料的局限性，可以喷涂微纳米级尺寸，分散良好的粉末还可以获得致密或多孔、柱状或分段的各种定制微结构，并结合大气等离子喷涂（APS）和电子束-物理气相沉积（EB-PVD）所赋予的高孔隙率和高耐应变量等属性，同时具有相对较高的沉积速率、适中的操作成本以及可控制的基体热输入等优点。本文综述了近10年来SPS制备功能涂层的研究进展，简要介绍了SPS工艺原理和特点，分析了悬浮液特性、等离子喷涂参数、送料方式、混合等离子喷涂工艺和热处理工艺对涂层微纳结构和性能的影响，总结了微纳结构控制的技术规律，详细讨论了不同涂层结构的形成原理以及相关应用，并以SPS技术的应用实例说明了SPS制备功能涂层兼具应用相关性和一般适用性。最后，对未来SPS制备功能涂层的研究方向进行了展望。

  2022年11期 v.46;No.320 1506-1519页 [查看摘要][在线阅读][下载 1280K]
  

研究简报

• 氦离子辐照对纯钨表层纳米压痕硬度的影响

  魏少红;陈怀灿;袁野;殷雯;纪全;赵海龙;

  钨作为散裂中子源固体靶的首选材料，钨的辐照损伤及氦行为研究被广泛关注。本文对高纯钨片进行常温氦离子注入，氦离子能量350 keV，注入剂量分别为1×10~(16),5×10~(16)和1×10~(17)ions·cm~(-2)。利用纳米压痕测量技术表征He注入前后钨的硬度变化，测试结果表明，氦离子注入后，钨出现辐照硬化现象，且随着注入剂量的增大，钨表面纳米压痕硬度增大；3个不同注入剂量样品的纳米压痕硬度值都随着测量深度先增大后降低。透射电镜（TEM）结果显示，氦离子注入后，钨内产生了氦离子聚集，形成氦泡，且随着注入剂量的增大，氦泡尺寸逐渐增大，氦泡密度提高。

  2022年11期 v.46;No.320 1520-1525页 [查看摘要][在线阅读][下载 1383K]
  

• 楔焊金丝的强韧性及微观组织

  康菲菲;吴永瑾;裴洪营;俞建树;周文艳;罗建强;

  采用双束电子显微镜和单纤维拉力测试仪对楔焊金丝和高纯金丝的微观组织和力学性能进行表征，利用有限元数值计算方法模拟拉拔过程中楔焊金丝的轴向、径向及表面应力分布，探索微量元素对高纯金的强化机制。结果表明：经单向深度拉拔，楔焊金丝的纵截面晶粒呈细长纤维状，沿径向分布均匀，有明显的[111]丝织构，晶粒在拉拔过程中发生了转变，晶界的取向差角度分布呈“双峰”特征，小角度晶界所占比例较高。而高纯金丝的纵截面晶粒沿径向方向差别较大，芯部呈细长纤维状，边缘由细小的等轴晶组成，沿[001]方向择优生长。楔焊金丝比高纯金丝的抗拉强度提高了250 MPa，再结晶温度提高了100℃，最大延伸率达到25%，具有良好的拉伸断裂韧性。楔焊金丝在拉拔过程中沿径向方向应力分布不均匀，芯部的轴向压应力和表面残余应力要低于高纯金丝。镍和镧复合添加到金基体中产生晶格畸变，阻碍位错滑移和晶界滑动，通过固溶强化、细晶强化和加工硬化获得适合楔焊用的强韧性。

  2022年11期 v.46;No.320 1526-1532页 [查看摘要][在线阅读][下载 1310K]
  
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