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材料工程
中国航发北京航空材料研究院
材料工程

中国航发北京航空材料研究院

曹春晓

月刊

1001-4381

matereng@biam.ac.cn

010-62496276

100095

北京81信箱44分箱

材料工程/Journal Journal of Materials EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊创刊于1956年，现由北京航空材料研究院主办，国内外公开发行。该刊主要刊登有关材料科学与工程方面的学术论文及研究报告，同时刊登综合性评述，报道新材料、新工艺、新产品信息，及时准确反映我国材料领域最新成就和最新进展。《材料工程》涉及航空航天及各种军民用材料领域，专业包括：金属材料（含金属间化合物），非金属材料，复合材料（聚合物基，金属基，陶瓷基），陶瓷材料，功能材料，工艺（铸造，热变形，焊接，粉末冶金，热处理，表面处理，非金属成型等），理化测试，性能表征，无损检测，失交分析，材料标准化等。该刊是美国工程索引（EI）和金属文摘（MA）收录期刊，据1998年统计，本刊在EI收录的中国科学技术论文数较多的100种期刊中排名第四（167篇）。是中国科技论文统计分析用刊，同时入选《中文核心期刊要目总览》、中国科学引文数据库、中国学术期刊综合平价数据库、中国学术期刊（光盘版）及万方数据“数字化期刊群”和中国期刊网。在国内外材料科技期刊有一定的地位和影响。
正式出版
收录年代

    硫酸体系下高模碳纤维在不同电场环境中的阳极氧化行为

    肖婧田思源周航王宇...
    122-131页
    查看更多>>摘要：高模量碳纤维的惰性表面导致其与树脂基体之间薄弱的界面结合,限制高模量碳纤维复合材料在众多应用场景中性能的发挥.阳极氧化作为目前唯一可与碳纤维生产线并线运行的表面处理技术,常用的以碳酸氢铵为代表的碱性电解质在氧化高模碳纤维时效果有限,氧化性更强的酸性电解质体系下的阳极氧化机制缺乏系统研究.采用稀硫酸对模量为371 GPa的碳纤维进行电化学阳极氧化处理,系统研究电流密度、电解质浓度等关键要素对高模量碳纤维表面极性结构的影响规律,继而研究表面处理效果对碳纤维/环氧树脂复合材料界面剪切强度的影响规律,建立表面处理要素与复合材料界面性能的关联性.结果表明:处理后的碳纤维在保持原有表面形貌和石墨化结构的基础上,在碳纤维的无定型碳和芳香环状结构区域发生氧化反应,反应后纤维表观石墨化程度降低,表面能增大,表面含氧官能团含量增加.在当硫酸浓度为1.0％(质量分数)、电流密度为0.26 mA/cm2时,此时碳纤维的表面能最高,为57.7 mN/m,相比于未处理的碳纤维提高了62.08％,与环氧树脂的界面剪切强度达到80.9 MPa,相对于未处理对应的21.8 MPa提高了2.7倍,处理后碳纤维的单丝拉伸强度不受损.

    高模量碳纤维阳极氧化硫酸界面性能拉伸强度

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    碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料制备及变形性能

    李哲李炜
    132-138页
    查看更多>>摘要：碳纤维三向织物因其具有结构稳定、密度小和准各向同性特点,在空间展开装置具有良好应用前景.为研究碳纤维三向织物/热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethanes,TPU)柔性复合材料变形性能,通过热压法将TPU与碳纤维三向织物复合,结合金相显微镜与扫描电子显微镜进行观测,建立三向织物单胞模型,计算模型截面惯性矩,结果表明:纬向截面惯性矩大于经向的,三向织物纬纱方向更难变形;对碳纤维平纹织物与三向织物进行悬垂实验,结果表明:三向织物变形能力强于平纹织物,并且三向织物在悬垂时经向变形大于纬向,与模型截面惯性矩的计算结果一致;对碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料在0°,15°和30°方向进行拉伸实验,分析3种角度不同应变阶段载荷曲线变化和极限载荷.

    三向织物柔性复合材料截面惯性矩变形能力拉伸性能

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    Sc2O3和Y2O3复合掺杂ZrO2热障涂层陶瓷材料的组织结构与力学性能

    王志刚刘仍谦谢敏张永和...
    139-146页
    查看更多>>摘要：质量分数为7±1％氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)是广泛应用的热障涂层陶瓷材料.然而,其在1200℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端.因此,本工作提出新型Sc2O3-Y2O3协同掺杂ZrO2热障涂层陶瓷材料,采用固相合成法制备了摩尔分数为7.5％Sc2O3-x％Y2O3-(92.5-x)％ZrO2(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷.通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)等手段,重点探究Y2O3掺杂含量对高温固相合成陶瓷材料的微观组织结构演变行为以及维氏硬度、断裂韧性、弹性模量和三点抗弯强度等力学性能的影响规律.结果表明:Sc2O3-Y2O3复合掺杂ZrO2陶瓷材料经1450℃×3.5 h高温烧结的致密度大于97％,主要由四方相结构组成,该材料的维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和三点抗弯强度与传统8YSZ相当,分别为13～14 GPa,211～214 GPa,6.5～7.0 MPa·m1/2,520～850 MPa之间;断裂机制主要为穿晶断裂和沿晶断裂的混合方式,其中以穿晶断裂为主导.Sc2O3-Y2O3复合掺杂ZrO2陶瓷可作为一种潜在的高温热障涂层陶瓷材料.

    热障涂层稀土掺杂氧化锆氧化钪微观组织力学性能

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    阻燃超细纤维合成革贝斯的制备及性能研究

    宋兵冯莲王维马春晖...
    147-158页
    查看更多>>摘要：为了解决添加型阻燃水性聚氨酯稳定性差的问题,以脂肪族多异氰酸酯、聚醚多元醇和阻燃含磷多元醇为原材料,通过预聚体法合成一系列具有阻燃性能的水性聚氨酯.将该阻燃水性聚氨酯应用于超细纤维合成革贝斯(超纤贝斯)的含浸工艺中,探讨其对超纤贝斯力学、品质、阻燃、热分解性能的影响.结果表明,随着含磷阻燃多元醇含量的增加,燃烧速率从115.00 mm/min降低至60.79 mm/min,极限氧指数从21.00％提高到24.20％.然后在超纤贝斯表面喷涂不同浓度的磷氮阻燃剂,经过测试发现,超纤贝斯在燃烧过程中出现自熄现象,极限氧指数提升到27.00％.与未经阻燃整理的超纤贝斯相比,经过阻燃整理超纤贝斯的热释放速率峰值、总释放热分别降低了42.29％,20.01％.通过扫描电镜和拉曼光谱分析可得,经过阻燃整理的炭层石墨化程度提高,结构更为致密,表明阻燃剂利用凝聚相阻燃机理发挥重要作用.

    水性聚氨酯超细纤维合成革贝斯含浸涂层阻燃性能

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    Ti-6321钛合金钨极惰性气体保护焊接头的微观组织与力学性能

    闫泰起郑涛陈冰清祝力伟...
    159-166页
    查看更多>>摘要：采用钨极惰性气体保护(tungsten inert gas,TIG)焊获得了质量良好的大厚度Ti-6321钛合金焊接接头,对比热处理前后焊接接头熔融区、热影响区和母材区的微观组织变化,测试焊接接头的冲击性能、断裂韧度及拉伸性能,并与母材进行对比.结果表明:焊接接头熔融区退火前的组织由粗大β柱状晶组成,晶内为充分生长的针状马氏体α′相,热影响区为β基体和初生α相组成的等轴组织,β基体中析出针状马氏体α'相;退火后,熔融区和热影响区β晶粒内部的马氏体α'相完全转变为次生α相.Ti-6321钛合金焊接接头的冲击韧性,断裂韧度,抗拉强度及伸长率分别为80.3 J/cm2,113.00 MPa·m1/2,873 MPa和9％,为母材的104.7％,84.1％,100％和67.7％,相比母材断口,接头冲击断口具有更为粗糙的阶梯形貌表面以及微观尺寸更小的等轴韧窝,而韧性断口表面整体更加平坦,且疲劳裂纹扩展区更窄.

    Ti-6321钛合金TIG焊热处理微观组织力学性能

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    热力学计算与机器学习相结合逆向设计镍基高温合金

    祝亚亮雍维杨杰王晓峰...
    167-176页
    查看更多>>摘要：采用热力学计算与机器学习相结合的方法进行镍基高温合金面向热力学性能要求的逆向设计.结果表明:通过高通量热力学计算成功构建镍基高温合金热力学计算数据集,为采用机器学习方法实现面向热力学性能要求的镍基高温合金逆向设计提供数据基础.针对热力学目标性能建立若干C2P模型,模型精度均高于99％.采用MLDS方法进行合金成分逆向设计,推荐的8种合金均满足性能的要求(1100℃下的γ′相体积分数Vγ′,1100℃≥60％,Vγ,1100℃+Vγ′,1100℃≥99％,γ′相熔点Tγ′≥1300℃).热力学性能预测误差最小的3种合金实验验证表明,Vγ′,1100℃均大于80％,时效后的组织中Vγ,1100℃+Vγ′,1100℃≥99％,且Tγ′≥1300℃,均满足设计的要求.

    热力学计算机器学习逆向设计镍基高温合金

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    Z2CND18.12N奥氏体不锈钢低周疲劳损伤的EBSD分析

    车枫孟亦圆林莉罗忠兵...
    177-183页
    查看更多>>摘要：针对核电管道用Z2CND18.12N奥氏体不锈钢的低周疲劳损伤,研究电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)采集与后处理参数对局域取向差(local misorientation,ML)的影响,基于优选参数探讨特征取向晶粒的损伤规律.结果表明:测试步长、取向差平均范围(filter)及像素合并参数(binning)均影响ML测试结果,综合考虑晶粒尺寸、测试精度和效率等因素,优选确定binning 2×2,filter 11×11,测试步长为2μm或5μm.选取损伤程度不同的两个区域,〈111〉取向晶粒ΔML的峰值和平均值变化均高于〈101〉和〈001〉取向,〈101〉取向ΔML数值最小;同时,ML在小晶粒特别是晶界及交汇处数值较大.结合晶粒尺寸、晶界对变形分布的不均匀性进行了讨论.结果证实ML可以有效评价Z2CND18.12N钢的变形损伤,为发展基于多物理参量的材料以及结构损伤评价技术提供了参考和借鉴.

    奥氏体不锈钢疲劳电子背散射衍射晶体取向局域取向差

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    Zr添加及冷轧形变对TiNi合金微观结构及力学性能的影响

    张江千佳祥杨院霞郝刚领...
    184-192页
    查看更多>>摘要：采用真空电弧熔炼+吸铸制备Ti50-0.5xNi50-0.5xZrx系列合金.金相观察和拉伸力学性能测试表明,添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率,过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr2Ni的生成而降低力学性能.对Ti49.9Ni49.9Zr0.2合金进行多道次冷轧形变和退火处理,结果表明:Ti49.9Ni49.9Zr0.2合金的抗拉强度σb及断后伸长率δ均随冷轧退火道次的增加而提高,经过四道次的冷轧变形后,二者分别由未经轧制的561 MPa,11.14％ 提高到768 MPa,35.1％.SEM和TEM微观观察表明,冷轧过程中沿晶分布的硬质Ti2Ni颗粒被剪切、破碎、细化,呈不连续分布.700℃退火处理后,形变组织发生回复再结晶,出现纳米晶和非晶区,且随冷轧形变的增加,基体中可见大量的板条状纳米孪晶组织和高密度位错.

    TiNi合金力学性能冷轧形变微观结构Zr元素添加

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    TC4合金表面Zr-Y改性渗硅涂层的组织结构及高温摩擦磨损性能

    李轩吕威何瑜张晓燕...
    193-200页
    查看更多>>摘要：采用固体粉末扩散渗方法在TC4合金表面制备了Zr-Y改性的渗硅涂层,研究了渗层的组织结构、高温摩擦磨损性能及磨损机制.结果表明:Zr-Y改性渗硅涂层具有多层梯度结构,外层由TiSi2和少量ZrSi2组成,较薄的中间层为TiSi相,内层为Ti5Si4和Ti5Si3的混合物.涂层的显微硬度明显高于TC4合金基体,且由表及内呈梯度降低趋势.高温摩擦磨损实验(600℃)结果表明,Zr-Y改性渗硅涂层具有优良的摩擦磨损防护性能.与GCr15对磨时的磨损率约为3.59×10-5 mm3/(N·m),是相同条件下TC4合金磨损率的36.6％,磨损机制主要为GCr15在涂层表面的擦涂和氧化磨损.与Al2O3球对磨时的磨损率为9.75×10-5 mm3/(N·m),是相同条件下TC4合金磨损率的18.9％,磨损机制为疲劳磨损、氧化磨损和黏着磨损.

    TC4合金Zr-Y改性扩散渗硅化物涂层高温磨损磨损机制

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    动态人工模拟海水环境下两种B10铜镍合金腐蚀行为

    苏英管勇
    201-210页
    查看更多>>摘要：采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试并结合XPS测试和SEM/EDS微观表征,通过自制的冲刷腐蚀实验装置研究了两种B10铜镍合金在不同流速和不同时间下的冲刷腐蚀行为,比较了两种铜镍合金在不同冲刷条件下的腐蚀差异.结果表明,两种铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化规律相似,在不同的流速下冲刷2 h后腐蚀速率较高,冲刷8 h后腐蚀速率较低.在低于4 m/s的流速冲刷不同时间后,A合金的耐蚀性整体上高于B合金的耐蚀性;当流速高于3 m/s且较长时间冲刷后,B合金的耐蚀性更好.这与钝化膜中Ni,Fe的化学态无关而与晶粒尺寸和孪晶数量以及Ni,Fe元素的富集有关.长时间高流速冲刷会促进钝化膜中Ni和Fe元素的富集,有利于增强钝化膜的耐蚀性.

    B10铜镍合金电化学技术冲刷腐蚀钝化膜腐蚀形貌

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