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材料研究与应用
材料研究与应用

梁振锋

季刊

1673-9981

gdys6108@163.net

020-61086285 37239026

510650

广州市天河区长兴路363号

材料研究与应用/Journal Materials Research and Application
查看更多>>本刊主要刊登有色和稀有金属的选矿与冶炼、金属材料与加工、粉末冶金、选冶药剂、分析检测、焊接技术、自动控制、节能技术等学科的学术论文、科研成果、理论探讨、专题性或综合性的动态评述等。
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    超临界机组长期服役后P91钢微观组织演变研究

    夏锦炎明洪亮王俭秋张志明...
    777-786页
    查看更多>>摘要：P91钢因优异的高温强度和抗蠕变性能,作为高温承压部件材料被广泛应用于超临界火电机组中.然而,长期在高温环境中服役会导致材料微观组织的退化,进而影响其力学性能及机组的安全运行.采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针显微分析仪和透射电子显微镜等多种表征技术,分析和对比了P91钢管道在超临界火电机组中长期(66 000-68 000 h)服役前后的微观组织变化,并探讨了微观组织转变的机理.结合P91钢显微硬度的变化情况,研究了微观组织转变对其力学性能的影响.研究结果表明,服役前后的P91钢管道金相组织均保持典型的板条马氏体结构,但服役后P91钢中马氏体板条内的位错密度下降,且部分板条出现宽化.在析出相方面,服役前的P91钢中主要存在富Cr的M23C6 相、富V、Nb的MX相,而服役后的P91钢中除了原有的析出相外,还在原奥氏体晶界和板条边界发现了富Mo的Laves相.另外,服役后析出相的面积分数相比服役前增加了3.06%,但析出相的数量却减少了28.1%,这主要归因于M23C6相的Ostwald熟化和Laves相析出长大.析出相的粗化与聚集减弱了对位错和晶界的钉扎作用,导致板条合并宽化,以及亚晶粒的形成更加容易发生.服役后的P91钢,其平均显微硬度下降了20.70 HV0.5,直接反映为力学性能的降低.一系列的微观组织的演变,是导致P91钢力学性能下降的主要原因.本研究为P91管道的长期安全服役提供了基础数据,具有非常重要的理论和工程应用意义.

    长期服役超临界机组P91钢马氏体组织M23C6相Laves相显微硬度服役性能

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    Y元素对Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石组织和性能的影响

    冯帅帅王邦伦陈志浩王朋波...
    787-795页
    查看更多>>摘要：钎焊金刚石工具因化学冶金结合方式而具备较高的结合强度,在陶瓷、半导体和玻璃等硬脆性材料的加工行业及轨道交通、航空航天等领域中拥有广泛的应用前景.虽然Ni基钎料钎焊金刚石工具在结合强度、耐磨性及服役环境方面具有一定的优势,但是较高的钎焊温度和化学侵蚀会对金刚石磨粒造成较为严重的热损伤,从而影响金刚石工具的工作效率和服役寿命.为了降低钎焊过程中金刚石的热损伤,采用掺杂Y元素的Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石,通过SEM研究了钎焊金刚石试样的界面微观形貌,使用拉曼光谱仪分析了钎焊金刚石试样的石墨化程度,同时还探究了钎焊金刚石试样的力学性能.结果表明,当Y元素的质量分数为0.8%时,钎焊试样的金刚石形貌最为完整,钎焊层硬度最高为533 HV0.1,金刚石出露度较高为76.2%且石墨化程度较低.另外,Y元素的添加细化了碳化物的尺寸,降低了碳化物微裂纹的产生.相较于未添加Y元素的钎焊试样,添加Y元素的金刚石钎焊试样的抗压强度提升了约50.4%,磨削性能提高了43.5%,金刚石的脱落数量最少.表明,用Y元素掺杂的Ni-Cr非晶钎料可成功制备出钎焊金刚石试样,同时还降低了钎料中的触媒元素对金刚石的侵蚀作用,改善了热损伤和磨削性能.本研究为非晶钎料在钎焊金刚石工具领域中的应用提供了可靠的理论支持,并为相关工业生产提供了新的技术路径,在降低生产成本和推动绿色生产方面具有一定的实际意义.

    Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石热损伤磨削性能微观形貌抗压强度Y元素石墨化

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    微弧氧化法制备2A12铝合金高发射率涂层的性能研究

    张凯凯呼丹屈静孟伟...
    796-802页
    查看更多>>摘要：铝合金作为航天电推进器用加速喷射电真空器件的常用材料得到广泛应用,然而其在应用过程中容易出现过热现象,进而影响工作性能和使用寿命.因此,严重限制了铝合金的进一步应用.为了有效地解决铝合金过热问题,需将其表面聚集的热量进行有效地散发.采用微弧氧化(MAO)技术,以磷酸盐为基础电解液的主要成分,以FeSO4为添加剂,通过调控FeSO4的浓度,在2A12铝合金表面制备出组分分布均匀的具有红外高发射率的热控辐射涂层.使用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、涡流测厚仪、粗糙度仪、万能材料试验机、傅里叶变换红外光谱仪,对不同FeSO4浓度下制备的微弧氧化涂层的表面形貌、元素组成、相组成、厚度、粗糙度、结合强度及红外发射率进行了系统分析.结果表明,随着FeSO4浓度从0 g∙L-1增加到8 g∙L-1,涂层表面的孔洞数量逐渐减少,孔洞尺寸逐渐增加且出现裂纹,涂层的厚度和粗糙度逐渐增加.其中,厚度从17.2 μm增加至39.1 μm,粗糙度从1.94 μm增加至2.96 μm.另外,XRD及XPS分析结果表明,涂层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和Fe2O3相组成,且均为基体与电解液反应生成的产物.值得注意的是,当FeSO4 浓度为 6 g∙L-1 时,涂层的结合强度、红外发射率值达到最佳值,分别为 39.8 MPa和0.909.本研究为2A12铝合金在航空航天领域中进一步应用提供了理论依据.

    2A12铝合金微弧氧化FeSO4表面形貌厚度粗糙度结合强度红外发射率

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    退火温度对溶胶-凝胶法氧化钨薄膜电致变色性能的影响

    廖晴东
    803-808页
    查看更多>>摘要：电致变色是指在外加电场的作用下电解质中离子嵌入材料中,使得材料本身光学特性发生变化的现象.电致变色材料被用于建筑隔热、装饰、信息显示等场景.氧化钨(WO3)作为一种被广泛研究的无机电致变色材料,虽其储量丰富,但受制于苛刻的制备工艺,以及透明导电基底的昂贵价格,在光热调控场景中很少大面积使用无机电致变色薄膜.基于此,采用溶胶-凝胶法(Sol-gel),通过改变退火温度制备了结晶态和非晶态的氧化钨(WO3)薄膜,同时探索了不同退火温度对其电致变色性能的影响.实验结果表明,随着退火温度(200、250、300和350℃)的增加,薄膜由非晶态逐渐转变为结晶态,且薄膜内部结构趋于致密化.在退火温度200℃下,薄膜呈现出最佳的电致变色性能及良好的反应可逆性,在1 mol∙L-1 的AlCl3 溶液中电压为-0.5 V时,薄膜在633 nm处的光学对比度为79%;而在250、300和350℃退火温度下,随着薄膜内部结构趋向于致密,当施加正向电压时嵌入的离子无法在短时间内脱离出来,使得薄膜的光学性质难以回复到初始的状态,造成着色褪色响应速度下降,导致光学对比度不同程度的降低,在633 nm处的光学对比度分别为39.1%、23.7%和46.1%.其中,350℃退火的样品在光学对比度上呈现差异化,这归因于薄膜结晶,细微的晶界提供了较多的反应位点.本研究提供了一种简易的、低成本的制备WO3薄膜的方法,为大面积应用电致变色材料提供了理论参考.

    氧化钨薄膜电致变色溶胶凝胶AlCl3非晶薄膜旋涂退火温度光学对比度

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    基于分子动力学模拟的α-SiO2纳米颗粒油-水界面吸附行为研究

    文涛涛李玉秀谢驰孔令辉...
    809-818页
    查看更多>>摘要：纳米颗粒相界面吸附与自组装被广泛应用于石油采收、泡沫浮选、药物输送及新型功能材料等研究领域.然而,由于溶剂化力、静电斥力等多种相互作用所导致的吸附势垒,纳米颗粒自发吸附至界面的过程受到阻碍.基于分子动力学方法研究了α-SiO2 纳米颗粒相界面吸附动力学特征,深入分析了水化层结构及离子浓度对颗粒吸附行为的影响.首先,通过修饰表面基团获取了不同亲疏水性α-SiO2 纳米颗粒的吸附特征:纳米颗粒自发扩散至亚界面后会经历弛豫吸附至界面、快速吸附以及在界面区域经历一段弛豫后达到动态平衡三个过程.随后,从径向分布函数、角度分布、氢键密度分布等对纳米颗粒水化层结构以及氢键结构和进行了量化和比较,通过水化层内水分子驻留自相关函数以及氢键寿命分析了水化层结构及氢键结构的动力学特性.结果表明:水化层结构依赖于所作用颗粒的表面特性,与亲水表面相比,水分子在疏水表面具有明显的择优取向和更强的流动性;表面-水间氢键相互作用和水化层内特殊氢键结构是影响颗粒吸附的重要原因;不同离子效应可以通过共同作用干扰氢键结构以促进纳米颗粒相界面吸附.本研究为理解纳米颗粒相界面吸附动力学特性以及吸附壁垒形成机制提供参考,对于纳米颗粒相界面可控吸附在石油采收、新型功能材料等应用领域具有指导意义.

    分子动力学非晶二氧化硅改性纳米颗粒油水界面相界面吸附氢键寿命氢键相互作用水化层

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    可溶性钙盐沉淀法处理含氟废水的热力学分析及应用设计

    贺军四胡泽宇蔡沛沛林业伟...
    819-825页
    查看更多>>摘要：针对可溶性钙盐处理含氟废水的工艺过程较为复杂,且处理效果存在不确定性问题,通过热力学分析,研究了可溶性钙盐沉淀反应处理含氟废水的过程,揭示了去除F-过程的化学和物理现象,由此设计出两阶段可溶性钙盐处理含氟废水工艺.通过推导出的残余F-含量与Ca2+浓度的平衡关系式,计算出残余F-含量低至 1.91 mg∙L-1,明显低于国家现行的污水处理排放标准.含氟废水两阶段处理工艺:第一阶段,将待处理含氟废水的pH值调整至5.0-6.5,边搅拌边加入氯化钙,其加入量为理论计算总量的1/4,搅拌 10 min后静止 30 min;第二阶段,将经第一阶段处理后的污水pH值调整至 7.5-8.5,加入剩余的氯化钙,搅拌30 min后静止20 min,再加入400 mg∙L-1 的聚合氯化铝絮凝剂.结果表明,当氯化钙药剂的实际添加总量为理论计算添加总量的 82.29%时,采用两阶段可溶性钙盐处理工艺可去除含氟废水中99.88%的F-,残余F-的含量为3.33 mg∙L-1,符合国家现行的污水处理排放标准.当含氟废水中F-含量大于100 mg∙L-1 时,随着可溶性钙盐添加量增加残余F-含量迅速下降;而当含氟废水中F-含量小于100 mg∙L-1 时,随着可溶性钙盐添加量增加Ca2+与F-反应的速率减慢,残余F-的含量下降趋缓.可溶性钙盐处理偏碱性含氟废水时,适当提高处理后污水的pH值有助于降低残余F-的含量,同时也能相应地减少Ca2+的添加量.若含氟废水处理后的pH值小于处理前时,其pH值下降越少,添加可溶性钙盐的量亦越少.因此,pH值是影响Ca2+添加量及处理结果的重要因素.

    可溶性可溶性钙盐沉淀反应处理氟废水热力学沉淀物pH值

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    Ni基高温合金在LiCl-KCl熔盐中的腐蚀行为研究

    杜雨昕林如山林师峰张磊...
    826-833页
    查看更多>>摘要：熔盐电解精炼是乏燃料干法后处理的核心工艺单元,其反应容器需在高温、LiCl-KCl熔盐环境下长期服役,活泼合金元素Cr的选择性溶解使得钝化Cr2O3保护膜难以生成,结构材料面临严重的腐蚀问题,严重阻碍了干法后处理技术的工程化应用.Ni基高温合金在高温氯化物熔盐中的热力学性质稳定,是电解精炼反应容器潜在的候选材料,然而目前Mo、W等关键合金元素对Ni基高温合金在LiCl-KCl熔盐中的耐腐蚀性能影响暂不明确.采用浸泡腐蚀的方法,研究了Haynes 230、Inconel 625、GH 3535、Inconel 690和GH 4169五种Ni基高温合金在550℃、氩气气氛下LiCl-KCl熔盐中的腐蚀行为,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱分析对腐蚀产物的组成和形貌进行了分析.研究结果表明,五种Ni基高温合金在与LiCl-KCl熔盐相互作用的过程中均发生腐蚀失重,失重情况为Inconel 625＞GH 3535＞Haynes 230＞Inconel 690＞GH 4169.其中Inconel 625和GH 4169合金在基体近表层生成了富Mo氧化膜,导致外层(Cr,Fe)2O3与基体的热相容性变差,有明显的脱落趋势.相比高Cr含量的Inconel 690合金发生严重的电化学溶解,低Cr的GH 3535合金外层(Cr,Fe)2O3 含量低,抗氧化能力也明显降低,使得氧向基体内部渗入.而Haynes 230合金外表面生成了富W的氧化物,有效地阻挡了Cl-的侵蚀,在以上五种Ni基高温合金中具有最好的耐腐蚀性能.

    Ni基高温合金熔盐电解精炼LiCl-KCl熔盐高温腐蚀行为钝化膜电化学溶解内氧化

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    美国铁精矿配比对球团冶金性能及微观显微结构的影响

    周文波
    834-840页
    查看更多>>摘要：随着我国钢铁工业向集约大型化、低碳排放转型,对高炉炼铁炉料的要求不断提高.球团因高效能、低能耗及环保等优势,需求量逐渐增加.然而,国内铁矿石资源的劣势促使采用进口铁精矿制备高质量球团成为主流趋势.美国铁精矿作为新进口矿粉,虽品位低但碱性氧化物含量高,通过配加美国铁精矿粉可以改变制备球团铁矿粉的物理和冶金性能,达到提高球团冶金性能的目的.通过球团配矿实验、还原性实验、还原膨胀率实验及矿相显微镜分析,研究了不同美国铁精矿粉的配比对球团冶金性能及微观显微结构的影响,以优化配矿粉的结构、提升生球与成品球的性能.结果表明,配加美国铁精矿粉,对造球工序影响较大.随着美国铁精矿粉配比(质量分数)从0%增加至35%,造球返球率和球盘频率增大;当美国铁精矿配比为20%时,成品球团的综合质量最佳,冶金性能和抗压强度均满足高炉生产需求.随着美国铁精粉配比增加,成品球团中赤铁矿结晶发育程度逐渐降低,而镁铁矿和铁酸钙生成量逐渐增加,宏观表现为成品球团的抗压强度降低,但冶金性能得以改善.本研究为合理利用美国铁精矿粉,以及降低造球粘结剂的用量、确保生球和成品球的强度、改善球团的还原性能提供了理论依据和技术支持,有利于提升我国钢铁工业的低碳环保水平,推动行业的可持续发展.

    美国铁精矿球团矿冶金性能抗压强度赤铁矿生球还原膨胀率还原度

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    耦合激发炉渣基水泥净浆力学性能研究

    赵灿濠李犇徐虎张雨...
    841-848页
    查看更多>>摘要：炉渣是煤炭燃烧后产生的残留物,大量堆放不仅占用土地资源,还对环境造成负面影响.炉渣富含二氧化硅和氧化铝等活性物质,常被用作矿物掺合料以改善混凝土性能.然而,炉渣基胶凝材料的研究仍然处于起步阶段,尤其在激发机制、力学性能影响因素及微观结构演变规律等方向研究相对缺少.重点分析了机械-化学耦合激发作用下炉渣基水泥净浆的力学性能及微观结构演变规律.首先,研究了研磨参数对炉渣粒径分布的影响;然后,探讨了耦合激发参数及养护龄期等因素对炉渣基水泥净浆的抗压和抗折强度及其力学活性的影响;最后,通过SEM、XRD、FTIR等微观表征手段分析了炉渣基水泥净浆的水化产物、官能团和微观结构的变化以期揭示耦合激发途径对炉渣基水泥净浆力学性能的影响机制.结果表明,在最佳的耦合激发条件下,炉渣基水泥净浆在标准养护28 d后,抗折和抗压强度分别比水泥净浆(基准组)提升了19.8%和29.1%,Ⅰ型和Ⅱ型C-S-H凝胶物相含量分别比基准组增加了71.4%和58.3%.最佳激发条件为球料比18∶1、球磨时间20 min、碱激发剂总掺量1.5%、Ca(OH)2与Na2(SO)4的摩尔比2∶3.耦合激发后的炉渣促进了水泥基材料的水化反应,生成了更多的C-S-H凝胶并形成致密的微观组织结构,有效提升了炉渣的力学活性和再生利用率.本研究为制备低碳环保的可持续胶凝材料提供了新的思路和方法.

    炉渣水泥净浆机械研磨耦合激发力学性能微观结构粒径分布活性

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