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期刊信息/Journal information
稀有金属
稀有金属

屠海令

双月刊

0258-7076

xxsf@grinm.com

010-82241917

100088

北京新街口外大街2号

稀有金属/Journal Chinese Journal of Rare MetalsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是以稀有金属材料研究、开发和冶炼为特色的大型综合性双月刊，由国家有色金属工业局主办，北京有色金属研究总院承办。是中文核心期刊，主要报道稀有金属、贵金属、稀土金属及镍、钴等有色金属在材料研制、合金加工、选矿、冶炼、理化分析测试等方面的最新科研成果及应用，同时还报道超导材料、半导体材料、复合材料、陶瓷材料、纳米材料、磁性材料等新材料的研究开发及应用。在稀有金属领域享有较高的学术水平和权威性。
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    沉积参数对阴极等离子电解沉积Ni涂层的影响

    卢帅孙晓伟薛伟黄康...
    761-773页
    查看更多>>摘要：采用阴极等离子电解沉积(CPED)技术制备了金属Ni涂层,研究了单次沉积和循环沉积两种模式下的沉积参数对Ni涂层沉积过程的影响,讨论了 CPED制备Ni涂层的沉积机制.结果表明,采用单次沉积模式时,在沉积电压为100～110 V范围内,适当的增加沉积电压有助于平滑涂层的表面形貌;而沉积电压超过110V会加剧等离子放电的强度和密度,引起孔洞和缺陷;随着沉积时间的增加,涂层生长经历了形核-熔融两个交替过程.涂层厚度先增加后趋于稳定,沉积时间为10 min时,涂层厚度最大(10.77 μm).采用循环沉积模式时,随着提拉速度的增加,涂层的表面粗糙度呈先减小后增加的趋势.在900µm·s-1的提拉速度下制备的涂层具有最平坦和最均匀的表面(表面粗糙度(Sa)=2.11 µm,最大高度(Sz)=21.13 μm);浸没时间的增加导致涂层表面的熔融态形貌特征更明显.与浸没时间为10 s的涂层相比,浸没30 s所得涂层的Sz和Sa分别降低了40.7％和52.9％,涂层厚度增加了 18％以上;随着沉积道次的增加,涂层的表面粗糙度和厚度不断增大.与沉积5道次得到的涂层相比,沉积20道次所得涂层的Sa和Sz分别增加了约5.5倍和2.8倍,涂层厚度可达24.24μm,但致密性较差,涂层中存在直径约为2μm的孔隙.

    阴极等离子等离子放电沉积机制

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    TC4合金表面激光复合微弧氧化涂层制备及热腐蚀失效研究

    吴国龙王睿陈祥辉王晔...
    774-785页
    查看更多>>摘要：为了提高钛合金的耐热腐蚀性能,采用激光复合微弧氧化(LMAO)的方法在TC4合金表面制备了陶瓷防护涂层,研究了NaAlO2盐电解液体系下激光同步辐照对涂层结构和热腐蚀行为的影响.结果发现,相比于单一微弧氧化涂层,激光复合微弧氧化涂层表面平整度有所提高,表面的孔隙率和孔径尺寸降低,涂层具有更高的Al含量,致密和均匀性得到了改善.涂层主要由Al2TiO5,金红石型TiO2,锐钛矿型TiO2和少量α-Al2O3高温稳定相构成,激光提供的能量有利于高温相的形成.TC4基体最大氧化增重达2.88 mg·cm-2,形成了 33.3 µm厚的氧化层,微弧氧化涂层最大氧化增重降低至1.13 mg·cm-2,氧化层厚为1.05 μm.相比之下,激光复合微弧氧化涂层最大氧化增重进一步下降至0.91 mg·cm-2,形成的氧化层最薄,仅为0.33 μm.激光复合微弧氧化涂层孔洞缺陷少,涂层中高的Al元素含量使腐蚀产物更加致密,减少裂纹和空洞形成,腐蚀区域得到有效控制,增强了涂层对O和腐蚀性介质的阻挡效果,对基体钛合金的保护作用提高.

    TC4合金热腐蚀微弧氧化(MAO)激光复合

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    La元素对铸造Al-4.8Cu合金力学和导热性能的影响

    宋赵熙李元东刘文憬杨昊坤...
    786-795页
    查看更多>>摘要：以Al-4.8Cu合金为基体,通过加入稀土元素La,研究其对合金组织形貌、力学性能以及热导率的影响.采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、万能拉伸试验机、热传导系数测量仪等分析手段,并结合第一性原理进行表征.结果表明,随着La元素含量的增加,晶粒形貌由树枝晶向等轴晶转变,晶粒尺寸减小,当La元素的含量为0.38％时晶粒的细化现象较为明显,晶粒平均尺寸由不含La元素时的149 μm降至69 μm.随着La元素含量的增加,合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率和热导率呈现先增大后减小的趋势,La元素含量为0.38％时,合金的抗拉强度、屈服强度达到最大,分别为175.69 MPa和115.20 MPa;La元素含量为0.29％时,合金的延伸率达到最大,为10.04％;La元素含量为0.78％时,合金的热导率达到最大,为210.70 W·m-1·K-1,相比未添加La元素时分别提升了43.9％,43.5％,60.9％和10.3％.La元素加入过量后产生的Al4La,Cu5La相会对合金的力学性能和热导率产生较大危害.

    铝合金La元素热导率力学性能第一性原理

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    添加Si和Zn对VW75镁合金显微组织、力学性能和弹性模量的影响

    张驰石国梁张奎李兴刚...
    796-807页
    查看更多>>摘要：Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr(％,质量分数;VW75)是一种获得批量应用的超高强耐热镁合金,但其弹性模量仅约为45 GPa,制约了其减重效果的充分发挥.以提升该合金弹性模量为目的设计了3种成分合金:VW75+1Si,VW75+2Si和VW75+2Si+2Zn(％,质量分数),利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等研究了"铸锭→均匀化→挤压"过程的显微组织演变,研究了3种合金在200℃的时效硬化行为,并对挤压态和T5态合金的室温拉伸性能和动态弹性模量进行了测试.结果表明:VW75合金添加Si后在熔体中形成高熔点自生增强相颗粒,增强相存在严重的沉降现象.XRD分析表明增强相为Gd5Si3,YSi和Zr5Si3,并且多数RE-Si(RE:稀土元素)增强相颗粒同时具有两个成分迥异的区域,即心部的富Y区和外层的富Gd区,暗示熔体降温过程中YSi先形核,Gd5Si3随后以YSi为异质核心析出,添加Zn元素加重了沉降.3种铸态合金中增强相平均粒径位于3.8～5.5 μm区间,挤压后被破碎细化至3.4～3.7μm,且分布更加均匀.制备的3种合金中,VW75+2Si+2Zn合金铸态、挤压态和T5态弹性模量最高;挤压态VW75+2Si+2Zn合金具有最大的增强相面积分数(～9.4％)且增强相平均粒径仅～3.5 μm,其T5(挤压+人工时效)态弹性模量最高,达到53.4 GPa,但由于RE-Si增强相的出现严重弱化了稀土元素的固溶强化作用,造成抗拉强度和屈服强度大幅降低,同时造成该合金没有时效硬化效应.

    镁合金增强相显微组织力学性能弹性模量

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    蜂窝构型ZTAp-Fe复合材料磨损及耐腐蚀性能研究

    范磊冉登林耿新鸿赵鑫哲...
    808-821页
    查看更多>>摘要：为改善矿山机械部件磨损和腐蚀问题,制备了蜂窝构型氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基(ZTAp-Fe)复合材料,对ZTAp占比为5％,10％和15％(质量分数)的蜂窝预制体,浇铸30SiMn钢液进行复合铸造.采取X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、三体磨料磨损和腐蚀浸泡对其进行性能测试和表征.结果表明:ZTAp占比为5％和10％时,复合材料界面间结合情况良好,含量为15％时颗粒堆积严重,铸造过程热量传递受阻碍明显,出现气孔缺陷,使得ZTAp与铁基体间机械结合效果差;ZTAp含量由5％提升至15％,蜂窝构型ZTAp-Fe复合材料的耐磨性先增加后减弱,硬质相颗粒对磨料的阻挡作用显著,表面划痕和微犁沟减少,ZTAp含量为10％时复合材料耐磨性最佳;其相对耐磨性是HARDOX450耐磨钢的4.89倍,是NM450耐磨钢的4.81倍,是30SiMn钢的5.3倍.絮状腐蚀产物主要出现在30SiMn钢部分,随时间增加表面腐蚀产物和腐蚀程度加深,最终其表面出现黑色腐蚀坑;铁基体中含有大量Cr元素,耐腐蚀性良好,与30SiMn钢的冶金熔合区腐蚀量较少.所使用的铸造工艺可使该复合材料与矿用耐磨钢进行有效装配,显著提高其耐磨性和耐腐蚀性.

    构型复合材料颗粒增强磨料磨损耐腐蚀性

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    SiCf/TC17复合材料残余应力及界面力学性能研究

    王敏涓杨光戚继球孟庆坤...
    822-832页
    查看更多>>摘要：采用基体涂层法制备出SiC连续纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料,通过纤维顶出试验和有限元模拟研究复合材料的热残余应力分布特征与界面力学性能的影响因素.SiCf/TC17复合材料中SiC纤维呈近似六方排布,均匀分布在钛合金基体中.根据单纤维顶出试验的载荷-位移曲线计算出SiCf/TC17复合材料的平均界面剪切强度和摩擦应力分别为49 MPa和34 MPa.有限元模拟结果表明,随SiCf/TC17复合材料中热残余应力的增加,顶出试验的摩擦力显著增加,而界面脱粘力先降后升;随摩擦系数的增加,脱粘力和摩擦力都增加;随本征界面剪切强度增加,脱粘力增加而摩擦力不变.结合顶出试验和有限元模拟结果,确定SiCf/TC17复合材料的界面摩擦系数和本征界面剪切强度分别为0.17和390 MPa.单纤维顶出试验中,SiCf/TC17复合材料在C涂层和反应层之间脱粘,顶出载荷在界面产生的剪切应力与支撑端的剪切残余应力方向一致,导致界面脱粘首先发生在支撑端,而后脱粘区域沿着纤维/基体界面向加载端扩展,当载荷-位移曲线达到最大值时界面完全脱粘.

    SiC纤维Ti基复合材料残余应力界面剪切强度有限元

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    碳纳米管增强镁基复合材料细观模型构建及力学响应

    韩宝健韩子文应韬郝振...
    833-842页
    查看更多>>摘要：碳纳米管(CNTs)增强镁基复合材料的应力-应变响应预测对于理解可设计性参数在弹塑性变形阶段的影响具有重要意义.由于非均质材料有限元模拟的复杂性,在微尺度组分显式求解方面尚有一定的局限性.为获得非均质材料在弹塑性变形阶段中的宏观有效性质,基于改进的随机序列吸附算法建立了随机CNTs内嵌增强的镁基复合材料单胞物理模型,复合材料中的界面粘结层由内聚力单元代替,CNTs模型依据扫描电子显微镜(SEM)观测到的真实形貌建立.对三维数值模型进行有限元分析计算,求得表征体积单元数值模型有效性质的数值解,有效分析了拉伸载荷作用下材料基体破坏和界面脱粘、强度问题及各组成相间的应力传递机制、损伤机制.实验与模拟的对比结果表明,建立的复杂结构纳米相增强材料细观模型对于预测材料参数与细观结构、力学性能之间的响应关系能够提供客观、充分和真实的依据.

    镁基复合材料表征体积单元有限元分析宏观有效性质

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    锂离子电池硅合金负极材料的研究进展

    曹瑞王帅吴沁宇马子洋...
    843-857页
    查看更多>>摘要：锂离子电池(LIBs)作为一种二次可充电电池,由于其平均输出电压高、能量密度大、自放电性低以及无记忆效应等优势而被广泛应用于3C电子产品、商业储能电站以及新能源动力交通工具等领域.目前LIBs中的石墨负极材料已经被开发接近其理论比容量极限(372 mAh·g-1),亟需寻找高容量负极材料.半导体硅(Si)材料由于极高的比容量、合适的脱/嵌锂电位以及丰富的储I等众多优势被认为是当下最有潜力的负极材料之一.但硅负极材料也面临较大的体积膨胀、导电性差等诸多挑战,阻碍了其进一步商业化应用.针对Si负极存在的问题,Si合金负极是通过引入合金化元素来改善Si的导电性并作为缓冲相来抑制Si的体积膨胀,从而实现Si合金负极电化学性能的提升.根据组元数目将Si合金分为二元、三元以及多元体系,综述了其作为LIBs负极方面的研究进展,着重分析Si合金化策略对于电化学性能的影响以及机制研究,总结并展望Si合金负极新材料及未来改性技术,期待加快高能密度锂离子电池Si合金负极的商业化应用.

    锂离子电池(LIBs)Si负极合金化元素电化学性能

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    材料高通量制备与表征技术研究进展

    穆昱颜鲁春庞晓露高克玮...
    858-872页
    查看更多>>摘要：材料基因组(MGI)技术是近年来出现的一种材料科学研发新理念,代表着当今世界材料科学研发领域的前沿趋势.通过构建快速响应的材料研发新模式,材料基因组技术可大幅度提高新材料研发效率、减少研发成本、推动材料的工程化应用.作为材料基因组技术的关键组成部分,材料高通量实验技术目前已形成了一系列具有代表性的材料高通量制备与表征技术.阐述了高通量实验在材料基因组技术中的地位与作用,回顾了高通量实验的研究发展历程,介绍了薄膜、块体、粉体材料高通量制备技术以及光学、电磁学等材料性能的材料高通量表征技术.最后指出了在新型材料高通量表征设备开发方面的不足,并结合数据与人工智能对材料高通量实验技术的未来发展方向做出展望.

    材料基因组(MGI)高通量制备高通量表征研究进展

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    辉光放电光谱分析在新材料表征中的应用及发展

    李涛王长华李蒙李继东...
    873-882页
    查看更多>>摘要：阐述了辉光放电光谱法(GDOES)在半导体材料及电子元器件领域、新能源材料领域、非导体材料领域的最新应用,介绍了GDOES在传统材料领域的新应用.GDOES可以直接固体进样、同时多元素、大动态范围的定性和定量分析,具有溅射速率快、多矩阵校准、适用于多种样品类型、运行成本低,具有高通量分析等优点,深度分析能力可以达到纳米级,可以对诸如H,O,C,N等轻元素进行分析,近年来在LED芯片、锂离子电池、太阳能光伏电池及微电子器件等半导体行业得到广泛应用.GDOE的剥蚀速率可达微米/分钟,反应快速,可以检测到电子轰击过程中的细微变化,提高材料成分测试精度,入射粒子能量较低,不会对材料的表面结构造成大的破坏,材料表面的均匀性可以得到准确的表征.此外GDOES的溅射坑可以用来进行X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)测试,为相关测试提供样品,可以为材料提供多重且互补的信息.结合GDOES分析存在横向解析元素分布的局限,介绍了有关GDOES的横向分析能力的研究进展,通过单色成像光谱仪、声光可调谐滤波器、推扫式高光谱成像仪等技术应用GDOES可以实现元素分布二维或三维绘图,对于化学异质性材料的研究具有推动作用,横向分析能力的提升将会是GDOES发展的重点方向.

    辉光放电光谱法(GDOES)新材料表征涂镀层表面

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