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中国材料进展
中国材料进展

周廉

月刊

1674-3962

rml@c-nin.com

029-86226599

710016

西安市未央路96号

中国材料进展/Journal Materials ChinaCSCD北大核心CSTPCD
正式出版
收录年代

    纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

    马凯刘振宇肖伯律马宗义...
    181-194页
    查看更多>>摘要：以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注.然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力.综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用.

    纳米碳/铝复合材料强韧化分散界面构型

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    石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

    杨昌一吴舒凡肖文龙马朝利...
    195-211页
    查看更多>>摘要：金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力.与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp2 杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性.石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切.从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据.

    石墨烯金属基复合材料界面性质界面反应计算机模拟

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    石墨烯增强钛基复合材料研究进展

    穆啸楠张洪梅王宇
    212-221页
    查看更多>>摘要：非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景.石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米"明星"材料,被视为极具潜力的DRTMCs纳米增强体.国内外研究者聚焦DRTMCs设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs.简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应、界面结构、微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向.

    石墨烯钛基复合材料制备方法界面设计力学行为

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    石墨烯/钛界面合金元素偏聚与界面反应抑制机理

    陈佳莹熊小倩黄敬涛曲囡...
    222-229页
    查看更多>>摘要：石墨烯/Ti基复合材料因具有轻质、高比强度和优异的耐腐蚀性特性而成为极具竞争力的金属基复合材料.然而,石墨烯作为一种优秀的增强体,由于可与Ti发生剧烈的界面反应,严重阻碍了石墨烯/Ti基复合材料的发展与应用.使用第一性原理计算研究合金元素对石墨烯/Ti复合材料界面行为以及电子结构的影响.选取 9 种合金元素(Ta,Mo,Sn,Pd,Si,Ni,Co,Mn和N)构建Ti/石墨烯/Ti界面掺杂模型,计算界面偏聚能、电子态密度、布局分析以及差分电荷密度.研究发现,当掺杂的合金元素为Ta,Mo和Sn时,界面偏聚能力较弱.同时,分析电子性质可以发现这 9 种合金元素均削弱了Ti原子与C原子之间的电荷转移.为新型基体钛合金设计和高性能石墨烯增强钛基复合材料设计提供了新的途径,为高性能石墨烯/Ti基复合材料的新型基体钛合金设计提供了重要参考.

    石墨烯/Ti基复合材料合金元素第一性原理界面结构电子性质

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    新型钴基高温合金成分设计的研究进展

    张旭明马庆爽张海莲毕长波...
    230-237页
    查看更多>>摘要：传统钴基高温合金的强化机制为固溶强化和碳化物强化,弱于有序γ′相沉淀强化的镍基高温合金的强化效果,日本学者发现了有序γ′相强化的Co-Al-W系新型钴基高温合金,其强化效果明显优于传统钴基高温合金.由于新型钴基高温合金具有较传统镍基高温合金更高的承温能力以及更加优异的高温抗蠕变性能和抗氧化性能,因此被认为是最具潜力的航空发动机热端材料之一,近年来得到迅速发展.基于国内外学者对新型钴基高温合金的研究成果,系统总结多种合金元素(如Ta,Ti,W和Nb等)对新型钴基高温合金组织和性能的影响.在组织方面,总结合金元素对合金相变温度、γ′相的体积分数及形态、γ′相的尺寸、γ/γ′两相晶格错配度和有害相的影响;在性能方面,总结合金元素对合金抗氧化性能、力学性能及抗蠕变性能的影响,以期为新型钴基高温合金的成分设计提供参考.最后对新型钴基高温合金成分的高效率设计进行展望.

    钴基高温合金成分设计γ′相组织性能蠕变

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    ZnO/Pt光阳极的水热法一步合成及其光电化学性能

    王小磊邱志勇
    238-243页
    查看更多>>摘要：展示了一种非传统的水热方法,由金属薄膜与超纯水的一步水热法合成制备ZnO薄膜负载Pt纳米粒子的光阳极催化剂.通过改变初始金属薄膜的成分,可以调节光阳极中Pt纳米粒子的负载量,并通过对光电化学催化水分解效率的测量,系统探讨Pt负载量对光阳极催化剂光电化学性能的影响.由于该水热法所生成的光阳极催化剂具有独特微纳结构,因此该ZnO/Pt复合光阳极即使在催化剂质量为微克级时仍表现出高的催化活性,并且随着Pt纳米粒子负载量的增加,其水分解性能得到提高.当Pt纳米粒子的物质的量分数为5.6%时,ZnO/Pt复合光阳极光电流密度达到最大值,约为纯ZnO光阳极光电流密度的1.3 倍.不仅制备出一种高催化活性的复合光电催化剂,而且为氧化物半导体贵金属复合催化剂的制备提供了一种简单、绿色的新方法.

    一步水热法ZnOPt光电化学水分解

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    高熵合金吸波材料的研究进展

    赵金强李兰云张蔚冉赵国仙...
    244-251页
    查看更多>>摘要：随着吸波材料在军事隐身技术中的应用与发展,对其性能提出了更高的要求,开发符合"薄、轻、宽、强"且环境适应性强的吸波材料成为当前研究的热点.高熵合金独特的多主元、高浓度成分组成使之具有成为吸波材料的天然优势,其优异的软磁性、耐腐蚀性、抗氧化性等综合性能为发展新型吸波材料提供了研究基础.高熵合金吸波材料可以通过主元种类和浓度调节,微量元素添加以及与其他材料复合等多种调控方法来提高吸波性能.综述高熵合金吸波材料的研究进展,从材料的制备方法出发,对其吸波性能的影响因素进行详细的讨论,最后对高熵合金吸波材料的未来研究方向作出展望.

    高熵合金多主元制备方法复合吸波材料

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    温度及预紧载荷对氧化石墨烯无石棉垫片蠕变松弛和泄漏率的影响

    张静全李遇贤郭子玉张杰...
    252-258页
    查看更多>>摘要：垫片在高温长期使用过程中发生蠕变松弛导致垫片应力下降,从而影响密封效果.因此,采用理论模型预测垫片的蠕变松弛与确定垫片在高温环境长期使用过程中泄漏率的变化规律非常重要.通过实验测试氧化石墨烯无石棉垫片在不同温度和不同预紧载荷下的垫片应力值,并与根据Burgers模型计算出的垫片应力值进行对比.然后,通过建立泄漏率与使用时间的关系,提出氧化石墨烯无石棉垫片在不同温度和不同预紧载荷下长期使用时的泄漏率计算方法,并计算出该垫片随时间变化的泄漏率变化规律.结果表明:垫片应力的松弛量随着预紧载荷的增加而增加;随着使用时间的增加,垫片的应力松弛变得更加平缓;当预紧载荷相同的情况下温度越高垫片应力下降越明显;Burgers模型对垫片应力的预测值与实验值吻合度很好,最大误差为 4.4728%;当温度一定时,氧化石墨烯无石棉垫片计算的泄漏率随着预紧载荷的增加而降低;当预紧载荷相同时,垫片的泄漏率随着温度的增加而增加,且泄漏率均小于密封等级T2 的泄漏率 2×10-3 mg·s-1·mm-1.研究结果为氧化石墨烯无石棉垫片在高温环境长期使用过程密封性能应用提供依据.

    氧化石墨烯无石棉垫片Burgers模型蠕变松弛泄漏率

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    基于平台巴西劈裂试验下WC-Co硬质合金的动态响应与失效特性

    张健张清贵辛红敏
    259-264页
    查看更多>>摘要：为获取WC-Co硬质合金在动态拉伸加载下的力学性能和失效机制,设计了动态平台巴西劈裂试验.结果发现,WC-Co硬质合金具有典型的弹脆性特征,且断裂应变随着加载应变率的增加而略有增加.在一维应力波加载下,WC-Co硬质合金的动态抗拉强度随应变率的增加而增加,表明其应变率效应具有明显的正相关性,该效应的产生机制与典型陶瓷类材料是一致的,即由I型裂纹的亚临界扩展决定.对回收破碎试样进行微观形貌观察,发现平台圆盘中间位置处微观断裂模式主要为沿晶断裂,且在拉应力作用下形成韧窝断裂形貌;在靠近加载点位置区域,受多向应力作用,材料不仅存在韧窝断裂,在单个晶粒的局部劈裂表面还存在河流花样的解理断裂.宏观角度上,WC-Co硬质合金表现出明显的脆性特征,但微观角度却发现有局部塑性变形特征.

    WC-Co硬质合金平台巴西劈裂动态力学性能断裂机制

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    3003Al-H14薄壁微小通道扁管波形冲压成形尺寸对截面变形的作用规律

    程传峰金明王项如朱英霞...
    265-272页
    查看更多>>摘要：薄壁微小通道波形扁管是建设新能源汽车锂电池组恒温系统的绝佳材料,成形尺寸是影响其冲压成形截面变形的关键因素.建立了实验验证的 3003Al-H14 微小通道薄壁扁管的波形冲压-回弹有限元模型.基于所建模型,研究了截面高度、管坯壁厚、内外面相对弯曲半径缩放系数等成形尺寸,对截面变形率和平均截面变形率的作用规律.研究发现:① 横截面上边缘孔的截面变形率通常较大,其余孔的截面变形率相对较小且大小一致;纵截面上孔的截面变形率呈现波峰波谷高、中间段低的分布特点.② 扁管的截面变形率随着截面高度增大而增大,当截面高度超过 4 mm时,扁管内的筋显著弯折,横截面塌陷严重.③ 扁管的平均截面变形率随着壁厚增大呈指数函数下降;当壁厚等于 0.1 mm时,所有截面都畸变严重,而当壁厚超过 0.3 mm时,最大截面畸变率下降至 24.71%.④ 内外面相对弯曲半径的缩放系数越大,则内外面的实际弯曲程度越小,平均截面变形率也越小.研究成果对薄壁微小通道波形扁管的精确成形具有科学意义和工程价值.

    微小通道管冲压薄壁件成形尺寸截面变形

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