2021年  第39卷  第1期

2021 年 1 期目录
2021, (1): 1-2.
摘要:
主编寄语
主编寄语
曲选辉
2021, 39(1): 3-3.
摘要:
文献综述
机械合金化结合放电等离子烧结技术制备热电材料的研究进展
石建磊, 裴俊, 张波萍, 李敬锋
2021, 39(1): 4-14. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020120005
摘要:
近年来,热电材料研究取得重要突破,不仅传统Bi2Te3、PbTe基热电材料性能得到提升,同时还发现一批新型高性能热电材料,如SnSe、GeTe等。热电材料性能的提升不仅取决于材料成分、结构及缺陷,还与制备工艺密不可分。机械合金化(mechanical alloying,MA)结合放电等离子体烧结(spark plasma sintering,SPS)的粉末冶金技术是制备热电材料的重要方法,该方法简单、高效,获得的晶粒尺寸较小,同时可以引入纳米结构和缺陷,有助于降低晶格热导率,获得高热电性能。此外,基于机械合金化结合放电等离子体烧结技术制备出的块体材料具有更优的力学性能,可以有效地增强热电器件的使用寿命。本文介绍了机械合金化与放电等离子体烧结方法制备热电材料的基本原理和关键影响因素,并概述了利用该方法制备的碲化物、硫化物和硒化物基热电材料的研究进展。
纳米金刚石分散方法研究进展
赵轩, 廖燕玲, 黄耀杰, 汤宏群, 伍尚华, 张凤林
2021, 39(1): 15-23. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019080009
摘要:
纳米金刚石具有金刚石和纳米材料的双重特性,由于心部–表面的sp3/sp2杂化结构以及丰富的表面悬键和官能团,使其在研磨抛光、减磨润滑、复合材料强化、药物载体、荧光吸收等领域有着广阔的应用前景。纳米金刚石多以数百纳米尺度的颗粒团聚,需要采用各种手段和方法分散至不同的液相体系中加以应用。本文对国内外纳米金刚石分散方法进行了总结,研究和分析了机械法、无机化学法、高能量场处理法以及表面有机化学改性法等分散手段的原理及特点。
研究与开发
超细钼铜复合粉体及细晶钼铜合金的制备
王敬飞, 卜春阳, 何凯, 吉鑫鹏, 张和, 张国华, 周国治
2021, 39(1): 24-32. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020040008
摘要:
采用“缺碳预还原+氢气深脱氧”方法制备了不同Cu含量(5%、20%、40%,质量分数)的超细Mo–Cu复合粉末。通过高温煅烧钼酸铵和硝酸铜混合物制备了MoO3和CuO复合氧化物,再利用炭黑预还原脱除煅烧产物(CuMoO4–MoO3)中绝大部分氧的方法制备了含有少量MoO2的超细预还原Mo–Cu复合粉体;少量MoO2的存在可以极大降低预还原产物中碳的残留;最后,经氢还原脱除残留的氧制备得到超细、高纯度Mo–Cu复合粉体,粉体粒度约为200 nm。以Mo–Cu复合粉体为原料,经过压坯和烧结制备得到细晶Mo–Cu合金。结果表明,经过1200 ℃烧结后,随着Cu质量分数由5%增加到20%,合金相对密度由96.3%增加到98.5%,且Mo、Cu两相分布均匀。Mo–Cu合金硬度随Cu含量的增加而先增加后降低,这是由合金相对密度和铜含量对硬度的影响不同所导致的。随着Cu质量分数由5%增加到40%,Mo–Cu合金的热导率由48.5 W·m−1·K−1增加到187.2 W·m−1·K−1,电导率由18.79% IACS增加到49.48% IACS。
粉末锻造Fe–Ni–Cu–C–Mo齿轮材料热处理及性能研究
王琪, 张冰清, 王邃, 王华磊, 江峰, 孙军
2021, 39(1): 33-40. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019110004
摘要:
对Fe–Ni–Cu–C–Mo粉末锻造材料的锻后热处理工艺进行了研究,通过动态连续冷却转变试验绘制出该材料的连续冷却转变(continuous cooling transformation,CCT)曲线,指导材料锻后冷却工艺的选取。对Fe–Ni–Cu–C–Mo淬火试样进行不同温度的低温回火试验,探究不同回火温度对该材料微观组织与力学性能的影响。结果表明,当锻后冷却速率大于7.0 ℃·s−1时,Fe–Ni–Cu–C–Mo粉锻材料组织全为马氏体,硬度趋于稳定;在150 ℃和175 ℃回火,碳化物均匀地分布在马氏体板条内部,起到析出强化的作用,材料表现出优异的抗拉性能。
时效处理对粉末高温合金惯性摩擦焊接头室温拉伸行为的影响
周晓明, 冯业飞, 曾维虎, 武丹, 田高峰
2021, 39(1): 41-48. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020030010
摘要:
对惯性摩擦焊扩散连接的FGH96合金试样经时效处理前后的室温拉伸行为进行了研究,并对其失效机制进行了评估。结果表明,对于焊接态(原状态)FGH96合金试样,由于焊缝区和热影响区的γ′相综合强化效果弱,晶界平直化,导致焊缝区和热影响区的强度低于基体,在室温拉伸过程中塑性应变量大;由于热影响区的晶粒尺寸大,晶界强化效果弱,且位错强化效果低于焊缝区,使热影响区成为整个试样强度的最薄弱区域,裂纹从该处萌生,断口表现出一定的塑性特征。对于时效处理后的FGH96合金试样,由于γ′相的粗化,强化相体积分数的提高,及γ′/γ之间错配度的增加,提高了γ′相的综合强化效果,使焊缝区和热影响区的强度较焊接态试样显著提高,并高于基体,在室温拉伸过程中基体的塑性应变量相对较大。连续或半连续析出的M23C6型碳化物弱化了焊缝区晶界的结合强度,导致试样从该处断裂,并出现了脆性断裂的特征。显微硬度的测试结果较好验证了焊接态和时效态试样强度的分布情况。
两步机械球磨法制备M/TiO2复合薄膜及光催化性能研究
刘改华, 查五生, 陈秀丽, 张桂银
2021, 39(1): 49-53. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019070004
摘要:

采用两步机械球磨法制备了M/TiO2(M = Al、Sn、Zn、Ti)双层复合薄膜,利用光学显微镜和X射线衍射仪分析了涂层的微观结构和相组成,测定了薄膜的光催化性能,研究了过渡层材质以及球磨时间对复合薄膜光催化性能的影响。研究表明,TiO2粉体在球磨过程中的晶体结构未发生显著变化,保持了良好的光催化活性。金属过渡层Al、Sn以及Zn将显著削弱复合薄膜的光催化活性,Ti是复合薄膜的理想金属过渡层,制备的Ti/TiO2复合薄膜具有优异的光催化性能。随着第二步球磨时间的延长,Ti/TiO2复合薄膜的光催化性能逐渐降低,这是由于第二层薄膜表面TiO2含量降低的原因所致。

碳包覆CdS纳米颗粒的光学性能研究
马强, 王健, 韦琪龙, 路承功, 魏智强
2021, 39(1): 54-61. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019080014
摘要:
采用水热法制备了核壳结构的碳包覆CdS纳米颗粒(CdS@C),利用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜和光谱仪研究了碳包覆层对CdS@C的微观结构与光学性能影响。结果表明,碳包覆CdS纳米颗粒具有明显的核壳结构,内核为六方纤锌矿结构CdS,外壳为碳层。颗粒形貌主要为球形或椭球形结构,粒度均匀,分散性良好,粒径分布在20~60 nm范围,平均粒径为35 nm,外壳碳层的厚度为5 nm。光致发光光谱显示碳包覆CdS的发光强度比纯CdS弱,Raman光谱表明碳包覆CdS样品中碳包覆层的石墨化程度较低,傅里叶变换红外光谱表明纯CdS和碳包覆CdS样品的吸收峰位基本相近,紫外‒可见吸收光谱表明碳包覆CdS纳米晶提高了可见光吸收强度,能隙变窄,发生了红移现象。
包裹型SiO2/Al复合粉体的制备及烧结性能研究
宋杰光, 杨雪晴, 吴春晓, 骆辉辉, 何春艳, 林国坚, 官志强, 王瑞花, 陈爱霞
2021, 39(1): 62-68. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019090001
摘要:
为了克服金属陶瓷两相分布不均、界面不润湿和难以烧结致密等难题,采用球磨技术将增强相均匀包裹在基体材料表面,研究包裹型SiO2/Al复合粉体的球磨制备工艺及其烧结性能,提高金属陶瓷的综合性能。结果表明,随着球磨时间的延长,SiO2/Al复合粉体的比表面积先增大后减小,球磨6 h获得的复合粉体比表面积最大,达到8.1 m2·g−1。随着球料比的增大,SiO2/Al复合粉体的比表面积先增大后减小,说明SiO2包裹在Al粉表面的量呈现先增多再减少的趋势。随着球磨转速的增大,SiO2/Al复合粉体比表面积先增大后减小。随着烧结温度的提高,SiO2/Al金属陶瓷表面硬度先增高后降低,在烧结温度为900 ℃时,SiO2/Al金属陶瓷的表面硬度达到最高。球磨时间为6 h,球料比为2:1,球磨转速为360 r·min−1,烧结温度900 ℃可以获得性能较佳的SiO2/Al金属陶瓷。
材料·制品·应用
泡沫铝材料的研究与应用
张红英, 欧阳八生, 朱国军
2021, 39(1): 69-75. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060001
摘要:

泡沫金属具有实体金属不具备的热、声、轻质、能量吸收等优异性能,成为一种新型结构功能材料。被誉为“金属明星”的多孔泡沫铝材料是目前研究最为热门、最具应用潜力的泡沫金属,具有密度小、耐高温、抗腐蚀、不易燃、耐候性好、导热率低、电磁屏蔽强、吸能降噪等优异性能,被广泛应用在汽车工业、航空航天、建筑工业等工程领域。本文综述了泡沫铝材料的结构特征与物理性能,总结了泡沫铝的制备方法、工艺原理及其特点。

纳米氧化铁的制备及形貌分析
孙天昊, 郝素菊, 蒋武锋, 张玉柱
2021, 39(1): 76-80. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019080008
摘要:
以九水硝酸铁(Fe(NO33·9H2O)为铁源,无水乙醇和乙二胺为表面活性剂,采用水热法制备了纳米氧化铁(Fe2O3纳米棒),通过扫描电子显微镜观察分析了Fe2O3纳米棒形貌,研究了(Fe(NO33·9H2O)质量分数及反应温度对Fe2O3纳米棒颗粒尺寸的影响。结果表明,纳米棒的长度和宽度分别约为500~600 nm和50~60 nm;在160~220 ℃范围内,温度对Fe2O3纳米棒形貌的影响不显著;在一定范围内提高铁源质量分数可使纳米棒颗粒尺寸变小。Fe2O3纳米棒的形成机理为:铁源在强碱性的溶液中反应生成棕黄色絮状沉淀α-FeOOH,该沉淀在高温高压的环境中,在乙二胺作用下脱水形成Fe2O3纳米棒。
工艺与设备
选择性激光熔化镍基高温合金的工艺优化
刘泽程, 王国伟, 肖祥友, 刘锋
2021, 39(1): 81-88. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2020020004
摘要:
采用实验设计田口法及响应面法,对镍基高温合金选择性激光熔化过程中的三个工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)进行优化,以成形样品的相对密度作为评价标准,研究工艺参数对最终试样相对密度的影响。基于方差分析、信噪比、主效应图、响应曲线图等,分析各因素及其之间的相互作用对样品相对密度的影响。研究结果表明,不同工艺参数对试样相对密度的影响效果差别很大,其中扫描间距的影响效果最大,其次是激光功率和扫描速度,此外扫描速度与扫描间距的交互作用对于试样相对密度的影响也比较显著。两种不同优化方法获得的最佳工艺参数组合相同,均为激光功率280 W、扫描速度1000 mm·s−1以及扫描间距0.12 mm。
水解沉淀-碳热还原氮化法制备碳氮化钛粉末
刘嘉威, 古思勇, 陈莹, 张厚安
2021, 39(1): 89-94. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019060007
摘要:

以四氯化钛、炭黑为原料,利用水解沉淀-碳热还原氮化法制备了碳氮化钛粉末。利用差热分析、X射线衍射及扫描电镜等表征手段,研究了合成工艺对粉末物相、组成及形貌等的影响。结果发现:前驱体粉末经350 ℃煅烧2 h后,钛以TiO2的形式存在,TiO2与炭黑形成了混合均匀的团聚体;在碳热还原氮化反应时,钛氧化物向TiCxNyOz转变的温度范围为1200~ 1400 ℃;氮原子促进了钛氧化物向TiCxNyOz的转变,随着反应进一步进行,氧元素逐渐被碳、氮元素置换,形成TiCxNy固溶体;原料经1530 ℃还原4 h后,可合成氧质量分数0.3%、粒度~300 nm、化学式近似为TiC0.547N0.453的碳氮化钛粉末。