检索结果-内蒙古大学图书馆

稀有金属材料与工程 2025年第4期54卷 1072-1086页

作者：卢佳浩蔡基利蔡超史玉升华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

热等静压结合模具控形技术可实现复杂高性能零件近净成形,型芯是控制成形零件内部结构精度的关键。目前型芯主要采用金属材质,但金属型芯存在高温高压变形控形不准、酸腐蚀去除效率低环境不友好、异种元素扩散污染零件、成形粉末易嵌入... 详细信息

热等静压结合模具控形技术可实现复杂高性能零件近净成形,型芯是控制成形零件内部结构精度的关键。目前型芯主要采用金属材质,但金属型芯存在高温高压变形控形不准、酸腐蚀去除效率低环境不友好、异种元素扩散污染零件、成形粉末易嵌入导致表面质量差等问题,阻碍热等静压向复杂内腔结构零件成形发展。陶瓷型芯材料化学活性低、与金属元素不易互扩散、高温硬度与刚度高不易变形、碱性条件脱芯效率高,有望解决金属型芯引起的上述问题。本文依据铸造用陶瓷型芯领域的代表性文献和研究进展,重点分析了热等静压用陶瓷型芯力学性能和溶失性能间的协同关系。详细介绍和比对了氧化硅基、氧化铝基、氧化钙基、氧化镁基陶瓷用于热等静压型芯的力学性能、溶失性能、抗吸湿性等性能优化思路,以及其复杂高精度结构成形、烧结与后处理方法,并在此基础上展望了陶瓷型芯在热等静压近净成形工艺中的应用难点与发展方向。

关键词：热等静压近净成形陶瓷型芯性能强化

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铝锂合金熔炼及凝固成形技术研究进展

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稀有金属材料与工程 2024年第12期53卷 3514-3525页

作者：严兆祥潘宇李建宇吕书林吴树森郭威华中科技大学材料科学与工程学院材料成形及模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

铝锂合金作为一种新型航空航天材料,因其具有低密度、高比强度和比刚度等优势,从而具有广泛的应用前景。现有关铝锂合金的研究多集中于微合金化及热加工工艺(如热挤压、热处理等),但忽视了热加工步骤前的原始铝锂合金锭料质量也会对合... 详细信息

铝锂合金作为一种新型航空航天材料,因其具有低密度、高比强度和比刚度等优势,从而具有广泛的应用前景。现有关铝锂合金的研究多集中于微合金化及热加工工艺(如热挤压、热处理等),但忽视了热加工步骤前的原始铝锂合金锭料质量也会对合金最终性能产生很大影响。然而,目前对于铝锂合金锭料的熔炼及凝固成形技术的研究尚且不多。因此,本文从高真空和非真空2种环境下对铝锂合金锭料的制备技术进行了综述和总结,其中包括喷射成形、粉末冶金、超声辅助挤压铸造成形工艺等。本文深入分析了这些技术的优缺点,并提出制备铝锂合金锭料的一些新思路或展望。

关键词：铝锂合金熔炼制备技术微观组织力学性能

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热压罐成型压力对双马树脂基复合材料孔隙及力学性能的影响

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高分子材料科学与工程 2025年第2期41卷 70-77页

作者：刘梓楠于雅琳王荣孙宏杰周何乐子黄志高周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 航天材料及工艺研究所北京100076

双马来酰亚胺树脂(BMI)具有良好的加工工艺性能和优异的耐热性能,以BMI为基体的复合材料近些年在航空航天领域应用广泛。文中采用热压罐工艺固化T800/双马树脂基预浸料,设置0.1~0.8 MPa的成型压力,制备了[0/90/±45]2s及[0]14铺层... 详细信息

双马来酰亚胺树脂(BMI)具有良好的加工工艺性能和优异的耐热性能,以BMI为基体的复合材料近些年在航空航天领域应用广泛。文中采用热压罐工艺固化T800/双马树脂基预浸料,设置0.1~0.8 MPa的成型压力,制备了[0/90/±45]2s及[0]14铺层的不同孔隙率的层合板。通过显微镜法表征了孔隙率和孔隙的尺寸、形状及分布。针对2种铺层和不同孔隙率样件的力学性能,开展了拉伸、弯曲和层间剪切实验,并采用扫描电子显微镜技术观察了受影响程度最大的层间剪切样件的失效形貌。结果表明,低成型压力会使孔隙突变,孔隙尺寸增大,并从层内向层间分布,导致力学性能急剧降低,其中,层间剪切性能受孔隙突变影响最大。当成型压力从0.8 MPa降低至0.1 MPa时,[0/90/±45]2s铺层试样层间剪切强度下降26.22%,经失效分析认为,这是由于层间的大尺寸孔隙造成的性能降低。

关键词：双马树脂基复合材料孔隙演化成型压力热压罐固化力学性能

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非金属掺杂提升铂族金属电催化剂性能

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 51-73页

作者：李伊萍王谭源姚璋懿陈麒安李箐华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

铂族金属(PGM)催化剂被认为是用于能量转换和存储设备(如燃料电池和水电解器)的最佳催化剂之一,但活性和稳定性不足极大地限制了其商业化应用.近年来,非金属原子(氢、硼、碳、氮、磷和硫等)掺杂策略引起了广泛关注,该方法可以对铂族金... 详细信息

铂族金属(PGM)催化剂被认为是用于能量转换和存储设备(如燃料电池和水电解器)的最佳催化剂之一,但活性和稳定性不足极大地限制了其商业化应用.近年来,非金属原子(氢、硼、碳、氮、磷和硫等)掺杂策略引起了广泛关注,该方法可以对铂族金属的精细电子和配位结构进行调控,从而优化铂族金属的电催化活性和稳定性.非金属掺杂具有独特的优势:首先,非金属的原子半径较小,可以进入铂族金属的间隙位点,为调节铂族金属的电子结构提供了更多的可能性;其次,掺杂的非金属会诱导强电荷转移,并与主体金属产生s,p-d杂化,这与金属-金属合金中的d-d轨道耦合不同;第三,非金属掺杂的铂族金属基催化剂由于具有较强的非金属-金属键,从而表现出较好的耐久性.本文详细探讨了非金属掺杂铂族金属催化剂的合成和应用,并揭示了非金属掺杂的催化机理和构效关系.本文总结了非金属掺杂铂族金属基催化剂在电催化领域的一些代表性进展,讨论了影响催化剂活性和稳定性的关键因素,并介绍了非金属掺杂改善铂族金属基催化剂性能的基本原理.探讨了非金属掺杂铂族金属基催化剂的表征技术和理论方法,其中包括可直接观测到非金属原子的先进成像技术以及原位表征方法,辅助以密度泛函理论以及分子动力学模拟等理论计算方法,以进一步揭示催化剂性能增强机制.详细列举了非金属掺杂铂族电催化剂的合成方法,从气相沉积、高温热解、湿化学合成到电化学原位合成,提供了详尽的合成方案,并提出了针对贵金属活性中心的非金属修饰策略,旨在为未来材料设计提供启示.概述了非金属掺杂铂族金属基催化剂在电催化中的应用,重点揭示了非金属掺杂带来的结构-性能构效关系.在活性方面,非金属掺杂可以从配体效应、应力效应、微应变等方面影响铂族金属的d带重心,从而影响活性位点与反应中间体的吸附,而这种影响作用也因每种非金属的电负性、原子半径、掺杂方式等不同而不同,可通过调控掺杂种类/方式实现精细调控;同时,非贵金属的协同效应可以增强对OH的吸附,抑制活性位点的毒化.在稳定性方面,非金属可以通过与金属形成稳定的金属-非金属键抑制金属的溶解,或者减弱金属与氧的相互作用,防止其被氧化;同时,非金属的掺入可以提高金属的功函数,提高其溶解电位,从而提升催化剂稳定性.最后,本文提出了该类电催化材料面临的机遇和挑战,其中包括:(1)开发更加可控的非金属掺杂策略;(2)更加深入地研究非金属掺杂带来的构效关系;(3)探索新的非金属掺杂催化剂,并进一步拓展到其他催化领域;(4)发展抑制非金属组分溶解的通用策略;(5)重视催化剂在器件层面的性能评估.综上,本文不仅为非金属掺杂贵金属基催化剂进一步的研究提供启示,还为深入理解催化、纳米材料的合成提供参考.

关键词：电催化非金属掺杂铂族金属基催化剂氧还原氢析出

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基于联合仿真的短纤维增强聚合物共混挤出-注塑成形全流程模拟

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高分子材料科学与工程 2023年第10期39卷 80-90页

作者：沈关成王子钦司亮杨于霄周孟源李龙辉李茂源张云周华民华中科技大学材料科学与工程学院材料成形及模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

短纤维增强聚合物广泛应用于汽车、电子、机械等领域,共混挤出和注塑成形是其最常见的制备和成形工艺。现有共混挤出与注塑成形的模拟仿真存在材料和工艺信息孤立、产品优化协同困难的问题,难以满足聚合物产品高端化与定制化的发展需求... 详细信息

短纤维增强聚合物广泛应用于汽车、电子、机械等领域,共混挤出和注塑成形是其最常见的制备和成形工艺。现有共混挤出与注塑成形的模拟仿真存在材料和工艺信息孤立、产品优化协同困难的问题,难以满足聚合物产品高端化与定制化的发展需求。文中提出了一种短纤维增强聚合物共混挤出-注塑成形过程的联合仿真方法,建立共混挤出过程全区域流场计算模型,基于流场模拟实现纤维断裂和纤维长度分布模拟,在此基础上,建立考虑纤维含量的流变与压力-比容-温度(PVT)模型计算材料等效热力学参数,通过模流-结构性能求解注塑拉伸试样的纤维取向与弹性模量分布,实现共混挤出-注塑成形全流程模拟。纤维质量分数为20%,30%和40%的玻纤增强尼龙6注塑拉伸试样弹性模量实验与模拟结果相对误差分别为9.94%,8.32%和3.72%,验证了联合仿真的准确性。

关键词：短纤维增强聚合物纤维断裂共混挤出注塑成形联合仿真

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自钝化W-Si-Zr合金的组织结构和抗氧化性能

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稀有金属材料与工程 2025年第3期54卷 741-746页

作者：张世荣陈时杰王锐叶超薛丽红周启来严有为华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070

采用机械合金化和放电等离子体烧结技术制备了W-Si-Zr自钝化合金。利用XRD、XPS、SEM及EPMA等测试方法,表征了合金的微观组织结构,并测试其抗氧化性能。结果表明:合金包括富W、W_(5)Si_(3)、SiO_(x)(x=1,1.5,2)以及ZrO_(x)(x=1,1.5,2)相... 详细信息

采用机械合金化和放电等离子体烧结技术制备了W-Si-Zr自钝化合金。利用XRD、XPS、SEM及EPMA等测试方法,表征了合金的微观组织结构,并测试其抗氧化性能。结果表明:合金包括富W、W_(5)Si_(3)、SiO_(x)(x=1,1.5,2)以及ZrO_(x)(x=1,1.5,2)相。W_(5)Si_(3)为连续分布相,SiO_(x)和ZrO_(x)颗粒均匀分布在基体中,尺寸分别为1.0~2.5μm和0.7~2.7μm,且ZrO_(x)颗粒常与SiO_(x)颗粒共生。W_(5)Si_(3)对合金的抗氧化性能起到关键作用,添加Zr有助于W_(5)Si_(3)相的形成,其相面积达到了70.2%。在1000℃大气环境中W-Si-Zr合金的氧化速率约为W-Si合金的1/2,纯W的1/36。

关键词： W-Si-Zr合金机械合金化放电等离子体烧结抗氧化性能自钝化

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激光功率对双激光粉末床熔融GH3536合金搭接区组织和性能的影响

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中国激光 2023年第24期50卷 117-126页

作者：沈沐宇谢寅李继康蔡超滕庆魏青松华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

多激光粉末床熔融(ML-PBF)采用多束激光并行加工,是提高制造效率和大尺寸零件整体化增材制造的有效方法。但不同的激光束实际工作时参数难以保持一致,特别是激光功率会存在偏差,其中多激光搭接区最为关键。笔者通过设置4组差值为10、20... 详细信息

多激光粉末床熔融(ML-PBF)采用多束激光并行加工,是提高制造效率和大尺寸零件整体化增材制造的有效方法。但不同的激光束实际工作时参数难以保持一致,特别是激光功率会存在偏差,其中多激光搭接区最为关键。笔者通过设置4组差值为10、20、30、40 W的激光功率组合,探究了激光功率对ML-PBF制备的GH3536镍基高温合金搭接区组织和性能的影响。结果表明:成形试样的致密度最高可达99.6%,但搭接激光功率增大不仅会导致致密度降低至99.3%,孔隙率超过0.08%,还会导致γ相的衍射峰向大角度偏移,晶格常数降低。同时,随着搭接激光功率增大,搭接区内的晶粒尺寸由14.57μm增大至17.23μm,大角度晶界占比由36.66%上升至55.91%。搭接区内残余应力随着搭接激光功率的增大而先降低后升高,在激光功率相差30 W时降至最低值43.8 MPa。搭接区硬度随着搭接激光功率的增大而降低,由297.3 HV3降低至291.1 HV3。4组激光功率组合下制备的试样的极限抗拉强度在792.9~830.9 MPa范围内,当激光功率相差10 W时强度达到最高值,延伸率为23.7%。增大搭接激光功率会降低ML-PBF的熔凝稳定性并增大温度梯度,进而对搭接区内的微观组织、残余应力以及零件的力学性能产生影响。

关键词：激光技术多激光粉末床熔融增材制造激光功率搭接区镍基高温合金微观组织残余应力力学性能

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圆柱面铝合金点阵结构电弧增材制造

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稀有金属 2023年第4期47卷 465-474页

作者：唐论余圣甫郑博史玉升陈颖张李超华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

采用电弧熔丝增材制造(WAAM)制备了圆柱面双层金字塔点阵结构,分析了圆柱面金字塔点阵结构的空间特征,建立了单元杆杆长数学模型,进行了圆柱面切片和路径规划,揭示了送丝速度、冷金属过渡技术(cold metal transfer, CMT)周期数和电弧枪... 详细信息

采用电弧熔丝增材制造(WAAM)制备了圆柱面双层金字塔点阵结构,分析了圆柱面金字塔点阵结构的空间特征,建立了单元杆杆长数学模型,进行了圆柱面切片和路径规划,揭示了送丝速度、冷金属过渡技术(cold metal transfer, CMT)周期数和电弧枪偏移量与单元杆直径和倾角的关系。结果表明,圆柱面金字塔点阵结构具有旋转体的空间特征,其单元杆杆长随着点阵层数的增加而逐渐增加,圆柱面切片可获得增材制造路径点,通过调节送丝速度和CMT周期数可实现在2.20~5.02 mm的范围内精确控制单元杆直径,通过调节送丝速度和电弧枪偏移量可实现在30°~90°的范围内精确控制单元杆倾角。利用WAAM制备了包含300个点阵单胞的圆柱面双层金字塔点阵结构,其单元杆直径最大误差不超过2.3%,单元杆倾角最大误差不超过1.8%。

关键词：圆柱面点阵结构电弧熔丝增材制造(WAAM) 圆柱面切片 2319铝合金

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燃料电池金属间Pt-M合金氧还原催化剂的设计原理及合成方法

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第2期45卷 17-26页

作者：刘轩梁嘉顺李箐华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

开发用于氧还原反应(ORR)的高性能Pt-M(M=过渡金属)金属间合金催化剂是实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)大规模应用的关键.因此迫切需要明确设计和制备具有高ORR活性和稳定性的金属间Pt-M催化剂的一般规则.本文首先概述了无序-有序相变的... 详细信息

开发用于氧还原反应(ORR)的高性能Pt-M(M=过渡金属)金属间合金催化剂是实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)大规模应用的关键.因此迫切需要明确设计和制备具有高ORR活性和稳定性的金属间Pt-M催化剂的一般规则.本文首先概述了无序-有序相变的热力学和动力学基本原理,然后介绍了本课题组在合成L10有序结构的Pt-M金属间纳米晶(iNC)方面的研究结果,进一步阐述了提高L10-Pt-M燃料电池ORR催化剂的活性和稳定性的有效策略.关于铂基金属间纳米晶的合成,本课题组基于高温相变扩散动力学发展了空位介导原子扩散的方法用于合成全有序铂基金属间纳米晶.铂基金属间纳米晶通常是通过高温退火制得,但该过程中原子的快速扩散会加剧奥斯特瓦尔德熟化和材料烧结,进而导致催化剂活性下降.对纳米晶进行包覆或者限域虽然能够在一定程度上降低高温退火过程中的颗粒团聚,但是原子扩散受限也导致难以获得完全有序的纳米晶.空位扩散是金属纳米晶有序转变过程中的主要扩散过程,可以在退火前驱体中构建Pt/MO_(x)界面.本课题组发展了空位介导原子扩散促进铂基合金有序化的方法,制得了一系列用于ORR反应的超细Pt-M(M=Fe,Co,Ni,Zn等)金属间纳米晶催化剂,实现了铂基金属间纳米晶的高效制备.关于铂基金属间纳米晶催化剂的活性调控,本课题组基于应变效应的调控策略开发了多种具有高氧还原活性的铂基金属间纳米晶催化剂.根据理论预测的铂表面最佳氧物种吸附能,通过掺杂钨原子调控表面应变,有效削弱了L1_(0)-PtCo纳米晶表面的过度应变,制得的催化剂表现出良好的催化活性.此外,介绍了双轴应变介导的高活性L1_(0)-PtZn/Pt-C催化剂,独特的表面应变模式使其在氧还原反应中表现出较好的催化活性,并在燃料电池器件中表现出较好的质量活性与功率密度.关于铂基金属间纳米晶催化剂稳定性的提升,本课题组基于腐蚀热力学与热力学原理发展了多种提升金属间纳米晶催化剂稳定性的方法.铂基金属间纳米晶组元间独特的强轨道相互作用在提升催化稳定性方面表现出明显优势,基于此,开发了具有强Pt(5d)-Ni/Co(3d)相互作用的C-L1_(0)-PtNi_(0.8)Co_(0.2)催化剂,其在加速稳定性测试后表现出良好的稳定性.此外,根据稳定表面的纳米表面工程方法,制备了低表面能的L10-W-Pt Co纳米晶,该催化剂在燃料电池测试中表现出较好的稳定性.针对催化剂的溶解腐蚀,本课题组开发了具有高表面空位形成能的L1_(0)-PtZn/Pt-C催化剂,有效降低了催化剂在燃料电池中的性能衰减,并且通过理论计算,揭示了金属间相结构热力学参数(形成能)与腐蚀过程动力学参数(空位形成能)的相关关系,有望为后续开发高稳定性铂基氧还原催化剂提供理论参考.综上,本文为未来应用于PEMFC和其他电化学能量转换技术的Pt-M金属间合金ORR催化剂的研究和开发提供一些借鉴.

关键词：燃料电池氧还原反应铂基合金金属间化合物 L10有序结构

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7075铝合金过渡端框电弧增材-旋转摩擦复合制造

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稀有金属 2023年第3期47卷 329-341页

作者：禹润缜余圣甫何天英郑博华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

研究了电弧增材制造(WAAM)工艺参数、旋转摩擦加工(RFP)转速对7075铝合金堆积气孔率的影响,以及时效处理温度对堆积金属组织与性能的影响,采用优化的电弧增材制造工艺参数、旋转摩擦加工转速与时效温度,进行大型7075铝合金运载火箭过渡... 详细信息

研究了电弧增材制造(WAAM)工艺参数、旋转摩擦加工(RFP)转速对7075铝合金堆积气孔率的影响,以及时效处理温度对堆积金属组织与性能的影响,采用优化的电弧增材制造工艺参数、旋转摩擦加工转速与时效温度,进行大型7075铝合金运载火箭过渡端框架的电弧增材-旋转摩擦复合制造及热处理强化。结果表明:保护气流量较高时引起的气体紊流现象会降低保护效果,增大堆积气孔倾向;提高负极性模数可增强丝材阴极雾化,有效清除氧化膜,减少熔池中[H]含量以降低堆积金属气孔率。通过二次回归通用旋转组合实验优化出电弧增材制造工艺为:保护气流量20 L·min^(-1),负极性模数9,电弧枪行进速度592 mm·min^(-1),送丝速度7.2 m·min^(-1);该工艺下堆积金属成形良好,气孔率为7.03%。旋转摩擦加工通过引起7075铝合金堆积金属塑性变形及动态再结晶消除气孔,优化出1800 r·min^(-1)加工转速使堆积金属气孔率进一步降低至4.32%。对堆积金属进行高于120℃的时效热处理易导致α-Al晶粒与η-MgZn_(2)相粗化,降低堆积金属力学性能,采用优化的120℃时效温度对堆积金属进行时效热处理后,硬度与抗拉强度分别达HV1197.3和526.1 MPa。利用优化的电弧增材制造工艺参数、1800 r·min^(-1)旋转摩擦加工转速以及120℃时效温度协同制造并强化7075铝合金过渡端框架,构件成形精度在±1.3 mm以内,气孔率为4.57%,抗拉强度平均值达522.1 MPa。

关键词： 7075铝合金电弧增材制造(WAAM) 旋转摩擦加工(RFP) 气孔率组织与性能

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