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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1884-1899页

作者：李程周露刘波刘俨雅唐宇杰颜冬李箭贾礼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全国重点实验室武汉430074

作为一种可将电能转化为化学能的装置,固体氧化物电解池(SOEC)具备能量转化效率高、可逆操作能力以及绿色环保等特点。基于SOEC技术有望实现大规模绿氢制备,为国家“氢能”战略和“双碳”目标提供强大助力。氢电极是SOEC的最重要组成部... 详细信息

作为一种可将电能转化为化学能的装置,固体氧化物电解池(SOEC)具备能量转化效率高、可逆操作能力以及绿色环保等特点。基于SOEC技术有望实现大规模绿氢制备,为国家“氢能”战略和“双碳”目标提供强大助力。氢电极是SOEC的最重要组成部分之一,其材料性能将直接决定电池电解制氢能力。本文总结了目前已有的SOEC氢电极材料体系,从氢电极反应机理、材料要求、电极材料物理-化学特性、电化学性能以及材料衰减等方面进行了系统性的论述。最后对SOEC氢电极材料的优化发展进行了分析和展望。

关键词：氢能固体氧化物电解池氢电极金属陶瓷钙钛矿

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分层厚度和CuO-TiO_(2)含量对黏结剂喷射成形Al_(2)O_(3)陶瓷型芯性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2925-2933页

作者：赵巍常佳俊魏青松吴甲民叶春生华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

Al_(2)O_(3)陶瓷因其良好的耐高温性和化学稳定性,常被用作涡轮叶片铸造成形的型芯材料,但低温烧结的力学性能难以满足型芯零件的应用标准。为了解决该问题,本工作提出一种黏结剂喷射成形过程中以CuO-TiO_(2)作为液-固相烧结助剂实现Al_... 详细信息

Al_(2)O_(3)陶瓷因其良好的耐高温性和化学稳定性,常被用作涡轮叶片铸造成形的型芯材料,但低温烧结的力学性能难以满足型芯零件的应用标准。为了解决该问题,本工作提出一种黏结剂喷射成形过程中以CuO-TiO_(2)作为液-固相烧结助剂实现Al_(2)O_(3)陶瓷型芯的低温力学性能的提升。详细探究了CuO-TiO_(2)含量(0~10%,质量分数)和分层厚度(60~100μm)对Al_(2)O_(3)陶瓷孔隙率、尺寸收缩率和力学性能的影响规律。结果表明,添加CuO-TiO_(2)既可以部分填充颗粒孔隙,又可以与Al_(2)O_(3)反应来提高坯体的综合性能。此外,低分层厚度(如60μm)有利于获得较优的性能。1500℃保温2 h烧结后各成分烧结体对应的相对密度较优值分别为30.64%±1.01%,55.33%±2.49%,53.68%±0.99%,54.31%±0.74%和55.50%±1.95%,对应的孔隙率由64.94%±1.2%逐渐下降到41.85%±1.82%。此时,纯Al_(2)O_(3)陶瓷X-Z轴尺寸收缩率均小于4%,而含CuO-TiO_(2)的坯体X-Z轴尺寸收缩率最大值分别小于17%,19%和17%。抗弯和压缩强度随着CuO-TiO_(2)含量增加先增加后减小,5.0%坯体获得最佳值分别为(29.4±1.57)MPa和(61.82±1.73)MPa,这与显微结构中气孔分布和Cu-Al-O系物相生成量有一定关系。

关键词：氧化铝陶瓷型芯液-固相烧结助剂分层厚度孔隙率力学性能

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跑道型线圈板料电磁成形磁场分布的调控

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中国机械工程 2024年第2期35卷 337-346页

作者：唐天宇黄亮徐佳辉孙怡然周巍华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074 华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

为有效调控跑道型线圈电磁成形过程中合金板料的变形行为,采用实验-模拟与理论计算的方法揭示了板料与线圈装配的相对位置对电磁力、电流密度、变形速度和成形高度的影响规律,推导出线圈中心面空间磁感强度的工程计算模型。随着板料装... 详细信息

为有效调控跑道型线圈电磁成形过程中合金板料的变形行为,采用实验-模拟与理论计算的方法揭示了板料与线圈装配的相对位置对电磁力、电流密度、变形速度和成形高度的影响规律,推导出线圈中心面空间磁感强度的工程计算模型。随着板料装配时偏置量的增大,电磁成形试样变形区的最大高度差逐渐减小,试样由“内低外高”转变为“外高内低”;电磁力密度峰值从板料内侧向中心移动。偏置量为2.5~3.0 mm时,两侧高度差存在最小值;偏置量为3.0 mm时,板料的横向变形速度趋近于0,电磁力沿板料中心轴对称分布。基于跑道型线圈磁感强度工程模型推导了磁感强度对称中心区位置与线圈直段半长、匝间距、中心距及板料装配间隙的关系,确定最佳偏置量为2.2~3.9 mm。该结果与模拟实验结果相符合,证实了模型的可靠性。

关键词：电磁成形 2219铝合金跑道型线圈磁场调控

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Y对WTaCrVTi高熵合金的组织结构与力学性能的影响

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复合材料学报 2025年第2期42卷 1105-1112页

作者：陈时杰张世荣薛丽红严有为张五星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武汉430074

WTaCrVTi高熵合金具有良好的力学性能和抗辐照性能,且各组元具有低中子活化特性,可用于核聚变堆的中子辐照环境中,因此,该合金在核聚变堆中具有潜在的应用前景。但该合金在制备过程中易发生元素偏析和富集,造成组织结构不均匀,为了提高... 详细信息

WTaCrVTi高熵合金具有良好的力学性能和抗辐照性能,且各组元具有低中子活化特性,可用于核聚变堆的中子辐照环境中,因此,该合金在核聚变堆中具有潜在的应用前景。但该合金在制备过程中易发生元素偏析和富集,造成组织结构不均匀,为了提高组织结构的均匀性,采用机械合金化法结合放电等离子体烧结技术制备了WTaCrVTi_(6)Y_(x)高熵合金,研究了Y对合金的组织结构和力学性能的影响。结果表明:未添加Y的合金包含固溶体、TiO、Laves相和富Ta相。具有BCC结构的固溶体为基体,其中W、Ta、Cr、V的原子比趋于等原子比;TiO颗粒的平均尺寸为(1.08±0.38)μm,均匀分布在基体中;Laves相和富Ta相零星分布在基体中。而添加了6at%Y的合金主要包含BCC结构的固溶体和Y_(2)O_(3)颗粒,Y_(2)O_(3)颗粒的平均尺寸约为(1.25±0.85)μm,固溶体的W、Ta、Cr、V的原子比趋于1,该合金的室温压缩屈服强度和硬度分别为2674 MPa和HV(848.6±9.3)。

关键词：难熔高熵合金机械合金化放电等离子体烧结微观结构均匀性力学性能

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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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金属性Ni_(3)N纳米粒子的制备与乙二醇电氧化性能

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化学学报 2023年第11期81卷 1471-1477页

作者：杨镇鸿干晓娟王书哲段君元翟天佑刘友文华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

利用小分子电催化氧化反应耦合水解制氢不仅有助于降低阳极反应过电位,提高析氢反应(HER)效率,而且产生高附加值的化学品,是提升电催化水分解性能的有效策略.其关键是开发具有高导电性和低氧化电位的非贵金属电催化剂.以Ni(OH)_(2)纳米... 详细信息

利用小分子电催化氧化反应耦合水解制氢不仅有助于降低阳极反应过电位,提高析氢反应(HER)效率,而且产生高附加值的化学品,是提升电催化水分解性能的有效策略.其关键是开发具有高导电性和低氧化电位的非贵金属电催化剂.以Ni(OH)_(2)纳米片为前驱物,通过退火氮化工艺,制备了具有低氧化电位和高导电性的金属相Ni_(3)N纳米颗粒(Ni_(3)N-NPs).与Ni(OH)_(2)相比,Ni_(3)N-NPs具有较小的法拉第电阻,更低的氧化电位(1.36 V时达到10 mA·cm^(-2)),较小的Tafel斜率(29 mV·dec^(-1)),表现出更好的乙二醇(EG)电催化氧化性能.在1.36 V时,Ni_(3)N-NPs电催化氧化EG生成甲酸盐的法拉第效率高达91.16%.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对反应前后Ni_(3)N-NPs结构进行详细表征发现,在电催化EG氧化过程中,Ni_(3)N-NPs表面被氧化生成NiOOH,同时EG在催化剂表面发生脱H氧化生成甲酸,H同步还原Ni OOH并将其转化为Ni(OH)_(2).此外,Ni_(3)N-NPs对有机小分子电催化氧化具有良好的普适性.

关键词：电催化电解水乙二醇 Ni(OH)_(2) Ni_(3)N

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同轴静电纺丝构筑微/纳米结构隔膜与电极材料用于锂离子电池:从原理到应用

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物理化学学报 2024年第10期40卷 29-35页

作者：李琪黎平安刘泽通张佳辉张浩余维来胡先罗华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 Department of Chemical Engineering Stanford UniversityStanford CA 94305USA.

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、优异的倍率性能和热稳定性而备受青睐,成为从便携式电子产品到电动汽车等实际应用中的最佳电源。在这种背景下,同轴静电纺丝技术因可制造适用于锂离子电池的独特纳米纤维材料而备受关注。尤其纤... 详细信息

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、优异的倍率性能和热稳定性而备受青睐,成为从便携式电子产品到电动汽车等实际应用中的最佳电源。在这种背景下,同轴静电纺丝技术因可制造适用于锂离子电池的独特纳米纤维材料而备受关注。尤其纤维材料具有高比表面积、高孔隙率、较大的长径比和易表面改性的优点,近年来在锂离子电池领域被广泛研究。这篇综述全面总结了同轴静电纺丝的基本原理、正极、负极和隔膜等锂离子电池关键材料的制备、实际应用和最新进展,并讨论了同轴静电纺纤维材料的纳米/微米结构决定其电化学性能的规律。此外,该综述分析了同轴静电纺丝未来的发展方向,强调了未来拓展同轴静电纺丝技术在锂离子电池领域的应用所面临的挑战。

关键词：锂离子电池同轴静电纺丝微/纳结构材料核-壳结构电化学性能

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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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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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搭接工艺对选区激光熔化镍基单晶高温合金DD491晶体取向与微观组织的影响

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金属学报 2024年第11期60卷 1471-1486页

作者：张振武李继康许文贺沈沐宇戚磊一郑可盈李伟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全国重点实验室武汉430074 武汉科技大学机械自动化学院、冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081

镍基单晶高温合金是制造航空发动机单晶涡轮叶片的关键材料,选区激光熔化(SLM)制造单晶组织和复杂结构具有技术优势和可行性。在SLM中,熔道与熔道之间的搭接质量对单晶组织的完整性至关重要。本工作在4种激光功率和扫描速率的组合工艺下... 详细信息

镍基单晶高温合金是制造航空发动机单晶涡轮叶片的关键材料,选区激光熔化(SLM)制造单晶组织和复杂结构具有技术优势和可行性。在SLM中,熔道与熔道之间的搭接质量对单晶组织的完整性至关重要。本工作在4种激光功率和扫描速率的组合工艺下,探究了扫描间距(0.06、0.09、0.12和0.15 mm)对第四代镍基单晶高温合金DD491熔道微观形貌、冶金缺陷、晶体取向和微观组织的影响。结果表明,低功率、低速率和高功率、高速率的工艺参数能够为晶体定向生长提供稳定的几何形态和冶金条件,熔道底部晶体能够延续基底取向实现[001]定向生长。熔道内不同区域存在不同类型的晶体取向缺陷,包括顶部中间等轴晶、顶部[010]和[100]柱状杂晶、内部小角度取向偏差等。较小扫描间距的熔道重熔率较高,有利于减少熔道两侧的杂晶缺陷。

关键词：选区激光熔化镍基单晶高温合金晶体取向搭接

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