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钢铁 2025年

作者：王凤超严春亮曹胜利张庆军华北理工大学冶金与能源学院华北理工大学综合测试分析中心

分形理论用于描述材料的微观结构、表面形态、孔隙结构、裂纹扩展等复杂现象时，能够提供比传统几何学更精确的描述。为了研究不同温度下钢的冲击断口形貌变化规律与材料力学性能之间的关系，在不同温度(20、0、-10、-20、-30、-40 ℃)... 详细信息

分形理论用于描述材料的微观结构、表面形态、孔隙结构、裂纹扩展等复杂现象时，能够提供比传统几何学更精确的描述。为了研究不同温度下钢的冲击断口形貌变化规律与材料力学性能之间的关系，在不同温度(20、0、-10、-20、-30、-40 ℃)下对钢进行冲击试验得到断口试样；采用超景深3D数码显微镜采集冲击断口景深图、3D图及试样表面的三维坐标数据，利用立方覆盖法对冲击断口的三维数据值进行处理，计算断口表面的分形维数及多重分形谱，研究分析不同温度、不同冲击功条件下钢的冲击断口表面分形维数和多重分形谱的变化规律。研究表明，在-40～20 ℃的冲击断口分形维数为2.5～2.7，分形维数值越大，意味着断口表面形貌越复杂；在多重分形谱中，概率较小（起伏程度较大）的子集对应的右半部分所占比例大，反映了韧性区域大于脆性区域，说明Q335B-Z15钢的韧性较好；钢的冲击断口呈现出复杂的多重分形特征，具有一定的自相似性。多重分形谱呈左开口凸曲线，形态上呈现单峰左钩形。在温度降低时，谱宽变窄，表面波动减少，逐渐变得平滑；而当冲击功增大时，谱宽扩大，表面波动增大，形貌变得更加粗糙，多重分形谱可更有效地表征钢材断口表面形貌变化。通过对断口的三维形态表征与性能的关系，弥补二维结构数据在断口分形特征研究方面的不足，为解析复杂断口形态提供数据支持和理论依据。

关键词：断口形貌分形维数多重分形谱冲击功温度 3D数码显微镜显微结构三维结构

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Q355B-Z15钢冲击断口三维结构分形特征

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钢铁 2025年第4期60卷 125-135页

作者：王凤超严春亮曹胜利张庆军华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 华北理工大学综合测试分析中心河北唐山063210

分形理论用于描述材料的微观结构、表面形态、孔隙结构、裂纹扩展等复杂现象时,能够提供比传统几何学更精确的描述。为了研究不同温度下钢的冲击断口形貌变化规律与材料力学性能之间的关系,在不同温度(20、0、-10、-20、-30、-40℃)下... 详细信息

分形理论用于描述材料的微观结构、表面形态、孔隙结构、裂纹扩展等复杂现象时,能够提供比传统几何学更精确的描述。为了研究不同温度下钢的冲击断口形貌变化规律与材料力学性能之间的关系,在不同温度(20、0、-10、-20、-30、-40℃)下对钢进行冲击试验得到断口试样;采用超景深3D数码显微镜采集冲击断口景深图、3D图及试样表面的三维坐标数据,利用立方覆盖法对冲击断口的三维数据值进行处理,计算断口表面的分形维数及多重分形谱,研究分析不同温度、不同冲击功条件下钢的冲击断口表面分形维数和多重分形谱的变化规律。研究表明,在-40~20℃的冲击断口分形维数为2.5~2.7,分形维数值越大,意味着断口表面形貌越复杂;在多重分形谱中,概率较小(起伏程度较大)的子集对应的右半部分所占比例大,反映了韧性区域大于脆性区域,说明Q355B-Z15钢的韧性较好;钢的冲击断口呈现出复杂的多重分形特征,具有一定的自相似性。多重分形谱呈左开口凸曲线,形态上呈现单峰左钩形。在温度降低时,谱宽变窄,表面波动减少,逐渐变得平滑;而当冲击功增大时,谱宽扩大,表面波动增大,形貌变得更加粗糙,多重分形谱可更有效地表征钢材断口表面形貌变化。通过对断口的三维形态表征与性能的关系,弥补二维结构数据在断口分形特征研究方面的不足,为解析复杂断口形态提供数据支持和理论依据。

关键词：断口形貌分形维数多重分形谱冲击功温度 3D数码显微镜显微结构三维结构

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便携式LIBS结合SSA-KELM的废钢成分定量分析方法

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2412-2419页

作者：黄晓红刘晓辰刘艳丽宋超孙永长张庆军华北理工大学人工智能学院河北唐山063210 河北省工业智能感知重点实验室河北唐山063210 河钢集团钢研总院河北石家庄050000 华北理工大学综合测试分析中心河北唐山063210

废钢是电炉炼钢的重要原料,为有效利用废钢,需对废钢中各元素进行检测。提出了麻雀搜索算法优化的核极限学习机(SSA-KELM)与激光诱导击穿光谱技术(LIBS)相结合的新方法,对中低合金钢和低合金钢的钢样共12组样品进行元素含量建模分析。... 详细信息

废钢是电炉炼钢的重要原料,为有效利用废钢,需对废钢中各元素进行检测。提出了麻雀搜索算法优化的核极限学习机(SSA-KELM)与激光诱导击穿光谱技术(LIBS)相结合的新方法,对中低合金钢和低合金钢的钢样共12组样品进行元素含量建模分析。首先通过便携式LIBS光谱仪采集两类共计12种不同的废钢样品在170~400nm范围内的激光诱导击穿光谱数据,为降低实验波动影响,每个试验样品的表面均匀选取28个不同的位置进行检测,使用K值校验剔除粗大误差,并将剩余数据进行平均处理,最终得到12个样品共336组平均光谱数据;然后对获得的光谱数据进行基线校正和归一化处理,降低基线波动影响;然后选出待检测元素的多条相关谱线共65条作为模型的输入特征,接着对光谱数据进行训练集与测试集的划分,从每类钢种中随机选择一个样品,提取其处理后的光谱数据作为模型的测试集,剩余数据作为模型的训练集,利用麻雀搜索算法(SSA)对核极限学习机(KELM)进行参数寻优,针对相关元素进行建模。最终所建立的C、Cu、Mn、Cr、Ni、Si、V、Al、Ti元素的模型在验证集的相关决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)平均为0.996和0.016。实验比较了单变量校正模型和基于遗传算法优化的核极限学习机(GA-KELM)的多变量校正模型的定量分析效果,结果表明,与单变量校正模型和遗传算法和核极限学习机(GA-KELM)模型相比,SSA-KELM模型的所有指标都有显著提高,作为多变量模型的KELM与麻雀搜索算法相结合,能够有效的减弱多种因素对待分析元素的干扰,增强定量分析的性能,通过与便携式LIBS系统结合,可用于现场作业,实现对废钢中各元素含量的快速精准检测。

关键词：激光诱导击穿光谱废钢麻雀搜索算法核极限学习机定量分析

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基于改进鲸鱼优化算法的工业CT图像增强方法

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电子测量技术 2024年第11期47卷 160-168页

作者：王紫荆刘卫星杨爱民华北理工大学理学院唐山063210 华北理工大学综合测试分析中心唐山063210

针对工业CT图像中存在着的前景遮挡,背景噪声干扰和对比度低等问题,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法的图像增强方法。首先应用混沌映射对鲸鱼优化算法的种群进行初始化,通过让鲸鱼种群分布的更加广泛来提升全局搜索能力。然后使用莱维... 详细信息

针对工业CT图像中存在着的前景遮挡,背景噪声干扰和对比度低等问题,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法的图像增强方法。首先应用混沌映射对鲸鱼优化算法的种群进行初始化,通过让鲸鱼种群分布的更加广泛来提升全局搜索能力。然后使用莱维飞行对鲸鱼个体的位置进行更新,进一步提高算法的局部搜索能力。最后应用改进的鲸鱼优化方法来寻找CLAHE的最佳参数,实现对图像的自适应最优增强。实验结果显示,相比于几种流行的图像增强算法,本文提出的方法能够更好的对工业CT图像进行增强,能够显著提升图像质量,并保留更多的细节信息。

关键词：鲸鱼优化算法图像增强混沌映射莱维飞行策略 CLAHE算法

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铜渣资源化回收研究现状

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现代化工 2024年第12期44卷 57-60,66页

作者：崔博梁精龙杨宇华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063200 华北理工大学综合测试分析中心河北唐山063200

综述了近年来铜渣资源回收研究的现状,并针对铜渣的特性,分析了现有的铜渣处理方法,包括浮选、磁选、浸出和综合利用。阐述了不同方法的优缺点,并对铜渣资源化回收的发展前景进行了展望。

关键词：铜渣资源化回收浮选磁选浸出

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熔盐电脱氧工艺制备纳米级(VNbTaZrHf)C高熵碳化物及其析氢反应的催化性能

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1566-1573页

作者：杨宇陈庚李慧梁精龙扈玫珑胡蒙均华北理工大学综合测试分析中心河北唐山063009 华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 重庆工业职业技术学院机械工程学院材料成型及模具技术重点实验室重庆401120

通过在1173 K的CaCl_(2)中对金属氧化物和石墨进行电脱氧,制备了具有面心立方结构的纳米级(VNbTaZrHf)C高熵碳化物(HEC)粉末。适当的温度条件有利于抑制HEC颗粒的原位烧结生长。在1 mol/L KOH溶液中进行了电化学性能测试,探索(VNbTaZrHf... 详细信息

通过在1173 K的CaCl_(2)中对金属氧化物和石墨进行电脱氧,制备了具有面心立方结构的纳米级(VNbTaZrHf)C高熵碳化物(HEC)粉末。适当的温度条件有利于抑制HEC颗粒的原位烧结生长。在1 mol/L KOH溶液中进行了电化学性能测试,探索(VNbTaZrHf)C HEC的催化性能。通过极化曲线、Tafel斜率、电化学阻抗谱和双层电容值CV测试评估了(VNbTaZrHf)C HEC的催化析氢反应(HER)性能。结果表明,(VNbTaZrHf)C HEC的双层电容值为40.6 m F/cm^(2)。双层电容值越大,表明电化学活性表面积越大。由于(VNbTaZrHf)C HEC的高熵效应和纳米级结构,它表现出优异的催化HER性能,并为通过熔盐电脱氧制备HECs提供了新方法。

关键词：高熵碳化物熔盐电脱氧催化性能

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废旧锂离子电池正极金属材料回收工艺研究进展

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无机盐工业 2025年第6期 1-8页

作者：郑天新杨宇霍东兴承德应用技术职业学院汽车工程系华北理工大学综合测试分析中心华北理工大学机械工程学院

锂离子电池作为储能装置已经被广泛应用于新能源汽车领域。而在全球能源危机和新能源汽车保有量持续增加的背景下，锂离子电池也开始大量退役，给社会带来巨大的经济压力和环境负担。因此，采用高效、清洁的回收工艺对废旧锂离子电池进... 详细信息

锂离子电池作为储能装置已经被广泛应用于新能源汽车领域。而在全球能源危机和新能源汽车保有量持续增加的背景下，锂离子电池也开始大量退役，给社会带来巨大的经济压力和环境负担。因此，采用高效、清洁的回收工艺对废旧锂离子电池进行处理已经成为国内外学者的研究重点。从废旧锂离子电池前期预处理、正极材料中有价金属浸出、浸出液中有价金属离子分离3个方面对废旧锂离子动力电池的湿法回收处理工艺进行综述。其中浸出工艺包括酸浸、氨浸和生物浸出工艺；浸出液有价金属分离包括离子交换工艺、溶剂萃取工艺、盐析工艺、化学沉淀工艺和电化学工艺。同时也指明了采用湿法回收工艺回收废旧锂离子电池有价金属的发展方向。

关键词：废旧锂离子电池动力电池正极材料有价回收湿法冶金

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百合乌药汤通过抑制mTOR增强肝脏自噬改善非酒精性脂肪性肝病

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中国实验方剂学杂志 2024年第7期30卷 66-77页

作者：王瑞班甜甜薛丽会冯欣怡郭纪元李佳琪蒋声赫韩小蕾胡宝丰张文丽吴乃君李爽齐亚娟华北理工大学药学院河北唐山063210 迁安中医医院河北唐山064400 华北理工大学综合测试和分析中心河北唐山063210 华北理工大学附属医院河北唐山063210 华北理工大学公共卫生学院河北唐山064400 华北理工大学基础医学院河北唐山063210 唐山市新药基础研究重点实验室河北唐山063210 河北省慢性疾病基础医学重点实验室河北唐山063210

目的:考察百合乌药汤对非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的治疗作用,并探讨其作用机制。方法:将C57BL/6J小鼠随机分为6组,正常组、模型组、盐酸吡格列酮组(盐酸吡格列酮1.95×10^(-3) g·kg^(-1))、百合乌药汤低、中、高剂量组(1.3、... 详细信息

目的:考察百合乌药汤对非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的治疗作用,并探讨其作用机制。方法:将C57BL/6J小鼠随机分为6组,正常组、模型组、盐酸吡格列酮组(盐酸吡格列酮1.95×10^(-3) g·kg^(-1))、百合乌药汤低、中、高剂量组(1.3、2.5、5.1 g·kg^(-1)),每组8只。采用60%高脂饮食(HFD)饲喂12周后,进行百合乌药汤给药治疗。每日给药2次,连续6周,每周监测体质量。第5周进行葡萄糖耐量(GTT)与胰岛素耐受(ITT)实验;然后处死小鼠取肝脏和血清,同时称量肝脏、附睾脂肪(e WAT)和皮下脂肪(i WAT)质量。检测血清总甘油三酯(TG)、肝功能指标:丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天冬氨酸氨基转移酶(AST)。分别用油红O染色、苏木素-伊红(HE)染色、马松(Masson)染色和透射电子显微镜观察小鼠肝脏脂质沉积、病理形态学及超微结构的变化。采用蛋白免疫印迹法(Western blot)和实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)检测胰岛素信号通路分子:胰岛素受体底物1/2/蛋白激酶B/叉头框蛋白O1(IRS1/2/Akt/Fox O1);糖原合成酶:磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(Pepck)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase);脂质代谢相关基因:硬脂酰辅酶A去饱和酶-1(SCD-1)和肉碱棕榈酰转移酶(CPT-1);纤维化相关分子:α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、Ⅰ型胶原蛋白(CollagenⅠ)和纤维化传统信号通路:转化生长因子β_(1)/Smad蛋白2/3(TGF-β_(1)/p-Smad/Smad2/3);炎症因子:白细胞介素(IL)-6、IL-8、IL-11和IL-1β;细胞自噬标志物:微管相关蛋白轻链3B(LC3B)Ⅱ/Ⅰ、螯合体(p62/SQSTM1);及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(m TOR)在基因水平或蛋白水平的表达。结果:与模型组比较,百合乌药汤降低NAFLD小鼠体质量和肝重(P<0.05,P<0.01),抑制肝脏脂质积累;减轻白色脂肪质量:降低e WAT和i WAT质量(P<0.05,P<0.01),降低血清TG含量(P<0.05,P<0.01);改善肝功能:降低ALT、AST含量(P<0.05,P<0.01);改善肝脏胰岛素抵抗(IR):上调IRS2、磷酸化(p)-Akt/Akt、p-Fox O1/Fox O1(P<0.05)的蛋白表达;改善糖脂代谢紊乱:降低空腹血糖和餐后血糖(P<0.05,P<0.01),改善GTT与ITT(P<0.05,P<0.01),降低Pepck、G6Pase、SCD-1(P<0.01),升高CPT-1(P<0.01)的基因表达;减轻肝脏纤维化:下调α-SMA、CollagenⅠ、TGF-β_(1)(P<0.05,P<0.01),降低p-Smad/Smad2/3(P<0.05)的蛋白表达;抑制炎症相关因子:降低IL-6、IL-8、IL-11和IL-1β(P<0.01)的基因表达;增强自噬功能:上调LC3BⅡ/Ⅰ(P<0.05),下调p62/SQSTM1、m TOR(P<0.05)的蛋白表达。结论:百合乌药汤通过改善IR和糖脂代谢紊乱、抗炎、抗纤维化等多种途径改善NAFLD,其机制还涉及抑制m TOR介导的信号通路而增强肝脏自噬。

关键词：百合乌药汤非酒精性脂肪性肝病肥胖胰岛素抵抗(IR) 自噬

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钢中TiN表面性质及Fe原子吸附的第一性原理研究

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热加工工艺 2024年 106-110+118页

作者：陈伟陈思李耀孙风杰张庆军华北理工大学冶金与能源学院河北省高品质钢连铸工程技术研究中心华北理工大学综合测试分析中心

为研究钢中钛系粒子Ti N对氧化物冶金的作用，基于第一性原理，研究了Ti N的表面性质及Fe原子在Ti N低指数面的吸附构型性质。然后从Ti N表面能、电子结构、态密度、分态密度及Fe原子在Ti N表面的吸附能等方面展开计算分析。结果表明，... 详细信息

为研究钢中钛系粒子Ti N对氧化物冶金的作用，基于第一性原理，研究了Ti N的表面性质及Fe原子在Ti N低指数面的吸附构型性质。然后从Ti N表面能、电子结构、态密度、分态密度及Fe原子在Ti N表面的吸附能等方面展开计算分析。结果表明，依据能量越低表面结构越稳定原则，Ti N的（001）表面结构最稳定。在3种Fe原子吸附模型Fe-Ti位、Fe-N位和Fe-bridge位中，Fe-N位吸附结构吸附能绝对值最大，结构最稳定，Fe-N位为最佳吸附原子位置。因此，本文为钢中Ti N粒子细化晶粒作用提供了理论基础，同时为钢中Ti N粒子与钢基体的界面结合分析提供了理论依据。

关键词： Ti N粒子第一性原理表面能电子结构吸附能

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基于氧化物冶金的微合金化研究

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工程科学学报 2022年第9期44卷 1529-1537页

作者：朱立光张庆军河北科技大学材料科学与工程学院石家庄050018 华北理工大学综合测试分析中心唐山063210 华北理工大学冶金与能源学院唐山063210

介绍了国内外氧化物冶金技术的进展情况;分析了微合金体系中各元素的协同及交互作用以及夹杂物、第二相粒子析出、演变对钢的相变、组织结构和性能的影响规律;阐述了冶炼、凝固过程中“有益”夹杂物析出的热力学、动力学研究现状,分析... 详细信息

介绍了国内外氧化物冶金技术的进展情况;分析了微合金体系中各元素的协同及交互作用以及夹杂物、第二相粒子析出、演变对钢的相变、组织结构和性能的影响规律;阐述了冶炼、凝固过程中“有益”夹杂物析出的热力学、动力学研究现状,分析了夹杂物性质、尺寸、分布等对诱发晶内铁素体形核的影响;综述了热加工和焊接过程对组织演化、晶粒细化、晶内铁素体优先析出及提高母材钢和焊接热影响区强韧性机制.总结了氧化物冶金研究工作进展及存在的问题,结合课题组研究的成果,提出了基于氧化物冶金的微合金化思想并比较了其与传统微合金化的异同;展望了基于氧化物冶金的微合金化理论方面需要进一步开展的研究工作.

关键词：氧化物冶金微合金化大线能量焊接晶粒细化夹杂物

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