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金属学报 2025年第3期61卷 509-520页

作者：庞梦瑶巫瑞智马晓春靳思远于哲 Krit Boris 哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001 Moscow Aviation Institute National Research UniversityMoscow 125993Russia

在油气生产中,可降解压裂材料可提高油气资源生产效率。对于快速降解的压裂材料,在保持高降解速率的同时,还要求具有较好的力学性能。本工作在前期获得具有高腐蚀速率的Mg-8Li-4Gd-1.5Ni铸态合金的基础上,对合金进行热轧加工,通过调控... 详细信息

在油气生产中,可降解压裂材料可提高油气资源生产效率。对于快速降解的压裂材料,在保持高降解速率的同时,还要求具有较好的力学性能。本工作在前期获得具有高腐蚀速率的Mg-8Li-4Gd-1.5Ni铸态合金的基础上,对合金进行热轧加工,通过调控变形组织进一步提升合金的力学性能和腐蚀速率。结果表明,在轧制过程中,合金中的网状长周期堆垛有序结构相(LPSO相)逐渐转变为平行的纤维状,变形量达90%时LPSO相会形成较短的纤维状。合金在热轧过程中出现再结晶组织,GdNi_(3),颗粒细化。变形量70%时合金抗拉强度最高,达217MPa,延伸率为17%。在3%KCl溶液中,变形量为90%时合金在25及93℃时均有最高的腐蚀速率,失重速率分别为0.47及3.63mg/(cm^(2)·min)25℃时腐蚀电流密度最高,为5.34mA/cm^(2)。平行分布的LPSO相对合金的腐蚀有阻碍作用,但是LPSO相的弯曲、第二相的破碎、再结晶和位错密度的增加使合金内部的化学活性增强,导致腐蚀速率逐渐增高。热轧使合金中位错密度增加,晶粒尺寸减小,并发生再结晶,这些组织演变导致合金发生加工硬化和细晶强化,使得合金力学性能提升。

关键词： Mg-Li合金压裂轧制腐蚀行为力学性能

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Ta含量对ZrTiNbAl系合金钝化膜形成机制和耐腐蚀性的影响

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材料工程 2024年第3期52卷 117-128页

作者：李淑雯张洋马亚玺戴鹏飞张中武哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001

采用动电位极化、电化学阻抗技术、Mott-Schottky分析和恒电位极化研究(40-x)Zr-30Ti-20Nb-10Al-x Ta(x=0,2,4,原子分数/%,下同,简称Tax合金)高熵合金在0.3 mol/L LiOH溶液中的钝化膜形成机制和耐腐蚀性。结果表明:Ta的适量(2%)加入可... 详细信息

采用动电位极化、电化学阻抗技术、Mott-Schottky分析和恒电位极化研究(40-x)Zr-30Ti-20Nb-10Al-x Ta(x=0,2,4,原子分数/%,下同,简称Tax合金)高熵合金在0.3 mol/L LiOH溶液中的钝化膜形成机制和耐腐蚀性。结果表明:Ta的适量(2%)加入可形成致密氧化膜从而提高合金体系的耐腐蚀性,Ta的过量添加(4%)造成氧空位浓度升高,耐腐蚀性下降。Ta_(2)合金的腐蚀电流密度为49.66 nA/cm^(2),小于Ta0,Ta4合金的腐蚀电流密度(201.40,70.16 nA/cm^(2))。Ta_(2)合金钝化膜内的氧空位点缺陷浓度为9.79×10^(18)cm^(-3),小于Ta0,Ta4合金的氧空位点缺陷浓度(2.13×10^(19),2.05×10^(19)cm^(-3)),具有最致密的钝化膜结构。合金的钝化膜是由ZrO_(2),Nb_(2)O_(5),TiO_(2),Al2O_(3),Ta_(2)O_(5)组成的稳定n型钝化膜。其中,Ta_(2)合金的氧化膜内ZrO_(2),Nb_(2)O_(5),TiO_(2)氧化物含量最高,延缓了原生氧化膜的溶解速度,保护基体不被继续溶解,具有最佳的耐腐蚀性。

关键词：高熵合金显微结构腐蚀钝化膜

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碱液预处理对碳钢表面硅烷膜耐蚀性的影响

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中国表面工程 2024年

作者：陈俊徐政一王艳秋邵亚薇王俊一哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室

硅烷化处理作为一种新型表面处理技术，在碳钢材料上具有广阔的应用前景。在硅烷化处理前，对碳钢表面进行适当的预处理，对于提高碳钢表面硅烷膜的防护性能至关重要。为了提高碳钢基体在酸性硅烷水解液中的稳定性和表面氧化膜的羟基含... 详细信息

硅烷化处理作为一种新型表面处理技术，在碳钢材料上具有广阔的应用前景。在硅烷化处理前，对碳钢表面进行适当的预处理，对于提高碳钢表面硅烷膜的防护性能至关重要。为了提高碳钢基体在酸性硅烷水解液中的稳定性和表面氧化膜的羟基含量，尝试在碱性溶液中加入缓蚀剂苯并三氮唑（BTA）和氧化剂过硫酸钠(Na2S2O8)，对碳钢基体进行预处理。结果表明，碱性预处理液中加入BTA后，BTA分子能化学吸附于碳钢表面，抑制基体在酸性硅烷水解液中点蚀的发生从而改善硅烷膜的完整性，并抑制硅烷膜与基体界面处腐蚀介质的侵蚀，使得硅烷膜的短期和长期耐蚀性均得到明显提升。而将BTA与Na2S2O8复配使用，能够进一步提升基体表面的羟基含量和降低酸性硅烷溶液对基体表面的侵蚀，使得硅烷膜的短期耐蚀性进一步提升。研究结果验证了在碱性预处理液中同时引入氧化剂和缓蚀剂能够提高碳钢表面羟基含量并抑制酸性硅烷水解液对碳钢表面的侵蚀，对通过预处理工艺来改善碳钢表面硅烷膜的耐蚀性能具有一定的参考价值。

关键词：碳钢预处理硅烷膜耐蚀性

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表面热扩渗技术在金属双极板表面改性中的研究进展

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表面技术 2024年第18期53卷 1-15页

作者：吴新宇刘瑞良武昭杰哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院、超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001

燃料电池因其环保和资源利用率高等优点近年来备受关注,对改善全球环境具有重要意义。双极板是燃料电池的重要组成部分,目前燃料电池中大多数的双极板为石墨双极板,其厚度大、加工成本高、柔韧性较差,而金属双极板是替代石墨双极板的最... 详细信息

燃料电池因其环保和资源利用率高等优点近年来备受关注,对改善全球环境具有重要意义。双极板是燃料电池的重要组成部分,目前燃料电池中大多数的双极板为石墨双极板,其厚度大、加工成本高、柔韧性较差,而金属双极板是替代石墨双极板的最佳材料,其易于加工、成本较低。目前对金属双极板表面制备涂层的研究最为广泛,然而大多数涂层方法工艺复杂,容易形成缺陷,且对燃料电池商业化来说过于昂贵,因此可以通过对金属双极板进行热扩渗改性以满足其服役性能。介绍了不同金属双极板的表面改性技术,列出了不同种类的热扩渗改性技术,重点概况了热扩渗工艺以及耐蚀、导电性能。分析结果表明,对于热扩渗工艺,在制备双极板时应选用合适的温度,以减小或消除形变对双极板的影响;制备出均匀、致密且组织单一的热扩渗层可以明显提高金属双极板的性能;在空气和模拟燃料电池溶液环境中形成的氧化膜和钝化膜同样对金属双极板的性能具有重要影响。在金属双极板表面进行热扩渗改性研究,以提高其耐蚀性、导电性及服役稳定性,同时开发出新型复合工艺,对推动金属双极板在燃料电池的应用至关重要。

关键词：金属双极板热扩渗表面改性耐蚀性界面接触电阻

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稀土对等离子体电解渗碳层组织结构和性能的影响

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表面技术 2023年第6期52卷 61-69,79页

作者：方玉兰刘瑞良宋天宇刘爱东哈尔滨工程大学、材料科学与化学工程学院、超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001

目的研究稀土对液相等离子体电解渗碳层组织结构和性能的影响。方法将稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O添加到电解液中,在17-4PH不锈钢表面制备有无稀土添加的液相等离子体电解渗碳层。通过扫描电子显微镜、金相显微镜... 详细信息

目的研究稀土对液相等离子体电解渗碳层组织结构和性能的影响。方法将稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O添加到电解液中,在17-4PH不锈钢表面制备有无稀土添加的液相等离子体电解渗碳层。通过扫描电子显微镜、金相显微镜、X射线衍射仪分析渗层的表面形貌、截面组织和相结构,利用维氏硬度计、洛氏硬度计和摩擦磨损试验机评价渗层的硬度、塑韧性和耐磨性。结果渗碳层主要由碳化物、“膨胀”α相和少量铁氧化物组成,稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O均可以促进等离子体电解渗碳层表面碳化物的生成,且稀土CeCl_(3)·7H_(2)O可以有效抑制渗层表面铁氧化物的生成。添加稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O后,渗层表面多孔化合物层厚度由20μm分别减小至15μm和8μm,致密层+扩散层的厚度从20μm分别增加至46μm和45μm。添加稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O后,渗层的有效硬化层厚度可达70μm,是不加稀土时的3倍以上,截面硬度呈梯度分布。添加稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O后,渗层表面洛氏压痕附近的径向裂纹出现了明显的偏转。添加稀土LaCl_(3)·7H_(2)O可使摩擦前期摩擦因数显著降低至0.14,磨痕宽度减至534μm,主要发生氧化磨损、化合物层剥落和磨粒磨损,而添加稀土CeCl_(3)·7H_(2)O可使摩擦因数一直维持在0.21左右,磨痕宽度显著减少至226μm,主要发生轻微的磨粒磨损。结论稀土LaCl_(3)·7H_(2)O和CeCl_(3)·7H_(2)O均可以改善渗层表面质量,提高等离子体电解渗碳层的耐磨性,且稀土CeCl_(3)·7H_(2)O的效果更显著。

关键词：不锈钢等离子体电解渗碳稀土组织结构耐磨性

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稀土氧化物掺杂对YSZ热障涂层热物理性能影响的研究进展

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材料导报 2023年第24期37卷 104-109页

作者：刘电超金国井勇智崔秀芳房永超陈卓王薪贺哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001

随着航空发动机和燃气轮机(简称“两机”)服役温度的升高,目前,在两机热端部件表面防护方面应用最为广泛的热障涂层(Thermal barrier coatings, TBCs)存在陶瓷层材料氧化钇稳定氧化锆(Yttria-stabilized zirconia, YSZ)在高温下会发生... 详细信息

随着航空发动机和燃气轮机(简称“两机”)服役温度的升高,目前,在两机热端部件表面防护方面应用最为广泛的热障涂层(Thermal barrier coatings, TBCs)存在陶瓷层材料氧化钇稳定氧化锆(Yttria-stabilized zirconia, YSZ)在高温下会发生相转变、热膨胀系数与金属基底不匹配以及烧结导致涂层的热导率升高等问题,严重影响TBCs的服役寿命。新一代TBCs陶瓷面层材料分为以下几类:(1)稀土氧化物稳定YSZ;(2)钙钛矿结构陶瓷材料;(3)稀土六铝酸盐或稀土钽酸盐;(4)烧绿石或萤石结构稀土锆酸盐。其中,稀土氧化物掺杂可有效降低YSZ热障涂层的热导率,提高其热膨胀系数、高温相稳定性及耐烧结性能,被认为是提高YSZ热障涂层高温稳定性的有效方法。基于此,本文重点阐述了单元或多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层材料的研究进展,讨论了稀土氧化物掺杂对YSZ陶瓷面层高温相稳定性、热导率和热膨胀系数的影响机理。基于耦合作用机理为未来稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层的研发提供一定的借鉴。

关键词：热障涂层掺杂机理热导率热膨胀系数相转变行为

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双缺陷调控的Z型BiVO_(4-x)/g-C3N_(4-x)异质结的制备及其光催化全解水

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复合材料学报 2022年第10期39卷 4642-4651页

作者：杨玉蓉王佳慧马远驰邱敏闫国民刘宇飞黑河学院理学院黑河164300 哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001

为了获得高效的全解水光催化体系,采用固相烧结法和水热法制备了双缺陷调控的Z型BiVO_(4-x)/g-C3N_(4-x)异质结,对异质结的微观结构和光电特性进行了表征,测试了BiVO_(4-x)/g-C3N_(4-x)异质结的光催化全解水制氢、氧的性能。结果表明:... 详细信息

为了获得高效的全解水光催化体系,采用固相烧结法和水热法制备了双缺陷调控的Z型BiVO_(4-x)/g-C3N_(4-x)异质结,对异质结的微观结构和光电特性进行了表征,测试了BiVO_(4-x)/g-C3N_(4-x)异质结的光催化全解水制氢、氧的性能。结果表明:丰富的氧空位和氮空位的引入、紧密连接的复合结构界面及直接Z型异质结的构筑,提高了材料对可见光的吸收,加快了光生电荷的分离和传输,从而导致材料具有高效的光催化活性。双缺陷调控的Z型BiVO_(4-x)/g-C_(3)N_(4-x)异质结具有优异的光催化活性和稳定性,在可见光照射下,不添加任何吸收剂析氢速率可达654μmol/(h·g),是g-CN前驱体的6.5倍,析氧速率可达302μmol/(h·g),经过20 h的长时间可见光照射,样品的光催化活性没有下降。

关键词：双缺陷 BiVO_(4) g-C_(3)N_(4) Z型异质结光催化全解水

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含硅磷腈阻燃剂的制备及改性环氧树脂的阻燃性能

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精细化工 2024年

作者：明丽君张晨丁明惠刘欣雨高泽宇李墨焱哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院表界面科学与技术研究所超轻材料与表面技术教育部重点实验室

为开发含有P、N、Si等多种元素的复合阻燃剂，以六氯三聚磷腈（HCCP）、对羟基苯甲醛、对氨基苯甲酸、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）和三苯基硅醇为原料，合成了一种含硅磷腈的复合阻燃剂（SCP-DOPO）。采用FTIR、1HNM... 详细信息

为开发含有P、N、Si等多种元素的复合阻燃剂，以六氯三聚磷腈（HCCP）、对羟基苯甲醛、对氨基苯甲酸、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）和三苯基硅醇为原料，合成了一种含硅磷腈的复合阻燃剂（SCP-DOPO）。采用FTIR、1HNMR和31PNMR对其结构进行了表征，通过DSC、TGA、极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、剥离强度测试，考察了SCP-DOPO添加量〔以SCP-DOPO和环氧树脂（EP）的总质量计，下同〕对EP热稳定性、阻燃性能及黏结性能的影响。结果表明，当SCP-DOPO添加量为8%时，制备的改性EP（EP3）残炭的石墨化程度最高，成炭能力最强，Raman测试结果显示，其D峰和G峰分峰的拟合峰面积（A）比值(AD/AG值)最低为3.28；当SCP-DOPO添加量为4%和8%时，制备的改性EP（EP2和EP3）剥离强度分别为3.06和2.64 kN/m，优于纯EP；当SCP-DOPO添加量为8%和12%时，制备的改性EP（EP3和EP4）UL-94测试均为V-0级，LOI分别达到31.1%和31.6%。SCP-DOPO优异的阻燃性能归因于气相阻燃和凝聚相阻燃的协同作用。

关键词：阻燃剂环氧树脂阻燃性能热稳定性黏结性能

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5A06铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头组织与性能

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焊接学报 2022年第6期43卷 56-60,95,I0006页

作者：秦丰张春波周军乌彦全梁武巫瑞智哈尔滨焊接研究院有限公司黑龙江省先进摩擦焊接技术与装备重点实验室哈尔滨150028 哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001

采用静止轴肩搅拌摩擦焊方法实现了10 mm厚5A06铝合金T形接头的焊接.通过低主轴转速匹配高焊接速度与高主轴转速匹配低焊接速度两组不同的焊接参数,结合拉伸试验、宏观与微观金相分析、电子背散射衍射(electron backscattered diffracti... 详细信息

采用静止轴肩搅拌摩擦焊方法实现了10 mm厚5A06铝合金T形接头的焊接.通过低主轴转速匹配高焊接速度与高主轴转速匹配低焊接速度两组不同的焊接参数,结合拉伸试验、宏观与微观金相分析、电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)分析与扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)断口分析,研究了热输入对焊接接头力学性能与组织的影响.结果表明,在两组焊接参数下均可获得无孔洞缺陷的全焊透T形接头,焊缝表面光滑平整,几乎无减薄发生;热输入不同会改变搅拌针与周围材料的摩擦形式,引起焊缝出现弱结合缺陷,并影响接头抗拉强度;在高主轴转速匹配低焊接速度时,焊缝中心重叠区顶部易产生弱结合缺陷,导致接头抗拉强度较低,为198 MPa,拉伸试样断裂在筋板.在低主轴转速匹配高焊接速度时,焊缝无缺陷存在,接头抗拉强度为287 MPa,拉伸试样断裂在底板.

关键词：搅拌摩擦焊静止轴肩 T形接头焊接缺陷

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航空航天铝合金腐蚀疲劳失效与寿命预测研究进展

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1893-1913页

作者：张宇鹏王海斗董丽虹金国底月兰郭伟玲黄艳斐哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001 陆军装甲兵学院再制造技术国家重点实验室北京100072 陆军装甲兵学院机械产品再制造国家工程研究中心北京100072

铝合金具有低密度、高强度、良好的加工性能和焊接性能等众多优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。在沿海或海洋环境中服役的航空航天装备,由于海水飞溅、雨水冲刷,一定程度上会受到腐蚀的影响,因此航空航天铝合金面临腐蚀疲劳的服役... 详细信息

铝合金具有低密度、高强度、良好的加工性能和焊接性能等众多优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。在沿海或海洋环境中服役的航空航天装备,由于海水飞溅、雨水冲刷,一定程度上会受到腐蚀的影响,因此航空航天铝合金面临腐蚀疲劳的服役条件。本文综述了航空航天铝合金的应用现状,从腐蚀疲劳的失效机理角度,详细总结了腐蚀疲劳裂纹萌生机理、扩展机理以及裂纹的萌生位置和裂纹扩展行为,并对典型航空航天铝合金的腐蚀疲劳性能进行了概述,介绍了近年来在预腐蚀疲劳条件和腐蚀-疲劳交替条件下航空航天铝合金寿命预测的方法。从宏观与微观角度对航空航天铝合金腐蚀-疲劳交替过程进行研究,以及建立更加精准的腐蚀疲劳寿命预测模型是未来研究的重点。

关键词：航空航天腐蚀疲劳裂纹萌生裂纹扩展寿命预测

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