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Ductile and high strength Cu fabricated by solid-state cold spray additive manufacturing

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Journal of Materials Science & Technology 2023年第3期134卷 234-243页

作者： Chaoyue Chen Yingchun Xie Shuo Yin Wenya Li xiaotao luo Xinliang Xie Ruixin Zhao Chunming Deng Jiang Wang Hanlin Liao Min Liu Zhongming Ren State Key Laboratory of Advanced Special Steels School of Materials Science and EngineeringShanghai UniversityShanghai 200444China Institute of New Materials Guangdong Academy of SciencesNational Engineering Laboratory of Modern Materials Surface Engineering TechnologyGuangdong Provincial Key Laboratory of Modern Surface Engineering TechnologyGuangzhou 510651China Trinity College Dublin The University of DublinDepartment of Mechanical and Manufacturing EngineeringParsons BuildingDublin 2Ireland State Key Laboratory of Solidification Processing Shaanxi Key Laboratory of Friction Welding TechnologiesSchool of Materials Science and EngineeringNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials School of Materials Science and EngineeringXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China Key laboratory for Light-weight Materials Nanjing Techchnology UniversityNanjing 211816China ICB UMR 6303 CNRSUniv.Bourgogne Franche-ComtéUTBMF-90010 BelfortFrance

In this work,pure Cu with excellent strength and ductility(UTS of 271 MPa,elongation to fracture of 43.5%,uniform elongation of 30%)was prepared using cold spray additive manufacturing(CSAM),realizing a breakthrough in the *** in-depth investigation was conducted to reveal the microstructure evolution,strengthening and ductilization mechanisms of the CSAM Cu,as well as the single *** results show that the CSAM Cu possesses a unique heterogeneous microstructure with a bimodal grain structure and extensive infinitely circulating ring-mounted distribution of *** on the single splat observation,the entire copper particle forms a gradient nano-grained(GNG)structure after high-speed impact *** GNG-structured single splat serves as a unit to build the heterogeneous microstructure with bimodal grain distribution during the successive deposition in *** results also show that CSAM can achieve synergistic strengthening and ductilization by controlling the grain refinement and dislocation *** work provides potential for CSAM technique in manufacturing various metallic parts with the desired combination of high strength and good ductility without additional post-treatments.

关键词： Cold spray additive manufacturing Copper Heterogeneous microstructure Strength Ductility

Interfacial Zn2+-solvation regulator towards reversible and stable Zn anode

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Journal of Energy Chemistry 2025年第1期100卷 684-692页

作者： Miao Zhou Xiongbin luo Hang Li Shan Guo Zhuang Tong xiaotao Zhou Xu Li Zhaohui Hou Shuquan Liang Guozhao Fang College of Mechanical Engineering Key Laboratory of Hunan Province for Advanced Carbon-based Functional Materials Hunan Institute of Science and Technology School of Materials Science and Engineering Key Laboratory of Electronic Packaging and Advanced Functional Materials of Hunan Province Central South University College of Materials and Metallurgy Guizhou University National Energy Metal Resources and New Materials Key Laboratory Central South University

Aqueous zinc-ion batteries （AZIBs） are fundamentally challenged by the instability of the electrode/electrolyte interface,predominantly due to irreversible zinc （Zn） deposition and hydrogen ***,the intricate mechanisms behind the electrochemical discrepancies induced by interfacial Zn2+-solvation and deposition behavior demand comprehensive *** molecules endowed with special functional groups （such as hydroxyl,carboxyl,etc.） have the potential to significantly optimize the solvation structure of Zn2+and regulate the interfacial electric double layer （EDL）.By increasing nucleation overpotential and decreasing interfacial free energy,these functional groups facilitate a lower critical nucleation radius,thereby forming an asymptotic nucleation model to promote uniform Zn ***,this study presents a pioneering approach by introducing trace amounts of n-butanol as solvation regulators to engineer the homogenized Zn （H-Zn） anode with a uniform and dense *** interfacial reaction and structure evolution are explored by in/ex-situ experimental techniques,indicating that the H-Zn anode exhibits dendrite-free growth,no by-products,and weak hydrogen evolution,in sharp contrast to the bare ***,the H-Zn anode achieves a remarkable Zn utilization rate of approximately 20% and simultaneously sustains a prolonged cycle life exceeding 500 ***,the H-Zn//NH4V4O10（NVO） full battery showcases exceptional cycle stability,retaining 95.04%capacity retention after 400 cycles at a large current density of 5 A *** study enlightens solvation-regulated additives to develop Zn anode with superior utilization efficiency and extended operational lifespan.

关键词： Solvation

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冷喷涂金属的组织与性能调控

中国表面工程 2020年第4期33卷 68-81页

作者：雒晓涛谢天李长久李成新西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

金属粉末颗粒低温固态成型的特点使冷喷涂在热敏感、易氧化金属材料制备方面具有显著的优势,可用于高性能涂层的制备、失效金属构件的修复和金属增材制造。获得目标性能是确保冷喷涂涂层、修复层和增材构件得以应用的前提,其主要受沉积... 详细信息

金属粉末颗粒低温固态成型的特点使冷喷涂在热敏感、易氧化金属材料制备方面具有显著的优势,可用于高性能涂层的制备、失效金属构件的修复和金属增材制造。获得目标性能是确保冷喷涂涂层、修复层和增材构件得以应用的前提,其主要受沉积体的显微组织影响。因此,首先介绍了冷喷涂固态颗粒高速碰撞,逐个颗粒沉积使沉积体形成的"砖墙"层状独特结构;其次,阐述了冷喷涂沉积体"砖墙"特征结构与性能,特别是力学性能之间的关系;最后,重点从粉末原材料设计、喷涂过程控制和喷涂后处理的涵盖冷喷涂全流程的3个方面对冷喷涂金属显微组织进行调控的策略和方法进行了总结,以期为冷喷涂技术的广泛应用提供借鉴。

关键词：冷喷涂金属沉积体显微组织力学性能

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冷喷涂硬质合金耐磨涂层研究进展

表面技术 2024年第10期53卷 28-40页

作者：王明远李文亚徐雅欣雒晓涛西北工业大学材料学院陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室西安710072 西安交通大学材料科学与工程学院西安710049

硬质合金涂层具有高耐磨性与高耐腐蚀性等优势,因此广泛应用于冶金等领域的耐磨、耐蚀防护中。采用传统热喷涂技术制备硬质合金涂层,其高温会导致涂层材料产生相变、氧化、脱碳等问题,从而损害涂层的服役性能。冷喷涂技术作为一种新兴... 详细信息

硬质合金涂层具有高耐磨性与高耐腐蚀性等优势,因此广泛应用于冶金等领域的耐磨、耐蚀防护中。采用传统热喷涂技术制备硬质合金涂层,其高温会导致涂层材料产生相变、氧化、脱碳等问题,从而损害涂层的服役性能。冷喷涂技术作为一种新兴的涂层制备技术,具有低温的特点,可避免传统热喷涂方法所带来的涂层质量问题,成为硬质合金涂层制备的潜在技术。在简述冷喷涂技术原理及其沉积机理的基础上,综述了冷喷涂制备硬质合金耐磨涂层(如WC-Co、WC-Ni、Cr_(3)C_(2)-NiCr等),以及影响涂层硬度、耐磨性等力学性能的主要因素,包括硬质相、黏结相的种类、含量和尺寸等。综合比较了冷喷涂与超音速火焰喷涂制备的硬质合金涂层的耐磨性能,分析了后处理(喷后热处理、搅拌摩擦处理)对冷喷涂硬质合金涂层耐磨性的影响。最后,提出了冷喷涂技术在硬质合金耐磨涂层制备方面的局限性,并对未来发展进行了展望。

关键词：冷喷涂硬质合金涂层耐磨性后处理

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粉末尺寸对等离子喷涂Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)电解质成分与结构的影响

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储能科学与技术 2024年第10期13卷 3307-3318页

作者：熊思琪卜晓晨雒晓涛李长久西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049

全固态锂离子电池(ASSLiBs)由于其能量密度高、安全性好、长期稳定性优越等特点,被广泛研究应用于替代液态电解质锂电池,而发展致密高性能固态电解质的低成本大规模制备技术是推动ASSLiBs商业应用的关键。NASICON型Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(... 详细信息

全固态锂离子电池(ASSLiBs)由于其能量密度高、安全性好、长期稳定性优越等特点,被广泛研究应用于替代液态电解质锂电池,而发展致密高性能固态电解质的低成本大规模制备技术是推动ASSLiBs商业应用的关键。NASICON型Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)(LATP)固态电解质因其离子电导率高、化学稳定性优越,有望应用于ASSLiBs制造。本研究采用具有低成本制造特征的大气等离子喷涂技术制备了LATP单个粒子和涂层,系统研究了喷涂参数和粉末粒径对涂层中的P元素含量和涂层的组织结构的影响,探讨了喷涂过程中P元素蒸发损失存在的尺寸效应。结果表明电弧功率对可完全熔化的LATP粒子的临界直径具有显著影响,能够完全熔化的最大粉末粒径随电弧功率的增加而增大,在42 kW下,50μm以下的粉末可以完全熔化;在完全熔化条件下,当粉末粒径小于25μm时,P的损失量随着粉末粒径的增大而减少;当粒径大于25μm时,P的蒸发损失达到最小且随粉末粒径变化较小;电弧功率对P的蒸发影响显著,当电弧功率从34 kW增加至42 kW时,P的损失量从5%增加至10%。采用粒径范围30~50μm的LATP粉末,通过喷涂参数适配,可以制备具有良好层间结合,相结构稳定的适合于ASSLiBs的致密LATP电解质。

关键词：全固态锂离子电池等离子喷涂 LATP 元素优先蒸发尺寸效应

硬质相类型对冷喷涂铝基涂层组织与耐磨性的影响

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中国材料进展 2024年第2期43卷 89-95,123页

作者：韩晓辉刘桥张繁星雒晓涛中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471023

冷喷涂低温固态的材料沉积特性使该方法在热敏感材料高强铝合金的再制造修复方面具有天然优势,然而冷喷涂7系高强铝合金存在结合强度低、硬度和耐磨性能低于同成分基材的难题。对此,主要研究了不同特性硬质颗粒在喷涂粉末中的添加对冷喷... 详细信息

冷喷涂低温固态的材料沉积特性使该方法在热敏感材料高强铝合金的再制造修复方面具有天然优势,然而冷喷涂7系高强铝合金存在结合强度低、硬度和耐磨性能低于同成分基材的难题。对此,主要研究了不同特性硬质颗粒在喷涂粉末中的添加对冷喷涂7050Al合金修复层显微组织、结合强度与摩擦磨损性能的影响规律。以体积分数为30%的脆性Al2O3陶瓷颗粒和韧性的WC-17Co金属陶瓷颗粒为硬质相,在相同参数条件下分别沉积了纯7050Al涂层、7050Al/Al2O3复合涂层与7050Al/WC-17Co复合涂层。采用SEM表征了涂层的横截面组织;依照ASTM C633标准测试了不同硬质相添加对涂层结合强度的影响规律;采用球盘摩擦磨损试验研究了涂层的摩擦磨损行为。结果表明,沉积过程中,脆性的Al2O3颗粒由于不能协调变形,因此与7050Al结合较差且自身会发生碰撞破碎现象;韧性的WC-17Co硬质合金颗粒可以协调变形,因此与7050Al结合较好,且在涂层中含量较Al2O3更高。WC-17Co颗粒在涂层与基材界面处形成的榫卯结构可将7050Al涂层的结合强度由34.5提升到73.2 MPa以上,而Al2O3颗粒的添加对涂层结合强度的影响可以忽略。与7050Al基材相比,WC-17Co硬质合金颗粒的添加可使涂层耐摩擦磨损性能提高8倍以上,而Al2O3颗粒容易剥落的特点使得涂层耐磨性降低50%以上。

关键词：冷喷涂高强铝合金硬质相类型显微组织耐磨性

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Exploring practical methods for detecting k-nonseparability in multipartite quantum states

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2025年第1期Mechanics & Astronomy) .卷 255-256页

作者： Shunlong luo Academy of Mathematics and Systems Science Chinese Academy of Sciences

Quantum entanglement, referred to as “spooky action at a distance” by Einstein, is not only an intriguing and fascinating feature of quantum theory challenging our classical intuitions about locality and correlations, but also has practical and profound implications for quantum technologies. Initially described by Einstein, Podolsky and Rosen, as well as by Schro¨dinger, entanglement now has become a basic and crucial ingredient for both foundational and experimental investigations of the quantum world.

关键词：

粉末中C抑制FeAl熔滴氧化机制及其对等离子喷涂层组织与性能的影响

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中国表面工程 2023年第1期36卷 44-56页

作者：周哲张黎董昕远雒晓涛 MAHRUKH M 李长久西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 NED工程技术大学机械工程系巴基斯坦

大气等离子喷涂(APS)金属时,熔滴不可避免地发生氧化是难以获得粒子间结合充分的致密涂层的主要原因。以FeAl金属间化合物为例,提出一种在粉末中添加亚微米金刚石颗粒引入碳源,以期利用碳在高温下优先氧化的特性抑制等离子喷涂飞行粒子... 详细信息

大气等离子喷涂(APS)金属时,熔滴不可避免地发生氧化是难以获得粒子间结合充分的致密涂层的主要原因。以FeAl金属间化合物为例,提出一种在粉末中添加亚微米金刚石颗粒引入碳源,以期利用碳在高温下优先氧化的特性抑制等离子喷涂飞行粒子中Fe、Al元素的氧化,获得无氧化物的高温熔滴从而制备低氧含量(质量分数)、粒子间充分结合的FeAl金属间化合物涂层的新方法。采用APS制备Fe Al涂层,研究金刚石的添加对涂层氧含量、碳含量、涂层内粒子间结合质量与硬度的影响规律,探讨FeAl熔滴飞行中的氧化行为。采用商用热喷涂粒子诊断系统测量APS喷涂中的粒子温度,通过SEM与XRD表征了涂层的组织结构,并表征涂层的结合强度与硬度。结果表明,在等离子射流的加热和Fe、Al元素放热反应的联合作用下,飞行中FeAl熔滴的表面温度可达2 000℃以上,满足C原位脱氧的热力学条件。与不含碳的传统Fe Al涂层中的氧含量随喷涂距离的增加而显著增加的规律完全不同,用Fe/Al/2.5C粉末喷涂时涂层中的氧含量随距离的增加而减小,表明飞行中熔滴的氧化得到抑制,实现了C原位脱氧抑制金属元素氧化的自清洁氧化物的效应。FeAl/2.5C涂层氧含量由传统FeAl涂层的3.67 wt.%显著降至0.62 wt.%以下,涂层中有限的氧化物主要来源于粒子沉积后氧化。因Fe Al/2.5C熔滴温度超过2 100℃,实现了熔滴碰撞引起同质涂层粒子表面熔化的自冶金结合效果,提升了涂层的致密性,其表观孔隙率由2.2%降至0.28%;涂层结合强度高于59.2 MPa,且因涂层由FeAl相及Fe3AlCx渗碳体相组成,其硬度达到590 HV0.3,约为传统Fe Al涂层的2倍。

关键词：大气等离子喷涂 FeAl/2.5C涂层组织与性能原位脱氧自冶金结合

Li_(2)O烧结助剂对固体氧化物燃料电池LSGM电解质烧结特性及离子电导率的影响

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无机材料学报 2022年第10期37卷 1087-1092页

作者：樊帅金天张山林雒晓涛李成新李长久西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室西安710049 中山大学化学工程与技术学院珠海519082

本工作研究了Li_(2)O作为烧结助剂对固体氧化物燃料电池La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质烧结行为的影响规律,系统表征了烧结助剂含量和烧结温度对LSGM烧结体的致密度、微观组织结构、相组成以及离子电导率的影响... 详细信息

本工作研究了Li_(2)O作为烧结助剂对固体氧化物燃料电池La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质烧结行为的影响规律,系统表征了烧结助剂含量和烧结温度对LSGM烧结体的致密度、微观组织结构、相组成以及离子电导率的影响。研究结果表明,Li_(2)O烧结助剂不仅可显著降低LSGM电解质的完全致密化烧结温度,还可以消除电解质粉体中原有的LaSrGa_(3)O_(7)杂相,并且抑制常规烧结过程中易于产生的MgO杂相,从而获得较高离子电导率的LSGM块体。当Li元素添加量为摩尔分数1%时,在1400℃烧结4 h获得的LSGM烧结体,其体密度达到理论密度的99%且为单一的钙钛矿结构。烧结体的离子电导率在800℃测试温度下达到最大值0.17 S/cm,相比未添加烧结助剂的试样提升20%以上。上述结果表明,通过添加适量的Li_(2)O作为烧结助剂对制备用于中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)高离子电导率的电解质具有重要意义。

关键词：固体氧化物燃料电池 LSGM电解质烧结助剂烧结特性离子电导率