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PEMFC铝合金双极板表面改性研究现状与发展

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表面技术 2024年第12期53卷 81-92,134页

作者：蒋啸李伟刘玉来李秀兰周新军王永四川轻化工大学机械工程学院四川宜宾644000 西安长峰机电研究所西安710065

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)作为第五代燃料电池,是最具发展前景的新能源电池,其中双极板作为PEMFC的核心元件,不仅能将单一电池链接起来形成电池堆,起到支撑作用,还具有提供气体流道、隔绝阴阳极两... 详细信息

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)作为第五代燃料电池,是最具发展前景的新能源电池,其中双极板作为PEMFC的核心元件,不仅能将单一电池链接起来形成电池堆,起到支撑作用,还具有提供气体流道、隔绝阴阳极两端等作用,对燃料电池工作性能、寿命起到关键作用。其中铝合金作为一种具有良好导电性能、成本低、轻质的材料,在PEMFC双极板材料方面应用潜力巨大。但铝合金双极板耐腐性不佳,在PEMFC工作环境下极易被腐蚀,且其表面生成的钝化膜,增大了电池的接触电阻,从而对电池性能和寿命产生不利影响,而通过铝合金表面改性是解决该问题的主流方法。首先概述了PEMFC原理、双极板材料类型及内部环境,然后阐述了PEMFC中铝合金双极板的服役问题,并对近年来铝合金双极板的表面改性进行分类。重点概括了铝合金表面金属及其化合物涂层(贵金属、金属氮/碳化物、镍磷金属涂层)与非金属涂层(碳基涂层、高分子聚合物涂层)的结构设计、成分优化、服役性能特点。分析结果表明,选用低成本、具有良好耐蚀性和导电性的金属惨杂的无定型碳、金属碳/氮化物涂层,能降低双极板生产成本,提高双极板工作性能,并对涂层设计出多层复合涂层,能打断涂层中的细长针孔缺陷,提高涂层的完整性和致密性。在铝合金表面进行改性研究,以提高其耐蚀性、导电性及服役稳定性,对推动铝合金双极板在PEMFC电堆中的应用至关重要。

关键词：质子交换膜燃料电池铝合金双极板表面改性金属涂层非金属涂层

TiAl合金表面Al-Y渗层的组织及高温抗氧化性能

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机械工程学报 2024年

作者：李涌泉郝清锐梁国栋王存喜刘树静北方民族大学材料科学与工程学院北方民族大学机电工程学院

通过930℃下保温2h的扩散渗工艺在TiAl合金表面制备了Al-Y渗层，采用SEM、XRD、EDS分析了渗层的组织结构及相组成，对比研究了TiAl基体及渗层在1000℃下的高温氧化性能。结果表明：该工艺下制备的渗层厚约为53μm，具有复合结构，由外... 详细信息

通过930℃下保温2h的扩散渗工艺在TiAl合金表面制备了Al-Y渗层，采用SEM、XRD、EDS分析了渗层的组织结构及相组成，对比研究了TiAl基体及渗层在1000℃下的高温氧化性能。结果表明：该工艺下制备的渗层厚约为53μm，具有复合结构，由外向内依次为TiAl3、TiAl2浅表层，TiAl3中间层和TiAl2内层，且渗层与基体为良好的冶金结合。高温氧化试验表明：TiAl基体氧化过程中形成的富Ti氧化物外层和TiO2+Al2O3次外层，氧化膜结构疏松，无法阻碍O元素的内扩散，导致氧化膜反复剥落，最终引发灾难性氧化；Al-Y渗层在氧化时表面形成致密的Al2O3膜层，阻碍了O元素的内扩散，有效的提高了合金的高温抗氧化性能，随着氧化时间的延长，氧化后期Al元素的内/外扩散及Ti的外扩散导致渗层表面氧化膜发生剥落，但未剥落的残余渗层依旧与基体保持着良好的冶金结合，对基体合金的抗高温氧化仍具备保护性。

关键词： TiAl合金 Al-Y渗层组织结构高温氧化

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螺旋套管换热器大变形与热应力分析

机械设计与制造 2024年第3期 288-291页

作者：刘少北鲍泽威范沐易黄卫星四川轻化工大学机械工程学院四川自贡643000 四川大学化学工程学院四川成都610065 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000

采用“流-固”共轭传热与“热-固”单向耦合的方法,分析了螺旋套管换热器对流换热特性、热膨胀大变形以及对热应力计算的影响。结果表明:受离心力影响,螺旋管及夹层流体质点形成二次流混合强化螺旋外侧换热,螺旋内管外侧比同一截面内侧... 详细信息

采用“流-固”共轭传热与“热-固”单向耦合的方法,分析了螺旋套管换热器对流换热特性、热膨胀大变形以及对热应力计算的影响。结果表明:受离心力影响,螺旋管及夹层流体质点形成二次流混合强化螺旋外侧换热,螺旋内管外侧比同一截面内侧点温度更低;在高温换热工况下,在螺旋管因热膨胀而出现显著的变形,其变形量与管壁厚度处于同一数量级,高温工况下螺旋套管换热器热应力计算属于大变形问题,采用大变形有限单元非线性计算结果比小位移线性计算的热应力更大、更加符合实际。最后,以减小热应力为优化目标,对螺旋套管T型接头布置方位进行了优化,当接管径向布置时热应力比轴向布置减小约1/3。

关键词：螺旋套管换热器热膨胀大变形热应力结构优化

核黄素加速X80管线钢SRB腐蚀和低周疲劳失效研究

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钢铁研究学报 2024年第6期36卷 752-765页

作者：付磊蹇科林莉颜士森张应迁罗云蓉四川轻化工大学机械工程学院四川宜宾644000 四川大学灾变力学与工程防灾四川省重点实验室四川成都610065 四川轻化工大学材料科学与工程学院四川自贡643000 钒钛资源综合利用四川省重点实验室四川攀枝花617000 成都理工大学材料与化学化工学院四川成都610059 四川轻化工大学土木工程学院四川自贡643000

埋地管道服役的土壤中多种微生物杂居,产电微生物分泌的电子穿梭体可能会影响微生物的腐蚀行为;且管道常出现低频压力波动、长期承受交变载荷作用,会使其产生低周疲劳。基于此,在研究硫酸盐还原菌对X80管线钢腐蚀的基础上,探究内源性电... 详细信息

埋地管道服役的土壤中多种微生物杂居,产电微生物分泌的电子穿梭体可能会影响微生物的腐蚀行为;且管道常出现低频压力波动、长期承受交变载荷作用,会使其产生低周疲劳。基于此,在研究硫酸盐还原菌对X80管线钢腐蚀的基础上,探究内源性电子穿梭体核黄素对微生物腐蚀疲劳的影响。结果表明:核黄素通过加速电子转移,促进了细菌腐蚀金属,但没有改变腐蚀产物及历程。在4组0.4%~0.7%应变幅下,2组预腐蚀体系相对未腐蚀体系疲劳寿命分别降低了17.5%~27.8%和33.5%~58.1%;随着应变幅增大,塑性应变幅在总应变幅中的占比也逐渐增大;腐蚀前后材料的循环响应特征和Masing特性没有改变;由应变、应变能密度和疲劳韧性寿命曲线预测结果可知:细菌腐蚀对钢材的塑性应变寿命影响显著,且疲劳断口分析验证了细菌腐蚀会加速钢材塑性失效。

关键词： X80管线钢硫酸盐还原菌核黄素低周疲劳

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电机-行星齿轮集成系统动力学建模与分析

机械设计与制造 2024年

作者：刘长钊董小琪孙承洁王勇维宁尔(中国)电子有限公司重庆电子工程职业学院智能制造与汽车学院重庆大学机械传动国家重点实验室

提出了一种用于电动汽车的新型一体化电机-行星齿轮集成系统构型。该构型取消了电机输出端轴承支撑，电机输出轴直接与太阳轮连接并由其支撑。针对该新构型，建立了电机-行星齿轮系统的机电耦合动力学模型，研究了稳定转速和变速过程下... 详细信息

提出了一种用于电动汽车的新型一体化电机-行星齿轮集成系统构型。该构型取消了电机输出端轴承支撑，电机输出轴直接与太阳轮连接并由其支撑。针对该新构型，建立了电机-行星齿轮系统的机电耦合动力学模型，研究了稳定转速和变速过程下系统动力学特性，揭示了该集成系统的机电耦合作用机理。研究发现：由于行星齿轮机构的对称性，取消电机输出端轴承支撑并不会明显恶化系统动力学特性，反而在行星齿轮机构对称性遭到破坏时，可以明显改善系统动力学特性，从而验证了所提构型的可行性。

关键词：电动车电机-行星齿轮集成系统机电耦合动力学

口腔常用金属材料钛合金微生物腐蚀最新研究进展

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热加工工艺 2024年

作者：谭明星付磊林莉罗云蓉颜士森王正国牟杰爽过程装备与控制四川省高校重点实验室钒钛资源综合利用四川省重点实验室四川大学灾变力学与工程防灾减灾四川省重点实验室四川轻化工大学材料科学与工程学院四川轻化工大学机械工程学院

口腔医用金属材料服役过程中长期处于种类繁多的微生物电解质生理环境,这一复杂的酸性电解质环境会诱发医用金属材料产生微生物腐蚀,钛及其合金作为牙科领域广泛使用的口腔金属材料,研究其作为植入体材料在口腔服役环境中的微生物腐蚀... 详细信息

口腔医用金属材料服役过程中长期处于种类繁多的微生物电解质生理环境,这一复杂的酸性电解质环境会诱发医用金属材料产生微生物腐蚀,钛及其合金作为牙科领域广泛使用的口腔金属材料,研究其作为植入体材料在口腔服役环境中的微生物腐蚀失效机制并探索防腐蚀的措施具有重要意义。为此,以口腔植入体金属材料应用为研究背景,重点围绕钛合金微生物腐蚀及其相互作用失效机制等关键问题,综述了常见4种口腔微生物(变形链球菌、白色念珠菌、血链球菌、牙龈卟啉菌)对钛及其钛合金腐蚀研究现状;探讨了钛材在口腔环境中的腐蚀机理,并对口腔植入体材料进行展望,旨在为口腔植入体金属材料腐蚀与防护设计提供参考。

关键词：钛及其合金口腔微生物腐蚀机理腐蚀与防护

基于自适应多曝光融合的高动态范围表面测量方法

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 173-182页

作者：雷经发谢浩然李永玲吴东张淼赵汝海安徽建筑大学机械与电气工程学院安徽合肥230601 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室安徽合肥230601 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题,提出一种改进的多曝光融合方法,利用自适应曝光代替手动曝光,并对图像融合过程进行优化。首先,将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析,将被测物体表面... 详细信息

为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题,提出一种改进的多曝光融合方法,利用自适应曝光代替手动曝光,并对图像融合过程进行优化。首先,将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析,将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组,分别计算出每个组别的最佳曝光时间;在此基础上,拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像,并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域,再将投射白光处理后的图像制作成掩模图,与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘,进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合;最后,通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度,并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明:文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性,U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%,测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm,相对误差仅为0.69%,该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题,提高了三维轮廓的测量精度。

关键词：高动态范围表面物体自适应曝光时间多曝光融合技术三维轮廓检测

基于改进SSA-BP神经网络的钠硫电池拆解刀具温度预测模型研究

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机床与液压 2024年第9期52卷 100-107,127页

作者：屈朝阳胡光忠王平薛祥东四川轻化工大学机械工程学院四川宜宾644000 攀枝花市先进制造技术重点实验室四川攀枝花617000

钠硫电池中含有大量的高纯度钠,在自动化拆解过程中存在燃烧、爆炸等安全风险。针对钠硫电池在车削拆解时存在的安全性问题,提出一种改进SSA-BP神经网络算法来预测刀具加工的最高温度。利用ABAQUS软件计算出刀具加工的实时温度,通过电... 详细信息

钠硫电池中含有大量的高纯度钠,在自动化拆解过程中存在燃烧、爆炸等安全风险。针对钠硫电池在车削拆解时存在的安全性问题,提出一种改进SSA-BP神经网络算法来预测刀具加工的最高温度。利用ABAQUS软件计算出刀具加工的实时温度,通过电池拆解实验验证仿真数据的可靠性;然后以仿真温度数据建立样本,利用Tent混沌映射对SSA-BP神经网络算法进行优化,建立刀具温度仿真预测模型。实验结果表明:该仿真预测模型收敛速度快,鲁棒性强,模型误差小。

关键词：钠硫电池刀具温度预测模型改进SSA-BP神经网络 Tent混沌映射

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强反射表面的自适应双目数字条纹投影法

激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 115-125页

作者：雷经发赵波赵汝海李永玲张淼安徽建筑大学机械与电气工程学院安徽合肥230601 安徽省工程机械智能制造重点实验室安徽合肥230601 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000

双目数字条纹投影在三维形貌测量中应用广泛,但对于表面反射率变化较大的物体,过度曝光会导致数字条纹信息丢失,从而降低测量精度。基于此,提出一种自适应双目数字条纹投影方法。首先,向物体表面投射不同强度的灰度图,制作掩模图像,生... 详细信息

双目数字条纹投影在三维形貌测量中应用广泛,但对于表面反射率变化较大的物体,过度曝光会导致数字条纹信息丢失,从而降低测量精度。基于此,提出一种自适应双目数字条纹投影方法。首先,向物体表面投射不同强度的灰度图,制作掩模图像,生成多组饱和点像素簇,计算饱和点像素簇中的物体表面反射率,并在像素簇中逐像素确定饱和像素点的最佳投影光强值;其次利用相机-投影仪像素点映射关系,将生成的自适应数字条纹序列投影至物体表面;最后利用多频外差法进行解相,通过左右相机相位匹配完成物体三维形貌重建。实验结果表明,相比现有双目方法,所提方法的相位均方根误差和平均相对误差分别减小了99.57%和96.57%,更加准确地实现饱和曝光区域相位的提取和匹配,拟合模型高度相对误差减小了72.12%,提高了对强反射物体表面三维形貌的测量精度。

关键词：相位测量自适应条纹双目视觉强反射表面三维形貌重建