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超声冲击制备自支撑铜电极用于析氢反应

超声冲击制备自支撑铜电极用于析氢反应

作者：成美玥天津大学

学位级别：硕士

电解水制氢是发展新型清洁能源的一种有效途径。开发高效、廉价的金属基催化剂成为降低电解水成本、促进其实际应用的重要手段。相比Pt基催化剂,Cu、Ag等IB族金属氢吸附能力较弱,HER性能较差,但成本低廉,导电性良好,适合制备自支撑电极... 详细信息

电解水制氢是发展新型清洁能源的一种有效途径。开发高效、廉价的金属基催化剂成为降低电解水成本、促进其实际应用的重要手段。相比Pt基催化剂,Cu、Ag等IB族金属氢吸附能力较弱,HER性能较差,但成本低廉,导电性良好,适合制备自支撑电极。利用缺陷工程对其表面结构进行调控,便可降低氢吸附能,大幅度提升自支撑电极的HER催化性能。但目前的自支撑电极制备方法仍具有诸多限制性,如何利用可扩展的方法实现缺陷工程与自支撑电极的结合仍然是一个挑战。本论文首次将超声冲击纳米化(UIN)技术引入催化领域,快速制备了具有大面积表层纳米结构的超声冲击Cu板。并结合硝酸酒精刻蚀法,利用硝酸酒精的刻蚀作用,对UIN处理后的铜板表面进行逐层剥离,制备出具有大量表面位错的自支撑Cu电极。在0.1 M KOH溶液中,该自支撑电极表现出较高的电催化析氢反应(HER)活性,电流密度为10 m A cm时,过电位为353 m V,比空白Cu板高出约200 m V。更为重要的是,自支撑铜电极在稳定性测试过程中表现出自优化性能,100 h后过电位降至246 m V。研究结果表明,位错处原子具有更低的氢吸附自由能。因此,表面位错的存在可以显著增强Cu的H吸附能力,从而带来高效的HER活性。此外,我们也验证了UIN技术的普适性,并对结构、硬度等影响超声冲击效果的因素进行了探究。

关键词：超声冲击自支撑电极 HER 位错铜

超声冲击与超声喷丸强化铝合金搅拌摩擦焊缝根部弱连接研究

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超声冲击与超声喷丸强化铝合金搅拌摩擦焊缝根部弱连接研究

作者：詹睿天津大学

学位级别：硕士

搅拌摩擦焊(FSW)技术作为一种新型固相连接技术,可有效解决铝合金传统焊接性问题。然而,铝合金FSW技术因自身工艺特点存在着固有缺陷——根部“弱连接”。该缺陷对高速轨道列车车体两种常见失效问题:疲劳和应力腐蚀开裂具有不利影响,极... 详细信息

搅拌摩擦焊(FSW)技术作为一种新型固相连接技术,可有效解决铝合金传统焊接性问题。然而,铝合金FSW技术因自身工艺特点存在着固有缺陷——根部“弱连接”。该缺陷对高速轨道列车车体两种常见失效问题:疲劳和应力腐蚀开裂具有不利影响,极大地限制了FSW技术在车体承载结构等关键位置的应用。在保证耐应力腐蚀性能的前提下,为改善含根部“弱连接”FSW接头的疲劳性能,针对6082-T6铝合金的根部“弱连接”缺陷开展了如下研究内容:首先,设计并制备了含0.5mm“弱连接”缺陷的FSW接头;随后,相对于传统的处理方式,本研究率先采用超声冲击、超声喷丸、超声冲击+超声喷丸三类工艺组合对接头的焊缝根部分别进行强化处理;针对上述强化处理前后的FSW接头,探究了4种不同状态下接头力学性能、疲劳性能及耐蚀性能的差异。对比了相应接头试样的断口形貌,借助微观组织观察、显微硬度测试、残余应力测量以及数字图像相关技术表征等分析手段对接头疲劳性能的改善机理进行了探究。测试结果表明,相较于焊态接头,三种处理态接头各项性能均有提升。其中,超声喷丸态接头的抗拉强度提升最为显著,由189 MPa提高至206 MPa;抗弯曲强度则是超声冲击+超声喷丸工艺组合处理效果最佳,由354 MPa提高至377MPa。此外,处理后接头的耐点蚀性能也得到了提升,其中超声喷丸处理接头的腐蚀电流密度相对于焊态接头降低了1个数量级;在Na Cl腐蚀条件下,超声冲击+超声喷丸接头的慢应变拉伸强度由原始焊态接头的173 MPa提升至188 MPa。对于接头的疲劳性能,超声喷丸、超声冲击+超声喷丸均显著提升了接头疲劳性能,对应于2×10周次,疲劳强度分别提高13%和40%,而超声冲击态接头仅高应力区疲劳寿命得到提升。宏观疲劳断口表明,三种处理态接头的疲劳裂纹在启裂及扩展过程呈现出更为显著的撕裂状态。通过金相分析发现处理后的“弱连接”缺陷形貌发生变化;有限元分析结果表明,由于缺陷取向的变化,缺陷尖端的应力强度因子有所降低,这些因素促进了处理后接头疲劳性能的提升。此外,研究发现,处理态接头的根部发生了强化,出现大量的高密度位错区,显微硬度显著提升;强化处理对FSW接头根部引入了高值压缩残余应力,均对于接头的力学性能、疲劳性能和耐蚀性能起到不同程度的提升作用。数字图像相关法(DIC)测试分析表明,处理态接头“弱连接”区域承载能力提升,对于接头性能的提升存在重要意义。

关键词：搅拌摩擦焊根部“弱连接” 超声冲击超声喷丸疲劳性能强化机制

超声冲击消除高强钢焊接残余应力的数值模拟研究

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船舶力学 2016年第11期20卷 1433-1440页

作者：李良碧万正权江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

焊接残余应力会对结构的力学特性带来不利的影响,而超声冲击能较有效地消除大型焊接结构残余拉应力,起到大幅增加结构疲劳强度的作用。该文首先采用热弹塑性方法对超声冲击前的高强钢平板焊接残余应力进行分析,然后采用瞬态动力学方法... 详细信息

焊接残余应力会对结构的力学特性带来不利的影响,而超声冲击能较有效地消除大型焊接结构残余拉应力,起到大幅增加结构疲劳强度的作用。该文首先采用热弹塑性方法对超声冲击前的高强钢平板焊接残余应力进行分析,然后采用瞬态动力学方法对焊接残余应力的超声冲击消除进行三维仿真研究,最后对超声冲击前后残余应力的数值计算结果与试验结果进行对比分析研究。由分析结果可知:超声冲击前高强钢平板焊缝附近存在较大的残余拉应力,呈双峰分布;超声冲击后较大的残余拉应力转化为残余压应力;数值模拟结果与试验结果相一致。并且,平板厚度方向的应力经过超声冲击后表现为应力的均匀化。文中研究结果可为高强钢大型焊接结构超声冲击消除残余应力进行合理评估和后续进行相关力学特性研究提供理论基础和技术支撑。

关键词：超声冲击高强钢焊接残余应力数值模拟

超声冲击强化对TC4钛合金拉压疲劳性能的影响

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中国表面工程 2017年第2期30卷 48-55页

作者：曹小建片英植金江许罗鹏王宠王清远南通大学建筑工程学院江苏南通226019 四川大学空天科学与工程学院成都610065 韩国鲜文大学机械工程学院中国民航飞行学院物理系四川广汉61830

静荷载25 N、振幅30μm、冲击数36 000次/mm2下对TC4钛合金去应力退火及固溶时效两种状态进行超声表面冲击强化处理,研究其对TC4拉压疲劳性能的影响。对处理后的微观组织、硬度、强塑性变形(SPD)层、残余应力、疲劳性能和断裂特征进行... 详细信息

静荷载25 N、振幅30μm、冲击数36 000次/mm2下对TC4钛合金去应力退火及固溶时效两种状态进行超声表面冲击强化处理,研究其对TC4拉压疲劳性能的影响。对处理后的微观组织、硬度、强塑性变形(SPD)层、残余应力、疲劳性能和断裂特征进行分析。结果表明:处理后在TC4表面均获得约40μm深的强塑性变形层、表面硬度及残余压应力均被提高、表面粗糙度有较好的维持、两种状态的108周次的疲劳强度分别提升7.0%和10.7%;10~6周次前裂纹主要由表面萌生,10~6周次后裂纹源核心表现为SPD层与核心之间的变形α相,其形状狭长且平行于试件边缘。建立经典材料力学模型对其轴向应力进行分析,有助于理解内部裂纹源。

关键词：超声冲击疲劳裂纹钛合金

超声冲击MB8镁合金的耐磨性与显微硬度试验（英文）

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稀有金属材料与工程 2017年第7期46卷 1798-1802页

作者：于影霞何柏林吕宗敏雷思涌夏崧崧华东交通大学江西南昌330013 载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013

采用HJ-III型超声冲击设备对MB8镁合金表面进行冲击处理,利用高倍透射电子显微镜研究了超声冲击表层的微观组织及晶粒细化机制。对经超声冲击处理和未冲击处理的MB8镁合金的耐磨性能进行了对比研究。采用扫描电镜和显微硬度计分别研究... 详细信息

采用HJ-III型超声冲击设备对MB8镁合金表面进行冲击处理,利用高倍透射电子显微镜研究了超声冲击表层的微观组织及晶粒细化机制。对经超声冲击处理和未冲击处理的MB8镁合金的耐磨性能进行了对比研究。采用扫描电镜和显微硬度计分别研究了超声冲击处理对磨损表面形貌和显微硬度的影响。结果表明:超声冲击使MB8镁合金的表面出现了严重的塑性变形,塑变层深度约为180μm,表面组织明显得到细化。耐磨性能和显微硬度随超声冲击时间的延长而提高。与未冲击试样相比,在冲击时间为6 min时,冲击电流为1.2 A时,冲击试样的显微硬度和耐磨性分别提高了102.8%和51.83%。

关键词：超声冲击 MB8镁合金微观组织硬度耐磨性能

超声冲击对2A12铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为的影响

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焊接学报 2020年第10期41卷 38-41,78,I0003页

作者：张体明邓云发陈玉华方瑜胡学兵南昌航空大学南昌330063 上海航天装备制造总厂上海200245 中油国际管道有限公司北京100007

采用腐蚀挂片和动电位极化曲线测试对比研究了超声冲击前后2A12铝合金搅拌摩擦焊接头在3.5%NaCl水溶液中的腐蚀行为.试验结果表明,超声冲击后接头的平均腐蚀速率是冲击前的1/2,未冲击试样热影响区的自腐蚀电位为-0.629 V(Ag/AgCl),腐蚀... 详细信息

采用腐蚀挂片和动电位极化曲线测试对比研究了超声冲击前后2A12铝合金搅拌摩擦焊接头在3.5%NaCl水溶液中的腐蚀行为.试验结果表明,超声冲击后接头的平均腐蚀速率是冲击前的1/2,未冲击试样热影响区的自腐蚀电位为-0.629 V(Ag/AgCl),腐蚀倾向最高,由点蚀和晶间腐蚀引起的腐蚀坑平均深度达到125μm;经过超声冲击处理后,接头各区的自腐蚀电位升高,腐蚀电流密度降低,表面基本呈现均匀腐蚀的形态,最大腐蚀深度不超过40μm.超声冲击使材料表层晶粒发生细化和致密化,是材料耐蚀性能提高的主要原因.

关键词： 2A12铝合金搅拌摩擦焊超声冲击腐蚀行为

超声冲击工艺参数对装甲铝合金焊接应力影响的有限元分析

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焊接学报 2016年第2期37卷 9-12,84页

作者：贾翠玲陈芙蓉内蒙古工业大学材料科学与工程学院呼和浩特010051 内蒙古工业大学工程训练中心呼和浩特010051

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金焊后超声冲击的有限元模型,预测不同超声冲击工艺参数对7A52铝合金残余应力大小和分布的影响.分析了超声冲击振幅、频率、静压力对焊接残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击工艺参数对7A52铝合金... 详细信息

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金焊后超声冲击的有限元模型,预测不同超声冲击工艺参数对7A52铝合金残余应力大小和分布的影响.分析了超声冲击振幅、频率、静压力对焊接残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击工艺参数对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响因素.结果表明,超声冲击振幅对残余应力场影响显著,频率次之,静压力对残余应力场影响最小;增大冲击振幅能够显著提高焊缝接头处的残余压应力值,且会增大压应力产生区域;增大超声冲击频率,会增加接头处残余压应力值,但增加的幅度有限;静压力对残余压力影响不明显.用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致.

关键词：超声冲击残余应力数值计算 7A52铝合金

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超声冲击纳米化的研究现状与进展

表面技术 2019年第8期48卷 113-121页

作者：曹小建吴昌将顾镇媛陈强福岛良博刘永杰王清远南通大学交通与土木工程学院江苏南通226019 四川大学建筑与环境学院成都610065 九州大学大学院工学府日本福冈819-0395

首先介绍了超声冲击金属表面致纳米化的原理、强塑性变形诱导形成纳米晶的机理及纳米晶尺寸和晶粒取向的分析手段,然后结合表面静压力、振幅、单位面积冲击次数等参数变化,总结了超声冲击对金属硬度、粗糙度、残余应力及疲劳性能的影响... 详细信息

首先介绍了超声冲击金属表面致纳米化的原理、强塑性变形诱导形成纳米晶的机理及纳米晶尺寸和晶粒取向的分析手段,然后结合表面静压力、振幅、单位面积冲击次数等参数变化,总结了超声冲击对金属硬度、粗糙度、残余应力及疲劳性能的影响。超声冲击后,材料表面硬度会大幅提升,表面形貌规则且平整度得到改善。超声冲击诱导产生的纳米晶和残余压应力对提高材料疲劳强度有积极作用。统计认为,超声冲击表面强化对弯曲疲劳试件疲劳性能的提升更大,且试件10^7周次以上的疲劳极限在(0.50~0.65)σb内。对于处理后产生相变的材料,硬度和强度更高的相甚至能将表层硬度和疲劳极限提高到2倍。最后,综合阐述了超声冲击表面强化与等离子氮化、TiN生物覆膜、常规喷丸及激光喷丸等复合处理方式对材料性能的影响,并提出了基于超声冲击纳米化进行混合表面处理需注意的事项:工艺参数和处理顺序要恰当;考虑环境腐蚀时,要对纳米表面进行二次保护,从而提高材料的综合性能;纯机械方式复合处理要根据技术特点来筛选。

关键词：超声冲击纳米化腐蚀植入物疲劳复合表面处理

超声冲击改善表面制备ESD阻燃层钛合金疲劳性能技术研究

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超声冲击改善表面制备ESD阻燃层钛合金疲劳性能技术研究

作者：司彦龙中国农业机械化科学研究院

学位级别：硕士

钛合金因其优异的性能被广泛应用于航空发动机中的各个部件,但在航空发动机工作环境中的钛合金易发生钛火故障。目前国内外防钛火技术中在钛合金表面制备阻燃涂层的优点明显,但同时会降低钛合金构件的疲劳性能。本研究采用超声冲击的方... 详细信息

钛合金因其优异的性能被广泛应用于航空发动机中的各个部件,但在航空发动机工作环境中的钛合金易发生钛火故障。目前国内外防钛火技术中在钛合金表面制备阻燃涂层的优点明显,但同时会降低钛合金构件的疲劳性能。本研究采用超声冲击的方式处理表面制备电火花沉积(ESD)阻燃层钛合金构件,实现了表面制备ESD阻燃层钛合金构件疲劳性能的提升。本研究的主要内容和结论如下:基于超声冲击的运动过程,对超声冲击处理后材料表面粗糙度和残余应力分布进行了理论计算与分析,并对超声冲击枪进行了设计改进。设计并搭建了三轴自动化超声冲击试验系统,该系统主要包括超声冲击部分和移动控制部分,通过数控机床控制超声冲击枪的移动实现超声冲击自动化处理,试验结果表明经超声冲击处理后制备有ESD阻燃层钛合金试样表面粗糙度大幅度降低,有效改善了试样的表面质量。通过对超声冲击处理工艺参数的研究,得出超声冲击处理的较优工艺参数为进给速度2mm/s,输出振幅32μm,预压力60N,在该工艺参数下,经超声冲击处理后制备有ESD阻燃层钛合金试样的表面质量最好。对经超声冲击处理前后的制备ESD阻燃层钛合金试样进行了疲劳性能和阻燃性能测试,结果表明:在阻燃性能不变的情况下提升了疲劳性能。

关键词：钛合金 ESD阻燃层超声冲击疲劳性能阻燃性能