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基于ReliefF算法的钛合金电弧增材沉积层尺寸与光谱特性的相关性分析

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 2002-2010页

作者：肖笑王雪晴张弛葛学元李芳河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 中机新材料研究院(郑州)有限公司河南郑州450007 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

电弧增材制造具有沉积效率高、成本低、沉积形状和尺寸不受限制等优点,而目前电弧增材制造成型件的成型精度难以精确保证。沉积层尺寸作为评价构件成型质量的标准之一,对判断加工质量以及缺陷补偿至关重要。实时监测电弧增材制造过程中... 详细信息

电弧增材制造具有沉积效率高、成本低、沉积形状和尺寸不受限制等优点,而目前电弧增材制造成型件的成型精度难以精确保证。沉积层尺寸作为评价构件成型质量的标准之一,对判断加工质量以及缺陷补偿至关重要。实时监测电弧增材制造过程中沉积层尺寸的变化状态,对于优化工艺参数,确保增材制造构件的成型质量具有重要意义。电弧光谱信息可以反映电弧状态,电弧状态与成型质量密切相关,因此研究电弧光谱与沉积层尺寸的关系具有重要意义。以钛合金(TC4)材料作为基板和焊丝,电弧等离子体光谱信号为研究对象,研究GTAW增材电弧光谱特性与沉积层尺寸的相关性。搭建光谱采集系统,采集熔池上方、熔池外围、钨极下方不同位置的电弧光谱信号。基于谱线分离性高原则,分别选取波长为404.20 nm的TiⅠ谱线、波长为416.36 nm的TiⅡ谱线、波长为420.20、434.81、480.50和487.98 nm的ArⅡ谱线以及波长为696.54和794.82 nm的ArⅠ谱线,提取其谱线的峰强特征,结合ReliefF算法分别挖掘不同谱线强度特征与沉积层尺寸的相关性。结果表明,三组位置的所有谱线中熔池上方的波长为404.03 nm的TiⅠ元素谱线、416.36 nm的TiⅡ元素谱线以及794.82 nm的ArⅠ元素谱线谱峰强度特征与沉积层尺寸具有较强的相关性。分别研究相同位置的不同谱线峰强特征与沉积层尺寸的相关性差异,结果表明熔池上方与沉积层尺寸相关性最大特征谱线为波长696.54 nm的ArⅠ谱线、熔池外围和钨极下方与沉积层尺寸相关性最大的特征谱线为波长794.82的ArⅠ谱线。为减小随机误差,采用PCA算法将三个电弧光谱采集位置上与沉积层尺寸相关性最大的谱线对应的强度特征进行融合,获得新的融合特征,结合K近邻算法建立沉积层尺寸预测模型,分别计算这四个特征预测样本类别的准确率,发现融合特征预测样本所属的沉积层尺寸的准确率更高。基于此新特征结合阈值分割法实现动态监测沉积层尺寸变化。

关键词：电弧光谱特征选择特征融合 ReliefF

镁合金电弧增材技术基本工艺及工艺因素影响综述

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材料导报 2024年第7期38卷 189-197页

作者：凌子涵王利卿张震赵占勇白培康中北大学材料科学与工程学院太原030051 太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材... 详细信息

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。

关键词：镁合金电弧增材制造工艺因素成型质量微观组织力学性能

SA765Gr.Ⅱ合金钢热拉伸本构模型的参数反求

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材料热处理学报 2024年第6期45卷 165-173页

作者：杨圳陈学文苏志毅孙佳伟周正毛怡然周旭东河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳 471023

在温度为950～1150℃,应变速率为0.01～5 s-1的条件下,使用Gleeble-1500D热模拟实验机对SA765Gr.Ⅱ合金钢进行了等温热拉伸实验以研究其热拉伸变形行为.首先通过线性回归方法推导了 SA765Gr.Ⅱ合金钢的Norton-Hoff模型参数,之后提出了... 详细信息

在温度为950～1150℃,应变速率为0.01～5 s-1的条件下,使用Gleeble-1500D热模拟实验机对SA765Gr.Ⅱ合金钢进行了等温热拉伸实验以研究其热拉伸变形行为.首先通过线性回归方法推导了 SA765Gr.Ⅱ合金钢的Norton-Hoff模型参数,之后提出了一种基于自适应模拟退火(ASA)算法求解本构模型参数的方法(反求方法).结果表明:相比于回归方法,反求方法构建的模型预测相关系数R从0.9831提高到0.9958、均方根误差RMAE由6.392降低至3.603、平均相对误差AARE由5.38％降低至3.69％.线性回归方法构建的模型预测误差期望与标准偏差分别为0.97和8.76,反求方法构建的模型预测误差期望与标准偏差分别为0.13和5.14.通过反求方法构建的Norton-Hoff模型预测精度得到了提高.

关键词： SA765Gr.Ⅱ合金钢 Norton-Hoff模型自适应模拟退火算法反求方法

SA-765 Gr.Ⅱ钢的热变形行为及再结晶临界应变模型

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材料热处理学报 2024年第5期45卷 152-160页

作者：孙佳伟陈学文苏志毅杨圳徐栋栋周正刘铭阳周旭东河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471000

采用Gleeble-1500D型热模拟实验机进行SA-765 Gr.Ⅱ钢等温热压缩实验,压缩变形温度分别为1000、1050、1100、1150和1200℃,应变速率分别为0.005、0.01和1 s^(-1),最大压缩变形量为50%。基于热压缩变形过程的真应力-真应变数据,采用加工... 详细信息

采用Gleeble-1500D型热模拟实验机进行SA-765 Gr.Ⅱ钢等温热压缩实验,压缩变形温度分别为1000、1050、1100、1150和1200℃,应变速率分别为0.005、0.01和1 s^(-1),最大压缩变形量为50%。基于热压缩变形过程的真应力-真应变数据,采用加工硬化率法和三次多项式拟合,求得不同变形条件下SA-765 Gr.Ⅱ钢的临界应力与临界应变,建立了关联Zener-Hollomon参数的动态再结晶临界应变模型。结果表明:变形温度和应变速率会极大地影响SA-765 Gr.Ⅱ钢的动态再结晶机制的启动,动态再结晶临界应变与变形温度成反比,与应变速率成正比。动态再结晶临界应变模型为:ε_(c)=0.201035Z^(0.000402),依据模型计算得到的临界应变预测值与实验值之间的相关系数达到了0.9765。

关键词：动态再结晶 Zener-Hollomon 临界应变模型微观组织演变

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硅基SiC薄膜制备与应用研究进展

材料导报 2024年第7期38卷 26-39页

作者：杨晨光王秀峰陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021

碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立... 详细信息

碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法和物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。

关键词：硅基碳化硅薄膜化学气相沉积物理气相沉积微机电系统传感器生物传感器太阳能电池

MOF/聚吡咯/石墨烯三元复合气凝胶的制备与电化学性能

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复合材料学报 2024年第2期41卷 723-734页

作者：逄其涵宋慧敏刘佳豪王凯韩永芹山东科技大学材料科学与工程学院青岛266590

具有丰富多孔结构的金属有机框架(MOF)差的导电性限制了其在超级电容器电极材料中的实际应用。将MOF晶体材料内嵌于石墨烯(GE)气凝胶三维网络结构中,协同聚吡咯(PPy)的共轭长链构筑3D分级多孔结构的同时可实现导电PPy的高水平及稳定掺杂... 详细信息

具有丰富多孔结构的金属有机框架(MOF)差的导电性限制了其在超级电容器电极材料中的实际应用。将MOF晶体材料内嵌于石墨烯(GE)气凝胶三维网络结构中,协同聚吡咯(PPy)的共轭长链构筑3D分级多孔结构的同时可实现导电PPy的高水平及稳定掺杂,进一步提高复合气凝胶的超电容性能。首先以Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O和Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O为金属源,均苯三甲酸(H_(3)BTC)为有机配体,水热制备得到单金属CoMOF、Ni-MOF和双金属CoNi-MOF晶体材料;然后将MOF晶体材料与吡咯(Py)、氧化石墨烯(GO)通过一步水热法制备得到MOF/PPy/GE三元复合气凝胶,采用SEM、TEM、FTIR、XRD、Raman和XPS等技术对复合材料的形貌、化学结构、掺杂结构进行表征。结果表明:双金属CoNi-MOF材料更易内嵌于气凝胶三维网络结构中,与石墨烯片层和PPy共轭长链共同构筑稳定的三维多孔网络结构,可有效抑制GE片层的堆积。电化学测试结果表明,CoNi-MOF/GE/PPy复合气凝胶(GPMOF-CoNi)比电容可达447 F/g,且循环10000圈电容保持率高达97%,表现出良好的超电容特性。

关键词：超级电容器金属有机框架聚吡咯石墨烯气凝胶

GH4151合金的热变形行为及动态再结晶研究

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机械工程学报 2024年第8期60卷 143-153页

作者：孙悦牛文龙张麦仓北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

借助MTS810-25T低周疲劳试验机在不同变形温度下对锻态GH4151合金进行热变形试验以研究变形温度对合金组织演变以及动态再结晶的影响。结果表明,GH4151合金热变形过程真应力应变曲线中的峰值应力随变形温度降低和应变速率增大而增加。... 详细信息

借助MTS810-25T低周疲劳试验机在不同变形温度下对锻态GH4151合金进行热变形试验以研究变形温度对合金组织演变以及动态再结晶的影响。结果表明,GH4151合金热变形过程真应力应变曲线中的峰值应力随变形温度降低和应变速率增大而增加。基于真应力应变曲线,经线性拟合获得锻态GH4151合金的Arrhenious本构方程,能够较好地描述锻态GH4151合金的热压缩变形规律,同时得到合金的热变形激活能Q=218.09 kJ/mol。微观组织分析表明,变形温度较低时,合金的动态再结晶中以γ′相诱发动态再结晶和在晶界弓出形核的不连续动态再结晶机制为主。变形温度升高,动态再结晶形核以不连续动态再结晶和以亚晶旋转聚合为特征的连续动态再结晶机制主导。

关键词： GH4151镍基高温合金热压缩变形本构方程热加工图动态再结晶

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Fe_(3)O_(4)与ZIF-9复合催化剂的制备及其快速降解亚甲基蓝的研究

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工程科学学报 2024年第2期46卷 268-278页

作者：何浩波李海旭姜天男徐良汪龙王嘉宁彭培益高紫赤覃宇鑫刘晓光薛文东北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/ZIF-9复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe_(3)O_(4)颗粒.Fe_(3)O_(4)的加入为ZIF-9提供了更多的成核位点,同时Fe_(3)O_(4)/钴盐... 详细信息

为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/ZIF-9复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe_(3)O_(4)颗粒.Fe_(3)O_(4)的加入为ZIF-9提供了更多的成核位点,同时Fe_(3)O_(4)/钴盐比例的变化也会影响ZIF-9的成核与生长.当Fe_(3)O_(4)/钴盐摩尔比为1∶1时,该催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率达到95.1%,催化反应10 min的伪一阶动力学常数达到0.101 min^(-1),在pH为5~9范围内保持稳定的高催化性能.X射线光电子能谱(XPS)结果表明铁和钴位点之间存在电子转移,并且钴和铁的协同作用可以降低钴的还原电位,从而加速钴的价态变化,提升催化速率.电磁共振实验(EPR)结果显示该催化剂可以活化过一硫酸盐生成单线态氧(^(1)O_(2))、硫酸根自由基(SO-4·)和羟基自由基(·OH),进一步通过活性因子淬灭实验发现其中单线态氧为主要活性物种.由此可知,Fe_(3)O_(4)/ZIF-9通过铁和钴位点的氧化还原循环催化PMS不断生成^(1)O_(2)、·OH和SO^(-)_(4)·,共同将亚甲基蓝分子降解成二氧化碳和水.此外,磁滞回线测试(VSM)结果显示,该复合材料饱和磁化强度值为7.6 A·m^(2)·kg^(-1),表明Fe_(3)O_(4)能赋予复合催化剂良好的铁磁性,同时该催化剂循环使用4次后仍保持较高的降解率,表明该复合催化剂具有良好的回收性能和重复使用性能.本研究为有机染料等污染物的治理提供了新的技术和材料支撑.

关键词：金属有机骨架超声溶剂热 Fe_(3)O_(4) ZIF-9 高催化速率磁性可回收

冷变形及时效处理对Cu-0.3Zr-0.2Cr合金组织与性能的影响

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 777-786页

作者：李政遨刘勇侯瑾睿周孟景柯邹晋贾延琳河南科技大学材料科学与工程学院洛阳471023 江西省科学院江西省铜钨新材料重点实验室南昌330096 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

采用真空熔炼法制备Cu-0.3Zr-0.2Cr合金,将其热锻后在900℃进行固溶处理,随后进行轧制量30%与60%的冷轧处理,之后再对合金进行(400~550℃,0~360 min)的时效处理;对时效处理后合金进行性能测试及显微组织观察。结果表明:固溶后的合金再经... 详细信息

采用真空熔炼法制备Cu-0.3Zr-0.2Cr合金,将其热锻后在900℃进行固溶处理,随后进行轧制量30%与60%的冷轧处理,之后再对合金进行(400~550℃,0~360 min)的时效处理;对时效处理后合金进行性能测试及显微组织观察。结果表明:固溶后的合金再经过60%的冷轧+450℃时效120 min后拥有较好的性能,硬度可达179HV,抗拉强度为467 MPa,导电率为88.5%IACS,伸长率为12.1%,此时合金主要存在Copper织构;在450℃时效360 min后合金的主要织构转变为Brass织构,织构的转变对合金的延展性有一定的影响;时效处理后,基体析出大量纳米尺寸的Cr相,这导致合金的强度与导电率大幅升高。

关键词： Cu-0.3Zr-0.2Cr合金轧制时效处理强化机理

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