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基于集磁器的电磁冲裁工艺的设计与模拟

中国机械工程 2020年第11期31卷 1368-1377页

作者：徐佳辉黄亮李建军洪秀冬苏红亮华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074 材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

基于LS-DYNA R8.0有限元软件,建立了航天领域中运载火箭用膜片的基于集磁器的电磁冲裁成形工艺有限元模型,揭示了集磁器作用下电流、磁场、磁场力和板料应力状态等的变化规律,并优化了放电电压和坯料直径等工艺参数。结果表明:集磁器的... 详细信息

基于LS-DYNA R8.0有限元软件,建立了航天领域中运载火箭用膜片的基于集磁器的电磁冲裁成形工艺有限元模型,揭示了集磁器作用下电流、磁场、磁场力和板料应力状态等的变化规律,并优化了放电电压和坯料直径等工艺参数。结果表明:集磁器的应用使得断面质量得到优化,强化剪切变形;基于集磁器的电磁冲裁工艺中,板料呈撕裂式断裂模式;随放电电压增大,板料的变形剧烈程度增大,断口圆角带减小,落料件直径呈先减小后增大趋势;随坯料直径增大,板料的变形剧烈程度先增大后减小,断口圆角呈先减小后增大趋势,落料件直径呈先增大后减小趋势;放电电压和坯料直径优化值分别为12 kV和130 mm。

关键词：集磁器电磁冲裁 1035铝合金膜片

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电解液调控实现高电压高镍三元长循环稳定

科学通报 2023年第1期68卷 6-8页

作者：程方圆张晓宇魏鹏孙世雄徐月李箐方淳韩建涛黄云辉华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

为了满足500公里以上续航里程的苛刻要求,根据国家动力电池技术规划,对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,2025年达到400 Wh/kg,2030年达到500 Wh/kg.正极材料的选择对提高电池的能量密度非常关键.LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(... 详细信息

为了满足500公里以上续航里程的苛刻要求,根据国家动力电池技术规划,对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,2025年达到400 Wh/kg,2030年达到500 Wh/kg.正极材料的选择对提高电池的能量密度非常关键.LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)因具有高比容量和高工作电势而在高能量密度锂离子电池领域备受关注[1,2].对于NCM811来说,Ni元素通过Ni^(2+)/Ni^(3+)和Ni^(3+)/Ni^(4+)氧化还原对贡献了大部分电容,并且随着充电截止电压的升高,提供的比容量增加,从而更高的能量密度可被获得.

关键词：锂离子电池正极材料能量密度充电截止电压高镍高比容量高电压续航里程

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美国消失模铸造考察见闻

特种铸造及有色合金 2007年第9期27卷 685-687页

作者：叶升平吴志超华中科技大学材料科学与工程学院材料成形模具技术国家重点实验室

报道了2007年3月在美国Birmingham大学召开的第二届消失模铸造研讨会的盛况,来自美国、德国、荷兰、法国、加拿大以及中国约80名代表出席研讨会,16篇论文安排在大会演讲,论文涉及铸造市场、消失模技术、产品设计及铸造模拟等内容,反映... 详细信息

报道了2007年3月在美国Birmingham大学召开的第二届消失模铸造研讨会的盛况,来自美国、德国、荷兰、法国、加拿大以及中国约80名代表出席研讨会,16篇论文安排在大会演讲,论文涉及铸造市场、消失模技术、产品设计及铸造模拟等内容,反映了近年来消失模铸造现状和研究进展。美国Foseco Morval公司专业化制模经验和Citation Foam Cast-ing公司消失模铸铁生产状况以及美国的消失模铸铁技术和管理经验也作了介绍。

关键词：消失模铸造市场调研

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非金属掺杂提升铂族金属电催化剂性能

Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 51-73页

作者：李伊萍王谭源姚璋懿陈麒安李箐华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

铂族金属(PGM)催化剂被认为是用于能量转换和存储设备(如燃料电池和水电解器)的最佳催化剂之一,但活性和稳定性不足极大地限制了其商业化应用.近年来,非金属原子(氢、硼、碳、氮、磷和硫等)掺杂策略引起了广泛关注,该方法可以对铂族金... 详细信息

铂族金属(PGM)催化剂被认为是用于能量转换和存储设备(如燃料电池和水电解器)的最佳催化剂之一,但活性和稳定性不足极大地限制了其商业化应用.近年来,非金属原子(氢、硼、碳、氮、磷和硫等)掺杂策略引起了广泛关注,该方法可以对铂族金属的精细电子和配位结构进行调控,从而优化铂族金属的电催化活性和稳定性.非金属掺杂具有独特的优势:首先,非金属的原子半径较小,可以进入铂族金属的间隙位点,为调节铂族金属的电子结构提供了更多的可能性;其次,掺杂的非金属会诱导强电荷转移,并与主体金属产生s,p-d杂化,这与金属-金属合金中的d-d轨道耦合不同;第三,非金属掺杂的铂族金属基催化剂由于具有较强的非金属-金属键,从而表现出较好的耐久性.本文详细探讨了非金属掺杂铂族金属催化剂的合成和应用,并揭示了非金属掺杂的催化机理和构效关系.本文总结了非金属掺杂铂族金属基催化剂在电催化领域的一些代表性进展,讨论了影响催化剂活性和稳定性的关键因素,并介绍了非金属掺杂改善铂族金属基催化剂性能的基本原理.探讨了非金属掺杂铂族金属基催化剂的表征技术和理论方法,其中包括可直接观测到非金属原子的先进成像技术以及原位表征方法,辅助以密度泛函理论以及分子动力学模拟等理论计算方法,以进一步揭示催化剂性能增强机制.详细列举了非金属掺杂铂族电催化剂的合成方法,从气相沉积、高温热解、湿化学合成到电化学原位合成,提供了详尽的合成方案,并提出了针对贵金属活性中心的非金属修饰策略,旨在为未来材料设计提供启示.概述了非金属掺杂铂族金属基催化剂在电催化中的应用,重点揭示了非金属掺杂带来的结构-性能构效关系.在活性方面,非金属掺杂可以从配体效应、应力效应、微应变等方面影响铂族金属的d带重心,从而影响活性位点与反应中间体的吸附,而这种影响作用也因每种非金属的电负性、原子半径、掺杂方式等不同而不同,可通过调控掺杂种类/方式实现精细调控;同时,非贵金属的协同效应可以增强对OH的吸附,抑制活性位点的毒化.在稳定性方面,非金属可以通过与金属形成稳定的金属-非金属键抑制金属的溶解,或者减弱金属与氧的相互作用,防止其被氧化;同时,非金属的掺入可以提高金属的功函数,提高其溶解电位,从而提升催化剂稳定性.最后,本文提出了该类电催化材料面临的机遇和挑战,其中包括:(1)开发更加可控的非金属掺杂策略;(2)更加深入地研究非金属掺杂带来的构效关系;(3)探索新的非金属掺杂催化剂,并进一步拓展到其他催化领域;(4)发展抑制非金属组分溶解的通用策略;(5)重视催化剂在器件层面的性能评估.综上,本文不仅为非金属掺杂贵金属基催化剂进一步的研究提供启示,还为深入理解催化、纳米材料的合成提供参考.

关键词：电催化非金属掺杂铂族金属基催化剂氧还原氢析出

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二维材料新起之秀:Ⅳ-Ⅵ族半导体

中国激光 2017年第7期44卷 83-97页

作者：周兴翟天佑华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

二维层状半导体材料具有独特的电子结构和量子尺寸效应,在光电子器件等领域受到广泛关注。其中,二维Ⅳ-Ⅵ族半导体因其具有成本低、元素丰富、对环境友好等优点,近年来成为研究热点之一。介绍了二维Ⅳ-Ⅵ族半导体的独特晶体结构,总结了... 详细信息

二维层状半导体材料具有独特的电子结构和量子尺寸效应,在光电子器件等领域受到广泛关注。其中,二维Ⅳ-Ⅵ族半导体因其具有成本低、元素丰富、对环境友好等优点,近年来成为研究热点之一。介绍了二维Ⅳ-Ⅵ族半导体的独特晶体结构,总结了机械剥离、液相法、气相沉积等制备方法的研究进展,讨论了二维Ⅳ-Ⅵ族半导体在场效应晶体管和光电器件领域的研究现状,并针对制备和器件应用方面存在的问题及今后的研究方向提出了建议。

关键词：材料二维材料 Ⅳ-Ⅵ族半导体电子器件光电器件

燃料电池金属间Pt-M合金氧还原催化剂的设计原理及合成方法

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第2期45卷 17-26页

作者：刘轩梁嘉顺李箐华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

开发用于氧还原反应(ORR)的高性能Pt-M(M=过渡金属)金属间合金催化剂是实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)大规模应用的关键.因此迫切需要明确设计和制备具有高ORR活性和稳定性的金属间Pt-M催化剂的一般规则.本文首先概述了无序-有序相变的... 详细信息

开发用于氧还原反应(ORR)的高性能Pt-M(M=过渡金属)金属间合金催化剂是实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)大规模应用的关键.因此迫切需要明确设计和制备具有高ORR活性和稳定性的金属间Pt-M催化剂的一般规则.本文首先概述了无序-有序相变的热力学和动力学基本原理,然后介绍了本课题组在合成L10有序结构的Pt-M金属间纳米晶(iNC)方面的研究结果,进一步阐述了提高L10-Pt-M燃料电池ORR催化剂的活性和稳定性的有效策略.关于铂基金属间纳米晶的合成,本课题组基于高温相变扩散动力学发展了空位介导原子扩散的方法用于合成全有序铂基金属间纳米晶.铂基金属间纳米晶通常是通过高温退火制得,但该过程中原子的快速扩散会加剧奥斯特瓦尔德熟化和材料烧结,进而导致催化剂活性下降.对纳米晶进行包覆或者限域虽然能够在一定程度上降低高温退火过程中的颗粒团聚,但是原子扩散受限也导致难以获得完全有序的纳米晶.空位扩散是金属纳米晶有序转变过程中的主要扩散过程,可以在退火前驱体中构建Pt/MO_(x)界面.本课题组发展了空位介导原子扩散促进铂基合金有序化的方法,制得了一系列用于ORR反应的超细Pt-M(M=Fe,Co,Ni,Zn等)金属间纳米晶催化剂,实现了铂基金属间纳米晶的高效制备.关于铂基金属间纳米晶催化剂的活性调控,本课题组基于应变效应的调控策略开发了多种具有高氧还原活性的铂基金属间纳米晶催化剂.根据理论预测的铂表面最佳氧物种吸附能,通过掺杂钨原子调控表面应变,有效削弱了L1_(0)-PtCo纳米晶表面的过度应变,制得的催化剂表现出良好的催化活性.此外,介绍了双轴应变介导的高活性L1_(0)-PtZn/Pt-C催化剂,独特的表面应变模式使其在氧还原反应中表现出较好的催化活性,并在燃料电池器件中表现出较好的质量活性与功率密度.关于铂基金属间纳米晶催化剂稳定性的提升,本课题组基于腐蚀热力学与热力学原理发展了多种提升金属间纳米晶催化剂稳定性的方法.铂基金属间纳米晶组元间独特的强轨道相互作用在提升催化稳定性方面表现出明显优势,基于此,开发了具有强Pt(5d)-Ni/Co(3d)相互作用的C-L1_(0)-PtNi_(0.8)Co_(0.2)催化剂,其在加速稳定性测试后表现出良好的稳定性.此外,根据稳定表面的纳米表面工程方法,制备了低表面能的L10-W-Pt Co纳米晶,该催化剂在燃料电池测试中表现出较好的稳定性.针对催化剂的溶解腐蚀,本课题组开发了具有高表面空位形成能的L1_(0)-PtZn/Pt-C催化剂,有效降低了催化剂在燃料电池中的性能衰减,并且通过理论计算,揭示了金属间相结构热力学参数(形成能)与腐蚀过程动力学参数(空位形成能)的相关关系,有望为后续开发高稳定性铂基氧还原催化剂提供理论参考.综上,本文为未来应用于PEMFC和其他电化学能量转换技术的Pt-M金属间合金ORR催化剂的研究和开发提供一些借鉴.

关键词：燃料电池氧还原反应铂基合金金属间化合物 L10有序结构

硼酸盐含量对CO_2固化甲阶酚醛树脂粘结剂性能的影响

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铸造 2003年第7期52卷 496-498页

作者：谭晓明黄乃瑜尚永华柳林塑性成型模拟及模具国家重点实验室华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074

利用溶解度、溶液粘度和砂芯抗压强度的测定,粘结剂固化膜和粘结桥断口的扫描电镜(SEM)分析,研究了硼砂在碱性水溶液中的溶解现象、对CO2固化甲阶酚醛树脂粘结剂性能的影响以及过量硼酸盐在粘结桥中的存在状态。结果表明,在碱性水溶液... 详细信息

利用溶解度、溶液粘度和砂芯抗压强度的测定,粘结剂固化膜和粘结桥断口的扫描电镜(SEM)分析,研究了硼砂在碱性水溶液中的溶解现象、对CO2固化甲阶酚醛树脂粘结剂性能的影响以及过量硼酸盐在粘结桥中的存在状态。结果表明,在碱性水溶液中硼砂的溶解度比纯水中要大得多,碱性越强,硼砂的溶解度越大;随着硼砂含量的增大,粘结剂的粘度逐渐增大,而粘结强度则先增大,后减小,在含量为11%时出现极大值;过量的硼酸盐会以结晶盐的形式存在于粘结桥中,使粘结剂的粘结强度下降。

关键词：铸造粘结剂酚醛树脂 CO2固化硼酸盐

7075铝合金过渡端框电弧增材-旋转摩擦复合制造

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稀有金属 2023年第3期47卷 329-341页

作者：禹润缜余圣甫何天英郑博华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

研究了电弧增材制造(WAAM)工艺参数、旋转摩擦加工(RFP)转速对7075铝合金堆积气孔率的影响,以及时效处理温度对堆积金属组织与性能的影响,采用优化的电弧增材制造工艺参数、旋转摩擦加工转速与时效温度,进行大型7075铝合金运载火箭过渡... 详细信息

研究了电弧增材制造(WAAM)工艺参数、旋转摩擦加工(RFP)转速对7075铝合金堆积气孔率的影响,以及时效处理温度对堆积金属组织与性能的影响,采用优化的电弧增材制造工艺参数、旋转摩擦加工转速与时效温度,进行大型7075铝合金运载火箭过渡端框架的电弧增材-旋转摩擦复合制造及热处理强化。结果表明:保护气流量较高时引起的气体紊流现象会降低保护效果,增大堆积气孔倾向;提高负极性模数可增强丝材阴极雾化,有效清除氧化膜,减少熔池中[H]含量以降低堆积金属气孔率。通过二次回归通用旋转组合实验优化出电弧增材制造工艺为:保护气流量20 L·min^(-1),负极性模数9,电弧枪行进速度592 mm·min^(-1),送丝速度7.2 m·min^(-1);该工艺下堆积金属成形良好,气孔率为7.03%。旋转摩擦加工通过引起7075铝合金堆积金属塑性变形及动态再结晶消除气孔,优化出1800 r·min^(-1)加工转速使堆积金属气孔率进一步降低至4.32%。对堆积金属进行高于120℃的时效热处理易导致α-Al晶粒与η-MgZn_(2)相粗化,降低堆积金属力学性能,采用优化的120℃时效温度对堆积金属进行时效热处理后,硬度与抗拉强度分别达HV1197.3和526.1 MPa。利用优化的电弧增材制造工艺参数、1800 r·min^(-1)旋转摩擦加工转速以及120℃时效温度协同制造并强化7075铝合金过渡端框架,构件成形精度在±1.3 mm以内,气孔率为4.57%,抗拉强度平均值达522.1 MPa。

关键词： 7075铝合金电弧增材制造(WAAM) 旋转摩擦加工(RFP) 气孔率组织与性能

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圆柱面铝合金点阵结构电弧增材制造

稀有金属 2023年第4期47卷 465-474页

作者：唐论余圣甫郑博史玉升陈颖张李超华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

采用电弧熔丝增材制造(WAAM)制备了圆柱面双层金字塔点阵结构,分析了圆柱面金字塔点阵结构的空间特征,建立了单元杆杆长数学模型,进行了圆柱面切片和路径规划,揭示了送丝速度、冷金属过渡技术(cold metal transfer, CMT)周期数和电弧枪... 详细信息

采用电弧熔丝增材制造(WAAM)制备了圆柱面双层金字塔点阵结构,分析了圆柱面金字塔点阵结构的空间特征,建立了单元杆杆长数学模型,进行了圆柱面切片和路径规划,揭示了送丝速度、冷金属过渡技术(cold metal transfer, CMT)周期数和电弧枪偏移量与单元杆直径和倾角的关系。结果表明,圆柱面金字塔点阵结构具有旋转体的空间特征,其单元杆杆长随着点阵层数的增加而逐渐增加,圆柱面切片可获得增材制造路径点,通过调节送丝速度和CMT周期数可实现在2.20~5.02 mm的范围内精确控制单元杆直径,通过调节送丝速度和电弧枪偏移量可实现在30°~90°的范围内精确控制单元杆倾角。利用WAAM制备了包含300个点阵单胞的圆柱面双层金字塔点阵结构,其单元杆直径最大误差不超过2.3%,单元杆倾角最大误差不超过1.8%。

关键词：圆柱面点阵结构电弧熔丝增材制造(WAAM) 圆柱面切片 2319铝合金