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异质结构CoCrFeNiW高熵合金的拉伸性能和强化行为

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 890-904页

作者：高雪峰陈峣任浩秦刚周启文陈瑞润郭景杰哈尔滨工业大学金属精密热加工国家重点实验室哈尔滨150001 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

采用真空电弧熔炼方法制备Co_(30)Cr_(30)(FeNi)_(40-x)W_(x)(x=0~8%(摩尔分数),分别简化为HWO~HW8)高熵合金。研究铸态和退火态合金的显微组织和拉伸性能。结果表明,HW2和HW4具有单一的FCC相。随着W含量和退火温度的增加,细小粒状μ相... 详细信息

采用真空电弧熔炼方法制备Co_(30)Cr_(30)(FeNi)_(40-x)W_(x)(x=0~8%(摩尔分数),分别简化为HWO~HW8)高熵合金。研究铸态和退火态合金的显微组织和拉伸性能。结果表明,HW2和HW4具有单一的FCC相。随着W含量和退火温度的增加,细小粒状μ相的面积分数增加且分散在FCC基体中。软FCC基体和硬μ相构成应变不相容的异质结构。随着W含量从0增加到8%(摩尔分数),屈服强度和抗拉强度分别从278和629 MPa提高到530和839 MPa,应变维持在33%。退火后的HW8表现出优异的屈服强度(810 MPa)和抗拉强度(1087 MPa)。屈服强度的提高归因于固溶、沉淀和背应力强化。异质结构中产生的背应力强化作用诱导高硬化行为,在提高抗拉强度和塑性方面发挥着主导作用。

关键词：高熵合金异质结构拉伸性能应变硬化强化机制

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过渡金属电解水催化剂的非金属掺杂研究进展

无机化学学报 2024年第2期40卷 289-306页

作者：张永政郭旭宋欣月李欣哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学环境学院哈尔滨150001

过渡金属基材料成本相对较低,催化性能较为优异,是在全水分解领域最有希望替代贵金属基电催化剂的候选材料之一,但有限的活性位点、相对较差的电导率等因素限制了其广泛应用。非金属元素掺杂能够调节主体材料电子结构,优化吸附能,从而... 详细信息

过渡金属基材料成本相对较低,催化性能较为优异,是在全水分解领域最有希望替代贵金属基电催化剂的候选材料之一,但有限的活性位点、相对较差的电导率等因素限制了其广泛应用。非金属元素掺杂能够调节主体材料电子结构,优化吸附能,从而对过渡金属基电催化剂的活性与稳定性产生积极影响,缩减其与贵金属材料性能差距。本文总结了近年来非金属元素改性在过渡金属基电催化材料中的相关研究,系统综述了非金属元素掺杂的方法和不同非金属元素的掺杂效果,从物理化学性质的改变和电子结构的变化多角度分析了非金属元素改性对过渡金属基材料的影响,最后对非金属元素掺杂过渡金属基电催化剂的未来发展方向作出了展望。

关键词：过渡金属电催化剂非金属元素掺杂电解水

基于分裂阳极的非柱对称电弧电流密度分布测量方法

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焊接学报 2024年第4期45卷 1-6,I0003页

作者：赵红星杨春利哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室哈尔滨150001

电弧是弧焊过程中熔池金属熔化的能量来源,分裂阳极法是电弧阳极能量密度直接测量的有效方法之一.常规分裂阳极法是建立在电弧为柱对称结构的基础上,不适用于非柱对称电弧的阳极电流密度测量.试验提出在两条相互垂直的路径上依次进行分... 详细信息

电弧是弧焊过程中熔池金属熔化的能量来源,分裂阳极法是电弧阳极能量密度直接测量的有效方法之一.常规分裂阳极法是建立在电弧为柱对称结构的基础上,不适用于非柱对称电弧的阳极电流密度测量.试验提出在两条相互垂直的路径上依次进行分裂阳极电流数据采集的新方法,引入表征电弧不对称度的特征参量,进行椭圆环分割,以计算电弧阳极电流密度分布,修正分裂阳极法.通过预设的二维高斯分布的电流密度模型,检验了修正的分裂阳极法的可行性.结果表明,采用修正的分裂阳极法可以有效计算出电弧阳极电流密度分布.利用修正后的分裂阳极法实现了非柱对称侧向压缩等离子弧阳极电流密度的测量,与x方向相比,侧向压缩的等离子弧在y方向压缩明显,呈现典型的非柱对称特性.

关键词：分裂阳极法非柱对称电流密度分布二维高斯分布

Ti、Zr和Hf元素协同优化Nb-Si基合金显微组织、相组成和室温断裂韧性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 194-202页

作者：王琪赵天宇陈瑞润王晓伟徐琴王墅傅恒志哈尔滨工业大学材料科学与工程学院金属精密热加工国家重点实验室哈尔滨150001 河南工业大学机电工程学院郑州450001

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbs... 详细信息

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbss)/γ-(Nb,X)5Si3共析反应的发生;同时添加Ti、Zr、Hf元素能进一步促进共析反应的发生。裂纹倾向于在(Nb,X)3Si中扩展,当裂纹途径Nb固溶体时会发生偏转。细密的Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织以及层状Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织可以使裂纹产生桥接与分支,阻碍裂纹的扩展。Nb-16Si-22Ti-4Zr-4Hf的合金化元素含量最高,因此,其室温断裂韧性最好(11.62 MPa·m1/2),相较于Nb-16Si-18Ti提高87.7%,性能的提升主要归因于存在层状共晶组织。

关键词： Nb-Si合金合金化断裂韧性裂纹扩展

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海洋微生物膜层激光清洗表面轮廓有限元计算

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 165-178页

作者：冯俊华毕思源雷正龙付伟杰薛跃文哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz... 详细信息

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz下激光清洗的温度场和清洗轮廓,并分析了不同光斑搭接率对清洗质量的影响.结果表明:功率为600 W时激光辐照模型计算的清洗宽度达906μm,明显超过了光斑直径900μm,而激光烧蚀模型仅有882μm且功率增大到800 W也没有超过光斑直径. 200 W功率下激光清洗实验测得的最高温度约为423.5 K,激光烧蚀模型计算值为432 K,而激光辐照模型计算值高达2441 K. 200 W功率下激光清洗实验测得的清洗深度约为33.7μm,激光烧蚀模型计算值约为32.6μm,而激光辐照模型计算值高达63.9μm;因此结合试验和理论计算分析结果表明激光烧蚀模型相较激光辐照模型精确度更高.此外,采用激光烧蚀模型对5~10 kHz频率激光清洗表面进行模拟,结果显示:在采用经典高斯能量分布激光束进行激光清洗时,应保持光斑搭接率在50%以上,以保证清洗质量均匀一致.

关键词：海洋生物膜层处理激光清洗表面轮廓数值模拟

石墨烯/钛界面合金元素偏聚与界面反应抑制机理

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中国材料进展 2024年第3期43卷 222-229页

作者：陈佳莹熊小倩黄敬涛曲囡李明伟程源来忠红刘勇朱景川哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学分析测试与计算中心黑龙江哈尔滨150001

石墨烯/Ti基复合材料因具有轻质、高比强度和优异的耐腐蚀性特性而成为极具竞争力的金属基复合材料。然而,石墨烯作为一种优秀的增强体,由于可与Ti发生剧烈的界面反应,严重阻碍了石墨烯/Ti基复合材料的发展与应用。使用第一性原理计算... 详细信息

石墨烯/Ti基复合材料因具有轻质、高比强度和优异的耐腐蚀性特性而成为极具竞争力的金属基复合材料。然而,石墨烯作为一种优秀的增强体,由于可与Ti发生剧烈的界面反应,严重阻碍了石墨烯/Ti基复合材料的发展与应用。使用第一性原理计算研究合金元素对石墨烯/Ti复合材料界面行为以及电子结构的影响。选取9种合金元素(Ta,Mo,Sn,Pd,Si,Ni,Co,Mn和N)构建Ti/石墨烯/Ti界面掺杂模型,计算界面偏聚能、电子态密度、布局分析以及差分电荷密度。研究发现,当掺杂的合金元素为Ta,Mo和Sn时,界面偏聚能力较弱。同时,分析电子性质可以发现这9种合金元素均削弱了Ti原子与C原子之间的电荷转移。为新型基体钛合金设计和高性能石墨烯增强钛基复合材料设计提供了新的途径,为高性能石墨烯/Ti基复合材料的新型基体钛合金设计提供了重要参考。

关键词：石墨烯/Ti基复合材料合金元素第一性原理界面结构电子性质

MXene负载CoP纳米棒高效电催化分解水制氢

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化工进展 2024年第6期43卷 3232-3239页

作者：万成凤李志达张春月路璐哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

过渡金属磷化物在电催化分解水制氢方面具备巨大的潜力,结合MXene优异的导电性能和过渡金属磷化物高效的催化性能,有望大幅提升电解水效能。本研究通过熔盐刻蚀、水热、原位磷化的方法合成了一种在MXene材料Ti_(2)C上生长的CoP纳米棒(Co... 详细信息

过渡金属磷化物在电催化分解水制氢方面具备巨大的潜力,结合MXene优异的导电性能和过渡金属磷化物高效的催化性能,有望大幅提升电解水效能。本研究通过熔盐刻蚀、水热、原位磷化的方法合成了一种在MXene材料Ti_(2)C上生长的CoP纳米棒(CoP NRs/Ti_(2)C)。在碱性条件下(1mol/L KOH),反应电流密度为10mA/cm2时,CoP NRs/Ti_(2)C催化析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)和析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)所需的过电位分别为105mV和320mV,远低于CoP纳米棒(157mV和350mV),且在HER和OER过程中具有更小的Tafel斜率(63.4mV/dec和54.6mV/dec)。在全解水过程中,CoP NRs/Ti_(2)C达到电流密度10mA/cm2时所需的外加电压仅为1.62V。综上,本文提供了一种高性能全解水电催化剂CoP NRs/Ti_(2)C,为促进过渡金属磷化物取代贵金属提供了一种新的策略。

关键词：电化学催化作用制氢催化剂载体磷化钴

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V形截面管充液压制圆角充填行为研究

塑性工程学报 2024年第7期31卷 132-139页

作者：庄永鹏汪叶杰王刚韩聪哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学金属精密国防热加工重点实验室黑龙江哈尔滨150001

基于力学分析,利用有限元模拟和充液压制成形实验研究了V形截面管圆角成形所需内压。在不同内压下对成形管材壁厚的变化进行了充液压制实验研究。并通过理论计算选择合适的实验参数,成形出符合要求的扭力梁结构件。结果表明:圆角半径越... 详细信息

基于力学分析,利用有限元模拟和充液压制成形实验研究了V形截面管圆角成形所需内压。在不同内压下对成形管材壁厚的变化进行了充液压制实验研究。并通过理论计算选择合适的实验参数,成形出符合要求的扭力梁结构件。结果表明:圆角半径越小,成形所需内压越大;V形截面管内圆角半径随着内压的增加而减小,外圆角半径随着内压的增加而增大;V形截面管壁厚增厚主要发生在上侧圆角区,减薄主要发生下圆角区,并且最大减薄发生在下圆角中心区。

关键词：充液压制 V形截面管圆角填充内压壁厚分布

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负向变形理论假说

塑性工程学报 2024年第4期31卷 155-159页

作者：苑世剑哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学精密热成形全国重点实验室黑龙江哈尔滨150001

金属板材或管材在轧制过程中产生宏微观织构导致其各方向力学性能不同,表现出明显的各向异性。目前常用厚向异性系数r值定量表征各向异性。在假设存在-r值的前提下,基于Hill48屈服准则,给出了二维应力状态屈服轨迹,讨论了可能的反常变... 详细信息

金属板材或管材在轧制过程中产生宏微观织构导致其各方向力学性能不同,表现出明显的各向异性。目前常用厚向异性系数r值定量表征各向异性。在假设存在-r值的前提下,基于Hill48屈服准则,给出了二维应力状态屈服轨迹,讨论了可能的反常变形行为。若能制备出r材料,将出现拉伸变粗或变宽,而压缩变细或变窄的反常现象,称之为“负向变形材料”。如其客观存在,则现有关联型塑性本构理论不适应这类材料,由此提出“负向变形理论假说”。希望更多学者通过深入研究证明:该假说是正确的理论或谬误的想法,活跃学术思维,以其寻求塑性理论突破,推动原始技术创新。

关键词：屈服轨迹各向异性反常变形行为负向变形理论假说