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细晶粒硬质合金预处理工艺优化及金刚石涂层性能研究

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1138-1148页

作者：王倚倩苏一凡张聿铭张程林松盛代明江孙志鹏石倩广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 广东省科学院新材料研究所、现代材料表面工程技术国家工程实验室、广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510651

为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同WC晶粒大小的基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。... 详细信息

为了进一步拓展金刚石涂层刀具的产业化应用,提升金刚石涂层刀具的结合力性能,本文开展了细晶粒钨钴类硬质合金的化学预处理研究,考察了三步法预处理工艺对不同WC晶粒大小的基体形貌和成分的影响,实现了金刚石涂层与基体的高结合强度。利用扫描电子显微镜和EDS能谱仪对预处理后基体的表面形貌和钴含量以及涂层形貌进行分析,采用拉曼光谱、X射线衍射光谱对涂层物相结构进行分析表征,并采用固体颗粒冲刷测试间接评价金刚石涂层的抗冲刷性能。结果表明:酸处理对Co的去除起着重要作用,WC晶粒越小所需酸处理的时间越长,碱溶液刻蚀WC的速度呈先上升后下降的趋势,碱处理3min时基体表面暴露的Co含量最多。预处理不仅可以改变基体内部WC和Co的含量,还能改变基体表面的粗糙度,粗糙度的变化与基体表面Co含量的变化规律相一致。由此确定了WC-6%Co(0.2μm)基体的最佳工艺为A10+M3+A10 s,WC-6%Co(0.4μm)基体的最佳工艺为A6+M3+A30 s,WC-6%Co(1μm)基体的最佳工艺为A2+M3+A2。且基体经三步法预处理后沉积的金刚石涂层致密,结晶性较好,抗冲刷性能、结合力性能均优于两步法处理工艺,尤其是WC-6%Co(1μm)基体上的金刚石涂层抗冲刷性能最好。

关键词：硬质合金金刚石涂层晶粒度结合力

柔性电子材料与器件在可穿戴传感领域的发展现状、挑战与创新策略

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材料工程 2024年第8期52卷 42-58页

作者：彭玉鑫陈雪垠章阳坤浙江大学运动科学与健康工程研究所杭州310058 浙江大学教育学院数字体育与健康实验室杭州300058 哈尔滨工业大学(深圳)机电学院广东深圳518055

可穿戴材料与器件正朝着柔性、轻薄、无感、智能化和可长期佩戴等方向发展,以满足人体生理心理等个性化需求。这一趋势为运动健康监测领域带来了革新,并得到了学术界和工业界的广泛关注。然而,在满足人体个性化发展需求的同时,可穿戴柔... 详细信息

可穿戴材料与器件正朝着柔性、轻薄、无感、智能化和可长期佩戴等方向发展,以满足人体生理心理等个性化需求。这一趋势为运动健康监测领域带来了革新,并得到了学术界和工业界的广泛关注。然而,在满足人体个性化发展需求的同时,可穿戴柔性材料与器件本身也面临着机械鲁棒性、信号稳定性、软硬接口连接和生物相容性等性能方面的挑战。因此,本文旨在从实际运动健康监测需求的角度出发,讨论构建可穿戴柔性材料与器件的材料、结构和制备工艺。同时,深入探讨了其在机械、电气和生物性能等方面所面临的主要挑战因素及其解决路径。最后,预测了未来可穿戴柔性电子材料与器件的发展方向,包括全柔性集成、机械鲁棒性的增强、信号解耦与识别的高精度化、监测的稳定性与灵敏度、快速响应性、超薄无感设计、多模态信号处理以及智能化自适应反馈等。

关键词：可穿戴电子器件材料结构机械鲁棒性拉伸性信号灵敏性信号准确性传感器智能化

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考虑关节摩擦力的打捆机构动力学建模

机械设计 2024年第5期41卷 42-47页

作者：芦泽鹏张金柱王涛姜力太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

为了减小钢铁生产的能量消耗,文中提出了一种基于折展机构的打捆机器人以降低打捆作业能耗。首先,基于棒材打捆轨迹设计了一种新型的打捆机器人,分别建立了打捆机构的位置正反解模型,并通过算例对其进行验证;基于牛顿-欧拉法对打捆机构... 详细信息

为了减小钢铁生产的能量消耗,文中提出了一种基于折展机构的打捆机器人以降低打捆作业能耗。首先,基于棒材打捆轨迹设计了一种新型的打捆机器人,分别建立了打捆机构的位置正反解模型,并通过算例对其进行验证;基于牛顿-欧拉法对打捆机构各组成单元进行动力学分析,建立了整个打捆机构考虑关节摩擦力的动力学模型;采用AD⁃AMS软件对打捆机构进行动力学仿真。理论和仿真结果表明:在考虑关节摩擦的情况下驱动力的差值明显大于理想状况,揭示了实际打捆工序中考虑摩擦力的必要性。所建立的动力学模型可为整个机构的能耗优化设计提供了理论基础。

关键词：打捆机器人折展机构动力学关节摩擦力

共轭二烯参与的[4+1]环加成反应研究进展

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有机化学 2024年

作者：张业飞唐勇周友运哈尔滨工业大学化学与化工学院南方科技大学化学系深圳格拉布斯研究所中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室

五元环是广泛存在于天然产物、药物和功能材料中的一类重要结构单元，也是有机合成中常用的重要中间体和药物开发的优选骨架.因此，五元环化合物的高效合成一直是有机合成领域的重要研究方向之一.廉价易得、结构多样的共轭二烯参与的[4... 详细信息

五元环是广泛存在于天然产物、药物和功能材料中的一类重要结构单元，也是有机合成中常用的重要中间体和药物开发的优选骨架.因此，五元环化合物的高效合成一直是有机合成领域的重要研究方向之一.廉价易得、结构多样的共轭二烯参与的[4+1]环加成反应是一种具有步骤经济性的、直接构建五元碳环和杂环化合物的高效方法和策略，备受有机合成界的青睐.近年来，随着过渡金属催化体系和“一原子”合成子前体的开发，此类将简单易得原料转化成结构复杂和官能团多样化的五元环状分子的[4+1]环加成反应得到了较快的发展，很多优秀的成果被报道出来.本文旨在详细介绍共轭二烯与“一原子”合成子（一氧化碳、卡宾、硅宾以及氮宾）的[4+1]环加成反应的研究进展，并按照合成子的类型进行分类讨论，最后总结了该领域存在的挑战以及展望了未来的研究方向.

关键词： [4+1]环加成反应共轭二烯卡宾硅宾锗宾氮宾五元环化合物

搅拌摩擦沉积增材制造机理及展望:机遇与挑战

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机械工程学报 2024年

作者：申志康李冬晓孙中刚马良超刘小超田艳红郭伟侯文涛朴钟宇杨新岐李文亚天津大学材料科学与工程学院西南大学工程技术学院西北工业大学陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室北京卫星制造厂有限公司南京工业大学材料科学与工程学院中国兵器科学研究院宁波分院东南大学机械工程学院北京航空航天大学机械工程及自动化学院浙江工业大学机械工程学院

航空航天、兵器等重大装备大型关键结构整体化设计和一体化制造已成为轻量化和服役性能的重要保障。增材制造作为实现创新结构的变革技术被广泛关注和应用,但高强铝合金、镁合金等轻质高强金属增材制造仍面临诸多挑战。搅拌摩擦以强塑... 详细信息

航空航天、兵器等重大装备大型关键结构整体化设计和一体化制造已成为轻量化和服役性能的重要保障。增材制造作为实现创新结构的变革技术被广泛关注和应用,但高强铝合金、镁合金等轻质高强金属增材制造仍面临诸多挑战。搅拌摩擦以强塑性非熔化方式为此类合金高质量增材制造提供了新的思路和方法,并基于此形成了固相增材制造技术与装备。搅拌摩擦增材制造技术的突出优势迅速引发了全球范围的广泛关注和研究,但当前该技术的基础理论和沉积材料组织性能等尚待进一步厘清。系统梳理了搅拌摩擦增材制造领域的最新研究进展,全面评述了国内外在搅拌摩擦增材制造产热机制、材料流动行为、打印工具设计、工艺参数和组织性能等方面的研究成果及装备开发和工程应用现状。最后,展望了搅拌摩擦增材制造技术的未来机遇和发展趋势。

关键词：搅拌摩擦增材制造基本原理高性能材料组织性能

脉冲磁场强度对GH99镍基合金力学和微动磨损性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 330-344页

作者：周安阳黄艳斐郭伟玲邢志国王海斗王志远张艳芳陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 中国人民解放军总医院第七医学中心口腔科北京100000 陆军装甲兵学院机械产品再制造国家工程研究中心北京100072 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

为研究不同磁场强度对镍基合金力学性能和耐磨性能的影响规律,在脉冲强磁场设备上对GH99镍基合金试样进行脉冲磁处理。通过观察显微结构,分析了GH99镍基合金的磨损机理和强化机制。结果表明:外加脉冲磁场可改善材料位错分布,减小试样表... 详细信息

为研究不同磁场强度对镍基合金力学性能和耐磨性能的影响规律,在脉冲强磁场设备上对GH99镍基合金试样进行脉冲磁处理。通过观察显微结构,分析了GH99镍基合金的磨损机理和强化机制。结果表明:外加脉冲磁场可改善材料位错分布,减小试样表面残余应力的分散性;在磁场强度为10 T时残余压应力达到最大值(-223.45 MPa),且此时材料拉伸断口的特征主要表现为韧性断裂,脉冲磁场处理合金产生亚结构位错胞有助于发挥细晶强化作用;在0~15 T范围内,随磁场强度增大,材料表面显微硬度和耐磨性能呈现先增强后减弱的规律,在脉冲磁场作用下合金材料内部的位错发生增殖致使位错密度增大,产生类似加工硬化现象,但磁场强度过大会导致位错塞积从而造成晶胞点阵畸变严重,出现材料性能恶化。

关键词：脉冲磁场磁场强度 GH99镍基合金力学性能耐磨性能

热处理过程TiAlCrMn高熵合金的高温氧化特性与力学性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 203-218页

作者：陈平虎李柏春刘震周英豪李瑞卿张昀深圳大学机电与控制工程学院增材制造所深圳518060 哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院深圳518055 香港城市大学机械工程学院中国香港中南大学轻合金研究院高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

采用真空熔炼制备不同Al、Cr、Mn含量的TiAlCrMn系高熵合金,并对其高温氧化特性和热处理前后的力学性能进行研究。结果表明,随着Al、Cr、Mn含量的增加,其高温氧化质量增加率明显降低,这是因为在氧化层中形成了连续且致密的富(Al,Cr)氧化... 详细信息

采用真空熔炼制备不同Al、Cr、Mn含量的TiAlCrMn系高熵合金,并对其高温氧化特性和热处理前后的力学性能进行研究。结果表明,随着Al、Cr、Mn含量的增加,其高温氧化质量增加率明显降低,这是因为在氧化层中形成了连续且致密的富(Al,Cr)氧化物,阻碍氧原子与其他合金原子相互扩散形成新的氧化物。另外,热处理前后的样品,其显微硬度均存在单调递增的趋势,晶粒粗化会导致样品硬度降低,而在高含量合金元素的样品中,析出强化会改善其硬度。变形诱导强化使材料获得更高的压缩强度,在500℃热处理后的样品其屈服强度有所降低,而经过900℃热处理的材料屈服强度得到提升,但其延展性降低。

关键词：高熵合金(HEAs) 抗氧化性显微组织演变显微硬度压缩强度

放电等离子烧结制备网络结构TiAlC/TiAl 复合材料的显微组织演变及力学性能（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：朱冬冬晏江飞王玉鹏董多王晓红马腾飞魏尊杰台州学院材料科学与工程学院安徽工程大学材料科学与工程学院衢州学院浙江省空气动动装备技术重点实验室哈尔滨工业大学材料科学与工程学院

本文利用碳纳米管和Ti-45Al-8Nb预合金粉末为原料，在1200～1350 ℃范围内通过放电等离子烧结成功制备了具有网络结构的Ti2AlC/TiAl复合材料。系统研究了烧结温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明，随着烧结温度从1200升至1350 ℃... 详细信息

本文利用碳纳米管和Ti-45Al-8Nb预合金粉末为原料，在1200～1350 ℃范围内通过放电等离子烧结成功制备了具有网络结构的Ti2AlC/TiAl复合材料。系统研究了烧结温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明，随着烧结温度从1200升至1350 ℃，复合材料微观组织呈现双态、近片层和全片层结构。Ti2AlC相在基体中呈网状分布并且能够细化组织，且随着温度的升高而变得不连续。在1300 ℃下烧结的复合材料表现出最高的抗压强度和断裂应变，分别为1921 MPa和26%。此外，复合材料在900 ℃时的极限拉伸强度和断裂应变为537 MPa和3.1%，在950 ℃时仍然高达485 MPa和3.3%。Ti2AlC承载载荷、颗粒拔出和抑制裂纹扩展是提高复合材料力学性能的主要原因。

关键词： Ti AlC/TiAl复合材料显微组织放电等离子烧结高温拉伸性能强化机理

基于ICP-MS研究转炉钢渣微粉吸附镍和铅的动力学机理

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 594-600页

作者：徐修平徐维成于先坤陈煜杨刚张浩金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243002 中钢集团马鞍山矿山研究院股份有限公司安徽马鞍山243000 南京农业大学草业学院江苏南京210095 中冶宝钢技术服务有限公司上海201999 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032

随着工业化的发展,水体和土壤中的重金属污染日益严重。其中,重金属镍是一种常见的致敏性金属,会引起人体过敏发炎,甚至会引发癌症;血液中铅浓度的超标会危害人的神经系统、心血管系统和生殖系统,造成终身性的危害。因此,治理镍和铅重... 详细信息

随着工业化的发展,水体和土壤中的重金属污染日益严重。其中,重金属镍是一种常见的致敏性金属,会引起人体过敏发炎,甚至会引发癌症;血液中铅浓度的超标会危害人的神经系统、心血管系统和生殖系统,造成终身性的危害。因此,治理镍和铅重金属污染具有十分重要的意义。钢渣是炼钢过程中产生的一种副产物,其存在难以利用与附加值低的问题。同时加之管理制度的不健全,导致大量钢渣露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量造成严重影响。钢渣微粉具有比表面积大、多孔、化学活性高等特性,被广泛利用,可以成为吸附材料。本文以转炉钢渣微粉为研究对象,利用激光粒度仪、电感耦合等离子体质谱仪、比表面积与孔隙度吸附仪、X射线荧光光谱仪等测试转炉钢渣微粉的基本性质,重点研究转炉钢渣微粉添加量、重金属初始浓度、溶液pH和吸附时间对转炉钢渣微粉吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)的效果,结合吸附动力学与吸附等温线理论揭示转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附作用机理,为处理镍、铅重金属污染和工业废水处理提供技术支持与理论依据。结果表明:当转炉钢渣微粉添加量大于12.5 g·L^(-1)、重金属初始浓度小于100 mg·L^(-1)、溶液pH大于3和吸附时间大于120 min时,转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附效果良好,即基本达到90%。转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附符合准二级动力学模型,吸附速率由边界扩散和颗粒内扩散共同控制,吸附过程以化学吸附为主。转炉钢渣微粉的结构具有多孔性为物理吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)提供吸附空间,转炉钢渣微粉的化学成分不仅具有碱性与Ni^(2+)、Pb^(2+)形成络合产物,而且水化过程中CaO与SiO_(2)生成C—S—H凝胶,对Ni^(2+)、Pb^(2+)形成络合吸附与硅酸盐体系包裹。转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)吸附可能存在多层吸附。吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)的过程为优惠吸附,吸附容易进行,其理论最大吸附量分别为18.785和17.002 mg·g^(-1)。

关键词： ICP-MS 转炉钢渣微粉 Ni2+ Pb2+ 吸附动力学