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基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1487-1493页

作者：刘梦茹戴震龙红明张浩季益龙杨亚东唐刚安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学材料工程学院安徽马鞍山243032 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243032 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢... 详细信息

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

关键词：光谱学分析硬质聚氨酯泡沫钢渣次磷酸铝复合材料阻燃机理

等离子体渗氮气压对合金钢渗氮层微观结构和性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 200-207页

作者：王怡萱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、25... 详细信息

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、250、350 Pa 3个渗氮气压进行等离子体渗氮,研究渗层微观结构和性能。结果对于M50NiL和AISI 4140两种合金钢,350 Pa时渗层厚度均最大,170 Pa次之,250 Pa厚度最小。M50NiL钢在350 Pa渗氮和AISI 4140钢在170 Pa渗氮时,表面层具有最优的强韧性。摩擦磨损性能显示,170 Pa和350 Pa气压渗氮的摩擦磨损性能明显优于250 Pa气压渗氮,其中磨损率规律与渗氮层的韧性值测试结果吻合。结论气压影响了氮离子的能量和分布,从而影响了渗层厚度,钢中的合金元素含量和气压共同影响表面强韧化效果,并且表面强韧化效果直接影响渗氮层的摩擦磨损性能。

关键词：气压等离子体渗氮硬度摩擦磨损合金钢

钛氧化物改性SiO负极在锂离子电池中的研究进展

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精细化工 2024年第6期41卷 1170-1183页

作者：雷迁王帅吴沁宇马扬洲宋广生安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243032

SiO负极虽具有高比容量、合理的工作电压,但仍面临首次库仑效率低、体积膨胀大(~160%)及导电性差等硅基负极材料共性问题,使其在锂离子电池(LIBs)中的大规模商业化应用严重受阻。而在众多金属氧化物中,钛氧化物负极因在充放电过程中体... 详细信息

SiO负极虽具有高比容量、合理的工作电压,但仍面临首次库仑效率低、体积膨胀大(~160%)及导电性差等硅基负极材料共性问题,使其在锂离子电池(LIBs)中的大规模商业化应用严重受阻。而在众多金属氧化物中,钛氧化物负极因在充放电过程中体积变化小(系,并对实现满足高能量密度SiO基负极商业化的目标进行展望:充分利用有关软件算法模拟具有最低化学复杂性体系,有利于深入分析反应过程与电化学机理;加强新型低成本钛氧化物(如Ti_(2)O_(3))用于改性SiO负极,有利于推动SiO基负极学术探究与商业应用。

关键词：锂离子电池 SiO负极金属氧化物钛氧化物 TiO_(2) TiO_(2–x)

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煤油流量对NiCrBSi-CrSi_(2)涂层微观结构及高温磨损性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 825-833页

作者：王志强刘侠张世宏任奕杨康杨阳薛召露安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

在12CrMoVG基体上通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术,分别采用不同煤油流量制备了NiCrBSi-CrSi_(2)复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、Raman、维氏显微硬度计、电子拉伸试验机和高温旋转式摩擦磨损试验机分别表征了不同煤油流量下涂层物相、组... 详细信息

在12CrMoVG基体上通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术,分别采用不同煤油流量制备了NiCrBSi-CrSi_(2)复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、Raman、维氏显微硬度计、电子拉伸试验机和高温旋转式摩擦磨损试验机分别表征了不同煤油流量下涂层物相、组织结构、力学性能和高温摩擦磨损性能。结果表明:不同煤油流量涂层的物相组成基本相同,均有γ-Ni、Ni_(3)B、Cr_(2)B、CrSi_(2)和Cr_(5)Si_(3),但随着煤油流量的升高,涂层中的CrSi_(2)和Cr_(2)B的部分会分别转变为Cr_(5)Si_(3)和CrB相。涂层显微硬度和结合强度随着煤油流量的升高均呈现先增后减的趋势,孔隙率和磨损率表现出先减后增的趋势。当煤油流量为30 L/h时,粉末熔融效果最好,涂层的孔隙率最低为0.17%,显微硬度(HV0.3)最高达到5576.2 MPa,结合强度最高为59MPa,磨损率最低为2.84×10^(-14)m^(3)·(N·m)^(-1)。磨痕表面产生的Cr_(2)O_(3)、SiO_(2)和NiCr_(2)O_(4)等氧化物以及较高的涂层硬度使得30 L/h的涂层显示出最优的耐高温摩擦磨损性能。涂层的磨损机制以氧化磨损和黏着磨损为主。

关键词：超音速喷涂 NiCrBSi-CrSi_(2)复合涂层煤油流量显微组织高温磨损性能

Cu对含Ce高强高效无取向硅钢磁性能的影响

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材料导报 2024年第6期38卷 172-178页

作者：李娜丁西安王永强陆勤阳郑成思安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

无取向硅钢作为新能源汽车电机系统的核心部件材料,要求其磁性能和力学性能同时优异,但两者往往不能兼顾。如何获得强度和磁性能的良好匹配是高性能无取向硅钢需要解决的关键问题之一。对此,本工作通过Cu、Ce合金化研制了高强高效无取... 详细信息

无取向硅钢作为新能源汽车电机系统的核心部件材料,要求其磁性能和力学性能同时优异,但两者往往不能兼顾。如何获得强度和磁性能的良好匹配是高性能无取向硅钢需要解决的关键问题之一。对此,本工作通过Cu、Ce合金化研制了高强高效无取向硅钢样品,但是,目前Cu在硅钢中的作用尤其是对磁性能的影响机理尚不十分明确。因此,本工作采用光学显微镜、扫描电镜、背散射电子衍射和透射电镜等方法研究了Cu对含Ce高强高效无取向硅钢磁性能的影响及机理。结果表明,适量Cu的添加在显著提高强度的情况下同时降低高频铁损,较多Cu的添加使磁感降低、铁损升高。这主要是因为,适量的Cu以富Cu相析出,具有尺寸小、分布分散等特点,一方面促使再结晶的发生,提高晶粒均匀性,并且高温再结晶退火过程中Cu以固溶形式存在不会明显阻碍晶粒长大,对磁性能有利;另一方面促使有利织构的产生,抑制不利织构出现,提高磁感,从而在一定程度上抵消富Cu析出相阻碍磁畴转动对磁性能的不利影响。Cu含量较高时,富Cu析出相不仅尺寸较大,而且形态呈长条状或短棒状,恶化了磁性能。

关键词： Cu 高强高效无取向硅钢组织织构磁性能

微沟槽织构设计对PDMS表面黏-滑摩擦学行为的影响

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 70-77页

作者：施文斌肖汉崔坤杰王涛时礼平吴玉国李蒙安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学芜湖技术创新研究院安徽芜湖241002

“黏-滑”现象是软材料表面摩擦学行为典型的特征,易诱发机械系统的振动与噪音等问题.本文中采用激光加工技术在PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)表面加工了沟槽状织构阵列,研究不同参数织构设计对软材料表面“黏-滑”摩擦行... 详细信息

“黏-滑”现象是软材料表面摩擦学行为典型的特征,易诱发机械系统的振动与噪音等问题.本文中采用激光加工技术在PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)表面加工了沟槽状织构阵列,研究不同参数织构设计对软材料表面“黏-滑”摩擦行为的影响.结果表明沟槽织构可以有效抑制软材料表面“黏-滑”行为,降低界面摩擦阻力,但沟槽的作用效能依赖于其倾斜角设计.此外,界面滑动速度和沟槽织构宽度也是影响表面摩擦学行为的主要因素.

关键词： “黏-滑”行为软材料摩擦学黏弹性表面织构

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低共熔溶剂辅助制备空心球状钙钛矿型高熵氧化物及高倍率储锂性能

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化学学报 2024年第3期82卷 303-313页

作者：鲍梦凡陈诗洁邵霞邓慧娟冒爱琴檀杰安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243032 安徽工业大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究中心马鞍山243032

近年来高熵氧化物因其独特的四大效应,作为高性能的锂离子电池(LIBs)负极材料受到广泛关注.本研究借助于形貌和缺陷调控策略调控晶格畸变和氧空位,以金属硝酸盐为金属源,葡萄糖和尿素为低共熔溶剂,采用基于低共熔溶剂辅助的固相反应法... 详细信息

近年来高熵氧化物因其独特的四大效应,作为高性能的锂离子电池(LIBs)负极材料受到广泛关注.本研究借助于形貌和缺陷调控策略调控晶格畸变和氧空位,以金属硝酸盐为金属源,葡萄糖和尿素为低共熔溶剂,采用基于低共熔溶剂辅助的固相反应法制备了La(Co_(0.2)Cr_(0.2)Fe_(0.2)Mn_(0.2)Ni_(0.2))O_(3)以及Li、Na元素掺杂的La(Li_(1/6) Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)和La(Na_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)钙钛矿型高熵氧化物纳米晶粉体.测试结果表明:所制备的高熵氧化物均为单相钙钛矿结构,其形貌为具有介孔结构的空心球状且各组成元素分布均匀.储锂性能表明:La(Li_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)电极展示了最高的比容量(电流密度200 mA·g^(-1)下循环100圈的可逆比容量为410.0mAh·g^(-1))和优异的倍率性能(100 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为342 mAh·g^(-1),3000 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为169.43 mAh·g^(-1),容量保持率为49.4%).虽然La(Li_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)具有略小的D_(Li)~+,但适当的晶格畸变、氧空位和较高的比表面积使其具有更高的电导率(0.072 S·cm^(-1))以及更小的阻抗,从而显著提升了材料的比容量和倍率性能.该项工作为开发出高性能LIBs的先进负极材料提供了新的设计理念和思路.

关键词：负极材料钙钛矿型高熵氧化物掺杂缺陷工程储锂性能

软弹流状态下“脊-膜”织构化PDMS表面增摩特性的研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第8期44卷 1084-1091页

作者：肖汉孙勇健王涛时礼平李蒙安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学芜湖技术创新研究院安徽芜湖241002

润滑条件下,增加软质材料(如橡胶、凝胶等)表面摩擦效应是柔性电子、皮肤传感器和智能抓取等功能器件设计制造的1个重大需求.本文中采用激光加工与多次覆膜相结合工艺,在PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)表面加工出不同间距... 详细信息

润滑条件下,增加软质材料(如橡胶、凝胶等)表面摩擦效应是柔性电子、皮肤传感器和智能抓取等功能器件设计制造的1个重大需求.本文中采用激光加工与多次覆膜相结合工艺,在PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)表面加工出不同间距的“脊-膜”织构,研究其在流体润滑状态下接触界面的摩擦学特性,并原位考察了接触界面内润滑介质的流动特征.结果表明:“脊-膜”织构在滑动界面内产生周期性弹性迟滞,引起润滑界面的能量耗散,从而显著提高了PDMS表面在软弹流状态下的滑动摩擦效应;当“脊”间距为3 mm时,织构化表面的平均摩擦力可达100.23 mN,与光滑表面相比,其摩擦效应提高了49.6倍.此外,PDMS表面摩擦效应随法向载荷的增加而增加,但在不同滑动速度下基本保持不变.

关键词：弹流润滑软材料 “脊-膜”织构应变能摩擦力

原位合成Si/(SiO+Ag)复合负极材料及其电化学性能

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精细化工 2024年第1期41卷 107-113页

作者：王帅唐梦蔡振飞曹瑞马扬洲宋广生安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243000

将微米Si和纳米Ag_(2)O进行机械球磨,通过原位固相反应合成了Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)],以沥青为碳源采用高温煅烧法制备了碳包覆Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)-C]。采用XRD、XPS、SEM、TEM对复合材料进行了表征,测试了其电化学性能。结果... 详细信息

将微米Si和纳米Ag_(2)O进行机械球磨,通过原位固相反应合成了Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)],以沥青为碳源采用高温煅烧法制备了碳包覆Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)-C]。采用XRD、XPS、SEM、TEM对复合材料进行了表征,测试了其电化学性能。结果表明,微米Si和纳米Ag_(2)O在球磨破碎过程中原位形成Si O和Ag颗粒,并附着在基体Si上,两种复合材料都展现出良好的倍率性能,在低电流密度(0.12 A/g)下Si/(SiO+Ag)和Si/(SiO+Ag)-C循环5次后分别表现出1422和1039 mA·h/g的可逆比容量,而在高电流密度(2.40 A/g)下仍能获得672和393 mA·h/g的可逆比容量;当电流密度再次恢复到0.12 A/g时,可逆比容量可恢复到1329和961m A·h/g,Si/(SiO+Ag)-C表现出更好的循环稳定性,经80次循环后可逆比容量仍稳定在943 m A·h/g,其突出的倍率性能归因于微米Si的颗粒细化以及球磨过程中原位反应形成纳米Ag颗粒导电特性,而循环稳定性的提高与原位形成Si O和包覆碳构成的双相缓冲结构有关。

关键词：锂离子电池复合材料 Si负极材料固相反应机械化学功能材料