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铝中小空位团簇稳定性的第一性原理研究

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 724-736页

作者：苏恬莉孔祥山陈良赵国群张存生山东大学材料液固结构演化与加工教育部重点实验室济南250061

空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,... 详细信息

空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,LDA是Al中单空位形成能最可靠的近似,其次是PBE、PBEsol、PW91和AM05。本文结果证实Al中的双空位在能量上是不稳定的。此外,任何结构中小于5的空位团簇相对于相应数量的孤立单空位都是不稳定的。SFT是大多数小空位团簇中最稳定的结构,其次是孔洞和空位板。这些结果有助于理解实验观测到的铝中空位团簇的尺寸分布。

关键词：第一性原理铝单空位双空位空位团簇层错四面体空位板

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铝合金型材挤压弯曲一体化成形技术研究进展

塑性工程学报 2024年第4期31卷 46-55页

作者：赵国群孙宇彤喻俊荃山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室山东济南250061

相比于直型材,铝合金弯曲型材更适用于日益复杂的部件形状并能更好地满足轻量化需求,具有提升部件结构强度和刚度、节约空间及增加工业设计自由度等优点,在汽车、高铁和航空航天等领域具有广泛用途。相较于传统冷弯成形技术,挤压弯曲一... 详细信息

相比于直型材,铝合金弯曲型材更适用于日益复杂的部件形状并能更好地满足轻量化需求,具有提升部件结构强度和刚度、节约空间及增加工业设计自由度等优点,在汽车、高铁和航空航天等领域具有广泛用途。相较于传统冷弯成形技术,挤压弯曲一体化成形技术在生产弯曲型材方面具有流程短、精度高、缺陷少等优点,因而受到广泛关注。重点综述了基于外部弯曲装置和材料差速流动的挤压弯曲一体化成形技术的研究进展,分析并总结了不同挤压弯曲一体化成形技术的原理及发展现状,对比了不同挤压弯曲一体化成形技术的优缺点,最后展望未来发展趋势及其研究方向。

关键词：铝合金弯曲型材挤压弯曲一体化外部弯曲材料差速流动

电化学置换反应制备石墨烯基纳米无定型锑复合阳极用于高性能钠离子电容器的构筑

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物理化学学报 2024年第5期40卷 24-27页

作者：米超林秦玉莹黄欣莉罗伊杰张志薇王成祥石元昌尹龙卫王儒涛山东大学材料科学与工程学院材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061

锑(Sb),因其具有较高的理论比容量(660 mAh·g^(-1))、较低储钠电位(0.5–0.8 V ***/Na^(+))和较高的密度(6.68 g·cm^(-3))等特点,被认为是一种理想的钠离子电容器的阳极材料。然而,在Na^(+)脱嵌过程中,Sb电极会发生较大的体积变化,导... 详细信息

锑(Sb),因其具有较高的理论比容量(660 mAh·g^(-1))、较低储钠电位(0.5–0.8 V ***/Na^(+))和较高的密度(6.68 g·cm^(-3))等特点,被认为是一种理想的钠离子电容器的阳极材料。然而,在Na^(+)脱嵌过程中,Sb电极会发生较大的体积变化,导致其容量快速衰减以及倍率性能变差,阻碍了Sb电极的实际应用。因此,本文提出一种可用于制备锚定在具有碳涂层的二维石墨烯表面的无定型Sb纳米颗粒的电化学置换方法。所制备Sb/石墨烯复合材料具有典型的二维复合结构,可大幅增加与电解液界面接触面积,缩短离子扩散路径,促进离子迁移与电子转移。进一步利用该复合材料作为阳极,自制活性炭作为阴极,构建出一种新型钠离子电容器。研究证实,该钠离子电容器工作电压可达4.0 V,可输出140.75 Wh·kg^(-1)的最大能量密度和12.43 kW·kg^(-1)的最高功率密度。综上,该研究结果可为钠离子储能器件用高容量锑基阳极材料的优化设计提供可借鉴的思路。

关键词：石墨烯锑基阳极电化学置换反应二维复合材料钠离子电容器

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电解铜箔截面微观组织的EBSD分析

精密成形工程 2024年第7期16卷 233-238页

作者：韩俊青武玉英刘树帅刘相法山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061

目的通过树脂包埋结合离子截面抛光的制备方法,实现铜箔样品的截面EBSD分析,进而利用截面EBSD分析方法探究电流密度对铜箔组织性能的影响。方法通过使用热固性树脂对铜箔进行包埋,使用加热平台使胶体凝固,对得到的包埋好的铜箔试样在砂... 详细信息

目的通过树脂包埋结合离子截面抛光的制备方法,实现铜箔样品的截面EBSD分析,进而利用截面EBSD分析方法探究电流密度对铜箔组织性能的影响。方法通过使用热固性树脂对铜箔进行包埋,使用加热平台使胶体凝固,对得到的包埋好的铜箔试样在砂纸上进行截面打磨,放入截面离子抛光仪中进行离子切割,样品制备完成后,将样品取下。使用电子背散射(EBSD)作为电镜附件,进行晶体学取向的表征。结果结合截面微观组织的EBSD分析方法,分析了电流密度对铜箔组织性能的影响,结果表明,随着电流密度的增大,电解铜箔的晶粒尺寸呈现出先减小后增大的趋势,孪晶密度和位错密度呈现出先增大后减小的趋势,抗拉强度在45 A/dm^(2)时达到最大547.05 MPa。结论该方法可以利用EBSD分析软件自动分析铜箔截面的晶粒粒度分布、孪晶密度等,并将这些微观结构特征与力学性能结果进行详细对比分析,验证了电流密度对铜箔组织和性能的显著影响。

关键词：电解铜箔样品制备截面离子抛光电子背散射衍射微观组织

超声振动对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 80-93页

作者：戴翔石磊田春燕武传松高嵩山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061 齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院济南250353

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊对第三代2195-T6铝锂合金进行焊接,研究超声振动对接头显微组织与力学性能的影响。研究表明,超声振动强化搅拌摩擦焊能够增强塑性材料流动,进而抑制焊接缺陷,提高无缺陷接头的临界焊接速度。在保证接头... 详细信息

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊对第三代2195-T6铝锂合金进行焊接,研究超声振动对接头显微组织与力学性能的影响。研究表明,超声振动强化搅拌摩擦焊能够增强塑性材料流动,进而抑制焊接缺陷,提高无缺陷接头的临界焊接速度。在保证接头抗拉强度达到母材75%的条件下,超声振动强化搅拌摩擦焊的焊接速度和效率均高于常规搅拌摩擦焊。施加超声振动能够大幅提升较高焊接速度条件下的接头力学性能。超声振动强化搅拌摩擦焊接头的极限抗拉强度为449.5 MPa,达到母材的83.1%。超声振动强化搅拌摩擦焊接能够在保证接头质量的前提下提升临界焊接速度和焊接效率。

关键词： 2195-T6铝锂合金搅拌摩擦焊超声振动强化搅拌摩擦焊焊接速度晶粒结构接头性能

通过基体晶粒和颗粒分布异质结构的调控协同提升AlN_(p)/Al复合材料的强度-塑性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1049-1064页

作者：陈玉瑶聂金凤范勇顾雷谢可伟刘相法赵永好南京理工大学材料科学与工程学院纳米异构材料中心南京210094 山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061

为了获得优异的强塑性能,采用液固反应结合后续的热机械处理方法制备了3种具有不同微观组织构型的异构AlNp/Al复合材料,详细研究了AlN颗粒分布和基体晶粒组织构型对拉伸强度和塑性的影响。结果表明,复合材料的强度和塑性同时提高。其中... 详细信息

为了获得优异的强塑性能,采用液固反应结合后续的热机械处理方法制备了3种具有不同微观组织构型的异构AlNp/Al复合材料,详细研究了AlN颗粒分布和基体晶粒组织构型对拉伸强度和塑性的影响。结果表明,复合材料的强度和塑性同时提高。其中,具有较弥散颗粒分布的Uniformed-AlNp/Al复合材料表现出优异的极限抗拉强度(~387 MPa)和断裂伸长率(~9.1%)。与其他文献报道的颗粒增强铝基复合材料相比,该复合材料具有较好的比强度和延展性组合。此外,计算了异质变形诱导(HDI)应力。结果表明,在Uniformed-AlNp/Al复合材料中,HDI应力显著增加。揭示了HDI应力在提高AlNp/Al复合材料的强度和塑性中起着至关重要的作用。

关键词： AlNp/Al复合材料拉伸强度塑性异质结构颗粒分布强化机制

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附载体极薄铜箔的剥离机制

精密成形工程 2024年第8期16卷 11-18页

作者：殷光茂韩俊青杨祥魁王浩然武玉英山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061 山东金宝电子有限公司山东招远265400

目的研究一种极薄铜箔制备过程中所需要的新型剥离层结构,以此来实现极薄铜箔的顺利剥离。方法利用两步电沉积法制备了可剥离的极薄铜箔,利用EBSD分析了“载体铜箔-剥离层-极薄铜箔”结构的附载体铜箔截面晶粒分布规律,利用聚焦离子束技... 详细信息

目的研究一种极薄铜箔制备过程中所需要的新型剥离层结构,以此来实现极薄铜箔的顺利剥离。方法利用两步电沉积法制备了可剥离的极薄铜箔,利用EBSD分析了“载体铜箔-剥离层-极薄铜箔”结构的附载体铜箔截面晶粒分布规律,利用聚焦离子束技术(FIB)制备了TEM样品,通过HRTEM对“载体铜箔-剥离层-极薄铜箔”结构中剥离层/极薄铜箔、剥离层/载体铜箔的界面微观结构进行了研究。结果与单一Ni剥离层相比,通过两步电沉积法制备的复合剥离层(Ni,Cr-O)具有更好的可剥离性,复合剥离层由有序Ni层和无序Cr-O层组成。复合剥离层中的Ni层与载体铜箔相结合,界面完全共格,形成较强的界面结合;复合剥离层中的无序Cr-O层与极薄铜箔相结合,Cr-O层与极薄铜箔界面原子紊乱,形成较弱的界面结合。对制备的极薄铜箔剥离强度进行测试可知,极薄铜箔与载体铜箔能够剥离,极薄铜箔与剥离层之间的剥离强度约为0.01N/mm。结论利用载体铜箔-剥离层、极薄铜箔-剥离层结合界面的差异化实现了界面结合的差异化,复合剥离层内有序和无序的结构分布调控了载体铜箔与剥离层、极薄铜箔与剥离层之间的界面结合,使剥离层与极薄铜箔之间的结合弱于剥离层与载体铜箔之间的结合,有助于极薄铜箔与剥离层分离,同时剥离层与载体铜箔之间不会分离,进而获得可洁净剥离的极薄铜箔。

关键词：极薄铜箔剥离层界面载体铜箔剥离强度

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基于热压烧结制备的铝/铜多层复合材料界面结构与力学性能(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：沈凯强陈良钱丽华阙标华张存生山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室山东大学材料科学与工程学院

以铜片和铝粉为原材料，基于热压烧结制备了铝/铜多层复合材料。研究了烧结参数对界面结构和力学性能的影响规律。结果表面，铝铜之间形成了结合质量良好的均匀界面。在620 ℃条件下烧结2 h，金属间化合物的厚度达到33.88 μm，而当600 ... 详细信息

以铜片和铝粉为原材料，基于热压烧结制备了铝/铜多层复合材料。研究了烧结参数对界面结构和力学性能的影响规律。结果表面，铝铜之间形成了结合质量良好的均匀界面。在620 ℃条件下烧结2 h，金属间化合物的厚度达到33.88 μm，而当600 ℃ 烧结1 h时，其厚度仅为14.88 μm。随烧结时间的延长，Al4Cu9和Al2Cu两相反应生成AlCu相，且AlCu/Al4Cu9界面处形成了一条非晶态氧化带。铝/铜多层材料的抗拉强度受晶粒形貌和界面结构的影响，而其拉伸断裂模式与界面结合强度密切相关。600 ℃烧结1 h时，抗拉强度和结合强度分别达到最高的151.1 MPa和93.7 MPa。

关键词：铝铜多层复合材料界面金属间化合物结合强度力学性能

Gleeble高温拉伸样品标距段的选定对拉伸曲线的影响

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实验技术与管理 2024年第8期41卷 15-21页

作者：赵冠琳吴东亭刘树帅王建峰乔营宋浩泽山东大学材料科学与工程学院材料液固结构演变与加工教育部重点实验室山东济南250061

Gleeble热模拟试验机是目前测定金属材料在高温条件下力学性能的主要设备之一。利用该设备进行高温拉伸试验时,样品属于局部加热,中间温度最高,向两侧随距离增大温度呈现递减状态,因此常选用温差在50~100℃范围内的区域作为标距段长度... 详细信息

Gleeble热模拟试验机是目前测定金属材料在高温条件下力学性能的主要设备之一。利用该设备进行高温拉伸试验时,样品属于局部加热,中间温度最高,向两侧随距离增大温度呈现递减状态,因此常选用温差在50~100℃范围内的区域作为标距段长度来获取最终的拉伸曲线。该文选取了两种棒材和两种板材,对其分别进行600、800和1000℃的高温处理,获得不同样品的加热区域温度分布情况,进而给出推荐的标距段长度。随后对4种样品分别进行800℃、应变速率0.1/s下的高温拉伸试验,获得不同标距长度下样品的高温拉伸曲线。通过对曲线结果进行分析,给出利用该设备进行高温拉伸时的样品选用和标距范围的建议。

关键词：高温力学性能拉伸曲线标距