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纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移及固化性能综述

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材料导报 2024年第7期38卷 62-71页

作者：龙武剑余阳何闯李雪琪熊琛冯甘霖滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室广东深圳518060 广东省滨海土木工程耐久性重点实验室广东深圳518060 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060

先进碳基纳米材料在水泥基材料领域的渗透突破了传统水泥基材料的性能使用局限,是未来高性能水泥基复合材料研究的热门领域。然而,虽然目前关于纳米增强水泥基复合材料水化、微观、力学等性能的研究相对较多,但是针对长期耐久性能,特别... 详细信息

先进碳基纳米材料在水泥基材料领域的渗透突破了传统水泥基材料的性能使用局限,是未来高性能水泥基复合材料研究的热门领域。然而,虽然目前关于纳米增强水泥基复合材料水化、微观、力学等性能的研究相对较多,但是针对长期耐久性能,特别是对影响钢筋锈蚀的主要因素氯盐侵蚀方面的研究相对较少,且缺少一定的深度与广度。纳米增强水泥基材料抗氯盐侵蚀性能主要体现在两个方面:一是孔隙层面,通过密实孔隙降低整体孔隙率,增加纳微观毛细孔比例,从而降低外界氯离子侵入迁移速率;二是固化层面,通过孔隙固液交界处水泥水化产物氯离子置换固化作用,吸附并降低孔隙溶液中自由氯离子含量。它们的最终目的都是在结构服役寿命内保证钢筋表面侵入的自由氯离子浓度处于锈蚀临界浓度之下,降低锈蚀风险及维护成本。深入明晰纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移和固化性能及机理,对建立有效预测模型,指导并推动高抗蚀纳米增强水泥基复合材料设计、制备及应用具有重要意义。本文总结了近年来纳米增强水泥基复合材料抗氯盐侵蚀性能的研究进展,对比分析了不同维度、不同制备手段、不同化学组成等各类纳米材料分别对抗氯离子迁移性能和氯离子固化性能的影响效果及机制,同时对未来纳米增强高抗蚀水泥基复合材料的发展及应用进行了展望。

关键词：纳米增强水泥基复合材料耐久性氯离子迁移氯离子固化

纳米压痕法测量航空发动机关键材料残余应力的研究进展

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材料导报 2024年第11期38卷 216-228页

作者：罗军李楠王曦刘昌奎中国航发北京航空材料研究院北京100095 航空工业失效分析中心北京100095 航空材料检测与评价北京市重点实验室北京100095 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室北京100095

随着航空发动机的需求日益增加,人们对合金性能的要求也越来越高。在制造和加工过程中引入的残余拉应力会严重影响合金的力学性能,从而缩短发动机的服役寿命。因此,残余应力的测量对发动机的可靠性和安全性起着关键性作用。本文系统归... 详细信息

随着航空发动机的需求日益增加,人们对合金性能的要求也越来越高。在制造和加工过程中引入的残余拉应力会严重影响合金的力学性能,从而缩短发动机的服役寿命。因此,残余应力的测量对发动机的可靠性和安全性起着关键性作用。本文系统归纳了纳米压痕技术的测量原理,包括接触深度、接触刚度、接触面积、硬度以及弹性模量的计算,介绍了纳米压痕测量残余应力计算模型(如Suresh、Lee、Xu、Wang、Kim以及Peng等模型)的分析过程,对比了计算模型之间的优缺点,详细综述了纳米压痕理论在航空发动机关键材料(如不锈钢、铝合金、钛合金、镍基高温合金)残余应力测量中的最新研究进展,总结了残余应力计算模型存在的不足,同时展望了纳米压痕法测量残余应力的发展方向。

关键词：纳米压痕计算模型残余应力航空发动机关键材料

不同层间冷却时间下H13钢电弧增材制造热力场数值模拟及强化效果

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金属热处理 2024年第2期49卷 236-243页

作者：朱禹陈菊芳陈蒙恩李小平彭天豪江苏理工学院机械工程学院、江苏省先进材料设计与增材制造重点实验室江苏常州213001

采用SYSWELD软件建立了单道多层H13钢电弧增材制造的有限元模型,通过试验对该模型进行验证,模拟分析了不同层间冷却时间(60、90、150、300 s)下单道多层成形过程中的温度场、应力场及畸变量。结果表明,模拟得到的热循环曲线和应力分布... 详细信息

采用SYSWELD软件建立了单道多层H13钢电弧增材制造的有限元模型,通过试验对该模型进行验证,模拟分析了不同层间冷却时间(60、90、150、300 s)下单道多层成形过程中的温度场、应力场及畸变量。结果表明,模拟得到的热循环曲线和应力分布曲线与实测结果相吻合,验证了有限元模型的可靠性;随着层间冷却时间的延长,成形件的散热条件变强,熔覆层中热量累积减弱,焊道重熔的次数减少,最大等效应力由434 MPa降低到403 MPa,畸变量由4.69 mm降低到3.15 mm。在层间冷却时间为300 s时,电弧增材成形件的熔覆区的平均硬度为512 HV0.2,为退火态基板平均硬度(215 HV0.2)的2.38倍,耐磨性比退火态基板提高了近6倍。

关键词：电弧增材制造热力场数值模拟等效应力畸变

高速低温喷涂气固作用行为及喷涂系统研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 101-114页

作者：马式跃刘梅军杨冠军李长久西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域... 详细信息

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域获得广泛关注。以粉末低温高速碰撞沉积过程为主线,凝练现有冷喷涂和低温超音速火焰喷涂两种具体工艺的共性特征,阐明喷涂气流与粉末颗粒的气固两相交互作用规律,分析出合理调控颗粒温度和速度是改善沉积体性能的关键。其次分析高速低温喷涂设备系统的构成,详细讨论各核心部件的结构设计策略及对气固流动行为的影响,总结出通过调整工艺参数与喷枪结构,可以实现颗粒温度和速度的按需控制。最后,对高速低温喷涂工艺及设备系统发展目前尚存的关键问题进行展望。总结如何通过喷涂参数与装置设计,最终达成调控沉积体性能的目的,有助于深入理解高速低温喷涂的沉积机理,对研制高性能的喷涂设备系统具有参考意义。

关键词：高速低温喷涂固相冷喷涂低温超音速火焰喷涂设备系统

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钠离子存储器件中界面效应作用机制研究

材料导报 2024年第8期38卷 35-43页

作者：魏一帆夏会聪张佳楠郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 郑州市能源催化功能材料重点实验室郑州450001

可充电钠离子电池被视为下一代高效能二次电池的最佳候选之一。电池充放电过程中电极表面及电极与电解质界面行为均对其性能有较大依赖性。因此,分析界面效应的特性对打造高能量密度、长期稳定的大型储能系统至关重要。虽然电极材料的... 详细信息

可充电钠离子电池被视为下一代高效能二次电池的最佳候选之一。电池充放电过程中电极表面及电极与电解质界面行为均对其性能有较大依赖性。因此,分析界面效应的特性对打造高能量密度、长期稳定的大型储能系统至关重要。虽然电极材料的特性研究已相当深入,但对钠离子电池界面效应的稳定性和高效性的研究仍显不足。现有研究成果尚未能为系统性结论提供充分的理论依据。本文回顾了钠离子储存设备中界面效应机制的研究现状,涵盖了电极材料内部的异质界面和固态电解质界面,从理论上分析了层间插入、转化反应和合金化过程中的界面效应,以及这些效应如何影响电池的整体性能。本文旨在为优化电极材料内部的异质界面及固态电解质结构提供理论基础,以提高钠离子电池的性能。同时,本文总结了几种现有的界面效应机制,并综述了目前界面效应研究面临的挑战与机遇,对其在该领域的未来发展进行了展望。

关键词：钠离子存储界面效应固态电解质中间相

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太阳能热发电用熔盐储热材料金属相容性研究

太阳能学报 2024年第4期45卷 540-545页

作者：王金龙鹿院卫吴玉庭张灿灿传热强化与过程节能教育部重点实验室暨传热与能源利用北京市重点实验室北京工业大学北京100124

为分析第三代太阳能热发电技术熔盐与低温罐选材的相容性,该文以一种低熔点(142℃)、高分解温度(>700℃)的混合熔盐为腐蚀环境,通过静态腐蚀实验研究碳钢(A515Gr70)和两种低合金钢(Q345R、15CrMoR)在450℃混合熔盐中的腐蚀行为。采用失... 详细信息

为分析第三代太阳能热发电技术熔盐与低温罐选材的相容性,该文以一种低熔点(142℃)、高分解温度(>700℃)的混合熔盐为腐蚀环境,通过静态腐蚀实验研究碳钢(A515Gr70)和两种低合金钢(Q345R、15CrMoR)在450℃混合熔盐中的腐蚀行为。采用失重法测量不同金属的腐蚀速率。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)对金属腐蚀表面的微观形貌、相组成和微区成分进行分析。结果表明:碳钢不含有耐腐蚀元素Cr、Ni和Mo,腐蚀速率最大。15CrMoR表面氧化层以疏松多孔的Fe_(2)O_(3)为主,不能阻止熔盐浸入金属基体内部,导致氧化程度加重,耐腐蚀性较差。Q345R表面氧化层由致密性好的FeCr2O_(4)、NiO和TiO_(2)组成,对金属基体具有保护性,耐腐蚀性最佳。

关键词：太阳能热发电腐蚀腐蚀速率合金钢熔盐氧化层

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双面研磨技术研究现状与发展趋势

机械工程学报 2024年第7期60卷 266-288页

作者：郭江潘博连佳乐杨哲刘欢高菲康仁科大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室大连116024

近年来,随着半导体、光学制造等领域的飞速发展,对晶圆、光学窗口及密封环等薄平板件的需求越来越大,加工质量要求越来越高。双面研磨具有加工应力小、效率高等优点,被广泛用于薄平板件的加工。为梳理双面研磨技术发展现状,重点综述了... 详细信息

近年来,随着半导体、光学制造等领域的飞速发展,对晶圆、光学窗口及密封环等薄平板件的需求越来越大,加工质量要求越来越高。双面研磨具有加工应力小、效率高等优点,被广泛用于薄平板件的加工。为梳理双面研磨技术发展现状,重点综述了双面研磨的机理、工艺、应用及装备的最新研究进展;分析了双面研磨理论模型对工艺的优化效果,总结了双面研磨工艺的应用现状。此外,全面比较了行业内代表性厂家双面研磨装备的技术水平,并指出了国内与国外的差距。在此基础上,对双面研磨技术的发展趋势进行了展望,为后续相关研究提供了参考。

关键词：双面研磨技术材料去除工艺优化双面研磨装备

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薄壁CFRP管端面磨削及铣削加工质量对比

复合材料学报 2024年第5期41卷 2503-2519页

作者：田俊超鲍岩康仁科张泽旭郭东明董志刚大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室大连116024

阵列复材管是由薄壁碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)管在水平面内二维密排形成的蜂窝结构材料,可应用于航空航天等领域。为探索端面磨削和铣削阵列复材管的可行性,以CFRP管元胞为研究对象,考虑其薄壁特征引入切出角度为实验参数,并开展... 详细信息

阵列复材管是由薄壁碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)管在水平面内二维密排形成的蜂窝结构材料,可应用于航空航天等领域。为探索端面磨削和铣削阵列复材管的可行性,以CFRP管元胞为研究对象,考虑其薄壁特征引入切出角度为实验参数,并开展端面加工实验研究切出角度、刀具实际进给率、轴向切削深度和切削速度对已加工表面形貌和力的影响。结果表明:切出角度通过影响加工区域的材料支撑状态和纤维切削角影响损伤的类型及形成过程,过大或过小的切出角度均可能产生加工损伤;通过降低刀具实际进给率、轴向切削深度或提升切削速度均可一定程度上降低切削力并抑制端面磨削时小切出角度条件下的损伤,但上述措施无法抑制端面铣削损伤。端面磨削相比于端面铣削具有更大的高效低损伤加工工艺操作区间,建议优先选用。

关键词： CFRP 蜂窝铣削磨削加工损伤切削力

无机材料飞秒激光3D打印技术研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 206-226页

作者：侯郑为刘少峰林琳涵李正操孙洪波清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室北京100084 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无... 详细信息

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无机光敏材料的发展,高无机功能材料占比的飞秒激光3D打印为高性能器件制备提供了更多的可能性,极大拓展了微纳3D制造的应用能力。围绕近年来基于无机材料体系的飞秒激光3D打印方法,从无机组分工艺、激光打印能力、无机功能材料体系及应用等方面总结现有飞秒激光3D打印微纳器件应用、发展前景及面临的挑战,并展望飞秒激光打印无机3D微纳结构的新材料、新方法、新应用。

关键词：激光技术飞秒激光 3D打印纳米技术无机材料功能材料