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耐热铝基合金研究进展:微观组织设计与析出策略

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金属学报 2021年第2期57卷 129-149页

作者：高一涵刘刚孙军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

工业选材在满足强度要求以保证结构安全之余,通常也需要尽可能兼顾轻量化以使机械结构更加轻盈。当仅仅考虑室温服役性能时,大量的商用铝合金材料因其优异的室温力学性能可供备选,并通常能很好地契合"轻质-高强"这一目标。然而,对于需要... 详细信息

工业选材在满足强度要求以保证结构安全之余,通常也需要尽可能兼顾轻量化以使机械结构更加轻盈。当仅仅考虑室温服役性能时,大量的商用铝合金材料因其优异的室温力学性能可供备选,并通常能很好地契合"轻质-高强"这一目标。然而,对于需要在300~500℃中温区间服役的构件,铝合金的上述优势则荡然无存。其主要原因在于传统高强铝合金赖以强化的析出相在200℃以上便将发生快速失稳粗化,导致材料丧失强化效果并快速软化失效。而若以更耐热的钛合金、高温合金等作为替代,则随之带来的结构增重与成本提高又令设计者甚觉"重材轻用"。目前,在>300℃温度区间难以实现安全服役仍是轻质铝基材料开发的难点所在,而其关键的解决方案在于如何寻求微观组织的高温稳定化。本文从耐热铝合金中特异性的微观组织特点出发,综述近期业界在耐热铝基合金开发过程中关于强化相选择、合金化策略以及微观组织热稳定化的进展与内在构建机理,以期能够提供一些耐热轻质合金材料微观组织设计过程的普适性基本理论依据。

关键词：铝基合金高温力学性能微观组织设计热稳定化合金化策略纳米析出相

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增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

航空学报 2022年第4期43卷 15-31,I0002页

作者：李涤尘鲁中良田小永张航杨春成曹毅苗恺西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710054 西安交通大学陕西省快速成形制造技术工程研究中心西安710049

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮(PEEK)及其复合材... 详细信息

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。

关键词：增材制造航空航天涡轮叶片复合材料吸波结构太空3D打印

正向电压对氢化锆微弧氧化阻氢膜层性能的影响

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无机材料学报 2018年第7期33卷 793-797页

作者：张鹏飞闫淑芳陈伟东李世江耿艳花王宏兴内蒙古工业大学材料科学与工程学院呼和浩特010051 西安交通大学宽禁带半导体材料与器件研究中心西安710049

在偏铝酸钠-氢氧化钠-EDTA混合溶液中,采用恒压模式对氢化锆表面进行微弧氧化处理。借助场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)及真空脱氢实验,研究了不同正向电压(350~425 V)对微弧氧化膜层表面、截面、相结构及阻氢渗透性能的影... 详细信息

在偏铝酸钠-氢氧化钠-EDTA混合溶液中,采用恒压模式对氢化锆表面进行微弧氧化处理。借助场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)及真空脱氢实验,研究了不同正向电压(350~425 V)对微弧氧化膜层表面、截面、相结构及阻氢渗透性能的影响。分析结果表明:微弧氧化过程大致由阳极氧化、火花放电、微弧氧化和熄弧四个阶段组成。制备的膜层分为致密层和疏松层,致密层所占比例约为80%。随着正向电压的增大,晶粒尺寸增大,晶面间距减小,氢化锆表面微弧氧化膜层厚度由122μm增加至150μm,膜层的增长速度也随正向电压的增大而加快。但正向电压的改变对膜层的相结构并无显著影响,膜层由单斜相氧化锆和四方相氧化锆组成,当正向氧化电压为400 V时,氧化膜的PRF值达到最大值20。

关键词：氢化锆微弧氧化正向电压阻氢渗透层

铝酸盐体系下反应时间对ZrH_(1.8)表面阻氢膜层制备的影响

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无机材料学报 2018年第3期33卷 284-288页

作者：张鹏飞闫淑芳陈伟东李世江赵丽王宏兴内蒙古工业大学材料科学与工程学院呼和浩特010051 西安交通大学宽禁带半导体材料与器件研究中心西安710049

采用微弧氧化技术在NaAlO_2电解液体系下制备ZrH_(1.8)表面阻氢膜层,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),真空脱氢实验对膜层进行表征,考察不同反应时间对ZrH_(1.8)表面阻氢膜层的厚度、形貌、相结构以及阻氢性能的影响... 详细信息

采用微弧氧化技术在NaAlO_2电解液体系下制备ZrH_(1.8)表面阻氢膜层,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),真空脱氢实验对膜层进行表征,考察不同反应时间对ZrH_(1.8)表面阻氢膜层的厚度、形貌、相结构以及阻氢性能的影响规律。研究结果表明:当反应时间在7.5~15 min变化时,膜层厚度由78.4μm增大至152.8μm。膜层由单斜相M-ZrO_2、四方相T-ZrO_2以及立方相C-ZrO_2组成,反应时间对膜层的相组成并无明显影响。阻氢膜层由致密层和疏松层构成,膜层外侧为疏松层,靠近基体一侧为致密层。当反应时间为10 min时,获得的膜层表面平整,致密性较好,厚度适中,膜层的氢渗透降低因子PRF值为20。

关键词： ZrH1.8 微弧氧化技术反应时间氧化膜

自振荡凝胶的力-化耦合行为调控及其应用研究

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力学进展 2014年第1期44卷 418-446页

作者：王鹏飞赵兴红林敏卢天健徐峰中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 西安交通大学仿生工程与生物力学中心西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049 西安交通大学生命科学与技术学院西安710049

自振荡凝胶是一类由特殊振荡化学反应驱动而产生周期性变形的新型智能软材料.自振荡凝胶内部存在复杂的力学与化学的非线性耦合效应,其动力学行为特征受试样的边界约束情况、外部作用力大小与形式等力学因素和反应物浓度、催化剂类型等... 详细信息

自振荡凝胶是一类由特殊振荡化学反应驱动而产生周期性变形的新型智能软材料.自振荡凝胶内部存在复杂的力学与化学的非线性耦合效应,其动力学行为特征受试样的边界约束情况、外部作用力大小与形式等力学因素和反应物浓度、催化剂类型等化学因素的显著影响,亦受试样的几何形状、外界光照强度、环境温度等其他物理因素的调控.自振荡凝胶已在力学与化学信号传播、材料结构自组装、微量物质运输、微型作动器、新型力学传感器等基础和应用领域取得众多突破性研究进展.基于相关研究,系统论述了自振荡凝胶的力-化耦合行为调控及其主要应用现状,为进一步深入研究新型智能软材料及其应用提供参考.

关键词：自振荡凝胶 BZ化学反应力-化耦合行为调控应用研究

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静电纺丝法制备定向排列的铁氧体纳米纤维

高等学校化学学报 2013年第3期34卷 514-519页

作者：戴剑锋路瑞娥付比张新磊兰州理工大学有色金属新材料省部共建国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学理学院兰州730050 西安交通大学前沿科学技术研究院多学科材料研究中心西安710054 周口师范学院分析测试中心周口466000

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和金属硝酸盐为原料,采用改进的静电纺丝法制备了直径均匀、表面光滑、定向排列的Co0.8Zn0.2Fe2O4/PVP纳米纤维前驱体,经热处理后得到定向排列的铁氧体纳米纤维.对前驱体纤维的热分解过程及Co0.8Zn0.2Fe2O4(CZFO)... 详细信息

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和金属硝酸盐为原料,采用改进的静电纺丝法制备了直径均匀、表面光滑、定向排列的Co0.8Zn0.2Fe2O4/PVP纳米纤维前驱体,经热处理后得到定向排列的铁氧体纳米纤维.对前驱体纤维的热分解过程及Co0.8Zn0.2Fe2O4(CZFO)的结构、物相及形貌进行了表征.结果表明,在空气中经550～950℃热处理3 h后均得到纯相、结晶良好的尖晶石型钴锌铁氧体;在2000 r/min转速下收集的复合纤维形貌最佳,直径约300 nm;经750℃热处理后纤维直径约为70 nm,室温下测得饱和磁化强度为66.1 A.m2/kg,矫顽力达到最大值6.6 A/m,表明钴锌尖晶石型铁氧体单畴临界尺寸约为44 nm.与CoFe2O4相比,CZFO的饱和磁化强度升高,矫顽力下降,并且CZFO的纤维与粉末的磁特性有明显的区别.

关键词：静电纺丝 Co0 8Zn0 2Fe2O4 定向排列纳米纤维单畴尺寸

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针头探出距离对静电纺纤维沉积状态的影响

四川大学学报（工程科学版） 2012年第2期44卷 191-195页

作者：刘呈坤孙润军陈美玉来侃西安工程大学纺织与材料学院陕西西安710048 西安交通大学材料科学与工程学院陕西西安710049 总后军需装备研究所汉麻研究中心北京100088

静电纺丝工艺被认为是至今为止制备连续微/纳米纤维的最有效的一种方法,是当今一大研究热点。借助于Maxwell电场模拟软件以及具体试验研究了针头探出距离对静电纺纤维沉积状态的影响。结果表明,电场仿真模拟能够较好地解释针头探出距离... 详细信息

静电纺丝工艺被认为是至今为止制备连续微/纳米纤维的最有效的一种方法,是当今一大研究热点。借助于Maxwell电场模拟软件以及具体试验研究了针头探出距离对静电纺纤维沉积状态的影响。结果表明,电场仿真模拟能够较好地解释针头探出距离对纤维条带形态的影响规律。无论在针头-平板式还是在平板-平板式电场结构体系中,针头探出距离都会显著影响沉积纤网的外观,针头探出距离越大,沉积环形纤维条带的周长越大,而且条带变得更加圆整。对于平板-平板式电场结构,纤维条带的圆整度更高,但是外径相对更小。研究结论对指导静电纺丝工艺中喷丝针头的设计将会具有一定的实际意义。

关键词：静电纺丝聚丙烯腈电场模拟针头探出距离纤维沉积状态

Ni_(50)Mn_(38-x)In_(12)Fe_x多晶合金的马氏体转变和磁转变特性(英文)

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中国材料进展 2013年第2期32卷 114-120页

作者：吴志刚任晓兵刘义农西安交通大学前沿科学与技术学院多学科材料研究中心陕西西安710049 西澳大利亚大学机械工程学院

详细研究了Ni50Mn38-xIn12Fex(x=0,3,4,5,6)合金体系中Fe取代Mn对合金马氏体相变行为及磁学性能的影响。发现当x≤4时,合金表现出由B2结构的奥氏体向正交结构的马氏体转变的相变行为,而当x≥5时该相变被完全抑制。当Fe对Mn的取代超过3%... 详细信息

详细研究了Ni50Mn38-xIn12Fex(x=0,3,4,5,6)合金体系中Fe取代Mn对合金马氏体相变行为及磁学性能的影响。发现当x≤4时,合金表现出由B2结构的奥氏体向正交结构的马氏体转变的相变行为,而当x≥5时该相变被完全抑制。当Fe对Mn的取代超过3%时,合金的显微结构中出现γ相,并发现其数量随Fe含量的增加而增加。γ相的形成改变了合金基体相成分,进而带来了基体相e/a(每原子的电子浓度)值的变化,研究结果证明合金的一系列性能改变均与基体相e/a值的变化相关。第一,基体相e/a(每原子的电子浓度)值随着Fe含量的增加而迅速减小,导致了合金马氏体相变温度、相变潜热及相变熵变的降低。第二,Fe的引入有效地增强了合金基体相的铁磁性能,提高了合金的居里转变温度和合金的磁化强度。详细阐述了Fe的引入是合金马氏体相变及磁学性能变化的本质原因。

关键词：形状记忆合金马氏体转变磁特性金属间化合物

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自振荡凝胶的动力学模型及可控性分析

力学学报 2013年第6期45卷 888-896页

作者：王鹏飞刘少宝周进雄卢天健徐峰西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 西安交通大学仿生工程与生物力学中心西安710049 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室西安710049

自振荡凝胶是一类在Belousov--Zhabotinsky化学反应(BZ反应)驱动下能够产生周期性收缩和膨胀大变形的智能软材料,简称为BZ凝胶,在微型激励器、传感器、药物释放、仿生材料等领域有着广泛的应用前景.基于BZ化学反应的Oregonator模型以及... 详细信息

自振荡凝胶是一类在Belousov--Zhabotinsky化学反应(BZ反应)驱动下能够产生周期性收缩和膨胀大变形的智能软材料,简称为BZ凝胶,在微型激励器、传感器、药物释放、仿生材料等领域有着广泛的应用前景.基于BZ化学反应的Oregonator模型以及凝胶变形的力平衡方程,建立了由二阶微分方程表示的BZ凝胶的简化动力学模型,并通过对BZ凝胶的振荡动力学模型的分析,发现其在动力学相轨迹空间内呈现出稳定的周期性极限环振荡,进而利用改进的打靶法求得了BZ凝胶的振荡周期解,系统研究了反应物浓度、催化剂效率和链状高分子的亲水性等可控系统参数对其振荡形式、周期和幅值的影响.结果表明,只有在特定的系统参数取值下,BZ凝胶才能发生持续的周期性振荡;随着这些参数的改变,BZ凝胶的振荡形式、周期和幅值均产生规律性变化.证明了对自振荡凝胶实施周期性调控在理论上是可行的.

关键词：智能凝胶 BZ反应非线性振荡周期性调控