材料开发与应用

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本刊定位于“成为船舶及海洋工程材料技术交流平台，加强材料界学术交流，促进船舶行业和海洋工程领域技术创新和产业发展”。主要刊载各类金属材料、高分子聚合物材料、无机非金属材料、复合材料以及腐蚀与防护、失效分析、测试评价等技术相关的高水平论文。

主编：廖志谦

执行主编：马玉璞

副主编：全识俊

主管：中国船舶集团有限公司

主办：洛阳船舶材料研究所; 中国造船工程学会船舶材料学术委员会

编辑出版：《材料开发与应用》杂志社

ISSN 1003-1545

CN 41-1149/TB

2011年第26卷第4期

栏目

材料研究
综述

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材料研究

多层复合舰用装甲结构抗高速破片特性比较研究

周红兵, 梅志远

2011, 26(4): 1-6. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.001

[摘要](3) [PDF 671KB](0)

摘要:
基于舰船舱壁防火、抗爆和抗高速破片冲击等综合防护需求,提出钢/陶瓷棉/FRP隔热对称式多层复合防护结构形式(简称MCFS结构)。针对MCFS结构和钢/FRP对称式夹层结构(简称MFS结构)在高速(>1000 m/s)破片模拟弹冲击下的损伤及吸能特性进行试验研究,结果显示,弹道冲击下MCFS结构的典型破坏模式为:前置钢板层以剪切破坏为主,FRP层表现为较大范围凸起变形和显著分层,隔热陶瓷棉的存在没有明显限制中间FRP层抗弹吸能形变,后置钢板层的变形模式类似钢板低速冲击下的变形模式;MFS结构的典型破坏模式为:FRP层表现为小尺度局部凸起,无明显分层现象,后置钢板层对FRP有较强的整体抗弯支撑作用,出现较大范围的凸起形变。对比面密度相当条件下两种结构的抗弹性能,MCFS结构由于隔热缓冲层的设置,抗弹性能明显优于紧密贴合的MFS结构形式。文中同时结合钢板和FRP结构单一抗弹吸能试验结果,综合分析了MCFS结构抗高速破片冲击吸能效率和抗弹机理,认为MCFS结构抗弹性能优异的机理在于中间FRP层的抗弹性能得到了充分发挥,从而导致其总体吸能效率高于FRP/钢无间隙复合结构。

不同焊接方法对铁路桥梁用321-Q370qE复合板焊接接头疲劳性能的影响

王小华

2011, 26(4): 7-11. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.002

[摘要](4) [PDF 269KB](0)

摘要:
桥面结构焊接的方法主要是埋弧自动焊和焊条电弧焊,为了比较采用不同的焊接方法对321-Q370qE复合板焊接接头疲劳性能的影响,对这两种焊接方法形成的焊接接头进行了疲劳试验。试验结果表明,采用焊条电弧焊形成的焊接接头的抗疲劳性能优于埋弧焊形成的焊接接头。

线能量对900MPa级焊条接头力学性能影响研究

丁振林, 方大鹏, 张京海

2011, 26(4): 12-15. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.003

[摘要](4) [PDF 633KB](0)

摘要:
研究了屈服强度900MPa级焊条在不同焊接线能量下的焊接接头力学性能。试验结果表明,采用较低线能量焊接能明显提高接头焊缝的屈服强度,改善其综合力学性能;多层多道焊接时,提高道间温度对焊缝的屈服强度影响有限,但能提高其冲击韧性。组织分析表明,焊缝中存在少量的残余奥氏体,对改善焊缝冲击韧性有利,同时作为氢陷阱还能减少氢致裂纹产生的可能性。

室温大气环境下过时效态3J21合金疲劳行为

金晓鸥, 刘洪波, 何世禹, 张晶

2011, 26(4): 16-19,23. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.004

[摘要](6) [PDF 940KB](0)

摘要:
在MTS万能实验机上对室温大气环境下过时效态3J21合金的疲劳行为进行研究,并采用扫描电镜(SEM)对宏观断口及微观断口进行分析。结果表明,过时效态3J21合金的疲劳裂纹呈穿晶扩展和沿晶扩展,且沿晶扩展的比例较大,疲劳裂纹萌生寿命短,扩展途径相对平直,扩展速率大,裂纹扩展抗力小,疲劳寿命低;过时效态3J21合金疲劳断口由疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成。在低速扩展区,过时效态断口呈现冰糖状花样,在中速扩展区未看到长的疲劳条纹,仅发现个别短小的疲劳条纹,瞬断区可观察到二次裂纹、准解理和韧窝。

浸渗时间对无压浸渗制备Al/SiCp陶瓷基复合材料的影响

徐跃, 高霖, 崔崇, 钱凤

2011, 26(4): 20-23. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.005

[摘要](6) [PDF 557KB](0)

摘要:
本文采用无压浸渗法,研究浸渗时间对Al/SiCp陶瓷基复合材料组织、致密度、硬度的影响。浸渗保温时间1h,能浸透,但致密度差,硬度低。保温时间3h,发生粉化现象。结果表明浸渗保温时间2h是无压浸渗较好的工艺参数。

LaPO₄/Al₂O₃可加工陶瓷的磨削加工损伤与表征

张文来, 王昕, 姜桂军, 郑秋菊, 孙丹丹

2011, 26(4): 24-27. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.021

[摘要](9) [PDF 614KB](0)

摘要:
磨削加工是目前陶瓷材料的主要加工方法,通过对LaPO₄/Al₂O₃可加工陶瓷的磨削试验研究,进一步分析了陶瓷材料的磨削去除机理、磨削加工损伤以及加工损伤导致的材料力学性能的变化。结果表明,LaPO₄/Al₂O₃可加工陶瓷磨削去除方式主要有两种,脆性去除和塑性变形去除。磨削加工对材料表面及亚表面的加工损伤较为明显,加工损伤层的厚度在15μm左右。磨削加工损伤导致材料的硬度和抗弯强度都有一定程度的下降,而且主要与磨削加工的脆性去除方式有关。

海底微生物燃料电池阳极邻苯二酚紫修饰及电化学性能

苏佳, 付玉彬, 宰学荣

2011, 26(4): 28-32. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.006

[摘要](3) [PDF 334KB](0)

摘要:
为了提高海底微生物燃料电池(BMFC)的功率,尝试利用邻苯二酚紫(PCV)修饰电池阳极,分析研究其电化学性能。结果表明,改性阳极表面的接触角由129.1°减小到了63.3°,亲水性增加。表面附着可培养异氧细菌数由6.8×10⁵/cm²增加到1.6×106/cm²,数量提高1倍。改性阳极具有很好的抗极化性能,交换电流密度(i₀)由1.337×10^-3 A/m²提高到2.999×10 A/m²,动力学活性显著提高。电池最大功率密度(P_m)由28.5 mW/m²提高到55.1 mW/m²。同时,PCV具有生物活性,从理论上分析了PCV的生物催化性能,具有一定的探索意义。

樟脑磺酸掺杂聚苯胺复合阳极在海底微生物燃料电池中的应用

赵仲凯, 付玉彬, 宰学荣, 徐谦, 李魁忠, 刘佳

2011, 26(4): 33-37,45. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.007

[摘要](4) [PDF 384KB](0)

摘要:
制备了一种樟脑磺酸掺杂聚苯胺(PANI-(D-CSA))新型复合阳极,研究了其最佳配比,并在海底微生物燃料电池(BMFC)中测定其电化学性能。采用XRD衍射、热失重对聚苯胺阳极材料进行了表征。结构分析表明,PANI-(D-CSA)为部分结晶,热稳定性较好。性能测试表明,PANI-(D-CSA)质量分数为50%时复合阳极具有最小的内阻,最低的阳极极化曲线斜率,同时电池的输出功率密度显著提高,最大输出功率密度达到233.9 mW/m²,是BMFC-石墨阳极的3.7倍。这种新型复合阳极有望应用在BMFC中以得到较高的输出功率密度。

粘结剂对高电阻率各向异性粘结NdFeB磁体性能的影响

谢述锋

2011, 26(4): 38-40. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.008

[摘要](4) [PDF 185KB](0)

摘要:
用于高频场下的永磁材料不仅要具有高的磁性能,还需要具备高电阻率,避免高频交变场在磁体表面产生涡流而导致致命温升。本文即通过分析几种粘接剂的起始粘度、不同温度下的粘度曲线等性能参数优选粘接剂,并采用正交试验的方法得到了最优的高电阻率各向异性粘结NdFeB成型工艺,所成型磁体在高频场的应用得到了验证。

功能小分子对饱和橡胶/丙烯酸酯橡胶共混物阻尼性能的影响

张玲, 侯永振, 林新志, 马玉亮

2011, 26(4): 41-45. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.009

[摘要](7) [PDF 291KB](0)

摘要:
研究了功能小分子对饱和橡胶/丙烯酸酯橡胶共混材料阻尼性能的影响,结果表明,受阻酚类功能小分子AO-80与1035FF并用可进一步提高饱和橡胶/丙烯酸酯橡胶共混材料的阻尼性能。功能小分子的损耗因子峰值温度对掺杂体系稳定性有重要影响,其峰值温度低于使用温度的掺杂体系具有稳定的阻尼性能。

软模板法制备TiO₂纳米棒

陈颖, 黄英, 何倩, 王艳丽

2011, 26(4): 46-50,89. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.010

[摘要](9) [PDF 513KB](0)

摘要:
一维纳米TiO₂由于比表面积大,长径比高,在工业废水处理中既能充分发挥TiO₂的光催化活性,又易分离,故开展TiO₂一维纳米材料的研究有重要价值。本文确定了制备TiO₂纳米棒最优的工艺条件,用XRD、SEM、FT-IR、TGA-DSC对产物的结构与性能进行了表征。所制备的纳米TiO₂呈棒状且为锐钛矿型。利用紫外光催化降解甲基橙的效果考察了这种光催化剂的活性,结果表明,其降解率较用sol-gel法制备的TiO₂粉末的降解率提高了10%左右。

聚丙烯腈原丝的预氧化过程研究

袁慧五, 王源升, 余红伟, 梅永佳, 葛宝

2011, 26(4): 51-55. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.011

[摘要](4) [PDF 493KB](0)

摘要:
采用密度分析、红外吸收光谱(FT-IR)分析仪、广角X射线衍射(WXRD)仪、差示扫描量热(DSC)分析仪和扫描电子显微镜(SEM)等手段,系统地研究了聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化过程中的结构变化。结果表明,在预氧化过程中,PAN原丝的密度和相对环化率均增加,结晶尺寸先变大后变小,结晶度降低,说明环化反应先主要在非晶区引发环化反应,然后扩展至晶区,最终形成耐热的梯形环化结构。PAN原丝在240-280℃反应最剧烈,当预氧化时间为90min时,其预氧化效果较好。

压力容器用钢低周疲劳表面裂纹扩展速率试验研究

韩峰, 张亚军, 张利娟, 高灵清

2011, 26(4): 56-59,89. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.012

[摘要](4) [PDF 394KB](0)

摘要:
压力容器的表面裂纹常常会导致低周疲劳破坏。因此,研究压力容器用钢的低周疲劳表面裂纹扩展规律,具有重要意义。本文在带有上下对称圆弧板状试样的上圆弧几何中心,加工预制了半椭圆表面裂纹,以模拟压力容器具有表面裂纹时的特点。同时,在上圆弧一侧设计加工了特定形状和尺寸的刀口,装卡COD位移规,用来控制表面裂纹前缘的应变。以10CrNiMo钢为例,加工成一组上述形式的试样,在悬臂弯曲加载方式下,以由小到大6个总应变范围作为控制参量,研究试验材料低周疲劳表面裂纹扩展特性,以期为含有表面裂纹体的压力容器低周疲劳剩余使用寿命评估提供依据。

有限元在波纹管稳定性分析中的应用

张小文, 闫廷来, 孙友贾

2011, 26(4): 60-64. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.013

[摘要](1) [PDF 374KB](0)

摘要:
本文简要介绍了结构稳定性理论和有限元屈曲分析理论,通过建立波纹管材料简化模型和有限元模型,对不同单元模型下的波纹管进行内、外压屈曲分析,并对结果与实验值进行了分析。

综述

纳米材料在水处理中的应用

孙伟民, 张广成, 李俨, 李东东, 李佩佩, 刘柏辰, 张叠

2011, 26(4): 65-69. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.014

[摘要](6) [PDF 273KB](0)

摘要:
本文综述了光催化纳米材料二氧化钛、纳滤膜、碳纳米管、纳米零价铁和膨润土这五种常见的纳米材料的特点及其在微污染水源给水处理、污水处理、海水淡化、海洋环境污染治理等领域中的应用,对纳米材料在水处理中的发展前景做出了展望。

生物传感器基于碳纳米管对环境监测的研究进展

殷大根, 杜勇, 刘晓霞, 罗锦

2011, 26(4): 70-76. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.015

[摘要](5) [PDF 403KB](0)

摘要:
本文综述了碳纳米管的合成、纯化、功能化,基于碳纳米管的电化学生物传感器用于农药残留﹑有污染的阴阳离子及挥发性有机物等环境检测的研究进展。最后,对生物传感器在环境检测中应用前景和发展趋势进行了阐述。

纳米石墨的制备方法及机理与应用研究进展

孙贵磊

2011, 26(4): 77-81,94. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.016

[摘要](1) [PDF 330KB](0)

摘要:
纳米石墨的制备与合成方法可分为两大类:一类是将天然鳞片石墨破碎的物理制备法,主要包括机械球磨法、爆轰裂解法、超声破碎法以及电化学插层法;另一类是化学合成法,主要有脉冲激光沉积法、爆轰合成法、化学气相沉淀法、化学合成法等。本文阐述了纳米石墨制备方法的研究动态和目前纳米石墨的主要应用领域,并对其发展前景进行展望。

新型无毒防污涂料的发展现状

王威, 晏欣, 孙卫红

2011, 26(4): 82-84. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.017

[摘要](3) [PDF 190KB](0)

摘要:
自含锡防污涂料被禁止使用以来,无毒环保型防污涂料有了很大的发展。本文综述了一些无锡自抛光防污涂料以及用有机硅改性的丙烯酸和聚氨酯涂料,并做了展望。

高分子阻尼材料的研究进展

张一飞, 文庆珍, 朱金华, 余超

2011, 26(4): 85-89. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2011.04.018

[摘要](5) [PDF 296KB](0)

摘要:
本文介绍了高分子阻尼材料的研究进展,包括复合阻尼材料、智能阻尼材料等。展望了高分子阻尼材料的发展前景。

ZnO薄膜的制备及应用

陈瀚