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

2015年第30卷第3期

栏目

强度与失效
防腐防污涂料特约专题
材料试验与失效分析专题
材料研究
综述

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强度与失效

Q500钢焊接接头断裂韧性K_C的表达式

苏洋, 易伦雄, 马建坡, 宫旭辉

2015, 30(3): 1-5. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.001

[摘要](7) [PDF 267KB](0)

摘要:
基于断裂力学理论,针对Q500钢焊接接头评价,以更简便的计算Q500钢焊接接头K_C值和防断分析为目标,考虑冶金质量和板厚影响的系列温度夏比冲击试验结果,结合深缺口宽板拉伸试验结果,得出了Q500钢焊接接头断裂韧性K_C的表达式。

防腐防污涂料特约专题

丙烯酸树脂的合成工艺及其接枝性能

林丽, 谢志鹏, 石敏先, 王晶晶, 叶章基, 任润桃

2015, 30(3): 6-11. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.002

[摘要](10) [PDF 502KB](0)

摘要:
通过对丙烯酸树脂合成中的单体滴加时间、聚合温度、物料体积这三个因素的分析,确定了影响分子量的主要工艺参数,并探讨这三个因素对反应放热的影响,为丙烯酸树脂扩试提供基础数据。在最佳工艺条件下将棕榈酸接枝到丙烯酸树脂上,研究该树脂在不同接枝比例下的水解性能。

苯并异噻唑啉酮接枝丙烯酸锌树脂的合成及抑菌性能

马红圳, 谢志鹏, 秦岩, 王晶晶, 叶章基, 任润桃

2015, 30(3): 12-16. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.003

[摘要](13) [PDF 236KB](0)

摘要:
借鉴有机锡侧链防污结构,设计并合成具有类似有机锡树脂侧链丁基锡防污结构的苯并异噻唑啉酮接枝丙烯酸锌树脂,主要通过顺丁烯二酸酐对苯并异噻唑啉酮改性,赋予其羧酸基团,再与丙烯酸树脂接枝获得苯并异噻唑啉酮接枝丙烯酸锌树脂,赋予其侧链防污结构链段。通过核磁共振氢谱、傅立叶红外光谱表征手段鉴定其结构,并结合假交替单胞菌与创伤弧菌两种海洋细菌验证其抑菌性能。试验结果表明苯并异噻唑啉酮接枝丙烯酸锌树脂对海洋细菌具有优异的抑菌效果。

含季胺盐丙烯酸酯共聚物的防污涂料

刘吟松, 刘明光, 李亮, 晏欣

2015, 30(3): 17-20. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.004

[摘要](4) [PDF 220KB](0)

摘要:
用自由基溶液聚合法合成了甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵(DMC)-丙烯酸乙酯(EA)-甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)和DMC-EA-GMA-甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚物,并以此为成膜树脂制备了相应的防污涂料。测试结果表明:随着成膜树脂中DMC用量的增加,涂膜的剪切强度下降,Cu²⁺渗出率增加;随MMA用量的增加,涂膜的抗拉强度增加,Cu²⁺渗出率增加。MMA用量为树脂质量10%时,15℃以上的Cu²⁺渗出率明显高于10℃时的Cu²⁺渗出率,这对防污剂氧化亚铜的温控释放是十分有利的。

水性环氧固化剂制备及其对涂膜性能的影响

李博, 吴建华, 陈凯锋, 叶章基

2015, 30(3): 21-26. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.005

[摘要](5) [PDF 490KB](0)

摘要:
将环氧树脂E-44与三乙烯四胺(TETA)形成的加成物接枝到聚天冬酰胺(PAM)大分子链上,形成聚酰胺-胺-环氧梳形接枝聚合物,以丁基缩水甘油醚部分封端,制备了非离子型水性环氧固化剂。研究了PAM接枝该加成物的比率、接枝加成物在加成物中的含量、伯胺封端量对固化剂性能的影响,并与市售水性环氧涂膜性能进行了比较。试验结果表明,多胺加成物接枝率20%、接枝含量25%、伯胺封端量25%的固化剂体系稳定性良好,与现有的市售水性固化剂性能相比,其固化的环氧体系的柔韧性和耐冲击性能有大幅的提高。

材料试验与失效分析专题

悬臂弯曲加载10CrNiMo钢的S-N曲线试验研究

张亚军

2015, 30(3): 27-30. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.006

[摘要](1) [PDF 308KB](0)

摘要:
采用有限元方法,计算了在悬臂弯曲加载方式下,不同载荷作用时板状光滑试样施力点处的挠度;采用成组试验法,通过载荷控制模式,进行了应力比为-1时10CrNiMo钢的S-N曲线试验,并对试样断口进行了观察和分析。结果表明:在试验载荷范围内,所设计试样施力点处的挠度变化,在试验机作动器的有效行程内,可满足S-N曲线试验,通过试验获得了两种常用置信度下10CrNiMo钢的S-N曲线;在大载荷往复作用时,表面裂纹从试样上、下两个表面萌生并扩展所形成的面积基本相当,但在小载荷循环作用下,表面裂纹通常先从试样的一个表面萌生并扩展,当裂纹扩展至一定程度时,试样另一个表面才开始萌生疲劳裂纹,并协同前一表面的裂纹共同扩展至试样断裂。产生这种现象的原因,和不同大小的载荷开动试样上下两个表面材料内部滑移系的数量、材料内部组织的不均匀性,以及裂纹在扩展过程中前缘应力状态的变化有关。

时效时间对Al-3.88Cu-1.18Mg-0.31Mn铝合金应力腐蚀开裂敏感性的影响

罗先甫, 查小琴, 赵阳, 郑国华, 张利娟

2015, 30(3): 31-36. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.007

[摘要](7) [PDF 570KB](0)

摘要:
用慢应变速率拉伸测试、金相(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)分析等方法研究了Al-3.88Cu-1.18Mg-0.31Mn铝合金在T6时效状态下的应力腐蚀开裂(SCC)行为。结果表明:随着时效时间的延长,合金的应力腐蚀开裂敏感性逐渐降低。合金应力腐蚀与晶间腐蚀具有正相关性,其本质是晶界与晶内存在电位差,形成电偶腐蚀,在应力作用下,导致晶界连续腐蚀。在时效过程中,晶界S'(S)相由连续分布逐渐转变为断续分布,晶内析出相由GPB区逐渐转变为S'(S)相,并形成PFZ。这样的微观组织转变使合金应力腐蚀开裂敏感性随着时效的进行逐渐降低。

材料研究

一种低合金高强度船体钢模拟粗晶区组织及相变研究

杨景红, 薛钢, 蒋颖, 王任甫

2015, 30(3): 37-40. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.008

[摘要](5) [PDF 332KB](0)

摘要:
通过对一种低合金高强度船体钢热模拟试验,研究了不同的焊接热循环对其组织及相变的影响,综合相转变分析、金相组织观察及显微硬度测试,建立了试验钢的焊接CCT曲线。结果表明,在常规焊接热输入条件下,试验钢焊接热影响区粗晶区组织主要为马氏体和贝氏体,试验钢对焊接热输入不敏感。随焊接热输入的增大,试验钢相变温度、热影响区组织及硬度不发生明显的变化。

Nitronic 60奥氏体不锈钢热变形行为研究

米丰毅, 龚雪辉, 袁武华, 梁剑雄, 王长军

2015, 30(3): 41-46. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.009

[摘要](5) [PDF 610KB](0)

摘要:
在Gleeble-3800热模拟试验机上对Nitronic60奥氏体不锈钢进行高温等温压缩实验,研究该材料在变形温度为950—1 200℃、应变速率为0.01—10 s^-1、真应变量0.9等条件下的热变形行为,并观察了变形后的显微组织。研究结果表明:在热压缩过程中,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的升高而增加;当变形速率较低时,材料在变形温度范围内均发生了动态再结晶。采用双曲正弦模型建立了相应的热变形本构关系,其热变形激活能为425.542 k J/mol,高温压缩变形时,Z参数和流变应力方程分别为Z=εexp (425.542/RT)=3.495×10¹⁵[sinh(0.005 93σ)]^5.55,ε=3.495×10¹⁵[sinh(0.005 93σ)]^5.55exp[-525.524/(RT)]。

粘弹性阻尼材料阻尼处理及在船体振动控制中的应用

李宁, 龙宇飞, 石崇

2015, 30(3): 47-52. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.010

[摘要](4) [PDF 660KB](0)

摘要:
介绍了基于复刚度原理推导的自由及约束阻尼结构损耗因子理论评估计算公式,并对相关参数变化影响规律进行了理论分析,初步确定了阻尼结构形式及材料参数。为评估阻尼设计方案对实际船舶舱室的减振降噪效果,建立船舶局部舱室结构的1∶2.5缩比模型结构,采用模态锤击测量方法,对阻尼处理前、后舱室振动及噪声特性展开试验研究。试验结果表明,约束阻尼处理能明显抑制结构的模态共振。在2.5 mm厚舱室围板粘接1.7 mm厚约束阻尼层后,最大减振量为11 d B,最大降噪量达到9 d B。最后,对约束阻尼处理后的航行船舶进行实船噪声测试,噪声测试结果均满足IMO-468噪声指标要求。

825合金热加工过程相变化规律研究

杨俊峰, 范芳雄

2015, 30(3): 53-60. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.011

[摘要](4) [PDF 1214KB](0)

摘要:
研究了825合金经不同温度(600—1 050℃)热处理时相析出规律。结果表明,在此温度区间,晶界上析出M₂₃C₆,750—800℃为析出峰,M₂₃C₆相开始析出温度在940℃以下。TiC相最高形成温度在940—980℃之间,形成位置在晶界上。热加工过程中形成的Ti C相经动态再结晶后存在于原始晶界上。热加工过程中形成的Ti C完全溶解温度在1 070—1 100℃之间。基体形貌为孪晶奥氏体。

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

王健, 宰学荣, 刘建敏, 柴方刚, 庄晓培, 付玉彬

2015, 30(3): 61-67. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.012

[摘要](2) [PDF 478KB](0)

摘要:
以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm²,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m²,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。

较大规格SnO₂坯体的凝胶注模成型及抑制其卷曲变形的工艺研究

杨硕, 王勇, 谢斌, 许亚利, 赵延飞, 杨保军

2015, 30(3): 68-71. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.013

[摘要](4) [PDF 251KB](0)

摘要:
在凝胶注模成型制备平板状陶瓷坯体的过程中,坯体在固化后极易发生卷曲变形,严重制约了该技术在平板陶瓷成型领域的应用。本文使用SnO₂粉体,通过制备高固含量、低粘度的浆料,并在此基础上改变凝胶注模成型工艺中固化剂的引入方式,从而制备出较大规格无卷曲变形的平板SnO₂坯体。

模压成型高微珠含量复合泡沫材料的制备及性能研究

刘圆圆, 戴金辉, 吴平伟

2015, 30(3): 72-77. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.014

[摘要](7) [PDF 338KB](0)

摘要:
以牌号为HGS8000X的空心玻璃微珠为填充材料,以环氧树脂为基体,采用真空辅助模压成型法制备了空心玻璃微珠体积添加量为65%—70%的复合泡沫材料。研究了空心玻璃微珠的体积分数对材料的密度、压缩强度、吸水率以及耐静水压性能的影响。结果表明,当空心玻璃微珠体积分数为67%—69%时,材料综合性能性能最佳,可以保持50 MPa、24 h的吸水率小于1%和压缩强度大于80 MPa的情况下使材料的密度由0.65 g/cm³降低到0.60 g/cm³。分析指出,高微珠含量的复合泡沫材料的性能更大程度上依赖于由于环氧树脂缺失而导致的材料的显微结构和空心玻璃微珠受力状态的改变。

多晶硅硅棒裂纹产生原因分析及控制方法

周文韬, 辜锋, 何书玉

2015, 30(3): 78-80. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.015

[摘要](2) [PDF 146KB](0)

摘要:
对多晶硅还原工艺中硅芯机加工、硅芯清洗、硅芯安装、还原炉气体置换、硅芯沉积生长过程、以及停炉过程等操作环节中硅棒裂纹产生的原因进行了分析,并提出了硅棒裂纹控制方法。

Prodigy DC Arc直流电弧光谱仪在铌中铪元素分析中的应用

李继宏, 张俊峰, 张国军

2015, 30(3): 81-83. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.016

[摘要](8) [PDF 152KB](0)

摘要:
将纯铌及纯铌制品样品完全转化成氧化物,按一定比例与载体混合,直流电弧阳极激发,中阶梯光栅和棱镜色散系统进行分光。选择光谱特征谱线由L-PAD检测器进行信号接收,由计算机进行信号转换和数据处理。用直流电弧原子发射光谱法测定铌中铪元素。方法线性范围为10—200μg/g,方法简单,精密度和准确度较好。

高强高韧合金断裂韧性测试技术的问题探讨

郑国华, 张欣耀, 罗先甫, 张利娟, 赵阳

2015, 30(3): 84-88. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.017

[摘要](8) [PDF 234KB](0)

摘要:
研究了用现有ASTM、BS、GB标准评价高强高韧合金断裂韧性时存在的不适用问题,提出了修订现有标准的方法。提出了建立高强高韧合金发生较大范围屈服时的临界试样厚度B_C和R_p0.2/E的对应关系;对由J_IC转化获得的K_IC进行了误差分析;提出了采用正交试验法确定单试样法J积分试验中的最佳试验参数。

傅立叶红外光谱法鉴别纺织纤维

孙琳琳, 张磊, 迟晓红, 柳红蕾, 王旭

2015, 30(3): 89-91. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.018

[摘要](4) [PDF 199KB](0)

摘要:
本文利用傅立叶红外光谱(ATR)法对送检的纤维样品进行鉴别。结果表明,红外光谱(ATR)法对于分析纺织纤维样品,分析速度快、样品需求量小,而且无损、不消耗检材,实验结果准确可靠。

综述

聚合物/有机改性蒙脱土纳米复合材料的制备方法研究进展

范林, 侯健, 郭为民, 张慧霞, 邱日, 许凤玲

2015, 30(3): 92-100. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.019

[摘要](2) [PDF 512KB](0)

摘要:
聚合物/蒙脱土纳米复合材料因具有独特的结构,以及较常规聚合物基复合材料更优异的性能,而展现出诱人的开发和应用前景。聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备也因此成为探索高性能复合材料的途径之一,受到新材料科学研究领域的普遍关注。本文综述了近年来在蒙脱土的有机改性、聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法方面的研究进展。

TiO₂光催化材料在饮用水深度处理中的应用研究进展

刘欣伟, 陈勇, 陈超, 陈昌兵, 张文通

2015, 30(3): 101-109. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.020

[摘要](9) [PDF 335KB](0)

摘要:
综述了近年来TiO₂光催化材料在饮用水深度处理中的应用研究进展,分析了存在的问题,展望了饮用水深度处理中光催化材料研究的发展方向。

SiC半导体材料产业发展现状

杨东杰, 李丽丽

2015, 30(3): 110-114. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.03.021

[摘要](7) [PDF 321KB](0)

摘要:
本文介绍了SiC半导体材料的性能优势,应用前景和制备方法,重点对物理气相传输法(PVT)制备SiC单晶做了描述,分析了SiC单晶材料国内外产业发展现状及发展瓶颈,同时对SiC单晶材料的发展趋势进行了展望。

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