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

2016年第31卷第3期

栏目

特约论文
轨道减振材料
分析与测试
材料研究
综述

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特约论文

钢轨横向动态位移及振动水平对轨道安全性及钢轨波浪磨耗的影响

王安斌

2016, 31(3): 1-6. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.001

[摘要](2) [PDF 307KB](0)

摘要:
基于“轮轨柔度差变”机理,研究了弯道线路不同轨道支承系统钢轨横向动态位移、振动水平及钢轨表面粗糙度的变化,结果表明,降低轮轨横向柔度差变及控制钢轨横向振动是有效抑制减振轨道系统钢轨波浪磨耗的形成与发展的关键措施之一。

轨道减振材料

低支承刚度谐振式轨道减振器对轨道性能的影响

张喆玉, 白健, 王安斌, 瞿连辉

2016, 31(3): 7-12. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.002

[摘要](6) [PDF 297KB](0)

摘要:
轨道和钢轨振动引起的环境问题是影响城市轨道交通发展的主要问题之一,轨道减振器是目前轨道系统采用的主要减振措施之一,低垂向刚度减振器在保证了良好隔振作用的同时可能增加钢轨的振动,而谐振式减振器可以降低此影响。本文采用数值仿真方法,首先与在线实测数据进行拟合,采用与实测数据一致的轨道参数建立车辆-轨道-地基模型进行动力学计算,结果表明,谐振式减振器可降低轨道道床及地基振动的同时有效降低钢轨振动,包括pinned-pinned共振频率附近的振动,从而抑制钢轨波磨的产生。

轨道交通高性能减振道床系统减振效果分析

李元康, 王安斌, 张喆玉, 王志强, 徐宁

2016, 31(3): 13-17. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.003

[摘要](7) [PDF 278KB](0)

摘要:
为评估地铁低速行驶时高性能减振道床相对于普通道床的减振效果,通过有限元仿真和对郑州地铁2号线进行在线测试,对新型组合式道床系统进行动态响应分析研究。结果表明,相对于普通道床,组合道床隔振频率较低,而pinned-pinned频率基本一致;对于道床基础振动,组合道床相对普通道床垂向最大减振16.8 dB,横向最大减振9.6 dB。

分析与测试

一种新型表面裂纹长度自动测量系统的应用

张利娟, 高灵清, 张亚军

2016, 31(3): 18-21. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.004

[摘要](2) [PDF 320KB](0)

摘要:
介绍了一种结合裂纹扩展片使用的表面裂纹长度自动测量系统,该系统操作简单、适用范围广、测试精度高,可在表面裂纹长度自动测量领域进行推广应用。

燃机压气机叶片热强钛合金TC11疲劳行为研究

郑国华, 左桐, 张欣耀, 张利娟, 赵阳

2016, 31(3): 22-27. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.005

[摘要](3) [PDF 612KB](0)

摘要:
在不同温度对TC11钛合金进行旋转弯曲疲劳性能测试及组织形貌观察,研究了温度对合金疲劳行为的影响。结果表明,在150—250℃,合金的旋转弯曲疲劳强度随着温度的升高而降低。随着温度的升高,合金的屈服与抗拉强度降低,等轴组织的含量也降低,这是合金疲劳强度降低的主要原因。高温下合金的疲劳裂纹从表面萌生,未发现内部萌生的特征。

某船海水管路泄漏失效原因分析

杨辉, 杨瑞

2016, 31(3): 28-32. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.006

[摘要](7) [PDF 468KB](0)

摘要:
针对某船B10海水管路泄漏问题,通过现场勘验、成分分析、微观组织观察、腐蚀性能评价等方法,分析了管路与海水泵间法兰处腐蚀泄漏的原因。结果表明,B10管成分、微观组织均满足设计技术要求,在海水中的静态腐蚀速率和冲刷腐蚀速率均在正常范围内,B10管泄漏发生的主要原因是该船的防污系统产生的管路内杂散电流所致。

材料研究

外源营养物对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

柳昭慧, 宰学荣, 周长阳, 陈伟, 英明, 付玉彬

2016, 31(3): 33-39. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.007

[摘要](5) [PDF 399KB](0)

摘要:
以天然海泥(BMFC-0)、添加尿素的海泥(BMFC-1)和添加乳酸的海泥(BMFC-2)构建海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs),研究外源添加营养物质对BMFCs电池性能及电极电化学性能的影响。结果表明,尿素和乳酸这两种营养物质明显影响海泥中微生物的数量和电化学性能;计数结果表明,BMFC-2中的细菌数量最多,约为1.08×10¹¹cfu/m²,分别是BMFC-1和BMFC-0的2.97倍和13.5倍。Tafel测试结果表明,BMFC-2阳极生物膜电化学活性高于BMFC-1和BMFC-0;BMFC-1和BMFC-2的阳极电子交换动力学活性分别是BMFC-0的1.30倍和1.63倍。通路状态下,BMFC-2的输出电压最大(约520 mV),BMFC-0的输出电压最低(约175 mV);BMFC-2的最大输出功率密度为96.57 mW·m^-2,分别是BMFC-0(10.94 mW·m^-2)和BMFC-1(51.57 mW·m^-2)的8.83倍和1.87倍。根据外源营养物质对阳极表面生物膜电容特性影响的分析,提出了外源营养物提高电池性能的模型,阴极表面细菌数量增多,代谢产生的电子数量增加,生物膜增厚,生物模电容和双电层电容增大。

粘胶基碳纤维海洋电场电极制备及其电化学性能研究

田雨华, 宰学荣, 宰敬喆, 刘昂, 付玉彬

2016, 31(3): 40-45. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.008

[摘要](0) [PDF 314KB](1)

摘要:
利用粘胶基碳纤维材料制备新型海洋电极,并测试其电化学性能和电场响应性能。结果表明,粘胶基碳纤维比表面积约为550 m²/g,其表面有深浅不一的沟槽,与海水接触角为148°;循环伏安曲线表明其有较好的双电层电容性能,塔菲尔测试得出其交换电流密度为23.7 A/m²;电极对的极差稳定漂移约为0.4 mV/24h(电极浸泡24 h后),对频率为0.01 Hz、振幅为10 mVpp的电场信号能做出良好响应,在1 Hz频点处的自噪声为槡6.75 nV/√Hz@1 Hz。

Mo对高强度纯奥氏体气保焊丝熔敷金属力学性能的影响

刘健, 霍光瑞, 牛继承

2016, 31(3): 46-51. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.009

[摘要](2) [PDF 525KB](0)

摘要:
测试了两种不同Mo含量的高强度纯奥氏体气保焊丝熔敷金属力学性能,并采用扫描电子显微镜对熔敷金属冲击断口和金相磨面微观形貌进行了观察,采用透射电子显微镜和XRD物相分析技术对第二相成分、结构进行了分析。试验结果表明,在该成分系下,随Mo含量的增加,熔敷金属强度有一定程度升高,但塑性和韧性均明显下降,主要原因是由于Mo的偏析,在晶界附近形成了Mo的富集区。随着Mo含量的增加,Mo的富集程度加剧,有力地促进了晶界附近χ相的形成,导致χ相数量增加,尺寸增大,由颗粒状弥散分布转变为层片状沿晶界呈网状分布,大大削弱了基体的连续性,造成熔敷金属强度上升而塑性、韧性显著下降。

高强低合金钢电子束焊接接头的组织与性能研究

闫飞昊, 万自永, 耿永亮, 熊进辉

2016, 31(3): 52-56. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.010

[摘要](4) [PDF 844KB](0)

摘要:
采用电子束焊接了厚度为9 mm的15CrNi3MoV高强低合金钢试板,焊接接头成形良好,无内部缺陷,经热处理后焊接系数达到0.98以上。通过研究焊接接头组织和力学性能,发现热处理后,接头组织以贝氏体组织为主,在焊缝和热影响区粗晶区中出现索氏体组织,热影响区的细晶区存在粒状贝氏体组织,焊接接头的冲击韧性与母材相比得到提升;散焦修饰使原始焊缝的柱状晶碎化,能够改善焊缝处的显微硬度。

激光-MAG复合焊接头热影响区热循环特性研究

李治, 薛钢, 吴艳明, 张成杰, 张俊旭

2016, 31(3): 57-60. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.011

[摘要](2) [PDF 251KB](0)

摘要:
采用K型热电偶测量了激光-MAG复合焊接头热影响区热循环曲线,分析了激光-MAG复合焊接头热循环特性。研究结果表明,对于同一激光-MAG复合焊接头不同深度位置,热循环冷却时间相近;升温时间、Ac1温度以上停留时间、最大瞬时升(降)温速率、峰值温度梯度及衰减速率均存在一定差异。其中,越靠近试板上表面,升温时间越长,Ac1温度以上停留时间越长、最大瞬时升(降)温速率越小、峰值温度衰减越慢。当距离焊缝中心一定距离后,不同深度位置峰值温度梯度及衰减幅度均趋于一致。

5A01铝合金厚板搅拌摩擦焊组织性能研究

韩峰, 高福洋, 郁炎, 刘志颖, 郭宇凡

2016, 31(3): 61-64. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.012

[摘要](3) [PDF 432KB](0)

摘要:
采用搅拌摩擦焊方法对厚度为30 mm的5A01铝合金进行了单面对接焊,分析了焊缝的金相组织及力学性能。结果表明,5A01铝合金厚板的搅拌摩擦焊接成形良好;焊缝接头从组织上可分为焊核区、热机影响区和热影响区;根据受到热量影响程度的不同,焊核区可分为上部焊核和下部焊核,焊核区出现了“洋葱环”结构,可能与搅拌针表面加工的三个平面有关;热机影响区沿厚度方向受到不同程度的热机械和热循环作用,因此其上部、中部和下部表现出了不同的组织特点;焊接接头具有较好的力学性能,抗拉强度达到了母材的90%以上,拉伸断裂位置位于焊缝区。

单轴预拉伸下电致应变智能材料介电弹性体驱动器机电稳定性分析

樊亚玲, 杨宏亮

2016, 31(3): 65-70. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.013

[摘要](5) [PDF 274KB](0)

摘要:
介电弹性体驱动器机电稳定性特性是研究衡量介电弹性体性能的重要指标之一。为了解单轴预拉伸下介电弹性体驱动器机电稳定性特性,借助有限元数值模拟手段,从理论建模和仿真计算两方面入手,针对单轴预拉伸条件下介电弹性体驱动器,建立基于Neo-Hookean应变能函数的电致应变模型,根据稳定状态下系统自由能函数对应的海森矩阵正定的特性,建立了介电弹性体驱动器在单轴预拉伸条件下的机电稳定性条件,并采用有限元方法计算了单轴预拉伸条件下驱动器的机电响应。通过分析不同预拉伸水平下极限电致应变、电场强度、电位移等参数关系,获取该介电弹性体驱动器稳态工作区间,推导得到的稳定性条件和有限元建模及仿真分析方法可以为驱动器的设计提供参考。

集成电路用钽溅射靶材制备工艺研究

宜楠, 权振兴, 赵鸿磊, 武宇

2016, 31(3): 71-75. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.014

[摘要](3) [PDF 428KB](0)

摘要:
金属钽可作为集成电路中铜与硅基板的阻隔层材料,以防止铜与硅扩散生成铜硅合金影响电路性能。采用钽靶材通过物理气相沉积技术溅射钽到硅片上。靶材晶粒尺寸与织构取向影响溅射速率及溅射薄膜均匀性,要求钽靶材晶粒尺寸应小于100μm,在靶材整个厚度范围内应主要是(111)型织构。同时,为了避免薄膜存在杂质颗粒,要求钽靶材纯度不小于99.99%。本文对钽靶材电子束熔炼、锻造、轧制、热处理等关键工艺进行了系统研究,找到了一种有别于常规钽靶材生产工艺的新方法,所生产产品化学纯度、晶粒尺寸、织构等性能优良,产品成品率高,适于批量化生产。

大规格铝合金-纯铝-钢爆炸复合板制备及性能研究

黄杏利, 薛治国, 郎雪花, 汪洋

2016, 31(3): 76-79. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.015

[摘要](3) [PDF 340KB](0)

摘要:
通过爆炸工艺制备出大规格船用铝合金-纯铝-钢(5083/1060/CCSB)爆炸焊接复合板,并对其结合质量、力学性能及界面形态进行了研究。结果表明,复合板的结合质量良好;铝/钢界面的剪切强度达到75 MPa以上,其它力学性能也均达到了CCS《材料与焊接规范》2012及《铝-铝-钢过渡接头标准》(Q/725—1100—2001)的要求;界面形态的分析表明,铝/钢界面呈近似于直线状结合,铝/铝界面呈波状结合。

交联淀粉微球的制备及其对Cr（Ⅵ）的吸附性能研究

常亮亮, 窦蓓蕾, 李仲谨, 于艳, 李春

2016, 31(3): 80-85. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.016

[摘要](3) [PDF 243KB](0)

摘要:
以可溶性淀粉为主要原料,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为制备反应的交联剂,环己烷为油相,过硫酸钾-亚硫酸氢钠(K₂S₂O₈-Na HSO₃)氧化还原体系为引发剂,Span80、Tween60为乳化剂,采用反向悬浮法制备交联淀粉微球,并利用红外光谱仪对交联淀粉微球的结构进行表征。以交联淀粉微球作为吸附剂,研究了吸附时间、淀粉微球的质量及Cr(Ⅵ)的初始浓度对Cr(Ⅵ)的吸附性能的影响并考察了淀粉微球吸附Cr(Ⅵ)的热力学特性。吸附实验发现,在淀粉微球质量为0.05 g、吸附时间为70 min、初始浓度为50 mg/L时交联淀粉微球对Cr(Ⅵ)的吸附量较高。热力学实验表明,交联淀粉微球对Cr(Ⅵ)吸附行为符合Langmuir热力学方程,相关系数为0.989 0。

放电等离子烧结Ti₃SiC₂-金属复合材料摩擦学性能研究

郑乙, 党文涛, 任书芳

2016, 31(3): 86-93. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.017

[摘要](5) [PDF 839KB](0)

摘要:
利用粉末冶金/放电等离子烧结技术制备了添加Mo、Cu、Ag和Nb的Ti₃SiC₂基复合材料,并察了Ti₃SiC₂/Mo、Ti₃SiC₂/Cu、Ti₃SiC₂/Ag和Ti₃SiC₂/Nb复合材料的相态组成和摩擦学性能。研究表明,金属相的添加会造成Ti₃SiC₂基体不程度的分解,生成TiC、Si和钛硅化合物,其中Mo和Cu与Ti₃SiC₂中化学反应活性较高的Si生成Mo₅Si₃、(Ti_0.8Mo_0.2)Si₂、MoSi₂和Cu3Si等,而Ag和Nb未发生反应,在复合物中以金属单质相存在;四种复合物的摩擦学性能均优于纯Ti₃SiC₂,其中Ti₃SiC₂/Ag和Ti₃SiC₂/Nb复合物的抗磨损性能较好;晶粒拔出脱落造成的磨粒磨损是纯Ti₃SiC₂及其复合材料的主要磨损机制,复合材料中TiC及金属硅化物等硬质相在摩擦过程中定扎了周围的Ti₃SiC₂软基体,抑制了摩擦过程中晶粒的拔出脱落,但多物相并存又使得复合物晶间结合强度降低,导致磨损率提高;复合物中金属单质Ag和Nb的存在起到了一定程度的晶间强化作用;材料转移也是造成复合物磨损率高的一个原因。

端羧基液态丁晴橡胶/玻璃鳞片复合材料的制备与表征

宋玉强, 沈以赴, 陈凯锋, 许超, 王晶晶

2016, 31(3): 94-100. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.018

[摘要](7) [PDF 427KB](0)

摘要:
采用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)作为桥接剂在玻璃鳞片表面接枝包覆端羧基液态丁晴橡胶(CTBN),制备GF-HDI-CTBN三元复合材料,并通过FT-IR、SEM、EDS、TGA等手段对复合材料的结构、形貌、表面元素和接枝率等进行表征。以复合材料为填料配制防腐涂料,测试其对涂料性能的影响。结果表明,以HDI为桥接剂,在玻璃鳞片表面成功接枝包覆上了端羧基液态丁晴橡胶,端羧基液态丁晴橡胶呈密集肌纤维状,均匀包覆在玻璃鳞片表面;所制备的端羧基液态丁晴橡胶改性玻璃鳞片防腐涂料的拉伸强度、断裂伸长率、附着力和耐冲击性都得到了明显的提高,且当GF-HDI-CTBN添加量为20%时改善最为明显。

齿轮热处理过程数值模拟分析

徐广晨, 刘智鑫, 崔宇

2016, 31(3): 101-107. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.019

[摘要](5) [PDF 399KB](0)

摘要:
齿轮是机械传动与变速的重要零件,在各类机械中的运用广泛。以锻造技术生产齿轮具有节省材料、成本低、效率高、机械性质佳等优点,故齿轮锻压方法与技术的发展已越来越受重视。本研究结合齿轮几何模型、有限元法模拟技术,进行正齿轮热精锻数值模拟,并针对其微观组织之晶粒细化效果做深入探讨。研究结果显示,锻压速率对晶粒细化有明显影响,动态再结晶分布与应变分布成正比、与静态再结晶分布成反比;由本研究建立的微观组织变化分析的模型,可有效用于预测正齿轮在热处理中的晶粒变化行为。

综述

焊接机器人智能化技术研究现状与展望

赵文光, 李士凯, 张斌斌

2016, 31(3): 108-114. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.03.020

[摘要](9) [PDF 378KB](0)

摘要:
机器人焊接已经成为自动化焊接的主要标志,实现机器人焊接过程智能化是机器人焊接技术发展的必然趋势。本文从焊接传感技术、焊缝跟踪技术、焊接路径规划技术与焊缝成形质量控制技术四个方面介绍机器人焊接智能化关键技术的研究现状及其面临的问题,也展望了焊接机器人智能化技术的发展趋势。

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