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4期

栏目

强度与失效
轨道减振材料研究与开发
海洋环境腐蚀与防护材料技术
材料检测技术及失效分析
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与冲击功KV₂的相关性统计规律

薛钢, 宫旭辉, 苏洋, 刘东升, 马建坡, 郭桐

2016, 31(4): 1-6. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.001

[摘要](4) [PDF 250KB](0)

摘要:
采用深缺口宽板拉伸试验测定了4种板厚规格(20 mm、32 mm、40 mm和60 mm)Q500钢焊接接头在不同温度下的断裂韧性KC,对32组断裂韧性值及对应试验温度下的冲击功KV2值的相关性进行了统计分析,结果表明,断裂韧性KC与$K V_2 / \sqrt{t}$近似呈线性关系,其拟合方程为$K_{\mathrm{C}}=80.6+7.23 \cdot K V_2 / \sqrt{t}$ 。

轨道减振材料研究与开发

钢轨波浪磨耗测试分析研究

李元康, 王安斌, 徐宁, 王志强, 张喆玉

2016, 31(4): 7-11. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.002

[摘要](6) [PDF 230KB](0)

摘要:
本文通过测试广州、成都、上海和南京等城市的地铁线路的钢轨波磨,从线路工况和扣件类型两个方面分析钢轨波磨发生机理。测试数据表明,波磨发生机理复杂,多数发生于减振轨道系统曲线段的低轨,相应锤击测试表明线路工况对钢轨波磨影响大于扣件类型的影响。数据同时表明使用谐振式浮轨扣件区域钢轨无波磨产生或降低改造前波磨。本文根据波磨测试结果和浮轨结构,提出通过钢轨中波动传播特性思路研究钢轨波磨产生机理。

轨道交通中等车速下轨道减振器刚度范围选择研究

张喆玉, 段勇奇, 瞿连辉, 王安斌

2016, 31(4): 12-17. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.003

[摘要](6) [PDF 275KB](0)

摘要:
针对轨道交通车辆在以中等车速120 km/h和140 km/h运行时轨道动态响应较大的问题,采用特征频率分析及动态位移限定等方法对该工况下轨道减振器(轨道扣件)的刚度进行合理设计,并在选择的刚度范围内对车辆、轨道的安全性能及动态响应进行校核。通过计算得到适合的扣件垂向刚度范围为17—25 k N/mm,且在此范围内车辆脱轨系数及倾覆系数都小于0.8。与普通型扣件相比,在1—80 Hz范围内,道床在减振扣件(GJ-32)系统中的垂向总Z振级降低8.7 d B,地基垂向总Z振级降低5.7 d B。

海洋环境腐蚀与防护材料技术

基体表面粗糙度对氧化物阳极电化学性能的影响

刘欣, 丁慧, 王廷勇, 许实, 刘光洲

2016, 31(4): 18-22. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.004

[摘要](8) [PDF 412KB](0)

摘要:
采用不同喷砂工艺对钛基体进行处理,并经草酸溶液刻蚀得到不同粗糙度的基体表面,然后通过热分解法制备氧化物阳极。研究了基体表面粗糙度与氧化物阳极表面粗糙度的关系,并对氧化物阳极进行析氯电位、电流效率、循环伏安曲线及强化电解寿命等性能测试。结果表明,随着基体表面粗糙度的增大,制得的阳极表面粗糙度增大,其电催化活性略微升高,电解寿命得到大幅度提高。

钛基亚氧化钛电极电化学降解性能研究

乔骏, 黄国胜, 孙明先, 李相波, 刘峰, 黄政然

2016, 31(4): 23-28. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.005

[摘要](10) [PDF 538KB](2)

摘要:
采用SEM、EDS对钛基亚氧化钛电极进行形貌和成分表征,用线性极化曲线法和循环伏安法测试电化学性能,通过降解模拟污水测试降解性能以及用荧光光谱法检测自由基。结果表明,钛基亚氧化钛电极上不能发生直接氧化反应,但是电极析氧电位可达2.18 V(vs.SCE),并且检测到生成大量·OH,是一种类似于Ti/SnO₂的惰性电极,在NaCl和Na₂SO₄电解质溶液中电流效率分别达40.95%和22.52%,降解效果优于Ti/SnO₂和Ti/RuIr电极。

一级反渗透淡化海水对输水管材的腐蚀性研究

王庆琛, 张海兵, 王燕华, 李相波, 王佳, 许立坤

2016, 31(4): 29-35. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.006

[摘要](2) [PDF 825KB](0)

摘要:
研究了某电厂一级反渗透淡化海水对输送管道的腐蚀,通过冲刷腐蚀试验、电化学测量方法、并结合扫描电镜(SEM)、三维视频显微镜方法评价20钢和球墨铸铁在一级反渗透淡化海水中的腐蚀行为,并对试验过程中水质参数的变化趋势进行监测。结果表明,经过45天的冲刷腐蚀,20钢的平均腐蚀速率大于0.1 mm·a^-1,耐蚀性在6级水平,球墨铸铁的腐蚀速率约为0.1 mm·a^-1,两者的腐蚀速率均随冲刷时间的延长而有所降低,两种金属表面均呈现宏观上相对均匀的腐蚀形貌,没有明显的点蚀发生。电化学测试结果显示,随着冲刷时间延长,两种金属的自腐蚀电流密度呈降低趋势,电荷转移电阻变化不大。试验过程中,介质的p H值和溶解氧含量呈不规律变化,但由于腐蚀产物溶入等影响因素,介质的盐度和电导率增加。

材料检测技术及失效分析

金属材料断裂韧性CTOD特征值不确定度的评定

张利娟, 郑国华, 赵阳

2016, 31(4): 36-41. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.007

[摘要](8) [PDF 253KB](0)

摘要:
由于影响金属材料断裂韧性不确定度评定的因素较多,不同人员对影响因素的认识也有差异,因此其评定还处于初级阶段。本文以Q500钢为例,从试验方法上对其断裂韧性CTOD特征值的测量不确定度进行了评定,从试样尺寸、试验机状态、测试人员和COD规等方面对引起误差的因素进行了详细讨论和计算,结果表明,影响断裂韧性测量不确定度大小的最主要因素是对应最大载荷的塑形分量V_p的测量误差。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定氟钽酸钾中钙镁铁硅

伏军胜, 郝红梅, 张俊峰

2016, 31(4): 42-46. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.008

[摘要](3) [PDF 200KB](0)

摘要:
采用智能样品消解仪并以硝酸、氢氟酸溶解样品,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICPOES)测定氟钽酸钾中钙、镁、铁、硅的分析方法。实验优化了仪器工作条件,选择Ca 396.847 nm、Mg 279.553nm、Fe 239.562 nm和Si 251.612 nm谱线作为分析线,采用基体匹配、扣除背景和标准加入法克服了基体效应和光谱干扰。结果表明,各元素的检出限为0.001 3-0.005 9μg/m L,加标回收率在94.4%-106.0%,相对标准偏差RSD ≤ 4.19%,钙、镁、铁测定结果与直流电弧原子发射光谱法测定结果吻合,硅测定结果与甲基绿-硅钼杂多酸分光光度法的一致,具有较好准确度和精密度。

材料研究

10CrNi5MoV钢的包申格效应研究

刘海涛, 王任甫, 杨景红, 牛佳佳

2016, 31(4): 47-50. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.009

[摘要](4) [PDF 289KB](0)

摘要:
利用单轴屈服试验法研究了高强度10Cr Ni5Mo V钢的包申格效应。结果表明,随着拉伸预塑性应变量的增大,10Cr Ni5Mo V钢的包申格效应显著增大,在约0.9%预塑性应变量时趋于饱和,此时包申格效应因子为0.72;包申格效应的产生主要与位错运动和背应力有关,热处理均可显著减弱10Cr Ni5Mo V钢的包申格效应。

双丝埋弧焊工艺焊接温度场模拟分析

宗峰, 霍光瑞, 吴松林

2016, 31(4): 51-56. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.010

[摘要](9) [PDF 648KB](0)

摘要:
采用MSC.Marc软件对16 mm厚的E36钢板双丝埋弧焊接温度场进行了数值模拟,系统地分析了焊接速度、双丝间距对焊接温度场形貌的影响,并分析了不同焊接速度下双丝间距对熔池形状、HAZ高温区宽度的影响规律。研究表明,热输入一定时,当焊速增至120cm/min时,双丝间距为50 mm的熔池由分离变为共熔;随着焊速的提高及双丝间距的增加,熔池深度变浅、熔宽变窄,HAZ高温区宽度变窄,实际焊接时可能出现“脊背”现象,需重新调整热输入。

904L-14Cr1MoR复合钢板焊接试验研究

王小华, 杨辉, 李军

2016, 31(4): 57-63. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.011

[摘要](3) [PDF 557KB](0)

摘要:
采用爆炸焊接方法制备超级奥氏体不锈钢904L-14Cr1MoR复合钢板,需对起爆点等未复合区进行耐蚀堆焊。针对904L-14Cr1MoR复合钢板的焊接特点,选用了ENiCrMo-3作为基层和复层的过滤层、E385为盖面层焊接材料,并采用相应技术措施进行耐蚀堆焊,焊后对焊接试板进行了组织观察和性能检测。试验结果表明,904L-14Cr1MoR复合钢板耐蚀堆焊层焊缝及其热影响区的各项性能均满足相关标准和产品技术协议的指标要求。

固溶处理对TC11钛合金棒材组织和性能的影响

和永岗, 耿景东, 孙小平, 赖运金, 刘向宏

2016, 31(4): 64-69. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.012

[摘要](5) [PDF 748KB](0)

摘要:
通过场发射扫描电镜及拉伸性能测试,研究了TC11钛合金棒材3种固溶处理时间和2种固溶方式对显微组织及力学性能的影响。结果表明:TC11钛合金在经过3 h的固溶后,组织中局部的亚稳定β晶体位相发生偏转,β转变组织中的次生α相变的粗大,经过后续时效后的β转变基体发生更为充分的分解和析出,在片层的β边界出现连续的更细小的次生α相。由于固溶时间延长,发生了过固溶,析出的次生相逐渐细小,导致裂纹扩展阻力降低,引起屈服强度的降低,分开各1 h的固溶时效性能低于连续2 h的固溶时效性能。

20CrMnTi钢热压缩实验研究

翟增高, 刘华平, 皇涛, 陈拂晓

2016, 31(4): 70-75. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.013

[摘要](11) [PDF 420KB](0)

摘要:
使用Gleeble-1500D热模拟试验机对20CrMnTi钢进行等温压缩实验,选择应变速率为0.01、0.1、1和5 s^-1,变形温度为900℃、950℃、1 000℃、1 050℃和1 100℃;通过金相观察,分析了变形参数对流变应力的影响;采用Arrhenius型模型建立流变应力本构方程。结果表明,20CrMnTi钢动态再结晶的显微组织受变形条件影响显著;流变应力随变形温度升高而减小,随应变速率的提高而增大;用Arrhenius型方程描述20CrMnTi钢热变形行为时,其变形激活能Q为327.874 9 k J/mol。

TA18管周期式冷轧过程的有限元模拟

陶欢, 曾卫东, 张赛飞, 韩茂盛

2016, 31(4): 76-81. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.014

[摘要](6) [PDF 390KB](0)

摘要:
基于DEFORM-3D有限元分析软件,对TA18钛合金管材周期式冷轧成形过程进行了数值模拟,建立了管材周期式冷轧成形弹塑性有限元模型,通过对给定条件下管材周期式冷轧成形过程的研究,获得了轧制过程金属流动情况、应力场的分布及变化规律,以及成形载荷-行程曲线,进而揭示了管材周期式冷轧成形规律,为管材周期式冷轧工艺的优化设计提供了参考。

Ti₂AlNb合金等离子渗碳及其抗冲蚀性能的研究

朱丹阳, 郑韫, 翟琳琳, 祁博澜, 马虹剑

2016, 31(4): 82-87. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.015

[摘要](5) [PDF 635KB](0)

摘要:
通过双辉等离子渗金属技术对Ti₂AlNb合金进行等离子渗碳,采用扫描电镜、X射线分析和线扫描等手段来分析渗碳层的微观形貌、元素分布和表面相组成,并且利用冲蚀磨损试验来对比两者的抗冲蚀磨损性能。结果表明,等离子渗碳可以在基体表面形成一个大约30μm的渗碳层;基体显微硬度为393 HV0.1,渗碳层的硬度则达到979 HV0.1;Ti₂Al Nb合金抗冲蚀磨损能力在渗碳后有了明显提升。

纳米SiO₂/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层的制备及性能研究

李金龙, 沈一洲, 王文涛, 陶杰, 刘森云

2016, 31(4): 88-94. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.016

[摘要](6) [PDF 455KB](0)

摘要:
以有机硅聚丙烯酸为成膜物质,经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)表面化学改性后的纳米SiO₂粒子(经甲苯-2,4-二异氰酸酯活化)为无机填料,制备纳米SiO₂/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层。利用红外测试(FT-IR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)等研究了纳米SiO₂表面化学改性的机制,探讨了纳米SiO₂用量对涂层表面形貌、浸润性及涂层与冰层之间粘附性能的影响。结果表明,KH-570化学改性提高了纳米SiO₂在涂层中的分散性并有效地提高了涂层表面的疏水性能,当KH-570化学改性后的纳米SiO₂用量为8%时,涂层表面水的接触角为150°,呈现超疏水特性;涂层与冰层之间粘附力随纳米SiO₂用量增加呈现下降趋势,当纳米SiO₂用量为8%时,涂层与冰层之间的粘附力仅为树脂涂膜的30%左右。KH-570化学改性后的纳米SiO₂与低表面能有机硅聚丙烯酸树脂的协同效应使涂层具有了良好的疏水防冰性能。

本底真空度对磁控溅射制备Ru薄膜微观结构、膜基结合力及耐蚀性能的影响

鞠洪博, 贺盛, 陈彤, 陈敏, 郭丽萍, 喻利花, 许俊华

2016, 31(4): 95-98,112. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.017

[摘要](5) [PDF 222KB](0)

摘要:
采用射频磁控溅射法在功率用半导体散热片Mo上制备了不同本底真空度的Ru薄膜,利用能谱仪、X射线衍射仪、纳米划痕仪及电化学工作站等仪器研究了本底真空度对Ru薄膜化学成分、微观结构、膜基结合力及耐蚀性能的影响。结果表明,随着本底真空度的降低,Ru薄膜中氧含量逐渐降低,当本底真空度为6.0×10^-4Pa时,薄膜中氧含量为0%(原子分数);当本底真空度为6.0×10^-2Pa时,薄膜两相共存,即hcp-Ru+fcc-RuO₂,此时,薄膜中RuO₂的相对质量分数约为13.7%;随着本底真空度的降低,薄膜中fcc-RuO₂相对质量分数逐渐减少,当本底真空度为6.0×10^-4Pa时,薄膜中fcc-RuO₂相消失,为hcp-Ru单一相结构;受RuO₂相的影响,薄膜晶粒尺寸及膜基结合力随本底真空度的降低而逐渐增加。研究表明,在3.5%Na Cl溶液,本底真空度为6.0×10^-4Pa的Ru薄膜耐蚀性能优于Mo衬底。

聚苯胺/纳米ZnO复合防腐涂层的制备及电化学性能研究

林初晓, 廖梓珺

2016, 31(4): 99-101. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.018

[摘要](4) [PDF 166KB](0)

摘要:
采用十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂,利用微乳液聚合法合成聚苯胺/纳米ZnO的复合防腐材料,将其与环氧树脂共混得到新型的防腐涂料,并通过开路电位(OCP)和塔菲尔曲线(Tafe1)分析涂层的防腐性能。结果表明,含有纳米ZnO的聚苯胺复合涂料和单一聚苯胺涂料相比,显示了更好的防腐性能。

阳离子淀粉微球对Ni(Ⅱ)的吸附性能研究

常亮亮, 苏智魁, 见亮, 李燕怡, 陈凤英

2016, 31(4): 102-107. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.019

[摘要](4) [PDF 263KB](0)

摘要:
研究了阳离子淀粉微球对Ni(Ⅱ)的吸附行为,考查了时间、吸附剂用量及Ni(Ⅱ)初始浓度对吸附性能的影响,并探讨了Ni(Ⅱ)的吸附动力学。结果表明,吸附的最佳条件是吸附时间为3 h、吸附剂用量为0.3 g,Ni(Ⅱ)初始浓度为50 mg/L;分别采用两种动力学方程考察其吸附动力学,其结果和准二级模型计算结果之间有较好的相关性,说明了阳离子淀粉微球对Ni(Ⅱ)的吸附为化学吸附。

综述

舰船海水管路系统防腐防污技术进展

王广夫

2016, 31(4): 108-112. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.04.020

[摘要](5) [PDF 203KB](1)

摘要:
海水管路是舰船重要的支撑保障系统,关系到船上各个系统和设备的运行安全。海水腐蚀和海生物污损一直是海水管路系统关注的重点问题。本文梳理了海水管系结构典型腐蚀形式,分析了常见管路选材及其腐蚀污损特性,总结了当前用于舰船海水管路有效的防腐防污技术方法。

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