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

2017年第32卷第4期

栏目

强度与失效
海洋电池电极材料
稀贵金属材料
材料研究
综述

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强度与失效

梯温型宽板拉伸止裂试验中的参量相关性分析

薛钢, 宫旭辉

2017, 32(4): 1-4. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.001

[摘要](2) [PDF 202KB](0)

摘要:
对梯温型宽板拉伸止裂试验中的止裂韧性K_ca、止裂温度T_K、止裂应力σ_ca的相关性规律进行了理论分析, 结果表明, 相同温度下的止裂韧性和止裂应力呈线性关系, 其线性系数由试板宽度W_s、温度场参数 (T₁₅₀、G_T) 和温度T_K确定;对21组试验数据的统计分析结果验证了该相关性规律。

两相区热处理对ZG14Ni3CrMoV铸钢低温韧性的影响

王祖华, 杨超飞, 牛继承, 王任甫

2017, 32(4): 5-8. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.002

[摘要](2) [PDF 463KB](0)

摘要:
对比了淬火+回火 (QT) , 淬火+两相区淬火+回火 (QLT) 两种热处理工艺对ZG14Ni3CrMoV铸钢组织和性能的影响。结果表明, QLT工艺在保证铸钢板厚四分之一处强度满足指标要求、塑性良好的情况下, 大幅度提高了ZG14Ni3CrMoV铸钢的低温韧性, -80℃冲击吸收功提高到171J, NDT温度降低至-95℃;晶粒细化和双相组织是两相区二次淬火提高低温韧性的主要原因。

海洋电池电极材料

SnO₂/MWCNTs复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

周长阳, 宰学荣, 张皓爽, 刘志, 陈伟, 付玉彬, 姬泓巍

2017, 32(4): 9-18. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.003

[摘要](3) [PDF 657KB](0)

摘要:
采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管 (SnO₂/MWCNTs) 复合材料, 并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池 (MSMFCs) 的阳极改性, 测试分析SnO₂/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明, SnO₂/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度 (1 085.1 m W/m²) 是空白组的2.17倍。机理分析表明, MWCNTs提高了阳极的导电性, SnO₂使氧化还原反应更容易进行, 阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下, SnO₂和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。

尿素改性碳纤维电场电极制备及电化学性能研究

刘昂, 宰学荣, 宰敬喆, 段智为, 付玉彬

2017, 32(4): 19-28. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.004

[摘要](5) [PDF 564KB](0)

摘要:
以尿素为氮源, 对碳纤维表面进行改性, 制备了一种新型海洋电极, 并测试了其电化学性能和电场响应性能。结果表明, 碳纤维表面的含氧和含氮基团对其电化学性能具有显著的影响, 与尿素反应并在450℃条件下热处理的碳纤维具有最低的内阻和最大的比电容。电化学性能的变化也直接影响碳纤维电极对的电场性能, 450℃条件下热处理的碳纤维电极也具有最佳的电场性能:电极对极差稳定性降到0.1 m V/24 h左右, 自噪声为2.2 n V/rt Hz@1Hz, 电极对能较好地响应出1 m Hz、1 m V电场信号。

四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

张皓爽, 周长阳, 郭满, 刘志, 姬泓巍, 宰学荣, 付玉彬

2017, 32(4): 29-37. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.005

[摘要](1) [PDF 721KB](0)

摘要:
首次将四氧化三钴/石墨 (Co₃O₄/G) 复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池 (MSMFCs) 阳极改性, 并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明, Co₃O₄/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10^-3m A·cm^-2, 电子转移动力学活性是空白组的215.6倍, 且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5, 并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 mW/m², 是空白组电池的4.6倍。机理分析表明, Co₃O₄和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。

稀贵金属材料

热处理对TC11钛合金室温力学性能的影响

姜丽华, 田军强, 张利军, 周中波

2017, 32(4): 38-43. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.006

[摘要](9) [PDF 432KB](1)

摘要:
通过光学显微镜、拉伸性能和冲击性能测试仪, 研究TC11钛合金经过不同热处理后的显微组织和力学性能。结果表明, 280 mm棒材坯料边缘部位室温性能波动与热变形过程中的摩擦力和温降有关;当固溶温度由940℃提高到970℃时, 室温强度和塑性均出现了明显的下降, 强度下降约50 MPa, 延伸率的相对值下降约为8%;固溶温度由970℃升高到980℃时, 强度提高约30 MPa, 延伸率和断面收缩率均有所提高;时效时间对TC11钛合金室温拉伸性能影响不显著, 但对室温冲击性能影响显著, 当时效时间由4 h增加到8 h时, 显微组织发生了明显的球化, 长条状的初生α相数量显著降低, 初生α相和次生α相均有所长大, 导致冲击性能显著增强, 提高了30.4~33.6 J, 但室温拉伸强度和塑性变化不大。

固溶温度对TA19钛合金组织及性能的影响

张永强, 赖运金, 张国栋, 雷锦文, 任勇, 尚金金, 史小云, 王建国

2017, 32(4): 44-49. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.007

[摘要](3) [PDF 645KB](0)

摘要:
采用5种不同固溶温度和相同时效温度的热处理制度对TA19钛合金进行固溶时效处理, 研究不同固溶温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明, 固溶温度对TA19钛合金显微组织的初生α相含量影响显著;经相变点以下10℃到50℃固溶保温1 h后风冷, 再经595℃时效保温8 h后空冷, 获得的室温和高温力学性能均能满足AMS 4975标准的要求;固溶温度选择相变点以下10℃时, TA19钛合金的室温和高温力学性能及蠕变性能匹配最好, 对应的显微组织中初生α相含量为15%~18%。

红外吸收法在钒中碳分析中的应用研究

刘瑞, 李会影

2017, 32(4): 50-54. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.008

[摘要](3) [PDF 189KB](0)

摘要:
用LECO CS600碳硫分析仪研究了高频燃烧-红外吸收法测定钒中的碳的分析方法, 结果表明, 称样量0.25~0.35 g, 分析时间30 s, WSn助熔剂质量1.3~1.6 g时, 分析方法有良好的准确度和精密度, 碳的分析下限达0.003% (质量分数) 。

一种钽靶材织构评价方法的模型构建

汪凯, 钟景明, 李兆博, 焦红忠, 宿康宁, 王莉, 马小文

2017, 32(4): 55-62. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.009

[摘要](5) [PDF 729KB](0)

摘要:
研究了一种钽靶材织构评价方法模型, 关注{100}、{110}、{111}三种面织构的组份含量和分布均匀性, 并对三种织构进行了定义, 规定晶界角度定义为≤2°, 组份含量取与标准织构取向差小于15°的晶粒的百分含量;同时, 对取样方法与测试方法进行了规定, 依据本模型, 可通过织构分布折线图、15°取向图和IPF图来对钽靶材单点与整靶织构分布情况进行综合评价。

材料研究

钛-铝异种合金电子束焊接接头组织与性能研究

齐风华, 孙朋朋, 李鹏, 陈利阳, 胡靖元

2017, 32(4): 63-67. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.010

[摘要](7) [PDF 624KB](0)

摘要:
采用电子束焊接方法对厚度为2.5 mm的Ti6321钛合金板材和5083铝合金板材进行了对接焊接试验, 并进行了力学性能、显微组织测试。结果表明, 焊缝的钛侧及其热影响区组织主要是α'相和原始α相混合形成的马氏体组织, 铝侧主要为粗大柱状晶组织, 钛铝焊缝交界处析出少量Ti Al金属间化合物;焊接接头的拉伸强度约为219 MPa, 接头断裂位置主要在铝侧焊缝位置, 部分在钛铝两侧焊缝交界处的Ti-Al金属间化合物上。

爆炸焊接钛钢复合板结合强度超声检测评定

王礼营, 韩淑荣, 张磊, 王贝, 马卫辉

2017, 32(4): 68-73. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.011

[摘要](3) [PDF 551KB](0)

摘要:
如何用超声的方法对钛钢复合板的结合强度进行分级评定, 对钛钢复合板的使用有迫切现实需要。本文采用超声检测一次底波和钛钢界面回波的比值, 与剪切强度进行比较研究, 并分析了界面波纹和界面金相。实现用A型超声检测的方法对钛钢复合板进行分级评定。经过试验分析, 20 lg (B₁/S) 的数值大于9时, 爆炸钛钢复合板的剪切强度大于180 MPa。

舰船用钛-钢复合过渡接头焊接态疲劳性能试验研究

王小华, 陆浩华, 刘金涛, 王文婕

2017, 32(4): 74-80. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.012

[摘要](5) [PDF 582KB](0)

摘要:
针对舰船用钛-钢复合过渡接头应用要求, 进行了钛-钢过渡接头焊接态拉-压、拉-剪和弯曲疲劳试验, 结果表明, 疲劳寿命为200万次时, 钛钢复合过渡接头结构件的拉-压疲劳极限为73.0 MPa, 拉-剪疲劳极限为62.96 MPa, 弯曲疲劳最大应力达到360 MPa且接头本身未破坏。拉-压疲劳和拉-剪疲劳S-N曲线可为舰船钛-钢复合过渡接头结构的设计提供支撑。

橡胶微观结构因素对声障板吸声性能的影响

侯永振, 王兵

2017, 32(4): 81-88. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.013

[摘要](1) [PDF 317KB](0)

摘要:
选择丁苯橡胶 (SBR) 和丙烯腈 (CN) 含量为36%~41%的丁腈橡胶 (NBR) , 分别与氯化丁基橡胶 (CIIR) 共混, 研究了SBR和NBR两种橡胶由于微观结构不同对声障板吸声性能的影响。由于微观结构的差异, SBR与NBR相比, 其与丁基橡胶的共混 (并用) 胶料在0.5~3 MPa静水压力和3.5~7 k Hz频率范围条件下, 吸声性能对静水压力的敏感性较低, 且在试验的整个静水压力范围和频率范围尤其在1.5~3.5 k Hz频段具有更高的吸声性能。

某型船用铝合金-纯铝-钢复合过渡接头界面开裂微观分析

张伟, 王东涛, 陈斌, 刘金涛, 郭海霞, 李亚

2017, 32(4): 89-94. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.014

[摘要](5) [PDF 1032KB](0)

摘要:
某型船用铝合金-纯铝-钢复合过渡接头焊接后界面开裂, 从开裂位置取样, 对开裂位置和未开裂位置进行金相分析和扫描电镜分析, 结果表明, 界面连续的铁-铝金属间化合物层是过渡接头界面开裂的主要原因。

TC4钛合金板不同加工条件下组织对比研究

王牛俊, 罗乾伟

2017, 32(4): 95-100. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.015

[摘要](4) [PDF 910KB](0)

摘要:
通过对Ti-6Al-4V钛合金进行常规锻造及换向墩拔锻造热塑性变形加工, 然后再进行多火次换向热轧变形, 研究换向墩拔锻造热塑性变形加工及多火次换向热轧变形过程中Ti-6Al-4V钛合金组织的演变。试验结果表明, 采用墩拔锻造与多火次轧制加工方式, 板坯组织由原始双态组织 (等轴α及转变 (α+β)) 逐步演变成完全等轴α组织形态, 组织更加细小、均匀, 有效保证了板材组织及性能各向同性。

铸造双相不锈钢点腐蚀行为研究

郑国华, 查小琴, 张利娟, 单建军

2017, 32(4): 101-106. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.016

[摘要](5) [PDF 419KB](0)

摘要:
采用化学浸泡腐蚀试验及微观组织和化学成分分析研究了5种铸造双相不锈钢在6%FeCl₃溶液中的点腐蚀行为, 并与316L奥氏体不锈钢进行了对比。结果表明, 铸造双相不锈钢的抗点腐蚀性能均优于316L的, 腐蚀速率和点腐蚀深度均小于316L奥氏体不锈钢的;双相不锈钢主要耐点蚀能力合金元素在奥氏体和铁素体相内分布不均匀, 铬、钼更多地分配于铁素体相内, 而镍、氮则更多地分配于奥氏体相内, 铁素体相的耐点蚀指数PRE (Cr%+3.3Mo%+16N%) 大于奥氏体相;双相不锈钢的耐点腐蚀性能与化学成分有关, 随着PRE的增加, 双相不锈钢的耐点腐蚀性能提高, 铜元素在铁素体内析出的富铜相导致点蚀优先在铁素体内发生和发展。

高透钻面玻璃在线连续镀膜技术研究

张忠义, 徐日宏, 张振华, 王琦, 姜宏

2017, 32(4): 107-112. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.017

[摘要](3) [PDF 367KB](0)

摘要:
使用立式连续直线镀膜生产线, 采用真空磁控溅射技术在玻璃表面设计并镀制了Nb₂O₅/SiO₂/Nb₂O₅/SiO₂/CNx多层纳米硬质增透薄膜, 并研究其透过率、硬度及理化性能。结果表明:通过引入线性阳极层离子源, 控制并形成新的磁控溅射镀膜工艺, 钻面玻璃产品的表面硬度达994.8 HV, 是普通玻璃的2倍以上;在可见光透过率≥94%, 具有一定的增透效果;经过酸/碱/溶剂/热处理后的透过率衰减ΔT<0.1%, 理化性能优良。

含扩变层约束阻尼复合结构性能优化

丁亮, 林国兴, 张明霞

2017, 32(4): 113-121. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.018

[摘要](3) [PDF 365KB](0)

摘要:
本文以一种典型结构作为研究对象, 从约束层、扩变层两方面对其减振处理方案进行优化。通过利用大型通用有限元软件ANSYS, 以固有频率、损耗因子和频率响应曲线作为评价参数, 讨论和分析了影响典型结构动态性能的因素。

酰腙功能化MCM-41分子筛吸附铜离子性能研究

陈凤英, 金振国, 常亮亮, 刘萍

2017, 32(4): 122-127. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.019

[摘要](5) [PDF 280KB](0)

摘要:
利用2-羰基丙酸邻羟基苯甲酰腙对MCM-41分子筛的表面进行功能化, 制备得到2-羰基丙酸邻羟基苯甲酰腙功能化MCM-41 (简称功能化MCM-41) 。采用红外光谱法和热重分析对功能化MCM-41进行表征, 研究其对废水中铜离子的吸附性能, 并探讨功能化MCM-41对铜离子的吸附机理。结果表明, 当吸附时间为30 min, 吸附温度为20℃, 吸附剂用量为0.08 g, p H为6~7时, 功能化MCM-41分子筛对铜离子的吸附效果最佳;在最佳条件下, 功能化MCM-41对铜离子的吸附可以达到97.58%。

卤水与纯碱工业蒸氨汽制备高纯氧化镁前驱体研究

宋达, 王俐聪, 武海虹, 吴丹, 张琦

2017, 32(4): 128-133. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.020

[摘要](2) [PDF 441KB](0)

摘要:
以卤水与纯碱工业蒸氨汽 (氨气和二氧化碳的混合气, 体积比为5∶1) 为原料制备高纯氧化镁前驱体, 以净化后卤水的波美度、物料比、水热反应温度、纯化时间以及纯碱蒸氨汽的通气速率5个因素, 设计5因素4水平正交试验, 并通过X射线衍射和扫描电子显微镜对产物进行表征。结果表明, 在卤水的波美度为25.1Bh、物料比为3∶1、反应温度为70℃、纯化时间为0.5 h、通气速率为50 ml/h的条件下可以制备出较好的4MgCO₃·Mg (OH) ₂·4H₂O晶体。影响氧化镁转化率的主次因素依次为物料比、卤水波美度、反应温度、通气速率、纯化时间。

综述

管线钢用自保护药芯焊丝发展概况

张学杰, 郭纯, 朱官朋, 姚润钢

2017, 32(4): 134-140. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2017.04.021

[摘要](2) [PDF 274KB](0)

摘要:
自保护药芯焊丝焊接过程无需外加保护气体, 焊接速度快, 在输油管道等领域得到了广泛的应用。文章介绍了管线钢用自保护药芯焊丝国内外研究进展、自保护药芯焊丝冶金特点、典型的管线钢用焊接材料以及自保护药芯焊丝需要解决的问题。

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