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

2020年第35卷第5期

栏目

材料研究
材料应用
焊接技术
综述
经验交流

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材料研究

焊后热处理对高强钢S420ML焊接接头CTOD性能的影响

张欣耀, 刘勇, 郑国华, 张利娟, 赵阳, 查小琴

2020, 35(5): 1-6.

[摘要](10) [PDF 2426KB](0)

摘要:
采用断裂韧性测试和宏观断口分析等方法，研究了焊后热处理对高强钢S420ML焊接接头焊缝、粗晶区、回火区和部分相变区分界线的断裂韧性CTOD的影响。结果表明， 80 mm厚S420ML焊接钢板，无论是否经过焊后热处理，其断裂韧性CTOD性能均能满足相关标准要求，同时580℃×4 h焊后热处理能够显著提升断裂韧性CTOD特征值；特征值为δ_m的试样，裂纹扩展面以纤维区为主，特征值为δ_u的试样，裂纹扩展面初始阶段包含部分脆断区，随后由于载荷释放，裂纹扩展停止，材料及时止裂。在后续加载时重新获得裂纹扩展抗力，断口的剩余部分仍呈现纤维断裂的特征。

Ti75合金挤压加工对组织与性能的影响

陶欢, 宋德军, 许飞凡, 李冲, 郁炎

2020, 35(5): 7-11.

[摘要](7) [PDF 3790KB](0)

摘要:
采用热挤压方法制备Ti75合金管，研究了挤压温度和挤压速度对Ti75合金管组织与性能的影响。结果表明，在试验条件下，挤压温度的高低影响Ti75合金α晶粒的形状以及α相的含量，挤压温度由800℃升高至850℃，初生α相含量降低，β转变组织中细针状的α相变圆变粗，球化明显，同时合金的强度下降，塑性略微上升；挤压速度在60~80 mm/s范围内，合金显微组织变化不明显，室温拉伸性能也基本相同。

热处理对铝-钛-钢过渡接头性能的影响

王军, 王全柱, 翟伟国, 韩刚, 庄亚

2020, 35(5): 12-17.

[摘要](11) [PDF 4707KB](0)

摘要:
研究了热处理对铝-钛-钢（3A21/TA1/B）过渡接头的力学性能、界面组织及界面成分的影响。结果表明，焊接界面温度低于350℃时，铝-钛-钢过渡接头力学性能与爆炸态的相当；超过350℃临界温度时，界面铝侧3A21铝合金组织发生再结晶和晶粒长大而使力学性能开始下降。因此，铝-钛-钢过渡接头现场焊接施工过程中应控制铝-钛界面温度不超过350℃，以保证过渡接头的良好性能。

微通道内Cu-H₂O纳米流体强制对流特性的数值模拟研究

葛紫超

2020, 35(5): 18-26.

[摘要](7) [PDF 5915KB](0)

摘要:
采用格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method，LBM）研究了Cu-H₂O纳米流体在二维微通道内强制对流流动与传热特征，分析了微通道内Cu纳米颗粒的体积分数φ、雷诺数Re、相对粗糙度ε等因素对流体流动与传热的影响。结果表明：在光滑壁面条件下，随着入口处Re数的增加，壁面处Nu_ave会随着变大，同时随着纳米流体体积分数φ的增加，壁面处Nu_ave也会增加；与光滑壁面相比，在粗糙壁面条件下，随着入口处Re数和纳米流体体积分数φ的增加，壁面处Nu_ave也随之增大，但Nu_ave数的增大程度要比光滑壁面条件下小，且随着壁面相对粗糙度ε的增大，壁面处Nu_ave随之减小。

直流电弧等离子雾化法制备纳米Sn_1-xBi_xO₂粉末的研究

谢斌, 王政红, 师琳璞

2020, 35(5): 27-32.

[摘要](13) [PDF 2205KB](0)

摘要:
采用电弧等离子雾化法制备了不同Bi₂O₃含量的掺Bi纳米复合SnO₂粉末，粉末的粒径在40 nm左右。采用X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HR-TEM）分析了粉末的物相结构及形貌，并利用半高宽法（FWEH）计算了粉末的晶粒尺寸。研究表明，采用电弧等离子雾化法制备的掺Bi纳米复合SnO₂粉末的主要晶相为四方相SnO₂，含有少量焦绿石结构的Bi₂Sn₂O₇相；粉末的晶格常数接近（a≈4.75Å，c≈3.19Å），沿（110）和（101）晶面生长；粉末的形貌呈类球形，存在少量的柱状晶，晶粒内部存在类似第二相的小颗粒。Bi₂O₃含量（w）为20%的粉末经过1 320℃处理后，团聚严重，有一定量的Bi₂O₃析出、偏聚。

典型防护涂层体系人工加速老化与南海环境实测分析

张心悦, 杜世进, 陈凯锋, 张黎黎

2020, 35(5): 33-39.

[摘要](20) [PDF 5070KB](1)

摘要:
为明确典型防护涂层体系在南海地区服役性能，实现实验室人工加速试验对涂层在自然环境下老化过程的良好模拟，收集南海特征区域海洋大气环境数据，设计人工紫外老化试验，并对比人工紫外老化及南海自然暴露过程中涂层表面形貌和防护性能的变化。结果表明，人工紫外老化试验可较好反应防护涂层体系在南海地区的使用情况，与南海自然暴露试验相关性良好，基于涂层附着力、色差和失光率测试的加速因子分别为8.6、8.8和11.6。

材料应用

ZL305铝合金铸件裂纹形成原因分析

赵彦森, 王鹏云, 张海洋, 王岳, 高灵清

2020, 35(5): 40-44.

[摘要](8) [PDF 3450KB](0)

摘要:
ZL305铝合金铸件使用多年后出现局部开裂。为探明原因，采用光学显微镜、扫描电镜、化学分析对开裂部位进行分析，结果表明，铸件开裂部位属应力腐蚀开裂。原因是合金中镁含量超过标准上限，在使用过程中逐步在晶界析出β相并呈链状，降低了晶界抗腐蚀性能，加之长期在海洋环境中承受较大应力，产生应力腐蚀导致开裂。

Ag/AgCl与碳纤维海洋电场探测电极性能

王烨煊, 孟令岽, 陈志鹏

2020, 35(5): 45-49.

[摘要](5) [PDF 2060KB](0)

摘要:
研究了Ag/AgCl和碳纤维海洋电场探测电极电位稳定时间、电场响应性能、电导率和水流波动对电极响应的影响。结果表明，碳纤维电极的电位稳定时间短，能够较好地抵抗水流的波动，但对低频信号响应增益较小；Ag/AgCl电极稳定时间较碳纤维电极长，对低频信号响应增益较大，但对于水流波动的抵抗性能较差。

单层OLED的制备及其性能研究

常国梁

2020, 35(5): 50-53.

[摘要](8) [PDF 1132KB](0)

摘要:
采用真空蒸镀法制备了发光层（Alq₃）厚度不同的5种单层OLED发光器件，研究了发光层（Alq₃）厚度不同对单层OLED发光器件发光性能及参数的影响。研究发现：单层OLED器件中，随着其发光层厚度的增加，发光区域内移，导致激子更加的远离两极，致使淬灭现象减弱，电流效率增大。然而发光层（Alq₃）的厚度也并不是越厚越好，随着厚度的增加，其驱动电压也在增大，性能在减弱，当电流密度小于200 mA/cm²时，发光层（Alq₃）厚度为250 nm器件的亮度最高，性能最好。

低毒体系凝胶注模ITO靶材坯体的表面起皮现象与抑制研究

杨硕, 张大帅, 薛建强, 师琳璞, 赵延飞

2020, 35(5): 54-58.

[摘要](1) [PDF 1653KB](0)

摘要:
针对凝胶注模成型ITO靶材坯体时出现的表面氧阻聚问题，研究了水溶性高分子PEG、PVP和PAM对ITO浆料、坯体性能及氧阻聚引起的起皮厚度的影响。结果表明：PEG的加入对ITO坯体起皮厚度基本没有影响，加入PVP和PAM均可在不同程度上改善坯体起皮状况，尤其当PAM加入量超过1.5%时，可完全消除氧阻聚引起的坯体表面起皮。

大规格钽板材轧制工艺研究

李兆博, 杜领会, 汪凯, 马小文, 杨烈, 黄浩, 杜新

2020, 35(5): 59-62.

[摘要](7) [PDF 2089KB](0)

摘要:
研究了大规格钽板材（长度L≥1 000 mm，宽度B≥600 mm，厚度δ=2~15 mm）的轧制工艺，对常规轧制工艺中造成钽板材端头“舌型”及“边角缺料”的原因进行了分析。实验工艺中，通过多次换向轧制、控制道次加工率、沿板材对角线方向提前进行“边角缺料”轧制预补偿等措施，抑制了“舌型”突出，最终获得板材端头“舌型”内凹、“边角缺料”补料突出的大规格钽板材（2 000 mm×700 mm×4 mm），提高了成材率7%以上，改善了产品质量，降低了生产成本，增强了产品的市场竞争力。

TC4钛合金冷轧无缝管材的制备工艺及织构演变规律研究

颜孟奇, 张业勤, 齐立春, 黄利军, 李焕峰

2020, 35(5): 63-68.

[摘要](6) [PDF 5585KB](0)

摘要:
用冷轧法制备了TC4钛合金φ41 mm×2.5 mm规格无缝管材。利用EBSD技术研究合金中间退火、最终退火，结果表明，其织构演变受冷轧时的Q值（减壁率与减径率之比）影响较大。当Q值较大时，管材内表面主要进行减壁变形，取向以倾转基面织构为主；外表面以减径变形为主，取向沿RD方向倾转。当Q值较小时，内、外表面主要进行减径变形，取向由倾转基面织构沿RD方向倾转至柱面织构。

电子束冷床炉熔铸超长超薄钛扁锭表面缺陷分析

刘千里, 邓贤辉, 范金伟, 田德厚, 姜锋, 张林林, 蒋鹏

2020, 35(5): 69-75.

[摘要](5) [PDF 2563KB](0)

摘要:
电子束冷床炉熔铸出的超长超薄（8 000 mm×210 mm）钛扁锭表面常出现有冷隔和瘤疤等缺陷，导致在后续热轧制过程中出现钛带卷表面质量差等问题。由于扁锭熔炼过程中，前端固液界面的演化直接影响着结晶器与扁锭接触的界面形式，从而影响了扁锭的凝固组织特征和表面质量。采用MiLE非稳态算法研究扁锭的固液界面形貌，从机理上分析扁锭表面缺陷产生的原因。结果表明，当结晶器边缘能量输入较高时，在扁锭与结晶器接触的界面存在一定的溶液，由于形成较大的弯月面曲率，后续溶液难以溢出表面，可较大程度降低结疤的可能。经过试验验证，选取浇注温度为2 123 K进行熔铸，在靠近结晶器部分附加合理的输入能量，可以稳定生产出表面质量良好的超长超薄TA1钛扁锭。

焊接技术

基于缺口应力法的焊接纵梁疲劳数值模拟

丁鹏龙, 牛佳佳, 暴文帅, 夏立乾, 王涛

2020, 35(5): 76-80.

[摘要](5) [PDF 1999KB](0)

摘要:
缺口应力法作为一种焊接结构疲劳分析方法，能够准确反映焊缝形状和缺口效应对焊接结构疲劳强度的影响，受到了广泛关注。本研究基于缺口应力法，对车辆纵梁的三点弯曲疲劳试验进行了数值模拟，并使用子模型技术对含有焊缝缺口的试验段工字梁进行了网格敏感性分析及疲劳寿命预测。结果表明，缺口应力法和子模型技术可有效预测焊接结构的疲劳薄弱区域分布和疲劳寿命。

大厚度TA31合金窄间隙焊接和电子束焊接对比研究

安飞鹏, 邓贤辉, 刘千里, 蒋鹏

2020, 35(5): 81-86.

[摘要](5) [PDF 7087KB](0)

摘要:
进行了40 mm厚TA31合金窄间隙焊接和电子束焊接试验，实现了无缺陷焊接，并对比分析了两种接头组织性能。结果表明，窄间隙焊接接头宽13 mm，接头上下部组织均匀，焊缝区为粗大柱状晶，热影响区组织与焊缝类似；电子束焊接接头宽6 mm，接头上下部组织差异明显，焊缝区上部为粗大柱状晶，下部为等轴晶。上部热影响区出现片层α相，下部热影响区与母材类似。窄间隙焊接接头显微硬度峰值在热影响区，电子束焊接接头峰值在焊缝区。窄间隙焊接焊缝冲击值大于电子束焊接的，热影响区冲击值小于电子束焊接的；电子束焊接下部接头冲击值大于上部接头的。

激光-GMAW复合焊焊缝合金元素分布不均匀性研究

马晓阳, 李治, 薛钢, 吴艳明

2020, 35(5): 87-91.

[摘要](7) [PDF 2456KB](0)

摘要:
采用EH36钢板进行激光-GMAW复合焊堆焊试验，研究了热源相对位置、热源参数和激光束摆动参数等对焊缝Ni元素分布不均匀性的影响。结果表明：与电弧引导激光焊接相比，激光引导电弧焊接时焊缝Ni元素分布较均匀，这是因为该焊接方向下，熔池向下流动趋势增大，促进了Ni元素的均匀分布；随着激光束摆动幅度或摆动频率的增大，焊缝Ni元素分布均匀程度增大。激光束的摆动对熔池搅拌作用增强，同时焊缝凝固速度降低，熔池内合金元素扩散和对流作用能充分进行。

综述

微生物燃料电池用阳极材料的研究进展

张宇, 赵婷, 邱峥辉, 郑纪勇, 蔺存国

2020, 35(5): 92-96.

[摘要](9) [PDF 780KB](0)

摘要:
微生物燃料电池是利用产电微生物作为生物催化剂，将有机物中的化学能转化为可直接输出利用的电能的生物电化学装置。阳极作为产电微生物新陈代谢的场所，直接影响着电极表面的生化反应过程、电子传递效率以及电池内阻等。因此，阳极材料对微生物燃料电池的产电性能有着重要的影响。综述了微生物燃料电池阳极材料的研究近况，详细阐明了这些材料对产电性能的影响及作用机制，最后对新型高性能阳极材料的研发做出了展望。

经验交流

舰船海水管路系统用钛材应用标准体系研究

钱江, 宋德军, 高福洋, 李冲

2020, 35(5): 97-100.

[摘要](8) [PDF 732KB](0)

摘要:
针对舰船海水管路用钛材标准应用情况进行分析，从产品、检测、应用3个层面分析了钛材应用的标准体系情况及存在问题，并提出了舰船钛合金海水管路系统标准体系建设的建议。

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