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2期

栏目

强度与失效
分析与测试
腐蚀与防护
材料研究
综述

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强度与失效

基于梯度温度型双重拉伸试验的低合金钢板止裂温度估算式

薛钢, 宫旭辉, 苏洋, 牛佳佳, 李冲, 马骞

2016, 31(2): 1-4. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.001

[摘要](3) [PDF 237KB](0)

摘要:
在运用能量守恒原理分析止裂过程的基础上,通过统计52组低合金钢板试验数据,分析了梯度温度型双重拉伸试验测定的止裂温度和应力、板厚、表面-40℃冲击韧性的相关性规律,建立了止裂温度估算式:T_k=-66.1+0.011 8·(σ·t²/KV₂)。

分析与测试

Prodigy DC Arc直流电弧光谱法测定纯钽及钽制品中铁元素

伏军胜, 张仁惠, 李继宏

2016, 31(2): 5-9. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.002

[摘要](3) [PDF 316KB](0)

摘要:
试验探讨了DC Arc直流电弧光谱仪测定纯钽及钽制品中Fe元素的条件,并建立了测定方法。通过试验确定了Fe元素的分析线波长、积分时间及背景点位置。按照实验方法测得样品中Fe元素的加标回收率在92.73%—107.27%之间,含量测定的相对标准偏差(RSD,n=10)为4.8%,Fe元素的检出限为1.41μg/g。本法对标准样品的测定结果与GE-340光栅光谱法、DV-5直流电弧光谱法的测定结果基本一致。

冷凝器传热管腐蚀失效分析

方国强, 杨辉, 杨瑞

2016, 31(2): 10-14. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.003

[摘要](13) [PDF 687KB](0)

摘要:
针对船用冷凝器B30换热管的腐蚀泄漏问题,通过对管材理化分析、腐蚀形貌观察、金相分析和腐蚀产物分析等探讨了其腐蚀失效的原因,结果表明:B30换热管成分满足设计要求,内外表面金相组织分布不均;失效主要由内表面的腐蚀引起,表现为富Ni相优先腐蚀,导致其包围的富Cu相脱落,宏观上表现为点蚀坑的不断加深与扩大,最终导致B30换热管腐蚀穿孔失效。

腐蚀与防护

石油储罐外底板阴极保护工程实例

纪京京, 常娥, 韩德波, 陈志强

2016, 31(2): 15-18. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.004

[摘要](1) [PDF 224KB](0)

摘要:
将网状贵金属氧化物阳极(MMO)应用于原油罐外底板阴极保护工程中,采用高纯锌参比电极与Cu/CuSO₄参比电极对储罐外底板的阴极保护效果进行监测。从5年的阴极保护运行数据可以看出,超过95%的储罐外底板的阴极保护电位负于-0.85V(vs.CSE),储罐外底板处于良好的阴极保护状态。

潮差/飞溅区钢筋混凝土牺牲阳极防腐系统及远程控制监测系统的开发

常娥, 纪京京, 赵永韬

2016, 31(2): 19-24. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.005

[摘要](5) [PDF 479KB](0)

摘要:
本文介绍了一种钢筋混凝土牺牲阳极防腐系统,该系统由高活性锌合金牺牲阳极、导电砂浆填充料和复合材料防护套组成,可应用于潮差区和飞溅区的钢筋混凝土阴极保护,其防护效果达到相关国际标准要求。同时,本文还介绍了一种钢筋混凝土阴极保护远程控制监测系统,该系统不仅能够有效评估牺牲阳极保护效果,而且容易无损、原位地监测钢筋的极化电位、自腐蚀电位、线性极化电阻、混凝土的电阻率、氯离子浓度、钢筋的环境温度及阳极发生电流等阴极保护腐蚀参数。

污损释放型防污漆用有机硅连接漆的研究及应用

刘星辰, 谢志鹏, 李澄, 王晶晶

2016, 31(2): 25-31. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.006

[摘要](4) [PDF 470KB](0)

摘要:
本文采用三种粘度的羟基硅油分别与四种硅烷偶联剂反应固化制备一种双组分有机硅连接漆,并通过附着力、X-EDS、耐淡水浸泡等方法研究连接漆与防锈漆和污损释放型防污漆间的界面化学作用。结果表明:当羟基硅油采用粘度为7 500 Cp的品种,固化剂采用5%KH550和3%CG310复配时,所得连接漆与防锈漆能够形成良好的界面化学键合,同时与防污漆的附着性能也可达到最佳。

材料研究

Zr基块体非晶合金的氧化机制研究

陈晓闽

2016, 31(2): 32-36. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.007

[摘要](10) [PDF 297KB](2)

摘要:
用热重法研究了Zr₅₈Cu₁₆Ni₃Al₁₀Nb₃块体非晶合金在玻璃态温度(<T_g=657 K)和过冷液相区(T_g=657 K<T<T_x=759 K)不同时间(1.5 h和126 h)的等温氧化过程,同时比较了在玻璃态温度下623 K和过冷液相区673 K下,长时间126 h等温氧化的产物和基体结构。实验结果表明,在短时间1.5 h等温氧化,573K—673 K,氧化产物均为t-ZrO₂,基体为非晶态结构。玻璃态温度下623 K氧化速率变化与时间成线性关系,而过冷液相区氧化速率存在高速增长阶段(0—1 h),速率降低阶段(1 h—6.5 h)和稳定低速阶段(6.5 h—126h)。晶化与过冷液相区长时间氧化机制有密切关系。

复合材料汽车轮毂的成型工艺及性能研究

李丙鹏, 孙泽玉, 陶雷, 丁小马, 朱姝, 余木火

2016, 31(2): 37-41. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.008

[摘要](11) [PDF 338KB](1)

摘要:
研究了不同冲击方向下复合材料的冲击力学性能,设计不同纤维布料裁剪方式并分析原材料的使用率,设计易于铺层操作以及产品脱模的三片式模具,优化热压罐成型工艺,并进行了车轮冲击测试。结果表明,冲击测试时的冲击方向对复合材料的冲击性能有较大影响,相较于垂直于铺层方向的冲击性能,冲击方向平行于铺层方向的复合材料冲击性能更高,产品铺层中应根据冲击工况进行优化铺层设计;采用合适的裁剪结构设计提高了操作便利性,并且使材料利用率达到83.8%,大大节约了材料成本;采用优化热压罐成型工艺制备的复合材料轮毂在冲击静载荷为600 kg的13°冲击测试中未出现断裂情况,满足汽车车轮冲击测试的装车要求。

热固性树脂基复合材料构件固化变形数值模型

孔繁锦, 陈永当, 元振毅, 王永军

2016, 31(2): 42-48. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.009

[摘要](6) [PDF 387KB](0)

摘要:
针对树脂基复合材料构件固化过程中的固化翘曲变形这一关键技术问题,通过引入剪切系数的方法来代替固化过程中模具与复合材料之间的相互作用,建立了预报树脂基复合材料构件固化变形的数值计算模型。通过少量实验数据来确定模具与复合材料之间的剪切系数,进而预测复合材料构件的固化变形。通过与文献中实验结果的比较证明了所建立的模型具有较高的可靠性。实验与计算结果表明,该模型能够在不考虑复杂的材料参数变化的情况下对不同结构尺寸及不同工艺参数下的复合材料构件的固化变形进行较为准确地预测。

热处理制度对14Cr1MoR+904L耐点蚀性能的分析

周杰士, 黑鹏辉, 秦建, 杨战胜, 张天佑

2016, 31(2): 49-53. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.010

[摘要](3) [PDF 524KB](0)

摘要:
针对主材质为14Cr1MoR(H)+904L的压力容器设备,采用ASTM G48A法及ASTM 262B法分析了制造过程中904L复层在经受不同热处理制度下的耐点蚀及晶间腐蚀性能。试验结果表明:904L原始板材显微组织为孪晶状奥氏体,在ASTM G48A法腐蚀条件下点蚀速率为0.008 mm/a,晶间腐蚀速率为0.826 mm/a;904L板材在经历爆炸焊+675℃/3 h热校平后以及14Cr1MoR+904L壳体复合板在经历690℃/4 h的整体热处理后,复层904L板材显微组织无明显变化,点蚀速率基本保持不变、晶间腐蚀速率逐渐增加;设备封头处在经历950℃/1.0 h热压+920℃/1.5 h+690℃/6.0 h调质处理后,原奥氏体晶界处存在大量析出组织,腐蚀速率急剧增加,耐腐蚀能力严重下降。

钛合金交替供气GMAW焊接研究

赵文光, 李士凯, 雷小伟, 张斌斌, 李要宗

2016, 31(2): 54-57,64. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.011

[摘要](5) [PDF 322KB](0)

摘要:
研究了钛合金GMAW保护气交替供气方式对TA2平面堆焊焊缝的影响。利用高速摄像、电流传感器对焊接过程电弧形态、熔滴过渡、电流信号等信息进行采集,并记录焊缝的形貌特征,试验结果表明,交替保护下熔滴过渡方式为细滴状轴向过渡和粗滴状非轴向排斥过渡的混合过渡模式;平均焊接电流随时间延长以类似正弦波上下交替变化,变化频率与交替频率保持一致;相比Ar气、预先混合气,交替保护能够获得熔深更深、熔宽更宽的焊缝。

船用铝-钢复合过渡接头焊接试验研究

王小华, 杨辉, 辛宝, 刘金涛, 张保奇

2016, 31(2): 58-64. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.012

[摘要](4) [PDF 634KB](0)

摘要:
通过模拟焊后热处理试验,分析了界面温度与界面结合强度的关系,并以此为基础进行了船用铝-钢复合过渡接头焊接工艺试验。试验结果表明,铝-钢复合过渡接头焊后的组织和性能均能满足相关标准和产品技术协议的指标要求。

无模板电化学组装聚羟基化3,4-乙烯二氧噻吩纳米结构的影响因素初探

潘齐超, 陈震东, 张亚琼, 朱波

2016, 31(2): 65-70. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.013

[摘要](5) [PDF 488KB](0)

摘要:
采用无模板电化学沉积方法制备了具有纳米点形貌的聚羟基化3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT-OH),并系统地研究了氧化电势、聚合时间、对电极与工作电极之间距离等因素对PEDOT-OH纳米结构和形貌的影响。研究发现,随着聚合时间的延长、氧化电势的增加,纳米点的尺寸增加;相反则降低。通过进一步研究具有纳米结构的PEDOT-OH的表面性质和阴极电荷储存能力,发现随着纳米点尺寸的增大,样品表面的亲水性变好,拥有纳米结构的PEDOT-OH的均一化阴极电荷储存能力要明显优于表面平滑的样品。

等双轴预拉伸下介电弹性体驱动器力电稳定性分析

樊亚玲, 杨宏亮

2016, 31(2): 71-75. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.014

[摘要](2) [PDF 271KB](0)

摘要:
针对等双轴预拉伸条件下的介电弹性体驱动器,开展了驱动器力电特性有限元仿真计算,建立了拉伸率与名义电场强度之间的关系,将仿真结果与已有的理论计算结果进行了对比,二者完全重合;同时根据等双轴预拉伸情况下系统的状态方程,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;有限元建模及分析方法可以为等双轴预拉伸驱动器的设计提供参考。

La空位掺杂对La-Ca-Sr-MnO₃磁热性质的影响

李爱君, 张清华, 许佳婷

2016, 31(2): 76-79. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.015

[摘要](4) [PDF 236KB](0)

摘要:
用溶胶-凝胶法制备了不同空位掺杂的系列样品La_0.7-xCa_0.28Sr_0.02MnO₃,研究了La³⁺空位浓度对样品居里温度和磁热效应的影响。结果表明,在La位掺入少量空位(x<0.06),可以实现将样品的居里温度有效调整至室温,同时也促进了样品磁熵变的提高。当La空位掺杂x=0.06时,与未空位掺杂样品相比,居里温度由227 K提高到264 K,近室温,其磁熵变值为3.01 J·kg^-1·K^-1(外加磁场1 T)。该系列样品在室温附近,较低磁场下,有较强的磁制冷能力。

氮-镨共掺杂TiO₂的制备及催化性能研究

王红侠, 李新星, 杨在志, 孙虎

2016, 31(2): 80-84. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.016

[摘要](3) [PDF 307KB](0)

摘要:
为了提高TiO₂的光催化性能,采用溶胶凝胶法制备了N和稀土Pr共掺杂TiO₂光催化剂。用XRD、SEM和紫外-可见光分度计对样品进行表征,并考察了掺杂量、煅烧温度和晶型对TiO₂光催化性能的影响。研究发现N-Pr混合改性的TiO₂的催化活性均高于未改性的,5%的N和0.5%的Pr混合掺杂并经500℃锻烧后,样品为单一的锐钛矿相且粒径分布较窄,在模拟灯光照射下表现出较高的光催化活性和降解甲基橙溶液的能力,在80 min内使甲基橙溶液的降解率达到了99%。

L-半胱氨酸辅助反相微乳法制备Ag₂S纳米晶

武文鑫, 刘美英, 何晓旭, 何云飞

2016, 31(2): 85-88. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.017

[摘要](4) [PDF 383KB](0)

摘要:
选用TX-100/环己烷/正己醇/水反相微乳体系,以Ag NO₃为Ag源、Na₂S·9H₂O为S源、L-半胱氨酸为结构导向剂,室温下制备了高晶化度、直径为10—50 nm的Ag₂S纳米晶,并考察了影响其粒径大小的因素。紫外-可见吸收光谱表明,Ag₂S纳米晶在290 nm处呈现强吸收,与体相Ag₂S(1 240 nm)相比,其吸收边发生了明显的蓝移。通过调控微乳体系中ω₀(水与表面活性剂物质的量比)、Ag⁺与L-半胱氨酸的物质的量比、反应物浓度等可以实现对产物尺寸和形貌的调控。

油酸对纳米Cu₂O的表面修饰

刘立洁, 刘明光

2016, 31(2): 89-93. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.018

[摘要](1) [PDF 344KB](0)

摘要:
采用油酸作为改性剂对纳米Cu₂O(nano-Cu₂O)进行表面修饰,通过红外光谱分析仪(FTIR)、透射电镜(TEM)、综合热分析仪(TG-DTA)、接触角测试仪、分光光度计等测试设备对修饰的纳米Cu₂O进行表征和性能测试,结果表明,油酸可接枝到Cu₂O纳米粒子表面,并有效抑制纳米粒子的团聚;随着油酸用量的增加,纳米Cu₂O与水的接触角逐渐增大;改性后产物的分散性得到了显著的改善,较之未改性样品,其吸光度均有不同程度的增加。

综述

金属增材制造技术的理论研究现状讨论

秦天, 葛沈瑜, 黄进浩, 余俊

2016, 31(2): 94-102. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.019

[摘要](6) [PDF 550KB](1)

摘要:
综述了金属增材制造技术的理论研究现状及目前国外对金属增材制造数值模拟仿真所开展的工作;介绍了数值模拟增材制造过程的基本流程和要点,从理论上对金属增材制造过程包含的物理特性变化进行了简单分析,并分类讨论了金属增材制造过程数值模拟的三个主要结果:温度场、残余应力以及热影响区的特性;指出了金属增材制造过程中数值模拟的有效性及对今后工作的展望。

石墨/铝复合材料制备中的关键问题及其对策

杨毅文, 黄英, 吴海伟, 付海涛

2016, 31(2): 103-110. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2016.02.020

[摘要](6) [PDF 512KB](0)

摘要:
石墨/铝复合材料一般需要在高温下制备,石墨颗粒或纤维与铝基体均会发生不同程度的润湿作用和界面反应,形成不同结构的界面。两相之间的润湿性和界面反应对复合材料最终的性能起重要的作用,深入研究润湿机理及有效控制界面反应是获得高性能石墨/铝复合材料的关键。本文对石墨/铝复合材料的发展概况、制备工艺,制备过程中出现的界面问题、气孔缺陷等进行了分析与讨论,探讨了解决对策,展望了这种新型复合材料的应用前景。

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