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

2018年第33卷第2期

栏目

强度与失效
海洋电池电极材料
材料研究
综述
经验交流

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强度与失效

高强度厚钢板止裂韧性K_ca与常规力学性能的相关性分析

薛钢, 宫旭辉, 沈传钊, 李冲, 高珍鹏

2018, 33(2): 1-7. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.001

[摘要](4) [PDF 1786KB](0)

摘要:

统计分析了28组采用TMCP工艺制造的高强度厚钢板-10℃止裂韧性K_ca与屈服强度R_P0.2、抗拉强度R_m、-40℃冲击功KV₂、-20℃和-40℃动态撕裂能DTE、零塑性转变温度T_NDT的相关性规律，结果表明，-10℃止裂韧性K_ca与心部抗拉强度R_m和侧面零塑性转变温度T_NDT的相关度较高，随着心部抗拉强度R_m的增高和侧面零塑性转变温度T_NDT的降低，-10℃止裂韧性K_ca增大；在此基础上建立了-10℃止裂韧性K_ca与心部抗拉强度R_m、侧面零塑性转变温度T_NDT和板厚t的相关性方程K_ca=13.358·R_m-90.530·T_NDT-7.324·t^1.5或K_ca=13.427·R_m-74.845·T_NDT-0.635·t²。

海洋电池电极材料

添加大豆寡糖沉积物对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

刘志, 宰学荣, 段智为, 张皓爽, 郭满, 杨志伟, 付玉彬

2018, 33(2): 8-16. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.002

[摘要](2) [PDF 2136KB](0)

摘要:
通过向海底沉积物中添加不同浓度的大豆寡糖（SBOS），探究其对海底沉积物微生物燃料电池（MSMFCs）的影响。结果表明，阳极表面附近微生物数量与SBOS浓度有关，添加2 g SBOS组的微生物数量最多（9.310×10¹¹ cfu/m²），添加6 g SBOS组的微生物数量最少（7.680×10⁸ cfu/m²）；SBOS浓度影响阳极电化学性能，添加2 g SBOS组阳极的电容性、抗极化能力最好，添加6 g SBOS组的最差；高浓度SBOS有利于提高MSMFCs的实际输出电压，添加6 g SBOS组的平均输出电压高出空白组45 mV，高出其它实验组15~20 mV；空白组有机质消耗率最高，为66.15%，添加6g SBOS组的消耗率最低，为50.63%；SBOS以改变微生物数量的方式影响MSMFCs电化学、产电性能和有机质消耗率。

材料研究

船用钢电弧增材制造的焊道尺寸预测

张金田, 王任甫, 王杏华

2018, 33(2): 17-22. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.003

[摘要](4) [PDF 924KB](0)

摘要:
焊道的形貌尺寸直接影响电弧增材制造（WAAM）工件的成形精度。采用回归分析方法预测CMT焊道的宽度（W）和余高（H），结果表明，回归分析计算宽度和余高的绝对误差最大值分别为0.16 mm和0.17mm，均在误差可控范围之内，可以为船用高强钢CMT电弧增材制造工艺提供数据参考。另外，回归方程可有效预测单一参量对焊道尺寸的影响趋势。

极化电位对高锰铝青铜表面钙质沉积层的影响研究

孙天翔, 黄国胜, 吕平, 许立坤

2018, 33(2): 23-32. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.004

[摘要](7) [PDF 4717KB](0)

摘要:
采用恒电位极化和电化学阻抗谱（EIS）技术研究了青岛天然海水中不同极化电位下高锰铝青铜的保护电流密度和表面状态随时间的变化过程，利用扫描电镜（SEM）和能谱X射线（EDX）分析了阴极极化产物的微观形貌和元素组成。结果表明，极化168 h后，-0.8 V和-0.5 V两种极化电位下，高锰铝青铜表面都能够形成明显的钙质沉积层，主要成分都是CaCO₃；-0.8 V的极化电位下，高锰铝青铜虽然表面形成了铁锰氧化物，但其稳定保护电流密度更低，钙质沉积层膜电阻和电荷转移电阻值更高，钙质沉积层结构也更加致密。因此，-0.8 V的极化电位比-0.5 V的极化电位对高锰铝青铜具有更高的阴极保护效率。

贻贝启发的两性离子纳米二氧化硅防污涂层的制备

冯晓峰, 夏秀峰, 何春菊

2018, 33(2): 33-37. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.005

[摘要](3) [PDF 1447KB](1)

摘要:
通过多巴胺沉积修饰纳米粒子表面，并结合迈克尔加成以及季铵化反应以及两性离子修饰制备了改性纳米二氧化硅，并采用一步沉积法制备了两性离子纳米粒子防污涂层。接触角及抗污性能测试表明，该涂层具备优异的亲水性和抗牛血清蛋白吸附性能，有抗生物污染能力。

铜合金弯头冷推成形影响因素分析及工艺参数优化

周铁柱, 马艳霞, 蒋鹏, 张志远, 杨青云, 杨胜利

2018, 33(2): 38-46. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.006

[摘要](4) [PDF 1527KB](0)

摘要:
基于有限元模拟软件和三维造型软件，建立有限元铜合金弯头冷推模型，进行模拟试验。结合不同的弯头冷推实际影响因素，分析了摩擦系数、模腔与芯杆间隙、推制速度对弯头冷推弯的影响。采用正交试验分析的方法建立模拟试验组，利用极差分析法分析了冷推弯中各个因素影响的主次关系，得到最优工艺参数组合。结果表明，摩擦系数为0.05，模腔与芯杆间隙为0.75 mm，推制速度为4 mm/s时，弯头冷推弯成形质量最好。实际生产验证结果与模拟结果较为吻合。

热致相分离法制备防水透气膜

郭光彩, 何春菊

2018, 33(2): 47-50. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.007

[摘要](6) [PDF 2047KB](0)

摘要:
使用大豆油和液体石蜡作为混合稀释剂，通过热致相分离法（TIPS）制备了聚丙烯（PP）防水透气微孔膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、水通量测试、气体通量测试等手段对膜的形貌和性能进行了表征。研究结果表明，向豆油里添加液体石蜡，能有效增大膜孔隙率，同时膜的防水透气性能也有很大提高。

SiBN陶瓷纤维的组成结构及高温稳定性研究

常雪峰, 崔永杰, 彭帅, 张晨宇, 韩克清, 刘勇, 余木火

2018, 33(2): 51-56. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.008

[摘要](1) [PDF 1887KB](0)

摘要:
以三氯化硼（BCl₃）、三氯硅烷（SiHCl₃）、六甲基二硅氮烷（Me₆Si₂NH）为原料，通过共缩聚一步法制备了小分子前驱体，然后经过聚合得到聚硼硅氮烷前驱体（PBSZ），后经熔融纺丝、不熔化处理、高温热解制备出硅硼氮（SiBN）陶瓷纤维。利用FT-IR、NMR、TG、XRD及TEM等分析手段对SiBN陶瓷纤维的组成结构及高温稳定性能进行了表征。研究表明，热解后的SiBN陶瓷纤维主要包括SiN₄及BN₃结构，其中B—N以六元环形式存在，基本实现了无机化转变，在850℃时失重约为1%，在1 400℃仍然保持非晶结构，具有较好的高温稳定性。

(ZrO₂)_0.95（Y₂O₃）_0.05固体电解质烧结性能研究

沙顺萍

2018, 33(2): 57-61. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.009

[摘要](3) [PDF 1601KB](0)

摘要:
采用造粒粉体经过等静压成型和高温烧结制成烧结体5%（摩尔分数）氧化钇稳定氧化锆固体电解质，并对其力学、热力学和电化学性能进行测试。结果表明，在烧结温度为1 500℃、保温时间为2 h时，可得到晶粒均匀、晶界明显、烧结体密度高、抗热震性能良好的固体电解质。

g-C₃N₄-CdS异质结的合成及其光催化性能研究

田琪, OSOTSI Maurice I., MACHARIA Daniel K., 朱一凡, 陈志钢

2018, 33(2): 62-67. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.010

[摘要](4) [PDF 2399KB](0)

摘要:
以尿素为前驱体，550℃热聚合反应5 h，制备了块状g-C₃N₄。然后将块状g-C₃N₄超声剥离得到片状g-C₃N₄，在g-C₃N₄纳米片上原位生长CdS （直径约130 nm），从而制备了g-C₃N₄-CdS异质结。g-C₃N₄-CdS异质结的吸收边约505 nm处，与g-C₃N₄（约460 nm）相比具有明显的红移，可吸收更多的可见光。此外，g-C₃N₄-CdS异质结可降解99%的罗丹明B，具有较高的光催化活性。

电子束冷床熔炼TC4合金工艺路线的优化选择

刘如斌, 包淑娟, 王非, 刘茵琪, 朱俊杰, 裴腾

2018, 33(2): 68-72. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.011

[摘要](9) [PDF 3004KB](0)

摘要:
通过对电子束冷床熔炼TC4合金在转鼓进料和棒料进料两种进料工艺下熔化冷床的温度场的分布进行研究，为选择合理的熔炼工艺路线提供了理论依据。结果表明，转鼓进料熔炼的熔化冷床熔池温度波动较大，约为92³32℃，Al的烧损率为1.5%，TC4合金中Al分布不均匀，轧制板材出现局部贫、富Al现象。棒料进料熔炼的熔化冷床熔池温度较高且稳定，Al的烧损率为2%，TC4合金中Al分布均匀，轧制板材的组织成分也较为均匀。在实际的电子束冷床熔炼TC4合金生产中，应选择棒料进料熔炼工艺，且初始原料中合金化元素配比为Al占8%左右为宜。

机械零部件用高强镁合金加工工艺与组织性能研究

刘卫萍

2018, 33(2): 73-78. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.012

[摘要](3) [PDF 4237KB](0)

摘要:
针对Mg-Gd-Y合金塑性较差的问题，研究了固溶态和不同温度锻造加工态高强Mg-Gd-Y合金的组织与性能。结果表明，固溶态Mg-Gd合金的晶粒尺寸不均匀，平均尺寸约225μm；当锻造加工温度为440℃和410℃时，合金中第二相的数量较多，大量弥散分布的第二相的存在可以抑制动态再结晶的形成；随着锻造加工温度的降低，Mg-Gd合金的抗拉强度和屈服强度呈现逐渐升高的趋势，在锻造加工温度为470℃时，Mg-Gd合金的断后伸长率达到最大值19.2%，降低锻造加工温度至440℃和410℃时，断后伸长率反而有所降低；固溶态Mg-Gd合金的拉伸断口呈现脆性断裂的特征；锻造加工温度为500℃的拉伸断口呈现混合断裂特征，而锻造加工温度为410℃、440℃和470℃时Mg-Gd合金的断口都呈现为韧性断裂特征。

尿素含量对Ti-10%Mg多孔材料孔隙结构和抗压性能的影响

张美丽, 解腾飞, 杨超普, 刘彦峰

2018, 33(2): 79-84. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.013

[摘要](5) [PDF 1827KB](0)

摘要:
以尿素为造孔剂，采用粉末冶金法在630℃真空条件下烧结制备Ti-10% Mg多孔材料，研究了造孔剂含量对其孔隙结构、物相成分、孔隙率及抗压性能的影响。研究表明，造孔剂含量为25%（w）时，烧结体的孔隙大小均匀，主要相为Ti和Mg，造孔剂添加量未对其物相产生明显影响；随着造孔剂含量的增加，烧结体的孔隙率随之增加，抗压强度和弹性模量随之降低；Ti-10% Mg多孔材料的抗压强度和弹性模量分别为16~183 MPa和1.87~10.15 GPa，理论上可以作为人体骨骼的替代材料。

微合金化桥梁用钢14MnNbq匹配H10Mn2焊丝焊接性研究

牛全峰

2018, 33(2): 85-88. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.014

[摘要](6) [PDF 1942KB](0)

摘要:
选用H10Mn2焊丝匹配14Mn Nbq钢，进行了埋弧焊接试验研究，试验结果表明，接头强度及塑性指标满足14Mn Nbq钢焊接要求，接头各区冲击功有很大富余量，焊缝表面下2 mm处硬度值处于理想范围，未出现明显的硬化现象，接头三区金相组织主要以铁素体和珠光体为主，而这类组织具有优良的综合力学性能，满足桥梁用钢焊接技术要求。

Al-Zn-Mg合金T4板材微观组织对剥落腐蚀性能的影响

曹春鹏, 张臻, 邓运来

2018, 33(2): 89-94. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.015

[摘要](8) [PDF 2619KB](0)

摘要:
采用剥落腐蚀、金相和SEM-EBSD方法研究了Al-Zn-Mg合金T4板材的基体组织与剥落腐蚀性能的关联性。研究结果表明，Al-Zn-Mg合金的剥落腐蚀裂纹主要沿晶界扩展，抗剥落腐蚀深度与Al-Zn-Mg合金T4板材基体组织中的亚结构组态有关，亚结构所占比例小的板材，其抗剥落腐蚀性能优于亚结构所占比例大的。

PVA纤维改性地坪修补砂浆性能研究

李浩楠, 邓安仲, 陈科, 李丰恺, 杨光

2018, 33(2): 95-102. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.016

[摘要](5) [PDF 501KB](0)

摘要:
以PVA纤维作为外掺物质，研究了其掺量对水泥砂浆流动度、力学性能以及耐磨性能的影响规律，并对其改性机理进行了分析。结果表明，随着PVA纤维掺量的增加，复合砂浆试样流动度逐渐下降，各龄期复合砂浆试样抗折强度均表现为先增加后降低，PVA纤维复合砂浆试样各龄期单位面积磨损量均表现为先减小后增大。

NG/TEGDN混合硝酸酯废酸安全处理工艺研究

张银玲, 臧乐丹, 周红彬, 侯果文, 刘亮, 欧阳才

2018, 33(2): 103-106. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2018.02.017

[摘要](2) [PDF 240KB](0)

摘要:
研究采用稀释后热分解法处理硝化甘油/二缩三乙二醇二硝酸酯（NG/TEGDN）混合硝酸酯合成过程中产生的废酸的工艺参数。研究表明：处理后废酸是较理想的稀释介质，处理后废酸/处理前废酸流量比为2.5~3.0、处理温度为150~180℃、真空度为0.02~0.04 MPa、流量为1.8~2.0 L/min时，废酸处理效果较好，处理后废酸中酯含量<0.5%，能稳定达标排放，且不影响安全和连续化生产。

综述

TiO₂/硅藻土复合光催化材料研究进展