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

2021年第36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

高锰奥氏体低温钢拉伸断口开裂原因分析

高珍鹏, 霍光瑞, 宫旭辉

2021, 36(5): 1-4.

[摘要](56) [PDF 5639KB](9)

摘要:
采用光学显微镜、扫描电镜和力学试验的方法，分析了高锰奥氏体低温钢拉伸断口开裂的原因，结果表明，Mn、S元素存在严重偏析，生成的MnS夹杂物在轧制过程中形成MnS偏析带，MnS偏析带与基体的结合力较弱，在颈缩过程中形成的三向应力作用下，拉伸断口开裂。

03Cr21Ni14Mn5Mo3N不锈钢动态力学性能和本构关系

戴乐, 彭冀湘, 高珍鹏, 杨澍

2021, 36(5): 5-9.

[摘要](108) [PDF 3639KB](9)

摘要:
以准静态压缩性能作为参考，通过气枪式霍普金森压杆试验，研究了03Cr21Ni14Mn5Mo3N不锈钢在常温20℃和低温-40℃两种环境条件下的动态力学性能，并基于Johnson-Cook本构模型建立了03Cr21Ni14Mn5Mo3N不锈钢本构关系。结果表明，准静态及高应变率下，03Cr21Ni14Mn5Mo3N不锈钢的强度均随着温度的降低呈升高趋势；与准静态相比，03Cr21Ni14Mn5Mo3N不锈钢在高应变率下显示出明显的应变率硬化效应；在1 500/s~4 000/s高应变率范围内，随应变率的增加，钢板动态强度略有增加，但应变率硬化效应不明显。

TA22合金扩散焊接接头的组织与性能

李彦默, 马照伟, 徐哲, 李培跃, 付文, 刘向前, 李秋龙, 陈斌, 余黎明, 刘晨曦

2021, 36(5): 10-15.

[摘要](224) [PDF 9694KB](12)

摘要:
利用真空扩散焊接方法，研究不同焊接温度对TA22合金接头组织和性能的影响，并通过焊后热处理改善接头的综合性能。结果表明：随着扩散焊接温度的升高，TA22合金扩散焊接接头的抗拉强度和屈服强度逐渐降低，而伸长率和断面收缩率则表现出先升高后降低的趋势，其拐点在950℃。经850℃退火处理后，TA22合金扩散焊接接头的塑性得到明显的改善。

敏化时间对国产5083-H116铝合金组织与性能的影响

褚少旗, 周洋, 张繁星, 刘海彬, 李利, 王鹏云, 杨胜利

2021, 36(5): 16-19.

[摘要](97) [PDF 4211KB](14)

摘要:
针对国产8 mm厚5083-H116铝合金，研究了敏化时间对其组织和性能的影响。结果表明，随着敏化时间的延长，5083铝合金微观组织中越来越多的β相（Al₃Mg₂）沿晶界析出，并且形成大量的网状结构；5083铝合金腐蚀电位降低，晶间腐蚀倾向性持续升高，强度降低，伸长率提高。

国产与进口5083-H116铝合金微观组织及疲劳裂纹扩展速率研究

王德升, 王政红, 王鹏云, 张繁星, 褚少旗, 李利, 谢述锋, 冯岩

2021, 36(5): 20-29.

[摘要](96) [PDF 22838KB](8)

摘要:
研究了国产与进口5083-H116态铝合金轧制薄板材（厚度3 mm）的微观组织及其疲劳裂纹扩展行为。结果表明，国产与进口5083铝合金化学成分均满足相应标准要求。国产与进口5083铝合金显微组织均存在较多的粗大第二相，但后者的数量更多；相对于国产合金，进口合金晶粒尺寸更加细小、分布更加均匀。沿板材横、纵向，国产合金的抗拉强度和屈服强度皆高于进口合金，而延伸率相反。进口合金的疲劳裂纹扩展速率低于国产合金，在ΔK=15 MPa·m^1/2时，其裂纹扩展速率降低了32%以上。疲劳断口皆呈3个典型区域：裂纹萌生区均出现疲劳辉纹，相对于进口合金，国产合金较平坦且存在分层现象；稳态扩展区皆有明显疲劳辉纹，辉纹间距分别为0.405 5μm和0.282 3μm；瞬断区内，进口合金具有数量更多、尺寸更小的韧窝。

AZ31镁合金的SiO₂（Mg）涂层的组织及性能研究

代卫丽, 宋月红, 刘彦峰, 路遇, 王瑾, 刘凡

2021, 36(5): 30-37,55.

[摘要](105) [PDF 8955KB](14)

摘要:
采用机械合金化的方法在AZ31镁合金表面涂覆SiO₂（Mg）涂层。通过XRD、显微硬度计、扫描电镜等测试手段对表面涂层的微观形貌结构、涂层的显微硬度进行分析，利用电化学工作站对涂覆前后的AZ31镁合金的耐蚀性能进行检测。结果表明：SiO₂涂层被成功地涂覆到AZ31镁合金表面；同时，随着球磨时间的增加，涂层的显微硬度呈增加趋势，且随着球料比的增加，显微硬度亦增加，最高达到370.6HV，较基体提高了15.2%；涂层的厚度也呈现先增加后趋于稳定的趋势，但球磨时间过长，涂层内部出现裂纹；当球料比为15：1、球磨时间为15 h时，所制备涂层厚度为148μm，涂层致密且与基体结合较好；所对应的自腐蚀电流密度较基体降低了一个数量级，对应的腐蚀电压提高了6.5%，耐腐蚀性能得到明显改善。

材料应用

电解海水对环氧涂层防腐蚀性能的影响研究

陶乃旺, 曾登峰, 王佳妮

2021, 36(5): 38-44.

[摘要](198) [PDF 4147KB](19)

摘要:
通过在天然海水及3种不同余氯浓度的电解海水中进行静态浸泡试验，研究了环氧涂层吸水率、附着力、划痕剥离、耐阴极剥离等防腐蚀性能。结果表明，在所试验的3种浓度电解海水中，环氧涂层均未起泡或剥落，试验后的涂层附着力>3.5 MPa，涂层仍保持良好的防腐性能。当电解海水中余氯浓度不超过10 mg/L时，电解海水对涂层划痕剥离及耐阴极剥离性能影响不显著，涂层失效主要是由于海水介质沿着金属-涂层界面渗透导致涂层从基材脱附；当余氯浓度达到15 mg/L时，涂层划痕剥离及耐阴极剥离性能随着试验时间的延长显著下降，高浓度余氯会加速涂层失效。

空心玻璃微珠对阻尼固体浮力材料力学性能影响研究

杨东杰, 马志超, 郑劲东, 白师豪, 黄东亚, 王跃平, 徐姗姗

2021, 36(5): 45-50,61.

[摘要](101) [PDF 8252KB](7)

摘要:
通过空心玻璃微珠（HGB）的体积分数、粒径、偶联剂改性等系列实验，总结分析了空心玻璃微珠对阻尼固体浮力材料力学性能的影响。结果表明，随着空心玻璃微珠体积分数的增加，浮力材料的吸水率逐渐增大，而密度、压缩强度和阻尼损耗因子逐渐降低；随着空心玻璃微珠粒径的增大，浮力材料的吸水率和阻尼损耗因子逐渐增加，而密度、压缩强度逐渐减小；添加偶联剂可有效改善空心玻璃微珠与环氧树脂的界面结合性，提高浮力材料的性能。

陶瓷微球新型直接滴定成型工艺研究

杨硕, 苏摇, 刘汉强, 薛建强, 陈凤秋, 李燕萍

2021, 36(5): 51-55.

[摘要](162) [PDF 5620KB](19)

摘要:
以平均粒径为0.1~0.5μm的SnO₂粉为原料，通过凝胶注模成型制备SnO₂浆料，并使用滴定针筒将浆料直接滴定于旋转的金属基超疏水表面，使SnO₂液滴在不同条件下的旋转金属基超疏水表面固化成球。研究了液滴尺寸、成型时间、固含量等因素对微球成型的影响规律，结果表明：直接滴定成型的SnO₂陶瓷微球的球形度十分理想，球形度大于常规滴定成型法，并且可成型出直径0.1~0.5 mm的陶瓷微球；微球的球形度随固含量的增加而增大，随液滴尺寸的增加而减小，随固化时间的增加而减小；当液滴尺寸调整为0.05 mm时，使用凝胶注模工艺优化后的固含量为80%的SnO₂粉浆，在60℃时干燥固化30 min，该条件下获得的SnO₂陶瓷微球具有最高球形度，可达到99.5%；微球球坯烧结前后的表面微观组织结构较为均匀，烧结后可保持完整的球体形状。

一种热加工钽板材的织构分析

李兆博, 马小文, 汪凯, 张九海, 杨烈, 李新钰

2021, 36(5): 56-61.

[摘要](49) [PDF 15581KB](7)

摘要:
对2枚12英寸钽板材进行了全面的织构分析，并与制备工艺、评价结果相结合，讨论三者之间的关系。制备工艺决定了织构组份，并通过织构分析全面展现二者关系，最后通过评价来进行验证。钽板材使用1 000℃热加工工艺制备，{100}织构占优，织构分布均匀性改善明显，但最终因溅射薄膜均匀性（Uniformity）不良未通过评价，此外，与溅射机台Base Line钽板材织构组份不匹配也是主要原因。

浮置板组合道床系统振动控制效果分析

王金朝, 王志强, 段勇奇, 徐宁, 张用兵

2021, 36(5): 62-66.

[摘要](75) [PDF 1136KB](8)

摘要:
介绍了一种用于轨道交通的新型浮置板组合道床系统的结构和特点。利用动力吸振原理，设计了谐振单元，实现对道床主振动系统的动力调谐消振。同时，结合多种减振措施，有效降低了轨下部分振动能量的传递。在线测试结果表明，组合道床系统采用浮轨扣件，轨道动态变形均满足轨道安全性要求；依据GB 10071—1988测试评价方法，垂向和横向减振效果分别为18.7 dB和10.8 dB；依据CJJ/T 191—2012测试评价方法，垂向和横向减振效果分别为20.4 dB和11.7 dB，可以满足特殊减振地段的减振要求。

焊接技术

高强度结构钢及其接头热影响区的疲劳及断裂性能分析

成应晋, 丁鹏龙

2021, 36(5): 67-71,93.

[摘要](88) [PDF 5134KB](15)

摘要:
采用焊条电弧焊对48 mm厚高强度结构钢进行焊接，对焊接接头热影响区疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th、裂纹扩展速率da/dN和断裂韧度K_IC进行研究并与基体进行对比。结果表明，在室温下，焊接接头热影响区具有更好的疲劳和断裂性能；随着与熔合线距离的增大，热影响区的组织依次为粗大板条状贝氏体+奥氏体薄膜、细粒状贝氏体、回火索氏体+细粒状贝氏体，硬度逐渐下降；在室温下，焊接接头热影响区和基体冲击韧性均位于上平台。热影响区的残余奥氏体薄膜和硬度较高的贝氏体是影响其疲劳和断裂性能的重要因素。

坡口形式和层间温度对船用5083球扁铝对接焊接头力学性能的影响

李利, 刘国元, 王鹏云, 彭晖, 王壮壮, 王德升, 褚少旗

2021, 36(5): 72-75.

[摘要](47) [PDF 2878KB](4)

摘要:
采用“V”型坡口、较高的层间温度（工艺1）及“V（腹板）+X（面板）”型坡口、较低的层间温度（工艺2）对船用5083球扁铝进行施焊，研究了其对接焊接头力学性能的影响。试验结果表明，与工艺1相比，工艺2获得的焊接接头内部质量较好，力学性能优异。工艺1因坡口尺寸较大，焊丝填充量较大，焊接道次较多，加之连续施焊，导致层间温度较高，积累的热量过大，引起焊接试板过热，致使焊接熔池的体积变大，熔池内的铝液在凝固时未能发生顺序凝固，从而形成疏松组织；工艺2可抑制焊缝部位疏松缺陷的形成，进而提高接头的力学性能。

钛合金焊接冷裂倾向评价研究现状及研究思路展望

吴吉祥, 蒋鹏, 安飞鹏

2021, 36(5): 76-82,102.

[摘要](191) [PDF 3271KB](14)

摘要:
从钛合金的大规模应用前景和钛合金焊接性的角度阐述了评价钛合金焊接冷裂纹问题的重要性。概述了常用的焊接冷裂倾向评价方法与钛合金冷裂倾向评价的研究现状，讨论了现有的钛合金冷裂倾向评价结果的实用性，提出了一条适合钛合金的冷裂倾向评价的研究思路。

综述

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料研究进展

徐姗姗, 黄东亚, 郑劲东, 杨东杰, 马志超

2021, 36(5): 83-88.

[摘要](355) [PDF 800KB](71)

摘要:
近年来，碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP），尤其是碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料以其优异的综合性能受到了大量关注。高性能碳纤维/聚醚醚酮复合材料具有强度大、韧性好、使用温度高等诸多优点，在航空航天、机械、电气、汽车工业和生物工程等领域得到了广泛的应用。针对近年的研究热点，对碳纤维/聚醚醚酮复合材料在界面性能、力学性能、生物相容性、成型工艺、失效机理等方面的研究进展进行了综述，为材料的制备技术研究及产业化应用奠定基础。

超支化水性聚氨酯的改性研究进展

赵欣

2021, 36(5): 89-93.

[摘要](145) [PDF 893KB](7)

摘要:
综述了国内外关于超支化水性聚氨酯的改性方法，重点介绍了纳米改性、环氧树脂改性、聚丙烯酸酯改性、有机硅改性和有机氟改性等超支化水性聚氨酯的改性方法，并对其发展方向进行了展望。

经验交流

海洋防污剂的研究进展