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关键词： 因瓦合金   偏析   高温热塑性   冲击性能  

摘要： 通过对因瓦合金铸锭进行均匀化退火处理,探究退火处理对铸锭组织、热力学性能以及冲击性能的影响。结果表明,退火处理后,因瓦合金的铸态组织发生改变,成分偏析得到改善,室温冲击性能提升了约7倍;高温下变形抗力降低,高温热塑性得到改善,高温脆性区间下降,热加工的温度窗口变大,这有利于提高因瓦合金的热加工效率和成材率。

关键词： 晶粒细化   脉冲电磁场   微观组织   电磁能  

摘要： 应用新型脉冲电磁场晶粒细化技术对Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金熔铸中进行脉冲电磁场处理,探究电磁能对Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金铸态微观组织的影响。利用光学显微镜(OM)与场发射扫描电镜(FESEM)对Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金铸锭进行微观组织观察。结果表明,施加脉冲电磁场情况下,铸锭组织中初生相α-Al平均尺寸及一次、二次枝晶臂间距减小。耐热相尺寸减小且形态及分布状态均发生改变。脉冲电磁场频率为20 Hz时,铸锭心部位置的初生相α-Al平均尺寸减小到24μm,铸锭边部的α-Al平均尺寸为17μm,心部组织中一次枝晶臂间距、二次枝晶臂间距分别减小20.5%、10.53%,边部的分别减小31.2%、13.9%。进行脉冲电磁场细化机制分析,脉冲电磁场携带能量,在电磁能作用下,熔体结构发生改变。

关键词： 石墨烯功能化   功能化石墨烯材料   分类   定义   制备策略  

摘要： 自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮。单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力。制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求。石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多。然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义。因此,本文在系统总结现有石墨烯功能化研究的基础上,给出了石墨烯功能化产物的系统分类、各类的精确定义和相应的制备策略,并通过典型示例进行了详细地阐述。石墨烯功能化的产物统称为"功能化石墨烯材料",分为两类:"功能化石墨烯"和"功能化石墨烯复合材料"。功能化石墨烯材料的制备可由"自上而下"和"自下而上"两种策略实现。制备策略的选择取决于应用需求。系统分类、精确命名和制备策略的归纳必将有助于功能化石墨烯材料的进一步发展。

关键词： 高熵合金   间隙碳原子   TRIP(transformation induced plasticity)效应   微观组织   性能  

摘要： 通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段分析了(Fe_(50)Mn_(30)Co_(10)Cr_(10))_(100-x)C_(x)(x=0,0.5,2.0,2.5;原子分数)浇铸态高熵合金微观组织与力学性能。结果表明,随着碳原子含量的增加,浇铸态高熵合金由fcc+hcp双相结构转变为fcc单相结构;间隙碳原子的固溶使合金发生晶格畸变,稳定fcc相,抑制亚稳态hcp相的生成。当x=2.0时,几乎仅存在fcc相衍射峰,微弱的hcp相衍射峰说明其含量很低。当碳原子的原子分数达到2.5%时,基体晶界处和晶粒内析出牛眼状Cr_(x)C_(y)碳化物,导致合金塑性恶化。随着碳含量的增加,铸态合金的树枝晶发生等轴化转变,组织得到细化。在拉伸变形过程中,部分fcc相转变成hcp相,诱发TRIP(transformation induced plasticity)效应(x=2.0)。(Fe_(50)Mn_(30)Co_(10)Cr_(10))_(98)C_(2)高熵合金的综合力学性能最佳,极限抗拉强度达到701 MPa,总体伸长率高达81%。

关键词： 纳米多孔银   高温氧化   微观形貌   原子扩散   去合金  

摘要： 近年来,纳米多孔材料成为光催化、储能等领域的研究热点。本工作将高温氧化和去合金工艺相结合,研究高温氧化对Ag_(15)Cu_(85)二元合金前驱体制备纳米多孔银的影响。在650~750℃温度下,氧化1~5 min,Ag_(15)Cu_(85)二元合金表面产生纳米级二维微孔、颗粒析出物及岛状平台。随着氧化时间的延长,合金表面呈现出相似的微观氧化形貌。铸态合金薄带在60℃、5%HNO_(3)(质量分数)中去合金0.5 h时,合金表面活性组元溶解;去合金进行1.5 h时,获得三维双连续的纳米多孔银结构。氧化态前驱体在腐蚀溶液浓度相同、去合金温度更低(45℃)的情况下,去合金15 min就能得到均匀的韧带和孔隙尺寸更大的纳米多孔银,仅为铸态合金薄带去合金持续时间的1/6。这说明氧化行为对去合金过程产生了较大影响,高温氧化改变了去合金反应的中间过程,去合金反应的参与者由单一α-Cu(Ag)固溶体转变为α-Cu(Ag)固溶体和Cu的氧化产物。氧化产物参与去合金反应,极大地促进了去合金反应进程,提高了活性组元溶解效率。

关键词： Zn-Ni合金   VLE   Wilson方程   真空蒸馏   活度  

摘要： 在系统压力5~10 Pa、蒸馏温度1173~1423 K条件下,开展Zn-Ni二元合金真空蒸馏实验研究。结果表明:液相中Ni含量(质量分数)由18.21%增至96.05%时,气相中的Zn含量由0增至99.9966%,并且通过实验获得真空蒸馏中Zn-Ni二元合金的气−液平衡(Vapor-liquid equilibrium,VLE)实验数据。采用Wilson方程预测了Zn-Ni二元合金组元的活度,且平均绝对偏差分别为0.0062和0.0112,平均相对偏差分别为5.8170%和4.8179%。另外,基于VLE理论,采用Wilson方程计算了Zn-Ni合金的VLE数据,绘制VLE相图,并与实验值进行了比较。结果表明:计算值与实验值相吻合,表明采用Wilson方程预测Zn基合金的VLE数据是可靠的。本研究结果不仅验证了Wilson方程在预测VLE数据用于指导真空蒸馏分离合金的可行性,同时也丰富了锌基合金的热力学数据,可为有色金属真空分离实践提供可靠的理论依据和指导。

关键词： 镁离子电池   二元合金   负极   第一性原理   自扩散行为  

摘要： 能源安全与生态环境问题日趋严重,锂、钴、镍等资源日益枯竭,镁离子电池（MIBs）因其成本低、安全性高、环境友好以及体积比容量高等优点有望成为新一代电池储能技术。现阶段,镁负极不均匀的沉积/溶解现象会造成过电位较高、循环稳定性差等问题,这限制了镁离子电池的产业化发展。基于合金元素对镁的电化学性能有重要影响,本文利用熔炼、挤压制备了纯镁以及分别含有Gd、Sn、Mn、Zn、Al五种原子百分比含量均为1%的二元镁合金作为镁离子电池负极材料,然后组装成扣式电池,对电池进行了循环伏安、充放电测试,并结合场发射扫描电子显微镜（FESEM）、激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）分析合金元素对镁负极极化现象、循环寿命等电化学性能以及镁沉积/溶解后表面形貌的影响,随后利用第一性原理分析五种合金元素对镁原子自扩散行为的影响,综合研究了合金元素对镁离子电池镁负极电化学性能的影响及其规律。Gd元素可以显著提高镁负极电化学性能,Sn、Mn、Zn、Al元素起着相反的作用。对称电池性能研究表明,Mg-1 at.%Gd合金的过电位最低,仅有纯镁的70%,其余四种合金的过电位均高于纯镁。且Mg-1 at.%Gd合金的长期循环稳定性优于纯镁,其余四种合金的长期循环稳定性均比纯镁差。在5 m A/cm2的电流密度下,Mg-1 at.%Gd合金对称电池的循环时间长达220 h,而纯镁对称电池的循环时间不到120 h,其余四种合金对称电池的循环时间均不到80 h。在充放电后,Mg-1 at.%Gd合金表面形貌相对较均匀、光滑,且其粗糙度值是六种负极中最低的,这也是Mg-1 at.%Gd合金过电位最低以及长期循环性能优异的原因。半电池性能研究表明,与纯镁相比,Mg-1 at.%Gd合金的库伦效率稳定性较优,而其余四种合金均较差。在5 m A/cm2电流密度下,Gd元素提高了纯镁负极的循环寿命,循环210 h后,仅Cu||Mg-1 at.%Gd半电池仍处于正常充放电状态,Cu||纯镁半电池在循环107 h后发生短路,其余合金半电池循环寿命均不超过80h。六种负极组成半电池循环寿命的长短以及其沉积/溶解层致密度的高低规律:Mg-1 at.%Gd>纯镁>Mg-1 at.%Sn>Mg-1 at.%Mn>Mg-1 at.%Zn>Mg-1 at.%Al。全电池性能研究表明,在20 m A/g的电流密度下,Gd元素提高了全电池的放电比容量,Cu S||Mg-1 at.%Gd全电池放电比容量最高,Sn、Mn、Zn、Al元素均降低了全电池的放电比容量。对称电池、半电池以及全电池测试中的六种负极电化学性能的优劣规律:Mg-1 at.%Gd>纯镁>Mg-1 at.%Sn>Mg-1 at.%Mn>Mg-1 at.%Zn>Mg-1 at.%Al。通过第一性原理模拟计算分析了纯镁及五种二元镁合金中镁原子的自扩散行为。Mg-Gd合金中镁原子的自扩散能垒最低,较低的自扩散能垒有利于镁沉积/溶解形貌趋于均匀、光滑,这与实验中Mg-Gd合金充放电后表面形貌相对光滑、平整的结果一致。但六种负极自扩散能垒的高低规律与其电化学性能的优劣规律不完全相符,这是由于自扩散能垒的高低只是电化学性能的影响因素之一,镁元素与合金元素的沉积顺序也是影响因素之一。本研究为新型镁离子电池负极材料提供了一种新颖的设计思路,为镁离子电池产业化发展提供有力支撑。

关键词： 碳纤维增强复合材料   背景去除   锚框优化   CFRP-DCCNN   CFRP-DDRCNN  

摘要： 碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)具有重量轻、强度大等优点,广泛应用于航空航天等领域。但CFRP材料内部易损伤,利用X射线对其进行成像和内部缺陷检测是一种有效的手段,目前常采用人工对其X射线图像进行缺陷检查,存在效率低、漏检等问题。鉴于此,本文主要从CFRP数据集预处理、缺陷分类网络和缺陷检测网络三个方面对碳纤维增强复合材料缺陷分类和检测方法进行了比较深入的研究,以实现CFRP X射线图像中缺陷的有效分类和检测。 在CFRP数据集预处理方面,研发了图像预处理程序,实现对CFRP X射线图像的窗宽窗位调整、DICOM图像到JPEG图像的转换等功能;对比分析了四种缺陷图像增强方法的性能;采用生成对抗网络和传统方法对数据集进行扩充,以解决CFRP缺陷样本量较少的问题。 在缺陷分类网络方面,构建了一种新颖的缺陷分类网络CFRP-DCCNN,该网络前端设置了图像裁剪模块和背景去除模块(Background Removal Module,BRM),以有效提高计算效率,降低图像背景对缺陷分类性能的影响。实验结果表明,CFRP-DCCNN具有良好的缺陷分类性能,网络中的BRM能大幅提高CFRP缺陷分类的精度,与CFRP-DCCNN相比,加入BRM的CFRP-DCCNN使得柱状和环状CFRP缺陷分类的召回率分别提高了21.12%和4.17%。 在缺陷检测网络方面,以Mask RCNN为基础,提出了一种新颖的CFRP缺陷检测网络CFRP-DDRCNN,该网络前端设置了图像裁剪和背景去除模块,以提升网络的缺陷检测效率和检测精度;引入分割图像数据集,将其和原图像数据集一起进行网络训练,以提高网络的缺陷检测精度;引入注意力机制,以提高网络的缺陷特征提取能力;通过缺陷尺寸聚类对锚框参数进行优化,以提高缺陷检测精度。实验结果表明,所提出的CFRP-DDRCNN网络具有良好的CFRP缺陷检测性能,能有效提高CFRP缺陷的检测精度,与Mask RCNN相比,CFRP-DDRCNN使得柱状和环状CFRP缺陷检测的平均精准度分别提高了98.16%和87.74%。