锆合金表面复合陶瓷涂层的制备与性能表征

摘要:目的解决核反应堆锆合金包壳在高温水蒸气环境下的氧化腐蚀问题,采用原位陶瓷化技术构建复合陶瓷涂层,以提高锆合金的抗高温氧化性、耐水汽腐蚀性能及事故容错能力(ATF)。方法采用微弧氧化(MAO)与大气等离子喷涂(APS)相结合的工艺制备复合陶瓷涂层,并优化MAO 底层膜结构。通过筛选不同微弧氧化电源模式,包括单向脉冲(UP)、双向脉冲(BP)、两步脉冲(TS),调整氧化膜的微观结构和成分。利用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)等表征手段,分析MAO 膜的微观形貌、物相组成及化学成分。同时,通过划痕试验、高温水汽腐蚀试验等测试复合陶瓷涂层的结合强度和抗高温氧化性能,以评估其服役性能。结果采用两步脉冲(TS)模式制备的MAO 底层膜由ZrO2 和Al0.52Zr0.48O1.74 混合相组成,形成了梯度致密结构,显著降低了裂纹密度。基于TS 模式制备的涂层的结合强度达到16 MPa,相较于UP(7 MPa)和BP(4 MPa)模式,分别提高了128%、300%。高温水汽腐蚀测试(1 200 ℃、4 000 s)结果表明,厚度为30 μm 的涂层的氧化增量速率最低,且结构完整,而80μm 的涂层因热应力的累积,出现了剥落现象。结论通过调控微弧氧化过程中的电源模式,可优化MAO 底层膜的结构和性能,实现喷涂沉积层与氧化膜的有效结合,从而在锆合金表面获得结合牢固、结构致密且厚度可控的复合陶瓷涂层,提高了它在核反应堆环境中的服役稳定性。

镍基单晶高温合金的研发进展

摘要:单晶高温合金是先进航空发动机、燃气轮机的核心热端材料,单晶叶片要求高、制造工艺复杂、容错空间小,在高温、复杂应力、氧化和热腐蚀等苛刻环境下工作。本文概述了近几年镍基单晶高温合金在合金研制、组织性能演化和表征、近服役环境下力学行为评价以及叶片制造工艺等方面的研发进展,并简单介绍了难熔高熵合金等“下一代”新型高温结构材料的研发情况。

金基合金电接触材料研究进展

摘要: 金基合金具有导电性能好、 稳定性高等特性, 常用于航空发动机的电接触摩擦副领域, 但金基合金在提高强度的同时, 导电性能下降,如何提高金基合金强度的同时保持较高的导电性, 是需解决的关键问题。研究表明, 实现金基合金的高强高导主要有以下两个途径, 一是采用二次时效增加金基合金第二相析出量, 降低合金内部溶质含量, 减少电子传递的阻碍, 并阻碍位错运动; 二是采用大塑性变形促进孪晶的形成, 孪晶界在阻碍位错运动的同时, 对电子散射影响较小。基于以上两个途径, 本文进一步提出了固溶处理+二次时效+冷变形(SSC)和低温塑性变形(LTPD)的两种工艺, SSC通过促进第二相析出, 减少内部溶质含量, 并采用冷变形引入对导电性影响较小的位错, LTPD通过促进金基合金形成更多孪晶。同时对两种方法进行了文献综述, 为高强高导金基合金的研发提供有益的参考。

类石墨烯二硫化钼的合成及应用研究进展

摘要: 类石墨烯二硫化钼( MoS2)是一种具有超薄层状结构的新型二维半导体材料。由于其具有可控带隙及特殊的六方晶系结构,表现出优异的电学、光学、热学和机械性能,从而受到了纳米电子器件、光电子器件和传感等领域研究者的广泛关注。本文介绍了类石墨烯MoS2的基本结构,对其常用的合成方法及应用进行了重点综述,并展望了其未来的研究发展趋势和面临的挑战。

钨及钨合金基体热阴极的研究进展

摘要:热电子发射研究了百余年,目前新型电子器件的快速发展导致对具有增强发射特性( 如更高的电流密度,更均匀的发射,更低的工作温度和更长的使用寿命) 的阴极需求激增。本文综述了近几十年来热阴极的研究进展,并详细讨论了各种热阴极的发射特性与其组成、结构和制造方法之间的关系,概述了固固掺杂法、固液掺杂法、液液掺杂法等基体制备方法的优缺点以及其对阴极发射性能的影响。此外,还梳理了钡钨阴极、覆膜阴极、混合基阴极和钪系阴极的发射机制,展示了该领域的最新研究成果,其中钪系阴极尤其是混合基顶层含钪阴极由于其优异的发射性能而被认为是最具发展潜力的阴极体系。尽管其制备方法多种多样,但适用于热阴极的高均匀、高可靠钨及钨合金基体制造仍然存在挑战。钨合金基体在发射过程中的微观结构变化尚不明晰,发射机理解释存在局限性,均有待探明和扩充。

碳纳米管在高速列车电磁屏蔽领域应用研究展望

摘要:碳纳米管(CNTs)由于具有优异的物理化学性能和良好的改性空间,在高速列车电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。然而碳纳米管不具有铁磁性,对于电磁波的直接吸收能力相对较弱,因此往往需要对碳纳米管进行改性后再使用。 结合高速列车这一特殊应用环境,总结了碳纳米管在电磁屏蔽领域的优势。简述了电磁屏蔽材料阻碍电磁波的机制,并综述了近年来CNTs应用于电磁屏蔽领域的研究进展,包括与铁磁性材料复配、化学镀或沉积金属镀层、与MXene复配、稀土元素改性,并对不同改性方法的作用机制进行了分析。最后对CNTs材料在电磁屏蔽领域未来的发展方向进行了总结和展望,提出获得性能更加优异的碳纳米管屏蔽体的新方法,可以从复合镀层、稀土元素改性、晶体化镀层等角度进行探索。

基于图像处理的高熵合金图像定量分析技术

摘要: 扫描电子显微镜( scanning electron microscope,SEM) 在材料表征领域具有广泛的应用前景,然而所获得的图像通常难以直接提取定量信息。针对一种共晶高熵合金的扫描电镜图像,提出了一种基于机器学习和图像分割技术的自动化、定量化分析方法,该方法能够有效测量共晶高熵合金板条状区域的面积、长度、宽度、周长以及不同组分的占比。实验结果表明,本研究所提出的方法在高熵合金图像上具有良好的鲁棒性和准确性,为研究高熵合金材料的表面结构提供了重要的技术支持。

高精度铂铑热电偶特细丝的批量制造工艺

摘要:铂铑热电偶细丝正向高精度和特细丝径方向发展。国内厂家在应对这种趋势时面临诸多问题。作者论述了高精度铂铑热电偶特细丝的批量制造工艺。指出高精度铂铑热电偶特细丝批量制造工艺的关键在于熔炼工艺和拉伸工艺,并对此进行了分析,提出了相应的解决问题的办法。

多主元高熵材料的独特强韧化机制

摘要: 多主元高熵材料拥有几乎无限的化学成分空间,其组织结构也可通过制备与加工工艺有效调控。因此,通过化学成分与组织结构的耦合设计,可有效协调多主元高熵材料中的各种强韧化机制,实现优异的综合力学性能。除传统单主元材料中的强韧化效应以外,多主元高熵材料还可具备独特的强韧化机制,从而获得更优的强度与塑韧性搭配。总结了多主元高熵材料相比于传统单主元材料的多种独特强韧化机制,包括宏量置换固溶与宏量间隙固溶、亚稳工程与双向相变、共生纳米双析与多层级析出、高应力孪生、高密度层错与迟滞马氏体相变、纳米非晶-多主元高熵晶体复合机制等。阐述了上述机制对应的多主元高熵材料成分与结构设计依据和思路,分析了典型机制在具体材料中的微观作用原理。进一步基于传统单主元材料中的经典强韧化机制与多主元高熵材料的独特性讨论了其它可能的强韧化机制。最后,展望了多主元高熵材料基于广阔成分与结构设计空间同时实现优异力学性能与其它功能特性方面的潜力,以有效发挥多主元高熵材料的独特优势和价值。

湿法工艺回收钕铁硼废料的研究现状及发展方向

摘要:钕铁硼在生产加工过程中,有超过30%的稀土金属转移到废料中,导致钕铁硼废料未能得到有效利用,而随着新能源汽车行业的快速发展,钕铁硼废料的绿色回收已成为该领域的研究热点。综述了目前国内外回收钕铁硼废料的湿法工艺研究现状,包括酸浸法、沉淀法、溶剂萃取法、碱分解法、离子液体回收法、水解法及微生物分解法等多种方法的原理及优缺点,同时指出了当前研究面临的技术难点,最后提出了未来钕铁硼废料回收利用的主要研究方向,为稀土资源二次利用提供有价值的参考。