期刊信息
月刊，1955年创刊
主管单位：教育部
主办单位：北京科技大学
编 辑：《工程科学学报》编辑部
出 版：科学出版社
主任委员：杨仁树
副主任委员(主编)：吴爱祥
地 址：北京市海淀区学院路30号
电 话：(010)62333436
传 真：(010)62333436
标准刊号：ISSN 2095-9389
CN 10-1297/TF
邮发代码：82-303
国内发行：北京报刊发行局
国内订阅：全国各地邮局
单 价：40元/期，全年480元
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.10.002
[摘要]
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[PDF 1477KB]
摘要:
废阴极炭块是铝电解槽大修时产生的一种危险固体废弃物，对其进行安全处置和资源化利用的关键是深度分离其中的有价组分炭和氟化盐。采用火法工艺对废阴极炭块进行处理，明确了氟化盐的挥发温度。基于氟化盐的挥发析出性质，设计了高温热处理电阻炉，并对其传热特性、控温规律以及氟化盐有效挥发区域进行了三维数值解析。实验确定氟化物的有效挥发温度为≥1700 ℃，该温度段下其挥发率可达93.1%以上。通过模拟不同供电模式下炉内温度场的演变规律，得到：在12 V升温24 h，9 V保温12 h的供电条件下，升温阶段炉内最高温度可达2250 ℃，氟化盐理论挥发区域占比可达98%；采用逐级递减的电压供给制度可以保证1700 ℃以上温度区域维持20 h，大幅度延长了有效热处理时间，有利于废阴极炭块中炭与氟化盐的深度分离。
废阴极炭块是铝电解槽大修时产生的一种危险固体废弃物，对其进行安全处置和资源化利用的关键是深度分离其中的有价组分炭和氟化盐。采用火法工艺对废阴极炭块进行处理，明确了氟化盐的挥发温度。基于氟化盐的挥发析出性质，设计了高温热处理电阻炉，并对其传热特性、控温规律以及氟化盐有效挥发区域进行了三维数值解析。实验确定氟化物的有效挥发温度为≥1700 ℃，该温度段下其挥发率可达93.1%以上。通过模拟不同供电模式下炉内温度场的演变规律，得到：在12 V升温24 h，9 V保温12 h的供电条件下，升温阶段炉内最高温度可达2250 ℃，氟化盐理论挥发区域占比可达98%；采用逐级递减的电压供给制度可以保证1700 ℃以上温度区域维持20 h，大幅度延长了有效热处理时间，有利于废阴极炭块中炭与氟化盐的深度分离。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.08.002
摘要:
针对印度尼西亚某低品位锰矿，提出盐酸法富集与酸介质高值再生的工艺。借助X射线衍射分析，光学显微镜和电子显微镜等表征方法进行工艺矿物学分析。结果表明：该锰矿矿物组成简单，主要由方解石、软锰矿和少量菱锰矿、褐铁矿、高岭石等组成。筛析结果显示该锰矿粒度越小，锰含量相对越高。粗碎后以2 mm筛孔的筛子过筛可得到锰质量分数为33.32%的锰中矿。锰中矿盐酸直接浸出的最佳条件为：浸出pH 3.0、浸出时间1.5 h、搅拌转速200 r·min−1、液固比4:1 mL·g−1，此条件下产出的锰精矿品位为54.50%，钙质量分数为0.57%。常温下盐酸再生可产出二水硫酸钙晶须，其长径比可达50以上。再生盐酸返回浸出锰中矿，产出的锰精矿品位为52.16%，钙质量分数为1.39%，验证了该工艺流程的可行性。X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析结果显示产出的锰精矿主要组成成分为软锰矿，杂质为少量褐铁矿、高岭石等。酸介质循环时杂质将逐渐积累，当镁离子质量浓度积累到96.74 g·L−1时，采用水解沉淀法进行除杂。
针对印度尼西亚某低品位锰矿，提出盐酸法富集与酸介质高值再生的工艺。借助X射线衍射分析，光学显微镜和电子显微镜等表征方法进行工艺矿物学分析。结果表明：该锰矿矿物组成简单，主要由方解石、软锰矿和少量菱锰矿、褐铁矿、高岭石等组成。筛析结果显示该锰矿粒度越小，锰含量相对越高。粗碎后以2 mm筛孔的筛子过筛可得到锰质量分数为33.32%的锰中矿。锰中矿盐酸直接浸出的最佳条件为：浸出pH 3.0、浸出时间1.5 h、搅拌转速200 r·min−1、液固比4:1 mL·g−1，此条件下产出的锰精矿品位为54.50%，钙质量分数为0.57%。常温下盐酸再生可产出二水硫酸钙晶须，其长径比可达50以上。再生盐酸返回浸出锰中矿，产出的锰精矿品位为52.16%，钙质量分数为1.39%，验证了该工艺流程的可行性。X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析结果显示产出的锰精矿主要组成成分为软锰矿，杂质为少量褐铁矿、高岭石等。酸介质循环时杂质将逐渐积累，当镁离子质量浓度积累到96.74 g·L−1时，采用水解沉淀法进行除杂。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.12.002
摘要:
为提高热轧换规格首块钢头部卷取温度命中率，采用数据挖掘技术，从历史带钢冷却数据中推断出与实际带钢相匹配的卷取温度模型水冷换热学习系数，并将其应用于模型预设定计算。首先，对冷却特征参数进行识别，按照相对型、绝对型、相等型和策略型四种方式进行定义，并对实际带钢与历史带钢的各项冷却特征参数进行相似距离计算。当历史带钢的总相似距离满足要求时，将其聚类为实际带钢的相似卷，并考虑各相似卷的时间影响，计算相似权重值；随后，基于相似带钢的头部和尾部信息，建立由卷取温度预报误差、偏离学习系数回归值惩罚项和偏离默认值惩罚项等构成的目标函数以及相应的约束条件，采用梯度下降法求解该二次规划问题，通过三次优化逐步计算出学习系数参考值和表征学习系数与带钢速度及目标卷取温度呈双线性关系的两个参数；最后，根据实际带钢的穿带速度、目标卷取温度等冷却条件计算冷却设定所需的学习系数。现场应用表明：基于十万块历史带钢冷却数据驱动的模型参数即时自适应设定算法可增强卷取温度模型对带钢头部冷却的预设定能力，学习系数即时自适应设定能力随着内存中保存的历史带钢冷却数据的多样性和检索出的相似卷数量的增加而提升。
为提高热轧换规格首块钢头部卷取温度命中率，采用数据挖掘技术，从历史带钢冷却数据中推断出与实际带钢相匹配的卷取温度模型水冷换热学习系数，并将其应用于模型预设定计算。首先，对冷却特征参数进行识别，按照相对型、绝对型、相等型和策略型四种方式进行定义，并对实际带钢与历史带钢的各项冷却特征参数进行相似距离计算。当历史带钢的总相似距离满足要求时，将其聚类为实际带钢的相似卷，并考虑各相似卷的时间影响，计算相似权重值；随后，基于相似带钢的头部和尾部信息，建立由卷取温度预报误差、偏离学习系数回归值惩罚项和偏离默认值惩罚项等构成的目标函数以及相应的约束条件，采用梯度下降法求解该二次规划问题，通过三次优化逐步计算出学习系数参考值和表征学习系数与带钢速度及目标卷取温度呈双线性关系的两个参数；最后，根据实际带钢的穿带速度、目标卷取温度等冷却条件计算冷却设定所需的学习系数。现场应用表明：基于十万块历史带钢冷却数据驱动的模型参数即时自适应设定算法可增强卷取温度模型对带钢头部冷却的预设定能力，学习系数即时自适应设定能力随着内存中保存的历史带钢冷却数据的多样性和检索出的相似卷数量的增加而提升。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.25.002
摘要:
针对多螺旋桨浮空器执行机构易发生故障的容错控制问题，同时考虑系统所受到的未知外部扰动和螺旋桨输入幅值的饱和约束，提出一种自适应滑模容错控制方法。建立浮空器的四自由度运动模型，系统分析矢量螺旋桨的故障类型，分为输出力的大小故障和矢量转角故障，得到浮空器执行机构的故障模型。基于自适应和滑模控制理论，由跟踪目标与系统当前状态偏差设计积分滑模面。针对未知外部扰动和执行机构偏移故障，设计相应的自适应律进行处理；针对螺旋桨输入饱和约束，应用Sigmoid函数设计跟踪轨迹进行处理。由此设计一种自适应滑模容错控制策略，利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局渐近稳定性能。以上海交通大学的多螺旋桨浮空器为模型，仿真验证了故障容错控制方法的有效性和鲁棒性。
针对多螺旋桨浮空器执行机构易发生故障的容错控制问题，同时考虑系统所受到的未知外部扰动和螺旋桨输入幅值的饱和约束，提出一种自适应滑模容错控制方法。建立浮空器的四自由度运动模型，系统分析矢量螺旋桨的故障类型，分为输出力的大小故障和矢量转角故障，得到浮空器执行机构的故障模型。基于自适应和滑模控制理论，由跟踪目标与系统当前状态偏差设计积分滑模面。针对未知外部扰动和执行机构偏移故障，设计相应的自适应律进行处理；针对螺旋桨输入饱和约束，应用Sigmoid函数设计跟踪轨迹进行处理。由此设计一种自适应滑模容错控制策略，利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局渐近稳定性能。以上海交通大学的多螺旋桨浮空器为模型，仿真验证了故障容错控制方法的有效性和鲁棒性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.02.004
摘要:
针对漏钢时结晶器铜板温度呈现出的“时间滞后”和“空间倒置”等典型特征，本文通过引入动态时间弯曲(DTW)和机器学习中的密度聚类(DBSCAN)方法，提取、汇集并区分结晶器温度的典型变化模式，在此基础上开发出一种新型的漏钢预报方法。借助动态时间弯曲度量不同拉速、钢种或工艺操作条件下结晶器热电偶温度的相似性，并运用密度聚类方法聚集和分离正常工况、黏结漏钢状况下的温度样本，在此基础上检测和预报结晶器漏钢。结果证实，相较于传统的逻辑判断和人工神经元网络预报结晶器漏钢的方法，基于聚类的漏钢预报方法无需人为设置阈值或参数，能够依据漏钢历史样本中温度变化的共性规律，提取并融合热电偶温度在时间、空间上典型的变化特征，准确区分和预报结晶器漏钢，具有较好的自适应性和鲁棒性。
针对漏钢时结晶器铜板温度呈现出的“时间滞后”和“空间倒置”等典型特征，本文通过引入动态时间弯曲(DTW)和机器学习中的密度聚类(DBSCAN)方法，提取、汇集并区分结晶器温度的典型变化模式，在此基础上开发出一种新型的漏钢预报方法。借助动态时间弯曲度量不同拉速、钢种或工艺操作条件下结晶器热电偶温度的相似性，并运用密度聚类方法聚集和分离正常工况、黏结漏钢状况下的温度样本，在此基础上检测和预报结晶器漏钢。结果证实，相较于传统的逻辑判断和人工神经元网络预报结晶器漏钢的方法，基于聚类的漏钢预报方法无需人为设置阈值或参数，能够依据漏钢历史样本中温度变化的共性规律，提取并融合热电偶温度在时间、空间上典型的变化特征，准确区分和预报结晶器漏钢，具有较好的自适应性和鲁棒性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.12.006
摘要:
为拓宽材料的阻尼温域，增大聚氨酯应用范围，基于聚氨酯的结构可设计性，引入含有甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和聚乙二醇单甲醚（MPEG）的预聚体制备带长支链的聚氨酯。长支链一端固定一端活动的特点赋予其特有的运动与松弛。甲苯-2,4-二异氰酸酯的存在不仅延长了支链长度，增大了支链与分子间的缠结程度，还使支链含有强极性的吸电子的异氰酸酯基和氨基甲酸酯基，使得支链与主链间具有较强的氢键作用。因此，从氢键及微相分离角度来分别探究聚氨酯阻尼的影响因素。结果表明，长支链占比增加，储能模量比值达到268.28，聚氨酯的微相分离程度降低，氢键作用增强，在氢键作用和微相分离程度降低的双重作用下聚氨酯的有效阻尼（阻尼因子大于0.3）温域超过150 ℃（−50 ~ 100 ℃），极大改善了聚氨酯弹性体的阻尼性能。此外，加入支链后聚氨酯具有一定的自修复性，对延长聚氨酯的使用寿命有较大意义。
为拓宽材料的阻尼温域，增大聚氨酯应用范围，基于聚氨酯的结构可设计性，引入含有甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和聚乙二醇单甲醚（MPEG）的预聚体制备带长支链的聚氨酯。长支链一端固定一端活动的特点赋予其特有的运动与松弛。甲苯-2,4-二异氰酸酯的存在不仅延长了支链长度，增大了支链与分子间的缠结程度，还使支链含有强极性的吸电子的异氰酸酯基和氨基甲酸酯基，使得支链与主链间具有较强的氢键作用。因此，从氢键及微相分离角度来分别探究聚氨酯阻尼的影响因素。结果表明，长支链占比增加，储能模量比值达到268.28，聚氨酯的微相分离程度降低，氢键作用增强，在氢键作用和微相分离程度降低的双重作用下聚氨酯的有效阻尼（阻尼因子大于0.3）温域超过150 ℃（−50 ~ 100 ℃），极大改善了聚氨酯弹性体的阻尼性能。此外，加入支链后聚氨酯具有一定的自修复性，对延长聚氨酯的使用寿命有较大意义。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.12.001
摘要:
受探测环境制约，隧道超前地质预报过程中探地雷达反射波往往具有“弱信号，强干扰”的特征，给数据处理和解译带来极大的困难。将剪切变换（shearlet变换，ST）引入探地雷达信号处理，根据有效信号和干扰信号在剪切域中不同尺度、不同方向上的能量差异，提出一种基于自适应阀值的随机干扰去除方法，并通过正演模拟数据验证了该方法在随机干扰去除上的优势；在此基础上针对隧道超前地质预报中常见的能量接近、频率异常干扰信号，以实际数据为例说明小波变换（WT）对其去除效果；从而进一步提出小波变换与剪切变换联合干扰压制方法，即首先使用小波变换对异常频率干扰进行分离，然后采用基于自适应阀值的剪切变换对随机干扰进行压制。现场溶洞探测案例应用效果表明，本文所提出的方法能在去除干扰的同时很好地保留有效信号，根据处理后的波形堆积图可以很好地凸显地质异常区域，从而提高探地雷达资料解译精度。
受探测环境制约，隧道超前地质预报过程中探地雷达反射波往往具有“弱信号，强干扰”的特征，给数据处理和解译带来极大的困难。将剪切变换（shearlet变换，ST）引入探地雷达信号处理，根据有效信号和干扰信号在剪切域中不同尺度、不同方向上的能量差异，提出一种基于自适应阀值的随机干扰去除方法，并通过正演模拟数据验证了该方法在随机干扰去除上的优势；在此基础上针对隧道超前地质预报中常见的能量接近、频率异常干扰信号，以实际数据为例说明小波变换（WT）对其去除效果；从而进一步提出小波变换与剪切变换联合干扰压制方法，即首先使用小波变换对异常频率干扰进行分离，然后采用基于自适应阀值的剪切变换对随机干扰进行压制。现场溶洞探测案例应用效果表明，本文所提出的方法能在去除干扰的同时很好地保留有效信号，根据处理后的波形堆积图可以很好地凸显地质异常区域，从而提高探地雷达资料解译精度。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.23.001
摘要:
植物修复是土壤重金属污染修复的重要手段。为了探明南水北调工程中线水源地土壤污染状况并对其进行修复，本研究以湖北省朝北河和典型钒矿冶炼厂为对象，按季节采集该区域土壤（样本量n = 14）和当地优势陆生植物（样本量n = 113），使用微波消解‒电感耦合等离子体质谱(ICP‒MS)测定V、Cr、As和Cd重金属含量，根据内梅罗指数法综合评价了土壤污染程度，评估了各种植物对四种重金属的富集能力。结果表明，朝北河采样点中排污口与河水交汇处土壤中重金属Cd含量较高；钒矿冶炼厂原矿堆放区V超标近83倍，Cr、As和Cd重金属超标两倍以上，土壤受到严重污染；其他采样点均受到不同程度的重金属污染。植物重金属富集能力和耐受性评价结果表明，鼠麴草、密叶飞蓬、一年蓬对四种重金属耐受性极强，小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车轴草、稗是V、Cr和Cd的超富集植物，蜈蚣草、构树对As的富集能力极强，野艾蒿对Cr和Cd的富集能力较强，丁香蓼和日本毛连菜分别对Cr和V具有较强的耐受性和富集特异性，委陵菜和垂序商陆对Cd具有较强的富集能力和特异性。五种优势植物盆栽实验表明，苎麻在复合金属污染条件下耐受性最强，委陵菜富集能力最强。
植物修复是土壤重金属污染修复的重要手段。为了探明南水北调工程中线水源地土壤污染状况并对其进行修复，本研究以湖北省朝北河和典型钒矿冶炼厂为对象，按季节采集该区域土壤（样本量n = 14）和当地优势陆生植物（样本量n = 113），使用微波消解‒电感耦合等离子体质谱(ICP‒MS)测定V、Cr、As和Cd重金属含量，根据内梅罗指数法综合评价了土壤污染程度，评估了各种植物对四种重金属的富集能力。结果表明，朝北河采样点中排污口与河水交汇处土壤中重金属Cd含量较高；钒矿冶炼厂原矿堆放区V超标近83倍，Cr、As和Cd重金属超标两倍以上，土壤受到严重污染；其他采样点均受到不同程度的重金属污染。植物重金属富集能力和耐受性评价结果表明，鼠麴草、密叶飞蓬、一年蓬对四种重金属耐受性极强，小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车轴草、稗是V、Cr和Cd的超富集植物，蜈蚣草、构树对As的富集能力极强，野艾蒿对Cr和Cd的富集能力较强，丁香蓼和日本毛连菜分别对Cr和V具有较强的耐受性和富集特异性，委陵菜和垂序商陆对Cd具有较强的富集能力和特异性。五种优势植物盆栽实验表明，苎麻在复合金属污染条件下耐受性最强，委陵菜富集能力最强。
优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章，这些文章目前处在编校过程，尚未确定卷期及页码，但可以根据DOI进行引用。本栏目内容尚未正式出版，未经编辑部许可，不得转载。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.08.005
摘要:
提出了一种可以制备冶金结合界面双金属复合板带的水平连铸复合成形新工艺，其具有短流程、高效的特点。采用该工艺制备了截面尺寸为70 mm×24 mm（宽度×厚度）的铜铝复合板，获得了可行的制备参数，研究了所制备板坯的组织形貌和性能。结果表明，铜铝复合板制备成形过程中，会形成由金属间化合物和共晶相组成的复合界面层。铝液和铜板表面接触，发生固液转变形成（II）层：θ相。随着铜原子不断的向铝液中扩散，当铜原子含量达到一定程度，θ相发生固相转变形成（I）层：γ相。达到共晶温度时，发生共晶转变形成（III）层：α+θ共晶组织。其中I层和II层均为铜铝金属间化合物，是裂纹产生和扩展的主要区域，因此界面层厚度是决定结合强度的重要因素。通过调整工艺参数可以优化凝固过程中铜铝复合板内的温度场分布，进而控制复合界面层的形成过程，因此工艺参数之间的合理匹配是改善复合层组织结构和增大板坯结合强度的关键。
提出了一种可以制备冶金结合界面双金属复合板带的水平连铸复合成形新工艺，其具有短流程、高效的特点。采用该工艺制备了截面尺寸为70 mm×24 mm（宽度×厚度）的铜铝复合板，获得了可行的制备参数，研究了所制备板坯的组织形貌和性能。结果表明，铜铝复合板制备成形过程中，会形成由金属间化合物和共晶相组成的复合界面层。铝液和铜板表面接触，发生固液转变形成（II）层：θ相。随着铜原子不断的向铝液中扩散，当铜原子含量达到一定程度，θ相发生固相转变形成（I）层：γ相。达到共晶温度时，发生共晶转变形成（III）层：α+θ共晶组织。其中I层和II层均为铜铝金属间化合物，是裂纹产生和扩展的主要区域，因此界面层厚度是决定结合强度的重要因素。通过调整工艺参数可以优化凝固过程中铜铝复合板内的温度场分布，进而控制复合界面层的形成过程，因此工艺参数之间的合理匹配是改善复合层组织结构和增大板坯结合强度的关键。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.30.001
摘要:
钢液真空循环脱气法（RH）精炼能够利用高真空和钢液循环流动有效脱气和去除夹杂物。同时，炼钢环境下 CO2可与钢液中[C]反应生成CO提高搅拌强度。因此，本文提出将CO2作为RH提升气进行真空精炼。针对CO2在RH精炼过程的冶金反应行为特性，通过热力学理论分析了极限真空条件下CO2脱碳的有利条件及限度，同时搭建了CO2作RH提升气工业试验平台，通过工业试验对比研究了CO2/Ar分别作提升气时对钢液精炼过程的影响。结果表明，若单纯考虑CO2与碳反应，则当钢液中[C]低于1.8×10−6，CO2仍然具有氧化碳元素的能力。然而，CO2对钢液中碳铝元素存在选择性氧化，当铝含量低于一定程度时，CO2主要参与脱碳反应；反之，CO2则会造成一定铝损，因此若采用新工艺需考虑铝合金加入时机以及加入量。此外，CO2用作RH提升气可获得与Ar效果相当甚至更优的脱氢效果，喷吹同等量CO2并未造成钢液的大幅温降，因此CO2完全有潜力作为RH提升气，进而完成精炼。
钢液真空循环脱气法（RH）精炼能够利用高真空和钢液循环流动有效脱气和去除夹杂物。同时，炼钢环境下 CO2可与钢液中[C]反应生成CO提高搅拌强度。因此，本文提出将CO2作为RH提升气进行真空精炼。针对CO2在RH精炼过程的冶金反应行为特性，通过热力学理论分析了极限真空条件下CO2脱碳的有利条件及限度，同时搭建了CO2作RH提升气工业试验平台，通过工业试验对比研究了CO2/Ar分别作提升气时对钢液精炼过程的影响。结果表明，若单纯考虑CO2与碳反应，则当钢液中[C]低于1.8×10−6，CO2仍然具有氧化碳元素的能力。然而，CO2对钢液中碳铝元素存在选择性氧化，当铝含量低于一定程度时，CO2主要参与脱碳反应；反之，CO2则会造成一定铝损，因此若采用新工艺需考虑铝合金加入时机以及加入量。此外，CO2用作RH提升气可获得与Ar效果相当甚至更优的脱氢效果，喷吹同等量CO2并未造成钢液的大幅温降，因此CO2完全有潜力作为RH提升气，进而完成精炼。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.03.002
摘要:
针对扑翼飞行器的定高飞行，设计了基于外部单目视觉的室内定高控制系统：通过外部单目相机获取扑翼飞行器的飞行图像，基于Qt编写的地面站软件接收图像并利用基于OpenCV的图像处理算法检测扑翼飞行器上的发光标识点，获得标识点在图像上的像素坐标；基于卡尔曼滤波器（KF）建立标识点像素坐标的运动状态估计器，降低环境噪声干扰并解决了标识点被短暂遮挡的问题；分别建立常规PID和单神经元PID控制系统，通过蓝牙控制扑翼飞行器的电机转速，实现了基于图像的扑翼飞行器室内定高飞行。对比实验结果表明，本文设计的定高飞行控制系统可以使扑翼飞行器标记点的图像坐标保持在外部单目相机图像的中心横线处。针对阶跃响应信号，单神经元PID控制系统的响应速度比常规PID控制系统响应速度稍慢一些，但是控制精度明显优于常规PID控制器，最大相对误差为3%。
针对扑翼飞行器的定高飞行，设计了基于外部单目视觉的室内定高控制系统：通过外部单目相机获取扑翼飞行器的飞行图像，基于Qt编写的地面站软件接收图像并利用基于OpenCV的图像处理算法检测扑翼飞行器上的发光标识点，获得标识点在图像上的像素坐标；基于卡尔曼滤波器（KF）建立标识点像素坐标的运动状态估计器，降低环境噪声干扰并解决了标识点被短暂遮挡的问题；分别建立常规PID和单神经元PID控制系统，通过蓝牙控制扑翼飞行器的电机转速，实现了基于图像的扑翼飞行器室内定高飞行。对比实验结果表明，本文设计的定高飞行控制系统可以使扑翼飞行器标记点的图像坐标保持在外部单目相机图像的中心横线处。针对阶跃响应信号，单神经元PID控制系统的响应速度比常规PID控制系统响应速度稍慢一些，但是控制精度明显优于常规PID控制器，最大相对误差为3%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.22.004
摘要:
为了减少IF钢生产过程中冷轧板缺陷以及降低夹杂物对钢的成材性能的影响，重要的是明确IF钢铸坯厚度方向夹杂物分布规律，本文采用氧氮分析、扫描电镜和能谱分析、夹杂物自动扫描以及原貌分析等手段进行了系统的分析。结果表明，铸坯厚度方向T.O（总氧）和N的平均质量分数值分别为1.6×10−5和1.7×10−5，T.O在内弧表面1/8处最高，为2.0×10−5，内弧1/8～3/8区间N质量分数较高，为1.8×10−5；共统计1177个夹杂物，70%以上夹杂物的尺寸都在5 μm以内，平均尺寸为2.8 μm，内、外弧3/8处夹杂物平均尺寸较大，分别为4.0 μm、4.4 μm；铸坯中心TiN析出量较多，内外弧表面以Al2O3和Al2O3-TiOx为主，尺寸在5～10 μm之间，Al2O3-TiN在内外弧1/4处呈不规则状，尺寸在3～5 μm；当凝固率0.646 < f ≤ 0.680时，凝固前沿液相以及δ相中开始有TiN析出，尺寸在3～6 μm之间波动。
为了减少IF钢生产过程中冷轧板缺陷以及降低夹杂物对钢的成材性能的影响，重要的是明确IF钢铸坯厚度方向夹杂物分布规律，本文采用氧氮分析、扫描电镜和能谱分析、夹杂物自动扫描以及原貌分析等手段进行了系统的分析。结果表明，铸坯厚度方向T.O（总氧）和N的平均质量分数值分别为1.6×10−5和1.7×10−5，T.O在内弧表面1/8处最高，为2.0×10−5，内弧1/8～3/8区间N质量分数较高，为1.8×10−5；共统计1177个夹杂物，70%以上夹杂物的尺寸都在5 μm以内，平均尺寸为2.8 μm，内、外弧3/8处夹杂物平均尺寸较大，分别为4.0 μm、4.4 μm；铸坯中心TiN析出量较多，内外弧表面以Al2O3和Al2O3-TiOx为主，尺寸在5～10 μm之间，Al2O3-TiN在内外弧1/4处呈不规则状，尺寸在3～5 μm；当凝固率0.646 < f ≤ 0.680时，凝固前沿液相以及δ相中开始有TiN析出，尺寸在3～6 μm之间波动。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.01.003
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在冷连轧无取向硅钢薄带过程中，为了实现锥形工作辊窜动自动控制边降，需要合理的确定功效系数与策略。这种系数的获得，不只需要研究本道次的轧辊弹性变形、薄带横向流动、机架间变形对窜辊效率的影响，更重要的是需研究上游机架窜辊对下游机架的影响。这就需要高效的仿真模型来完成以上计算。基于边降区域的金属横向流动理论，建立了将横向流动视为纯剪切增量的数值模型，避免了沿带宽方向建立刚度矩阵，从而提高了计算效率。同时考虑了薄带在机架间发生的轧后屈服流动，由于锥形工作辊窜动，打破了带钢断面的等比例遗传关系，使得轧后带钢在边部区域需要缩宽并减薄来补偿边部延伸率差。所建立的数值模型通过工业现场实验验证，相比于原有模型具有更高的精度。完成了两个机架连续计算，研究了上游机架窜辊对下游机架出口边降的影响。研究发现，第一机架的边降控制范围最宽，第二、三机架控制范围逐渐变窄。根据该规律设计了根据三点边降偏差的配合调控策略，相比单点策略在工业应用中取得了更好效果。
在冷连轧无取向硅钢薄带过程中，为了实现锥形工作辊窜动自动控制边降，需要合理的确定功效系数与策略。这种系数的获得，不只需要研究本道次的轧辊弹性变形、薄带横向流动、机架间变形对窜辊效率的影响，更重要的是需研究上游机架窜辊对下游机架的影响。这就需要高效的仿真模型来完成以上计算。基于边降区域的金属横向流动理论，建立了将横向流动视为纯剪切增量的数值模型，避免了沿带宽方向建立刚度矩阵，从而提高了计算效率。同时考虑了薄带在机架间发生的轧后屈服流动，由于锥形工作辊窜动，打破了带钢断面的等比例遗传关系，使得轧后带钢在边部区域需要缩宽并减薄来补偿边部延伸率差。所建立的数值模型通过工业现场实验验证，相比于原有模型具有更高的精度。完成了两个机架连续计算，研究了上游机架窜辊对下游机架出口边降的影响。研究发现，第一机架的边降控制范围最宽，第二、三机架控制范围逐渐变窄。根据该规律设计了根据三点边降偏差的配合调控策略，相比单点策略在工业应用中取得了更好效果。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.30.002
摘要:
针对炼钢‒连铸过程的生产调度问题，首先，对生产调度问题的研究方法进行了总结和评述，梳理了各类方法的特点及适用范围；其次，介绍了当前国内外钢厂典型计算机辅助调度系统的一些案例，并讨论分析其特点；最后，在以往研究的基础上，对未来炼钢‒连铸过程生产调度问题的研究思路和方法提出了建议，针对静态调度提出了“规则+算法”的研究思路，以国内某特钢厂为例，提出了基于钢厂生产模式优化的调度模型构建方法；针对动态调度提出“多工序协同”的研究思路，提出了基于多智能体的炼钢‒连铸过程多工序工艺、质量与调度的协同控制的研究方法。优化高效的建模及求解方法是解决生产调度问题的重要手段之一，旨在改善当前钢厂生产计划编制水平、提高生产计划的可执行性、加强现场实时调控，对实现炼钢‒连铸过程稳定化、有序化、连续化运行具有重要意义。
针对炼钢‒连铸过程的生产调度问题，首先，对生产调度问题的研究方法进行了总结和评述，梳理了各类方法的特点及适用范围；其次，介绍了当前国内外钢厂典型计算机辅助调度系统的一些案例，并讨论分析其特点；最后，在以往研究的基础上，对未来炼钢‒连铸过程生产调度问题的研究思路和方法提出了建议，针对静态调度提出了“规则+算法”的研究思路，以国内某特钢厂为例，提出了基于钢厂生产模式优化的调度模型构建方法；针对动态调度提出“多工序协同”的研究思路，提出了基于多智能体的炼钢‒连铸过程多工序工艺、质量与调度的协同控制的研究方法。优化高效的建模及求解方法是解决生产调度问题的重要手段之一，旨在改善当前钢厂生产计划编制水平、提高生产计划的可执行性、加强现场实时调控，对实现炼钢‒连铸过程稳定化、有序化、连续化运行具有重要意义。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.25.006
摘要:
作为对经典自适应控制改进的控制方法，多模型自适应控制是解决复杂的大范围参数不确定系统的一种有效途径，并在理论和实践中取得了丰富成果。依据控制器集的不同综合策略，其被分为多种类型，本文旨在对加权型的多模型自适应控制进行综述。加权多模型自适应控制的基本思路是采用“分而治之”的办法，离线建立多个局部模型和对应的多个局部控制器，在线加权融合各个局部控制器的控制输出，从而形成全局控制，是实现鲁棒自适应控制的一类重要方法。首先比较详细地介绍了加权多模型自适应控制研究的历史及现状，然后给出相关研究的新进展和一些观点，包括新的加权算法和相应的加权多模型自适应控制系统的稳定性结果等，最后指出未来的几个研究方向。
作为对经典自适应控制改进的控制方法，多模型自适应控制是解决复杂的大范围参数不确定系统的一种有效途径，并在理论和实践中取得了丰富成果。依据控制器集的不同综合策略，其被分为多种类型，本文旨在对加权型的多模型自适应控制进行综述。加权多模型自适应控制的基本思路是采用“分而治之”的办法，离线建立多个局部模型和对应的多个局部控制器，在线加权融合各个局部控制器的控制输出，从而形成全局控制，是实现鲁棒自适应控制的一类重要方法。首先比较详细地介绍了加权多模型自适应控制研究的历史及现状，然后给出相关研究的新进展和一些观点，包括新的加权算法和相应的加权多模型自适应控制系统的稳定性结果等，最后指出未来的几个研究方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.24.003
摘要:
以316Ti奥氏体不锈钢为基础，设计不同Cr和Si元素含量的合金成分，结合Thermal-Calc热力学模拟计算与合金铸锭凝固组织形貌、成分分析，研究了Cr和Si元素对合金凝固组织构成的影响。研究结果表明，热力学计算能够获得奥氏体不锈钢中析出δ相的临界Cr和Si含量。合金凝固时的元素偏析和冷却过程中的“δ→γ”相变可对δ相析出预测产生一定影响。此外，本工作还针对δ相析出评价了两种凝固路线判据。
以316Ti奥氏体不锈钢为基础，设计不同Cr和Si元素含量的合金成分，结合Thermal-Calc热力学模拟计算与合金铸锭凝固组织形貌、成分分析，研究了Cr和Si元素对合金凝固组织构成的影响。研究结果表明，热力学计算能够获得奥氏体不锈钢中析出δ相的临界Cr和Si含量。合金凝固时的元素偏析和冷却过程中的“δ→γ”相变可对δ相析出预测产生一定影响。此外，本工作还针对δ相析出评价了两种凝固路线判据。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.24.004
摘要:
目前钢铁行业已成为大气污染防治的重点，为解决现有钢铁行业对于PM2.5细颗粒难以捕集的难题，实现粉尘的超低排放。基于CFD-DPM（computational fluid dynamics-discrete phase model）方法对磁性纤维产生的磁场以及高梯度磁场等不同磁场形式下单纤维对钢铁行业捕集PM2.5性能的影响进行研究，通过X射线衍射图谱分析可知钢铁行业生产过程产生的粉尘因含有Fe3O4以及单质Fe而具有磁特性，进而提出了利用磁场来增强单纤维捕集PM2.5性能的方法. 计算结果表明，在运动轨迹方面，磁性纤维产生的磁场会在纤维周围形成引力区，高梯度磁场会在纤维周围形成2个引力区和2个斥力区；在捕集性能方面，当粉尘粒径dp为0.5～1.0 μm，入口风速v≤0.2 m·s−1时，高梯度磁场下磁性纤维的捕集能力要强于单一磁性纤维的捕集能力，若磁场强度H=0.5 T，磁感应强度B=0.01 T，v=0.1 m·s−1，高梯度磁场可以使单纤维的捕集效率提高为传统单纤维捕集的28.32倍，若B=0.01 T，v=0.1 m·s−1，磁性纤维产生的磁场可以使捕集效率提高为传统单纤维捕集的4.037倍；在磁性纤维产生的磁场中，当磁感应强度B≥0.03 T时，磁性单纤维对PM2.5的捕集效率随着入口风速的增加而减小，后趋于稳定，当B<0.03 T时，捕集效率随入口风速逐渐减小；捕集效率随粉尘粒径的增加而增大. 而对于高梯度磁场，单纤维对PM2.5捕集效率同样随着入口风速的增加而减小，当v>0.4 m·s−1时，捕集效率为0，B越大，捕集效率下降越快；捕集效率随着粉尘粒径增大呈现先增加后减小的趋势.
目前钢铁行业已成为大气污染防治的重点，为解决现有钢铁行业对于PM2.5细颗粒难以捕集的难题，实现粉尘的超低排放。基于CFD-DPM（computational fluid dynamics-discrete phase model）方法对磁性纤维产生的磁场以及高梯度磁场等不同磁场形式下单纤维对钢铁行业捕集PM2.5性能的影响进行研究，通过X射线衍射图谱分析可知钢铁行业生产过程产生的粉尘因含有Fe3O4以及单质Fe而具有磁特性，进而提出了利用磁场来增强单纤维捕集PM2.5性能的方法. 计算结果表明，在运动轨迹方面，磁性纤维产生的磁场会在纤维周围形成引力区，高梯度磁场会在纤维周围形成2个引力区和2个斥力区；在捕集性能方面，当粉尘粒径dp为0.5～1.0 μm，入口风速v≤0.2 m·s−1时，高梯度磁场下磁性纤维的捕集能力要强于单一磁性纤维的捕集能力，若磁场强度H=0.5 T，磁感应强度B=0.01 T，v=0.1 m·s−1，高梯度磁场可以使单纤维的捕集效率提高为传统单纤维捕集的28.32倍，若B=0.01 T，v=0.1 m·s−1，磁性纤维产生的磁场可以使捕集效率提高为传统单纤维捕集的4.037倍；在磁性纤维产生的磁场中，当磁感应强度B≥0.03 T时，磁性单纤维对PM2.5的捕集效率随着入口风速的增加而减小，后趋于稳定，当B<0.03 T时，捕集效率随入口风速逐渐减小；捕集效率随粉尘粒径的增加而增大. 而对于高梯度磁场，单纤维对PM2.5捕集效率同样随着入口风速的增加而减小，当v>0.4 m·s−1时，捕集效率为0，B越大，捕集效率下降越快；捕集效率随着粉尘粒径增大呈现先增加后减小的趋势.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.03.001
摘要:
以钢渣与生物质废弃材料为研究对象，利用钢渣中含有的金属氧化物对生物质废弃材料进行改性处理获得生态活性炭，研究钢渣种类、钢渣粉磨时间和钢渣超微粉用量对生态活性炭降解甲醛性能的影响。利用X-射线荧光光谱仪（XRF）、X-射线衍射仪（XRD）、激光粒度仪（LPSA）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、比表面积及孔径测定仪（BET）和扫描电子显微镜（SEM）测试钢渣超微粉的化学成分、钢渣超微粉的矿物组成、钢渣超微粉的粒径分布、钢渣超微粉的结构组成、生态活性炭的孔结构和生态活性炭的微观形貌。结果表明：钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为90 min，钢渣超微粉用量为20 g制备的生态活性炭具有良好的降解甲醛性能与合理的经济性，即10 h后甲醛降解率为57.5%。电炉渣中Fe元素与Mn元素含量高，其中Fe元素促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中形成富集，Mn元素对富集的甲醛进行催化降解，实现吸附降解与催化降解的协同作用。适当延长钢渣粉磨时间可以减小钢渣超微粉的粒径大小与改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度，有利于提高钢渣超微粉与活性炭、甲醛的降解作用面积。适量的钢渣超微粉可以提高生态活性炭的粉化率，抵消由于孔容积与比表面积降低导致的活性炭吸附降解作用下降的问题。
以钢渣与生物质废弃材料为研究对象，利用钢渣中含有的金属氧化物对生物质废弃材料进行改性处理获得生态活性炭，研究钢渣种类、钢渣粉磨时间和钢渣超微粉用量对生态活性炭降解甲醛性能的影响。利用X-射线荧光光谱仪（XRF）、X-射线衍射仪（XRD）、激光粒度仪（LPSA）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、比表面积及孔径测定仪（BET）和扫描电子显微镜（SEM）测试钢渣超微粉的化学成分、钢渣超微粉的矿物组成、钢渣超微粉的粒径分布、钢渣超微粉的结构组成、生态活性炭的孔结构和生态活性炭的微观形貌。结果表明：钢渣为电炉渣，钢渣粉磨时间为90 min，钢渣超微粉用量为20 g制备的生态活性炭具有良好的降解甲醛性能与合理的经济性，即10 h后甲醛降解率为57.5%。电炉渣中Fe元素与Mn元素含量高，其中Fe元素促使大量甲醛在活性炭的多孔结构中形成富集，Mn元素对富集的甲醛进行催化降解，实现吸附降解与催化降解的协同作用。适当延长钢渣粉磨时间可以减小钢渣超微粉的粒径大小与改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度，有利于提高钢渣超微粉与活性炭、甲醛的降解作用面积。适量的钢渣超微粉可以提高生态活性炭的粉化率，抵消由于孔容积与比表面积降低导致的活性炭吸附降解作用下降的问题。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.02.001
摘要:
为考察无网格方法求解铸坯凝固过程的可行性，本文依据移动最小二乘和变分原理，推导并建立了基于无网格伽辽金法的结晶器内铸坯凝固过程二维非稳态传热/凝固数学模型。以小方坯凝固过程为对象，分别采用节点均匀布置、加密布置、随机布置方式，模拟分析了小方坯凝固过程的温度场变化，并将计算结果与参考解、有限元法数值解进行了对比，结果证实无网格伽辽金法在计算精度、自适应性、网格依赖性等方面均优于有限元法。研究结果为无网格方法应用于连铸过程的传热、凝固以及应力/应变行为的数值计算提供参考。
为考察无网格方法求解铸坯凝固过程的可行性，本文依据移动最小二乘和变分原理，推导并建立了基于无网格伽辽金法的结晶器内铸坯凝固过程二维非稳态传热/凝固数学模型。以小方坯凝固过程为对象，分别采用节点均匀布置、加密布置、随机布置方式，模拟分析了小方坯凝固过程的温度场变化，并将计算结果与参考解、有限元法数值解进行了对比，结果证实无网格伽辽金法在计算精度、自适应性、网格依赖性等方面均优于有限元法。研究结果为无网格方法应用于连铸过程的传热、凝固以及应力/应变行为的数值计算提供参考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.21.001
摘要:
铁矿烧结工序作为钢铁行业NOx排放的主要来源，在当前高压环保态势下减少其NOx排放迫在眉睫。烧结过程NOx主要产生于固体燃料燃烧过程，而粗粒级燃料的赋存形态会影响其NOx排放。基于此，本研究采用可视化微型烧结燃烧装置研究裸露型和被覆型粗粒级焦粉的燃烧行为，以及优化其配加模式对NOx排放和烧结固结强度的影响规律，并烧结杯实验研究兼顾NOx减排和烧结产质量指标的适宜粗粒级燃料赋存形态。结果表明，相比裸露型粗粒级焦粉，表面被覆铁酸钙细粉时其NOx排放降低约56%；分加粗粒级焦粉以调控其为裸露型时，NOx排放增加约10%，且烧结矿强度降低，而控制粒度为0.5～3.15 mm以调控其为被覆型时，NOx最大体积分数和N元素转化率分别降低约8%和27%，且烧结各项产质量指标均得到改善。
铁矿烧结工序作为钢铁行业NOx排放的主要来源，在当前高压环保态势下减少其NOx排放迫在眉睫。烧结过程NOx主要产生于固体燃料燃烧过程，而粗粒级燃料的赋存形态会影响其NOx排放。基于此，本研究采用可视化微型烧结燃烧装置研究裸露型和被覆型粗粒级焦粉的燃烧行为，以及优化其配加模式对NOx排放和烧结固结强度的影响规律，并烧结杯实验研究兼顾NOx减排和烧结产质量指标的适宜粗粒级燃料赋存形态。结果表明，相比裸露型粗粒级焦粉，表面被覆铁酸钙细粉时其NOx排放降低约56%；分加粗粒级焦粉以调控其为裸露型时，NOx排放增加约10%，且烧结矿强度降低，而控制粒度为0.5～3.15 mm以调控其为被覆型时，NOx最大体积分数和N元素转化率分别降低约8%和27%，且烧结各项产质量指标均得到改善。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.15.004
摘要:
为对生产进行指导，研究了DP590/DP780高强钢焊管在液压成形过程中的变形行为；使用场发射扫描电镜观察管材周向的横截面以确定基体的组织，通过VMHT30M显微硬度计确定管材的焊缝及热影响区的大小，以便研究液压成形破裂行为；采用液压成形试验机对两种管件进行液压成形研究。实验结果表明：管材在胀形过程中的破裂压力比理论计算公式得到的破裂压力大，破裂位置全部位于靠近焊缝及热影响区的母材区域；随着管径的增大和长径比的增大，管材的极限膨胀率呈现下降趋势；在自由胀形过程中，管材的焊缝区域基本上不发生减薄，最小壁厚位于管材的热影响区和基体的过渡区域，并且壁厚的减薄率在胀形最高点所在截面最大，越靠近管材夹持区，壁厚的减薄率越小。最终得到以下结论：管材液压成形实验是准确获得管材力学性能参数的途径；提高焊接质量有助于控制失效破裂位置；合理选择管材的长径比有利于管材性能的充分发挥；通过合理控制各处的减薄有利于降低液压成形件的破裂风险。
为对生产进行指导，研究了DP590/DP780高强钢焊管在液压成形过程中的变形行为；使用场发射扫描电镜观察管材周向的横截面以确定基体的组织，通过VMHT30M显微硬度计确定管材的焊缝及热影响区的大小，以便研究液压成形破裂行为；采用液压成形试验机对两种管件进行液压成形研究。实验结果表明：管材在胀形过程中的破裂压力比理论计算公式得到的破裂压力大，破裂位置全部位于靠近焊缝及热影响区的母材区域；随着管径的增大和长径比的增大，管材的极限膨胀率呈现下降趋势；在自由胀形过程中，管材的焊缝区域基本上不发生减薄，最小壁厚位于管材的热影响区和基体的过渡区域，并且壁厚的减薄率在胀形最高点所在截面最大，越靠近管材夹持区，壁厚的减薄率越小。最终得到以下结论：管材液压成形实验是准确获得管材力学性能参数的途径；提高焊接质量有助于控制失效破裂位置；合理选择管材的长径比有利于管材性能的充分发挥；通过合理控制各处的减薄有利于降低液压成形件的破裂风险。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.11.001
摘要:
利用旋转圆柱电极，结合电化学方法（电化学交流阻抗、极化曲线）、激光扫描共聚焦显微镜、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度法研究了流动工况下油水分层介质中缓蚀剂在油水两相界面处的作用效果及机理。结果表明，该工况下，100 mg·L−1十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对碳钢在油水两相分层介质中的水区具有良好的缓蚀效果，缓蚀效率高达99%，但在油水两相界面区域，由于油相的大量存在，导致缓蚀剂的有效质量分数降为混合前的31%，缓蚀效率仅为83%，缓蚀效果较差，碳钢腐蚀未得到有效抑制，甚至出现了沟槽腐蚀。因此，在油区试样腐蚀轻微，并且缓蚀剂的加入有效抑制了水区X65钢的腐蚀。
利用旋转圆柱电极，结合电化学方法（电化学交流阻抗、极化曲线）、激光扫描共聚焦显微镜、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度法研究了流动工况下油水分层介质中缓蚀剂在油水两相界面处的作用效果及机理。结果表明，该工况下，100 mg·L−1十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对碳钢在油水两相分层介质中的水区具有良好的缓蚀效果，缓蚀效率高达99%，但在油水两相界面区域，由于油相的大量存在，导致缓蚀剂的有效质量分数降为混合前的31%，缓蚀效率仅为83%，缓蚀效果较差，碳钢腐蚀未得到有效抑制，甚至出现了沟槽腐蚀。因此，在油区试样腐蚀轻微，并且缓蚀剂的加入有效抑制了水区X65钢的腐蚀。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.07.002
摘要:
采用圆环压缩法和挤压–模拟法测定Zr-4合金有润滑条件下的摩擦因子，讨论了2种方法所测定摩擦因子存在差异的原因。研究结果表明，在模具（砧面）粗糙度Ra = 0.6 μm、实验温度700～800 ℃的条件下，采用圆环压缩法获得的Zr-4合金与模具的摩擦因子为0.18～0.27，摩擦因子随实验温度的升高而增大。挤压温度为750 ℃时，采用挤压–模拟法获得的热挤压平均摩擦因子为0.35。测试结果存在较大差异的原因，是由于挤压过程润滑剂的剪切速率较圆环压缩实验大得多，且挤压过程中润滑剂所受压应力约为圆环压缩实验中的两倍，从而导致润滑剂黏度的增大，表现为摩擦因子较高。圆环压缩法获得的摩擦因子更适合于Zr-4合金的锻造等热加工工况。
采用圆环压缩法和挤压–模拟法测定Zr-4合金有润滑条件下的摩擦因子，讨论了2种方法所测定摩擦因子存在差异的原因。研究结果表明，在模具（砧面）粗糙度Ra = 0.6 μm、实验温度700～800 ℃的条件下，采用圆环压缩法获得的Zr-4合金与模具的摩擦因子为0.18～0.27，摩擦因子随实验温度的升高而增大。挤压温度为750 ℃时，采用挤压–模拟法获得的热挤压平均摩擦因子为0.35。测试结果存在较大差异的原因，是由于挤压过程润滑剂的剪切速率较圆环压缩实验大得多，且挤压过程中润滑剂所受压应力约为圆环压缩实验中的两倍，从而导致润滑剂黏度的增大，表现为摩擦因子较高。圆环压缩法获得的摩擦因子更适合于Zr-4合金的锻造等热加工工况。
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2020, 42(1): 1-15.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.28.003
摘要:
铝合金具有密度小，比强度高等一系列优异的性能而受到研究者的关注，但其易腐蚀的特点严重制约了其应用范围，因此需要采取适当的方法增强其耐蚀性能。水滑石薄膜具有良好的耐蚀性与离子交换性能，近年来在铝合金表面改性技术的研究逐渐增多。本文介绍了多种制备水滑石薄膜的方法，探究不同实验条件对薄膜形貌与耐蚀性的影响；详述了几种常用的改性方法与原理，对目前研究中存在的局限性进行了讨论，并展望了未来研究的重点与发展方向。
铝合金具有密度小，比强度高等一系列优异的性能而受到研究者的关注，但其易腐蚀的特点严重制约了其应用范围，因此需要采取适当的方法增强其耐蚀性能。水滑石薄膜具有良好的耐蚀性与离子交换性能，近年来在铝合金表面改性技术的研究逐渐增多。本文介绍了多种制备水滑石薄膜的方法，探究不同实验条件对薄膜形貌与耐蚀性的影响；详述了几种常用的改性方法与原理，对目前研究中存在的局限性进行了讨论，并展望了未来研究的重点与发展方向。
2020, 42(1): 16-25.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.24.006
摘要:
从钙钛矿晶格结构和器件结构入手，介绍了钙钛矿电池的发展历程，总结了A位，B位及X位的组分调控方法、一步法、两步法及其他成膜方法，形貌控制方法，最后，详细讨论了钙钛矿太阳能电池稳定性的影响因素，光热湿等因素是引起钙钛矿晶体分解，导致电池性能下降的主要原因。最后，稳定性问题已经成为阻碍钙钛矿电池产业化的最大的障碍，介绍了钙钛矿太阳能电池当前稳定性问题的主要解决方案：开发更稳定的钙钛矿结构，开发用于控制晶粒生长的新添加剂，以及选择具有优异性能的空穴传输层和电子传输层。
从钙钛矿晶格结构和器件结构入手，介绍了钙钛矿电池的发展历程，总结了A位，B位及X位的组分调控方法、一步法、两步法及其他成膜方法，形貌控制方法，最后，详细讨论了钙钛矿太阳能电池稳定性的影响因素，光热湿等因素是引起钙钛矿晶体分解，导致电池性能下降的主要原因。最后，稳定性问题已经成为阻碍钙钛矿电池产业化的最大的障碍，介绍了钙钛矿太阳能电池当前稳定性问题的主要解决方案：开发更稳定的钙钛矿结构，开发用于控制晶粒生长的新添加剂，以及选择具有优异性能的空穴传输层和电子传输层。
2020, 42(1): 26-38.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.19.001
摘要:
先进的相变储能材料是推动储能技术发展的核心和关键，在促进新能源开发和提高能源利用率中起着至关重要的作用。因在相变过程中具有高储能密度和小体积变化等优势，相变材料中应用最多的是固‒液相变材料。然而在其相变过程中会发生固态向液态的转变，为了避免其在液相状态下的泄露，需要加以定形才能使用。多孔基复合相变材料在有效防止固液相变发生泄露的同时，还需兼顾定形复合相变材料传热性能的提升。本文针对这个问题进行了大量的调研，对近年来国内外在提高多孔基定形复合相变材料传热性能方面的研究进行了综合分析，介绍了三种强化传热的方法，分别是使用高导热多孔材料做载体材料、掺杂高导热纳米材料做添加剂以及构筑高导热多级结构多孔材料，并对提升复合相变材料传热性能研究方法的前景作了展望。
先进的相变储能材料是推动储能技术发展的核心和关键，在促进新能源开发和提高能源利用率中起着至关重要的作用。因在相变过程中具有高储能密度和小体积变化等优势，相变材料中应用最多的是固‒液相变材料。然而在其相变过程中会发生固态向液态的转变，为了避免其在液相状态下的泄露，需要加以定形才能使用。多孔基复合相变材料在有效防止固液相变发生泄露的同时，还需兼顾定形复合相变材料传热性能的提升。本文针对这个问题进行了大量的调研，对近年来国内外在提高多孔基定形复合相变材料传热性能方面的研究进行了综合分析，介绍了三种强化传热的方法，分别是使用高导热多孔材料做载体材料、掺杂高导热纳米材料做添加剂以及构筑高导热多级结构多孔材料，并对提升复合相变材料传热性能研究方法的前景作了展望。
2020, 42(1): 39-47.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.12.003
摘要:
聚酰亚胺（polyimide，PI）由于具有较好的力学性能、优异的耐化学性、良好的介电性能和高温稳定性，被认为是一种应用前景广泛的高温工程聚合物。聚酰亚胺的各类制品如薄膜、涂料、胶黏剂、光电材料、先进复合材料、微电子器件、分离膜以及光刻胶等已经被广泛应用于电子信息、防火防弹、航空航天、气液分离以及光电液晶等领域。聚酰亚胺气凝胶（PIA）是由聚合物分子链构成的相互交联的三维多孔材料，结合了聚酰亚胺和气凝胶的优异性能，使其不但具有聚酰亚胺的优异特性，而且具有气凝胶的轻质超低密度、高比表面积、低导热系数以及低介电常数等突出特点，因此聚酰亚胺气凝胶材料迅速发展成为性能优异的有机气凝胶之一，并且在航空航天、电子通讯、隔热阻燃、隔音吸声以及吸附清洁等领域展示出广阔的应用前景。鉴于该材料的这些特质，本文对聚酰亚胺气凝胶的制备方法、影响因素（溶剂效应、单体结构和固含量）以及应用进行了论述，并对聚酰亚胺气凝胶材料的未来发展进行了展望。
聚酰亚胺（polyimide，PI）由于具有较好的力学性能、优异的耐化学性、良好的介电性能和高温稳定性，被认为是一种应用前景广泛的高温工程聚合物。聚酰亚胺的各类制品如薄膜、涂料、胶黏剂、光电材料、先进复合材料、微电子器件、分离膜以及光刻胶等已经被广泛应用于电子信息、防火防弹、航空航天、气液分离以及光电液晶等领域。聚酰亚胺气凝胶（PIA）是由聚合物分子链构成的相互交联的三维多孔材料，结合了聚酰亚胺和气凝胶的优异性能，使其不但具有聚酰亚胺的优异特性，而且具有气凝胶的轻质超低密度、高比表面积、低导热系数以及低介电常数等突出特点，因此聚酰亚胺气凝胶材料迅速发展成为性能优异的有机气凝胶之一，并且在航空航天、电子通讯、隔热阻燃、隔音吸声以及吸附清洁等领域展示出广阔的应用前景。鉴于该材料的这些特质，本文对聚酰亚胺气凝胶的制备方法、影响因素（溶剂效应、单体结构和固含量）以及应用进行了论述，并对聚酰亚胺气凝胶材料的未来发展进行了展望。
2020, 42(1): 48-59.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.05.004
摘要:
中锰钢是近年来出现的新型钢铁材料，因为其优异的力学性能被认为是第三代汽车用钢，但是该钢的一个突出特点就是在拉伸变形时会发生塑性失稳，导致材料结构稳定性减弱甚至在某些情况下过早失效，这已然成为限制中锰钢商业化使用的关键问题。塑性失稳包括出现不连续屈服和屈服平台（吕德斯应变）以及流变应力锯齿（PLC效应）。两者都受到成分、晶粒形貌、退火工艺、组织构成等因素的影响，也均与拉伸变形过程中 奥氏体相变转变存在或强或弱的相关性，使得这一塑性失稳现象的机理更为复杂化，因而在近期各种观点迥异的理论解释也相继被提出。本文综述了相关研究中各种因素对吕德斯应变和PLC效应的影响结果及相关理论解释，并着重指出了各理论解释的局限性及未来的研究思路。最后，基于现有研究和预研实验对在保证中锰钢超高强度和优良塑性的前提下消除中锰钢塑性失稳现象的可行途径进行了展望。
中锰钢是近年来出现的新型钢铁材料，因为其优异的力学性能被认为是第三代汽车用钢，但是该钢的一个突出特点就是在拉伸变形时会发生塑性失稳，导致材料结构稳定性减弱甚至在某些情况下过早失效，这已然成为限制中锰钢商业化使用的关键问题。塑性失稳包括出现不连续屈服和屈服平台（吕德斯应变）以及流变应力锯齿（PLC效应）。两者都受到成分、晶粒形貌、退火工艺、组织构成等因素的影响，也均与拉伸变形过程中 奥氏体相变转变存在或强或弱的相关性，使得这一塑性失稳现象的机理更为复杂化，因而在近期各种观点迥异的理论解释也相继被提出。本文综述了相关研究中各种因素对吕德斯应变和PLC效应的影响结果及相关理论解释，并着重指出了各理论解释的局限性及未来的研究思路。最后，基于现有研究和预研实验对在保证中锰钢超高强度和优良塑性的前提下消除中锰钢塑性失稳现象的可行途径进行了展望。
2020, 42(1): 60-69.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.12.003
摘要:
主要介绍了稀土资源的重要作用及利用现状，对我国的稀土矿分布及特征进行概述，并提出稀土开采存在的问题及微生物采矿的优势。回顾利用微生物进行稀土矿开采的发展进程，总结其研究进展，介绍微生物采矿作用机理的研究，主要包括微生物浸出、吸附和积累稀土元素机理的相关研究，以及稀土矿采矿微生物的分离方法及种属分布等。以中国白云鄂博矿床和澳大利亚Mount Weld矿床中的矿石为例，说明微生物对矿石中稀土元素的提取作用。简述微生物对废弃物中稀土元素的回收作用，及微生物利用稀土元素技术将面临的挑战，并对其未来进行了展望。
主要介绍了稀土资源的重要作用及利用现状，对我国的稀土矿分布及特征进行概述，并提出稀土开采存在的问题及微生物采矿的优势。回顾利用微生物进行稀土矿开采的发展进程，总结其研究进展，介绍微生物采矿作用机理的研究，主要包括微生物浸出、吸附和积累稀土元素机理的相关研究，以及稀土矿采矿微生物的分离方法及种属分布等。以中国白云鄂博矿床和澳大利亚Mount Weld矿床中的矿石为例，说明微生物对矿石中稀土元素的提取作用。简述微生物对废弃物中稀土元素的回收作用，及微生物利用稀土元素技术将面临的挑战，并对其未来进行了展望。
2020, 42(1): 70-77.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.08.005
摘要:
铁矿石烧结烟气中含有较高浓度的CO（体积分数0.5%～2%），因此对其进行CO脱除意义重大。为了探究不同类型催化剂的催化效果，采用浸渍法制备了Pt涂层蜂窝金属催化剂和铁铈氧化物催化剂，并通过X射线荧光光谱分析（XRF）对其组分含量进行了分析。二者在模拟烧结烟气中进行CO脱除性能的对比实验，活性测试表明，不同CO初始体积分数、烟气温度以及水汽含量对CO催化氧化的脱除效率影响较大。当模拟烟气中不含水汽的时候，二者在180 ℃及更高温度下对CO的脱除效率均能达到60%以上。反应温度为180 ℃，水汽体积分数为11.7%时，Pt负载型催化剂中的CO转化率为63.9%，而该条件下Ce改性Fe2O3催化剂的CO转化率仅为34.9%。当温度在180～300 ℃范围内，Pt负载型催化剂具有较好的抗水性，且继续升高温度，水汽体积分数增加对催化剂效率的负面影响更显著。如水汽体积分数从0增加到27.1%时，与180 ℃时的催化效率相比，Pt负载型催化剂在240 ℃时的催化效率由73.9%降至62.3%，降幅远远增大。另外，对这两种催化剂进行了抗硫性测试。当水汽体积分数为0时，Ce改性Fe2O3催化剂抗硫性更佳，但当SO2和水汽同时存在的情况下，Pt负载型催化剂具有更好的抗硫性。因此，在实际烧结中建议采取高效的脱硫措施并布置脱水层以减少其对于催化剂的负面影响。
铁矿石烧结烟气中含有较高浓度的CO（体积分数0.5%～2%），因此对其进行CO脱除意义重大。为了探究不同类型催化剂的催化效果，采用浸渍法制备了Pt涂层蜂窝金属催化剂和铁铈氧化物催化剂，并通过X射线荧光光谱分析（XRF）对其组分含量进行了分析。二者在模拟烧结烟气中进行CO脱除性能的对比实验，活性测试表明，不同CO初始体积分数、烟气温度以及水汽含量对CO催化氧化的脱除效率影响较大。当模拟烟气中不含水汽的时候，二者在180 ℃及更高温度下对CO的脱除效率均能达到60%以上。反应温度为180 ℃，水汽体积分数为11.7%时，Pt负载型催化剂中的CO转化率为63.9%，而该条件下Ce改性Fe2O3催化剂的CO转化率仅为34.9%。当温度在180～300 ℃范围内，Pt负载型催化剂具有较好的抗水性，且继续升高温度，水汽体积分数增加对催化剂效率的负面影响更显著。如水汽体积分数从0增加到27.1%时，与180 ℃时的催化效率相比，Pt负载型催化剂在240 ℃时的催化效率由73.9%降至62.3%，降幅远远增大。另外，对这两种催化剂进行了抗硫性测试。当水汽体积分数为0时，Ce改性Fe2O3催化剂抗硫性更佳，但当SO2和水汽同时存在的情况下，Pt负载型催化剂具有更好的抗硫性。因此，在实际烧结中建议采取高效的脱硫措施并布置脱水层以减少其对于催化剂的负面影响。
2020, 42(1): 78-83.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.25.003
摘要:
以硫酸锌、醋酸锌和氢氧化锌为原料，制备出氢氧化锌前驱体和氧化锌晶种，在微波水热条件下快速合成了氧化锌纳米棒。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和紫外−可见分光光度计（UV-vis）对氧化锌纳米棒的形貌、结构和光学性质等进行了表征，并通过降解罗丹明B（RhB）测试了样品的光催化性能，探讨了微波辐射作用对产物的催化活性的影响。实验结果表明，氢氧化锌作为前驱体在微波作用下30 min，生成为基于氧化锌纳米棒自组装的三维笼状结构，与常规方法制备的氧化锌纳米棒相比，微波辐射作用下生成的样品结晶度更高。紫外−可见分光光度计结果表明微波辐射会导致合成的氧化锌纳米棒吸收边红移，缩小带隙能量，从而提升氧化锌纳米棒的催化活性。光催化测试表明微波辅助合成的氧化锌纳米棒具有更好的可见光吸收特性，在紫外和可见光照射下，对罗丹明B都具有较好的降解效率，在紫外光照射下80 min内罗丹明B的降解率可达到98.5%。这种微波辅助的合成方法能够在短时间内合成大量的氧化锌纳米材料，具有高效批量制备、清洁环保等优点。
以硫酸锌、醋酸锌和氢氧化锌为原料，制备出氢氧化锌前驱体和氧化锌晶种，在微波水热条件下快速合成了氧化锌纳米棒。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和紫外−可见分光光度计（UV-vis）对氧化锌纳米棒的形貌、结构和光学性质等进行了表征，并通过降解罗丹明B（RhB）测试了样品的光催化性能，探讨了微波辐射作用对产物的催化活性的影响。实验结果表明，氢氧化锌作为前驱体在微波作用下30 min，生成为基于氧化锌纳米棒自组装的三维笼状结构，与常规方法制备的氧化锌纳米棒相比，微波辐射作用下生成的样品结晶度更高。紫外−可见分光光度计结果表明微波辐射会导致合成的氧化锌纳米棒吸收边红移，缩小带隙能量，从而提升氧化锌纳米棒的催化活性。光催化测试表明微波辅助合成的氧化锌纳米棒具有更好的可见光吸收特性，在紫外和可见光照射下，对罗丹明B都具有较好的降解效率，在紫外光照射下80 min内罗丹明B的降解率可达到98.5%。这种微波辅助的合成方法能够在短时间内合成大量的氧化锌纳米材料，具有高效批量制备、清洁环保等优点。
2020, 42(1): 84-90.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.03.001
摘要:
以人造石墨为原料制备了低氧化程度的氧化石墨（MOG），并研究了具有不同极性基团和不同碳链长度的表面活性剂对氧化石墨的插层机理。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和Zeta电位仪对插层前后的氧化石墨进行表征，探讨表面活性剂的分子结构对其插层能力的影响以及表面活性剂的插层机理。结果表明阳离子表面活性剂主要通过其极性端与氧化石墨的羧基、羟基之间的静电吸引作用进入氧化石墨层间进行插层，其插层效果优于阴离子表面活性剂，更容易增大氧化石墨的层间距。阴离子表面活性剂则通过与氧化石墨之间形成氢键和疏水作用力来进行插层。研究表明：表面活性剂极性基团的分子大小越大，非极性端的碳链越长，其插层能力越强。上述研究成果有助于深入认识表面活性在氧化石墨层间的插层机理，同时也对氧化石墨插层改性材料的制备和应用具有重要的指导意义。
以人造石墨为原料制备了低氧化程度的氧化石墨（MOG），并研究了具有不同极性基团和不同碳链长度的表面活性剂对氧化石墨的插层机理。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和Zeta电位仪对插层前后的氧化石墨进行表征，探讨表面活性剂的分子结构对其插层能力的影响以及表面活性剂的插层机理。结果表明阳离子表面活性剂主要通过其极性端与氧化石墨的羧基、羟基之间的静电吸引作用进入氧化石墨层间进行插层，其插层效果优于阴离子表面活性剂，更容易增大氧化石墨的层间距。阴离子表面活性剂则通过与氧化石墨之间形成氢键和疏水作用力来进行插层。研究表明：表面活性剂极性基团的分子大小越大，非极性端的碳链越长，其插层能力越强。上述研究成果有助于深入认识表面活性在氧化石墨层间的插层机理，同时也对氧化石墨插层改性材料的制备和应用具有重要的指导意义。
2020, 42(1): 91-98.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.26.002
摘要:
简单的热处理和热处理磷化ZIF-67/氧化石墨烯（GO）前驱体得到具有典型的多孔碳结构特征的CoP/Co@NPC@rGO纳米复合材料电催化剂。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和N2等温吸脱附曲线等对其形貌、成分和结构进行分析和表征。采用线性扫描伏安法、电化学阻抗谱和计时电位法探讨了CoP/Co@NPC@rGO纳米复合电催化剂对氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）的电催化活性和稳定性。结果表明，CoP/Co@NPC@rGO‒350在1.0 mol·L–1 KOH溶液中达到10 mA·cm‒2电流密度的析氢过电位仅127 mV；同时，在1.0 mol·L–1 KOH溶液中显示出优于贵金属RuO2的析氧性能，达到10 mA·cm‒2电流密度的过电位为276 mV，塔菲尔斜率仅为42 mV·dec‒1。这种高析氢和析氧电催化活性主要归因于高度石墨化的N掺杂多孔碳与N掺杂石墨烯之间的协同效应。CoP/Co@NPC@rGO是电催化全解水电催化剂的候选材料，且为基于金属有机骨架（MOFs）/氧化石墨烯复合材料的高效电催化剂的设计开辟了一条新的途径。
简单的热处理和热处理磷化ZIF-67/氧化石墨烯（GO）前驱体得到具有典型的多孔碳结构特征的CoP/Co@NPC@rGO纳米复合材料电催化剂。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和N2等温吸脱附曲线等对其形貌、成分和结构进行分析和表征。采用线性扫描伏安法、电化学阻抗谱和计时电位法探讨了CoP/Co@NPC@rGO纳米复合电催化剂对氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）的电催化活性和稳定性。结果表明，CoP/Co@NPC@rGO‒350在1.0 mol·L–1 KOH溶液中达到10 mA·cm‒2电流密度的析氢过电位仅127 mV；同时，在1.0 mol·L–1 KOH溶液中显示出优于贵金属RuO2的析氧性能，达到10 mA·cm‒2电流密度的过电位为276 mV，塔菲尔斜率仅为42 mV·dec‒1。这种高析氢和析氧电催化活性主要归因于高度石墨化的N掺杂多孔碳与N掺杂石墨烯之间的协同效应。CoP/Co@NPC@rGO是电催化全解水电催化剂的候选材料，且为基于金属有机骨架（MOFs）/氧化石墨烯复合材料的高效电催化剂的设计开辟了一条新的途径。
2020, 42(1): 99-105.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.26.001
摘要:
金属有机骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）由于具有规整的孔道结构，较高的孔隙率十分适合作为相变材料的载体，从而实现对相变芯材的有效封装。本文采用分子动力学方法，对Cr-MIL-101负载十八烷，十八酸，十八胺和十八醇等不同芯材而构筑的复合相变材料的结构特性进行了研究，主要包括相变芯材和金属有机骨架基材之间的相互作用，芯材在金属有机骨架材料孔道内的扩散特性以及空间分布特性等。研究表明：十八酸和金属有机骨架基体之间的相互作用最强，十八醇和十八胺次之，十八烷最弱，具体体现在相变芯材分子与金属有机骨架材料之间的相互作用能，回转半径，分子动能，自扩散系数以及热容等众多方面，此外，当芯材分子间相互作用和金属有机骨架材料与芯材之间的相互作用达到平衡时，芯材分子在孔道内处于较为自由的状态，有利于扩散的进行，进而有利于芯材的结晶。
金属有机骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）由于具有规整的孔道结构，较高的孔隙率十分适合作为相变材料的载体，从而实现对相变芯材的有效封装。本文采用分子动力学方法，对Cr-MIL-101负载十八烷，十八酸，十八胺和十八醇等不同芯材而构筑的复合相变材料的结构特性进行了研究，主要包括相变芯材和金属有机骨架基材之间的相互作用，芯材在金属有机骨架材料孔道内的扩散特性以及空间分布特性等。研究表明：十八酸和金属有机骨架基体之间的相互作用最强，十八醇和十八胺次之，十八烷最弱，具体体现在相变芯材分子与金属有机骨架材料之间的相互作用能，回转半径，分子动能，自扩散系数以及热容等众多方面，此外，当芯材分子间相互作用和金属有机骨架材料与芯材之间的相互作用达到平衡时，芯材分子在孔道内处于较为自由的状态，有利于扩散的进行，进而有利于芯材的结晶。
2020, 42(1): 106-112.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.06.001
摘要:
以茄子为原材料，通过水热处理–后续热解法及直接热解法分别制备出两种不同的茄子衍生多孔碳材料（HBPC和BPC）。以茄子衍生多孔碳材料为载体，采用真空浸渍法负载相变芯材聚乙二醇（PEG2000），制备出聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料。通过扫描电镜、拉曼光谱、压汞法、傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射仪、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试。结果表明，通过直接热解法制得的茄子衍生多孔碳材料为载体的聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料具有更好的相变储热效果，负载聚乙二醇的质量分数高达90.60%，熔融潜热为133.98 J·g−1，达到了较好的定形相变效果及良好的循环稳定性。
以茄子为原材料，通过水热处理–后续热解法及直接热解法分别制备出两种不同的茄子衍生多孔碳材料（HBPC和BPC）。以茄子衍生多孔碳材料为载体，采用真空浸渍法负载相变芯材聚乙二醇（PEG2000），制备出聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料。通过扫描电镜、拉曼光谱、压汞法、傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射仪、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试。结果表明，通过直接热解法制得的茄子衍生多孔碳材料为载体的聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料具有更好的相变储热效果，负载聚乙二醇的质量分数高达90.60%，熔融潜热为133.98 J·g−1，达到了较好的定形相变效果及良好的循环稳定性。
2020, 42(1): 113-119.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.06.002
摘要:
目前，通过多孔高导热载体与相变材料复合的方式提升有机复合相变材料综合性能的方法得到广泛应用。多孔碳作为负载能力强，导热性能良好的载体材料成为研究的热点，但如何绿色、廉价、简易地制备出该类载体仍是研究的难点。本文以天然生物质材料松木和竹木为碳源，在梯度温度和氮气气氛下热处理，使生物质材料碳化并进一步发生石墨化转变，制备出生物质天然孔道结构的多孔高导热碳基载体材料。采用真空熔融浸渍法将有机相变材料石蜡和多孔碳基载体材料进行高效复合，制备得到生物质多孔碳/石蜡复合相变材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）、同步热分析仪（TGA）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）、压汞分析仪（MIP）、差示扫描量热仪（DSC）、激光导热仪对载体材料及复合相变材料进行结构表征和性能测试。测试结果表明：生物质多孔碳载体材料孔道结构保存完好，石墨化转变明显，保证了有机相变芯材的高效稳定负载。传热效率上，相比于纯石蜡芯材，以松木和竹木为碳源制得的多孔碳/石蜡复合相变材料热导率分别提高了100%和216%，达到了0.48 W·m‒1·K‒1和0.76 W·m‒1·K‒1。在此基础上，通过对比松木和竹木为原料制得的复合相变材料的芯材负载量，相变焓值，热导率的变化，进一步探讨了生物质结构对复合相变材料性能的影响机制。
目前，通过多孔高导热载体与相变材料复合的方式提升有机复合相变材料综合性能的方法得到广泛应用。多孔碳作为负载能力强，导热性能良好的载体材料成为研究的热点，但如何绿色、廉价、简易地制备出该类载体仍是研究的难点。本文以天然生物质材料松木和竹木为碳源，在梯度温度和氮气气氛下热处理，使生物质材料碳化并进一步发生石墨化转变，制备出生物质天然孔道结构的多孔高导热碳基载体材料。采用真空熔融浸渍法将有机相变材料石蜡和多孔碳基载体材料进行高效复合，制备得到生物质多孔碳/石蜡复合相变材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）、同步热分析仪（TGA）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）、压汞分析仪（MIP）、差示扫描量热仪（DSC）、激光导热仪对载体材料及复合相变材料进行结构表征和性能测试。测试结果表明：生物质多孔碳载体材料孔道结构保存完好，石墨化转变明显，保证了有机相变芯材的高效稳定负载。传热效率上，相比于纯石蜡芯材，以松木和竹木为碳源制得的多孔碳/石蜡复合相变材料热导率分别提高了100%和216%，达到了0.48 W·m‒1·K‒1和0.76 W·m‒1·K‒1。在此基础上，通过对比松木和竹木为原料制得的复合相变材料的芯材负载量，相变焓值，热导率的变化，进一步探讨了生物质结构对复合相变材料性能的影响机制。
2020, 42(1): 120-127.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.29.002
摘要:
以相变材料为核心的潜热储存技术，对加快新能源开发和提高能源利用率起着关键性作用。以油酸钙为前驱体，通过水热法合成了具有自支撑网络结构的羟基磷灰石（HAP）气凝胶，并采用浸渍法制备出自支撑羟基磷灰石复合相变材料。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射、热重法、差示扫描量热法等手段对所制备复合相变材料的形貌、稳定性、热性能等进行了表征及测试。实验结果表明，负载石蜡或十八醇的羟基磷灰石气凝胶复合相变材料均具有良好的热性能，质量分数60%石蜡@HAP气凝胶复合相变材料的熔融焓和凝固焓测量值分别为85.10和85.30 J·g−1，结晶度为81.50%；质量分数60%十八醇@HAP气凝胶复合相变材料的熔融焓和凝固焓测量值为113.78和112.25 J·g−1，结晶度为86.20%，且具有很好的热稳定性和化学稳定性。此外，羟基磷灰石气凝胶载体材料阻燃性好，无腐蚀且安全环保，有效拓展了相变材料在智能保温纺织物和建筑材料等领域的实际应用。
以相变材料为核心的潜热储存技术，对加快新能源开发和提高能源利用率起着关键性作用。以油酸钙为前驱体，通过水热法合成了具有自支撑网络结构的羟基磷灰石（HAP）气凝胶，并采用浸渍法制备出自支撑羟基磷灰石复合相变材料。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射、热重法、差示扫描量热法等手段对所制备复合相变材料的形貌、稳定性、热性能等进行了表征及测试。实验结果表明，负载石蜡或十八醇的羟基磷灰石气凝胶复合相变材料均具有良好的热性能，质量分数60%石蜡@HAP气凝胶复合相变材料的熔融焓和凝固焓测量值分别为85.10和85.30 J·g−1，结晶度为81.50%；质量分数60%十八醇@HAP气凝胶复合相变材料的熔融焓和凝固焓测量值为113.78和112.25 J·g−1，结晶度为86.20%，且具有很好的热稳定性和化学稳定性。此外，羟基磷灰石气凝胶载体材料阻燃性好，无腐蚀且安全环保，有效拓展了相变材料在智能保温纺织物和建筑材料等领域的实际应用。
2020, 42(1): 128-133.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.08.008
摘要:
为了确保未来核聚变反应堆的氘氚自持燃烧必需采用中子增殖材料来得到合适的氚增值比。金属铍被认为是最有前途的核聚变反应堆固态中子倍增材料，但其熔点低，高温抗辐照肿胀性能差，因此需要寻找和研发具有更高熔点和更耐辐照肿胀的新型中子增殖材料以满足更先进的聚变堆要求。本研究尝试提出并制备了一种更高熔点的铍钨合金（Be12W），通过X射线和扫描电子显微镜对它的相组成和表面结构进行分析。对新型铍钨合金进行高剂量的氦离子辐照，发现合金表面一次起泡的平均尺寸约为0.8 μm，面密度约为2.4×107 cm−2，而二次起泡的平均尺寸约为80 nm，面密度约为1.28×108 cm−2。分析氦辐照引起的表面起泡及其机制，并与纯铍和铍钛合金表面起泡的情况进行了对比。
为了确保未来核聚变反应堆的氘氚自持燃烧必需采用中子增殖材料来得到合适的氚增值比。金属铍被认为是最有前途的核聚变反应堆固态中子倍增材料，但其熔点低，高温抗辐照肿胀性能差，因此需要寻找和研发具有更高熔点和更耐辐照肿胀的新型中子增殖材料以满足更先进的聚变堆要求。本研究尝试提出并制备了一种更高熔点的铍钨合金（Be12W），通过X射线和扫描电子显微镜对它的相组成和表面结构进行分析。对新型铍钨合金进行高剂量的氦离子辐照，发现合金表面一次起泡的平均尺寸约为0.8 μm，面密度约为2.4×107 cm−2，而二次起泡的平均尺寸约为80 nm，面密度约为1.28×108 cm−2。分析氦辐照引起的表面起泡及其机制，并与纯铍和铍钛合金表面起泡的情况进行了对比。
