• 《工程索引》(EI)刊源期刊
  • 综合性科学技术类中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2019年  41卷  第12期

显示方式:
粉末冶金在高熵材料中的应用
何春静, 刘雄军, 张盼, 王辉, 吴渊, 蒋虽合, 吕昭平
2019, 41(12): 1501-1511. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.04.035
摘要:
高熵材料是近年来出现的一种新型材料,具有高强度、高硬度、良好耐腐蚀和优异的高温组织稳定性等性能,在航空航天、高温以及先进核能等领域展现了广阔的应用前景,引起国际材料领域的广泛关注,相关研究也取得了很大进展。粉末冶金作为一种高性能金属基和陶瓷复合材料的先进制备技术,可以获得纳米晶和过饱和固溶体等亚稳材料,同时也可用于传统熔炼法较难制备的具有特殊结构和性能的材料,近些年来,粉末冶金技术在高熵材料制备中得到广泛应用。本文从高熵材料的应用理论出发,针对目前高熵材料粉体制备方法、块体成型以及粉末冶金制备的典型高熵材料三个方面予以综述,着重阐述了高熵材料的力学性能和其变形行为特点,同时展望了高熵材料的未来发展趋势。
仿生扑翼飞行器的视觉感知系统研究进展
付强, 陈向阳, 郑子亮, 李擎, 贺威
2019, 41(12): 1512-1519. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.08.001
摘要:
仿生扑翼飞行器是一类模仿鸟及昆虫通过机翼主动运动产生升力和推力的飞行器。因具有飞行效率高,机动性强、隐蔽性好等优点,扑翼飞行器近年来受到越来越多的关注和研究。小型扑翼飞行器由于其精巧的结构和可操作性,能够适应更复杂的环境,但也限制了其飞行负载能力和电池续航时间。在许多场景中,高质量和高功耗的传感器不再适用于扑翼飞行器。自然界生物得到的信息绝大多数是通过视觉途径获取的。视觉作为一个获取信息的有效途径,在扑翼飞行器的应用中有着不可替代的作用。视觉传感器具有质量轻、功耗低、图像信息丰富等优点,因此非常适合于搭载在扑翼飞行器上。随着微电子、图像处理等技术的不断发展,以扑翼飞行器为平台的视觉感知系统也取得了重要进展。本文首先介绍了国内外几款有代表性的扑翼飞行器的视觉感知系统,分为机载视觉感知系统和外部视觉感知系统两类;然后简述了三个系统关键技术即图像消抖技术、目标检测与识别技术、目标跟踪技术的发展现状,进而总结发现扑翼飞行器的视觉感知系统研究目前还处于起步阶段;最后指出图像消抖、机载实时处理、目标检测与识别、三维重建等可以作为扑翼飞行器视觉感知系统的未来研究方向。
功能化新型耐火材料的设计、制备及应用
王恩会, 陈俊红, 侯新梅
2019, 41(12): 1520-1526. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.04.033
摘要:
围绕两种新型耐火材料展开,即钢包精炼用高性能低碳镁碳耐火材料以及超低氧钢用耐火材料,初步实验表明,将大尺寸的碳硅化铝(Al4SiC4)引入到镁碳砖(MgO−C)中不仅可以提高其抗氧化能力,又能对含碳耐火材料氧化后的疏松结构进行修复,有望成为新一代钢包精炼用高性能低碳镁碳耐火材料;CaO−MgO−Al2O3(CMA)材料兼具优异的热机械和耐渣侵性能的同时,还可以在服役过程产生低熔点精炼渣相,具备净化钢水的潜力。可以预见,上述功能化新型耐火材料有望为高品质钢的进一步发展提供有力材料支撑。
单宁酸复配缓蚀剂的成膜特性及缓蚀性
方涛, 张博威, 张展, 王怡, 彭光春, 黄康, 张天翼
2019, 41(12): 1527-1535. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.03.002
摘要:
单宁酸由于环保、价格低的特点在金属保护方面应用广泛,然而单一利用单宁酸作为缓蚀剂取得的效果有限,有研究表明盐类与缓蚀剂复配可以改善缓蚀剂的缓蚀效果。在此基础上进行单宁酸复配缓蚀剂的研究,采用两种复配剂氯化铁、钼酸钠分别与单宁酸(TA)缓蚀剂进行复配,研究其对碳钢Q235的缓蚀效果。通过硫酸铜点滴实验、浸泡实验、电化学实验对比氯化铁、钼酸钠分别与单宁酸复配后在碳钢表面的成膜特性及缓蚀效果。硫酸铜点滴液变色时间随着单宁酸中氯化铁和钼酸钠两种化合物浓度的升高出现先增加后降低的趋势;浸泡实验可以看出在单宁酸中加入氯化铁和钼酸钠后,碳钢表面仅出现个别点蚀坑;根据电化学测试结果,对比加入氯化铁前后单宁酸缓蚀剂对碳钢的缓蚀效果,发现两者的电荷转移电阻由2698变为3711 Ω·cm2,腐蚀电流密度由2.734降为1.902 μA·cm−2。加入钼酸钠后,电荷转移电阻和腐蚀电流密度存在明显的增加与下降,电荷转移电阻由2698变为5100 Ω·cm2,腐蚀电流密度由2.734降为0.714 μA·cm−2。在单宁酸中添加氯化铁和钼酸钠都能改善单宁酸的缓蚀效果,其中单宁酸与钼酸钠复配的缓蚀效果更好。
基于氮化钛–石墨烯的传感器对多巴胺和尿酸的电化学检测
杨涛, 冯娇, 陈俊红, 周国治, 侯新梅
2019, 41(12): 1536-1542. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.04.034
摘要:
采用水热法和还原氮化法合成了菊花状形貌的氮化钛(TiN)纳米材料,并将其与还原氧化石墨烯(rGO)水热复合制备了氮化钛–还原氧化石墨烯(TiN-rGO)复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试方法对材料的形貌和物相进行了表征和分析。结果表明,TiN-rGO复合材料很好地保持了TiN菊花状的三维结构和rGO透明褶皱的形貌,且层状的rGO均匀地包覆在了菊花状的TiN的周围。用TiN-rGO复合材料修饰玻碳电极(GCE)制得了TiN-rGO/GCE电化学传感器,用于测定人体中的生物小分子DA和UA。由于复合材料中TiN和rGO的协同效应,构建的电化学传感器表现出了优秀的电化学性能。检测结果表明:TiN-rGO/GCE传感器对DA和UA的检测限分别为0.11和0.12 μmol·L−1,线性范围分别为0.5~210 μmol·L−1和5~350 μmol·L−1,且具有良好的抗干扰性、重现性和稳定性,且成功应用于人体内真实样品的DA和UA检测。
层状氮化硼纳米片的制备及表征
刘慧娟, 白帆, 王恩会, 杨涛, 陈俊红, 周国治, 侯新梅
2019, 41(12): 1543-1549. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.04.032
摘要:
基于前驱体合成与氨气氮化两步法,通过对前驱体合成关键参数B源/N源比、分散剂种类、前驱体干燥方式进行调控,实现了大比表面积、少层氮化硼纳米片材料的制备。其优化条件为以硼酸为硼源,尿素为氮源,硼酸与尿素摩尔比为1∶30,甲醇和去离子水作为分散剂,利用真空冷冻干燥方式合成前驱体。将前驱体在氨气气氛下900 ℃保温3 h合成了氮化硼纳米片。利用X射线衍射测试、X射线光电子能谱测试、拉曼光谱测试、热重分析测试等对合成产物进行了物相和结构表征,利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、氮气吸脱附曲线等对合成产物进行了形貌及比表面积表征。结果表明:合成的氮化硼为六方氮化硼纳米片(h-BNNSs),纯度高,形貌类石墨烯,层数为2~4层,厚度平均为1 nm,比表面积为871.8 m2·g−1,单次产物质量平均可达240 mg,合成产物平均产率可达96.7%。该方法简单易操作,实现了大比表面积少层氮化硼的制备,有助于氮化硼在各应用领域的研究,如氮化硼/石墨烯复合材料、纳米电子器件、污染物的吸附、储氢等。
Pt−Au−Cu 三元核壳结构纳米线的制备与结构表征
杨涛, 杨占兵, 李钒
2019, 41(12): 1550-1557. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.04.031
摘要:
通过水溶液还原法在80 ℃合成Cu纳米线,再利用液相还原法在低温水溶液中将Au负载于其表面,最后通过暴露的Cu纳米线与Pt前驱体盐发生Galvanic置换反应,将Pt负载在Au−Cu纳米线表面,构成Pt−Au−Cu三元核壳结构纳米线。根据对样品形貌、结构的表征和分析,探讨了Pt−Au−Cu纳米线的合成机理。结果表明:合成纳米线物相组成为单质Cu,平均直径约为83 nm;负载Au后的Au−Cu纳米线平均直径约为90 nm,表面附着的小颗粒为单质Au颗粒,构成了核壳结构;负载Pt后得到Pt−Au−Cu三元核壳结构纳米线,平均直径约为120 nm。Cu纳米线表面Au颗粒的形成依赖于异相形核与长大机制,并遵循先层状后岛状生长的混合生长模式。负载Pt过程中存在Pt、Cu互扩散,使得最终纳米线表面多为Pt颗粒而整体则形成CuPt 合金相。
基于均匀化理论的复合材料安定性分析方法
秦方, 张乐乐, 黄松华, 陈耕
2019, 41(12): 1558-1566. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.06.001
摘要:
周期性非均质复合材料具有微观结构特征,需要均匀化理论进行宏观和微观的多尺度分析来研究其性能表现。针对其耐久强度性能,应用塑性极限安定下限定理,特别分析了其在长期交变载荷下的安定状态。结合工程应用目标,提出一种全新的代表性单元边界条件,结合圆锥二次优化算法进行数值计算,可以从材料微结构和组分性能出发,经过弹性应力场求解确定位移边界载荷数值,最终由优化求解得到复合材料板材的面内塑性性能容许域。所求得的应力域以单向应力为基,可根据结构宏观的单向应力状态变化幅值直接进行安定状态与否的判定。通过文中的多个算例,验证了所编写的软件及计算流程的可行性及数值准确性,展示了该方法在工程模型中的应用场合和工程实践意义。
202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理
李璟宇, 成国光, 李六一, 胡斌, 徐昌松, 王贵民
2019, 41(12): 1567-1574. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.18.004
摘要:
通过工业试验对202不锈钢进行系统取样,分析试样中夹杂物的变化特征,结合热力学计算,研究了202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理。在进行硅锰脱氧后,LF精炼过程中钢液内以球型Ca−Si−Mn−O夹杂物为主。对于硅锰脱氧钢,钢液中残余铝质量分数为1×10−5时,可以扩大Mn−Si−O相图的液相区,但铝质量分数超过3×10−5会导致钢中容易形成氧化铝夹杂物并减小液相区。在连铸坯中以Mn−Al−O类夹杂物为主,相较于LF精炼过程试样,连铸坯试样中夹杂物的MnO和Al2O3含量明显增加,CaO和SiO2含量明显减小,夹杂物个数则由LF出钢试样的5.5 mm−2增加到11.3 mm−2。结合热力学计算发现,凝固过程中会有Mn−Al−O夹杂物形成,这也使其成为连铸坯中主要的夹杂物类型。
时效制度对Al–Zn‒Mg合金组织和抗应力腐蚀性能的影响
叶凌英, 杨汶卿, 唐建国, 刘胜胆, 邓运来, 张新明
2019, 41(12): 1575-1582. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.28.005
摘要:
采用慢应变速率拉伸应力腐蚀、室温拉伸、透射电镜等检测方法,研究传统T5、T73时效处理,以及新型T5I4、T5I6断续时效处理对Al–Zn‒Mg合金微观组织、室温拉伸性能及抗应力腐蚀性能的影响。结果表明:断续时效T5I4处理后材料抗拉强度为400.0 MPa,明显高于传统T5及T73态样品,但材料抗应力腐蚀性能变差,应力腐蚀敏感系数为5.7%;而经断续时效T5I6处理后,材料的抗拉强度为408.5 MPa,较T5I4态相比有所提升,与此同时抗应力腐蚀性能也得到明显改善,应力腐蚀敏感系数为3.2%,该值明显小于T5I4及T5态;T5I4态晶内析出相平均粒径为2.0 nm,体积分数为8.8%,均明显小于其他3种时效制度,其晶界析出相为细小且连续分布的点状析出相;而经T5I6时效处理后晶内析出相体积分数为24.6%,明显大于其他3种时效制度,晶内析出相平均粒径(4.1 nm)较T5I4态有所增大,但依然小于T5、T73态,其晶界处析出相与T5I4态相比更加粗大,呈断续分布形貌。
微波加热金属液体的实验研究
苏晓峰, 吴博威, 刘建华, 刘建, 庄昌凌
2019, 41(12): 1583-1590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004
摘要:
研究微波加热液态金属的升温特征,在MobileLab-W-R型微波工作站中进行了微波直接加热铜液和铁液的实验研究,实现了微波直接加热铜液和铁液实验,对比研究了微波直接加热和间接加热铜液与铁液的加热效果,并研究了微波功率、金属液质量、温度等对微波直接加热效果的影响,探讨了微波直接加热金属液体的机理。结果表明,微波可以以较快的升温速度直接加热铜液和铁液,且升温速率与微波加热功率呈近似线性递增关系;在相同微波直接加热条件下,同等质量的铜液和铁液的升温速度相近,但不同质量铁液加热时,由于其表面积、微波场强分布等因素的影响,铁液质量对微波加热效果的影响没有明显的线性关系。理论分析认为,铜和铁在熔化后电阻率增大,磁导率明显下降,导致微波在铜液和铁液内部的趋肤深度显著大于固态铜和铁;电导损耗是实现微波直接加热液态金属的主要机制,液态金属可通过电子与原子核碰撞、表面快速更新、内部缺陷阻碍电子运动、原子运动及碰撞等形式吸收微波,将微波能量转化为自身热量。
700 MPa级别热轧高强钢氧化铁皮结构转变规律
曹光明, 刘怡私, 高欣宇, 李光辉, 王皓, 刘振宇
2019, 41(12): 1591-1598. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.24.001
摘要:
选取700 L作为试验用典型钢种,利用高温同步热分析仪(TGA)研究了热轧过程中不同卷取温度和冷却速率条件对氧化铁皮结构转变的影响规律。实验结果表明,450~500 ℃为700 L共析转变的“鼻温”区间,此时共析转变的孕育期最短,容易发生共析转变,生成大量的共析组织(Fe+Fe3O4)。相较于其他成分钢种的氧化铁皮共析组织转变规律,700 L中添加的Mn、Nb、Ti元素会使晶粒细化,进而使参与反应的离子的扩散通道增加,并最终使共析转变速率发生一定的延迟,共析“C”曲线整体出现向左偏移。
仿鸿雁编队的无人机集群飞行验证
杨庆, 段海滨
2019, 41(12): 1599-1608. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.18.001
摘要:
为了降低无人机集群控制的复杂度,高效解决大规模无人机集群控制和长距离飞行时集群变拓扑问题,设计了一种仿鸿雁群编队的无人机集群自主协同控制方法,借鉴自然界中的鸿雁编队行为机制,开发了面向无人机平台的分布式仿生集群控制系统。鸿雁是一种常见的集群鸟类,其在迁徙途中表现的自组网和编队变拓扑行为与无人机集群飞行有极高的相似性。仿鸿雁编队行为机制的无人机集群飞行验证系统采用了低成本四旋翼无人机,利用无线局域网进行组网通信。外场飞行试验结果表明,自然界中的鸿雁编队行为机制有助于无人机集群的快速精准编队控制,实现了无人机的位置实时变拓扑,提高了无人机集群飞行的鲁棒性。
干湿循环作用对水泥基复合充填材料的影响
周贤良, 刘长武, 冯波, 郭兵兵, 卢永虎, 张连卫
2019, 41(12): 1609-1617. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.05.001
摘要:
为探究干湿循环对水泥基复合充填材料长期稳定性的影响,以水灰比4∶1水泥基复合材料为研究对象,借助ETM力学试验系统、X射线衍射及扫描电镜扫描装置,对不同干湿循环次数下“饱水”状态和“失水”状态的试件进行单轴抗压强度试验,并通过物相分析及微观结构探讨干湿循环对其影响机理。结果表明,随着干湿循环次数的增加,“饱水”状态下失水率逐渐增大,含水率和容重呈下降趋势,峰值强度先增加后减小,增幅最高达9%;“失水”状态下失水率、含水率和容重均变化不大,峰值强度较初始状态有所降低,最高达13.5%;两种状态弹性模量和残余强度都呈下降趋势。通过机理分析发现,“干”过程中碳化反应是材料强度降低的主要原因,而“湿”过程中吸水将部分碳酸钙等物质转化为具有承载能力的钙矾石(AFT)和碳硫硅钙石(TSA)是材料强度恢复的主要原因,但恢复能力有限,长期的干湿循环会对水泥基复合充填材料稳定性产生不利影响。
聚丙烯纤维加筋固化尾砂强度及变形特性
徐文彬, 李乾龙, 田明明
2019, 41(12): 1618-1626. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.14.002
摘要:
针对胶结充填体脆性强、易开裂等问题,以聚丙烯纤维为加筋材料,通过设置水泥与尾砂质量比为1∶10和1∶20,纤维掺量为0、0.05%、0.15%和0.25%的充填体进行无侧限抗压强度试验,探究纤维掺量对胶结充填体强度及变形特性的影响,借助扫描电镜(SEM),从微观角度探讨纤维对充填体力学性质的作用机制。研究结果表明:充填料浆的屈服应力随纤维掺量增加呈线性增大,其流态模型符合Bingham流体;随着纤维掺量的增加,充填体的无侧限抗压强度呈先增大后减小趋势,纤维最优掺量为0.15%;掺入纤维有效地减缓了裂纹的扩展,约束了充填体的变形,充填体的峰后应变软化延长,残余强度增大,破坏特征由脆性向延性转变;纤维的加固效果主要受纤维与尾砂−水泥基体界面之间的黏结与摩擦作用控制。