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材料导报 2017年第12期杂志 文档列表

材料导报杂志材料研究

二甲基亚砜对有机电解液锂空气电池性能的影响1-5

摘要：以硝酸锂-二甲基乙酰胺（LiNO3-DMA）有机电解液体系为基础,向电解液体系添加溶剂二甲基亚砜（DMSO）,研究分析了混合溶剂电解液的物化性质、恒流充放电及反应机理。DMSO的添加可以使锂负极形成稳定的固体电解质相界面（SEI）膜,有效增强了LiNO3-DMA与锂的化学兼容性,降低了极化阻抗,因此循环性能有所提高。截止比容量为1 000mAh/gcarbon、电流密度为0.2mA/cm2时可稳定循环40周。SEM及XRD分析表明,LiNO3-DMA和LiNO3-DMA/DMSO放电均生成可循环产物Li2O2,但DMSO中的疏水性甲基抑制了LiNO3-DMA中副产物LiOH的生成。此外,LiNO3-DMA循环过程中生成了含硫化合物,这是导致放电终止的重要原因。

PVDF-HFP基凝胶电解质用于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极锂离子电池6-10

摘要：以聚偏氟乙烯-六氟丙烯（Poly（vinylidene fluoride-hexafluoropropylene）,PVDF-HFP）为聚合物基体,新戊二醇二丙烯酸酯（Neopentyl glycol diacrylate,NPGDA）为交联剂,在引发剂偶氮二异丁腈（2,2′-Azobis（2-methylpropionitrile）,AIBN）的作用下通过室温现场聚合法制备凝胶电解质用于锂离子电池。探索不同质量比PVDF-HFP/NPGDA对凝胶电解质性能和LiNi0.5-Co0.2Mn0.3O2三元正极锂离子电池性能的影响。结果表明,当质量比为1∶1时,凝胶电解质具有较高的离子电导率,为8.45mS·cm-1,锂离子迁移数为0.78,电化学窗口为4.5V。在电流密度30mA·g-1恒流充放电,首次放电比容量为143mAh·g-1,循环50次后仍高达135.3mAh·g-1。电流密度为300mA·g-1时,放电比容量为100.2mAh·g-1。

二氧化硅纳米球对硼酸源扩散形成p~+硅层性能的影响11-14

摘要：为了提高B扩散掺杂层的性能,提出了用含有二氧化硅纳米球的硼酸溶液作为硼源对硅片进行扩散的方法。采用扫描电子显微镜、四探针和少子寿命测试等技术研究了SiO2纳米球对硼酸源扩散形成p+硅层性能的影响。综合分析发现,与未添加SiO2纳米球相比,扩散后生成的富硼层厚度明显减小,由130nm降低到15nm;同时,扩散的均匀性由88.17%提高到了96.79%。此外,添加SiO2纳米球进行扩散后p-n结深有所减小,少数载流子寿命明显提高。研究结果表明,SiO2纳米球可以显著提高液态硼源扩散掺杂形成p+硅层的性能。

ZTS晶体(100)面生长过程的实时AFM研究15-20

摘要：利用原子力显微镜(AFM)对不同生长条件下ZTS晶体(100)面生长过程进行实时观测发现,(100)面均呈现为台阶面,台阶分单台阶、聚并台阶和准聚并台阶3种。位错、缺陷和二维成核均可形成单台阶;聚并台阶以整体推移的方式生长,而准聚并台阶内的单台阶保持单台阶推移的特点。单台阶的推移展现出明显的各向异性。聚并台阶的聚并程度随着过饱和度增大而增大;台阶簇内台阶合并和不同生长源生成的沿不同推移方向推移的台阶相互影响引起台阶运动失稳均能导致聚并台阶的形成;聚并台阶列同步向前推移体现出生长的稳定性,随着生长进行,生长台阶各个位置的过饱和度差异会导致稳定性遭到破坏。另外发现,晶体表面存在优先成核位置,优先成核位置位于台阶边缘,且成核过程遵循成核—扩展—再次成核的规律性。

SnO2掺杂对BMN陶瓷结构及介电性能的影响21-25

摘要：采用固相烧结法制备Ba(Mg1/3Nb2/3)O3+x（x=08）%SnO2（BMSN,x为质量分数）微波介质陶瓷,并研究SnO2掺杂对Ba(Mg1/3Nb2/3)O3（BMN）微波介质陶瓷结构及介电性能的影响。XRD分析表明,陶瓷体系中存在两种相,主晶相Ba(Mg1/3-Nb2/3)O3和附加相Ba5Nb4O15。随着x的增大,BMSN陶瓷体系的相结构逐渐由钙钛矿六方结构转变为立方结构,同时有序相逐渐由1∶2有序结构转变为1∶1有序结构。研究表明:添加适量的SnO2可以促进液相烧结,当SnO2掺杂质量分数为6%时,BMN陶瓷致密化烧结温度由纯相时的1 550℃以上降低至1 200℃,表观密度ρ=6.39g/cm3,相对理论密度为99.1%,此时BMSN陶瓷体系拥有优良的微波介电性能——高相对介电常数（εr=33.6）,接近于零的谐振频率温度系数(τf=0.15×10-6℃-1),高品质因数与谐振频率的乘积（Q·f=112 300GHz（8GHz））。

两亲性环状聚(己内酯-b-乙烯基吡咯烷酮)的合成与表征26-29

摘要：结合原子转移自由基活性聚合(ATRP)和点击化学中铜催化的炔基/叠氮偶极环加成(CuAAC)反应,可控合成两亲性环状聚(己内酯-b-乙烯基吡咯烷酮)嵌段共聚物(Cyclic-PCL-b-PVP),通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(~1HNMR)和凝胶渗透色谱(GPC)分别表征聚合物的结构、分子量及分子量分布,表明已成功合成两亲性环状聚(己内酯-b-乙烯基吡咯烷酮)。采用热重分析(TGA)和接触角测量研究了两亲性共聚物的热力学性能和亲水性能,结果表明,相比于线形聚(己内酯-b-乙烯基吡咯烷酮)(Linear-PCL-b-PVP),相应的环状嵌段共聚物的热稳定性明显提高,亲水性亦有所变化。

甘油分散含银溶胶的制备及抑菌性能研究30-34

摘要：以AgNO3为银源,无水甘油作为还原剂和分散介质,PVP-K30为稳定剂和模板剂,首次以加热搅拌法一步制备了含纳米银的无水甘油溶胶。以紫外-可见吸收光谱、X射线粉末衍射、透射电子显微镜等手段对所得溶胶和溶胶中的纳米银颗粒进行表征,考察了AgNO3加入量、反应时间等因素对纳米银溶胶和银单质形貌的影响。结果表明,当投料质量比（m（甘油）∶m（AgNO3）∶m（PVP-K30））为200∶（0.51.5）∶5,反应温度为110℃,反应时间为0.53h,可以获得稳定的纳米银甘油溶胶,其中银单质的颗粒分散性好,形貌近球形,粒径为纳米级别。以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽胞杆菌作为研究对象,对所得含银溶胶的抗菌性进行研究,发现钠米银溶胶对4种目标菌均有很好的抑菌性,其中对枯草芽孢杆菌抑菌效果最好,且溶胶中银单质粒径越小,抑菌效果越好。

《材料导报》研究快报栏目征稿启事34-

CrNi3MoVA钢表面电火花沉积W-Ni-Fe-Co涂层的摩擦磨损性能35-38

摘要：为进一步拓展火炮身管内膛强化手段,采用粉末冶金技术制备了W-Ni-Fe-Co合金,利用电火花表面沉积技术在CrNi3MoVA钢表面沉积了W-Ni-Fe-Co涂层,同时利用电镀技术在CrNi3MoVA钢表面制备了硬Cr涂层与之进行比较,用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机研究了涂层的摩擦磨损性能,并利用XRD、SEM和EDS研究了沉积态和磨损后涂层的相结构、形貌及成分。结果表明电火花沉积W-Ni-Fe-Co涂层由α-W、γ-Fe和NiWO4组成,α-W在涂层中呈白亮带分布;W-Ni-Fe-Co涂层的硬度较电镀硬Cr涂层降低了18%,弹性模量较电镀硬Cr涂层提高了4%;W-Ni-Fe-Co涂层的磨损机制为轻微的粘着磨损,而电镀硬Cr涂层为严重的粘着磨损;CrNi3MoVA钢表面沉积W-Ni-Fe-Co涂层较电镀硬Cr涂层具有明显的减摩耐磨效果,随着摩擦速度的增加,W-Ni-Fe-Co涂层的摩擦系数降低,其原因是磨损表面氧化加剧,氧化物的自润滑作用加大。

粗晶TM52钢结硬质合金的冲击磨料磨损性能研究39-44

摘要：系统对比研究了粗晶粒TM52钢结硬质合金与分别采用真空烧结和低压烧结制备的细晶粒TM52钢结硬质合金在不同冲击功工况下的抗磨料磨损性能与行为,并在对磨损面形貌进行电镜观察分析的基础上探讨了粗晶粒TM52钢结硬质合金的磨损机理。研究发现,粗晶TM52合金的抗磨料磨损性能随着冲击功的逐步提高呈现先下降后增强的变化规律,这与其高锰钢基体在高冲击功条件下的高硬化速率及硬化效果更快、更充分有关。相对于细晶粒钢结硬质合金,粗晶粒TM52钢结硬质合金在抗冲击磨料磨损方面具有明显的性能优势,尤其在高冲击功(3~4J/cm~2)条件下,耐磨性能可提高40%~80%。在此工况下磨损机制主要为碾碎性磨料磨损、擦伤式磨料磨损和疲劳磨损,凿削式磨料磨损不明显。

钛酸钾含量对汽车摩擦材料性能的影响45-51

摘要：钛酸钾是替代石棉用于摩擦材料中的一种新兴增强材料。以一种低金属陶瓷配方为基础,采用粉末冶金法制备钛酸钾增强摩擦材料,研究钛酸钾含量(质量分数,%)对摩擦材料的物理性能、力学性能、摩擦磨损性能及制动噪音的影响。结果表明,随钛酸钾含量增加,摩擦材料的气孔率增加,密度降低,pH值增加;洛氏硬度增加,压缩性及内剪切强度降低;摩擦系数稳定性增强,磨损量先降低后增加;噪音发生频次先降低后增加。钛酸钾含量为12%时,磨损量最低,噪音表现最佳。

不锈钢/铝合金异种金属激光-MIG熔钎焊工艺研究52-55

摘要：分别采用激光-MIG复合焊和单MIG焊,实现了2mm厚的304不锈钢和6061铝合金对接接头的熔钎焊,对比了不同焊接热源对接头显微组织、界面层化合物及力学性能的影响。结果表明,采用激光-MIG复合焊可以获得性能良好的不锈钢-铝对接接头。激光-MIG复合焊接头的界面层化合物为FeAl2和Fe4Al13,厚度约为5μm;而单MIG焊接头的界面层化合物厚度约为3μm,主要为Fe4Al13。激光-MIG复合焊接头的抗拉强度为105MPa,比单MIG焊接头提高了10.8MPa,达到铝合金母材的33.9%。接头试样拉伸断裂均起裂于钎焊界面处,并向余高处扩展,且由脆性断裂转变为韧性断裂。

焊接二次热循环对T23钢粗晶区再热裂纹敏感性的影响56-59

摘要：利用Gleeble-3500热力模拟试验机制备T23钢焊接接头中粗晶热影响区和不同二次热循环的再热粗晶热影响区,并进行STF（Strain-to-fracture）试验。结果表明,粗晶区经历1 350℃或780℃二次热循环后,仍保持粗晶热影响区的粗大晶粒、笔直的晶界形貌以及高再热裂纹敏感性,断面收缩率低于5%。粗晶区经历了880℃、950℃或1 100℃二次热循环后,晶粒尺寸变小,晶界变曲折,断面收缩率分别为24.67%、16.6%和7.24%,再热裂纹敏感性降低。因此,合理调控二次热循环的峰值温度在Ac1Ac3之间可以有效降低再热裂纹敏感性。

7075高强铝合金激光填丝焊接组织与力学性能研究60-63

摘要：采用光纤激光器对4mm厚的7075铝合金进行激光填丝焊接,对焊接接头的显微组织、相结构、断口形貌、力学性能进行观察和分析。结果表明:焊缝（FZ）边缘组织为柱状枝晶组织,焊缝中心为等轴晶组织;热影响区（HAZ）保留了母材（BM）的轧制长条状形态,但晶粒有所长大。母材的相组成主要为α-Al固溶体、S-Al2CuMg强化相和η-MgZn2强化相,焊缝无强化相析出。焊缝区硬度值为各区中最低,热影响区显微硬度呈阶梯式增长。焊接速度为24m/min的接头拉伸试样均在焊缝处断裂,抗拉强度最大为母材的67.5%。接头拉伸试样均出现了颈缩现象,断口由大量的等轴状韧窝构成,为韧性断裂。

EIGA法制备激光3D打印用TA15钛合金粉末64-67

摘要：采用电极感应熔炼气雾化（EIGA）法制备了激光3D打印用TA15钛合金粉末,研究了熔炼功率对粉末收得率、粒径分布、粉末形貌、松装密度和流动性等特征的影响。结果表明,随着感应熔炼功率增大,粉末收得率和平均粒径减小,当熔炼功率为65kW时,粉末收得率超过62%,中值粒径D50小于100μm,松装密度为2.731g/cm3,流动性为22.46s/50g。对粒径50180μm的粉末采用激光3D打印,激光直接沉积成形的TA15钛合金样品表面无宏观裂纹和气孔等缺陷,金相组织为细晶网篮组织,制备的TA15钛合金粉末具有良好的可打印性。

纳米相复合Al-Sn合金的反应球磨制备及性能研究68-72

摘要：利用反应球磨制备Al-SnO2-MgH2粉末,然后通过压制和烧结制备出高热稳纳米相复合结构Al-Sn合金。运用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等研究反应球磨制备的纳米相复合Al-Sn合金的组织和性能。结果表明:采用两步法和添加MgH2组元的方式所制备的机械合金化（MA）Al-SnO2-MgH2复合粉末,经压制和600℃烧结,合金中的SnO2几乎全部被还原成单质Sn,并呈现双尺度结构。其中,共生反应形成的纳米级Sn粒子和Al2O3颗粒均匀弥散地分布在Al基体中,显著提高了合金的硬度,从而使合金表现出低的摩擦系数和磨损量。

细晶Mg-Ce中间合金的制备及其对AZ91D组织和性能的影响73-78

摘要：为了探索细晶Mg-Ce中间合金对AZ91D的变质效果,通过铜模喷铸法制备了细晶Mg-Ce中间合金,在此基础上研究了其对AZ91D组织和性能的影响。结果表明:经过铜模喷铸获得的细晶Mg-Ce中间合金中Mg12Ce相的平均尺寸由50μm下降至10μm,相比于粗晶Mg-Ce中间合金,组织显著细化;细晶Mg-Ce中间合金的变质效果好于粗晶Mg-Ce中间合金,采用细晶MgCe中间合金变质的AZ91D相较于粗晶Mg-Ce中间合金变质的AZ91D,抗拉强度提高了5.23%,延伸率提高了15.14%,维氏硬度提高了6.92%,腐蚀速率降低了44.62%。因此,铜模喷铸是提高Mg-Ce中间合金变质效果的有效手段。

热处理对真空热压烧结NiCrCoTiV高熵合金组织结构及耐腐蚀性能的影响79-83

摘要：采用真空热压烧结技术制备了NiCrCoTiV高熵合金,并分别在500℃、600℃和700℃下对高熵合金进行18h保温热处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学测试系统研究了不同热处理温度对高熵合金物相结构、微观组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,高熵合金的物相组成在不同温度热处理后均未发生明显改变,表现出良好的热稳定性。热处理后,高熵合金晶粒细化,析出相减少;热处理温度越高,晶粒细化效果越好。相比于未热处理的试样,热处理后试样的耐腐蚀性能明显提高,并且随热处理温度升高,耐腐蚀性能呈上升趋势。