2018年, 第42卷, 第4期　
刊出日期：2018-04-20

  

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  机械工程材料. 2018, 42(4): 0-0.

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试验研究
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  Na₂O含量对金刚石砂轮用Na₂O-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃系陶瓷结合剂性能的影响

  赵仕敬, 王海龙, 李剑, 席耀辉, 邵刚, 许红亮, 卢红霞, 范冰冰, 张锐

  机械工程材料. 2018, 42(4): 1-6,39. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804001

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  采用球磨法制备Na₂O质量分数分别为12.31%，9.31%，7.31%的Na₂O-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃系陶瓷结合剂，研究了Na₂O含量对烧结前后陶瓷结合剂的物相组成、力学性能、热膨胀系数，以及对陶瓷结合金刚石砂轮抗弯强度的影响。结果表明：较高的Na₂O含量有利于抑制石英相的析出；随着Na₂O含量的增加，烧结后陶瓷结合剂的硬度和抗弯强度降低，热膨胀系数在较低温度（620~640℃）烧结后增大，在较高温度（660~680℃）烧结后先增后降；当Na₂O的质量分数为9.31%、烧结温度为680℃时，所得陶瓷结合金刚石砂轮的抗弯强度最大，为53.5 MPa；3种陶瓷结合剂制备得到的金刚石砂轮具有相似的微观结构。
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  Ta₂O₅-WO₃-RO₂(R=Zr,Ti)三元系统中的相关系

  王鸿业, 陈宇红, 白掌军, 吴澜尔

  机械工程材料. 2018, 42(4): 7-11. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804002

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  以Ta₂O₅、WO₃、ZrO₂和TiO₂为原料，在1 200℃保温18 h制备二元系统以及Ta₂O₅-WO₃-RO₂（R=Zr，Ti）三元系统试样，分析了物相组成，根据各物相之间的相互反应和共存关系得到1 200℃时Ta₂O₅-WO₃-RO₂三元系统亚固相图。结果表明：由Ta₂O₅、WO₃、TiO₂和ZrO₂两两组成的二元系统在1 200℃保温18 h后可生成Ta₂₂W₄O₆₇、Ta₂WO₈、Ta₁₆W₁₈O₉₄、TiTa₂O₇和TaZr_2.75O₈五种化合物；在Ta₂O₅-WO₃-TiO₂三元亚固系统中，存在Ta₁₆W₁₈O₉₄-WO₃-TiO₂、Ta₂WO₈-Ta₁₆W₁₈O₉₄-TiO₂、Ta₂WO₈-TiTa₂O₇-TiO₂和Ta₂WO₈-TiTa₂O₇-Ta₂₂W₄O₆₇四个共存三角区和一个由Ta₂O₅、WO₃和TiO₂形成的固溶体区；在Ta₂O₅-WO₃-ZrO₂三元系统中存在Ta₂WO₈-Ta₂₂W₄O₆₇-TaZr_2.75O₈、Ta₂WO₈-Ta₁₆W₁₈O₉₄-TaZr_2.75O₈、WO₃-Ta₁₆W₁₈O₉₄-TaZr_2.75O₈和WO₃-ZrO₂-TaZr_2.75O₈四个共存三角区和一个由Ta₂O₅、WO₃和ZrO₂形成的固溶体区。
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  7075-T651/7075复层铝合金的显微组织和力学性能

  李秋梅, 孙建波, 焦玉凤, 胡明

  机械工程材料. 2018, 42(4): 12-16,21. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804003

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  采用冲击射流固液复合铸造法在7075-T651铝合金表面浇注7075铝合金液，制备得到7075-T651/7075复层铝合金，研究了该复层铝合金的显微组织、物相组成、硬度分布、抗拉强度和耐磨性能。结果表明：复层铝合金由7075铝合金包覆层、熔合线和7075-T651铝合金基体组成，基体又可细分为热影响Ⅰ区、热影响Ⅱ区和热影响Ⅲ区；包覆层为枝晶组织，熔合线处为细等轴晶，热影响区中均为柱状晶；复层铝合金中存在α（Al）、η（MgZn₂）、η'（MgZn）和T（Al₆CuMg₄）等相；热影响Ⅰ区的硬度最高，为强化区，热影响Ⅱ区为软化区，热影响Ⅲ区的硬度略低于原始基体的；硬度越高的区域，其耐磨性能与抗拉强度也越高；熔合线处的硬度和磨损率均在包覆层的和基体的之间，说明复层铝合金实现了良好的冶金结合。
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  锰掺杂量对0.96K_0.5Na_0.5NbO₃-0.04Bi_0.5Na_0.5ZrO₃无铅压电陶瓷性能的影响

  李月明, 洪璐, 沈宗洋, 王竹梅, 洪燕

  机械工程材料. 2018, 42(4): 17-21. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804004

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  采用传统固相烧结法制备0.96K_0.5Na_0.5NbO₃-0.04Bi_0.5Na_0.5ZrO₃+xMnCO₃（简称为0.96KNN-0.04BNZ+xMn，x=0，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，质量分数）无铅压电陶瓷，研究了锰掺杂量对该无铅压电陶瓷晶相结构、显微结构、压电和介电性能的影响。结果表明：0.96KNN-0.04BNZ+xMn陶瓷具有纯钙钛矿结构，随着x的增加，陶瓷相从正交-四方两相共存转变为正交相，体积密度、压电常数、机电耦合系数和介电常数先增后降，机械品质因数增大，而介电损耗角正切、剩余极化强度、矫顽场和居里温度降低；当x为0.3%时，陶瓷的综合性能最佳。
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  放电等离子烧结42CrMo钢/黄铜双金属复合接头的显微组织

  冯超, 姜超平, 鲍建东, 吕志甲, 鲍明东, 徐雪波, 张贵锋

  机械工程材料. 2018, 42(4): 22-26. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804005

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  采用放电等离子烧结技术对42CrMo钢和黄铜进行连接，研究了接头的显微组织、成分和硬度分布，分析了其接头组织形成过程。结果表明：在42CrMo钢和黄铜之间存在一个宽10~20 μm的过渡层，过渡层组织均匀细密；在近过渡层的黄铜中存在一个宽约70 μm的岛状组织区，这些岛状组织主要为铁的固溶体；在较高压力下，接头中不存在缝隙，但存在少数孔隙；接头的截面硬度呈梯度变化；铁元素扩散深度达到90 μm，铜元素扩散不太明显，42CrMo钢和黄铜之间为扩散连接。
新材料 新工艺
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  催化热解三聚氰胺合成竹节状氮掺杂碳纳米管

  郑扬帆, 梁峰, 田亮, 王军凯, 张海军

  机械工程材料. 2018, 42(4): 27-30,52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804006

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  以三聚氰胺为原料、FeCl₂·6H₂O为催化剂前驱体，应用催化热解法制备竹节状氮掺杂碳纳米管，研究了反应温度和FeCl₂·6H₂O添加量对产物物相组成和显微结构的影响。结果表明：当反应温度为650~800℃时，碳纳米管的生成量及长径比均随反应温度的升高先增后降，其最佳反应温度为750℃；在750℃热解时，随着FeCl₂·6H₂O添加量的增加，碳纳米管的生成量和长径比均先增后减，最佳添加量为三聚氰胺质量的0.50%，在此条件下合成的碳纳米管直径为40~50 nm，长度为10~15 μm，碳纳米管中氮掺杂量（原子分数）为3.42%，其中石墨型氮的物质的量分数为43.1%。
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  微波熔盐辅助硼热/碳热还原法制备ZrB₂-SiC复合粉

  曾渊, 梁峰, 刘江昊, 谭操, 韩磊, 张海军

  机械工程材料. 2018, 42(4): 31-34,57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804007

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  以ZrO₂、SiO₂、B₄C及活性炭为反应物，以NaCl/KCl为熔盐，采用微波熔盐辅助硼热/碳热还原法制备ZrB₂-SiC复合粉，研究了反应温度、反应时间、B₄C及熔盐介质用量等对产物物相组成和显微结构的影响。结果表明：随着反应温度的升高，反应时间的延长，B₄C和熔盐用量的增加，ZrB₂和SiC的合成反应进行得越充分，产物中ZrB₂的衍射峰越强；在反应温度为1 200℃，反应时间为20 min，熔盐与反应物质量比为2：1，B₄C与ZrO₂物质的量的比为0.8的条件下，可以制备得到纯相ZrB₂-SiC复合粉，其平均粒径约为38 μm，其中ZrB₂为一维棒状结构，直径约为1.35 μm，平均长径比大于10。
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  Al₂O₃和TiO₂添加量对共沉淀法制备MgO基陶瓷性能的影响

  彭子钧, 罗旭东, 于忞, 谢志鹏

  机械工程材料. 2018, 42(4): 35-39. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804008

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  采用共沉淀法分别制备Al₂O₃和TiO₂前驱体包覆MgO颗粒，并在1 450℃保温2 h得到MgO基陶瓷，研究了Al₂O₃和TiO₂添加量对陶瓷物相组成、烧结性能和抗热震性能的影响。结果表明：添加Al₂O₃后，陶瓷的主要物相为方镁石相和MgAl₂O₄相，随Al₂O₃添加量的增加，MgAl₂O₄相含量增多，线收缩率和热震次数均先增后降，体积密度则增大；添加TiO₂后，陶瓷的主要物相为方镁石相、Mg₂TiO₄相和MgTiO₃相，随TiO₂添加量的增加，Mg₂TiO₄和MgTiO₃相含量增多，线收缩率和体积密度均先增后降，热震次数则先增加后保持稳定；当Al₂O₃和TiO₂的质量分数分别为6%，4%时，陶瓷的烧结性能和抗热震性能均最佳。
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  Eu³⁺掺杂Lu₂SiO₅发光粉体的制备及发光性能

  杨磊, 杨熠, 陈诗怡, 严明

  机械工程材料. 2018, 42(4): 40-43,47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804009

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  分别采用尿素辅助共沉淀法和溶胶凝胶法制备Eu³⁺掺杂Lu₂SiO₅（Lu₂SiO₅：Eu³⁺）粉体，对比分析了煅烧温度对粉体物相组成和微观形貌的影响以及Eu³⁺掺杂量对粉体发光性能的影响。结果表明：两种方法均可制得纯度较高的Lu₂SiO₅粉体，但溶胶凝胶法可以得到单相纯Lu₂SiO₅粉体，而尿素辅助共沉淀法所得粉体中含有少量Lu₂O₃杂质相；溶胶凝胶法所得粉体的粒径为200~300 nm，且粉体颗粒的表面比尿素辅助共沉淀法制得的粗糙；当Eu³⁺掺杂量（物质的量分数）为5%时，两种方法所得Lu₂SiO₅：Eu³⁺粉体的发光强度均达到最大，且溶胶凝胶法所得Lu₂SiO₅：Eu³⁺粉体的发光强度更高。
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  熔盐氮化法制备六方氮化硼纳米片

  田亮, 梁峰, 李俊怡, 张海军

  机械工程材料. 2018, 42(4): 44-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804010

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  以NaCl-KCl为熔盐介质、以硼砂和三聚氰胺为原料，采用熔盐氮化法在900~1 200℃制备六方氮化硼（h-BN）纳米片，研究了反应温度、熔盐和反应物的质量比以及氮和硼的物质的量比对产物物相组成的影响，并对所得h-BN粉体的微观形貌和氮气吸附脱附性能进行了表征。结果表明：反应温度的升高，熔盐和反应物的质量比以及氮和硼的物质的量比的增大均有利于h-BN相的生成；当熔盐和反应物的质量比为2：1、氮和硼的物质的量比为2：1时，在1 100℃反应3 h能得到h-BN纳米片，其长度为50~200 nm，厚度为10~40 nm，比表面积为82 m²·g^-1。
材料性能及应用
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  氧化物着色剂对3Y-TZP陶瓷色度及力学性能的影响

  王兴明, 王焕平, 刘思琪, 杨清华, 雷若姗, 肖珍, 徐时清

  机械工程材料. 2018, 42(4): 48-52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804011

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  在钇稳定四方相氧化锆（3Y-TZP）粉体中分别添加不同质量分数的Fe₂O₃、Pr₆O₁₁、Er₂O₃、CeO₂等氧化物着色剂粉体，在1 500℃保温2 h烧结制备3Y-TZP陶瓷，分析了不同氧化物着色剂对3Y-TZP陶瓷着色效果及力学性能的影响。结果表明：添加氧化物着色剂后，陶瓷的主晶相仍均为四方相氧化锆，晶粒紧密堆积，平均晶粒尺寸为200~500 nm；随着着色剂添加量的增加，陶瓷的抗弯强度均下降，但均保持在800 MPa以上，满足牙科口腔修复材料的要求；添加4种氧化物着色剂后，陶瓷表面色泽均匀、正反面色差小，添加Fe₂O₃、Pr₆O₁₁、CeO₂的陶瓷均呈黄色，添加Er₂O₃的陶瓷呈粉红色；Fe₂O₃与Er₂O₃的添加对陶瓷的a^*值影响较大，而Pr₆O₁₁和CeO₂的添加对b^*值影响较大。
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  Y₂O₃掺杂对CaTiO₃陶瓷烧结性能和微观结构的影响

  安迪, 罗旭东, 刘鹏程, 谢志鹏, 李婷

  机械工程材料. 2018, 42(4): 53-57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804012

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  以CaO和TiO₂为原料，外加质量分数分别为0，1%，2%，3%，4%的Y₂O₃后，分别在1 300，1 400℃保温3 h烧结制备CaTiO₃陶瓷，研究Y₂O₃掺杂量和烧结温度对陶瓷物相组成、晶体结构、烧结性能和微观结构的影响。结果表明：随着Y₂O₃掺杂量的增加，CaTiO₃的晶胞体积先增大后减小，Y³⁺置换Ti⁴⁺使CaTiO₃晶胞体积增大，置换Ca²⁺则使晶胞体积减小；随Y₂O₃掺杂量的增加或烧结温度的升高，陶瓷的烧结线收缩率和体积密度均增大；随Y₂O₃掺杂量的增大，陶瓷的显微结构更为致密，CaTiO₃晶粒尺寸先增大后减小，晶粒形状由不规则台阶状转变为规则形状。
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  碳纤维添加量对MgO-ZrO₂陶瓷抗热震性能和烧结性能的影响

  杨孟孟, 罗旭东, 安迪, 谢志鹏, 冯东, 于忞

  机械工程材料. 2018, 42(4): 58-61,67. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804013

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  以纳米MgO粉和ZrO₂纤维为原料，以短切碳纤维为添加剂，采用无压烧结工艺制备碳纤维增强MgO-ZrO₂陶瓷，研究了碳纤维添加量对陶瓷烧结性能、物相组成、抗热震性能和显微结构的影响。结果表明：随碳纤维添加量的增加，陶瓷的相对密度和线收缩率降低，显气孔率增大，碳纤维的添加不利于MgO-ZrO₂陶瓷的烧结；抗弯强度随碳纤维添加量的增加先增大后减小，当碳纤维的体积分数为20%时，陶瓷的抗弯强度最大，为287.15 MPa；碳纤维的添加能提高MgO-ZrO₂陶瓷的抗热震性能，当碳纤维体积分数为15%时，陶瓷的抗热震性能最佳。
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  车削加工工艺对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

  徐锋, 孙奇, 刘鹏涛, 赵秀娟, 陈春焕, 任瑞铭

  机械工程材料. 2018, 42(4): 62-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804014

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  对不同工艺车削加工的EA4T车轴钢进行旋转弯曲疲劳试验，研究了车削加工工艺对该钢疲劳性能的影响。结果表明：在不同车削加工工艺下，试验钢轴向残余压应力的最大值与最小值相差50 MPa，周向残余拉应力的最大值与最小值相差25 MPa，车削加工工艺对残余应力的影响不大；不同车削加工工艺下试验钢表面粗糙度均小于0.8 μm，且表面粗糙度的最大值与最小值相差0.15 μm，车削加工工艺对表面粗糙度的影响不大；当表面粗糙度小于0.8 μm时，车削加工工艺对疲劳寿命的影响不大；疲劳断口均分为裂纹源区、裂纹稳态扩展区和瞬断区，且均只有一个裂纹源，疲劳裂纹都是在表面较深车痕的根部萌生并向内扩展。
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  SiC含量对ZrB₂-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料性能的影响

  王军凯, 程峰, 韩磊, 李赛赛, 葛胜涛, 宋健波, 张海军

  机械工程材料. 2018, 42(4): 68-72,77. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804015

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  以镁砂、鳞片石墨和ZrB₂-xSiC（x为0，20%，40%，60%，80%，100%，质量分数）复合粉为原料，经成型、干燥、固化和不同温度（1 373，1 673 K）保温3 h热处理后，制备得到ZrB₂-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料，研究了SiC含量对该耐火材料物理和力学性能的影响。结果表明：随SiC含量的增加，固化后复合耐火材料的体积密度和常温抗折强度先增大后减小再略有增大，耐压强度则波动性降低，当SiC质量分数为20%时，复合耐火材料的常温性能最佳；在1 673 K保温3 h热处理后，复合耐火材料的抗折强度随温度的升高呈先增大后减小的变化趋势，当SiC质量分数为20%时，不同温度下的抗折强度均达到最大；SiC含量的改变对不同温度下的载荷和位移关系影响较小，复合耐火材料的塑性变形开始温度为873~1 073 K，断裂温度均为1 673 K。
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  硅酸钠添加量对多孔硅藻土陶瓷性能的影响

  韩磊, 王军凯, 邓先功, 葛胜涛, 张海军

  机械工程材料. 2018, 42(4): 73-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804016

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  以工业硅藻土细粉为原料，以硅酸钠为烧结助剂，采用发泡注凝法在1 000℃保温2 h制备多孔硅藻土陶瓷，研究了硅酸钠添加量（0~5%，质量分数）对陶瓷物相组成、显微结构、气孔孔径和耐压强度的影响。结果表明：随硅酸钠添加量的增加，多孔硅藻土陶瓷中的方石英含量减少，鳞石英含量增加，烧结致密程度增大，气孔孔径呈现减小的趋势，耐压强度增大；当硅酸钠的质量分数为3%时制备得到具有多级孔结构的硅藻土陶瓷，该陶瓷的耐压强度为（1.13±0.08）MPa，比未添加硅酸钠的提高了约113%，其200℃时的热导率仅为（0.098±0.002）W·m^-1·K^-1。
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  38CrMoAl钢表面不同厚度搪瓷涂层的组织和性能

  杨梦梦, 戴姣燕, 何骅波, 徐义库, 徐金富

  机械工程材料. 2018, 42(4): 78-81,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804017

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  以A8005搪瓷粉为原料，在900℃保温45 min条件下在38CrMoAl钢表面烧结制备不同厚度（116，256，352，470 μm）搪瓷涂层，研究了涂层的微观结构、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明：随着厚度的增加，搪瓷涂层的气孔数量先减后增，硬度、耐腐蚀性能、耐磨性能先增后降；当厚度为256 μm时，搪瓷涂层的性能最佳，内部气孔数量最少，表面光滑致密，硬度为720 HV0.1，磨损率为2.9×10^-13 m³·N^-1·m^-1，耐蚀性能评级R_P/R_A为10/10vsB。
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  原料配比对石英质孔梯度陶瓷性能的影响

  覃月宁, 王芳, 杜大明, 宋杰光

  机械工程材料. 2018, 42(4): 82-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201804018

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  以低品位石英砂为主要原料，通过制浆、成型、干燥和烧结等工序制备得到不同原料配比的石英质孔梯度陶瓷，研究了石英砂含量、水料质量比和发泡剂含量对该陶瓷气孔率、抗压强度和显微结构的影响，得到了较佳的原料配比。结果表明：随着石英砂含量的增加，试样的气孔率增大，宏观上呈现出一定的孔梯度结构；随着水料质量比的增加，试样的气孔率先增后降，气孔变得均匀，裂纹减少；随着发泡剂含量的增加，气孔率增大；抗压强度与气孔率呈现相反的变化规律；较佳原料配比为石英砂质量分数为70%，水料质量比为1.0，发泡剂质量分数为0.8%，制备得到石英质孔梯度陶瓷的抗压强度为6.18 MPa，气孔率为63.5%，孔形较好。