2021年, 第45卷, 第6期　
刊出日期：2021-06-20

  

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  机械工程材料. 2021, 45(6): 0-0.

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综述
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  高能束增材制造钛铝合金的研究进展

  田文琦, 杨冬野, 李九霄

  机械工程材料. 2021, 45(6): 1-7. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106001

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  选区激光熔化和电子束选区熔化增材制造是较理想的先进高能束增材制造技术。选区激光熔化和电子束选区熔化制备钛铝合金的组织细小，力学性能明显优于铸造合金的，成形后通过合理的热处理工艺，合金能获得良好的高温抗蠕变性能和延展性。高能束增材制造技术很好地解决了传统钛铝合金构件成形问题。综述了钛铝预合金粉末的制备工艺、选区激光熔化和电子束选区熔化技术的工艺和应用以及钛铝合金的组织和性能的研究进展，指出了未来在高能束增材制造钛铝合金方面的研究方向。
试验研究
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  复合镀液中Al₂O₃掺杂量对Ni-P-Al₂O₃-PTFE复合镀层性能的影响

  郁水峰, 杨玉明

  机械工程材料. 2021, 45(6): 8-13,25. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106002

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  在复合镀液中添加不同含量的Al₂O₃，采用化学镀方法制备Ni-P-Al₂O₃-PTFE （聚四氟乙烯）复合镀层，研究了复合镀液中Al₂O₃质量浓度（0~3.0 g·L^-1）对复合镀层显微组织、硬度、耐磨性能的影响。结果表明：随着复合镀液中Al₂O₃掺杂量的增加，化学镀Ni-P-Al₂O₃-PTFE复合镀层中Al₂O₃含量先升高后降低，Ni-P基质的结晶性先增强后减弱，硬度先升高后降低，磨损质量损失先减小后增加；当Al₂O₃质量浓度为2.0 g·L^-1时，Ni-P基质结晶性优良，Ni-P-Al₂O₃-PTFE层与Ni-P过渡层结合良好，复合镀层中Al₂O₃的含量最高，PTFE、Al₂O₃粒子均匀弥散地镶嵌在Ni-P基质中，复合镀层的硬度最高，为7.6 GPa，磨损质量损失最低，复合镀层具有优异的耐磨性能。
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  Inconel600合金管冷拉拔开裂原因

  代维, 朱祥, 康文捷, 靳书港

  机械工程材料. 2021, 45(6): 14-19,56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106003

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  固溶与冷轧处理后的Inconel600合金管经多次冷拉拔后出现纵向开裂，从显微组织、非金属夹杂物、开裂形貌、力学性能、工艺性能、固溶处理等方面研究了Inconel600合金管开裂的原因。结果表明：Inconel600合金管中氮含量较高，在熔炼过程形成了较多氧化物和氮化物，在冷拉拔前的冷轧过程中氧化物和氮化物呈链状沿轧制方向分布，尺寸较大的链状夹杂物破坏了基体的均匀连续性，在反复拉拔过程中应力在夹杂物处集中，导致微裂纹在此处萌生并扩展，最终导致合金管的纵向开裂。
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  MoO₂/C纳米纤维复合薄膜的电化学性能

  高邦, 刘颖, 贺志勇, 于盛旺, 孟杰, 马永, 周兵, 吴艳霞

  机械工程材料. 2021, 45(6): 20-25. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106004

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  通过静电纺丝法制备了MoO₂/C纳米纤维复合薄膜，其中钼酸铵与纯聚乙烯醇（AMT与PVA）质量比分别为1：9，2：8，3：7，4：6，研究了薄膜的组织结构和相应电极的电化学性能。结果表明：随着AMT与PVA质量比增加，MoO₂/C纳米纤维复合薄膜的纤维尺寸减小且分布更均匀，纤维成丝效果改善，相应电极的比电容增大，循环性能增强；AMT与PVA质量比为4∶6时，薄膜纤维成丝效果最好，相应电极在充放电循环过程中具有良好的结构稳定性；且5 000次充放电后的循环保持率、充电比容量、放电比容量及充放电效率均增加，循环性能优异。
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  水性荧光硅酸盐聚合物涂层的制备及其海洋防污性能

  王泽, 汪培庆, 汪国庆

  机械工程材料. 2021, 45(6): 26-30. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106005

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  将聚集诱导发光荧光单体（TPE-COOH）接枝到蓖麻油上进行改性，以其为原料制备得到水性荧光硅酸盐聚合物涂层。研究了TPE-COOH含量和改性蓖麻油含量对涂层表面形貌、力学性能、荧光性能和防污性能的影响。结果表明：水性荧光硅酸盐聚合物涂层表面光滑均匀，随TPE-COOH改性蓖麻油含量的增加，涂层附着力和最大荧光强度增大，硬度下降；TPE-COOH含量对涂层力学性能无明显影响；与未改性硅酸盐聚合物涂层相比，水性荧光硅酸盐聚合物涂层的附着力和防污效果提高；TPE-COOH改性蓖麻油、硅酸盐浆料和固化剂的质量比为1：10：5.5时，涂层表现出良好的综合力学性能和防污性能。
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  不同RuO₂掺杂量Ti/SnO₂-NiO-RuO₂电极的电催化降解性能

  唐静宜, 蔡毅雄, 邵艳群, 张燕斌

  机械工程材料. 2021, 45(6): 31-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106006

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  采用热分解法制备了不同RuO₂掺杂量（0，9.1%，16.7%，23.1%，28.6%，物质的量分数）的Ti/SnO₂-NiO-RuO₂电极，研究了RuO₂掺杂量对Ti/SnO₂-NiO-RuO₂电极电催化降解性能的影响。结果表明：掺杂RuO₂可以增加Ti/SnO₂-NiO-RuO₂电极表面的吸附氧浓度、活性位点数量、离子价态种类，提高电极的比表面积、伏安电荷密度，促进电催化降解的进行，同时还能延长电极的强化寿命；RuO₂掺杂量为23.1%时，Ti/SnO₂-NiO-RuO₂电极对甲基橙的电催化降解速率最快，降解率最大，降解3 h后达到87%，较未掺杂RuO₂电极的提高了30%，该电极具有良好的电催化效果。
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  稀土钇对B10白铜合金静态再结晶行为的影响

  敬凤婷, 陈荣春, 张迎晖, 汪航, 宋春梅, 汪志刚

  机械工程材料. 2021, 45(6): 39-45. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106007

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  研究了不同钇含量（质量分数分别为0，0.003 9%，0.021%，0.053%，0.15%） B10白铜合金在不同退火温度（200~800℃）下的显微组织和硬度，分析了钇对合金再结晶行为的影响。结果表明：350~650℃退火时B10合金处于再结晶初期，650~800℃退火时处于再结晶后期；再结晶初期，钇主要影响再结晶形核，钇质量分数小于0.003 9%时，钇不利于再结晶形核，超过0.003 9%时，钇明显促进再结晶形核，且相同温度下，钇质量分数为0.003 9%时合金的硬度最高，0.15%时的硬度最低；再结晶后期，钇能抑制再结晶晶粒长大，钇含量越高，其复合夹杂物越多，尺寸越大，对晶界的钉扎力越大，晶粒越细小，此阶段随着退火温度升高，硬度急剧下降，且温度为800℃时，钇质量分数为0.15%合金的硬度最大，其他钇含量下的硬度则基本相等。
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  Q235钢在冀北地区的大气腐蚀行为

  宋子博, 王智春, 王建国, 彭波, 张传正

  机械工程材料. 2021, 45(6): 46-51. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106008

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  对Q235钢在冀北地区（唐山市、秦皇岛市、廊坊市、承德市和张家口市）进行暴露1 a的大气腐蚀试验，对比了Q235钢在不同城市的腐蚀速率，研究了5个城市中心位置（安各庄、天马、霸州、隆城、万全）大气环境中的Cl^-沉积率、SO₂含量及湿度对Q235钢腐蚀速率的影响，并观察了腐蚀产物形貌。结果表明：Q235钢的腐蚀速率从东南方向至西北方向逐渐降低；Cl^-沉积率较低，对腐蚀速率的影响较小，SO₂含量对腐蚀速率的影响大于Cl^-的，空气相对湿度的影响最大；Q235钢在安各庄站的腐蚀速率较快，表面腐蚀产物主要为对基体保护作用较小的片状γ-FeOOH，在霸州和天马站的腐蚀速率次之，腐蚀产物主要为团簇状α-FeOOH，在万全和隆城站的腐蚀速率较慢，表面腐蚀产物主要为棉絮状的α-FeOOH，对基体的保护作用较大。
物理模拟与数值模拟
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  不同孔隙率碳纤维增强环氧树脂复合材料板的压缩强度及其预测模型

  杨鹏飞, 樊俊铃, 宁宁, 史俊伟

  机械工程材料. 2021, 45(6): 52-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106009

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  通过压缩试验研究了IMA碳纤维增强M21环氧树脂复合材料板孔隙率对压缩强度的影响，建立了孔隙率与压缩强度的非线性关系模型。结果表明：孔隙率不大于1.87%时，该复合材料板的压缩强度较孔隙率为0的变化不明显，孔隙率对压缩强度的影响较小；孔隙率大于1.87%时，复合材料板的压缩强度较孔隙率为0的明显降低，此时孔隙率对压缩强度的影响较大；用建立的孔隙率与压缩强度的非线性关系模型对复合材料板的压缩强度进行了预测，预测结果较经典Gürdal指数模型的准确。
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  热塑性聚氨酯复合纤维布料拉伸过程的超弹性和黏弹性本构模型

  薛厚庆, 孙长乐, 姜欣齐, 胡昊, 杨继臣

  机械工程材料. 2021, 45(6): 57-61,69. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106010

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  通过拉伸试验，分别考虑涂层的影响以及拉伸时间、拉伸速度、黏弹性应力与反作用力对初始应力的影响，建立了改进后的热塑性聚氨酯复合纤维布料及其单股纤维束的超弹性本构模型和黏弹性本构模型，预测了拉伸过程的应力-应变和应力松弛曲线，并与试验结果进行对比。结果表明：建立的超弹性本构模型能较准确地预测布料及其单股纤维束的应力-应变曲线，相对误差不超过3.5%；黏弹性本构模型能较准确地预测布料的应力松弛曲线，相对误差不超过3.21%。
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  退火过程中均质和异质结构纯铜晶粒的生长

  孙书琪, 王润梓, 苑光健, 陈浩, 高建宝, 彭威, 张显程, 张利军

  机械工程材料. 2021, 45(6): 62-69. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106011

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  通过相场模型和理想晶粒生长模型，模拟了均质结构及异质结构（梯度结构和双峰结构）纯铜在退火过程中的晶粒生长。结果表明：晶界能垒变化对均质结构晶粒生长速率的影响较小；退火时间大于600 s时，均质结构晶粒的生长速率有一个较大的阶梯性变化；对于异质结构晶粒，晶界能垒越大，晶粒生长越慢；梯度结构中，小晶粒的生长速率最快，中晶粒的次之，大晶粒的最慢，且晶粒尺寸越大，晶界能垒对生长速率的影响越小；双峰结构中，晶界能垒对粗晶生长速率的影响较细晶的大，增加粗晶数目，细晶的生长速率明显降低，粗晶的生长速率增加。
失效分析
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  热成形汽车加强板的开裂原因

  刘鹏鹏, 叶又, 魏一凡

  机械工程材料. 2021, 45(6): 70-73,78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106012

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  某公司生产的材料为具有铝硅镀层的22MnB5热冲压成形钢的汽车加强板在总装前发生开裂，采用断口形貌、显微组织观察以及化学成分、硬度测试等方法对其失效原因进行了分析。结果表明：该失效加强板的断裂方式为韧性加脆性的混合断裂；激光剪边落料时拐角半径较小，导致裂纹在剪边边缘萌生，运输过程中在冲击载荷作用下，裂纹沿未进行激光剪边的弯曲变形区域快速扩展；增大拐角处的半径，同时冲压成形后对加强板进行全面的激光剪边，发现总装前加强板镀层上的压痕变浅，未发生开裂。
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  20钢等径无缝三通开裂原因

  李丽锋, 陈月娥, 任国琪, 朱丽霞, 武刚, 罗金恒

  机械工程材料. 2021, 45(6): 74-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106013

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  某等径无缝三通在试压投产过程中支管侧发生开裂，采用形貌、显微组织观察，无损检测，化学成分、力学性能测试等方法分析了其开裂原因。结果表明：该失效三通的开裂位置在支管的环焊缝上，环焊缝是在三通制造阶段产生的，不符合等径无缝三通的生产质量要求；开裂的主要原因是环焊缝上存在严重的未焊透缺陷，随着试压压力增大，未焊透缺陷处起裂并扩展直至穿透剩余壁厚。
专题报道（电子陶瓷）
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  铁电材料光伏机理及其光伏性能的调控机制

  朱明君, 张刚华, 李莎莎, 曾涛

  机械工程材料. 2021, 45(6): 79-84,93. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106014

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  铁电材料因自身极化电场的存在而具有独特的光伏性能，在诸多领域应用广泛，特别是在光伏发电方面。从窄带隙铁电材料的制备方法、氧缺位自掺杂增强可见光吸收、复合异质结构建、多极轴分子铁电体制备、外加极化场调控铁电材料内部电畴朝向与分布等方面综述了铁电材料内电场的产生机理（光伏机理）及其调控机制对铁电材料光伏性能的影响，指出了通过调控内电场提高光伏性能的研究方向。
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  镧掺杂量对Pb_(1-2x/3)La_x(Ti_0.99Mn_0.01)O₃压电陶瓷性能的影响

  黄建, 张学伍, 蒋春燕, 曾涛, 庄绪宁

  机械工程材料. 2021, 45(6): 85-88,98. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106015

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  采用固相烧结法制备了Pb_（1-2x/3）La_x（Ti_0.99Mn_0.01）O₃压电陶瓷，研究了镧掺杂量（x=0.005，0.045，0.075，0.150，物质的量分数）对压电陶瓷晶格常数、压电各向异性、介电常数、介电损耗、居里温度以及机械品质因数的影响。结果表明：随着镧掺杂量增加，压电陶瓷晶格的轴向比（c/a）减小，各向异性和四方相结构减弱，介电损耗减小，机械品质因数增大；镧的掺杂有利于压电性能的改善，但会造成压电各向异性减弱，居里温度降低，介电常数增大。
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  压电促动器的研制及其减振效果

  姚晓成, 蒋春燕, 赵程, 曾涛

  机械工程材料. 2021, 45(6): 89-93. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106016

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  基于压电叠堆的结构特征，设计并研制了压电促动器，确定了压电促动器的最佳预紧力；将该预紧力下的压电促动器与惯性质量块连接组成惯性式压电促动器，研究了其减振效果。结果表明：压电促动器的最佳预紧力为225 N，该预紧力下的最大输出位移为10.35 μm；在压电促动器最大输出位移为10.35 μm、惯性质量块质量为130 g的减振试验装置中，振动频率为50，75，100 Hz时，惯性式压电促动器均具有良好的减振效果。
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  钛酸铅系功能陶瓷改性的研究现状及改性陶瓷的应用现状

  黄建, 张学伍, 赵程, 曾涛, 庄绪宁

  机械工程材料. 2021, 45(6): 94-98. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106017

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  钛酸铅系陶瓷是一种重要的功能材料，在压电领域应用广泛。该陶瓷存在烧结、极化困难，压电性能低的问题，其烧结和压电性能是目前的研究热点。综述了通过元素掺杂和组元添加对钛酸铅系陶瓷进行改性以改善烧结性能和压电性能的研究现状，以及改性后陶瓷的应用现状。指出了未来的研究方向，包括烧结工艺的优化、元素复合掺杂以及准同型相界区的成分设计等。
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  压电相含量和聚合物性能参数对1-3型压电复合材料压电性能影响的有限元模拟

  赵旭, 张浩, 曾涛, 白建峰

  机械工程材料. 2021, 45(6): 99-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202106018

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  采用有限元软件模拟了压电相体积分数，聚合物弹性模量、泊松比对1-3型压电陶瓷复合材料压电性能的影响，并进行了试验验证。结果表明：压电相体积分数为30%~85%时，复合材料的机电耦合系数较高且变化不大；随聚合物弹性模量和泊松比增大，复合材料的串联谐振频率增大，机电耦合系数减小；建立的有限元模型对相对较硬聚合物填充复合材料的串联谐振频率和机电耦合系数的模拟较准确，相对误差均不超过5%，但不适用于相对较软聚合物填充复合材料机电耦合系数的模拟。