2022年, 第46卷, 第10期　
刊出日期：2022-10-20

  

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  机械工程材料. 2022, 46(10): 0-0.

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综述
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  类金刚石薄膜摩擦学性能影响因素及改善措施的研究进展

  周琼, 温亚东, 张而耕, 黄彪, 李耀东, 梁丹丹, 陈强

  机械工程材料. 2022, 46(10): 1-7. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210001

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  类金刚石（diamond-like carbon，DLC）是一类含有金刚石结构（sp³杂化键）和石墨结构（sp²杂化键）的亚稳态非晶物质，具有高硬度、耐腐蚀、低摩擦因数、耐磨损等优良特性，但也存在着由于制备工艺、沉积参数等不同导致的内应力大、热稳定性差、摩擦学行为敏感等问题，大大限制了其产业化应用。从固有因素和外界因素2个方面综述了影响DLC薄膜摩擦学性能的因素，从异质元素掺杂、表面织构化等方面论述了改善DLC薄膜摩擦学性能的措施，展望了DLC薄膜摩擦学性能研究趋势。
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  光催化脱硝材料的研究进展

  曹一达, 刘成宝, 陈丰, 钱君超, 许小静, 孟宪荣, 陈志刚

  机械工程材料. 2022, 46(10): 8-14. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210002

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  减少NO_x排放是最关键的全球环境问题之一，目前传统的脱硝技术普遍存在反应温度高、催化效率低和成本高等问题，因此光催化氧化、光选择性催化还原等新型光催化脱除NO_x技术受到了极大关注。从光催化氧化法和光选择性催化还原法2个方面综述了光催化材料在脱除NO_x方面的研究进展，重点介绍了光催化材料的类型、脱除原理和影响脱除效率的因素，并对光催化脱硝材料的今后研究方向进行了展望。
试验研究
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  电子束层覆凝固Inconel 718合金的元素挥发行为

  赵龙海, 谭毅, 白如圣, 游小刚, 庄辛鹏, 崔弘阳

  机械工程材料. 2022, 46(10): 15-20,26. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210003

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  基于电子束精炼Inconel 718合金元素挥发规律模型，设计了短时和长时熔化电子束层覆凝固工艺，研究了电子束层覆凝固制备Inconel 718合金的元素挥发规律以及层覆熔化时间和层覆层质量对元素挥发行为的影响。结果表明：当电子束功率为12 kW且精炼时间为10 min时，要实现电子束层覆凝固Inconel 718合金元素的精准控制，需要将层覆层质量控制在450 g以上；电子束层覆凝固过程中应尽量缩短熔化时间（低于240 s），直接将电子束功率升高到12 kW进行精炼，可以有效地避免因长时间熔化导致的质量损失过大；层覆层质量的增加对电子束层覆凝固过程中合金元素的挥发规律影响不大，但有利于合金成分的精准控制。
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  不同组成硅化石墨复合材料的摩擦磨损性能

  王梓璇, 薛蓉, 朱聪珍, 蔺浩然, 王继平

  机械工程材料. 2022, 46(10): 21-26. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210004

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  以在不同等静压压力（40 MPa和70 MPa）下采用反应熔渗制备的2种组成硅化石墨复合材料和市购俄罗斯产硅化石墨复合材料为研究对象，研究3种组成硅化石墨复合材料的物相组成和微观结构，以及水润滑条件下摩擦磨损性能。结果表明：硅化石墨复合材料的物相均由碳相、碳化硅相和硅相组成，三相呈三维网络嵌入式分布；当碳相含量较低，碳化硅含量较高时，硅化石墨复合材料的摩擦因数随着载荷的增加而增大，而当碳相含量较高，碳化硅含量较低时，摩擦因数先增大后减小。不同组成硅化石墨复合材料的磨损量均极低，耐磨性能良好，磨损机理主要为磨粒磨损。
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  激光功率对WC增强Ni35合金激光熔覆层组织与性能的影响

  刘伟斌, 李新梅, 井振宇

  机械工程材料. 2022, 46(10): 27-33. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210005

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  采用不同激光功率（1.1，1.3，1.5 kW）在45钢表面激光熔覆制备WC增强Ni35合金熔覆层，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等研究了激光功率对熔覆层组织与性能的影响。结果表明：随着激光功率增大，熔覆层表面宏观裂纹减少，熔覆层稀释率增大；随着激光功率增大，熔覆层的显微硬度升高，磨损量和摩擦因数减小，不同激光功率熔覆层的耐磨性均优于基体；当激光功率为1.5 kW时，相比于基体，熔覆层的表面平均硬度提高了约270%，磨损量和摩擦因数分别降低了95.2%和54.93%；随着激光功率的增大，熔覆层的自腐蚀电位先减小后增加，自腐蚀电流密度先增大后降低，当激光功率为1.5 kW时，熔覆层的自腐蚀电流密度最小，耐腐蚀性相对较好。
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  TiC含量对无压液相烧结SiC-TiC陶瓷复合材料结构和性能的影响

  韩凌锋, 赵义亮, 张翠萍, 岳新艳, 茹红强, 王伟

  机械工程材料. 2022, 46(10): 34-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210006

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  以SiC粉体和TiC粉体为原料，Al₂O₃-Y₂O₃为烧结助剂，采用无压液相烧结技术制备了SiC-TiC陶瓷复合材料，研究了TiC体积分数（35%~45%）对其微观结构和性能的影响。结果表明：陶瓷复合材料的物相组成均为SiC、TiC、YAG （Y₃Al₅O₁₂）和YAM （Y₄Al₂O₉）；随着TiC含量的增加，TiC颗粒逐渐形成连续网络结构，陶瓷复合材料的开口气孔率先减小后增大，相对密度、抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度均先升高后降低，体积电阻率降低。当TiC体积分数为40%时，陶瓷复合材料具有优异的综合性能，其相对密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧度、维氏硬度、体积电阻率分别为98.1%，0.28%，429 MPa，5.87 MPa·m^1/2，26 GPa，1.66×10^-5Ω·m。
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  富氧气氛烧结对SnO₂压敏电阻微观结构与电学性能的影响

  孙冠岳, 赵洪峰, 刘冬季, 周远翔, 谢清云

  机械工程材料. 2022, 46(10): 39-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210007

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  分别在空气气氛和富氧气氛（氧气体积分数分别为30%，40%，50%）下烧结制备SnO₂压敏电阻，研究了烧结气氛中氧气含量对SnO₂压敏电阻微观结构和电学性能的影响。结果表明：与空气气氛相比，在富氧气氛中烧结的压敏电阻的物相组成与晶粒尺寸相近，气孔更少，致密性更好；随着富氧气氛中氧气含量的增多，压敏电阻的电学性能提高，尤其在氧气体积分数为50%时，压敏电阻的非线性系数提高了46.9%，电压梯度提高了45.9%，泄漏电流降低了30.0%。
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  Q460GJD钢在多向锻造后热处理过程中的奥氏体晶粒长大行为

  张颖, 孙小巍, 宁安刚, 罗志勇

  机械工程材料. 2022, 46(10): 44-48,55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210008

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  对均匀化处理后的建筑用Q460GJD钢铸锭进行多向锻造和热处理，研究了多向锻造后的加热温度（950~1 250℃）和保温时间（0.5~8 h）对奥氏体晶粒长大行为的影响，基于Sellars模型，对试验数据拟合后建立了奥氏体晶粒长大模型。结果表明：铸态Q460GJD钢中的奥氏体晶粒尺寸差异较大，出现混晶现象，多向锻造后晶粒明显细化，混晶现象消除；随着热处理加热温度的升高或保温时间的延长，奥氏体平均晶粒尺寸增大，且加热温度对晶粒尺寸的影响大于保温时间；采用建立的奥氏体晶粒长大模型计算得到的平均晶粒尺寸与试验值相吻合，相对误差小于5%，表明该模型具有一定的可靠性。
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  12Cr9NiAlMo模具钢的选区激光熔化成形工艺优化及热处理后的组织和性能

  王金海, 仪传明, 肖罡, 万可谦, 王文韫

  机械工程材料. 2022, 46(10): 49-55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210009

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  通过正交试验研究了激光功率、扫描间距、扫描速度等工艺参数对选区激光熔化成形12Cr9NiAlMo模具钢相对密度的影响，获得最佳工艺参数；研究了固溶时效处理后最优工艺成形试样的组织和性能。结果表明：激光功率对成形试样相对密度的影响程度最大，其次为扫描间距，最优工艺参数为激光功率325 W、扫描间距0.10 mm、扫描速度1 000 mm·s^-1，此时相对密度为99.22%；热处理后最优工艺成形试样中部分残余奥氏体转变为马氏体，并析出大量细小NiAl相，抗拉强度、屈服强度和硬度相比于未热处理分别提高了62.1%，59.6%，41.2%，断后伸长率和冲击吸收功降低了40.0%，81.3%。
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  不同温度下镍基单晶高温合金蠕变断裂特征

  韩凤奎, 刘蓓蕾, 吴保平, 薛鑫, 赵敬轩

  机械工程材料. 2022, 46(10): 56-60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210010

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  在不同条件（760℃/750 MPa、850℃/500 MPa、980℃/260 MPa、1 050℃/140 MPa）下对DD407单晶高温合金进行蠕变试验，观察了蠕变断口形貌以及蠕变断裂后的显微组织和位错，分析了蠕变断裂机制。结果表明：在760℃下，试验合金发生滑移剪切断裂，γ'强化相稍有变形，但未出现明显筏排化结构；蠕变位错主要分布在γ/γ'相界面处，仅有少量位错切入γ'相。在850℃下合金仍主要发生滑移剪切断裂，γ'相开始出现筏排化；在980℃和1 050℃下，合金发生韧性断裂，并且γ'相筏排化随蠕变温度升高而越发严重；在1 050℃/140 MPa条件下γ基体通道出现大量位错塞积，大量位错以长直的位错线形态切入γ'相。
新材料 新工艺
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  选区激光熔化成形不同孔隙结构Ti-15Mo多孔合金的压缩特性

  曾文灿, 陈荐, 任延杰, 周立波

  机械工程材料. 2022, 46(10): 61-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210011

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  采用选区激光熔化（SLM）技术分别成形了均匀孔隙体心立方（UBCC）、面心立方（UFCC）及其相应梯度孔隙体心立方（GBCC）、面心立方（GFCC）结构Ti-15Mo多孔合金试样，研究了合金的微观形貌、压缩特性及吸能特性，并分析其压缩失效行为。结果表明：SLM成形4种孔隙结构多孔合金的弹性模量为0.3～1 GPa，压缩平台应力为28～48 MPa，与人体小梁骨（弹性模量0.2～5 GPa和抗压强度4～70 MPa）相近；UFCC及GFCC结构合金的弹性模量和抗压强度均高于UBCC及GBCC结构合金的，其中GFCC结构合金最高；梯度孔隙结构合金的吸能特性均优于均匀孔隙结构的，其中GFCC结构合金具有最高的吸能特性，其吸收能量总量为6.60 J·cm^-3；均匀孔隙和梯度孔隙结构合金均在结点处发生应力集中而导致开裂。
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  乙炔基苯基封端遥爪型聚(酰亚胺-硅氧烷)的制备与性能

  江寒, 黄雄荣, 汪伟, 袁荞龙, 黄发荣

  机械工程材料. 2022, 46(10): 68-74. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210012

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  利用4，4'-二胺二苯甲烷（MDA）、4，4'-二胺二苯醚（ODA）和3，4'-ODA 3种芳香族二胺与端氨基聚硅氧烷组成混合二胺，再与含氟芳香二酐缩聚，经间氨基苯乙炔封端制备了3种乙炔基苯基封端遥爪型聚（酰亚胺-硅氧烷）（ATIS）树脂，研究了不同ATIS树脂的结构、加工性能、固化行为、热稳定性以及聚四氟乙烯（PTFE）纤维布增强ATIS复合材料的摩擦性能。结果表明：所制备ATIS树脂在有机非质子极性溶剂中均表现出优良的溶解特性，加工窗口为40~60℃，固化放热焓都不超过250 J·g^-1，含3，4'-ODA ATIS树脂的加工窗口最宽，含4，4'-ODA ATIS树脂的固化放热焓最低；在氮气中固化的树脂在800℃时质量残留率在30%左右；摩擦初期PTFE/ATIS复合材料的摩擦因数较大，30 min后降低至0.15以下，在30~240 min内保持稳定，90 min后含MDA复合材料的摩擦因数大于含ODA复合材料。
材料性能及应用
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  沉积温度对20CrMnTi渗碳钢表面电弧离子镀CrN涂层微观结构与性能的影响

  杨虎, 王仁鑫, 郭子铭, 林荣川

  机械工程材料. 2022, 46(10): 75-80. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210013

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  采用电弧离子镀技术于低温在20CrMnTi渗碳钢表面制备了CrN涂层，研究了沉积温度（120，150，180℃）对涂层微观结构和性能的影响。结果表明：制备所得CrN涂层由Cr₂N相和CrN相组成，随着沉积温度的升高，涂层的厚度增加，表面粗糙度先减小后增大，150℃下制备得到涂层的表面粗糙度最小，涂层表面质量最好；随沉积温度的升高，涂层表面的残余压应力和硬度均先升高后降低，且均在沉积温度150℃时最高，分别为262 MPa，754.29 HV；150℃下制备的涂层的平均摩擦因数最小，为0.251 7，此时涂层的主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，而120℃和180℃下制备得到涂层还发生了氧化磨损。
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  轧制变形量对含银铜合金组织和抗菌性能的影响

  周博维, 吴标, 赵伟, 向红亮

  机械工程材料. 2022, 46(10): 81-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210014

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  在室温下对含质量分数0.11%银的铜合金进行轧制，研究了轧制变形量（30%，50%，70%）对其组织和抗菌性能的影响。结果表明：含银铜合金的晶粒尺寸随轧制变形量的增加而减小，当轧制变形量为70%时，平均晶粒尺寸由未轧制的143 μm减小至1.4 μm，变形孪晶减少至基本消失；含银铜合金中存在纳米银颗粒，且偏聚在晶界处位错墙、位错缠结等缺陷密度较大区域，轧制后纳米银颗粒分布均匀；轧制有利于提高含银铜合金的抗菌性能，且变形量越大，抗菌性能越好，70%变形量轧制后含银铜合金与大肠杆菌悬液接触6 h时的抗菌率超过99.9%，且抗菌效果可持续12 h以上，这与提高轧制变形量可增加合金中的缺陷数量和晶界密度，促进纳米银颗粒的弥散分布有关。
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  热处理对A286铁基高温合金激光焊接接头组织和性能的影响

  张兵宪, 雷龙宇, 杜明科, 张云龙, 张敏

  机械工程材料. 2022, 46(10): 87-91,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210015

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  采用激光焊接方法对A286铁基高温合金薄板进行焊接，对焊接接头分别进行982℃固溶、982℃固溶+718℃时效热处理，研究了热处理对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明：未热处理时焊接接头焊缝组织主要由奥氏体、δ铁素体和γ'相组成；固溶处理后，接头焊缝中的δ铁素体含量增多，γ'相数量减少，接头强度、硬度与焊态相比变化不大，但断后伸长率由焊态的17.3%提升至22.7%；经固溶+时效处理后，接头焊缝组织中δ铁素体大部分转变为奥氏体，晶粒发生粗化，且析出大量弥散分布的γ'相，焊接接头的抗拉强度和屈服强度分别由固溶态的639，360 MPa提升至1 019，662 MPa，平均硬度达到了固溶态的200%，但断后伸长率降低至17.1%。
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  冷变形对Sanicro 25奥氏体耐热钢组织和性能的影响

  乔吉新, 申俊杰, 王新宇

  机械工程材料. 2022, 46(10): 92-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210016

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  对Sanicro 25奥氏体耐热钢进行变形量分别为0，20%，50%的冷轧变形，通过组织观察、电子背散射衍射、X射线衍射、拉伸试验和硬度测试等方法研究了冷变形对该钢显微组织、织构和力学性能的影响。结果表明：在试验条件下冷变形时试验钢中未形成新相；随冷变形量的增加，试验钢中孪晶数量和位错密度增加；试验钢在反极图z方向上的晶粒取向〈111〉，〈001〉为不稳定取向，冷变形导致了新的{112}〈110〉织构产生；随着冷变形量的增大，试验钢的Rotated cube{001}〈110〉和Goss{110}〈001〉织构的强度总体呈减弱趋势，抗拉强度、屈服强度和硬度增大，抵抗塑性变形能力减弱。
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  WC-Cr₇C₃复合增强铁基激光熔覆层的组织与性能

  王皓民, 汪国庆, 熊杨凯, 江昊, 赵远涛, 方志强, 李文戈

  机械工程材料. 2022, 46(10): 98-105. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210017

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  以铬粉、钨粉、石墨粉和铁粉为熔覆层原料，Ni60合金粉为黏结层原料，采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了WC-Cr₇C₃复合增强铁基熔覆层，研究了不同激光功率（2 500~3 500 W）和扫描速度（2~5 mm·s^-1）下熔覆层的宏观形貌，得到最优工艺参数，分析最优工艺下熔覆层的显微组织和性能。结果表明：最优激光熔覆工艺参数为激光功率3 500 W和扫描速度2 mm·s^-1；熔覆层中原位自生了网络结构的WC-Cr₇C₃复合碳化物，由熔覆层表面到内部其组织逐渐由等轴晶和树枝晶向柱状晶和平面晶转变；熔覆层的平均硬度为507.6 HV，较基体提高约63.8%，平均稳定摩擦因数为0.128，仅为基体的1/4，磨损率为4.9×10⁵ cm³·N^-1·m^-1，仅为基体的1/9，磨损形式为轻微的磨粒磨损和轻微的黏着磨损。
失效分析
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  7075铝合金高锁螺母开裂原因

  程全士, 黄青梅, 叶凌英, 许永春

  机械工程材料. 2022, 46(10): 106-112. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210018

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  T6态7075铝合金经由热处理转变为T73态后制造的高锁螺母，在大气环境下服役约3.5 a后多件发生开裂，通过化学成分分析、组织和断口形貌观察、残余应力测试等方法分析了开裂原因。结果表明：7075铝合金高锁螺母在服役过程发生了应力腐蚀开裂。高锁螺母安装后，其收口部位产生周向残余拉应力，表面氧化膜层开裂使得金属基体与大气中腐蚀性介质接触；7075铝合金在由T6态转变为T73态的热处理过程中，第二相沿晶界局部连续析出，为裂纹萌生和扩展提供了通道。在这些因素的共同作用下，高锁螺母发生应力腐蚀开裂。
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  易开盖用镀锡板开裂原因及改进措施

  兰昊天, 秦松, 徐晓涵, 宋乙峰, 岳重祥

  机械工程材料. 2022, 46(10): 113-118. https://doi.org/10.11973/jxgccl202210019

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  某钢厂生产的易开盖用镀锡板在制盖过程中于铆钉处出现开裂，开裂率约为0.08%，低于客户预期质量要求，采用化学成分分析、力学性能测试、显微组织观察、夹杂物分析等方法对其开裂原因进行分析，并提出相应的改进措施。结果表明：易开盖铆钉处发生韧性开裂，铆钉边部存在的大尺寸Al₂O₃和CaO夹杂物和明显厚度减薄现象分别是镀锡板开裂的直接原因和间接原因。将冶炼过程中的钢包精炼炉（LF）精炼工艺改进为钢液真空循环脱气（RH）精炼工艺后，成品镀锡板内单位面积夹杂物数量为4.7个·mm^-2，最大尺寸为15.5 μm，明显低于工艺改进前的49.8个·mm^-2和38.9 μm，未发现簇群状大尺寸夹杂物，RH精炼工艺对夹杂物的控制效果较好，同时镀锡板的化学成分、硬度、拉伸性能、显微组织均符合易开盖制盖要求，制盖开裂率降低至0.01%以下。