颗粒增强钢铁基表面复合材料铸渗技术的研究与发展

从材料的选择、铸渗工艺、及铸渗应用等方面,介绍了国内外运用铸渗法制备钢铁基表面复合材料的新进展.分析了复合材料中增强相和基体间的相互作用和界面问题.提出了今后研究工作中值得重视的几个问题.     

Al2O3/TiAl复合材料的原位合成及反应机制的研究

利用Al-Ti-TiO2体系的放热反应,原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.借助示差热分析法探讨了体系的反应机制,采用XRD、SEM和OM分析了复合材料的相组成及显微组织.结果表明,原位合成Al2O3/TiAl复合材料由TiAl、Ti3Al和Al2O3相组成,Al2O3颗粒分布于TiAl和Ti3Al双相交界处,并存在一定团聚.随其含量增加,团聚程度加剧,晶粒尺寸减小.Ti和Al反应生成TiAl3放出的热量使部分TiAl3相处于液相状态,熔融的体积分数约为87.87%,液相的存在提高了颗粒间的润湿性,同时放出的热量是引发后续反应的原因之一.TiAl3与Al-TiO2的还原反应生成的活性Ti原子结合最终生成了TiAl和Ti3Al相.     

铜磷非晶箔带钎料的制备及性能研究

利用液态单辊急冷法和传统铸造技术分别制备出成分相同的Cu68.5Ni15.7P6.5Sn9.3非晶箔带钎料和普通钎料,制得的非晶铜磷钎料箔带成型性良好,对折180°不断.将两种钎料在四种钎焊温度(660、670、680和690℃)和三种保温时间(5、10和15 min)下与紫铜进行真空钎焊,借助DTA、XRD进行分析.结果表明,制备的非晶箔带钎料与相同成分的普通钎料相比,前者熔点低于后者;在同一钎焊条件下,前者润湿性优于后者.     

纳秒激光织构钛合金表面及其润湿性研究

针对工业领域常用特种钛合金材料TC4(Ti6Al4V),采用纳秒激光加工技术进行表面织构加工,通过改变激光扫描间距,分析表面形貌构建以及表面润湿性转变机制。实验使用扫描电子显微镜与能谱仪分析表面微观结构与元素物相成分变化,通过接触角测量仪表征表面疏水特性。结果表明：进行激光织构加工后,材料表面亲水性大幅增加;在空气中暴露一段时间后,逐渐转变为疏水性并趋于稳定,扫描间距为60μm加工的表面最大接触角达到139.92°,其表面分布的显著多级微纳结构起到了关键作用。     

钛表面微凹凸织构的激光加工及其细胞黏附研究

钛以其优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性等,需对其表面进行修饰改性。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构,对比了两种激光技术在钛表面加工的微凸起和微凹槽结构在表面形貌、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。表面形貌、轮廓、元素的表征结果表明两种激光加工结构的尺寸主要受能量密度的影响,而形状受光斑重叠率的影响较大,皮秒激光加工表面的氧含量较高。由于飞秒和皮秒激光改性钛表面微织构形貌的差异,水接触角(以下简称“接触角”)从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空、生理盐水中保存3 d后的表面接触角发现,皮秒激光加工样品表面能保持稳定的超亲水性;经硅烷处理后,飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°,而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。细胞黏附和增殖的实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列,而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移。     

连接SiCp/6063Al复合材料的Al-Si-Cu-Ce-Ti箔状钎料制备及其性能研究

采用快凝甩带技术制备了6组不同Ti含量的(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-xTi急冷箔状钎料,并对SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊,然后对钎料及接头的显微组织和性能进行分析。结果表明,急冷箔较常规铸态钎料的组织细小、均匀;固、液相线降低,熔化区间变窄;随着Ti含量的增加,急冷箔中片状Al-Si-Ti金属间化合物相增多,导致钎料脆性增加;6组钎料在复合材料上润湿性较差,但在6063Al合金上润湿性良好。在580℃钎焊温度、保温30min条件下,采用1%Ti含量急冷箔状钎料成功连接了SiCp/6063Al复合材料,钎焊接头组织致密、完整,急冷箔状钎料与6063Al合金基体连接界面可进行充分的冶金结合,且接头剪切强度达到104.9 MPa;钎焊前采用夹具增加接头压力可显著提高接头的连接质量。     

高温下液硅的润湿性

液硅在耐高温材料上的润湿性对于低成本太阳能电池生产过程中硅的精炼和铸造具有重要的研究意义。为了研究液硅的润湿性,采用座滴法分别研究真空和氩气气氛以及不同温度条件下液硅在高纯石墨以及刚玉基底材料上的接触角。实验结果表明,高纯石墨基底材料表面越粗糙,液硅所形成的接触角越小,从而润湿性越好;真空条件下液硅在刚玉上的接触角并没有随着加热温度的上升呈现下降的趋势,而是在88°~90°的范围内波动,分析图像的过程中可明显看到液硅在刚玉基底材料上左右来回蠕动的现象。     

不同炭黑对钙钛矿太阳能电池性能的影响

本文研究了四种炭黑(Cabot Vulan XC-72(CVXC-72),XFI15,Ketjen EC-300J(EC300J),Ketjen EC-300JD(EC300JD))对碳对电极及其制备的电池性能的影响。研究结果表明:以EC-300J为基础制备的碳对电极导电性最好且其与CH3NH3PbI3前驱体溶液具有较好的润湿性,基于这种炭黑制备的电池器件得到了4.88%的光电转换效率,并具有较好的稳定性。     

多孔介质孔隙结构的网络模型应用

本研究分别用毛细管束模型和网络模型对多孔介质的孔构型进行描述。为了克服毛细管束模型在反映真实结构存在的局限性,有必要发展更为精确的方法,在诸多的多孔介质模型中,网络模型经过多年的研究、发展,已经可以较好地实现对过程机理进行定量预测,进一步通过引入非线形分形理论,对复杂孔隙结构可望得到更为真实可靠的构型模型。     

液体壁面滑移的分子动力学研究

以平行板间液氩的Poiseuille流为例,用分子动力学模拟的方法,对壁面润湿性、外部驱动力以及通道宽度影响液体壁面滑移现象进行了研究.结果表明:在疏水性微通道中,液体的流动存在边界正滑移;在亲水性微通道中,在外力较小时,液体的流动存在边界负滑移,即有类似宏观的边界粘滞层存在,而当外力逐渐增大时,边界滑移从负滑移变为正的滑移.液体在不同宽度的微通道中流动时,绝对滑移长度均随外力的增大而变小,并趋向于定值.研究还发现在不同空间大小的通道中,壁面滑移速度随外力的增大而增大的变化存在拐点,在拐点两侧,界面作用的影响不同.