热处理数值模拟技术的研究进展

制造业的发展可提升一个国家的综合竞争力,其中金属材料发挥了重要作用.而热处理作为改善金属材料使用性能的重要基础工序,存在影响因素多、研发周期长的问题.因此,优化工艺,缩短周期,提高效率和质量是十分必要的.传统的热处理工艺,多凭经验而定,具有一定的盲目性、成本高和效率低等缺点.计算机与热处理技术的结合打破了这一瓶颈,使热处理过程"可视化"—可以观测到工艺参数对组织、性能的影响,使工艺优化有据可依,节省了大量能源及时间,缩短了研发周期,提升了生产效率.此外,还可实现对热处理相变机理的研究,深入分析相变对使用性能的影响.目前,在热处理模拟方面,应用较多的模拟方法主要有有限元法、蒙特卡罗法、元胞自动机法和相场法,它们在模拟中各有千秋.有限元法以耦合多场的优势侧重于探索热处理工艺参数的影响,目的是优化热处理工艺,解决工程实际应用问题.后面三种方法主要是针对相变机理的研究,其中蒙特卡罗法和元胞自动机法更多用来模拟相变过程中的形核位置及晶粒长大现象;相场法多模拟相变的介观形貌,探究相变的演变过程机理.本文对这几种模拟方法在热处理方面的应用现状进行了总结介绍,并对比了这几种方法的优缺点,为研究人员选用模拟方法提供参考依据.重点分析了有限元法在热处理数值模拟中的应用,在此基础上对热处理数值模拟的未来发展进行了展望,指出基于有限元算法的跨尺度多场耦合集成计算将是未来发展方向之一.     

还原氧化石墨烯(RGO)/硅复合材料的制备及用作锂离子电池负极的电化学性能

利用天然鳞片石墨通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在碱性条件下通过超声波剥离、静电自组装、磁力搅拌和高温还原的方法合成了还原氧化石墨烯/硅(RGO/Si)复合材料。借助XRD、SEM、TEM、EDX能谱分析和比表面积分析等发现,Si颗粒均匀分布在RGO片层内。在室温下,以该复合材料作为锂离子电池负极,在不同电流密度下研究了其电化学性能。结果表明,RGO/Si复合材料(2∶1)首次循环的放电比容量为1 231 mAh/g,首次库仑效率高达90.9%,在20次循环后,可逆容量保持在452 mAh/g,库仑效率为99.2%。RGO/Si复合材料(1∶1)的RGO片层包覆Si颗粒最紧密,其复合结构最稳定,在高电流密度下容量保持率较高。     

脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕仪等设备进行表征。结果表明,随着脉冲负偏压的增加,薄膜中Ti元素的含量先减小后增大,而Al元素有相反的变化趋势。适当增大脉冲偏压,薄膜表面颗粒、凹坑等缺陷得到明显改善。物相分析表明TiAlCN薄膜主要由(Ti,Al)(C,N)相,Ti4N3-x相和Ti3Al相组成。薄膜平均硬度与弹性模量随脉冲负偏压的增加先增大后减小,在负偏压-200 V时达到最大值分别为36.8 GPa和410 GPa。     

脉冲电镀镍–纳米氧化铝复合镀层及其组织结构与性能表征

采用脉冲电镀法在Q235钢上制备了Ni–纳米Al_2O_3复合镀层。通过正交试验得到最佳工艺条件为:六水合硫酸镍234 g/L,六水合氯化镍30 g/L,硼酸35 g/L,十二烷基硫酸钠0.6 g/L,糖精1 g/L,纳米Al_2O_3 10 g/L,p H 3.5,电流密度2 A/dm~2,占空比60%,频率1 000 Hz,温度40°C,搅拌速率200 r/min,时间60 min。在最佳工艺条件下所得Ni–纳米Al_2O_3复合镀层表面平整、致密,晶粒细小,弥散分布着纳米Al_2O_3,显微硬度、耐磨性和耐蚀性都比Ni镀层好。     

锂离子电池负极用多孔碳包覆Li4Ti5O12复合材料的制备及电化学性能

利用水热合成和高温活化处理对Li₄Ti₅O₁₂进行多孔碳包覆复合改性实验,制备了Li₄Ti₅O₁₂@porous-C复合材料,研究了复合材料微观结构和电化学性能。结果表明:Li₄Ti₅O₁₂完全被包覆在多孔碳层中,同时,Li₄Ti₅O₁₂@porous-C复合材料表面碳层孔洞分布均匀,碳层厚度约为（8.5±3.6） nm。其首次放电比容量为363 m Ah/g,约为纯Li₄Ti₅O₁₂放电比容量的2倍;交流阻抗值降低,仅为纯Li₄Ti₅O₁₂的阻抗值的一半;Li₄Ti₅O₁₂@porous-C复合材料在循环200周后的放电比容量为2...