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刊载范围

本刊定位于“成为船舶及海洋工程材料技术交流平台,加强材料界学术交流,促进船舶行业和海洋工程领域技术创新和产业发展”。主要刊载各类金属材料、高分子聚合物材料、无机非金属材料、复合材料以及腐蚀与防护、失效分析、测试评价等技术相关的高水平论文。

主       编:廖志谦

执行主编:马玉璞

副  主  编:全识俊

主       管:中国船舶集团有限公司

主       办:洛阳船舶材料研究所; 中国造船工程学会船舶 材料学术委员会

编辑出版:《材料开发与应用》杂志社

ISSN 1003-1545

CN 41-1149/TB

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综述
B30铜镍合金管材表面膜层演化及失效行为研究进展
刘鹏, 陈雨雨
2023, 38(6): 1-8.  
[摘要](3) [PDF 6067KB](0)
摘要:
B30铜镍合金管材由于其良好的耐海水腐蚀性能被广泛应用于船舶换热设备及海水管系,但在复杂工况下,服役过程中频繁发生膜层失效导致的管材腐蚀泄漏问题。本研究分析了B30铜镍合金管材表面膜层的耐蚀机理及演化过程,阐述了铜镍合金表面膜层失效模式及影响因素,并提出了B30铜镍合金管防腐措施及使用建议。
腐蚀与防护
司太力合金涂层的制备及与液态铅铋相容性研究
张天一, 吕沙沙, 阮章顺, 付晓刚, 龙斌, 陶柳, 秦博, 李正操
2023, 38(6): 9-14.  
[摘要](1) [PDF 6122KB](0)
摘要:
铅冷快堆使用具有更高安全性的液态铅铋合金作为冷却剂,是颇具发展前景的先进四代堆型。本研究围绕耐铅铋腐蚀涂层,在奥氏体不锈钢基体上开展司太力合金涂层的制备,分析其组成成分和微观结构。开展涂层的铅铋腐蚀实验,分析其结构完整性、力学性能、表面氧化层及物相组成变化。通过微观结构和力学性能表征,评估司太力合金涂层的耐铅铋腐蚀性能,从而为铅铋快堆的工程应用提供理论支撑和技术支持。
S2-对高强Cu-7Ni-3Al合金在NaCl溶液中耐蚀性能的影响
张思瑶, 张卓栋, 常延丽
2023, 38(6): 15-21.  
[摘要](1) [PDF 6443KB](0)
摘要:
实验以铜镍系耐蚀铜合金为基础,利用真空熔炼法制备得到Cu-7Ni-3Al合金,通过静态浸泡法对Cu-7Ni-3Al在不同S2-浓度的3.5%(w) NaCl溶液中的腐蚀速率及腐蚀形态进行了研究。结果表明,通过真空熔炼法能制备出综合力学性能良好的Cu-7Ni-3Al合金。S2-的存在促进了Cu-7Ni-3Al合金的腐蚀,Cu-7Ni-3Al合金的腐蚀速率随S2-浓度的增大而增大,原因在于Cu-7Ni-3Al合金在S2-环境中会形成Cu2S,Cu2S会使表面钝化膜变脆,并且阻止氧化膜的生成从而使腐蚀加速,因此Cu-7Ni-3Al合金在3.5% NaCl溶液中随S2-含量的增加,耐蚀性下降。
基于灰色系统理论的动车组铝合金横梁涂层在实验室盐雾环境下的寿命预测研究
张晓成, 陈宇凡, 魏木孟, 姚敬华, 王浩, 范国栋, 杨博均, 王华清
2023, 38(6): 22-31,51.  
[摘要](0) [PDF 6468KB](1)
摘要:
在实验室盐雾环境条件下建立了动车组铝合金横梁涂层体系的寿命预测模型,并预测了该环境下涂层体系的服役寿命。首先,基于实验室盐雾环境条件下的实验结果,分别构建了涂层体系的吸水动力学模型、湿态附着力GM (1,1)模型以及涂层厚度数学模型。随后,利用灰色关联分析方法,计算并修正这3种失效影响因素在涂层失效过程中所占的权重,建立涂层体系失效的数学模型。经过数学统计和实验结果对比验证,认为该模型具有良好的可靠性,能够对实验室盐雾环境条件下动车组铝合金横梁涂层的寿命进行准确预测。
几种典型高耐久性防腐蚀涂层体系的循环老化研究
吴乐, 曾登峰, 陶乃旺
2023, 38(6): 32-40,51.  
[摘要](1) [PDF 11130KB](1)
摘要:
按照防腐蚀保护相关标准要求,对热喷镀锌复合涂层、富锌底漆涂层和非富锌底漆涂层等三类典型的海洋大气环境下的涂层体系进行循环老化试验,分析了各涂层体系的失效原因,并在防腐性能、施工成本、后期维护和环保性等方面进行对比分析。在极端腐蚀环境的循环老化试验中,涂层失效的主要原因为缝隙腐蚀和温度变化产生的热胀冷缩作用。在极端腐蚀环境中推荐使用镀锌涂层和富锌底漆涂层体系。环保化、低VOC (挥发性有机化合物)化以及长效化是海工重防腐涂料的未来发展方向。
测试与分析
基于纳米压痕及区间优化的Al 2024-T3铝合金本构参数识别研究
张桂涛, 黄想, 侯冰玉, 王明智
2023, 38(6): 41-51.  
[摘要](0) [PDF 12676KB](0)
摘要:
纳米压痕实验由于试样准备简便、使用范围广等优势,在材料力学测试领域得到了广泛关注。本研究建立了一种考虑纳米压痕实验不确定性的Al 2024-T3铝合金材料塑性参数识别方法。首先,针对Al 2024-T3铝合金开展了纳米压痕实验,获取了载荷-位移曲线,由于材料存在不均匀性,所以实验曲线存在不确定性。基于超参数优化的人工神经网络,建立了材料性能参数与压痕响应加载曲线的关联。基于区间优化理论,引入压痕实验曲线的不确定性,以压痕实验曲线加载曲率为不确定性量,提出了基于双层嵌套遗传算法的材料参数反分析识别区间优化模型,并进行了参数识别反问题的求解。该方法的优势在于能够考虑到实验测量的不确定性,识别结果更可信。所建立方法的有效性在Al 2024-T3铝合金塑性参数识别中得到了验证,识别误差分别为:屈服应力-0.87%,硬化指数2.76%。该识别方法可用于小尺寸试样局部力学性能的检测领域。
累积叠轧制备多层TiAl3化合物动力学研究
邱星宇, 方红梅, 曹丽丽, 杨登科, 叶岳松
2023, 38(6): 52-57,62.  
[摘要](0) [PDF 5403KB](0)
摘要:
利用差示扫描量热法、X射线衍射和扫描电子显微镜研究累积叠轧制备Ti/Al多层的固相反应,揭示了累积叠轧制备Ti/Al多层生成TiAl3相的动力学特征。轧制后金属多层的DSC曲线中含有两个放热峰,外形与通过三极管磁控溅射沉积Ti/Al薄膜获得的DSC曲线非常相似,两个放热峰分别代表了Ti/Al多层中TiAl3相的成核和增厚过程。为了更好地了解TiAl3相的成核情况,用累积叠轧制备的Ti/Al多层进行等温DSC试验,并结合JMA模型进行比较分析,建立了基于溅射沉积薄膜反应中相形成动力学模型的修正模型,使得根据修正模型计算出的DSC曲线更加贴合试验得到的DSC曲线。结果显示:在累积叠轧制备的Ti/Al多层中,TiAl3相的成核和横向生长以及层增厚的动力学特征,可以通过基于溅射沉积薄膜反应中相形成动力学模型的修正模型来解释。
工艺研究
烧结钽棒提纯工艺研究
李仲香, 张健康, 谢永旭, 陈学清
2023, 38(6): 58-62.  
[摘要](2) [PDF 4844KB](0)
摘要:
对烧结钽棒提纯工艺进行研究,结果表明钽棒等静压成型用包套会造成成型钽棒表面污染,导致碳元素含量增加,钽棒成型选用裂解温度较低的乳胶包套较橡胶包套可以有效降低烧结后钽棒碳元素的残留。高温烧结,能够除去部分残留的杂质,但要完全除尽十分困难。采用HNO3+HF体系酸洗的方式可以有效地去除钽棒表面的夹杂物,达到钽棒提纯的效果。
钛制热管式换热器热管与管板连接工艺研究
殷亚运, 李鹏, 邱胜闻, 高奇, 郭立栋, 董闯闯
2023, 38(6): 63-66.  
[摘要](1) [PDF 4625KB](0)
摘要:
针对承受较大内外压差的钛制热管式换热器的热管与管板连接工艺难题,设计了一种接头连接,并制定了具体的工艺规范,先采用脉冲TIG焊焊接热管管壳与套管,然后进行单个热管制备,最后采用真空电子束焊接工艺焊接套管与管板间环对接缝。依据工艺制备了样件,对焊接头进行了外观、无损、低倍金相、拉脱力检测,对样件整体进行了水压试验考核。结果表明,样件各项检测及试验满足相关标准要求,研究结果为高性能钛制热管式换热器的研制奠定了关键工艺基础。
组织与性能
柔性可编织Ti丝/TiO2纳米多孔膜光阳极的制备及其光电催化性能研究
李梦琦, 李小龙, 顾晓栋, 沈忱思, 张丽莎
2023, 38(6): 67-73.  
[摘要](0) [PDF 10255KB](0)
摘要:
半导体光电催化是一种可高效降解各类污染物的技术,其关键在于开发高效、易回收且性能稳定的光阳极。利用阳极氧化法在柔性Ti丝表面原位生长TiO2纳米多孔薄膜,最终制得的薄膜孔径约为85 nm,厚度约为10 μm。Ti丝/TiO2纳米多孔膜复合物具有良好的柔性,将其编织成质量为0.25 g、面积约为36 cm2的织物光阳极,并进行光电催化实验。结果表明:光照下,随着偏压从0 V增加到0.6 V,光电流从0 mA上升至0.32 mA。在0.6 V外加电压以及可见光光照120 min后,溶液中的罗丹明B降解效率高达87.8%,明显高于光催化时的60.0%和电催化时的3.6%。循环使用4次后,光阳极仍对罗丹明B保持着85.0%的降解效率,展现了良好的稳定性。因此,Ti丝/TiO2纳米多孔膜光阳极在光电催化降解污染物上具有较好的应用前景。
夹层材料对钛/钢复合板组织及性能的影响
郭松涛, 吕林, 聂远超, 金云学
2023, 38(6): 74-79.  
[摘要](1) [PDF 15471KB](0)
摘要:
基于实际生产线,研究添加DT4或SL3夹层材料对TA2/Q235B复合板组织及性能的影响。通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱电子衍射(EDS)、X射线衍射(XRD)和力学试验等对钛/钢复合板进行分析。研究发现,添加DT4夹层的复合板界面较为干净,TiC较为均匀,界面化合物等相对较少,剪切强度达到187.4 MPa;添加SL3夹层的复合板界面夹杂物较多,界面存在TiFe、TiNi等金属间化合物,剪切强度仅为148.6 MPa。两种夹层的复合板剪切断裂位置均发生在钛侧,断口处均发现脆性断裂特征。研究表明,加入DT4夹层复合板的剪切强度更高,有利于工业化生产。
锻造温度对Nb521合金棒材组织及力学性能的影响
郝小雷, 胡淑娟, 郑梗梗, 王飞
2023, 38(6): 80-85.  
[摘要](8) [PDF 6340KB](3)
摘要:
在1 000~1 400℃的温度区间对Nb521合金棒材进行拔长锻造,利用显微硬度仪、金相显微镜、拉伸试验机以及超声波探伤仪研究锻造温度对组织和性能的影响。结果表明:锻造温度越高,棒材的动态再结晶比例越高,后续完成再结晶的退火温度越低。随着锻造温度升高至1 400℃,退火态棒材截面上的组织细小均匀,强度和塑性匹配最好。最后,通过棒材的超声波探伤检测,证实了提升锻造温度有利于组织的均匀化,明显降低杂波水平。
热输入对10CrNi3MoV钢MAG焊接头组织和性能的影响
曹文安, 叶凡, 孙磊, 刘健, 牛继承
2023, 38(6): 86-91,110.  
[摘要](1) [PDF 9941KB](0)
摘要:
为制定合理的焊接工艺,保证焊接质量,设置不同焊接热输入进行了10CrNi3MoV钢MAG焊接。采用微观组织分析、断口观察、力学测试等手段研究了焊接热输入对接头组织及性能的影响。结果表明,热输入较小时(E=11.0 kJ·cm-1E=14.4 kJ·cm-1),焊缝组织以针状铁素体为主,并含有部分粒状贝氏体、先共析铁素体等;热输入较大时(E=18.1 kJ·cm-1),针状铁素体占比降低,粒状贝氏体、先共析铁素体等增多,组织粗化。随热输入的增大,粗晶区晶粒粗化,组织由板条马氏体逐步转变为板条贝氏体,板条界限模糊,并有粒状贝氏体出现;焊缝金属强度降低,冲击韧性先略有升高后显著降低,断裂形式由微孔聚缩型韧断变为准解理/韧性混合断裂。热输入E=14.4 kJ·cm-1时,焊缝组织以细密的针状铁素体为主,具有最佳强韧性匹配。
非金属材料
多孔橡胶制品注射成型的硫化模拟与实验研究
徐鲁杰, 陈玉虎, 张玲, 黄明, 翟孟雷, 陈文广
2023, 38(6): 92-99,110.  
[摘要](2) [PDF 9490KB](1)
摘要:
基于实验测试及丁腈橡胶材料注射成型模型的拟合参数,以及结合充填阶段胶料硫化和温度场的变化情况,对厚壁多孔橡胶制品注射成型的硫化过程进行模拟。分析了不同充填条件对保压硫化阶段模拟的影响,并通过实验验证模拟结果的准确性。
强度与失效
基于I1断裂准则的圆棒试样单轴拉伸断裂过程分析
薛钢
2023, 38(6): 100-110.  
[摘要](3) [PDF 16320KB](1)
摘要:
基于I1断裂准则开展了两种材料模型圆棒试样单轴拉伸断裂过程的有限元模拟,结果表明:颈缩变形阶段,最小截面中心位置最先形成裂纹,在裂纹形成瞬间失稳扩展成一定尺寸的圆形裂纹后停止扩展,在后续持续增大的位移载荷作用下,裂纹步进式扩展;裂纹的形成与失稳扩展伴随着轴向作用力的急剧降低,利用该特征可测定材料的断裂强度Ib