预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预...     

钛-铝层状复合板冷塑性变形过程损伤演化行为

基于原位拉伸试验方法,对钛-铝层状复合板冷塑性成形过程中的损伤演化行为进行了研究。获得了钛-铝层状复合板在拉伸变形过程中微裂纹的萌生和扩展规律,研究了钛-铝层状复合板界面区、钛层、铝层的拉伸断口形貌,揭示了钛-铝层状复合板冷塑性变形过程中界面区和各异质层的损伤演化机制。研究结果表明:裂纹首先在钛-铝层状复合板的界面区萌生、扩展和连接,导致钛层和铝层发生分层;随后,裂纹由界面区向钛层扩展,当钛层发生断裂后裂纹由界面区向铝层扩展。界面区的断裂呈典型的脆性断裂。     

三场耦合下路面混凝土界面区结构的损伤机制

界面区是水泥混凝土结构中的薄弱区域,为揭示华北地区路面混凝土界面区结构在实际工作环境中的损伤机理,通过室内试验模拟路面混凝土在荷载、冻融和干湿三场耦合下的工作状态,采用数字图像处理技术对不同工作阶段的路面混凝土界面区结构进行图像提取与分析,揭示路面水泥混凝土在三场耦合下界面区结构的动态变化过程,进而研究三场耦合作用下路面水泥混凝土细观损伤机制.结果表明:标准养护3个月后混凝土的界面区宽度在30~40μm之间;随着荷载、冻融和干湿循环三场耦合作用时间的增长,混凝土疲劳寿命明显缩短,达到疲劳破坏时,界面区宽度接近60~70μm;三场耦合作用下界面区的扩展速度明显增加,混凝土的结构密实度逐渐降低,最大裂缝长度先延伸然后减小,而裂缝最大宽度则逐渐增加;最终确定了混凝土疲劳破坏时界面区宽度范围以及界面区结构破坏特征参数临界值.     

新老混凝土界面区氯离子传输特征与模型

为研究新老混凝土界面区氯离子传输的特征及模型，制作了不同水灰比搭配、不同界面凿毛深度的新老混凝土接合体试件，进行为期90 d的氯盐溶液干湿循环侵蚀试验.然后对各试件不同位置处的氯离子浓度进行测试，据此分析界面区氯离子传输特征，并结合相关文献中本体混凝土氯离子传输模型建立界面区氯离子传输模型.结果表明：界面区氯离子浓度明显高于两侧新老混凝土本体区域，氯离子传输存在典型的界面区效应；当新老混凝土水灰比相同且界面未凿毛时，界面区呈现出良好的对称性；而当水灰比不同或(和)界面凿毛时，界面区呈现出非对称性，界面区重心偏向水灰比较高的老混凝土一侧，且水灰比差距越大或(和)凿毛深度越大，界面区向老混凝土一侧的偏移也越多，同时界面区效应水平也越弱.通过与其他试验结果的对比，验证了界面区氯离子传输模型具有较好的适用性.     

混凝土内钢筋锈胀力发展及钢筋锈蚀速率的时变性

为了研究混凝土内钢筋的锈蚀过程及其内在机理,通过对不同锈蚀阶段钢筋与混凝土界面的细观观测,描述了锈蚀层的形成与发展过程,给出了钢筋锈胀力的分布形态,揭示了混凝土锈胀开裂过程和钢筋锈蚀速率的时变过程.结果表明:钢筋锈蚀产物的膨胀性以及钢筋-混凝土界面区的多孔性,为铁锈物向界面区孔隙内的扩散提供了条件,随着锈蚀的进行,原有的界面区逐渐演变为混凝土与铁锈物混合的锈蚀层.锈蚀层的进一步发展,不仅会导致钢筋表面界面区逐渐密实,阻碍混凝土保护层中氧气和水分向锈蚀界面的输送,使混凝土内钢筋锈蚀速率下降,而且会使锈蚀物在钢筋表面产生对混凝土的膨胀力,最后导致混凝土开裂.     

纤维品种和掺量对混凝土抗冻性及微观结构的影响

通过快冻法试验研究了掺入钢纤维和聚丙烯纤维及纤维掺量对C50高性能混凝土抗冻性的影响;利用扫描电子显微镜观察了纤维基材界面区的微观结构,从微观结构角度分析了抗冻性试验的结论。结果表明：虽然钢纤维基材界面区的微观结构优于聚丙烯纤维基材界面区,但聚丙烯纤维对混凝土抗冻性的改善效果优于钢纤维;聚丙烯纤维对混凝土抗冻性的影响存在阻裂效应和弱界面效应双重作用,存在最佳纤维掺量;掺入1.0 %聚丙烯纤维对混凝土抗冻性提高效果最好,300次冻融循环后相对动弹性模量高达98.01 %。     

双层烧结铁基材料的制备及其组织性能

采用加压烧姑工艺制备了双层烧结铁基材料，研究了合金元素对高合金层烧结致密化的影响及其在界面区的分布规律，分析了该材料的显微组织和力学性能。研究结果表明：提高C和Mo的含量有利于高合金层的致密化，而提高V含量阻碍其致密化。双层烧结铁基材料综合了高合金层和基体层的优点，抗弯强度达1980MPa,冲击韧性达18J／cm^2，洛氏硬度为50。高合金层呈脆性解理断裂，基体层呈韧性断裂；C和Mo和V在界面区的扩散受到抑制，其中Mo和V集中分布在碳化物中；Cr在界面区有一定程度的扩散，Cr在高合金层中的分布相对均匀。     

钢纤维对高强砼的增强、增韧与阻裂效应的研究

主要采取掺加高效减水剂以配制高强砼并使之与钢纤维复合的技术途径,研究了纤维体积率、纤维外形、砼基材强度等因素与钢纤维对高强砼的增强、增韧和阻裂效应间的相互关系.并研究了钢纤维与高强水泥基材、螺纹钢筋与钢纤维高强砼的界面粘结特性。通过分析界面区微观结构与宏观力学性能的关系,探讨了界面区Ca(OH)_2晶体的取向指数、取向范围、晶体平均尺寸与晶体尺寸曲线限度以及显微硬度的变化规律。此项研究可为钢纤维高强砼的设计提供理论依据。     

冻融循环下土石混合体-混凝土界面剪切特性及孔隙结构演化特征试验研究

为探明冻融循环下寒区土石混合体-混凝土界面强度劣化机制,首先,通过核磁共振(NMR)分层测试获取界面区孔隙结构演化特征;其次,考虑冻融循环次数、含石率、法向应力的影响开展直剪试验,以探究界面剪切力学特性;同时,基于分形理论定量评价界面区孔隙结构特征;最后,结合界面区孔隙结构演化特征与界面强度劣化规律揭示界面强度劣化机理。研究结果表明：土石混合体层及界面层T₂谱分布均有2个峰值,随冻融次数增加向右发生偏移,反映了冻融过程孔隙结构的演化特性;界面剪切应力-位移曲线表现为应变软化型,界面抗剪强度及黏聚力随冻融次数增加呈现急剧下降、反翘、缓慢下降3个阶段;分形维数随冻融次数的增加呈先增大后减小趋势,随含石率的增加而增大;第1次冻融循环后,界面区土颗粒聚集成较大的团聚体,界面层孔隙体积增大,孔隙复杂程度变大,界面整体性下降,经历5次冻融后,团聚的土颗粒逐渐变脆破碎导致骨架塌落、孔隙体积减小,界面处黏结力增大,称第5次冻融循环为骨架结构变形“分水岭”,之后随冻融次数的增加碎石外部的土颗粒逐渐剥落,界面区孔隙体积增大,界面逐渐脱黏劣化。     

铝-铜脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊接头组织分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法,利用ER4047铝合金焊丝在T2铜板上进行平板堆焊实验,通过调节焊接参数获得良好焊缝成形.利用SEM、EDS和XRD等测试手段对连接界面区的微观组织进行观察和分析.结果表明:在连接界面区从铜侧到铝侧依次生成条状的Cu9Al4、块状的CuAl2金属间化合物和絮状的α(Al)+θ(CuAl2)共晶体,且金属间化合物层的厚度随着母材热输入的增加而增大,同时块状脆性金属间化合物尺寸变大.对熔钎焊接头进行显微维氏硬度测量,结果显示,铝-铜熔钎焊焊接接头金属间化合物区域显微硬度最高达406.7HV,说明铝-铜熔钎焊连接界面区出现脆硬相.     

反向凝固薄带坯高温平整轧制的研究

研究了高温平整轧制前后钢带表面平整度及界面结合情况的变化,并进一步探讨了轧制参数对界面结合强度的影响·分析了带坯复合界面的演化机理·结果表明:平整轧制可明显改善钢带表面的平整度,提高界面结合强度;轧制温度、轧制压下量等工艺参数对界面结合有较大影响,而轧制速度影响不大;平整轧制时,反向凝固带坯复合界面发生演化,使界面结合增强,其机理为咬合机制、互扩散机制及固溶作用机制·     

粘结层中的Co对热障涂层界面结合因子的影响

用固体与分子经验电子理论(EET)和改进的TFD理论的结合,计算了热障涂层不同粘结层Co含量下的陶瓷层/粘结层界面的界面结合因子,结果表明:含Co界面的最小电子密度差Δρmin比不含Co时小,Co有利于缓解界面的应力;加Co后使该界面电子密度保持连续的原子状态组数σ′比不加Co至少增加一个数量级,Co有利于使界面稳定,且从σ_equal和σ_super可知这种稳定性不会由于应力的升高受到破坏;当粘结层的表面为(110)时,加Co后电子密度ρ总是提高,有利于提高界面的结合力;当粘结层的表面为(100)和 (111)时,界面的结合力不受Co含量影响。所以,Ni基粘结层中的Co可改善热障涂层的陶瓷层/粘结层的界面结合。     

扩散焊接条件下复合材料接合区界面行为研究

对复合材料SiCw-6061A1扩散焊接接合区基体-基体、弱吉相-基本、弱强相-增强相三种界面行为进行了探索性的研究,分析了接头微观组织及其力学性能。研究表明,在试验范围内,当焊接温度低于复合材料固相线温度时,基体-基体界面可以实现良好结合,而增强相-基体-增强相-增强相界面难以实现结合。发现在铝基复合材料SiCw-6061Al液、固两相温度区间存在一个“临界温度”,当焊接温度达到该温度时,接合区出现一定数量的液态基体金属,不仅基体-基体、增强相-基体界面可以实现较好结合,而且增强相-增强相界面将转化为增强相-基体-增强相界面,焊接接头强度达到母材强度;在此基础上首次提出“非夹层液相扩散焊接”新工艺,成功实现复合材料SiCw-6061Al扩散连接。     

基于粘结强度特征数的烧结矿强度评价方法

烧结矿的强度主要取决于含铁矿物的强度、粘结相自身的强度以及粘结相与含铁矿物间的粘结强度。研究表明粘结相与含铁矿物间的粘结强度是烧结矿强度的主要制约因素。将粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度(12.58 MPa)的比值定义为粘结强度特征数,并用其评价烧结矿的整体强度。同时,结合烧结矿的微观结构对烧结矿强度进行研究。结果表明,与粘结相自身微观结构相比,粘结相与含铁矿物界面的微观结构较为疏松;固液两相之间的冷收缩系数不同,粘结相与含铁矿物之间易形成内应力,不利于粘结强度的提高。因此,粘结强度满足一定要求时,烧结矿的强度就能满足生产要求。     

不同冷却条件SiCp／ZA—27复合材料界面的TEM观察

主要用透射电子显微技术（TEM）、电子探针显微分析（EPMA）和选区电子衍射技术（SAD）分析了不同冷却条件下SiCp/ZA-27复合材料的界面特征和结构,发现冷却速度明显影响复合材料的界面结构、界面相组成和复杂金属氧化物的分布以及枝晶生长过程的溶质二次分配,且复合材料慢冷时的界面比液淬时的界面复杂得多。复合材料浆液液淬快冷时的界面特征是初生α（Al)相与 SiC颗粒直接机械结合,界面光滑无界面反应产物和中间过渡相及非晶氧化物;电磁搅拌随炉冷却条件下,复合材料界面绝大部分是共晶组织与SiC颗粒直接结合,少部分是由共晶组织／岛状非晶组织／SiC组成;随炉慢冷时的界面主要是由共晶组织／非晶组织／SiC组成,金属基体与SiC直接结合的界面非常少。不同冷却条件制备的复合材料的界面存在不同厚度的非晶组织。根据界面形貌和选区电子衍射花样并结合计算机模拟计算,发现部分界面处存在第三相（如MgAl2O3,Mg6Cu3Al7等相）,合成电子衍射花样表明这些第三相与SiC或基体间无晶体学位相关系。未发现SiC与基体间有晶体学位相关系,说明α（Al)或共晶相在SiC或基体间无晶体学位相关系。未发现SiC与基体间有晶体学位相关系,说明a(Al)或共晶相在SiC表面成核的可能性较小。复合材料浆液水淬后的基体轻微衍射分析得出饱和a(Al)已发生分解反应,由白色稳定的af相和黑色中间过渡相α′及存在于黑色区域中的η相组成,af与a′的晶格常数有微小差异,晶体结构相同,两相具有良好的共格关系。η相与af的位相关系为：[-1-10]α//[-12-10]η,(1-11)a//(0002)η。     

AlTiCrN涂层结合界面组织特征与结合性能

以Ti、Al和Cr为靶材,采用阴极离子镀在YT14硬质合金刀具表面制备一层AlTiCrN涂层,通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了其表面和界面形貌、化学元素组成和物相,并用线扫描和面扫描研究了涂层中化学元素在结合界面处扩散机理. 用划痕法表征其界面层结合强度,对界面结合机理进行了讨论. AlTiCrN涂层的物相主要以AlN、CrN和TiN为主,涂层在(111)晶面具有很强的择优取向. 涂层中Al、Ti、Cr和N原子数分数高于基体,在结合界面处呈阶梯状过渡分布,基体中C原子扩散进入TiN、AlN和CrN晶格点阵中,形成明显的扩散层. 涂层结合界面为机械﹢扩散形式,其结合方式主要是由吸附结合、扩散结合和化合结合方式组成. 划痕过程中涂层经历弹性变形、塑性变形和涂层剥离三个阶段,界面结合强度为59. 2 N.     

超声外场对SiCp/7085复合材料颗粒微观团聚与界面结合的作用机理

采用半固态混合-机械搅拌-超声施振的方法制备了体积分数为10%的SiCp/7085复合材料,通过金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射对颗粒分布与界面进行研究,重点研究超声外场对复合材料颗粒团聚与界面结合的作用机理.实验结果表明:单纯机械搅拌对400目颗粒的团聚与界面结合的作用效果有限;超声外场下,空化作用产生的微射流与瞬时高温高压能够有效破除颗粒团聚体的包裹层,打散颗粒;超声破除颗粒表面氧化膜,除去气体层,使熔体中的镁元素与颗粒直接接触并反应是改善熔体与颗粒润湿性的重要因素;最终在界面处生成MgAl2O4强化相,从而获得更优的界面结合.     

碳扩散对非真空热轧不锈钢复合板结合性能的影响

采用非真空热轧方法制备304不锈钢/Q235碳钢复合板材,利用OM、SEM、EDS等研究了不同压下率和轧后冷却方式下复合界面夹杂物、界面组织及力学行为的演变,并分析了C扩散对复合板界面组织形成及结合强度的影响。结果表明,随着轧制压下率的增加,界面夹杂物由块状向线型、连续点状乃至弥散点状分布变化。当压下率较低(28%)时,复合板剪切断裂位于结合界面处,随着压下率增加至47%及以上,复合板断裂位置为脱碳铁素体区。另外,热轧复合板经水冷工艺处理后,由于冷却速率较快,要抑制碳钢侧C元素的扩散,避免复合界面处脱碳区域的形成,从而提高了复合界面的结合强度。     

铝与钠玻璃阳极焊的电场特性研究

通过有限元分析,计算了不同工艺条件下阳极焊界面处电场强度的分布和大小,结果表明：界面处微观区域内总存在一个最大场强值,其电场强度最大值点在界面处的阴极表面凸上,当量大场强值与研究材料击穿电压为同一数量级时,可引起局部击穿,从而促使离子扩散,阳极焊。     

纤维截面形态与纤维/粘合剂界面粘结性能间关系

利用单纤维抽拔法测定了不同截面形态的涤纶纤维/粘合剂间界面的粘结力,并对影响粘结力大小的参数进行了讨论。实验结果证明当纤维线密度相同时,异形截面纤维的粘结力大于圆形截面纤维的粘结力,并与纤维截面周长成正比例。