典型氧化铁皮结构电化学腐蚀行为

利用电化学腐蚀实验系统研究4种典型氧化铁皮结构及基体钢在Cl-环境下的腐蚀行为,通过极化曲线和交流阻抗谱(EIS)对比分析不同氧化铁皮结构的低频容抗弧的半径和电化学阻抗(Ra+Rt),同时借助Tafel外推法拟合得出试样自腐蚀电位和自腐蚀电流变化规律。研究结果表明:不同结构氧化铁皮的耐蚀性从强到弱依次为Ⅳ型氧化铁皮,Ⅲ型氧化铁皮,Ⅱ型氧化铁皮,Ⅰ型氧化铁皮,钢板基体,这是由于Ⅳ型的氧化铁皮(外层为非常薄Fe2O3层,中间为Fe3O4层,靠近基体的为较厚Fe O层)表面的孔隙率最低为16.61%,并且Ⅳ型氧化铁皮中的共析组织最少,因此通过控制氧化铁皮结构可以达到提高热轧带钢的常温耐蚀性的目的。     

热轧卷取板的氧化层结构及热力学分析

用电子分析天平测量了热轧卷取板试样表面氧化铁皮的增重,用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察测量了试样表面氧化皮形貌、氧化层厚度和成分,并用热力学方法进行了分析.结果表明,快速冷却时,试样氧化层形成3层结构,即Fe2O3→Fe2O3、Fe3O4→Fe3O→Fe;延长冷却时间,试样氧化层形成2层结构,即Fe2O3→Fe2O3、Fe3O4→Fe.     

热轧低碳DC04钢表面色差产生机理及控制

针对钢铁企业生产中热轧低碳DC04钢出现的色差问题,通过对现场取样分析,明确了造成热轧带钢表面色差缺陷的主要原因是中部和边部的氧化铁皮的厚度和结构存在差异.为解决这一问题,利用高温差热分析仪(TGA)和场发射电子探针(EPMA),模拟研究了在连续冷却过程中氧化铁皮微观结构的转变规律.结果表明,先共析Fe3O4优先在原始的Fe3O4层处形核生长,随着温度的降低,开始生成片层状的共析组织Fe3O4+α-Fe,但当冷却速率达到25℃/min时,共析反应被阻止.依据实验结果在生产现场进行工业试制,通过合理的设定卷取温度和冷却速率有效地控制氧化铁皮微观组织结构和厚度,基本消除了表面色差缺陷.     

氧化铁皮在冷轧过程中的断裂行为

利用轧卡实验研究热轧低碳钢表面氧化铁皮在无酸洗冷轧过程中的断裂行为.结果表明,由于带钢在靠近辊缝处的弹性变形,带钢表面的氧化铁皮受拉应力作用发生断裂,裂纹垂直于轧制方向,越靠近辊缝裂纹密度越大.单道次轧制压下量小于16%时,氧化铁皮只发生断裂;压下量超过16%时,氧化铁皮开始出现脱落,当氧化铁皮受力超过其界面附着强度时,将发生氧化铁皮从带钢表面剥离和粉碎.同样的总压下量条件下,多轧制道次有利于保护氧化铁皮的完整性.     

承载Fe3Al/Al2O3复合材料失效过程声像特征

利用自行设计的多功能加载装置和扫描声学显微镜连续观察并测量了Fe3Al/Al2O3复合材料在承载条件下的失效特征并对其断裂机制进行了讨论,揭示了复合材料在大尺度范围内裂纹扩展过程和失效特征,发现材料的裂纹萌生于微缺陷和应力集中区域.裂纹扩张有明显的孕育过程和较大的孕育区.当材料承受的应变能或局部应力超过临界值时,裂纹将发生快速扩张,并最终导致失效.承载下该材料测得显微结构,当卸载后,显微结构不能恢复.     

热轧低碳钢卷取后冷却过程中三次氧化铁皮结构转变行为

采用SEM和热模拟试验机研究在卷取后连续冷却条件下、不同的卷取温度和不同冷却速度条件下低碳钢三次氧化铁皮结构转变行为。研究结果表明:在连续冷却转变过程中,FeO层的转变均遵循"C"曲线规律,400~500℃为FeO共析反应的"鼻温"范围,在这个温度区间内,以较小的冷速冷却到室温可以得到以共析组织Fe3O4和单质Fe为主的氧化铁皮结构,较快冷速则会抑制共析反应的发生;当冷速达到25℃/min时,FeO共析转变进程被抑制,氧化铁皮结构以先共析Fe3O4为主。结合连续冷却结构转变曲线,通过控制卷取温度和冷却速率,可以控制FeO的共析反应进程,从而达到精确控制氧化铁皮结构目的。     

Li2O和Fe2O3对磷酸铁锂玻璃结构及性能的影响

制备不同组分的磷酸铁锂(LiFePO4)玻璃,经红外光谱分析(FT-IR)和差热分析(DTA)测定其密度和耐水性,讨论掺加不同摩尔分数的Li2O和Fe2O3对玻璃结构及性能的影响.结果表明:当Li2O摩尔分数为30%,Fe2O3摩尔分数为20%时,玻璃的密度达到最大值2.7601g/cm3,而化学稳定性最小值为0.53...     

复合纳米Fe2O3/TiO2的制备、表征及光催化活性

采用将TiO2加入Fe(OH)3胶体中的方法制得复合的Fe2O3/TiO2纳米粒子.以光催化降解甲胺磷研究其光催化活性,并通过XRD、TEM、DRS等分析方法,探讨了影响其光催化活性的原因.结果表明,Fe2O3的复合量对Fe2O3/TiO2的活性影响很大,当n(Fe)n(Ti)＜0.3%时,复合物Fe2O3/TiO2的光催化活性大于TiO2,最佳的复合量为0.2%.当复合量大于0.5%时,复合物Fe2O3/TiO2的光催化活性低于TiO2.锻烧温度及锻烧时间对复合物Fe2O3/TiO2光催化活性均有影响.用XRD确定掺杂前后TiO2的晶型均为锐钛矿型,当复合量大于0.7%时才能看到Fe2O3的衍射峰.TEM照片表明,由于复合量小,复合前后颗粒直径和晶粒直径基本一致.反射率光谱图表明,在360～650 nm范国内复合物Fe2O3/TiO2吸收光的性能比TiO2好,亦即增强了对可见光的吸收.     

纳米Fe3O4颗粒及其磁流体的制备与研究

以氨水为沉淀剂,利用改进的化学共沉淀法制备粒径分布均匀的超顺磁性纳米Fe3O4颗粒.采用X射线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)及透射电子显微镜(TEM)等方法对试样进行了结构与性能表征.结果表明:当n(Fe3+)/n(Fe2+)=1.75,温度为60℃,pH值为9时,超声波预处理制备的Fe3O4颗粒平均粒径在23 nm左右,饱和磁化强度(Ms)达到61.63 emu/g,具有超顺磁性.同时利用油酸钠和聚乙二醇4000(PEG 4000)的协同作用制得了稳定分散的纳米Fe3O4磁流体,当二者加入量与纳米Fe3O4颗粒质量比均为2.00∶3.48时,制备的纳米Fe3O4磁流体最稳定.     

铁型催化剂对臭氧氧化甲基橙的催化效能

以模拟染料废水甲基橙(MO)溶液为目标物,研究了Fe2+、Fe3+均相催化臭氧氧化及负载型铁氧化物非均相催化臭氧氧化对MO的去除特性,并探讨了在非均相催化剂活性炭负载Fe2O3(Fe2O3/AC)、活性氧化铝负载Fe2O3(Fe2O3/Al2O3)催化臭氧氧化体系中pH值、催化剂投加浓度、臭氧浓度、MO初始浓度等工艺参数的作用规律.结果表明,Fe2+、Fe3+、Fe2O3/AC、Fe2O3/Al2O3的加入均能提高MO的脱色率和COD去除率,且Fe2O3/AC、Fe2O3/Al2O3的催化效果更为显著;当Fe2O3/AC、Fe2O3/Al2O3的投加浓度为1.0 g/L,臭氧浓度为15.0 mg/L,MO初始浓度为25.0 mg/L、pH值为5.0时,30 min时Fe2O3/AC、Fe2O3/Al2O3催化臭氧体系降解MO的脱色率和COD去除率分别为89.26%、48.45%和80.34%、38.41%.     

不同还原度铁氧化物球团在微波场中的升温及还原行为

为深入了解氧化球团在微波竖炉中的升温以及煤基直接还原行为,实验采用铁精矿氧化球团作为基础原料,在气体还原剂条件下进行预还原,通过控制还原时间得到不同还原度铁氧化物球团,并从不同还原度铁氧化物球团的结构以及性能出发,研究它们在微波场中的升温性能及其还原变化.电磁性能测试结果表明,球团中的铁及其氧化物在微波场中的升温速度从快到慢依次为:Fe3O4,Fe2O3,Fe,FeO.微波加热还原结果分析及矿相结构观察显示,Fe2O3的深还原时间较长,物相多重转变,造成过程温度和还原气氛跟不上氧化物的还原反应速度;Fe3O4阶段升温速度快,结构松散,有助于进一步的还原,但进入浮士体(FeO的固溶体)阶段后孔隙率降低,升温速度骤降,造成还原的困难;在还原度达到66.90％时,表层以金属铁相为主,孔洞发达,吸波性能强,在气化反应有效进行的条件下,球团将会实现快速还原.     

地应力及岩石抗拉强度对双孔爆破的影响

为研究地应力和岩石抗拉强度对爆破效果的影响,本文利用颗粒流程序（PFC2D）开展数值模拟实验,用单孔爆破实验效果验证了模型的合理性。考虑炮孔间的相互影响,从裂纹形态、应力场及能量场三个角度来分析双孔爆破实验结果。结果表明:（1）双孔爆破在地应力为40~60 MPa时裂纹才会受到明显的抑制作用,当地应力小于40 MPa时,随着地应力的提高,平行于炮孔方向的裂纹受到的抑制作用较小,而垂直于炮孔连线方向的裂纹受到抑制作用较大。（2）地应力在0~5 MPa时,摩擦能和动能衰减最严重;地应力在20~40 MPa时,岩体内部应变能峰值最高。（3）抗拉强度每增长10 MPa,裂纹数量会减少约80%,同时,岩石抗拉强度对能量场的影响也较严重。     

微裂纹起裂扩展机理的晶体相场模拟

【目的】研究初始晶向倾角为15°的样品分别在垂直和水平方向上,单轴拉应变作用下的纳观尺度裂口发射位错与裂纹扩展行为,了解韧性裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级韧性裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场(PFC)方法观察15°晶向倾角下位错发射与裂纹扩展演化图及其对应的应力曲线图。【结果】垂直和水平不同方向拉应变作用下裂纹扩展方向不同,但裂纹都是韧性断裂模式扩展;当单轴拉应变作用达到临界值时,样品裂口开始发射滑移位错,随着外应力的增大,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位长大连通形成裂纹并与主裂口相连,裂纹随着位错运动而扩展。【结论】在韧性裂纹扩展中,位错发射的运动对韧性裂纹扩展演化有重要影响。     

控冷工艺对热轧盘条氧化皮耐腐蚀性的影响

为了提高热轧盘奈的表面质量,采用热模拟实验研究了不同冷却温度、不同冷却速度对热轧盘条表面氧化皮性质的影响．用X射线衍射检测氧化皮的物象组成,用扫描电镜观察氧化皮的表面形貌、厚度、致密度,用加速失重腐蚀实验检测氧化皮的耐蚀性．研究结果表明：温度过高导致氧化皮厚并产生裂纹,温度过低氧化皮薄,起不到保护作用;快速冷却能形成致密氧化皮,且氧化皮中Fe2O3含量减少,Fe3O4和FeO比例增加,有利于提高氧化皮的性能,慢速冷却则氧化层厚．     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁抗裂性能

为了降低工程造价与施工难度,改变整体式钢纤维再生混凝土中钢纤维的掺入方式,同时选用最优钢纤维混杂比例,采用撒布式混杂钢纤维结构形式,分析了钢纤维掺量和纵筋配筋率对再生混凝土梁抗裂性能的作用规律。结果表明：撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁的加载经历与基准组再生混凝土梁基本类似,都出现了弹性、开裂、屈服、破坏4个特征。随着混杂钢纤维掺量的增加,开裂荷载提高了33.3%～66.7%,裂缝数量增加了2～3条,裂缝宽度、平均裂缝间距与纵筋应变均有不同程度的减小,梁的抗裂能力逐渐增强。随着配筋率的增长,开裂荷载略有增大,极限荷载提高显著,梁破坏时的裂缝逐渐变宽,裂缝数量与纵筋应变减少,平均裂缝间距先小幅减少后增加。     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

裂纹长度对裂隙岩体力学特性及破坏模式的影响

采用伺服控制岩石力学试验机对水泥砂浆材料制备的类岩石试件进行单轴加载,利用颗粒流离散元软件对岩体进行单轴加载数值模拟试验,研究不同预制裂纹长度下裂隙试件的力学特征及破坏规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂隙试件的峰值强度、峰值应变和弹性模量均减小,裂隙模型脆性减弱,延性增强,且随着裂纹长度的增加,弹性模量的降幅逐渐增大,敏感度增强;引入强度劣化系数来定量分析裂隙试件的劣化特征,当裂纹长度从10 mm增加到15 mm时,劣化系数增长迅速,试件强度下跌明显,强度敏感度最大;裂纹长度影响裂隙试件的最终破坏模式,在0°原生裂纹下,随着裂纹长度的增加,裂隙试件的破坏模式由剪切破坏为主变为剪切、张拉复合破坏再转化为出现宏观裂纹的张拉破坏.     

三轴压缩条件下单裂隙岩样裂隙扩展研究

为研究岩石中裂纹的起裂、扩展和破坏规律,采用PFC2D数值模拟软件结合室内试验对预制单裂隙岩样进行分析。结果表明：（1）当围压为7MPa时,以剪切-拉伸复合破坏模式为主;当围压为14MPa时,试样以“Y”型剪切破坏、单一斜剪破坏模式为主;当围压为21MPa时,试样以“X”型剪切破坏模式为主。（2）试样的破坏模式与围压的大小密切相关,当裂隙长度一定时,随着围压的增大,试样的破坏越明显;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,裂纹扩展的规模越大。（3）随着裂隙长度的增加,岩样的峰值强度、弹性模量、起裂应力与损伤应力均呈下降趋势;随着围压的增大,各力学参数均增大,裂隙长度越大时更易诱发新生裂纹,试样强度特性降低。（4）剪切裂纹在整个模拟加载过程中占主导地位且数量始终占比较大;随着围压的增大,拉裂纹逐步占据主导地位,且当围压为21MPa,裂隙长度为39mm时,拉裂纹是剪裂纹的2.73倍;当围压一定时,随着裂隙长度的增加,拉裂纹占比也逐渐减少。     

基于三点弯曲试验研究合金化镀层剥落机制

通过三点弯曲试验,利用电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)及金相显微镜(OM)研究了合金化镀锌板(GA)不同应力状态(压应力、拉应力)下裂纹的扩展、延伸及镀层的剥落.结果表明:锌层从合金化炉出来冷却过程中锌层中的裂纹产生于δ和Γ相中.在变形过程中,压应力和拉应力侧裂纹的扩展和锌层的剥落机制不同.在拉应力一侧,裂纹沿着垂直板面的方向延伸,到达Γ-αFe界面,沿着平行于Γ-αFe界面继续延伸,与第二条裂纹接触后,锌层剥落;在压应力一侧,裂纹沿着与板面成一定角度的方向扩展,最后镀层剥离或者在δ相内或者与拉应力一侧相同,到达Γ-αFe界面后,沿着Γ-αFe界面延伸最后产生破坏.实验结果还表明,镀层在压应力条件下更容易产生粉化现象.     

高能硝胺发射药烧蚀特性分析

为研究高能硝胺发射药的烧蚀特性,采用半密闭烧蚀反应装置进行试验,对发射药燃气作用后的烧蚀管表面结构变化情况进行了分析。结果表明:烧蚀管表面材料在高温高压发射药燃气作用下有明显网形环状裂纹,裂纹宽度约为245 nm;光电子能谱检测发现烧蚀反应后,烧蚀管内壁有二、三价铁生成,表面还有氮渗透;但是X-射线粉末衍射(XRD)测试没有发现明显的FeO、Fe_2O_3或者Fe_3O_4铁峰,可能是由于混合物中这些高价铁化合物的相对含量太低,不在XRD仪器的检测灵敏度范围之内。研究结果可为高能硝胺发射药的配方设计及优化提供参考。