钾离子电池电极材料研究进展

综述了近几年来钾离子电池正、负极材料的最新研究状况,分析了影响不同类型正负极材料比容量、倍率性能、循环稳定性的主要因素,总结了钾离子电池电极材料的改性方法,如原子掺杂、包覆和结构设计等,展望了未来钾离子电池的发展方向。     

激光诱导表面改性制备铜基非晶-纳米晶粉末冶金摩擦材料

为改善铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能,研究了激光诱导表面改性制备铜基非晶-纳米晶粉末冶金摩擦材料方法.采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪及硬度计等对粉末冶金摩擦材料层微观组织及性能进行了表征,结果表明:由于激光的急速加热和冷却以及以小质点杂质形式分布于α-Cu基体中的Zn,Sn和Pb元素抑制了再结晶的形核及长大,导致铜基非晶一纳米晶粉末冶金摩擦材料的形成.同时激光表面改性处理后,α-Cu相的晶粒尺寸减小了35%,二类应变均方根值增大39%,位错密度增加97%.聚合生长状态的α-Cu产生边缘溶解,大体积α-Cu枝解细小化.摩擦材料表观硬度提高了12.7%,α-Cu相显微硬度提高了14%.耐磨性能提高45%,摩擦系数升高1%.     

基于海藻制备超级电容器用三维多孔石墨烯

以海藻作为固相碳源,利用海藻对金属离子具有吸附性能的特点,在未进行生物质材料改性的条件下,实现海藻生物质材料对催化剂金属离子的均匀吸附.本文结合原位高温金属催化和化学活化的方法制备三维多孔石墨烯,并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气吸附等手段对三维多孔石墨烯的形貌与结构进行表征分析.研究结果表明,制备的三维多孔石墨烯具有片层状三维网络结构,且片层较薄,并具有较高的石墨化程度,其比表面积达到1 700 m~2/g,孔径分布主要在2~10 nm.以该三维多孔石墨烯材料作为超级电容器电极材料,进行电化学性能表征,发现在较低的电压扫速下得到的比电容量为90 F/g,同时,该材料还具有较高的能量密度和功率密度.以海藻为固相碳源制备得到的三维多孔石墨烯材料在超级电容器领域具有一定的应用前景.     

激光自蔓延连接CFRTP/铝接头微观形貌及形成机理

为了研究碳纤维复合材料（CFRTP）与金属的高效焊接，采用激光诱导Al-Ti-C粉末中间层自蔓延反应的方法，对碳纤维复合材料与铝进行了异种连接实验，分析了中间层自蔓延反应形成焊缝的反应机理、CFRTP/铝连接接头的微观界面和形成机理。结果表明，激光照射使中间层温度升高至933K左右时自蔓延反应开始进行，铝元素熔化并包裹住固态Ti发生反应，生成Ti-Al系化合物，在高温下化合物继续和Ti元素反应生成TiC并释放热量；同时，单质Ti与C也发生反应生成TiC并释放热量，反应产生的热量继续维持下一层面的反应，直至整个中间层反应结束形成良好的"焊缝"；这些热量使得中间层左右两侧母材发生微融再次挤压成型形成质量良好的连接接头。激光诱导Al-Ti-C中间层自蔓延高温合成连接方法可以实现CFRTP/铝的高质量连接，对实现交通工具结构轻量化是有帮助的。     

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。     

石墨烯负载团簇结构CoFe2O4及其电化学储锂性

以氧化石墨为碳前驱体, 利用含氧官能团与金属离子的价键结合, 一步水热工艺同时实现石墨烯的制备及均匀负载团簇结构CoFe₂O₄。微观形貌显示CoFe₂O₄为一次颗粒组成的团簇结构。复合材料独特的结构有助于充分发挥石墨烯高导电性、大比表面积的优势, 相比单纯的CoFe₂O₄, 该复合材料具有优异的倍率特性和循环稳定性。石墨烯的高导电性提升了复合材料的整体导电和导锂特性。同时, 独特的团簇结构及石墨烯的限制作用抑制了活性纳米颗粒在充放电过程中的体积变化, 提高了活性材料的稳定性。     

高氮钢激光-电弧复合焊焊缝成形多元非线性回归模型

基于响应面法设计方法,进行Nd:YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas welding,MAG)复合焊高氮钢的平板堆焊试验,获得焊缝熔深、熔宽、余高数据,采用逐步回归法筛选出对焊缝形貌影响显著的因子,建立多元非线性数学回归模型,通过方差分析和回归分析得出该回归模型的R2分别如下:熔深H为0.932,熔宽W为0.915,余高A为0.910,PF值均小于0.001。模型分析结果表明激光功率、焊接电流、电弧电压和热源间距四个因素的主效应和交互作用对焊缝形貌有着很大的影响,其中对熔深影响最大的主效应是激光功率,交互效应是激光功率与电弧电压;对熔宽影响最大的主效应是焊接电流和电弧电压,交互效应是焊接电流与热源间距、电弧电压与热源间距和激光功率与电弧电压;对余高影响最大的主效应是焊接电流,交互效应是电弧电压与热源间距。试验验证结果表明模拟结果和试验结果相吻合。     

高硬度多微孔小型零件激光表面精密熔覆钴基合金涂层提高耐冲蚀性能研究

高硬度多微孔小型零件的结构特点为其表面熔覆强化带来了较大难题。采用辅助工艺装置及同轴送粉激光熔覆方法对以阀座为代表的高硬度多微孔小型零件进行激光表面熔覆钴基合金涂层强化处理。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及激光显微镜等分析、测试仪器对激光熔覆层宏观形貌、微观组织及显微硬度进行表征,采用燃油喷射试验台对激光熔覆及未熔覆处理阀座使用寿命进行对比考核测试。结果表明,采用纯铜辅助工艺装置,在保证熔覆层良好成形的同时,避免了高硬度小型零件在激光熔覆过程中烧蚀、高温回火等现象的产生,有效解决了小型零件激光熔覆难题。采用镶嵌碳棒的方法有效地解决了熔覆层堵塞微孔的难题。激光熔覆后的钴基合金涂层主要由γ-Co、CoCx、Cr23C6、W5Si3等相组成,微观组织表现为由枝晶及共晶组成的亚共晶组织。熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合。激光熔覆处理后的阀座表面耐油流冲蚀性能明显增强,使用寿命提高40%。     

保护气体对接头形貌及熔滴过渡的影响与模拟

为了研究保护气体流量对复合焊接接头形貌及熔滴过渡的影响,采用5mm厚的高强钢板材进行了激光电弧复合焊接试验的理论分析和实验验证,获得了不同气流量下的焊缝形貌以及焊接过程中电弧和熔滴图像。结果表明,随着保护气体流量的增大,焊接熔深先增大后减小;当保护气体流量在25L/min,焊接熔深达到最大;且焊缝的铺展性较好,飞溅较少;保护气体流量通过影响熔滴过渡的形式,对熔滴过渡频率产生影响;随着气流量的增大,熔滴过渡频率减小,且在25L/min时,熔滴过渡频率较稳定;采用FLUENT软件对气流量进行数值模拟,气流量越大,保护气体流速越大,在工件表面的作用面积减小。该研究结果为实际工程应用中选择保护气体流量制备高质量的焊缝奠定了基础。     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研究

送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,都有效地提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理,分析了现有同轴送粉喷嘴现状,指出了现有送粉喷嘴存在的不足,提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一,并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。