含电子相影响的多功能含能结构材料冲击压缩理论计算

为了更好地描述疏松态金属材料的冲击压缩特性,基于托马斯-费米原子统计模型,研究金属晶体中电子热行为对系统内粒子数、内能、压强等参数的影响,修改了描述疏松金属材料的Wu-Jing模型中的参数R的计算方法。结合混合物的冷能叠加原理,得到考虑电子相影响的疏松态混合物物态方程。并对不同配比的密实态W/Cu合金、不同疏松度的Al/Ni合金的典型多功能含能结构材料进行计算,获得其冲击压力-比容关系及冲击波速度-粒子速度关系,计算结果与实验结果吻合较好。结果表明,本文中模型对未反应条件下的金属材料冲击压缩特性预测较好;疏松材料的冲击压力-粒子速度关系并不呈现出密实材料的近似线性关系,其冲击压缩过程分为压实前和压实后2个明显的阶段;多功能含能结构材料的冲击压缩特性受材料孔隙率、材料配比等影响明显。     

冷轧成型Al/Ni多层复合材料力学行为与冲击释能特性研究

基于冷轧成型工艺，采用不同的轧制道次制备Al/Ni多层复合材料。开展了Al/Ni多层复合材料准静态压缩和准密闭二次撞击反应实验，对它的力学性能和冲击释能特性进行测试。同时，通过扫描电镜得到了材料的细观结构特性，分析了Al/Ni多层复合材料细观特性对宏观力/化学行为的影响机制。结果表明，基于冷轧技术制备的Al/Ni多层复合材料比粉末压制而成的Al/Ni复合材料塑性更强，材料的抗压强度总体随冷轧次数的增加呈上升趋势。另外，冷轧3～5道次的Al/Ni多层复合材料的准密闭二次撞击反应实验表明，材料在相同的撞击速度(800～1 500 m/s)下释放的化学能随着轧制道次的增加而逐渐降低。     

闭孔泡沫铝低速冲击防护的临界条件与优化设计

建立了高孔隙率闭孔泡沫铝抗低速撞击的分析模型,通过落重冲击试验验证了模型预测的准确性;采用所建立的模型,计算了闭孔泡沫铝作为大质量结构抗低速冲击构件的临界冲击速度,研究了不同冲击条件下结构响应的最小加速度和临界加速度。结果表明,闭孔泡沫铝适合作为大质量结构的低速冲击防护材料：当撞击速度低于临界冲击速度时,泡沫铝的作用应力不会超过其平台压缩应力,具有高孔隙率的泡沫铝甚至可使冲击响应加速度大幅降低,具有优良的防护效果;当撞击速度超过相应条件下的临界速度时,由于泡沫铝压缩密实阶段的应力增强作用,不仅使其作用应力迅速增大（为平台应力的5～15倍）,而且使冲击响应加速度迅速增加甚至超过1000g,从而对结构的安全防护构成威胁。最后,讨论了冲击质量比、泡沫铝孔隙率、泡沫几何尺寸等冲击参数对临界冲击速度和冲击响应加速度的影响。     

多孔铁电陶瓷冲击压缩响应与损伤演化的离散元数值模拟

采用flat-joint粘结模型，建立多孔铁电陶瓷在一维应变冲击压缩下的PFC (particle flow code)颗粒流离散元模型，通过数值模拟再现了平板撞击实验中实测的自由面速度剖面历史，并揭示了多孔铁电陶瓷在冲击压缩下的响应过程与损伤演化机制。多孔铁电陶瓷在冲击压缩下的响应过程可分4个阶段:弹性变形、失效蔓延、冲击压溃变形、冲击Hugoniot平衡状态；其中，失效蔓延的内在机制是由剪切裂纹的成核与增长，而冲击压溃变形的主要机制是孔洞的塌缩以及层状剪切裂纹的形成与扩展；冲击速度与孔隙率对铁电陶瓷的响应有显著的影响，Hugoniot弹性极限强烈依赖于孔隙率，但与冲击速度的大小无关，宏观损伤累积随着冲击速度和孔隙率的增加而增加。     

用VLW 状态方程计算水的冲击Hugoniot曲线

采用L-J(Lennard-Jones12-6)势函数,结合VLW 状态方程,计算了水的冲击压缩Hugoniot曲线。 将理论计算结果与实验结果进行了比较,当势函数参数/K=120、b0=30.42时,计算值与实验符合较好。与 采用BKW 状态方程计算结果相比,VLW 状态方程能够更准确地描述水的冲击Hugoniot曲线。     

Al/Mg波阻抗梯度材料加强型Whipple结构超高速撞击特性研究

波阻抗梯度材料加强型Whipple结构具有优异的防护性能。本文的目的是研究Al/Mg波阻抗梯度材料加强型Whipple结构在5.0 km/s撞击速度下的超高速撞击特性，以及除具有高阻抗的迎撞击面在弹丸中产生更高的冲击压力和温升外，影响波阻抗梯度材料防护性能的主要因素。本文中提出一种由铝合金表层和镁合金基底组成的面密度等效于1.5 mm厚铝合金的新型波阻抗梯度防护屏，采用二级轻气炮在5.0 km/s的撞击速度下对Al/Mg波阻抗梯度材料加强型和铝合金Whipple结构进行了初步超高速撞击对比实验，研究了超高速撞击防护屏穿孔、碎片云和后墙损伤特性。与铝合金防护结构相比，Al/Mg防护结构具有防护屏穿孔翻边更明显、后墙损伤较轻微、碎片云扩散半角大和撞击坑细化程度高4个主要特征。本文中开展了理论分析与计算，研究了冲击耦合过程、波传播特性和热力学状态等。结果表明:不受面密度影响，Al/Mg防护屏能改变冲击波在靶中的传播特征，使弹丸破碎程度更高，并且提升了防护屏中的内能转化率，具有优异的动能耗散特性。因此，与同等面密度的铝合金Whipple结构相比，Al/Mg结构具有更优异的防护性能。     

爆炸驱动典型活性材料能量释放特性研究

为了研究活性材料爆炸驱动反应特性，基于粉末压制成型工艺，制备了Al/PTFE、Al/Ni两种典型的活性材料及Al₂O₃/PTFE、Al₂O₃/PTFE/W惰性材料。通过爆炸驱动试验，并结合高速摄影、远红外热像仪以及峰值超压测试技术，分析了不同活性材料壳体装药爆炸火球、温度场分布及空气冲击波峰值超压等特性。同时，在炸药爆炸空气冲击波峰值超压经验计算模型中考虑了活性材料释放的化学能，分析了反应释放能量对空气冲击波的影响规律。结果表明:活性材料在爆炸驱动过程中经历了强加载条件下反应、产生碎片并向四周飞散、撞击钢板及后续反应等阶段。活性材料对炸药爆炸产生的空气冲击波具有强化作用，爆炸加载瞬间材料仅发生了部分化学反应。     

Al/PTFE活性材料冲击载荷作用下响应特性研究

为了研究铝（Al）/聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE）活性材料冲击载荷作用下响应特性,制备了具有反应活性的Al/PTFE块体材料,设计了拉氏实验,采用不同厚度的铝隔板控制入射冲击波幅值,利用锰铜压阻计测量了冲击波在材料中传播过程压力演化过程。同时,基于AUTODYN有限元软件,采用Lee-Tarver三项式点火模型对Al/PTFE活性材料拉氏实验进行数值模拟,并探讨了冲击波在500 mm长的Al/PTFE活性材料中长距离传播行为。研究结果表明,冲击波压力在Al/PTFE活性材料内短距离传播过程中存在明显的衰减,但是,当冲击波传播到远距离时,冲击波压力幅值和冲击波速度趋于稳定,分别为1.3 GPa和2 180 m/s;同时,距离铝隔板越远的材料,其反应度越低并最终趋于0.17。正是由于材料化学反应释能,导致了冲击波压力传播过程最终趋于稳定状态。     

PTFE/Al含能复合物的本构关系

室温下,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆获得了PTFE/Al含能复合物在应变率10-3~103s-1范围内的压缩应力应变曲线。通过对不同应变率下力学性能的分析,初步建立了材料基于Johnson-Cook塑性模型的压缩本构方程,考虑了材料的应变硬化效应和应变率效应。利用该方程进行的PTFE/Al弹丸侵彻钢靶板的数值模拟结果与实际情况较符合,验证了该方程的可靠性和合理性,对PTFE/Al材料的实际应用也具有一定的指导作用。     

多孔金属及其夹芯结构力学性能的研究进展

高孔隙率多孔金属及其夹芯复合结构是一种物理功能与结构一体化的新型、轻质高强材料/结构,具有高比强度、高比刚度和优良的吸能和缓冲性能等多种功能,引起了学术界和工程界众多研究者的极大关注. 本文概述了轻质多孔金属及其夹芯结构的制备方法、多功能特性及其应用,介绍了多孔金属夹芯结构元件(梁、板、壳)遭受准静态和动态冲击载荷下的理论、实验和模拟方面的国内外研究现状,分析和讨论了多孔金属及其夹芯结构力学行为研究中的研究手段和基本问题,重点关注了多孔金属夹芯结构的变形/失效、动态响应和能量吸收.     

溅射沉积WSx/Ni/a-C/Ni多层膜的微结构及大气环境摩擦学性能

采用磁控溅射技术在硅基体上交替沉积WS₂、Ni及非晶碳(a-C)层制备出不同Ni层厚度的WS_x/Ni/a-C/Ni多层膜. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等研究了多层膜的成分及微观结构；通过纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机等评价了薄膜的力学及大气环境中的摩擦学性能. 结果表明:随着Ni层厚度的增加，WS_x/Ni/a-C/Ni多层膜的致密度下降，n_s/n_w值(S与W原子百分数之比)由0.84降至0.73，WS_x层以微晶或非晶的形式存在. 多层膜的硬度和磨损率均随Ni层厚度的增加先降低后升高，但摩擦系数由0.22升至0.38，结合力先增大后减小. Ni层厚度为6 nm的多层膜的硬度可达13.4 GPa，抗氧化性能和耐磨性最优，磨损率仅为9.47×10–14 m3/(Nm).      

镍掺杂白云母复合粉体的制备及其作为润滑脂添加剂的摩擦学性能

采用液相还原法制备了纳米镍掺杂白云母微粉(Muscovite,简记为Mu)的复合粉体Mu/Ni,表征了复合粉体的微观形貌、晶体结构和元素组成.利用环-块摩擦磨损试验机考察并比较了Mu/Ni和Mu作为锂基润滑脂添加剂的摩擦学性能,对磨损表面的粗糙度、二维和三维形貌以及元素组成进行了分析,探讨了Mu/Ni复合粉体的减摩抗磨机理.结果表明:复合粉体中纳米镍粒子均匀负载在白云母微粉表面,Mu/Ni和Mu作为添加剂均能有效提高锂基润滑脂的摩擦学性能,且Mu/Ni相比于Mu表现出更好的减摩抗磨性能,摩擦系数较锂基润滑脂降低了67.9%.Mu/Ni优良的摩擦学性能与白云母的层状结构及磨损表面生成的含有O、Fe、Si、Al和Ni等元素的润滑膜有关.     

Ag/Ni多层膜对钛合金微动磨损和微动疲劳抗力的影响

为了有效提高钛合金耐微动磨损和抗微动疲劳性能,且避免银脆隐患,在Ti811钛合金表面利用离子辅助磁控溅射沉积技术制备了不同调制周期的Ag/Ni金属多层膜,测试了多层膜的结构、结合强度、显微硬度和韧性,研究了不同调制周期的Ag/Ni多层膜对钛合金基材微动磨损和微动疲劳抗力的影响,并与纯Ag膜和纯Ni膜进行了对比.结果表明:离子辅助磁控溅射技术可以制备出致密度高、晶粒细致、结合强度高的Ag/Ni多层膜,多层膜的硬度随多层膜调制周期的减小而提高,调制周期小于100 nm时呈现明显的超硬度现象.Ag/Ni多层膜具有良好的减摩润滑作用和抗疲劳性能,能够显著改善Ti811钛合金耐微动磨损和抗微动疲劳性能,改善效果随多层膜调质周期降低而增大.     

钝化处理1Cr18Ni9Ti不锈钢在H2O2 水溶液中的摩擦学性能初探

为研究1Cr18Ni9Ti不锈钢钝化膜在H2O2水溶液中的摩擦学性能,对1Cr18Ni9Ti不锈钢表面进行了酸洗钝化处理,利用CS300电化学测试系统和XPS对不锈钢表面钝化膜的电化学行为、元素组成和化学状态进行了分析;用SST销-盘式摩擦磨损试验机研究了1Cr18Ni9Ti不锈钢盘与GCr15钢球摩擦副在不同浓度H2O2水溶液中配副时的摩擦学性能;用TR240形貌轮廓仪和扫描电子显微镜(SEM)观察分析了盘试样磨损处的轮廓形貌、磨痕面积和微区结构.结果表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢经钝化工艺处理后,耐腐蚀性能显著提高,且表面形成一层富氧、富铬、贫铁的钝化膜,其主要成分是Cr2O3;钝化后的1Cr18Ni9Ti不锈钢在过氧化氢溶液中的摩擦系数较钝化前均出现不同程度的降低,耐磨性提高;钝化或未钝化的1Cr18Ni9Ti不锈钢在过氧化氢溶液中的磨损机理均表现为黏着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损,但在90%H2O2水溶液中,盘磨损表面的黏着作用明显减轻.     

In situ synthesis of CNTs/Fe–Ni/TiO2 nanocomposite by fluidized bed chemical vapor deposition and the synergistic effect in photocatalysis

Carbon nanotube (CNTs)/Fe–Ni/TiO₂ nanocomposite photocatalysts have been synthesized by an in situ fluidized bed chemical vapor deposition (FBCVD) method. The composite photocatalysts were characterized by XRD, Raman spectroscopy, BET, FESEM, TEM, UV–vis spectroscopy, and XPS. The results showed that the CNTs were grown in situ on the surface of TiO₂. Fe(III) in TiO₂ showed no chemical changes in the growth of CNTs. Ni(II) was partly reduced to metal Ni in the FBCVD process, and the metal Ni acted as a catalyst for the growth of CNTs. The photocatalytic activities of CNTs/Fe–Ni/TiO₂ decreased with the rise of the FBCVD reaction temperature. For the sample synthesized at low FBCVD temperature (500 °C), more than 90% and nearly 50% of methylene blue were removed under UV irradiation in 180 min and under visible light irradiation in 300 min, respectively. The probable mechanism of synergistic enhancement of photocatalysis on the CNTs/Fe–Ni/TiO₂ nanocomposite is proposed.     

Synthesis of layered cathode materials Li[CoxNiyMn1-x-y]O2 from layered double hydroxide precursors

Cathode materials Li[CoxNiyMn1-x-y]O2 for lithium secondary batteries have been prepared by a new route using layered double hydroxides (LDHs) as a precursor. The resulting layered phase with the α-NaFeO2 structure crystallizes in the rhombohedral system, with space group R-3m having an interlayer spacing close to 0.47 nm. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to measure the oxidation states of Co, Ni and Mn. The effects of varying the Co/Ni/Mn ratio on both the structure and electrochemical properties of Li[CoxNiyMn1-x-y]O2 have been investigated by X-ray diffraction and electrochemical tests.The products demonstrated a rather stable cycling behavior, with a reversible capacity of 118 mAh/g for the layered material with Co/Ni/Mn = 1/1/1.     

电刷镀镍/镍包纳米Al_2O_3颗粒复合镀层微动磨损性能研究

应用电刷镀技术制备了含有镍包纳米 Al2 O3颗粒的镍基复合镀层 .与快速镍镀层对比考察了该复合镀层高温硬度的变化 ,同时还从微动磨损角度考察了该复合镀层耐磨性和摩擦系数的变化 .结果表明 :与快镍镀层相比 ,镍 /镍包纳米 Al2 O3复合镀层具有更高的高温硬度和更好的抗微动磨损性能 ;复合镀层在 40 0℃左右表现出较明显的强化趋势 ,具有较好的综合性能 ;纳米 Al2 O3颗粒使复合镀层的结构致密和细化 ,在磨损过程中起到了一定的减轻粘着和降低摩摩的作用 ;复合镀层的微动磨损机理主要为粘着磨损 .     

水深对POM摩擦学性能的影响

本文中以聚甲醛(POM)作为摩擦副材料,与不锈钢(0Cr17Ni12Mo2)配对,研究了POM在0~300 m不同模拟水深(去离子水)中的摩擦磨损性能,并与大气压下干摩擦进行对比,试验目的主要是探寻水深变化引起的水环境压力变化对POM材料摩擦磨损性能的单因素影响.采用白光共焦三维轮廓仪与扫描电子显微镜对试验前后的表面形貌进行测量与分析.结果表明:模拟水深对POM磨损深度及POM/0Cr17Ni12Mo2摩擦副的摩擦系数有较大影响,且有明显规律;在0~300 m模拟水深(去离子水)范围内,随着模拟水深深度的加大,POM的磨损深度和POM/0Cr17Ni12Mo2摩擦副的摩擦系数均有所减少;模拟水深对试样摩擦后的表面粗糙度无明显影响;对主导的磨损机理无明显影响.     

WC-Ni金属陶瓷高温摩擦学性能的研究

本文考察了WC—Ni金属陶瓷的组成,显微组织和硬度及摩擦学条件等对其高温摩擦学性能的影响,并且发现WC-Ni材料在高温下摩擦时,表面生成了含氧化合物NiWO_4和WO_3,故其摩擦磨损性能比常温下的好。试验结果表明,NiWO_4有高温减摩作用,WO_3有抗磨作用;WC-Ni材料中的Ni含量为40％(wt)时,其在载荷39.2N、速度1m/s、温度600℃下摩擦形成的表面膜比较均匀连续,摩擦系数最低。