机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2026年第1期

• 集流体电池铝箔对锂电池性能影响的研究进展

  赵星驰, 李瑞雪, 李芃昊, 李婉莹, 李继林, 姜博

  电池集流体的主要功能是支撑活性材料并将电极反应中产生的电子导出至外部电路。铝箔具有良好的耐腐蚀性、导电性及力学性能，是锂电池正极集流体主流材料。总结了铝箔集流体在离子液体、锂盐、醚类等电解液中的腐蚀行为，研究了表面氧化物和孔隙、表面粗糙度、表面微观结构等表面特性对电池性能的影响，综述了表面处理技术和合金化改善铝箔性能的研究进展，并对未来研究方向进行了展望。

• 坡口工艺对焊接质量影响机制的研究进展

  于勤伟, 谭孟佳, 李函, 赵泳林, 韩冰源

  针对复杂零件或中厚母材焊接，开坡口能提高焊接接头的综合力学性能，实现单面加工双面成形焊接。相比未开坡口，开坡口焊接接头的热量分布更加均匀，热影响区面积更小，有助于保持母材的性能，同时显著减小因热积累引起的变形与焊后残余应力。综述了坡口形式和坡口尺寸（坡口角度、坡口宽度及根部间隙）等参数对焊接质量的影响，阐释了坡口参数对焊缝成形与残余应力的影响机制，指出了当前坡口设计与应用中面临的主要挑战，并对该领域的未来研究方向进行了展望。

• SiC@C/Co2Si@C/聚偏二氟乙烯复合材料的制备与吸波性能

  夏丽, 张勇, 王慧鹏, 崔接武, 王岩, 吴玉程

  以葡萄糖为碳源，依次通过水热法和高温烧结制备核壳结构SiC@C晶须，将其和钴基沸石咪唑酯骨架材料（Co-ZIF）进行溶液共混、高温烧结制备吸波填料。将吸波填料与聚偏二氟乙烯混合热压，制备得到不同填料质量分数（5%，10%，15%，20%，25%，30%）的复合材料，研究了该复合材料的吸波性能。结果表明：吸波填料中SiC晶须表面碳壳连续性较差，碳壳表面附着纳米级Co2Si颗粒。随着填料含量增加，复合材料介电常数增大，磁导率实部和虚部均处于较低水平，介电损耗正切增大且均大于磁损耗正切，介电损耗在电磁波吸收中起主导作用。当填料质量分数为10%时，2.41 mm厚复合材料最低反射损耗达到?53.19 dB，有效吸收带宽达到7.64 GHz（10.28～17.92 GHz），吸波性能优异，阻抗匹配优异；2.36 mm厚复合材料有效吸收带宽完全覆盖Ku波段（12～18 GHz），覆盖部分X波段（8～12 GHz），在多波段范围内具备良好的宽频吸波适配性。

• 表面改性碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料的性能

  李文静, 马玉香, 叶际涵, 李慧, 吴凯, 谭沿松, 高丽兰

  使用KH-570硅烷偶联剂和氟化剂对碳纤维（CF）进行硅烷化处理和硅烷化+氟化处理，对CF表面进行了微观结构和元素分析，并研究了不同方法处理的CF增强聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的热性能、力学性能和摩擦学性能。结果表明：硅烷化处理在CF表面引入有机硅氧基团，氟化处理引入含氟官能团，这些官能团的引入均有利于改善界面结合性能。相比去胶CF增强PTFE复合材料，硅烷化和硅烷化+氟化处理CF增强PTFE复合材料的玻璃化转变温度升高，热膨胀系数减小，压缩屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率增大，摩擦因数提高，体积磨损率降低；硅烷化+氟化处理改性效果最优，相比去胶CF增强PTFE复合材料，压缩屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率分别增大了26.1%，22.6%，28.5%。

• 冷却方式对B1800HS超高强钢热冲压组织性能的影响

  顾艳峰, 李晔, 宋燕利, 路珏, 刘艳雄, 秦海, 曾蔚, 陈志勇

  将B1800HS超高强钢加热至930 ℃保温5 min以确保完全奥氏体化，空冷至成形温度（750 ℃）后置于模具中保压2 s，分别空冷、油冷、模冷、水冷至室温（20 ℃），探究了冷却方式对试验钢组织和性能的影响规律以及钢的强塑性机理。结果表明：空冷、油冷、模冷、水冷（冷却速率依次增大）下试样的显微组织分别为铁素体+粒状贝氏体、粒状贝氏体+马氏体、上贝氏体+粒状贝氏体+马氏体、马氏体。增加冷却速率可以显著细化马氏体板条，提高抗拉强度，但塑性损失较为明显；水冷方式下试样的抗拉强度最高，可达1 930 MPa，但断后伸长率仅为5.0%。油冷方式下试样中粒状贝氏体尺寸细小、分布均匀，可以分割并细化马氏体组织，使试验钢塑性和强度达到最佳的平衡；其抗拉强度相比于水冷方式仅略微降低，断后伸长率提高102%，强塑积达到最大，为17 412 MPa·%，综合力学性能最优。

• 工艺参数对Fe-Cr-Mo-B药芯焊丝氩弧焊熔覆层组织和性能的影响

  明添乐, 潘应君, 柯德庆, 张子锐

  采用氩弧焊在Q235钢基体上制备了Fe-Cr-Mo-B药芯焊丝单道多层熔覆层，研究了熔覆电流（120，180，240 A）、熔覆层数（1，2，3）对熔覆层形貌、显微组织、硬度和耐磨性能的影响。结果表明：不同工艺参数下熔覆层均表面光滑，与基体的界面处无孔洞、裂纹等缺陷，均由Mo2FeB2、（Mo，Fe，Cr）3B2、α-Fe、M23（C，B）6等相组成。随着熔覆电流增加，Mo2FeB2硬质相数量先增多后减少，尺寸减小，形状变规则，M23（C，B）6硬质相从连续网状转变为断续网状或菊花状，熔覆层硬度先增大后减小，磨损质量损失先减小后增大。随着熔覆层数增加，Mo2FeB2硬质相数量增多，从块状转变为棒状，M23（C，B）6从断续网状转变为连续网状，熔覆层硬度增大，磨损质量损失减小。

• Fe-0.6C-24Mn-5Al高锰奥氏体钢的冲击塑性变形行为与极低温冲击韧性

  霍光瑞, 仲谦, 王青云, 刘粤龙, 魏梦飞

  设计并制备具有较高层错能的Fe-0.6C-24Mn-5Al高锰奥氏体钢，进行了1 200 ℃×2 h固溶处理，研究了其室温和极低温（?115，?196，?269 ℃）冲击韧性和冲击变形组织。结果表明：试验钢具有比较优异的室温和极低温冲击韧性，冲击吸收能量在190～260 J，断裂模式以剪切断裂为主，韧窝拉长，裂纹在晶内呈锯齿状扩展。室温冲击时，试验钢的塑性变形机制以平面滑移为主，存在少量变形孪晶；当冲击温度为?115 ℃时，塑性变形机制以单一孪生系激活为主，变形孪晶间距较小；当冲击温度为?196，?269 ℃时，试验钢变形机制位错平面滑移为主；当冲击温度为?269 ℃时，变形组织中形成了纳米级变形孪晶与高密度位错滑移带共存的复合结构。

• 铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒增强高铬铸铁复合材料的耐磨性能

  柴金荣

  以铁粉和氧化锆增韧氧化铝（ZTA）颗粒为原料，制备相同尺寸且ZTA体积分数分别为45%，51%，58%的铁包覆ZTA颗粒预制体，再采用消失模铸造工艺制备ZTA颗粒增强高铬铸铁复合材料，研究了ZTA体积分数对复合材料微观形貌和磨料磨损性能的影响，分析了磨损机理。结果表明：当ZTA体积分数为45%，51%时，ZTA颗粒与基体界面无空隙、脱黏和分层等明显缺陷，界面结合情况良好；当ZTA体积分数为58%时，界面出现空隙缺陷。相比高铬铸铁，不同ZTA含量复合材料的磨损质量损失均较小，且随着ZTA含量增加，磨损质量损失先减小后增大；当ZTA体积分数为51%时，磨损质量损失最低，仅为高铬铸铁的40%。在磨损过程中，基体受硬磨料微切削磨损而下凹，ZTA颗粒凸出基体表面，颗粒和基体优异的界面结合性能可以有效束缚凸出的颗粒，避免脱落，使其稳定发挥对基体的保护作用，防止磨料嵌入和切削基体，从而提高耐磨性能。

• DP1180双相钢在高应变速率下的力学性能及断裂行为

  董伊康, 薛仁杰, 刘乐天, 王学慧, 赵楠, 路洪洲, 王立辉

  对DP1180双相钢进行准静态（应变速率0.001,0.01s?1）和动态（应变速率0.1，1，10，50，100，200，500，1 000 s?1）拉伸试验，研究了其力学特征、断裂行为以及微观结构演变规律。结果表明：随着应变速率增加，DP1180双相钢的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和均匀伸长率均增大，高应变速率（100～1 000 s?1）下屈服强度的应变速率敏感性相比抗拉强度更大。随着应变速率增加，拉伸试样表面微观形貌由断层状变为撕裂状，横向微裂纹数量增多，但当应变速率达到1 000 s?1时横向裂纹几乎消失，出现大量微孔洞型断裂形态。不同应变速率下DP1180双相钢均发生微孔聚集型韧性断裂，随着应变速率增加，断口处大尺寸韧窝数量增多，韧窝中心出现由马氏体破碎形成的较深孔洞。高应变速率拉伸后钢中的马氏体板条较细，位错密度较大。位错强化和马氏体变形是高应变速率下强度增大的主要原因；绝热温升激活马氏体的塑性变形能力则是塑性增大的主要原因。

• 不同铜含量Al-Si-Mg铸造合金的时效析出行为

  周鹏飞, 贲能军, 张小玮, 惠为东

  铸造了不同铜质量分数（0，0.6%，1.2%，2.1%）的Al-Si-Mg-Cu合金，并进行双级固溶（500 ℃×6 h+530 ℃×4 h，水淬）+时效（175 ℃保温0～96 h，空冷）的T6热处理，研究了铜含量对合金时效析出行为的影响，分析了硬度“双峰”现象的形成机制。结果表明：铜质量分数不超过0.6%时合金硬度随时效时间延长先增大后减小，呈现单峰变化；铜质量分数不低于1.2%时合金出现硬度“双峰”现象，且第二个硬度峰值要略高于第一个。175 ℃下时效10 h后，低铜含量合金主要析出相为β″相，时效16 h后主要析出相不变；175 ℃下时效10 h后，高铜含量合金主要析出相为Q′相，时效16 h后主要析出相为θ′相。高铜含量合金硬度“双峰”现象是由时效过程中析出相演变引起的，主要析出相随时效时间延长由Q′相转变为θ′相。

• 增材和传统工艺制造TC4钛合金表面TiN涂层在滑动磨损过程的耐磨性能

  李华, 李明磊, 张长春, 倪允强, 孙玉成, 孟晓曦, 张军利, 闫琴, 贾浩琳

  在激光粉末床熔融TC4钛合金（LPBF-TC4钛合金）和传统工艺制造TC4钛合金（CP-TC4钛合金）表面物理气相沉积厚度约2.5 μm的TiN涂层，进行了不同载荷（2，6 N）下的干式往复滑动磨损试验，研究了耐磨性能和磨损形貌。结果表明：TiN涂层紧密附着在TC4钛合金基体表面，结构致密；涂层试样的磨损率低于钛合金基体，且涂层在2 N载荷下对基体的保护作用要强于在6 N载荷下。基体硬度不同导致两种涂层的破裂特征不同；2 N载荷下，TiN涂层/LPBF-TC4钛合金试样在2 219 s时涂层减薄，厚度小于1 μm，涂层从磨痕中间开始失效，形成刻痕带，失效宽度随时间延长扩展至与磨痕宽度相同；TiN涂层/CP-TC4钛合金试样在2 401 s时开始失效，涂层减薄，厚度小于1 μm，局部涂层被磨损碎屑压入基体并产生裂纹。

• 工艺参数对真空扩散焊接GH4099高温合金-T2紫铜异种金属接头组织及性能的影响

  吕沐轩, 刘伟, 廖子颖, 王健, 熊成悦, 陈明和, 武永

  采用真空扩散焊接对GH4099高温合金与T2紫铜进行异种金属连接，研究了扩散温度（860，890，920 ℃）、扩散压力（1.5，2.8，4.2 MPa）、保温时间（0.5，1.0，2.0 h）对接头成形质量、硬度和拉伸性能的影响，确定了真空扩散焊接最佳工艺参数范围。结果表明：当扩散温度为860 ℃时，焊接界面明显且出现较多连续分布的孔洞缺陷，成形质量较差，当扩散温度为890 ℃及以上时无明显孔洞缺陷，焊合质量高。随着扩散温度升高或扩散压力增加，连接界面扩散层厚度增大；随着保温时间延长，扩散层呈早期快速增厚、随后受阻、再增厚的分阶段演化特征。随着扩散温度升高，扩散层硬度增大，接头抗拉强度先增大后减小；扩散压力对硬度和抗拉强度影响较小；随着保温时间延长，抗拉强度增大。真空扩散焊接最佳工艺参数范围为扩散温度890 ℃、保温时间2 h、扩散压力1.5～4.2 MPa，此时接头连接界面呈波形，扩散层中心生成富铜固溶体、富铬固溶体以及Ni-Si硬脆相，扩散层厚度在13～20 μm，抗拉强度高于紫铜母材。

• 通电时间对脉冲电流处理后激光沉积修复GH4169高温合金组织及性能的影响

  王洪明, 陈福龙, 安金岚, 周松, 李浩溥

  在GH4169高温合金上激光沉积GH4169高温合金制备修复试样，依次进行1 050 ℃×30 min固溶处理和不同通电时长（5，10，20 min）的脉冲电流处理，研究了通电时间对显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：相比脉冲电流处理前，脉冲电流处理后激光沉积合金中Laves相的体积分数和尺寸均减小，抗拉强度和屈服强度增大；随着通电时间延长，Laves相体积分数和尺寸减小，抗拉强度和屈服强度增大，拉伸断口处韧窝密度增大、尺寸和深度均减小。拉伸断口均位于激光沉积合金中。当通电时长为20 min时，抗拉强度和屈服强度最大，相比脉冲电流处理前分别增大了17%，6%。

• ZL702A铝合金等温压缩本构模型的建立及预测精度对比

  蒲博闻, 梁永森, 周海涛, 王龙韬, 侯婷, 李勇

  利用Gleeble-3800型热模拟试验机对ZL702A铝合金进行不同温度（200，350，460，500 ℃）和不同应变速率（0.1，0.01，0.001 s?1）下的等温压缩试验，根据真应力-真应变曲线，考虑应变对模型参数的影响，构建了修正的Johnson-Cook（m-JC）本构模型、修正的Zerilli-Armstrong（m-ZA）本构模型、Arrhenius本构模型,并对高温流变行为进行预测，评价了模型的预测精度。结果表明：Arrhenius模型不同应变下流变应力预测值与试验值的绝对相对误差相差较大，表现出显著的应变敏感性，在0.10～0.25应变范围内的预测精度较低；m-JC模型和m-ZA模型在不同应变下流变应力预测值与试验值的绝对相对误差相差较小，预测精度受应变影响较小。m-ZA模型预测流变应力的平均绝对相对误差显著低于m-ZA模型和Arrhenius模型，相关系数最大（0.997），表现出较优秀的预测效果。

• 基于分子动力学的锡青铜/钢扩散连接模拟

  陆亚运, 杜鹏, 张俊杰, 武永

  建立了锡青铜/钢扩散连接分子动力学模型，从原子尺度研究了不同扩散温度（1 073～1 173 K）下保温8 ns时锡青铜/钢的扩散行为，分析了扩散机理。结果表明：模拟得到不同温度扩散连接过程中，锡青铜/钢扩散界面均出现非对称性扩散现象，铁原子向铜中扩散的数量更多、距离更远。随着扩散温度升高，扩散层厚度增大，铁和铜原子的均方位移增大。在1 103 K下保温1 h制备的扩散焊接接头扩散界面呈凹凸形互嵌形貌，界面处形成Fe-Cu固溶体，扩散层厚度为5.0 μm，抗拉强度达到260 MPa；锡青铜和钢之间元素发生互扩散，铁在锡青铜中的扩散距离较远，而铜仅出现在界面附近的钢中。

• 基于数字图像相关技术的缺口件疲劳寿命预测

  王志强, 黄金富, 胡友慧, 李建, 禚敬轩, 燕爱林, 李小辉

  利用数字图像相关技术获取不同载荷水平下疲劳试验时U型（缺口半径0.2，1.0 mm）和V型（缺口角度45°，90°）缺口根部应变的演变，研究了载荷幅（0.5，0.7，1.0 kN）和载荷比（0，0.3，0.5）对缺口根部棘轮应变及应变幅演变的影响；基于缺口根部稳态棘轮应变速率演变和应力集中系数，分别建立考虑缺口名义应力幅和载荷比影响的缺口件疲劳寿命预测模型，并进行了预测精度分析。结果表明：随着载荷幅增加，缺口根部的棘轮应变和应变幅增大；随着载荷比增加，缺口根部的棘轮应变增大，应变幅变化不大。考虑名义应力幅和载荷比影响的疲劳寿命预测模型预测值多数分布在1.5倍误差带，最大不超过1.75倍误差带，模型准确；考虑载荷比影响时疲劳寿命预测误差相比考虑载荷幅影响时高，模型对U型缺口试样的疲劳寿命预测误差相比对V型缺口试样高。

• 奥氏体不锈钢动态再结晶行为及动力学模型

  张浩强, 蔡柳, 姜炳春, 彭培铭, 唐联耀

  在不同变形温度（1 223，1 323，1 423，1 523 K）和应变速率（0.01，0.1，1.0，10.0 s?1）下对310S奥氏体不锈钢进行高温压缩试验，研究了其动态软化行为，构建了基于位错湮灭机制的动态再结晶临界应变判据，并构建了考虑应变分配效应的再结晶分数预测模型并进行了预测分析。结果表明：在试验参数下试验钢的核心动态软化机制为动态再结晶。当变形温度较低（1 223～1 323 K）时，组织呈未完全再结晶特征，粗大母相晶粒与弥散细晶双态分布，且较高应变速率下的母相晶粒占比较高；当变形温度较高（1 423～1 523 K）时，组织呈现或接近完全再结晶。由动态再结晶体积分数预测模型得到的动态再结晶体积分数与变形温度呈正相关关系，与应变速率呈反相关关系，与试验结果相符。不同参数下压缩后的动态再结晶体积分数预测值也与试验观测的组织特征相对应。

• 循环流化床锅炉低温再热器12Cr1MoV钢管腐蚀穿孔原因

  董宝军, 王小丫, 张贵利, 康飞, 王殿毅, 陈剑宇, 张磊

  新疆某电厂循环流化床锅炉低温再热器12Cr1MoV钢管发生穿孔泄露。通过宏微观形貌观察、化学成分分析、显微组织检测、硬度测试等方法，并结合现场实际工况，分析了低温再热器钢管的腐蚀穿孔原因。结果表明：煤在燃烧过程中生成的金属氯盐与氧化膜反应，引发“氯循环和活性氧化”，使得钢管表面形成的Cr2O3致密保护膜发生破坏和脱落，且难以再次在热腐蚀环境中形成，加速基体腐蚀并穿孔失效。