智能自修复材料研究进展

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机械零件的几种典型失效均源自于材料表面早期的微观损伤,在磨损、腐蚀、疲劳等工况条件下服役的零件往往因为材料表面局部损伤而导致整体失效,最终引起设备故障甚至造成灾难性后果.传统工程材料在化学成分与制备工艺确定后,其物相构成、组织结构、力学性能和使役行为随即确定,其难以满足机械零件极端工况、高可靠性和长寿命的新需求.生物系统通过自主修复来应对自身损伤,帮助生物体恢复健康并延续生命.近年来,受生物体损伤自修复与自愈合过程的启发,在智能材料、先进表面技术、仿生科学和信息技术等交叉融合的基础上,发展形成的集损伤感知激励、状态智能诊断、在线修复愈合于一体的智能自修复材料与技术,为解决材料早期微观损伤的修复问题,提高工程系统的运行效率、可靠性和延长使用寿命提供了新的解决方案.经过几十年的研究和发展,自修复材料已涵盖了混凝土、聚合物、陶瓷、金属等多个领域,自修复过程针对的损伤形式也覆盖了磨损、腐蚀、疲劳等多种失效模式.该研究领域涉及自修复材料设计、自修复体系构筑、自修复性能评价和自修复机理等多个方面,是多学科综合交叉的热点方向.本文介绍了典型自修复材料体系的分类及基本原理,综述了针对磨损、疲劳、腐蚀三种典型损伤失效形式的自修复材料的研究进展,分析了该领域当前存在的问题及未来的发展趋势.
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计算了在把H2和CO混合气体作为还原气的氢冶金过程中还原出1t直接还原铁的需气量、碳排放量及还原气可回收率,分析它们受还原气温度及H2体积分数的影响,同时分析了直接还原铁中铁质量分数对需气量的影响.计算结果表明:在H2和C0混合还原气氛下,当还原气温度为1300℃,H2体积分数为26%时,需气量最小,为826 m3/t;当还原气仅为H2或仅为C0时,纯H2还原气需气量大于纯CO还原气需气量,随着还原气温度的升高,需气量差距缩小;直接还原铁中铁的质量分数越高,需气量越大,但其质量分数对需气量的影响较小;碳排
随着全球矿石的大量开采,优质高品位铁矿石资源逐渐匮乏,价格飞涨,迫使我国大量钢铁企业增大高炉中廉价劣质的低品位铁矿石的配比.其中含铬低品位国产矿、红土镍矿以及铬镍矿等含铬矿的大量配入致使高炉产出大量的普通含铬(w(Cr)=0.2% ~1.0%)铁水.另一方面,我国不锈钢产量持续增加,累积了大量的不锈钢废钢和返回料,这些高铬二次资源的利用,也产生了大量高铬(w(Cr)>10%)铁水.进入铁水中的铬元素可显著降低铁水中磷的活度系数,并与铁水中的磷元素争夺氧原子,从而恶化脱磷的热力学条件.另外,氧化生成的氧化铬
镍基单晶高温合金具有良好的高温力学性能,是航空发动机和燃气轮机热端部件的首选材料.高速凝固法是一种通过抽拉系统将充满熔融金属的模壳移出加热区进行冷却的Bridgman定向凝固技术.其由于具有工艺成熟、设备结构简单及凝固组织相对稳定等优点,已成为制备航空发动机涡轮叶片最常用的定向凝固技术.然而在制备燃气轮机用大尺寸单晶高温合金叶片时,由于高速凝固法的温度梯度较低限制了抽拉速率的提高,制备单晶叶片的过程中容易产生缺陷,使得叶片合格率较低.此外,采用较低的抽拉速率还会导致生产周期延长和能耗增加.而后续发展的气冷
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