摘要：激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是一种可快速制备具有复杂结构件的近净成形方法,由于极高的空间制造自由度,其在个性化定制医疗中有着极为广阔的应用前景。本研究关注了激光能量密度对CoCrMo合金微观组织及成形性能的影响,从致密度、微观组织及力学强度等方面对SLM CoCrMo材料进行了体系性探究,分析了能量密度对CoCrMo合金组织及缺陷的作用机制,得到了孔隙率低(0.18%)、晶粒组织细小(0.31μm)且力学性能优异(拉伸强度1157 MPa、显微硬度421.53HV_(0.1))的CoCrMo合金成形最优参数(激光功率165 W、扫描速度1050 mm/s)。从患者对生物型膝关节植入体的需求出发,探究了一种骨接触面具有骨小梁结构的生物型全膝关节植入体的设计方法,并对优化后的膝关节假体模型开展了大动物原位膝关节置换实验。术后影像学检查发现3D打印膝关节假体不仅可对原有患病关节部位进行精准替代,更能促进实验犬尽快恢复原本的行走姿态,无脱位和其他并发症的发生。本研究报道的个性化定制方法为临床用3D打印生物型全膝关节的置换提供了强有力的理论基础和数据支撑。

摘要：碱式电解水是最成熟的电解水制氢技术,由于采用非贵金属催化剂,因此成本较低,已被广泛应用。但非贵金属催化剂的采用,导致其电解效率和工作电流密度偏低,限制了其发展和应用。因此本文主要综述了通过氮化、磷化、硫化以及合金化,有效提高元素催化活性,从而获得高性能催化材料的方法。而应用密度泛函理论可对催化材料进行设计,更加高效便捷的获得高活性催化材料。最后,对碱式电解水非贵金属阴极材料的未来发展方向做出了总结。

摘要：通过设计和优化双相不锈钢激光选区熔化(SLM)成形工艺,制得了高精度、低缺陷密度的(21.98wt%Cr-5.37wt%Ni-3.13wt%Mo-1.95wt%Mn)双相不锈钢,进一步研究了不同固溶处理温度对其显微组织和性能的影响。结果表明,通过对不同工艺参数SLM成形试样的研究,得到最佳SLM工艺参数:激光功率275 W,激光扫描速度700 mm/s,扫描间距80μm,铺粉层厚50μm。固溶处理能有效地调控SLM成形双相不锈钢的相组成及比例,试样中奥氏体含量均较打印态试样大幅提高。较低温度固溶处理会导致脆性σ相在晶界处析出,大幅削弱试样的塑性。当固溶温度升高到1020℃及以上时,σ相消失。更高的固溶处理温度又会使晶粒粗化,既降低试样的强度又损害塑性。1020℃固溶处理试样中可获得接近平衡的双相组织,此时抗拉强度为868 MPa,伸长率达到35.0%。

摘要：氢气是新一代清洁能源的代表,甲烷重整制氢是获得氢气的重要技术。激光选区熔化技术可实现重整器的结构功能一体化,简化制备流程,因此本工作通过计算机辅助软件进行设计并建模得到具有极小曲面结构的蜂窝式催化重整器模型,采用激光选区熔化技术制备了具有不同壁厚及不同孔径的催化重整器,研究了负载催化剂前后重整器表面宏观、微观形貌及物相组成的变化,并结合甲烷水蒸气催化重整机理研究分析得出重整器壁厚、孔径、比表面积及催化温度对氢气转化率的影响规律及机理。结果表明:重整器壁厚对氢气转化效率的影响并不显著;反应温度的升高可提高氢气转化率,当温度为900℃时,氢气转化率最高;同时,当孔径过小时,由于反应过程中产生积碳、流速过快导致氢气转化率降低,适当地增大孔径可使转化率提升,在此适当的孔径前提下,氢气的转化率随着重整器的比表面积增大而提高。

摘要：从体系和沉积方法入手,分析了强氮化金属元素体系、弱氮化金属元素体系及含非金属元素体系在结构上的特性和共性给高熵氮化物涂层性能带来的影响,阐述磁控溅射和电弧离子镀膜技术沉积涂层的表面形貌、微观结构及性能方面的差异性,并分别总结这些制备技术的优缺点。最后对高熵氮化物涂层体系在结构成分设计和沉积方法两方面未来的研究方向进行了展望。

摘要：利用激光熔覆沉积(LCD)增材制造技术成功制备了H13钢,表征了其物相和显微组织,同时对比分析了LCD成型H13钢与铸造H13钢的硬度、耐磨性、拉伸性能和断口形貌。结果表明,LCD成型H13钢低倍下纵截面组织形貌呈鱼鳞状分布,熔道搭接界面处为较粗大的柱状晶组织,熔道中部组织沿热源逆向生长,呈细小枝晶分布,LCD成型H13钢主要组织为针状马氏体、残余奥氏体以及少量碳化物;LCD成型H13钢的平均显微硬度是铸造H13材料的2.76倍,达到652.5 HV0.2,耐磨性能相比铸造H13钢提升至1.5倍以上。LCD成型H13钢的抗拉强度明显高于铸造H13钢的,达到1670.7 MPa,伸长率却显著降低,拉伸断口呈明显的脆性断裂特征。

摘要：Cr_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层与高硬度陶瓷接触时的摩擦磨损行为及磨损机制的影响尚未揭示。采用大气等离子喷涂的方法制备Cr_(2)O_(3)含量不同的Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层以研究Cr_(2)O_(3)的影响机制。试验结果表明:Cr_(2)O_(3)明显减少了涂层的微观孔隙;复合涂层中α-Al_(2)O_(3)/γ-Al_(2)O_(3)的相对含量比明显高于Al_(2)O_(3)涂层中的37%;Al_(2)O_(3)-40%Cr_(2)O_(3)涂层的硬度与Al_(2)O_(3)涂层相比提高了48%,断裂韧性是Al_(2)O_(3)涂层的2倍多;当载荷为5 N、10 N和15 N时,Al_(2)O_(3)-40%Cr_(2)O_(3)复合涂层的摩擦因数最低,磨损率依次降低60%、85%和79%。但是当载荷为20 N时,Al_(2)O_(3)-20%Cr_(2)O_(3)复合涂层的摩擦因数最低,磨损率降低了50%。微观脆性断裂是涂层的主要磨损机制。复合涂层耐滑动磨损性能与Cr_(2)O_(3)含量及磨损条件是密切相关的。微观结构、硬度、断裂韧性、导热系数等是影响Al_(2)O_(3)-Cr_(2)O_(3)复合涂层耐磨损性能的重要因素。研究结果可为高耐磨性Al_(2)O_(3)基涂层的设计和应用提供指导。

摘要：采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在设计的尖端结构试样表面制备了YSZ涂层,研究了YSZ涂层在尖端不同区域的形貌、厚度、孔隙率和微区力学性能的差异.结果表明:尖端部位各区域涂层呈现羽柱状结构,在涂层生长过程中柱状晶之间会因生长的空间受限而存在“挤压”竞争效应,尖端边角的几何特性会削弱“挤压”竞争效应,因此其涂层厚度远高于尖端其他区域;此外,尖端尖角附近的涂层羽柱状结构呈放射状,并沿基体表面法线方向向上生长;纳米压痕表明涂层硬度由顶部至底部呈现逐渐下降趋势,这与涂层结构和残余应力相关;尖端结构的尖角区域涂层微区硬度,显著高于尖端两侧区域;结合数值模拟分析结果发现,半封闭型面会导致等离子射流紊乱度上升,由于不同方向等离子体存在“卷流”和“冲击”现象,其对应沉积的涂层厚度下降,孔隙率上升.

摘要：镍是目前应用最广泛的碱式电解水制氢电极材料之一。对镍电极进行多孔化处理,可有效提高其析氢效率并降低制氢能耗。然而,现有报道仅研究了孔隙率、平均孔径等对电极析氢性能的影响,缺乏针对梯度多孔电极孔隙尺寸和分布等影响的研究。为此,设计了4组具有不同孔隙尺寸和排布方式的多孔电极模型,并且采用激光选区熔化技术制备高精度成型电极样品,表征了样品的表面形貌、截面微观组织、电化学性能及稳定性,深入分析和研究了样品的析氢性能。结果表明,4组样品均呈现出粗糙微观表面,为析氢反应提供更多的活性位点。所有样品均表现出优异的电解稳定性,经测试后未见明显的性能衰减。梯度多孔结构有利于气液传质,减小气泡层电阻,降低析氢过电位。当电流密度为10 mA∙cm^(−2)时,梯度多孔样品的析氢过电位虽仅为406 mV,但气液传质效果较差,而气泡层电阻较大的均匀多孔样品的析氢过电位却高达766 mV。梯度多孔结构的构筑可显著提高镍电极的析氢动力学特性,梯度多孔样品的Tafel斜率最低为129 mV∙dec^(−1),明显低于均匀多孔电极的Tafel斜率168和211 mV∙dec^(−1)。析氢过程受Volmer步骤控制,尽管镍电极析氢动力学特性得到提升,但并未改变镍电极的析氢机理,所有样品的Tafel斜率均高于120 mV∙dec^(−1)。因此,引入梯度多孔结构可有效降低镍电极材料的析氢过电位,提升析氢性能。本研究为镍电极的结构优化设计及析氢性能的提升,提供了新思路。

摘要：铂改性铝化物(PtAl)涂层具有良好的抗高温氧化和抗热腐蚀综合性能,被广泛用于单晶航空发动机高温合金叶片的高温防护。添加扩散障可阻止高温合金中难熔元素(W,Mo)向外扩散,提高涂层/基体结构稳定性,以及PtAl涂层抗氧化和高温力学性能。为探究Re扩散障厚度对PtAl涂层性能的影响,采用电镀与高温低活性渗铝技术,在Ni3Al基单晶高温合金表面制备了无Re扩散障和3种不同厚度Re扩散障的PtAl涂层,开展了1200℃恒温氧化实验,对比分析了PtAl涂层的抗高温氧化性能。利用场发射-扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层微观组织结构和成分进行了详细表征,对其氧化行为及失效机制进行了深入探讨。研究表明,未添加Re扩散障的制备态PtAl涂层呈现双层结构,包括外层和互扩散区。添加Re扩散障后,PtAl涂层转变为3层结构,包括外层、扩散障层和互扩散区。添加了Re扩散障的PtAl涂层,经1200℃氧化后涂层表面呈现出更少的剥落面积,氧化膜相对致密完整,表明Re扩散障的添加可以显著提升PtAl涂层的抗高温氧化性能。随着Re扩散障厚度的增加,涂层的氧化增重进一步降低;然而,当Re扩散障厚度超过一定程度后,涂层抗氧化性能的提升并不明显。其原因是过厚的电镀Ni-Re层在氧化过程中导致了Re扩散障致密度和连续性的下降,降低了扩散障对Al元素的阻扩散效果。本研究深入揭示了Re扩散障厚度对PtAl涂层抗氧化性能的影响机理,为含Re扩散障的PtAl涂层的设计提供了重要理论基础。