工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

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單　　價：40元/期，全年480元

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2019年第41卷第3期

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鹵化物鈣鈦礦量子點0D-2D混合維度異質結構光探測器的研究進展及挑戰

康卓, 吳華林, 司浩楠, 張躍

2019, 41(3): 279-291. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.001

[摘要](1941)

[HTML全文] (872)

[PDF 1703KB](80) [施引文獻] ()

摘要:
綜述了多晶鹵化物鈣鈦礦薄膜的局限性, 鹵化物鈣鈦礦量子點的基本光學性質和制備方法, 以及在光電探測器方面的器件結構研究進展, 并重點介紹了應用在0D-2D混合維度異質結基光電晶體管器件的突破, 包括界面載流子行為和高性能光探測器的構建.最后, 總結了鹵化物鈣鈦礦量子點作為未來商業化應用的光電子器件和電子器件的候選材料所面臨的主要問題和挑戰, 譬如化學不穩定性、鉛毒性問題、量子點與其他材料間界面高效電荷傳輸等問題, 并提出了解決思路和方法.這為設計和推進高性能、高穩定性鹵化物鈣鈦礦量子點基光電功能化器件的商業化應用指明了方向.

MOF晶體薄膜材料的制備及應用

王丹, 王正幫, 王敬鋒, 魯雄剛, 周忠福

2019, 41(3): 292-306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.002

[摘要](2394)

[HTML全文] (900)

[PDF 1181KB](171) [施引文獻] ()

摘要:
作為納米技術領域的一種新材料, 金屬-有機骨架(metal-organic framework, MOF)薄膜材料(也稱為SURMOFs)獲得了越來越多研究者的關注.多種合成方法的不斷提出, 為大量合成膜厚度、均勻性、形態、甚至維度均可控的MOF薄膜材料提供了可能性, 并為薄膜材料在更多領域中的應用提供了機會.本文首先介紹了MOF薄膜材料基于液相或真空的各種合成方法及其適用范圍, 其中, 獲得高質量薄膜的最有效方法之一是在基底材料上沉積自組裝單層(SAMs), 進而誘導MOF薄膜的成核及生長.其次, 總結了近年來MOF薄膜材料在分離、催化、傳感等領域的研究進展, 以及為滿足環境可持續發展和對清潔能源的需求, 新發展起來的在光催化、儲能、光伏以及制備各種電子器件領域的應用.在此基礎上, 討論了限制MOF薄膜實際應用的因素(例如薄膜生長機制需要更深入的研究、薄膜質量及薄膜熱電性能等有待進一步提高等), 對相關領域未來的研究方向進行了展望, 以期為MOF薄膜材料進一步的研究發展提供理論參考.

難處理金礦非氰浸金研究進展

賈玉娟, 王曉輝, 程偉, 馬淑花

2019, 41(3): 307-315. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.003

[摘要](1138)

[HTML全文] (498)

[PDF 337KB](45) [施引文獻] ()

摘要:
隨著黃金需求量的不斷增加及易處理金礦資源的日益減少, 難處理金礦逐漸成為黃金產業的主要資源來源.為使難處理金礦能夠合理、高效地開發利用, 對難處理金礦進行了簡要概述和分類, 并闡述其難處理的原因.采用傳統的氰化法浸出難處理金礦, 其浸出效果差, 且氰化物有劇毒, 嚴重污染環境及危害人體健康.為實現難處理金礦的高效、環保浸出, 非氰化法浸出難處理金礦受到廣泛關注.重點介紹了硫代硫酸鹽法、硫氰酸鹽法、硫脲法、多硫化物及石硫合劑法、液氯化法五種非氰浸金方法的浸金原理及在難處理金礦方面的最新研究進展.基于非氰浸金方法存在的浸出體系復雜、浸出劑性質不穩定及消耗量大等問題, 展望了非氰浸金技術的發展方向.

鐵礦石燒結過程中不同類型準顆粒的燃燒特性

馬鵬楠, 程明, 周明熙, 李亞威, 周昊

2019, 41(3): 316-324. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.004

[摘要](991)

[HTML全文] (482)

[PDF 1006KB](22) [施引文獻] ()

摘要:
采用豎直管式爐研究了焦炭粒徑、黏附層、黏附比、焦粉比例對不同類型準顆粒質量轉化率和燃料氮轉化率的影響.結果表明, 對于S和S'型準顆粒, 質量轉化率均隨焦炭粒徑的增大而降低; 對于S'型準顆粒, 燃料氮轉化率隨著焦炭粒徑的增大而減小, 而對于存在黏附層的S型準顆粒, 內核焦炭粒徑越大, 燃料氮轉化率越大; 通過對比S和S'型準顆粒的燃燒情況, 發現黏附層的存在有利于提高準顆粒的質量轉化率和燃料氮轉化率; 對于C型準顆粒, 黏附比越大, 質量轉化率和燃料氮轉化率均越小; P型準顆粒的質量轉化率隨著焦粉比例的增加而減小, 燃料氮轉化率在焦粉比例為50%時達到最低值.

兩相區位錯增殖對低碳貝氏體/鐵素體復相鋼組織和性能的影響

田亞強, 田耕, 王安東, 鄭小平, 魏英立, 宋進英, 陳連生

2019, 41(3): 325-331. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.005

[摘要](892)

[HTML全文] (478)

[PDF 1004KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、電子探針(EPMA)、X射線衍射儀(XRD)、室溫拉伸等手段, 通過兩相區保溫-淬火(IQ)、兩相區形變后保溫-淬火(DIQ)、兩相區保溫-淬火-配分-貝氏體區等溫(IQ&PB)及兩相區形變后保溫-淬火-配分-貝氏體區等溫(DIQ&PB)熱處理工藝, 研究高溫形變對室溫組織、性能、殘余奧氏體穩定性的綜合影響作用.結果表明, 經15%的壓縮形變后鐵素體中位錯密度由0.290×10¹⁴增加至1.286×10¹⁴ m^-2, 馬氏體(原奧氏體)中C、Cu元素富集濃度提高, 高溫形變產生位錯增殖對元素配分有明顯促進作用.DIQ&PB工藝下, 形變后貝氏體板條尺寸變短且寬度增加0.1 μm左右, 貝氏體轉變量較未變形時增加14%, 多邊形鐵素體尺寸明顯減小.力學性能方面, 兩相區形變熱處理后抗拉強度增加132.85 MPa, 斷后伸長率增加7%, 強塑積可達25435 MPa·%.形變后殘余奧氏體體積分數由7.8%提高到8.99%, 殘余奧氏體中碳質量分數由1.05%提高到1.31%.

Si含量對高硅電工鋼熱變形與動態再結晶行為的影響

肖飛, 張志豪, 付華棟

2019, 41(3): 332-342. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.006

[摘要](1342)

[HTML全文] (619)

[PDF 1250KB](97) [施引文獻] ()

摘要:
采用Gleeble-3800D熱模擬試驗機在應變量0.6、變形溫度750~1050℃、應變速率0.01~1 s^-1工藝條件范圍內, 研究了Fe-(5.5%、6.0%、6.5%) Si高硅電工鋼的熱變形與動態再結晶行為.采用線性回歸方法, 建立了三種成分實驗鋼的流變應力本構方程.計算得到Fe-5.5% Si、Fe-6.0% Si和Fe-6.5% Si高硅電工鋼的熱變形激活能分別為310.425、363.831和422.162 kJ·mol^-1, 說明Fe-(5.5%、6.0%、6.5%) Si高硅電工鋼的熱變形激活能隨Si質量分數的增加而增大, 這使得Fe-(5.5%、6.0%、6.5%) Si高硅電工鋼相同條件下的變形抗力隨Si含量的升高而增大.采用金相截線法對不同成分和變形條件下實驗鋼的動態再結晶百分數進行了統計, 結果表明: 同一熱變形條件下, Fe-(5.5%、6.0%、6.5%) Si高硅電工鋼的動態再結晶百分數隨Si質量分數的升高而減小.本文實驗條件下, 當變形溫度為750~850℃時, Fe-(5.5%、6.0%、6.5%) Si高硅電工鋼軟化機制主要為動態回復; 而變形溫度為950~1050℃時, Fe-(5.5%、6.0%、6.5%) Si高硅電工鋼軟化機制主要為動態再結晶.

單晶硅脆塑轉變臨界厚度的原位實驗

劉冰, 徐宗偉, 李蕊, 何忠杜

2019, 41(3): 343-349. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.007

[摘要](845)

[HTML全文] (341)

[PDF 949KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
為提高單晶硅納米切削表面質量的同時, 不影響加工效率, 以掃描電子顯微鏡高分辨在線觀測技術為手段, 在真空環境下開展了單晶硅原位納米切削實驗研究.首先, 利用聚焦離子束對單晶硅材料進行樣品制備, 并對金剛石刀具進行納米級刃口的可控修銳.然后, 利用掃描電子顯微鏡實時觀察裂紋的萌生與擴展, 分析了單晶硅納米切削脆性去除行為.最后, 分別采用刃口半徑為40、50和60 nm的金剛石刀具研究了晶體取向和刃口半徑對單晶硅脆塑轉變臨界厚度的影響.實驗結果表明: 在所研究的晶體取向范圍內, 在(111)晶面上沿[111]晶向進行切削時, 單晶硅最容易以塑性模式被去除, 脆塑轉變臨界厚度約為80 nm.此外, 刀具刃口半徑越小, 單晶硅在納米切削過程中越容易發生脆性斷裂, 當刀具刃口半徑為40 nm時, 脆塑轉變臨界厚度約為40 nm.然而刀具刃口半徑減小的同時, 已加工表面質量有所提高, 即刀具越鋒利越容易獲得表面質量高的塑性表面.

加載方向對Al—Zn—Mg合金型材應力腐蝕開裂行為的影響

吳建山, 鄧運來, 張臻, 張議丹, 孫琳

2019, 41(3): 350-358. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.008

[摘要](1214)

[HTML全文] (563)

[PDF 1268KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
采用恒載荷拉伸應力腐蝕試驗和電化學試驗研究取向對Al-Zn-Mg合金型材的應力腐蝕(SCC) 開裂的影響, 腐蝕介質采用質量分數3. 5%的Na Cl溶液, 容器溫度維持在50±2℃, 并通過光學金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子背散射衍射(EBSD) 等研究不同取向試樣應力腐蝕前、后的微觀形貌.結果表明橫向試樣在315 h時斷裂, 而縱向試樣在整個加載過程中未發生斷裂, 縱向試樣有更好的抗應力腐蝕開裂性能; 縱截面(L-S面) 的腐蝕電流密度為0. 980 m A·cm-2, 約為橫截面(T-S面) 的5倍, 腐蝕傾向于沿擠壓方向發展; 相比T-S面, L-S面晶粒間取向差較大, 大角度晶界多, 容易被腐蝕產生裂紋; 在應力腐蝕加載過程中, 試樣先發生陽極溶解, 形成腐蝕坑, 聚集的腐蝕產物所產生的楔入力和恒定載荷的共同作用促使裂紋在腐蝕介質中加速擴展, 兩種取向試樣均發生了明顯的晶間腐蝕, 存在應力腐蝕開裂的傾向.

鈷基高溫合金GH5605鑄態組織及高溫擴散退火過程中元素再分配

劉超, 江河, 董建新, 章清泉

2019, 41(3): 359-367. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.009

[摘要](1258)

[HTML全文] (550)

[PDF 1110KB](51) [施引文獻] ()

摘要:
利用光學顯微鏡(OM)、場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)、能譜分析(EDS) 并結合熱力學及動力學計算結果對采用真空感應熔煉和電渣重熔二聯工藝生產的GH5605合金電渣錠的枝晶形貌、元素偏析和析出相進行分析.探索了合金的高溫擴散退火制度并結合差示掃描量熱儀(DSC) 和熱壓縮模擬實驗分析高溫擴散退火前后的合金特征.結果表明: GH5605合金中的枝晶和元素偏析情況較輕, 主要偏析元素是Cr和W并在枝晶間處偏聚, 電渣錠中的主要析出相包括奧氏體、晶界M₂₃C₆以及晶內和晶界處的奧氏體與M₂₃C₆板條狀共晶相.經1210℃/8 h擴散退火處理后枝晶和元素偏析基本消除, 共晶相基本回溶.

基于同步熱跟蹤法的微量氣液反應熱測量

張宣凱, 張輝, 李東, 劉應書, 張會元, 王潤, 郭亞樓

2019, 41(3): 368-376. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.010

[摘要](869)

[HTML全文] (357)

[PDF 722KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
利用同步熱跟蹤原理, 提供一種測定微量氣液反應熱的研究方法.通過程序控制容器外殼溫度與內部溶液同步升溫, 減小溫度梯度, 形成“熱屏障”, 阻止溶液以熱傳導、對流、輻射的形式與外界環境進行熱交換, 獲得動態絕熱環境, 提高微量氣液反應熱直接測量的精度, 減少樣品用量, 無需熱補償.采用MEA (乙醇胺) 與MDEA (N-甲基二乙醇胺) 兩類弱堿吸收液, 容積為15 mL, 分別在10%、20%、30%、40%和50%質量分數下, 測定吸收CO₂的反應熱.實驗表明: 同步熱跟蹤法測量更為準確; 隨溶液濃度的增加, MEA反應熱先降低后升高, MDEA反應熱逐漸降低; 在質量分數為20%~40%時, MEA、MDEA質量分數對反應熱的影響不顯著; 反應放熱形成的升溫曲線出現“下凹”現象.

基于管道流體信號的自振射流特性檢測方法

蔡騰飛, 潘巖, 馬飛, 崔立華, 邱林賓

2019, 41(3): 377-383. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.011

[摘要](792)

[HTML全文] (302)

[PDF 526KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
提出基于管道流體信號的自振射流特性檢測方法, 將壓力傳感器從高壓罐內移至高壓罐外, 布置在高壓罐外的前端管路上, 從而避開高圍壓環境影響; 通過雙壓力傳感器拾取管道流體壓力脈動信號, 并運用信號處理技術有效抑制干擾噪聲, 提高有用信號強度, 準確獲取射流的壓力脈動信息.試驗表明, 管道流體壓力信號的頻譜特征與噴嘴腔內檢測法具有一致性, 且與理論計算較為吻合, 充分表征了射流的壓力振蕩特性; 其聲功率譜與高壓罐內水聽器檢測結果相一致, 較好地表述了射流的空化作用特性.由此認為基于管道流體信號的檢測法用于自振射流特性的檢測是完全可行的, 具有先進性, 為高圍壓下自振射流的研究提供了新手段.

楔橫軋成形25CrMo4厚壁空心軸件的不圓度分析

江洋, 王寶雨, 霍元明, 肖星

2019, 41(3): 384-392. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.012

[摘要](868)

[HTML全文] (373)

[PDF 1085KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
機械結構輕量化的主要途徑是在結構上采用空心軸.近年來, 采用楔橫軋帶芯棒軋制空心軸類件的工藝得到了較廣泛的關注.厚壁空心軸類件在楔橫軋軋制過程中易發生“失圓”現象.本文通過熱壓縮實驗研究了25CrMo4合金鋼在楔橫軋變形條件下熱變形行為, 獲得其真應力-應變曲線.在此基礎上, 基于Deform-3D有限元軟件, 建立25CrMo4厚壁空心軸楔橫軋有限元仿真模型, 分析厚壁空心軸楔橫軋成形機理, 研究得出斷面收縮率、成形角、展寬角對軋件不圓度的影響規律: 斷面收縮率增大, 不圓度減小; 成形角增大不圓度減小, 軋制溫度越高減小趨勢越明顯; 展寬角增大不圓度增大, 提高軋制溫度抑制增大趨勢.選取部分工藝參數進行楔橫軋驗證實驗, 對比了有限元仿真結果和實驗結果, 表明有限元仿真模型預測精度較高.

基于自適應雙冗余的TTE調度方法及性能分析

汪清, 滕立平, 崔鑫, 王闊, 王嫻, 李文健

2019, 41(3): 393-400. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.013

[摘要](1077)

[HTML全文] (368)

[PDF 674KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
針對TTE (time-triggered Ethernet, TTE) 網絡對業務安全性與對業務實時性要求高的問題, 提出了一種自適應雙冗余的網絡結構, 設計冗余報文的時間標簽, 自適應恢復傳輸, 并設計了TTE網絡中的混合流量(TT (time-triggered) 流, RC (rateconstrained) 流, BE (best-effort) 流) 調度規劃方法, 根據報文的重要性, 發送端自適應的對網絡報文進行分類, 其中, TT信息雙網備份傳輸, RC、BE信息在雙網分散傳輸.此外, 基于確定性網絡分析方法, 推導了自適應雙冗余調度方法下RC流的閉式延遲界, 并仿真驗證了在極限網絡、確定網絡以及排隊論仿真模型下所提方法減小網絡延遲的效果, 滿足TTE網絡在保障業務安全性的情況下對業務實時性的要求.

基于機器學習的北京市PM2.5濃度預測模型及模擬分析

曲悅, 錢旭, 宋洪慶, 何杰, 李劍輝, 修昊

2019, 41(3): 401-407. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.014

[摘要](1750)

[HTML全文] (684)

[PDF 679KB](159) [施引文獻] ()

摘要:
對北京市周邊8個點多個壓力高度的溫度、濕度和風速數據, 以及北京市PM2.5污染數據進行了分析和歸一化處理, 建立了反向傳播神經網絡(back propagation, BP)、卷積神經網絡(convolutional neural network, CNN) 和長短期記憶模型(long short-term memory, LSTM) 對上述氣象數據和污染數據進行訓練, 訓練結果表明: 反向傳播神經網絡模型和卷積神經網絡模型對未來1 h的PM2.5污染等級的預測準確率較低, 而長短期記憶模型的準確率較高.使用長短期記憶模型預測未來1 h的PM2.5污染值與實際值十分接近, 表明北京市的PM2.5污染與其周邊地區的氣象條件關系密切.通過利用長短期記憶模型對不同壓力高度的氣象數據進行訓練和對比, 得出在利用氣象數據預測污染時, 僅使用近地面氣象數據比使用多個高度上的氣象數據更加準確.

側向沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的性能

趙武超, 錢江

2019, 41(3): 408-415. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015

[摘要](982)

[HTML全文] (375)

[PDF 886KB](33) [施引文獻] ()

摘要:
采用數值仿真技術建立了足尺鋼筋混凝土墩柱精細有限元模型, 分析了側向沖擊荷載下墩柱的動態響應和抗沖擊性能, 提出了一種基于截面損傷因子的損傷評估方法, 討論了不同碰撞參數對鋼筋混凝土墩柱破壞模式和損傷機理的影響.結果表明: 沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的耗能主要分為接觸區域局部耗能和構件整體耗能; 當沖擊體的初始動能恒定時, 沖擊質量和沖擊速度的不同組合會導致鋼筋混凝土墩柱損傷破壞機理的顯著差異; 基于截面損傷因子的損傷評估方法可以比較準確地描述墩柱的破壞狀態.軸壓力對墩柱抗撞能力的有利貢獻比較有限, 且墩柱隨著軸力的增大更易發生剪切破壞; 沖頭剛度對碰撞力和墩柱動態響應的影響十分顯著.