现代交通与冶金材料

钢铁工业智能化发展思考与展望

人工智能技术正在全面重塑钢铁工业。本文采用文献调研、国内外钢铁智能化发展案例对比分析与行业实践归纳相结合的研究方法，梳理全球钢铁工业智能化发展态势，剖析美国、日本、欧洲、韩国、印度等国家钢铁工业智能化建设的技术路径、实施成效。以建设钢铁强国为目标，探讨了中国建立人工智能驱动的钢铁产品按需设计技术体系，发展以机理⁃数据融合的垂直大模型落地应用为核心的全域自主生产新形态，并提出探索 AI 赋能、供需全面对接的钢铁平台经济联合体，实现优势产能集约化运营的创新模式。本文研究旨在为钢铁行业智能化转型提供参考。

某城轨列车复合材料司机室头罩的碰撞性能仿真与结构优化设计

为提升碳纤维复合材料司机室头罩的被动安全性能，结合 EN 15227：2020《铁路应用—铁路车辆的耐撞性要求》标准要求，建立了某城轨列车司机室头罩的碰撞仿真模型，开展司机室端部结构有限元仿真计算。基于计算结果，研究头罩结构耐撞性提升设计方法，并提出了两种头罩结构改进方案：改进方案一对头罩前端开口包覆，设置变厚度增强筋板并使用更高性能材料替代；改进方案二材料与改进方案一保持一致，设置头罩前侧环形多胞增强结构，在钩缓两侧对称设吸能管。对比结构改进前后司机室头罩碰撞过程中的破坏模式、吸能量和平均力值，发现相较于原始方案，两种优化方案均改善了头罩整体变形稳定性，远离碰撞位置区域的褶皱与屈曲变形得到有效抑制。其中改进方案二头罩的吸能量与平均力值分别提升了 74.0% 和 77.3%，改进方案一头罩的吸能量与平均力值分别提升了 59.1% 和 62.1%。

高温服役环境下轨道车辆镍基高温合金的蠕变-疲劳交互作用试验分析

轨道车辆的涡轮增压器、发动机热端部件、制动系统等高承载部件长期在高温循环载荷下工作。GH4169 是这类部件的核心材料，其蠕变‑疲劳交互作用是导致部件突然失效的主要隐患。为获得关键部件材料在复杂服役条件下的失效判据，以轨道车辆用镍基高温合金 GH4169 为研究对象，在高温服役环境下开展蠕变‑疲劳交互作用试验。在 550~800 ℃范围内设置六个温度点，采用梯形波加载方式施加蠕变‑疲劳交互作用力，分别测试不同温度下合金寿命、蠕变‑疲劳交互曲线和微观形貌。试验结果显示，在 550~650 ℃区间镍基高温合金在蠕变‑疲劳交互作用下寿命较长，蠕变‑疲劳交互作用系数在 650~700 ℃达到峰值，表明该温区两种损伤机制强烈耦合。550~600 ℃时交互作用较弱，符合线性累积损伤模型。断口微观分析显示，550~600 ℃以穿晶疲劳断裂为主；650~700 ℃沿晶断裂比例显著增加，疲劳辉纹与蠕变孔洞共存，γ'/γ″强化相部分溶解；≥750 ℃时完全转为沿晶蠕变断裂，晶粒粗化，孔洞连接成网。

赤泥和矿渣在水泥体系中的协同作用与水化产物的钠离子固化机理研究

赤泥作为铝土矿提炼氧化铝过程中产生的工业固体废弃物，以其强碱性、高盐分和复杂成分成为环境难题。本文针对以拜耳法赤泥、矿渣微粉等量替代水泥制备胶凝材料的协同作用机制展开研究。通过制备赤泥‑水泥（二元）与赤泥‑矿渣‑水泥（三元）复合胶凝体系，结合 XRD 与能谱分析，比较了两类体系的水化产物特征与元素分布规律。结果显示，二元与三元体系 28 d 抗压强度均超过 42.5 MPa，且三元体系强度较二元体系提升 9.4%，三元体系中赤泥与矿渣表现出显著的协同效应：C‑S‑H 凝胶质量分数提升至 51.2%，较二元体系（45.7%）和纯水泥体系（42.3%）分别提高12.0% 和 21.0%；CH 含量则分别降低33.3% 与 47.3%，体现了赤泥与矿渣的成核效应。此外，协同作用促使新生相钙霞石的生成，降低体系 pH 值，部分 Na⁺由 C‑S‑H 凝胶中转移至钙霞石晶格，形成“物理吸附+晶格固化”的双重固钠机制。能谱分析进一步显示，三元体系中 Al 元素在钙霞石区高度富集（12.3 %，原子分数），证实矿渣中的活性 Al₂O₃参与了钙霞石的形成。

专题介绍

Al、Sn、Zn 粉末冷喷涂碳纤维增强树脂基复合材料的机理研究

为改善碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料的低电导率，实现复合材料飞机的雷击防护，同时解决传统冷喷涂技术在非金属表面沉积机理不明的问题，本研究提出金属‑环氧双相中间层（Cu‑环氧或 Al‑环氧）这一概念，并通过真空辅助树脂注塑工艺制备双相中间层嵌入的 CFRP 复合材料基体，结合冷喷涂技术和有限元方法探究了不同金属粉末（Al、Sn、Zn）低压冷喷在两种复合材料体系上的沉积和侵蚀机理。结果表明：颗粒冲击下环氧基体的固有脆性使其产生树脂开裂、颗粒/环氧界面失效及金属颗粒脱粘等现象；热固性基体的损伤导致 Al、Zn 颗粒难以形成连续涂层，Sn 颗粒因熔点低发生局部熔化而形成了连续薄层；与 Al‑环氧体系相比，Cu‑环氧体系更有利于金属涂层的沉积。研究结果从基体表面调控、沉积工艺和机理分析的角度，为 CFRP 结构冷喷涂金属涂层的优化设计提供了理论和参考依据。

MI⁃SiCf/SiC 复合材料高温水氧疲劳行为与失效机理

连续碳化硅纤维增强碳化硅（SiCf/SiC）复合材料是航空发动机热端部件的关键候选材料，其在高温、高水氧分压环境下的疲劳可靠性是制约其应用的核心难题。本文针对熔融渗硅（MI）工艺制备的 SiCf/SiC 复合材料，利用自主搭建的多场耦合试验平台，研究了其在 1200 ℃高温大气及水氧环境中的拉‑拉疲劳行为与失效机理。结果表明，水蒸气对材料疲劳性能具有灾难性影响：在 150 MPa 应力下，疲劳寿命从大气环境中的平均 4.84×10⁶次骤降至水氧环境中的 2.09×10⁵次。对比不同环境下测试的试样断口，发现在高温大气中损伤机制以基体开裂及后续界面氧化为主；而在水氧环境中，失效机制发生根本转变，水蒸气引发氮化硼（BN）界面相的挥发性腐蚀，导致界面层被“掏空”及纤维与基体物理分离，从而瓦解了材料的增韧机制。进一步分析不同应力水平下的试样断口，揭示了应力水平对寿命的影响机制，即应力水平决定 SiCf/SiC 复合材料的基体开裂程度，改变水氧介质向材料内部的侵入速率，进而影响材料内部组分的氧化侵蚀，最终影响材料寿命。本研究为深入理解该材料在极端环境下的失效机理、建立寿命模型及优化环境障涂层设计提供了重要依据。

溴锑⁃硼酸锌协同阻燃在架空绝缘导线电缆料中的应用

为 提 高 架 空 绝 缘 导 线 用 耐 候 型 硅 烷 交 联 聚 乙 烯（SXLPE）的 阻 燃 性 能 ，采 用 三 氧 化 二 锑（Sb2O3）/十溴二苯乙烷（DBDPE）/硼酸锌（ZB）对 SXLPE 电缆料进行改性。研究了 Sb2O3/DBDPE质量分数对 SXLPE 电缆料力学性能、电气性能、阻燃性能和热稳定性的影响。结果表明，阻燃料质量分数为 46% 时，复合材料拉伸强度可达 18.4 MPa，断裂伸长率为 456%，体积电阻率为 1.8×1014 Ω·m，极限氧指数为 28.5%，达到 UL94 标准 V0 级，热释放速率峰值（PHRR）为 534.01 kW/m2，总热释放量（THR）为 18.7 MJ/m2，总产烟量（TSP）为 11.7 m2，样品燃烧后残炭的 SEM 图显示表面已经基本无法找到孔洞，形成的炭层非常致密，复合材料力学、电气及阻燃性能均达到使用要求。

埃洛石纳米管增强离子凝胶及其传感应用

为解决离子凝胶导电性能与力学性能难以兼顾的问题，采用溶剂挥发成膜并诱导纳米颗粒自 组装的方法，以热塑性聚氨酯(TPU)为基体、1‑丁基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸(BMIMPF6)为离子液 体(IL)、埃洛石纳米管(HNT)为纳米填料，制备 TPU@IL@HNT 离子凝胶，并研究其微观结构、热 稳定性、力学性能及应变传感性能。结果表明：BMIMPF6可在 HNT 内外表面发生选择性吸附，自 组装形成有序离子传输通道；剪切诱导进一步促进 HNT 取向排列，提高了离子传输效率。经剪切处理的 TPU@IL@HNT 离子凝胶具有良好的电学性能，在 0~300% 应变范围内具有良好的线性响应，可实现人体关节运动和语音信号的实时监测。本研究为高性能柔性离子凝胶传感器的设计与制备提供了新的思路。

专题介绍