由于TC4材料在高温环境下易发生氧化失效，因此在高温、海洋等恶劣环境条件下，TC4材料的使用寿命大大缩短。为延长TC4材料表面的耐高温氧化性能，该文采用激光熔覆技术在TC4表面制备含梯度质量分数添加相的耐高温氧化熔覆涂层，并利用扫描电子显微镜（SEM）对涂层的微观组织进行观察，分析添加相对熔覆涂层微观组织形态的影响；然后利用微观硬度试验获得不同材料组分涂层的微观硬度分布，分析添加相含量对熔覆涂层显微硬度的影响；最后利用宏观形貌观察、氧化动力学分析、SEM扫描电镜分析和X射线衍射分析等方法对高温氧化试验后的熔覆试件进行耐高温氧化性能评估，分析添加陶瓷相变量和高温氧化过程对熔覆涂层微观组织及物相组成的影响规律，并探究涂层的耐高温氧化机理。试验结果表明：添加陶瓷相粉末后，熔覆涂层的微观硬度明显提高，微观组织更加细化紧密，高温氧化过程中生成的致密氧化产物能够有效地隔绝高温氧化环境，大幅提升表面熔覆涂层的抗高温氧化性能；熔覆涂层表面生成的高温氧化产物Ta₂O₅具有结构致密、高温稳定性强且抗氧化性能突出等特点，是提升含陶瓷相TC4熔覆涂层表面耐高温氧化性能的主要原因。

目前，能源领域不断发展，对电容器要求不断提高，兼具高温性能和高储能的电容器已成为研究热点。其中高储能密度即要求其具备高介电常数和低介电损耗。特种工程材料聚酰亚胺（PI）因其耐高温性能而备受人们青睐，但其较低储能密度制约其应用。为更好地利用聚酰亚胺的耐高温性能，从其合成原料的多样性出发，寻找优异合成路线，该研究以制备高介电常数与低介电损耗聚酰亚胺（PI），研究同分异构体2，3，3'，4'-联苯四甲酸二酐（a-BPDA）和3，3'，4，4'-联苯四酸二酐（s-BPDA）对聚酰亚胺介电性能的影响为目标，以a-BPDA、s-BPDA、3，3'，4，4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA）、4，4'-双（3-氨基苯氧基）二苯基砜（m-BAPS）为原料，通过三元共聚制备了PI薄膜，从而验证方案可行性。在此基础上调配原料比例，探究最佳性能时各种原料配比。并运用傅里叶红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD）分析、热性能分析和介电性能分析对薄膜进行表征。实验结果表明：a-BPDA、s-BPDA、BTDA和m-BAPS可成功合成聚酰亚胺薄膜；合成的薄膜仍可以保持较高的热学性能，其中a-BPDA和s-BPDA分别将聚酰亚胺的玻璃化转变温度最高提升至245.8 ℃和239.1 ℃。s-BPDA与a-BPDA对聚酰亚胺的介电性能产生不同影响，当s-BPDA与BTDA物质的量比为3∶2时，在1 000 Hz下sPI介电常数为4.25，介电损耗为0.002 9，当a-BPDA与BTDA物质的量比为3∶2时，aPI介电常数为3.49，介电损耗为0.002 3；综合对比下，s-BPDA对于聚酰亚胺的热学性能和介电性能改善效果更加明显。

针对淬火-抛光-淬火（QPQ）处理对27SiMn合金钢堆焊的镍铝青铜合金涂层性能影响不明确的问题，该文开展了铜合金涂层的几何特征、组织变化、耐蚀性能和硬度检测等的研究，探讨QPQ处理工艺对铜合金涂层组织与性能的影响，以验证该复合防腐工艺的合理性和可行性。结果表明：碳/氮化与氧化两道工序后，铜合金涂层形成了一种双层结构的渗层，其中金属碳化物跨越双层结构分布，铜的氧化物只在近表层分布，起防腐作用；QPQ处理前后的堆焊铜合金组织均有基体相α、亚稳定相β'，以及分散于α相中的多种κ相；高、中温回火作用，致使β'相大量析出α相，基体相融合增大，整体硬度下降；铜合金堆焊层试样表面的耐蚀性保护评级为9级，铜合金堆焊层QPQ处理试样表面的耐蚀性保护评级为10级，QPQ处理后的铜合金表面的耐蚀性并未降低，反而超过了未经处理前的情况。该复合防腐技术在提升缸筒内壁耐蚀性的同时，又兼顾接头孔等其他部位及缸体外表面的耐蚀性，可应用于此类缸筒零部件的维修再制造。

利用相变材料储热的方法对工业领域中低温余热进行回收、储存以及再利用，是实现能源梯次利用，提高能源利用效率的重要方法。相变材料的物性是决定储热系统性能的关键因素。因此，开发具有适宜相变温度、高低温循环稳定性较好的相变材料，对于实现高效余热回收具有重要的意义。基于此，该文采用静态熔融法，合成了一种新的相变材料NaNO₃-KNO₃-NaNO₂-LiNO₃，通过差热分析、热重分析、X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析等方法，对该材料的熔点、潜热、比热容和循环稳定性等热物理性能进行了一系列表征，筛选出配比m（NaNO₃）∶m（KNO₃）∶m（NaNO₂）∶m（LiNO₃） = 6.32∶47.83∶36.10∶9.75的熔盐作为最终的优选盐。实验结果表明：优选盐具有显著的性能优势，其熔点低至79.02 ℃，潜热为176.71 J/g，固相和液相的平均比热容分别为1.96和2.09 J/（g·℃），分解温度达到600 ℃以上，展现出宽温度范围的适用性；经过100次高低温循环测试后，优选盐仍表现出良好的热循环稳定性。该研究为中低温余热回收及储热系统提供了一种新型的相变储能材料，对相关领域的能源优化和节能减排具有重要的意义。

为研究TC4表面激光熔覆涂层的耐高温抗变形性能，采用激光熔覆技术，以GH4169镍基高温合金粉末为基粉，HfC、ZrC、TaC、NbC过渡族碳化物为增强相，在TC4基材上制备不同比例的镍基金属-多元陶瓷复合涂层，通过组织表征和性能测试系统研究了不同多元陶瓷粉末含量涂层的微观组织、涂层硬度和高温抗变形能力。研究结果表明：碳化物陶瓷增强相的添加使涂层微观组织细化，硬度得到提升，当陶瓷增强相添加量为15%时涂层硬度最高，是基材的2.54倍；随温度升高，纯镍基熔覆涂层内部枝晶组织发生了溶解和分离，并逐渐等轴化；添加15%陶瓷粉末的镍基熔覆涂层中出现了枝晶破碎情况，熔覆层中弥散分布的陶瓷增强相发生了聚集长大现象；在3种高温压缩试验温度（700、800、900 ℃）下，试件的最大等效应力和最大等效应变均出现在基材内部，相比于TC4试件，激光熔覆试件在涂层结合区产生应力突变，涂层的抗变形能力有所增强。

为提高乳化剂与环氧树脂的相容性，以不同相对分子质量的聚乙二醇（PEG6000、PEG4000、PEG2000）、甲基六氢邻苯二甲酸酐（MHHPA）和环氧树脂（E44）为原料，采用两步法合成了一系列A-B-A型（A为环氧链段，B为亲水链段）结构的非离子型水性环氧乳化剂。采用傅里叶变换红外光谱仪对乳化剂结构进行表征，并通过红外光谱分析与酸值滴定确定了该乳化剂的最佳合成工艺：PEG和MHHPA按照物质的量之比为1∶2.1进行酯化反应，温度为110 ℃，时间为3 h；然后加入与MHHPA等物质的量的E44，在催化剂四丁基溴化铵（TBAB，环氧树脂用量的1%）的作用下进行环氧开环反应，温度为110 ℃，时间为3 h。将合成的乳化剂应用于环氧树脂E44制备出水性环氧乳液，研究了乳液稳定性的多种影响因素，包括PEG相对分子质量、乳化剂含量、乳化温度和搅拌速度。综合考虑乳液稳定性、粒径及其分布等因素，发现采用PEG6000合成的乳化剂具有更好的乳化效果，其HLB值为16.5、浊点为90 ℃，优于使用PEG4000与PEG2000合成的乳化剂。当乳液固含量约为45%时，在20%的乳化剂含量下，以75 ℃的乳化温度、2 000 r/min的搅拌速度进行乳化处理，能够得到平均粒径较小且分布较窄的水性环氧乳液，其具有良好的乳液稳定性。

水污染问题日益严峻，迫切需要开发高效且可持续去除污染物的方法。该研究提出用常压干燥法制备一种兼具阴离子和阳离子污染物高吸附量的纳米纤维素基气凝胶。首先聚乙烯亚胺（PEI）通过静电相互作用附着在羧甲基化纤维素纳米纤维（CNF）骨架上，然后使用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）和戊二醛（GA）进行化学交联得到水凝胶，最后通过溶剂交换和常压干燥方法制得低密度（18.80 mg/cm³）和高孔隙率（92.06%）的CNF/PEI复合气凝胶（CPA），该气凝胶在水中展现出优异的结构稳定性。得益于气凝胶同时含有阴离子型羧甲基和阳离子型氨基，它在复杂废水环境下能同时对阳离子和阴离子染料具有较强的吸附能力。每克气凝胶对亚甲基蓝（MB）和刚果红（CR）的最大吸附量分别为516 mg和2 090 mg，阴、阳离子染料的去除率达到98%以上。此外，气凝胶展现出良好的结构稳定性和抗疲劳性能。在碱性溶液中浸泡一周仍保持完整，且在湿态下经过10次循环压缩，其弹性恢复率仍保持在60%。相比同类吸附材料，CPA在吸附容量、两性吸附能力及重复使用性能方面具有显著优势。该研究提出的制备方法耗时短、效率高，适合规模化生产，有望在工业化污水处理中得到应用。

在机制砂制备过程中，大量石粉被筛分掩埋，导致资源浪费和环境污染。为提高机制砂石粉利用率，将废弃石粉高值化应用在混凝土中，并将机制砂中的石粉视作胶凝组分替代水泥，使用XRD、TG、SEM等测试手段研究花岗岩石粉对硬化水泥浆体微结构演变的影响，确定了石粉替代水泥最佳范围。通过调控机制砂石粉含量、粗骨料级配、砂率与水胶比等，优化混凝土工作性能和力学性能，揭示浆体体积分数对混凝土工作性能和力学性能的影响机制，利用高石粉含量机制砂制备了低成本、工作性能与力学性能满足要求的混凝土。结果表明：石粉替代10%（质量分数）的P.II 52.5硅酸盐水泥时，7 d和28 d浆体水化产物数量没有明显减少，微结构仍然较为致密；当石粉替代水泥比例超过20%（质量分数）时，浆体中水化产物数量减少超过20%（质量分数）、孔隙增多，导致强度大幅度降低；随机制砂石粉含量的增加，相同坍落度下混凝土减水剂掺量有所增加，浆体体积分数在31%~32%时，混凝土可获得良好工作性能和力学性能。在此基础上，采用石粉含量（质量分数）为15.1%、16.5%和18.7%的机制砂分别制备了满足工程性能要求的C30、C40和C50混凝土，水泥用量分别减少54、63和92 kg/m³，显著降低了混凝土成本和碳排放。

铝基复合材料具有硬度高、切削加工难度大的特点。为了实现高比强度、高比模量铝基复合材料的近净成形，该文利用激光增材制造技术制备了10%（体积分数）微米级SiC颗粒增强AlMgScZr复合材料，建立了激光能量密度、扫描速率与复合材料成形质量的对应关系，通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和万能试验机对微观组织和力学性能进行表征和测试，探讨了微米级SiC颗粒对选区激光熔化（SLM）成形铝基复合材料凝固组织和力学性能的作用机理。结果表明：在铺粉层厚为30 μm、扫描间距为0.12 mm、激光功率为260 W、扫描速率为1 000 mm/s的工艺参数下，可获得成形质量最佳的SiC/AlMgScZr复合材料，其致密度可达99.81%；激光熔覆过程中，SiC颗粒与Al基体之间发生了剧烈的界面反应，SiC颗粒尖角明显钝化，原位生成的微米级针状Al₄SiC₄条带与残余SiC颗粒形成混合增强结构；时效态SiC/AlMgScZr复合材料的抗拉强度为379 MPa、延伸率为12%、弹性模量为84 GPa，其断裂形式为Al基体的韧性断裂和Al₄SiC₄相的脆性解理断裂，大量交错分布的针状Al₄SiC₄条带是材料发生过早失效断裂的主控因素。

壳聚糖（CS）和锂皂石（LAP）均为生物相容性较好的材料，通过改性可以赋予其更多生物活性。该文研究了壳聚糖季铵盐（QCS）与改性锂皂石复合抗菌材料的制备及其在洗发水中的抗菌性能。通过微波辅助过氧化氢法对QCS进行降解，制备不同分子量的QCS以提升溶解性。使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对LAP进行有机改性，赋予其吸附马拉色菌的能力，得到带正电荷的有机锂皂石。复合材料经傅里叶变换红外光谱、Zeta电位、旋转流变仪和扫描电子显微镜等表征，证实了材料的成功制备。实验结果表明，不同分子量的QCS在水介质中表现出良好的抗菌性能，而QCS和CTAB改性LAP复合材料通过协同效应显著增强了抗菌效果。通过优化抗菌剂的添加量与比例，确定了复合抗菌剂在水介质和基础洗发水中的较优配方。在水溶液中将QCS与有机锂皂石复合材料以9∶1、5∶5和1∶9质量配比，稀释10倍后与菌液作用5 min，抗菌效果均达到100%。将QCS与有机锂皂石复合材料以9∶1的比例（总质量分数0.14%）添加到基础洗发水配方中，稀释100倍后仍保持显著抗菌效果，效能达到市售使用化学去屑品牌产品的70%以上，展示了其在实际应用中的良好前景，为开发天然、环保的抗菌材料提供了新方向。

通过对广源大样本RCM（氯离子快速迁移）试验数据的回归分析确定水泥品类因子，并据此建立考虑水泥类型和强度等级影响的混凝土氯离子扩散系数计算模型，以此克服传统计算模型难以通过不同试验室交叉检验的缺陷。首先，基于来源于70个不同试验室的179组混凝土RCM试验数据形成的氯离子扩散系数的广源大样本试验数据库，通过回归分析确定水胶比、水泥类型及强度等级对氯离子扩散系数的影响规律；然后，利用广源大样本试验数据和两相回归法，在混凝土氯离子扩散系数计算模型中引入水泥品类因子，并确定其取值，从而建立考虑水泥类型和强度等级影响的氯离子扩散系数模型；最后，与传统模型开展对比分析，并利用非建模试验数据进行验证。结果表明：与传统的单源小样本模型相比，广源大样本模型可将模型对试验数据的拟合度提升19.6%；水泥品类因子能够合理反映水泥类型和强度等级的影响，据此建立的扩散系数模型与传统模型相比，可进一步将模型加权平均误差和变异系数分别降低32.0%和25.0%，从而大幅提升了模型的预测精度和适应性。

3D打印混凝土是一种极具潜力的新型建造技术，具备在军事领域的潜在应用价值。作为其在军事领域应用的前提，3D打印混凝土应具备良好的抗冲击性，从而为军事设施和人员提供可靠的防护。目前，针对3D打印混凝土抗冲击性能的实验研究开展受限于成本问题。因此，使用数值模拟技术能够提高研究效率，降低研究成本，并反映3D打印混凝土的失效过程和损伤情况。但目前3D打印混凝土的数值模拟技术没有考虑其独特的界面结构，从而无法完整地反映3D打印混凝土的力学特征。该研究根据氯离子渗透实验结果，定量表征了3D打印混凝土的界面区域占比，以此为依据结合前期力学性能研究建立了3D打印混凝土的抗侵彻数值仿真模型，并进一步研究其失效行为。通过与侵彻实验结果进行对比发现，3D打印混凝土的数值仿真模型的侵彻深度误差在4%以内，证明其具备良好的模拟精度。3D打印混凝土靶体在侵彻过程中具有损伤集中在界面处的特点，且界面处的能量吸收量要大于非界面区域。随着弹速提高和靶体强度的提高，弹体可能在侵彻过程中发生解体，从而使得侵彻深度突然降低，并进一步影响侵彻过程中的弹体速度变化规律。通过界面强化、改善3D打印工艺、添加高强骨料等措施，能够有效降低3D打印混凝土靶体的侵彻破坏深度，从而提升其抗侵彻性能。

为了揭示粗集料轮廓形态特征对沥青混合料细观力学的影响机制，该文采用数字图像处理技术获取粗集料轮廓特征，构建多形态特征粗集料离散元模型，结合单轴贯入虚拟试验系统研究了集料几何形态对沥青混合料细观力学响应的影响。研究结果表明：集料颗粒间接触点处存在拉/压混合应力模式，接触点处压应力比例为40%~50%，拉应力比例为10%~20%，拉压混合应力比例为30%~40%；单轴贯入荷载的作用导致微裂缝数量快速增长，针片状集料含量较高的混合料的粗集料模型中，集料-沥青界面的微裂缝较快连接形成贯穿裂缝，而对于立方体粗集料含量较高的混合料，界面微裂缝分布面积较小且应力水平较低；微裂缝主要由剪应力引发，其数量约占微裂缝总数的90%，由拉应力作用的微裂缝数量较少，约占微裂缝总数的10%；微裂缝最长达到10 mm，最短长度为0.2 mm左右；对于立方体粗集料较多的混合料，骨架嵌挤作用可以有效抵抗荷载作用。研究成果为沥青路面施工过程中的粗集料筛选，以及提升粗集料加工质量提供了理论依据。

传统的基于大量试验与经验的新材料研发过程效率低、周期长、成本高，而将高效试验技术与快速计算模拟预测协调融合的智能方法可极大缩短新材料研发与工程应用周期并降低成本。短切玄武岩纤维增强聚乳酸（BF/PLA）复合材料天然绿色环保可降解，作为汽车部分内外饰等零部件的理想替代材料之一，具有广阔发展空间。为研究不同纤维参数配比对BF/PLA复合材料热性能的影响机制，快速开发适宜的车用零部件材料，该文对多种纤维参数配比下BF/PLA复合材料的热性能分别进行试验，通过数据相关性分析，探讨了不同纤维参数配比对复合材料热性能的影响；利用三因素方差分析方法F值提出纤维参数拟中心化方法，建立玻璃化转变温度和结晶度与中心化变量间的拟合归元函数；基于拟合归元函数和多项式指导函数，将所拓展的新的纤维质量分数、直径和长度参数配比代入，得到玻璃化转变温度和结晶度在新的纤维质量分数、直径和长度参数配比下的中心化变量，并利用拟合归元函数得新参数配比下BF/PLA复合材料的玻璃化转变温度和结晶度，完成利用拟合归元函数预测更多纤维参数配比下复合材料热性能的预测，得到的决定系数分别为0.887 0和0.855 1，且预测精度在实际工程可接受范围内。对某车企实际车型车门内板的热性能进行有限元分析，将预测数据模拟结果与原车模拟结果进行对比，结果表明，利用该文所提方法所选较优配比复合材料的热性能略优，且研发效率显著提升，验证了所提方法的有效性，为未来车用复合材料的快速开发、降低成本、选择替代和绿色设计提供了重要理论指导和方法参考。

为研究聚丙烯纤维与混凝土界面的粘结力学特性，通过单纤维拉拔细观力学试验与数值模拟对界面的脱粘过程进行了分析。采用微CT与自行研制的单纤维拉拔装置建立了单纤维拉拔原位扫描观测系统，对压痕型单根聚丙烯纤维从砂浆基体中拔出的过程进行了原位扫描观测；结合力学正则化全局数字体图像相关法，获得了纤维与基体界面的变形场，由纤维与基体间共用节点的相对位移量化了界面的脱粘；基于CT图像建立了反映纤维和基体真实形状的三维细观数值模型，模拟分析了单纤维的拉拔过程。结果表明：拉力-位移曲线在峰值后呈现出与压痕纤维几何形状特点相关的多峰特征，由数字体图像相关法测量和数值模拟所得的界面应变场均呈现出与压痕纤维几何形状特点相关的应变集中现象，表明纤维的周期性压痕增强了拉拔过程中纤维与基体之间的摩擦和咬合力；界面处相对位移在纤维嵌入端部最大，沿纤维方向减小，在水平方向上，相对位移的变化规律与纤维的几何形状具有相关性；在垂直方向上，相对位移反映出拉力达到峰值荷载前纤维与基体已完全脱粘。