一、显微维氏硬度测量方法的研究(论文文献综述)
吴卫卫[1](2019)在《尺桡骨不同部位显微骨硬度与螺钉生物力学性能的研究》文中研究指明随着3D打印技术和骨科内固定技术的发展,3D打印机可以打印出外观和骨骼形态一样的骨骼模型,但是不能反应出骨骼的生物力学特性,而骨硬度作为一个综合的生物力学指标,可以反映骨组织的弹性变形、塑性变形和反破坏的能力,人体骨硬度分布的研究可以为3D打印提供生物力学数据,使其骨骼模型与人体骨骼生物力学弹性模量相一致,从而为设计与骨骼生物力学特性接近的内固定物及假体提供理论基础。骨硬度的大小主要与骨成分和骨结构、骨的弹性模量等有关。通常认为骨组织形态和结构的改变与力学负荷有关,人体不同部位力学负荷的不同可以导致骨硬度的差异。目前不同年龄的人的不同部位的骨折,均采取同样厚度的钢板,统一材料的内固定物,而不同骨骼及同一块骨骼不同部位硬度有差异、弹性模量有差异,内固定材料的硬度值及弹性模量与骨骼不能很好的匹配,容易导致应力集中,从而增加断钉断板率,为了避免应力集中,减少断钉断板率,应该采用与骨骼硬度及弹性模量相匹配的内固定材料,本研究为骨折个体化精准治疗提供理论基础。本实验通过研究尺桡骨骨硬度分布规律以及桡骨骨硬度与螺钉拔出力的关系来为骨科临床提供与人体骨骼相匹配的内固定材料和3D打印的理论依据和数字支持。尺桡骨骨折占全身骨折的6.3%,尺桡骨近端骨折占全身骨折的0.84%,尺桡骨干骨折占全身骨折的1.47%,尺桡骨远端骨折占全身骨折的3.99%。尺桡骨近端骨折占尺桡骨骨折的13.32%,尺桡骨干骨折占尺桡骨骨折的23.31%,尺桡骨远端骨折占尺桡骨骨折的63.38%。根据张英泽教授团队2003年至2007年对河北医科大学第三医院尺桡骨流行病学调查显示尺桡骨骨折是男性多于女性,左侧多于右侧,男性高发年龄为11-20岁,女性高发年龄为51-60岁。尺骨和桡骨共同构成前臂的骨性结构。前臂的近端是由肱尺关节和肱桡联合构成上尺桡关节,前臂的远端是由尺腕关节和桡腕关节区共同构成的下尺桡关节。尺桡骨之间由骨间膜连接,骨间膜由尺骨下方斜向桡骨上方走行,当前臂处于中立位时骨间膜处于紧张状态,当前臂处于旋前位置时,骨间膜处于松弛状态。尺骨近端主要由尺骨鹰嘴、冠突、尺骨粗隆构成,尺骨远端主要由尺骨茎突构成。桡骨近端主要由桡骨头、桡骨茎、桡骨粗隆构成。桡骨远端主要由桡骨远端、桡骨茎突构成。前臂的旋转主要是由桡骨围绕着尺骨旋转,尺骨相对较直,近段粗,远段细,桡骨上段细,下段粗,向外向后形成一个弧线,构成桡骨弓,桡骨弓的存在是前臂完成旋转动作的解剖学基础,因而尺骨承受更多的扭转应力,由于尺桡骨的长度是固定的,在前臂做复杂动作时,涉及到肘关节腕关节的屈伸和前臂的旋转,此时尺桡骨承受的旋转应力和张力是均衡的。桡骨远端是骨松质与骨皮质交界的地方,较为薄弱,容易导致桡骨远端骨折。当桡骨远端骨折发生短缩时,尺骨的负荷传到力量会增加,因而也很容易发生骨折。前臂纵向稳定性的维持除了与尺骨、桡骨有关外,还与骨间膜等结构有关,骨间膜的腱性部分承担着桡骨和尺骨之间大部分的应力传到。尺桡骨骨折的最主要的因素是跌倒外伤,其次是与影响骨的质量有关的一些因素,例如骨肿瘤、骨结核、骨质疏松等都会影响骨的质量,从而很轻微的外伤就可能导致骨折。骨密度是评价骨质量的常用方法之一,尺桡骨远端是骨密度的主要的测量部位之一,在尺桡骨远端骨折的患者中,骨质疏松患者所占比例是明显高于正常人的。桡骨远端的骨折发病率远远大于尺桡骨干骨折,除了与受伤方式有关,还可能与尺桡骨远端硬度值较桡骨干小,且桡骨远端是桡骨干与干骺端的移行交界区有关。骨质量是影响骨折的重要因素之一,骨的各向异性对骨折部位有着很重要的影响。而目前常用的生物力学实验,如压缩试验、拉伸实验、弯曲试验等都是作用于整个尺桡骨的,而且假设构成骨的材料与结构是均匀一致的,是用来研究整体骨的生物力学性能的,不能很好的显示骨的各个不同解剖部位的非均质性与各向异性。而目前用来评价骨强度两个指标骨矿密度和骨质量,研究表明骨密度只能反映60%-70%骨强度变化,骨质量是与骨矿程度,骨组织代谢转换率、骨微结构、微骨折等均有关。骨质量可以预测评估骨折风险,但骨质量是一个综合的指标,检测较困难。而骨硬度主要与骨矿含量、骨的微观结构等有关,是评价骨质量的重要指标。因而推测骨硬度对于预测骨折风险具有重要意义。骨折是骨的连续性部分或全部被破坏,是骨发生了塑性形变,骨硬度也与骨的塑性形变有关,因而推测骨硬度可能与骨折有一定的相关性。不同部位的骨硬度不同,可能与不同部位骨折流行病学的发病率相关,目前骨折内固定物都是金属均质的,而骨是非均质的,骨不同部位的硬度不同,内固定物的硬度相同,可能造成生物力学的不匹配。而骨硬度可以反映骨的非均质性,不同部位骨硬度的不同可能与手术方式及内固定物的置入均有一定的相关性。本实验通过研究尺桡骨骨硬度分布规律,来阐述尺桡骨骨硬度与尺桡骨骨折流行病学的关系。既往研究通过生物力学方法对尺桡骨进行了研究,但缺少对尺桡骨不同解剖部位的生物力学特性的研究,以及不同部位之间生物力学分布规律的研究和对比。本实验通过对尺桡骨不同的解剖部位进行骨硬度的测量,来探讨骨硬度在尺桡骨不同解剖部位之间的分布规律,以及其与尺桡骨骨折流行病学、骨折手术方式及尺骨鹰嘴的3D打印等内置物及尺桡骨的相关关系。尺桡骨骨折术后通常采用钢板、螺钉对骨折部位进行内固定,目前的钢板都是均质的,厚度一致的,而螺钉也是由同一种材料构成的。而骨骼是非均质性各向异性的组织,均匀一致的钢板和螺钉与骨的非均质性不匹配,是断钉断板的因素之一。由螺钉松动引起的内固定松动是骨折内固定术后的一个严重并发症。螺钉拔出力是反映内固定稳定性的一个重要因素,内固定的稳定行与螺钉的性能和骨的性能密切相关。螺钉的性能如螺钉长度,直径,螺纹等,骨的性能包括骨的体积,骨的组成和骨的结构。尺桡骨不同部位的骨硬度是不同的,通过探讨桡骨骨硬度与螺钉拔出力的关系,来探讨骨硬度与内固定稳定性的关系,为设计符合人体生物力学性能的内固定物提供理论依据。而目前3D打印出来的假体或内固定物都是均质的,而骨骼是非均质的,尺桡骨不同部位的硬度不同可以反映出骨骼非均质的特性,可以为3D打印与骨生物性能接近的内固定物和假体提供数字支持和理论依据。第一部分尺骨不同部位显微骨硬度的研究目的:通过测量三具新鲜尺骨标本不同解剖部位的显微骨硬度,来研究尺骨骨硬度的分布规律,并探讨骨硬度的分布规律与尺骨骨折流行病学、尺骨骨折及手术方式,内固定物的置入、肘关节置换等的相关关系。方法:将三个新鲜的尺骨标本,按照AO解剖原则分为尺骨近端,尺骨干,尺骨远端三个节段。先用微型台具将尺骨分成12个部位,其中尺骨近端取尺骨鹰嘴,及尺骨鹰嘴干骺端2个部位;尺骨干平均分成9段,分别取尺骨干1-9共9个部位;尺骨远端取尺骨头1个部位。然后用慢速锯垂直于每个部位的长轴切取3mm厚的骨组织切片。将切取的骨组织切片按照解剖部位固定在载玻片上,并标明前后左右四个区域,再用不同目的碳化硅颗粒逐级打磨光滑后放入冰箱留待硬度测量使用。用德国KB-5型显微维氏硬度仪测量每个标本的前、后、内、外四个区域,每个区域随机取5个有效位点进行测量,每片标本共取20个有效测量位点。尺骨近端与尺骨远端的标本测量松质骨的显微硬度,尺骨干标本测量皮质骨显微硬度。根据既往研究,本实验载荷给予50g力,加载50s,维持12s来进行显微维氏硬度的测量。根据显微维氏硬度仪压头在骨组织表面留下的压痕面积来计算硬度值,压痕的两条对角线的长度相差大于10%的压痕将被剔除,每个区域选取5个有效硬度值,取其平均值为其区域的硬度值,每片标本采取20个有效硬度值,取其平均值为每片标本的硬度值。采用SPSS19.0进行统计分析,尺骨各部位硬度值的比较,尺骨近端、骨干、远端三部分硬度值的比较以及尺骨前后内外侧硬度值的比较,都是采用的随机区组单因素方差分析。事后采用多重比较,骨硬度数值方差齐就采用Tukey检验,方差不齐的骨硬度数据采用DunnettT3检验,P<0.05表明差异具有统计学意义。结果:尺骨各部位硬度值比较:尺骨显微骨硬度的分布范围是17.00-65.60HV,平均为40.81HV,尺骨显微骨硬度最大的部位为尺骨干7,硬度值为47.77HV,显微骨硬度最小的部位位于尺骨头,硬度值为29.64HV;尺骨近端、骨干、远端三个节段硬度值相比较:尺骨近端的硬度值为34.39HV,尺骨干的硬度值为43.47HV,尺骨远端的硬度值为29.64HV,三具标本均呈尺骨干硬度值大,尺骨近端及远段硬度值小的分布规律,且尺骨干硬度值大于尺骨近端及远端,差异有统计学意义(P<0.001);尺骨前后内外侧硬度值比较:尺骨近端前后内外侧的硬度值分别为为31.01HV,37.66HV,33.71HV,37.59HV,尺骨干前后内外侧的硬度值分别为43.21HV,44.05HV,42.45 HV,42.22HV,尺骨远端前后内外侧的硬度值分别为:28.27HV,30.36HV,29.18 HV,30.75 HV。尺骨前后内外侧硬度值差异无统计学意义。结论:尺骨硬度呈现出尺骨干硬度值大,尺骨近端与尺骨远端硬度值小的分布规律,差异有统计学意义;尺骨前后内外侧硬度值差异无统计学意义。本研究得出了显微骨硬度在尺骨不同解剖部位的分布规律,为3D打印更加符合人体生物力学性能的内固定材料和肘关节假体提供了数字支持。第二部分桡骨不同部位显微骨硬度的研究目的:通过测量了3具新鲜的桡骨标本不同解剖部位的显微骨硬度,来研究显微骨硬度在桡骨不同部位的分布特征,并探讨桡骨骨硬度与桡骨各部位解剖结构、桡骨骨折流行病学等的相关关系。方法:本实验所采用的3个新鲜的桡骨标本来自于3具新鲜尸体的右侧桡骨,两具为男性标本,一具为女性标本,年龄分别为62岁、58岁、45岁。实验前3具桡骨均经过X线、CT等检查排除了影响桡骨质量的如骨质疏松、骨结核、骨肿瘤等有关的全身系统的疾病。分别取出了3具新鲜尸体的右侧桡骨标本,先仔细的剔除包绕在桡骨外面的肌肉等软组织,并将桡骨按照AO解剖原则分为桡骨近端、桡骨干、桡骨远端3个部分。然后,用微型台锯,根据桡骨解剖部位,将桡骨切割成14个部分,其中桡骨近端切取桡骨头、桡骨颈、桡骨粗隆3片标本;桡骨干平均切取桡骨干1-9共9片标本切片;桡骨远端切取桡骨远端、桡骨茎突2片标本切片。再用美国标乐公司型号为BUEHLER11-1280-250的高精度慢速锯,在用微型台锯切取的每个解剖部位上,垂直于桡骨的长轴切取3 mm厚的骨组织切片用来测量骨硬度。为了防止切割标本的过程中,因为温度过高而引起骨组织表面的变性,在慢速锯进行切割标本的过程中,全部过程均使用冷凝液冲洗桡骨标本表面来降低因为切割而导致的温度增高,从而避免造成骨组织切片的二次损伤。骨组织标本切片切割好后按照解剖部位固定在载玻片上,并标记好解剖部位的名称以及前后左右四个方位,然后经过不同目的碳化硅粒的砂纸将桡骨各个标本的表面打磨光滑,之后放置在-20℃的冰箱中,以备骨硬度的测量使用。在将桡骨切片标本进行显微骨硬度的测量前,需要将桡骨切片从冰箱中取出在室温下复温,并用生理盐水浸泡1 h,以便使桡骨标本因放置在冰箱中而导致的骨组织脱水情况得到恢复。本实验是采用的德国的KB-5型的显微维氏硬度仪进行骨硬度的测量,给予一定的载荷,使硬度仪的压头压在桡骨切片标本的表面,卸除载荷后,在骨骼的表面形成一个永久的菱形压痕,然后在显微镜下测量硬度压痕的两个对角线的长度,计算出每个压痕的面积,再根据公式来计算该部位压痕的硬度值。显微骨硬度的计量单位是用HV或者是kgf/mm2来表示的。在每个部位的桡骨标本切片标注出前、后、内、外4方位,每个方位所在的区域随机选取5个位点进行测量,每个区域的硬度值取其5个测量位点的平均值,每片标本共取20个测量位点,其该切片标本的硬度值就是测量的20个位点的平均的硬度值。根据既往相似研究的实验方法,加载的载荷选取的是50 g力,加载的时间规定的是12 s的标准的测量方法来进行试验,每个压痕的两个对角线长度相差超过10%的数据将被剔除,需在相同区域重新补测一次,每个区域按照5个、每个部位按照20个有效的硬度值来计算该区域和该部位的平均硬度值。统计分析采用SPSS19.0进行处理的数据,首先进行正态检验及方差齐性检验,桡骨各部位显微骨硬度值的分布符合正态分布,方差齐,显微骨硬度值用X±S来表示。桡骨各个解剖部位的显微骨硬度值的差异均采用单因素方差分析来进行比较,事后的多重比较,因桡骨各个解剖部位硬度值符合方差齐的标准,组间的比较采用Tukey检验,差异有统计学意义用P<0.05来表示。结果:本实验切取了3个桡骨标本的14个解剖部位,分别为:桡骨井段的桡骨头、桡骨颈、桡骨粗隆;桡骨干的桡骨干1-9;桡骨远端的桡骨远端、桡骨茎突共14个部位;共42个桡骨标本的切片,进行了840个位点的显微骨硬度的测量。得出了桡骨各部位显微骨硬度的分布特征:桡骨各个解剖部位的平均的总体硬度值在19.10 HV60.40HV之间,平均的硬度值是39.70 HV,桡骨的各个解剖部位中硬度值最大的是桡骨干8,它的硬度值是43.82±5.20HV,而硬度值最小的是桡骨头,它的硬度值是33.30±3.60HV。在3具桡骨标本的总体硬度中,桡骨干的显微骨硬度值最大,其中最硬的部位位于桡骨干的下段,桡骨近与桡骨远端的显微骨硬度值相近,均小于桡骨干的显微硬度值。桡骨干的显微骨硬度值是最大的,其硬度值为42.54±5.59HV,远高于桡骨近端的硬度值34.15±6.48 HV以及桡骨远端的硬度值35.24±5.17HV,桡骨干与桡骨近端、桡骨远端硬度值的差异具有统计学意义(P<0.001),桡骨近端和桡骨远端骨硬度值相比较,其差异无统计学意义(P>0.05)。桡骨的三个部分近端、骨干和远端的前、后、内、外侧的硬度值相比较,差异无统计学意义。结论:本实验得出了桡骨显微硬度的分布规律。桡骨干的显微骨硬度值最大,最硬的部位位于桡骨干的下段,桡骨近端与桡骨远端的显微硬度值相近,均小于于桡骨干的骨硬度值。桡骨远端的骨折发病率高除了与其解剖形态以及受伤机制有关外,还与此处硬度值骤然降低有关,骨硬度的影响也应被考虑为因素之一。本实验揭示了桡骨各解剖部位显微硬度的分布规律,探讨了骨硬度与桡骨骨折流行病学的关系,为3D打印更加符合人体的生物力学特性的桡骨小头假体提供了数据的支持。第三部分桡骨不同部位显微骨硬度与螺钉生物力学性能的关系目的:探讨桡骨各部位显微骨硬度的分布规律、桡骨各部位螺钉拔出力的分布规律,以及桡骨显微骨硬度与螺钉拔出力的关系。方法:本实验将来自3具新鲜尸体的6个桡骨标本分按照AO解剖原则为三个部分:桡骨近端、桡骨干、桡骨远端。并取桡骨近端的桡骨头、桡骨颈、桡骨粗隆三个部位;桡骨干均等的分为9部分,分别命名为桡骨干1至桡骨干9;桡骨远端取桡骨远端、桡骨茎突两个部位。用显微维氏硬度仪测量3具标本中一侧的桡骨近端、桡骨干、桡骨远端三个部分,共14个部位的显微维氏骨硬度,并用生物力学机测量另一侧桡骨14个部位的螺钉拔出力。显微骨硬度和螺钉拔出力在桡骨的分布用随机区组的单因素方差分析来统计,螺钉拔生物力学性能与骨硬度的关系用皮尔森相关分析来统计。P<0.05为差异有统计学意义。结果:显微骨硬度测量表明桡骨干的骨硬度明显大于桡骨近端与远端,差异有统计学意义(P<0.05);拔出力实验表明桡骨干的拔出力明显大于桡骨的近端与远端,桡骨骨硬度与拔出力的分布规律类似,且桡骨的拔出力与骨硬度有强正相关(R=0.927,P=0.000)。结论:实验发现桡骨的骨硬度与拔出力呈正相关,桡骨骨硬度值和拔出力值均是呈骨干部分大,近段和远端小的分布规律。桡骨螺钉把持力与骨硬度呈正相关。
郑利珊[2](2019)在《一种环保黄金首饰电铸工艺及电铸层性能的研究》文中提出黄金首饰的消费量在黄金总消费量中占有的比重可以高达65%。黄金硬度较低,容易发生塑性变形制约着黄金首饰款式的创新和发展,电铸工艺的出现使得行业内可以制作强度更高的黄金首饰。在节约黄金用量的同时可以得到体积较大的黄金首饰,且不会降低首饰的强度。传统的黄金电铸工艺采用稳定性高的氰化体系,这种工艺使用的氰化钾对环境以及操作人员身体具有潜在的危害。原国家经贸委2002年6月发布的第32号令,限令2003年底淘汰“含氰电镀”。后由于无氰电沉积技术尚无法替代氰化物工艺,2007年10月国家发改委发布57号令,暂缓淘汰“含氰电镀”。无氰电铸工艺的应用以及普及具有必要性。目前主流的无氰电沉积体系为亚硫酸盐-硫代硫酸盐体系,金盐的制备环节复杂,成本高,电解液中的亚硫酸根容易发生分解,稳定性差。因此,该无氰体系在黄金首饰加工行业的普及推广具有较高的难度。本文以三价金离子和氯离子的络合物氯金酸作为络合物,研究了一种氯金酸黄金电铸工艺。该工艺已经完成了终试,经济指标、工艺指标、性能指标、环保指标均满足黄金首饰加工行业的要求。氯金酸无氰黄金电沉积工艺生产流程易操作、金盐制备简单、电解液使用寿命长、生产所需材料成本低,在成本方面有很大的优势;在工业生产条件下,规范了一整套工业生产流程,电沉积18h左右后黄金电铸样品厚度可以达到150200μm。每天每个电铸缸稳定生产300克硬金产品,电解液可以维持30天的稳定生产,得到的黄金电铸成品可以作为硬金产品;市场上氰化体系的硬金样品维氏硬度值在70HV左右,无氰黄金电铸工艺得到的硬金样品的维氏硬度值可以达到105HV左右。氯金酸无氰体系得到的产品相比氰化体系得到的产品表面光泽更强、硬度值更高;氯金酸体系生产过程中产生的废水废气易处理,对环境以及操作人员友好,在黄金首饰加工行业具有很高的应用推广价值。为了获得光泽良好、粗糙度低、晶粒小、硬度高、致密的黄金电铸层,研究了4种添加剂,添加剂种类以及浓度的变化对电沉积层光泽、微观结构、晶粒大小、织构系数和电沉积层成分(金的成分以及首饰行业规定有害元素含量)的影响为:(1)添加剂浓度为单一变量的对比试验对各组样品的光泽、晶粒大小、硬度值的综合指标评价,得到添加剂A的最佳浓度为20ppm,添加剂B最佳浓度为300ppm,添加剂C最佳浓度为210ppm,添加剂D最佳浓度为16ppm;(2)添加剂ABCD均为最佳浓度的组合添加剂条件下,黄金电沉积样品光泽强、平整度高,晶粒尺寸低至42.0nm,织构系数高达88.62%,维氏硬度值高达115.8HV。(3)根据霍尔佩奇公式,晶粒尺寸越小的样品,维氏硬度值越高。将样品的晶粒尺寸、织构系数和维氏硬度值做了多元线性回归分析,发现具有一定择优取向的电沉积层,其维氏硬度值受晶粒尺寸大小影响最大,织构系数影响不显着;(4)在理想的电源参数条件下,金含量可以高达99.9%的金层,且添加剂的使用不会引入首饰行业规定的对人体有害的致敏元素。为了进一步提高黄金电沉积层的宏观特征和整体强度,研究了电镀电源的工艺参数,发现脉冲周期对电沉积层结果具有较大的影响,随着脉冲周期的增大,电解液中电化学极化和浓差极化的相对强弱发生变化,样品的维氏硬度值呈先增大后减小的趋势;最佳的双向脉冲参数为:正向电流密度0.8A/dm2,正向占空比40%,正向脉冲频率333HZ,反向电流密度0.4A/dm2,反向占空比60%,反向脉冲频率1000HZ,正向工作周期40ms,反向工作周期20ms,脉冲周期60ms;使用双向脉冲电源可以得到晶粒尺寸为37.97nm,维氏硬度值高达122.8HV的黄金电沉积样品。脉冲电源尤其是双向脉冲电源条件下,相比直流电源而言,得到的样品光泽更强,维氏硬度值更高。单脉冲电源条件下样品的定向性最好;电流密度最佳范围为0.8A/dm21.5A/dm2,随着电流密度的增大,样品的均匀性下降。当电流密度增大至2.5A/dm2,会引起添加剂的分解,出现C和Au的共沉积,降低样品中金的纯度。氯金酸作为一种典型的三价金离子的络合物应用于无氰黄金电铸体系具有很高的研究价值和应用前景。首饰行业的黄金电铸有别于工业电沉积工艺,对金的成色以及微量元素的要求更严格,厚金的电沉积需要较长的电沉积周期,对体系的稳定性要求很高。本文以氯金酸无氰黄金电沉积工艺为基础,从添加剂和电源参数两个方面探讨了影响电沉积层硬度的相关因素,最终得到了宏观特征良好、强度较高、厚度达到200μm的厚金层;在工业环境下进行了扩大化生产,生产的硬金产品可以符合首饰市场要求。
应盼[3](2020)在《孪晶结构超硬材料纳米粉体与块材的制备及表征研究》文中提出金刚石与立方氮化硼(cubic boron nitride,cBN)作为最重要的两种超硬材料在上世纪中叶相继实现了人工合成。采用这两种超硬材料制造的各类工具在工业上得到了广泛的应用。近年来,人们通过细晶强化和孪晶强化等结构调控手段来提高这两类材料的力学性能。研究发现,当晶粒尺寸低至10 nm左右,由于反霍尔-佩奇效应,细晶强化受到了限制。而孪晶强化则由于霍尔-佩奇效应和量子限域效应的协同作用,随着平均孪晶厚度的降低,纳米孪晶结构的金刚石和cBN的硬度、韧性和热稳定性得到了全面提升。如何进一步细化孪晶从而合成性能更优异的金刚石,这一问题尚需深入研究。此外,cBN和金刚石粉体材料也一直吸引着人们的研究兴趣,如何有效制备孪晶结构的cBN和金刚石粉体也是超硬粉体材料研究的一个重要课题。本文对孪晶结构cBN和金刚石纳米粉体的合成、纳米孪晶金刚石块材的孪晶细化开展研究。将洋葱碳纳米颗粒放入溶有氯化钾(KCl)的甲醇溶液中,通过超声和磁力搅拌处理,制备KCl包覆的洋葱碳纳米颗粒作为前驱体。通过调控前驱体中洋葱碳和KCl的比例,可以有效地改变高温高压实验合成产物的形态,包括多孔金刚石、亚微米金刚石粉体和纳米金刚石粉体。在合成的金刚石晶粒内部存在着大量的孪晶组织,平均孪晶厚度约为5 nm。微观结构分析表明纳米孪晶结构在合成的金刚石纳米粉体的所有颗粒中是普遍存在的。使用高速离心机分离出不同粒径的洋葱碳粉体作为反应前驱体,在25 GPa和2100°C的高温高压条件下分别合成样品并表征其结构与力学性能。微观结构分析表明平均粒径为46 nm、38 nm、28 nm和22 nm的洋葱碳前驱体合成样品中的平均孪晶厚度分别为5.2 nm、4.3 nm、2.3 nm和2.4 nm。这说明选用更小粒径的洋葱碳可以进一步细化合成金刚石块材中的孪晶尺寸。力学性能测试表明孪晶厚度越小的样品硬度越高,其中孪晶厚度约为2 nm的样品在4.9 N载荷下测试得到的硬度值达到了270 GPa。不同孪晶厚度样品测得的硬度值均吻合多晶共价材料硬度模型关于孪晶尺寸与硬度的推算公式。我们还分析了不同金刚石样品(单晶、纳米晶块材、纳米孪晶块材)的力学性能。对单晶金刚石(110)晶面、纳米晶金刚石块材、纳米孪晶金刚石块材进行了显微维氏硬度测试,并使用光学显微镜与扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)仔细表征了压痕(压痕大小、裂纹长度等)。三个样品在4.9 N载荷下的硬度分别为80 GPa、130 GPa和200 GPa,与前人的报导基本一致。研究表明纳米孪晶金刚石和纳米晶金刚石比单晶金刚石更韧,而纳米孪晶金刚石比单晶金刚石和纳米晶金刚石更硬。与孪晶结构金刚石纳米粉体的合成路径类似,以洋葱结构氮化硼(onion structured boron nitride,oBN)纳米颗粒为原料,在15 GPa和1800°C的高温高压条件下合成了孪晶结构的cBN纳米粉体。前驱体中oBN纳米颗粒表面的KCl有效阻止了颗粒在相变过程中的生长融合,合成产物经蒸馏水水洗后得到了分散的纳米粉体,成分分析表明其为cBN。显微结构分析表明合成的cBN纳米粉体内部含有大量的纳米孪晶结构,平均孪晶厚度约为5 nm。
王春亮[4](2007)在《纳米压痕试验方法研究》文中研究指明纳米压痕试验方法是在传统的布氏和维氏硬度试验方法的基础上发展起来的新兴的力学性能试验方法,它通过连续控制和记录加卸载时的载荷和位移数据,可以得到材料压痕硬度、杨氏模量、压痕蠕变、压痕松弛和断裂韧性等力学性能指标。美国MTS公司生产的纳米压痕仪是目前世界上最先进的纳米力学性能测试仪器之一,是微纳观力学性能测试的重要手段。本研究着眼于纳米压痕试验方法的影响因素,压痕硬度、马氏硬度和维氏硬度之间的关系,纳米压痕试验结果的不确定度,以及纳米压痕试验方法在薄膜试样中的应用等,其中的部分工作,根据目前的资料国内尚未开展。通过对纳米压痕试验影响因素的研究,结果表明a)对于纳米范围内的压痕试验,接触零点相对移动1%引起压痕硬度的相对误差约为4%,压痕模量的相对误差约为2%;b)压头面积函数必须定期校合,否则会使得测试结果出现误差,而且面积函数改变引起的压痕硬度的相对误差约为压痕模量的2倍;c)计算接触刚度时,卸载曲线拟合参数可选择在20~80%之间,而以往有关资料所介绍的是25~50%;d)连续刚度(CSM)法可以在连续加载过程中获得压痕硬度和压痕模量等压痕深度的连续函数,从而大大方便了薄膜材料的力学性能表征,但其测试结果与卸载法得到的结果不一定完全吻合,尤其在压痕硬度的测量上;e)采用玻氏压头和维氏压头进行纳米压痕试验时,相邻压入间距应保持在最大压入深度的25倍以上。在对压痕硬度、马氏硬度和维氏硬度之间关系的研究后发现,对于不同压头、以及不同硬度等级的试样,它们之间的关系不尽相同。本研究发现,对维氏压头而言,维氏硬度值约为压痕硬度值的0.0877倍,马氏硬度值约为压痕硬度值的0.8333倍;对玻氏(Berckvich)压头而言,维氏硬度值约为压痕硬度值的0.0901倍,马氏硬度值约为压痕硬度值的0.9009倍。本研究选择了高纯度熔融石英和高硬度GCr15钢样品,通过压入深度为2000nm的压痕试验,对样品的表面均匀性和深度均匀性进行了统计研究。高纯度熔融石英由于表面光滑(表面粗糙度Ra约为0.006μm),又是非晶材料,各向同性,因此表面均匀性和深度均匀性都很好。采用变异系数表征时,压痕模量的表面均匀性为0.56%,深度均匀性为0.83%,压痕硬度表面均匀性为0.73%,深度均匀性为0.99%;采用F检验的统计方法更证明了在大多数情况下,该样品的不均匀性对压痕模量和压痕硬度试验结果的影响可以忽略不计。高硬度GCr15钢样品的表面粗糙度也可以达到约0.008μm。但由于其组织为多相合金,其中的隐针马氏体尺寸约为3μm,对于压入深度较小时,压痕硬度试验结果受其影响比较大,对于压入深度较大时,压痕试验结果受其影响相对比较小,采用F检验的统计方法证明了该样品的不均匀性有可能导致不同部位压痕模量和压痕硬度试验结果的偏差。影响纳米压痕测试结果的不确定度的因素很多,特别是由于纳米压痕试验设备和试验过程的复杂性,使得定量给出B类标准不确定度的评估十分困难,本研究通过实验室之间的比对试验研究,得出了采用纳米压痕试验方法测量熔融石英样品压痕模量的重复性限为2.96%,复现性限为9.33%,压痕硬度的重复性限为4.48%,复现性限为11.35%;测量Gr15钢样品压痕模量的重复性限为9.31%,复现性限为22.36%,压痕硬度的重复性限为15.67%,复现性限为26.60%。同时应用重复性限和复现性限的方法定量评估了纳米压痕试验方法的测量不确定度。该方法大大简化了纳米压痕试验结果的不确定度评估。从其不确定度评估结果得知,虽然接触零点确定和压头面积函数校准等对纳米压痕试验中压痕硬度测试值的影响大于压痕模量测试值(约为2倍),但试验中压痕硬度和压痕模量的总不确定度确相差不大(压痕硬度的相对合成不确定度略大于压痕模量的相对合成不确定度)。即使对均匀性很好的样品,不同实验室间的试验结果仍可能存在一定的差异,这些差异可能来源于a)ISO 14577-1:2002对试验条件(如设备的校准,试验过程的控制等)规定得还不够严密;b)目前参加比对的实验室对该标准的理解或执行存在差异;c)各制造厂家生产的设备彼此间差异很大,准确度不一致等。随着试验次数的增多,纳米压痕试验结果的扩展不确定度减小,但试验次数超过5次后,试验次数对扩展不确定度的影响不大。本文还研究了几种现有的测试方法对于薄膜样品测试结果的影响,得出对于小于200nm的超薄膜,采用DCM组件中DCM CSM hardness & Modulus for Thin Films方法所得的结果相对比较可靠。在薄膜样品的测试中还发现不同硬度等级的薄膜,薄膜厚度对压痕模量和压痕硬度的影响程度也不一样,压入深度和薄膜厚度的比值是影响压痕模量和压痕硬度试验结果的重要因素。通过对厚度为10.4μm的氮化样品表面白亮层的试验结果分析,氮化样品白亮层的模量约为306GPa,硬度约为14.3GPa。解决了传统的测试手段无法对氮化样品白亮层性能进行测试的难题。
冯光[5](2019)在《流体微探应变原位统计分布表征技术研究》文中提出材料硬度是材料抵抗弹塑性变形的能力,硬度测试方法金属材料力学性能不可或缺的测试手段。现有硬度测试是利用硬质压头以准静态的方式压入材料表面测量卸载后的形变。传统宏观硬度测量及纳米压痕技术存在局限性,无法实现连续和高通量测量。本文研究并分析了等静压下材料微观组织经流体传压介质作用的形貌差异探测数据并探讨了与硬度间的相关性,建立了材料组织在流体微探下的应变量的差异响应与硬度的定性定量关系,提出了一种利用流体微探应变技术测量表征材料不同组织间硬度性能的新方法,实现了微米尺度的连续塑性形变与组织、硬度映射的高通量表征,实现了宏观区域内微观组织、硬度和成分的连续映射统计分析,最终确立了一种全新的宏观-介观-微观的高通量、跨尺度、精细的流体微探应变原位统计硬度表征技术。利用高铬铸铁、不锈钢激光增材制造梯度材料中不同组织硬度的差异,完成了材料组织的流体微探应变硬度的连续高通量测量及微观结构的精细表征。论文中的大量数据均表明流体微探应变硬度与宏观维氏硬度、显微维氏硬度、纳米压痕硬度之间存在显着相关,最终达到了材料中成分、组织及硬度性能的高通量原位统计映射分布表征,为材料基因组中高通量硬度性能的连续测试提供了一种切实可行的技术方案。
黎敬之[6](2019)在《高致密性超高温陶瓷ZrC/TiC/HfC复合材料的制备及性能研究》文中研究表明在航天航空领域飞速发展的时代,对超高温复合材料提出了更为苛刻的性能要求,其中碳碳复合材料在高温领域发挥着独特优势。本研究从C/C复合陶瓷材料出发,以TiC、ZrC、HfC三种碳化物为基体材料,研究了三类(TiC/ZrC、HfC/ZrC、HfC/ZrC/TiC)不同成分碳化物复合陶瓷的烧结性能,从烧结致密化,维氏硬度与断裂韧性,微观组织断裂模式,裂纹扩展及其力学性能变化为讨论点,揭示了材料组织成分、微观组织与力学性能之间的联系及规律,得到以下主要结论:(1)TiC/ZrC陶瓷中不同种类的烧结助剂对致密化的影响。烧结密度、相对密度计算结果显示,TiC/ZrC/SiC试样烧结密度为5.4637 g/cm3,相对密度为92.60%,碳化硅均匀分布于TiC与ZrC之间,使界面与界面之间有很好的润湿性,更好的促进烧结,同时也由于烧结速度快,残留较多气孔。在TiC/ZrC/Ti&C试样中,基于SPS烧结对粉末导电性要求较高,钛粉与碳粉都有比较好的导电性,有相关文献报道有利于活化烧结,且钛与碳的存在,相比于其它添加物更利于碳化钛与碳化锆的固溶。烧结后体积密度为5.4962 g/cm3,烧结相对密度达96.20%。在TiC/ZrC/MWCNTs试样中,烧结致密化较好,烧结密度为6.2191 g/cm3,相对密度达到了95.11%;多壁碳纳米管(MWCNTs)有高的长度/径向比、极大的韧性,与TiC/ZrC陶瓷基体的结合,纤维界面强度适中,改善了陶瓷的机械强度与韧性。(2)复合烧结工艺对TiC/ZrC的力学性能有显着地改善。15wt%TiC/ZrC通过直接SPS烧结与复合烧结(冷等静压+SPS)维氏硬度与断裂韧性对比,直接SPS维氏硬度为14.0±0.5GPa,断裂韧性KIC为3.5±0.3 MPa·m1/2。改进工艺为复合烧结,测试维氏硬度数值为22.0±1.8GPa,断裂韧性KIC为5.1±0.3MPa·m1/2。将两种不同的烧结工艺得到的数据进行比较,后者的维氏硬度提高了57%,断裂韧性改善了45.7%,证明了创新烧结工艺对陶瓷的烧结性(强韧性)有显着的提升。复合烧结工艺对TiC/ZrC陶瓷的抗氧化性能有着明显的提高。普通烧结陶瓷在模拟氧化后,表层大面积脱落,凹凸不平,有大量散状粉末;而创新复合烧结的同种陶瓷试样在模拟氧化后,表面形貌变化不大,平平整整,未出现脱落与粉末,致密化性能较好。(3)复合烧结HfC/ZrC系列陶瓷,烧结性能的比较。HfC/ZrC系列的烧结相对密度、维氏硬度、断裂韧性都呈钟型变化,纯相ZrC的各项数值最低,相对密度87.93%,维氏硬度6.79GPa,断裂韧性3.87MPa·m1/2,随着HfC含量的增多,二元复合材料5wt%HfC/ZrC、7wt%HfC/ZrC的性能最为优异,相对密度98.63%,维氏硬度16.38 GPa,断裂韧性4.74MPa·m1/2。随着HfC含量的进一步增多,烧结性能又出现了下滑。验证了在HfC/ZrC碳碳复合烧结是否在溶质含量控制为一定量时,可显着提高陶瓷试样的强度与硬度,同时具有较好的断裂韧性。5wt%HfC/ZrC、7wt%HfC/ZrC都具有较好的强韧性。(4)纯相ZrC与HfC/ZrC复合相的断裂模式一致,以穿晶断裂为主的典型脆性端口特征,背散下小晶粒的光滑沿晶断裂多为烧结不致密留下一定的空隙,形成薄弱面导致而成。微观组织的差异在区域A、区域B界面处形成了应力集中,在受外力冲击时,成为微裂纹起源,选择往A面发展或B面发展,根据烧结性能差异、强度来决定。大小不一的异常晶粒,强度更差,裂纹倾向于往阻力小的区域扩展,微裂纹逐渐聚集,形成较大尺寸,经过异常晶粒时,或消亡,或发生θ偏转,形成小平面内的撕裂棱或大裂纹。(5)复合陶瓷基本为穿晶断裂的脆性断裂特征,将维氏硬度和断裂韧性等力学性能与穿晶数量及晶面上撕裂棱的行为有有较强的联系与规律。对于复合陶瓷烧结性能越好,穿晶数量越多,台阶平面上撕裂棱越多、越复杂,复合陶瓷的断裂表面能增加就越多,断裂韧性就越好。(6)分析了HfC/ZrC/TiC系列维氏硬度、断裂韧性的变化规律,其中断裂韧性的数值变化不大,烧结工艺与原始材料性能起主要作用。维氏硬度受微观组织的影响,变化毫无规律,虽然尺寸较小,弥散分布的Zr O0.9先对粗大杂质硬度有所提高,但无任何杂质、烧结性能好的C4维氏硬度达到最大值。(7)分析了两种断裂模式,断口穿晶断裂为主呈现了典型的脆性断裂特征。演变了裂纹的起始于消失,解释了微观断口多台阶高低不平的原因,且微裂纹多消失在台阶最高点与台阶最低点。
马信龙,马剑雄,徐卫国,杨阳,徐斌,王杰,徐立岩,贾浩波,冯睿,虞惊涛,邢丹,马宝意,陈阳,朱少文,王颖[7](2014)在《骨科生物力学研究的测量方法学专家共识》文中认为骨科生物力学是以骨骼肌肉系统为对象,利用生物力学的方法将工程原理,尤其是机械力学原理应用于临床医学来解决骨科所遇到的问题的一门生物力学领域中相当重要的分支学科。骨科生物力学研究中常通过测试和测量骨、骨骼肌、肌腱和韧带、关节、脊柱等骨骼肌肉系统的力学特性参数,对标本进行综合评价。骨科生物力学测试测量方法包括机械测试方法、接触式测量方法以及非接触式测量方法。机械测试方法包括拉压试验、弯曲试验、扭转试验、纯剪切试验、疲劳试验、拔出试验、阻力矩试验、微力学试验等。接触式力学测量方法包括电阻应变测量方法、硬度测试方法等。非接触式力学测量方法包括光测法、声测法以及磁测法等。此外,还有计算机三维图像重建和有限元分析方法、分子生物力学研究方法以及三维捕捉和步态分析方法。上述方法在骨科生物力学研究的测试和测量中有各自的应用范围以及各自的优点以及不足。本文通过对这些方法的原理、应用范围以及优缺点的介绍,给相关领域研究者们提供方法学的指引,以便于在骨科生物力学研究中选择合适的测量方法。
罗志远[8](2019)在《氧化锆/氧化铝纤维复合材料的制备及增韧机理研究》文中认为复合材料的发展对于国家的科技进步有着不可忽视的作用,陶瓷基复合材料的研究发展是复合材料发展的主要组成部分,其中氧化锆陶瓷基复合材料最为重要。氧化锆陶瓷基复合材料的应用十分广泛,但其自身固有的脆性对于应用领域还是产生了很大的限制,考虑利用单晶蓝宝石纤维来改善氧化锆陶瓷固有的性能缺陷,使其在各个领域得到充分的应用。本文以研究氧化锆/氧化铝纤维复合材料的制备工艺以及增韧机理为目的,采用气-液-固沉积机理制备单晶蓝宝石纤维,对比分析纯相氧化锆陶瓷的无压烧结与放电等离子烧结工艺,选用纯相氧化锆陶瓷的最佳烧结方式及工艺参数以制备不同纤维含量的氧化锆/氧化铝纤维复合材料,分析不同纤维含量对于氧化锆/氧化铝纤维复合材料的影响,并阐述其中的增韧机理。采用气-液-固沉积机理制备单晶蓝宝石纤维,经高温真空纯化处理之后,得到的单晶蓝宝石纤维表面光滑,粗细均匀,长径比大,平均直径约为500 nm;纯化前后的单晶蓝宝石纤维的主要物相均为单晶态的α-Al2O3,属于六方晶系,其主要晶面组成为(104)、(110)和(006)晶面。采用无压烧结和放电等离子烧结以及不同的工艺参数分别制备纯相氧化锆陶瓷,对比其烧结制品的物相组成、微观结构、致密度、维氏硬度以及断裂韧性。最终得出最佳烧结工艺为放电等离子烧结,烧结温度为1200°C,烧结压力为50 MPa。最佳纯相氧化锆陶瓷的致密度可以达到98.1%,维氏硬度为14.46 GPa,断裂韧性为10.74 MPa·m1/2。采用上述最佳的烧结方式和工艺参数制备不同纤维含量的氧化锆/氧化铝纤维复合材料,对比分析复合材料的物相组成、微观结构及综合性能。结果表明,单晶蓝宝石纤维与氧化锆陶瓷复合成功,并且当纤维含量为5 wt%时,复合材料的性能最佳,其密度为5.875 g/cm3,致密度达到98.8%,维氏硬度为15.14 GPa,断裂韧性为12.24 MPa·m1/2。单晶蓝宝石纤维增韧氧化锆基复合材料中存在的增韧机理主要包括应力诱导相变增韧、第二相晶须增韧以及纤维增韧。
邓成旭[9](2019)在《H13钢表面梯度熔覆层耐磨性研究及寿命预测》文中认为热作模具在服役过程中表面承受着高强度接触载荷和高频率交变热载荷,使用寿命普遍较短。磨损是热作模具的主要失效形式,采用激光熔覆等表面改性技术提高模具耐磨性,可有效延长模具服役时间,降低生产成本,节约资源。因此,探讨模具表面熔覆层磨损内在影响因素,把握磨损规律,建立模具寿命预测模型,对模具结构优化、提高模具使用寿命及日常维护等实际应用具有重要指导意义。本文采用激光熔覆技术在常用热作模具材料H13表面上制备了Ni/WC含量依次为15%、30%的梯度熔覆层;确定了H13+Ni/WC复合粉末激光熔覆工艺参数;测试并比较了基体与熔覆层的各项力学性能;测试了各因素对基体和熔覆层耐磨性的影响,并比较了两者的耐磨损性能;分析了熔覆层磨损机理。以试验数据为蓝本,结合数值模拟和数理统计手段,使用GA-BP神经网络预测了模具理论使用寿命。在所确定的工艺参数下制得的熔覆层表面较为平整,内部无裂纹、空洞及夹渣等缺陷,层间无明显界限,与基体间呈良好的冶金结合。熔覆层截面显微维氏硬度从基体到熔覆层表面具有明显梯度性,表面显微维氏硬度接近1100HV0.2,约为基体(450HV0.2)的2.4倍;随着温度的升高,基体、熔覆层表面维氏硬度分别从1510.35 HV10、1347.68 HV10开始下降,且熔覆层下降幅度大于基体,在500℃左右,两者硬度相当。500℃以下时,熔覆层耐磨性优于基体,而500℃及以上时熔覆层耐磨性略劣于基体。载荷、温度对基体磨损深度影响是高度显着的,转速为一般显着,因素影响主次为温度、载荷及转速;载荷、温度及转数对熔覆层磨损深度的影响均为高度显着,因素主效应强烈依次为温度、转数和载荷。GA-BP神经网络构建的基体、熔覆层高温磨损模型最大测试误差分别为0.18%和1.1%;基于磨损模型,结合反挤热成形H13薄壁筒形件的数值模拟,通过数值积分计算了单次成形各节点磨损深度,熔覆后模具最大磨损位置在圆角中部,约为0.4μm;原始模具最大磨损位置在轴线方向圆角起始段,约为0.59μm。在0.5mm的磨损极限假定下,预测熔覆前、后模具理论使用寿命分别为840件、1250件。
李凯[10](2019)在《冷加工硬化对核电结构局部力学性能影响及获取方法研究》文中提出核电结构在实际制造、加工过程中,材料受到冷、热加工硬化作用的影响,会引起结构局部力学性能的明显改变,鉴于在结构完整性评价中,准确的局部结构材料力学参数的重要性。本文提出了一种基于理论分析、数值模拟和物理实验相结合的结构局部材料力学性能参数获取方法,并以304奥氏体不锈钢为例,将核电结构生产、制造过程中涉及到的冷加工方式简化为单轴拉伸、压缩过程,分析了不同冷加工硬化程度下304奥氏体不锈钢力学性能的变化规律,在此基础上建立了通过硬度预测强度的数学模型,完成的主要研究工作如下:(1)结合维氏硬度测试理论以单轴拉伸过程,分析了不同冷加工硬化程度下304奥氏体不锈钢维氏硬度测试过程中压头载荷大小对测试结果的影响。并通过理论模型计算得到了材料真实维氏硬度下对应的压头载荷范围。(2)利用理论分析和实验研究相结合的方法,从宏观力学以及微观组织角度分析了单轴拉伸、压缩状态下304奥氏体不锈钢性能的变化规律,并对两种应力状态下材料力学性能对冷加工硬化的敏感性进行了研究。(3)对不同硬化程度下的304奥氏体不锈钢在室温单轴拉伸、压缩过程中的应力应变曲线分布情况和本构关系进行了分析,建立了应力、应变本构方程及硬度预测强度数学模型,并采用“压入法”结合物理实验与数值模拟对各预测模型进行验证。(4)以核电压力容器接管安全端异种金属焊接接头为例,在对其结构分析的基础上,采用理论结合实验方法对不同冷加工硬化程度下的覆焊层和主管道材料力学性能进行了分析,随后将本预测模型应用于管道局部材料力学性能的定量预测,对其适用性进行验证说明。
二、显微维氏硬度测量方法的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、显微维氏硬度测量方法的研究(论文提纲范文)
(1)尺桡骨不同部位显微骨硬度与螺钉生物力学性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
英文摘要 |
引言 |
第一部分 尺骨不同部位显微骨硬度的研究 |
前言 |
材料与方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
参考文献 |
第二部分 桡骨不同部位显微骨硬度的研究 |
前言 |
材料与方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
参考文献 |
第三部分 桡骨不同部位显微骨硬度的研究及与螺钉生物力学性能的研究 |
前言 |
材料与方法 |
结果 |
讨论 |
小结 |
参考文献 |
结论 |
综述一 骨硬度及其相关因素的研究 |
参考文献 |
综述二 骨硬度与法医人类学的关系 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
(2)一种环保黄金首饰电铸工艺及电铸层性能的研究(论文提纲范文)
作者简历 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题的研究背景 |
1.2 金的络合物的研究历史及现状 |
1.3 电镀工艺和电铸工艺的对比 |
1.4 不同电沉积体系的添加剂以及电铸层杂质元素的种类 |
1.4.1 氰化体系主要添加剂和电沉积层的杂质元素种类 |
1.4.2 无氰体系主要添加剂和电沉积层的杂质元素种类 |
1.4.3 其它电沉积体系的添加剂和电沉积层的杂质元素 |
1.5 本课题的研究内容及意义 |
1.6 本课题的研究特色 |
第二章 电沉积实验环境和电沉积层测试方法 |
2.1 实验原理 |
2.2 实验材料和设备 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 实验设备 |
2.3 黄金电沉积工艺的介绍 |
2.3.1 电解液的配制 |
2.3.2 阴极的选择和制备 |
2.3.3 阳极的制作和选择 |
2.3.4 电解槽及电铸工艺试验的环境的设计 |
2.3.5 电沉积实验电源的选择 |
2.3.6 电沉积实验装置的介绍 |
2.4 黄金电铸层测试技术和分析方法 |
2.4.1 电沉积层宏观特征评价 |
2.4.2 电沉积层晶粒尺寸 |
2.4.3 电沉积层微观结构的观察 |
2.4.4 电沉积层晶面择优取向 |
2.4.5 电沉积层成色以及共沉积元素的测试 |
2.4.6 电化学测试 |
2.4.7 电沉积层硬度测试 |
2.5 本章小节 |
第三章 添加剂对电沉积层性能的影响 |
3.1 添加剂的分类和筛选 |
3.2 添加剂对氯金酸体系阴极过程的影响 |
3.3 添加剂对电铸层宏观特征和微观形貌的影响 |
3.4 添加剂对电沉积层晶粒大小的影响 |
3.5 添加剂对电沉积层晶面定向性的影响 |
3.6 添加剂对电沉积层维氏硬度的影响 |
3.7 添加剂对电沉积层主成分和微量元素的影响 |
3.8 本章小结 |
第四章 电沉积工艺条件对电沉积层性能的影响 |
4.1 电沉积过程电沉积层的变化规律 |
4.2 组合添加剂条件下的最佳电流密度范围 |
4.3 直流电源和脉冲电源对氯金酸体系的影响 |
4.3.1 双脉冲电源参数的选择 |
4.3.2 电源类型对电沉积层的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 氯金酸电铸工艺在首饰行业实际应用的探索 |
5.1 工业电铸和首饰行业电铸的对比 |
5.2 无氰黄金电铸工艺在黄金首饰行业应用中存在的问题 |
5.3 氯金酸体系无氰黄金电铸工艺的应用 |
5.4 氯金酸体系无氰黄金电铸样品和市场上有氰电铸样品的对比 |
5.5 氯金酸体系无氰硬金工艺的扩大化生产 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
(3)孪晶结构超硬材料纳米粉体与块材的制备及表征研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 金刚石 |
1.2.1 金刚石的结构与性质 |
1.2.2 纳米金刚石粉体的研究现状 |
1.3 立方氮化硼 |
1.3.1 立方氮化硼的结构与性质 |
1.3.2 纳米立方氮化硼粉体的研究现状 |
1.4 超硬材料的探索及研究现状 |
1.4.1 超硬材料的理论预测 |
1.4.2 金刚石的晶粒细化强化 |
1.4.3 金刚石的孪晶细化强化 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 孪晶结构金刚石纳米粉体的合成与表征 |
2.1 引言 |
2.2 实验方法 |
2.3 前驱体的制备与表征 |
2.3.1 洋葱碳的制备及表征 |
2.3.2 KCl包裹洋葱碳纳米颗粒的制备 |
2.4 孪晶结构金刚石纳米粉体的合成与结构表征 |
2.4.1 洋葱碳与KCl比例对合成产物的影响 |
2.4.2 温度对合成产物的影响 |
2.5 本章小结 |
第3章 超细纳米孪晶结构金刚石块材的合成与表征 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.3 洋葱碳纳米颗粒的离心分选 |
3.4 不同孪晶厚度金刚石块材的合成与结构表征 |
3.5 不同孪晶厚度金刚石块材的力学性能研究 |
3.6 本章小结 |
第4章 不同类型金刚石的硬度对比 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.3 压痕法硬度测试原理 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 显微硬度压痕的光学与SEM表征 |
4.4.2 微观结构表征 |
4.5 本章小结 |
第5章 孪晶结构立方氮化硼纳米粉体的合成与表征 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.3 前驱体的制备与表征 |
5.3.1 洋葱氮化硼的表征 |
5.3.2 KCl包裹洋葱氮化硼纳米颗粒的制备 |
5.4 孪晶结构立方氮化硼纳米粉体的合成与结构表征 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(4)纳米压痕试验方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 前言 |
1.1 研究背景 |
1.2 本论文研究内容 |
第2章 文献综述 |
2.1 压痕硬度简介 |
2.2 纳米压痕试验的发展历史 |
2.3 纳米压痕试验原理 |
2.3.1 纳米压痕试验装置的组成 |
2.3.2 压痕硬度和压痕模量的测量原理 |
2.3.3 其它材料参数的测量原理 |
2.4 压痕硬度H_(IT)与传统维氏硬度HV的关系 |
2.5 纳米压痕试验的不确定度评估 |
第3章 试验设备和试验样品 |
3.1 试验设备介绍 |
3.1.1 纳米压痕仪 |
3.1.2 其它仪器 |
3.2 试验样品索引 |
第4章 纳米压痕试验中的影响因素研究 |
4.1 接触零点所引起的误差研究 |
4.2 压头面积函数引起的误差研究 |
4.3 热漂移引起的误差研究 |
4.4 卸载曲线的拟合方法研究 |
4.4.1 ST1样品 |
4.4.2 JG1样品 |
4.4.3 结果分析 |
4.5 卸载法与CSM法差异研究 |
4.5.1 ST1样品 |
4.5.2 JG1样品 |
4.5.3 结果分析 |
4.6 压痕间距所引起的误差研究 |
4.7 小结 |
第5章 H_(IT)、HV和HM关系的研究 |
5.1 钢铁样品理化检验 |
5.2 H_(IT)、HV和HM试验结果 |
5.3 小结 |
第6章 纳米压痕试验方法测量不确定度评估 |
6.1 使用S_R评估测量不确定度方法的理论推导 |
6.2 协同试验样品的选择 |
6.2.1 JG1样品 |
6.2.2 ST1样品 |
6.2.3 样品均匀性试验结果分析与讨论 |
6.3 实验室间比对试验 |
6.3.1 比对试验条件 |
6.3.2 比对试验结果 |
6.3.3 重复性限和复现性限计算 |
6.4 不确定度评估结果 |
6.5 小结 |
第7章 薄膜样品压痕试验研究 |
7.1 三种测试方法的比较 |
7.2 薄膜样品试验 |
7.2.1 Cu/Si薄膜 |
7.2.2 TiN/Fe薄膜 |
7.2.3 AlN/Si薄膜 |
7.2.4 氮化白亮层 |
7.3 小结 |
第8章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
(5)流体微探应变原位统计分布表征技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 材料基因组计划 |
1.3 高通量映射表征技术 |
1.4 金属材料的结构与机械性能关系 |
1.4.1 金属结构 |
1.4.2 材料的强度 |
1.5 金属材料力学中弹塑性类别 |
1.5.1 Hookean材料和短程力 |
1.5.2 非Hookean材料和应变 |
1.6 金属材料力学性能传统宏观及微纳尺度测试技术 |
1.6.1 静态力学性能的测试发展 |
1.6.2 弹塑性接触力学的原理及分类 |
1.6.3 常规宏观硬度测试技术 |
1.6.4 微观纳米压痕测试技术 |
1.6.5 微纳尺度微柱压缩测试技术 |
1.6.6 硬度与金属材料其它力学性能的联系 |
1.7 等静压技术的特点及分类 |
1.7.1 等静压技术特点 |
1.7.2 冷等静压技术的类别 |
1.8 本文研究目的及内容 |
第二章 实验材料组织相图计算及力学性能模拟 |
2.1 有限元晶体塑性模型 |
2.2 有限元组织划分与映射 |
2.2.1 模型的组织映射和网格设置 |
2.2.2 表面应变的模拟结果 |
2.2.3 表面应变和硬度块的模拟结果 |
2.3 本章小结 |
第三章 材料宏观硬度与流体微探应变相关性研究 |
3.1 实验材料及方法 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 硬度标块与流体微探应变形貌相关性分析 |
3.2.2 宏观硬度与流体微探应变量曲线的绘制 |
3.3 流体微探应变与硬度表达式的建立 |
3.4 本章小结 |
第四章 铸铁流体微探应变与成分-组织-硬度的统计映射表征 |
4.1 实验材料及方法 |
4.1.1 实验材料 |
4.1.2 成分分布分析 |
4.1.3 组织结构表征 |
4.1.4 硬度性能测试 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 金相组织分析与流体微探技术对比分析 |
4.2.2 显微硬度与流体微探技术对比分析 |
4.2.3 纳米压痕与流体微探应变分析 |
4.2.4 流体微探应变与成分-组织的跨尺度映射分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 激光增材制造样品的成分-组织-硬度统计映射表征 |
5.1 实验材料及方法 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 相图计算及金相分析 |
5.2.2 流体微探应变-硬度-成分-组织映射分析 |
5.2.3 流体微探应变与显微硬度的跨尺度映射分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
参考文献 |
攻读博士期间承担的科研任务及主要成果 |
致谢 |
(6)高致密性超高温陶瓷ZrC/TiC/HfC复合材料的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1.绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 课题的研究意义、目标及内容 |
2.ZrC/TiC系二元复合材料的制备与性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 ZrC/TiC系二元复合材料的制备与表征 |
2.3 ZrC/TiC系二元复合材料的性能与微观结构 |
2.4 本章小结 |
3 HfC/ZrC系二元复合材料的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 Hf C/ZrC的制备与表征 |
3.3 Hf C/ZrC系二元复合材料的性能与微观结构 |
3.4 不同因素下力学性能变化的解释 |
3.5 本章小结 |
4 HfC/ZrC/TiC三元复合陶瓷的制备与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 Hf C/ZrC/TiC三元陶瓷的制备 |
4.3 Hf C/ZrC/TiC性能与微观结构 |
4.4 不同因素下力学性能变化的解释 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(7)骨科生物力学研究的测量方法学专家共识(论文提纲范文)
引言 |
2骨科生物力学的研究测试方法 |
一、机械性能测试的基本方法 |
二、接触式力学测量方法 |
三、非接触式力学测量方法:包括光测法、声测法、磁测法等。以下将描述常用的非接触式力学测量方法。 |
四、计算机三维图像重建和有限元分析方法 |
五、分子生物力学研究技术与方法 |
六、三维捕捉和步态分析方法 |
3骨科生物力学测试研究中常用的测量仪器 |
(8)氧化锆/氧化铝纤维复合材料的制备及增韧机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景与研究意义 |
1.2 氧化锆的性质与研究现状 |
1.2.1 氧化锆的结构与性能 |
1.2.2 氧化锆陶瓷的烧结工艺 |
1.2.3 氧化锆陶瓷的增韧机理 |
1.3 氧化锆陶瓷的应用及发展方向 |
1.3.1 氧化锆陶瓷的应用 |
1.3.2 氧化锆陶瓷的发展方向 |
1.4 论文主要研究内容与创新性 |
第2章 实验方法 |
2.1 实验材料与设备 |
2.2 实验方案设计 |
2.2.1 单晶蓝宝石纤维的制备 |
2.2.2 机械球磨湿混工艺 |
2.2.3 氧化锆陶瓷的PLS烧结制备 |
2.2.4 氧化锆陶瓷的SPS烧结制备 |
2.3 材料性能表征技术 |
2.3.1 致密度测定 |
2.3.2 维氏硬度测定 |
2.3.3 断裂韧性测定 |
2.3.4 物相组成分析 |
2.3.5 显微形貌分析 |
2.3.6 微观结构分析 |
第3章 单晶蓝宝石纤维的制备及研究 |
3.1 引言 |
3.2 单晶蓝宝石纤维的制备 |
3.3 单晶蓝宝石纤维的结构研究 |
3.3.1 形貌分析 |
3.3.2 物相组成分析 |
3.3.3 微观结构分析 |
3.4 单晶蓝宝石纤维的VLS沉积机理 |
3.5 本章小结 |
第4章 纯相氧化锆陶瓷的制备及研究 |
4.1 引言 |
4.2 纯相氧化锆陶瓷的PLS烧结制备及研究 |
4.2.1 PLS烧结工艺对物相结构的影响 |
4.2.2 PLS烧结工艺对致密度的影响 |
4.2.3 PLS烧结工艺对维氏硬度的影响 |
4.2.4 PLS烧结工艺对断裂韧性的影响 |
4.2.5 PLS烧结的最佳工艺参数 |
4.3 纯相氧化锆陶瓷的SPS烧结制备及研究 |
4.3.1 SPS烧结工艺对物相结构的影响 |
4.3.2 SPS烧结工艺对致密度的影响 |
4.3.3 SPS烧结工艺对维氏硬度的影响 |
4.3.4 SPS烧结工艺对断裂韧性的影响 |
4.3.5 SPS烧结的最佳工艺参数 |
4.4 本章小结 |
第5章 氧化锆/氧化铝纤维复合材料的制备及研究 |
5.1 引言 |
5.2 氧化锆/氧化铝纤维复合材料的制备 |
5.3 氧化锆/氧化铝纤维复合材料的结构与性能研究 |
5.3.1 物相组成分析 |
5.3.2 微观结构分析 |
5.3.3 纤维含量对致密度的影响 |
5.3.4 纤维含量对维氏硬度的影响 |
5.3.5 纤维含量对断裂韧性的影响 |
5.4 氧化锆/氧化铝纤维复合材料的增韧机理 |
5.4.1 纤维拔出增韧 |
5.4.2 裂纹偏转增韧 |
5.4.3 纤维桥联增韧 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(9)H13钢表面梯度熔覆层耐磨性研究及寿命预测(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.1.1 模具的使用寿命 |
1.1.2 热作模具的主要失效形式 |
1.2 模具寿命预测研究概述 |
1.2.1 摩擦磨损理论研究进展 |
1.2.2 模具寿命预测研究进展 |
1.2.3 人工神经网络简介 |
1.3 热作模具表面修复技术研究现状 |
1.4 课题来源和主要研究内容 |
1.4.1 选题意义和课题来源 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 试验材料、方法及设备 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 基体材料 |
2.1.2 熔覆材料 |
2.2 熔覆层制备及设备 |
2.2.1 基体预处理 |
2.2.2 粉末预处理 |
2.2.3 熔覆设备 |
2.3 熔覆层形貌分析 |
2.3.1 金相组织观察和分析 |
2.3.2 扫描电镜观察和分析 |
2.4 熔覆层的力学性能测试 |
2.4.1 显微硬度测量 |
2.4.2 高温硬度测量 |
2.4.3 热疲劳试验 |
2.5 基体及熔覆层高温摩擦磨损试验 |
2.5.1 试验设备及方法 |
2.5.2 基体试验方案 |
2.5.3 熔覆层试验方案 |
2.6 本章小结 |
第3章 H13+Ni/WC复合粉末激光熔覆工艺研究 |
3.1 引言 |
3.2 熔覆工艺确定 |
3.2.1 熔覆层质量的判别标准 |
3.2.2 单道及多道熔覆工艺研究 |
3.2.3 激光熔覆工艺与热处理 |
3.3 粉末与熔覆层形貌分析 |
3.3.1 粉末微观形貌分析 |
3.3.2 熔覆层形貌分析 |
3.4 熔覆层的力学性能 |
3.4.1 显微硬度 |
3.4.2 高温硬度 |
3.4.3 热疲劳性能 |
3.5 本章小结 |
第4章 基体及熔覆层高温摩擦磨损性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 基体高温摩擦磨损性能 |
4.2.1 试验结果与处理 |
4.2.2 磨损深度下的正交分析 |
4.2.3 磨损面积下的正交分析 |
4.3 熔覆层高温摩擦磨损性能 |
4.3.1 试验结果与分析 |
4.3.2 方差分析 |
4.3.3 不同温度下磨损形貌及机理 |
4.4 基体与熔覆层耐磨损性能比较 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于GA-BP网络的模具磨损寿命预测 |
5.1 引言 |
5.2 BP网络及其优化 |
5.2.1 BP网络概述 |
5.2.2 BP网络的优化方法 |
5.2.3 GA-BP网络构建高温磨损模型 |
5.3 有限元模拟接触状态 |
5.3.1 模型的构建及模拟参数设置 |
5.3.2 接触信息导出 |
5.4 模具寿命预测 |
5.4.1 理论公式推导 |
5.4.2 程序实现及结果 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录1 相关数据及程序 |
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(10)冷加工硬化对核电结构局部力学性能影响及获取方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
英文摘要 |
符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 材料力学参数获取方法研究现状 |
1.2.2 硬度与屈服强度关系研究现状 |
1.2.3 硬度与抗拉、抗压强度关系研究现状 |
1.3 论文研究内容、方法及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究方法 |
1.3.3 技术路线图 |
2 不同冷加工硬化下304奥氏体不锈钢力学性能的获取 |
2.1 室温静态单轴拉伸过程 |
2.1.1 实验材料及试样外形尺寸 |
2.1.2 实验方法 |
2.1.3 实验过程 |
2.2 室温静态单轴压缩过程 |
2.2.1 试验材料及试样外形尺寸 |
2.2.2 实验方法 |
2.2.3 实验过程 |
2.3 室温维氏硬度测试过程 |
2.3.1 试样材料及外形尺寸 |
2.3.2 实验方法 |
2.3.3 实验过程 |
2.4 金相微观组织观测 |
2.4.1 实验材料 |
2.4.2 实验方法 |
2.4.3 实验过程 |
2.5 试验结果分析及验证 |
2.5.1 室温拉伸实验结果及验证 |
2.5.2 室温压缩实验结果及验证 |
2.5.3 室温维氏硬度实验结果及验证 |
2.6 本章小结 |
3 冷加工硬化对304奥氏体不锈钢力学特性规律的影响 |
3.1 不同冷加工硬化程度下304奥氏体不锈钢力学性能变化规律 |
3.1.1 单轴拉伸条件下力学性能分布规律 |
3.1.2 单轴压缩条件下力学性能分布规律 |
3.2 冷加工硬化对304奥氏体不锈钢微观组织影响 |
3.2.1 单轴拉伸状态对微观组织的影响 |
3.2.2 单轴压缩状态对微观组织的影响 |
3.3 应力、应变本构方程的建立 |
3.3.1 单轴拉伸条件下应力、应变数学模型的建立 |
3.3.2 单轴拉伸条件下应力、应变数学模型的验证 |
3.3.3 单轴压缩条件下应力、应变数学模型的建立 |
3.3.4 单轴压缩条件下应力、应变数学模型的验证 |
3.4 本章小结 |
4 维氏硬度与强度关系模型的建立及实际应用 |
4.1 维氏硬度与强度关系模型的建立 |
4.1.1 单轴拉伸条件下强度预测模型的建立 |
4.1.2 单轴拉伸条件下强度预测模型的验证 |
4.1.3 单轴压缩条件下强度预测模型的建立 |
4.1.4 单轴压缩条件下强度预测模型的验证 |
4.2 维氏硬度预测强度关系模型的实际应用 |
4.2.1 核电接管安全端异种金属焊接接头结构分析 |
4.2.2 核电压力容器内表面衬里材料力学性能分析 |
4.2.3 异种金属焊接接头主管道材料力学性能预测 |
4.3 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表论文与参加科研情况 |
四、显微维氏硬度测量方法的研究(论文参考文献)
- [1]尺桡骨不同部位显微骨硬度与螺钉生物力学性能的研究[D]. 吴卫卫. 河北医科大学, 2019(01)
- [2]一种环保黄金首饰电铸工艺及电铸层性能的研究[D]. 郑利珊. 中国地质大学, 2019(06)
- [3]孪晶结构超硬材料纳米粉体与块材的制备及表征研究[D]. 应盼. 燕山大学, 2020(01)
- [4]纳米压痕试验方法研究[D]. 王春亮. 机械科学研究总院, 2007(03)
- [5]流体微探应变原位统计分布表征技术研究[D]. 冯光. 钢铁研究总院, 2019(09)
- [6]高致密性超高温陶瓷ZrC/TiC/HfC复合材料的制备及性能研究[D]. 黎敬之. 华中科技大学, 2019(01)
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