锆合金第二相研究述评(Ⅱ):Zr-Sn-Nb-Fe系合金

对国内外关于Zr-Sn-Nb-Fe系新锆合金中第二相粒子的研究情况进行评述,并重点探讨不同种类Zr-Nb-Fe析出相的成分、晶体结构及其形成机制和条件。合金中的Zr-Nb-Fe析出相有两种:一种为六方结构的MgZn2型Zr(Nb,Fe)2Laves相,其形成与合金中作为杂质存在的Cr元素有关;另一种为立方结构的Ti2Ni型(Zr,Nb)2Fe相,与合金中普遍含有的O元素有关。对大量不同成分的Zr-Sn-Nb-Fe系合金的检测证实,可以用一个由合金中Nb和Fe含量确定的R*参数来分析其成分变化时合金中可能出现的析出相类型。     

真空熔炼铸态AB2型储氢合金的组织结构

设计了3种成分AB2型合金,(Zr1-xTix)(Ni,V,Mn,Co,Sny)2,采用真空中频感应炉熔炼,氲气保护下慢冷制备铸态合金,采用XRD、SEM、TEM方法研究它们的组织结构.结果表明,AB2型合金是以立方结构的Laves相C15为主相,有少量六方结构的Laves相C14和非Laves相,其中Z1的非Laves相是Zr9 Ni11,Z2的非Laves相是Zr(Ni,Mn)Sno.35,Z3的非Laves相是Zr7Ni10.     

Sn含量对AB2型储氢合金性能的影响

设计了3种成分AB2型合金Zr[(NiVMnCo)1-xSnx]2 α,分别对它们进行了XRD物相分析、扫描电镜分析、透射电镜分析及电化学性能测试,研究了Sn含量对Zr基AB2型储氢合金组织结构及电化学性能的影响。结果表明,AB2型合金是以立方结构的Laves相C15为主相,其中有少量六方结构的Laves相C14和非Laves相。AB2-1中的非Laves相是Zr9Ni11,AB2-2与AB2-3中的非Laves相是Zr(Ni,Mn)Sn0.35。Sn的加入使合金中出现了Zr(Ni,Mn)Sn0.35相,对合金的电化学性能有不良影响,而且随着Sn含量的增加,影响越显著。     

合金化对ZrMn2基Laves相贮氢合金相组成的影响

研究了Ni、V、Cr、Co、Fe、Cu和Ti等合金化元素取代ZrMn2 基Laves相贮氢合金的B侧或A侧对合金相组成的影响。结果表明 ,采用不同的元素对A侧或B侧进行部分取代 ,将引起ZrMn2 基合金相组成的变化。采用Ni取代Mn后 ,ZrMn2 合金的主相结构转变为C15型Laves相 ,表明Ni为C15相稳定元素。对Zr Mn Ni三元合金 ,V为C14相稳定元素 ,而Co、Fe、Cu则为C15相稳定元素。取代量较少时 ,Cr为C15相稳定元素 ,取代量增加时 ,C15相稳定作用减弱。Ti元素为C14相稳定元素 ,Ti对Zr的部分取代将导致合金主相结构转变为C14型Laves相。合金化元素对ZrMn2 合金的相组成的影响与元素的电子浓度和原子尺寸不同有关     

Zr_(0.5)La_(0.5)Ni_(1.5)Fe_(0.5)储氢合金的制备及其显微组织

利用悬浮熔炼技术,合成了Zr0.5La0.5Ni1.5Fe0.5储氢合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)分析了热处理前后合金的显微组织。结果表明,Zr0.5La0.5Ni1.5Fe0.5热处理前主要由Zr Ni2、La Ni和少量Zr7Ni10相组成,而热处理后主要由Zr Ni2相和La Ni相组成。在凝固过程中首先从熔液中析出熔点最高Zr7Ni10相,然后析出熔点较高的C15型Laves相Zr Ni2,最后析出熔点较低的La Ni相,由于凝固速度较快,导致成分分配不均匀。热处理后,Zr Ni2相中的La元素减少,La Ni相中La和Ni的含量略有增加,Zr Ni2相晶间的杂相Zr7Ni10消失,合金成分分布更加均匀。     

Zr─4合金氧化膜中Zr(Fe,Cr)2第二相粒子的HREM观察

应用透射电子显微镜(TEM)和高分辨电子显微镜(HREM)研究了在400℃,10.3MPa过热蒸汽中形成Zr-4合金氧化膜中的Zr(Fe,Cr)2第二相粒子。结果表明,嵌在合金氧化膜中的Zr(Fe,Cr)2粒子表面生成面心立方结构的Zr6(Fe,Cr)3O,它与Zr(Fe,Cr)2存在共格关系。在上述氧化物之上为氧化物立方ZrO2和金属相α-Fe(Cr)的混合物。     

Ti/Zr对一种贮氢合金容量与相结构的影响

研究了2种不同Ti/Zr比例的Ti/Zr-V-Mn-Ni-Cr系多元AB2型贮氢电极合金A(Ti0.7Zr0.3V0.2Mn0.4Ni0.9Cr0.5)和B(Ti0.5Zr0.5V0.2Mn0.4Ni0.9Cr0.5)的电化学放电容量与合金相结构关系.2种合金的电化学循环稳定性都很好,但是合金A的放电容量明显高于合金B.2种合金均由C14 Laves相和TiNi相构成,A的主要组成相是TiNi,而B的主要组成相是C14 Laves.合金的贮氢量主要取决于TiNi相的含量,由于TiNi相的贮氢容量较低,所以该合金的贮氢容量也很低,并且由于合金B中TiNi相的含量低于合金A,所以B的放电容量也低于A.     

锆合金中第二相的研究

将几种Nb、Fe含量不同的锆合金样品在1050℃保温0.5h后水冷,在560℃回火10h,用带能谱分析(EDS)的透射电子显微镜研究它们的第二相粒子.结果显示:随着合金样品中Nb元素含量的提高及Nb/Fe比的增加,第二相从Zircaly-4合金中密排六方结构的Zr(Fe,Cr)2向密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)2转...     

Zr替代Ti对Ti19.5V40Mn16.2Cr9.8Ni14.5合金的影响Ⅰ:结构及储氢性能

为改善Ti-V基固溶体型储氢合金的电化学性能,使用少量的Zr部分取代Ti19.5V40Mn16.2Cr9.8Ni14.5合金中的Ti,并采用XRD,SEM以及PCT等测试手段研究替代前后合金微观结构和储氢性能的变化情况.通过XRD和SEM分析表明,(Ti1-xZrx)19.5V40Mn16.2Cr9.8Ni14.5(x=0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3)合金均是由Ti-V基BCC相和C14 Laves相组成.但Zr的部分替代明显增加了C14Laves相的含量,并使Ti-V基BCC相在减少的同时由树枝状变成了被C14Laves相包围的岛状.PCT曲线显示:随着Zr替代量的增加.合金的吸放氢平台不断下降,而合金的吸放氢量先有所增加后又逐渐减小.这说明适量提高C14 Laves相的含量对增加Ti-V基固溶体型储氢合金的吸放氢能力有一定的促进作用.     

新型钛钒系贮氢电极合金

研究了新型钛钒系贮氢电极合金Ti0.8Zr0.2V2.665Mn0.535Cr0.8Ni的相结构、微观组织及电化学性能。XRD及EDS分析表明：铸态合金主要由C14 Laves相母体和树枝晶的钒基固溶体相组成，同时由于成分偏析的缘故，合金中还存在少量的TiNi基的第三相。热处理使得合金中C14 Laves相及钒基固溶体相的晶胞参数和晶胞体积增大，促进合金成分的均匀化，同时极大地改善了合金电极的综合电化学性能。     

微量元素对NiAl-Cr(Mo)共晶合金组织和力学性能影响的研究进展

综述了添加微量元素(Ti、Nb、Hf、Zr、稀土元素)对Ni Al-Cr(Mo)共晶合金微观组织和力学性能的影响。在Ni Al-Cr(Mo)共晶合金中添加Ti、Hf、Zr元素会使得合金微观组织产生Heusler相(Ni2Al Ti相、Ni2Al Hf相、Ni2Al Zr相)沉淀,添加Nb元素会产生Laves相(Cr2Nb相)沉淀,添加稀土元素会产生稀土沉淀相。这些沉淀相都会在合金中产生沉淀强化来增强合金的力学性能。最后,就目前研究中的不足之处提出了改进方法。     

Laves相Ti36Zr40Ni20Pd4合金的吸氘行为

针对Ti36Zr40Ni20Pd4合金用X射线衍射仪和气固反应系统研究了其吸铸之前的晶体结构与吸氘特性。结果表明,吸铸前Ti36Zr40Ni20Pd4合金母锭形成了配位数为14的MgZn2结构的简单六方C14Laves相,晶格常数a=0.5287nm与c=0.8610nm。简单活化后,该合金可在室温下大量吸氘,浓度达到10.96mmol·D2/g·M(D2指氘分子,M指合金)。经过一次吸放氘循环后,吸氘动力学显著提高,吸氘速率常数达到0.015s-1。相对于成分相同的准晶相,Laves相Ti36Zr40Ni20Pd4合金吸氘较慢,但吸氘量相近,具有一定的储氢前景。     

元素Ti对贮氢合金ZrMn0．7V0．2CO0．1Ni1．2相结构和电化学性能的影响

研究了元素Ti对贮氢电极合金ZrMn0.7V0.2Co0.1Ni1.2的相结构、相组成以及电化学性能的影响。结果表明，对于合金Zr1-xTix(Mn0.7V0.2Co0.1Ni1.2)，其母体合金的主相为C15型Laves相，并含有少量的非Laves相Zr7M10；但随着掺Ti量的增加，合金中出现C14型Laves相，而且其含量逐渐增加；在x=0．1～0．2时，合金中还出现少量的TiNi相，而在x=0．4～0．5时，非Laves相Zr7M10和TiNi相全部消失，说明元素Ti大量的掺杂抑制了第二相的产生：而且随着Ti含量的增加，合金中的C15型和C14型Laves相的晶格常数逐渐减小。电化学测试结果发现，当含Ti量x=0．2时，合金有最大放电容量Cmax为354mAh／g，在放电电流为300mAh／g条件下，高倍率放电性能比母体合金提高了15％。     

Ge含量对Zr-4合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响

采用堆外高压釜腐蚀试验研究添加0.1%Ge和0.5%Ge(质量分数)对Zr-4合金在360℃、0.01 mol/L LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响,用TEM和EDS研究合金的显微组织和第二相成分。结果表明:与Zr-4合金相比,添加Ge后合金的耐腐蚀性能显著提高,但随着Ge添加量的增加,对耐腐蚀性能的提高作用减弱。当Ge含量为0.1%时,析出密排六方结构的Zr(Fe,Cr)2和Zr(Fe,Cr,Ge)2型第二相;当Ge含量达到0.5%时,还会析出Zr-Sn-Fe-Cr-Ge和尺寸较大的四方结构Zr3Ge型第二相,添加Ge会使α-Zr基体中固溶的Sn含量降低。固溶在α-Zr中的Ge和尺寸较小的Zr(Fe,Cr)2、Zr(Fe,Cr,Ge)2型第二相可以提高Zr-4+xGe合金的耐腐蚀性能;析出Zr-Sn-Fe-Cr-Ge和尺寸较大的Zr3Ge第二相后会对耐腐蚀性能产生不利的影响。     

Zr(Fe_x,Cr_(1-x))2合金在400℃过热蒸汽中的腐蚀行为

用真空非自耗电弧炉熔炼了3种与锆合金中常见第二相粒子成分相同的合金Zr(Fe_x,Cr_(1-x))_2(x=1,2/3,1/3).研究锆合金中第二相粒子的腐蚀行为.第二相合金的粉末在高压釜中经400℃/10.3 MPa过热蒸汽腐蚀不同时间后,利用XRD和能量过滤TEM对腐蚀产物进行了物相分析,结果表明:Cr对第二相合金的氧化速率有很大的影响,增加Cr含量可以提高第二相合金的耐腐蚀性能;由于Fe和Cr在ZrO_2中的固溶度极低,第二相合金被腐蚀形成ZrO_2时,Fe和Cr被排出并形成α-Fe(Cr)和γ-Fe(Cr),最终腐蚀生成(Fe,Cr)_3O_4.不同成分第二相合金的腐蚀行为不同,会对锆合金氧化膜的显微组织演化产生不同的影响,因而也对锆合金的耐腐蚀性能产生不同的影响.     

含Nb锆合金中第二相的吸放氢性能

参照含Nb锆合金中第二相的成分,熔炼了(Zr,Nb)_2Fe,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金.成分测试结果表明,所炼合金的成分与锆合金中的第二相相同.XRD分析结果表明,除(Zr,Nb)_2Fe外,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金的相结构也与锆合金中的第二相相同.备合金的压力-成分-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学曲线表明,3种合金和纯Zr的可逆吸放氢能力按Zr(Nb,Fe)_2,(Zr,Nb)_2Fe,β-Nb和Zr顺序依次减弱.     

Fe-Mo-Cr-Ni耐磨合金成分和热处理工艺对组织及性能的影响

采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪等分析手段,结合硬度测定和摩擦磨损实验,研究了一类基于Laves相强化的FeMo-Cr-Ni耐磨合金的成分及热处理工艺与组织性能之间的关系。结果表明,铸态合金为Laves+α-Fe(Mo,Cr,Ni)两相组织,主要呈魏氏体组织和枝晶组织两种类型,均匀化退火处理后魏氏体组织特征完全消失,随着Mo和Ni元素含量增加,沿Laves相边界逐渐析出χ相,淬火处理后,χ相析出量增加;铸态合金磨损机制为粘着磨损,退火态合金磨损机制为磨粒磨损;实验中Fe Mo25Cr14Ni10合金具有优异的组织与性能。     

合金元素掺杂对TiV_(2.1)Ni_(0.4)合金相结构及电化学性能的影响

研究了合金元素掺杂对TiV2.1Ni0.4系列合金的相结构及电化学性能的影响。XRD分析表明,该合金由V基固溶体主相和以网状分布于主相晶界的Ti2Ni第二相和C15型Laves第三相组成。BEI、EDS和电化学测试表明,Zr、Cu合金元素进入第二相晶格而使合金的电化学容量略降,但提高了合金的循环性能;Cr元素由于大部分进入到主相晶格而使合金的电化学循环性能大幅度提高,经40次循环后容量保持率仍达88.4%,但最大放电容量有所降低。     

金属氢化物氢压缩机用AB2型Ti- Mn基储氢合金研究

制备了AB2型Laves相Ti- Zr- Mn- Cr- V- Fe系列氢压缩材料,对于V- Fe、Mn/Cr比值和Zr含量对合金吸放氢平台特性和热力学性能的影响进行了研究,优化出具有优异综合储氢性能的氢压缩材料Ti0.9Zr0.1Mn1.4Cr0.35V0.2Fe0.05合金.该合金具有较低的吸放氢平台压力、较小的压...     

Ti0.9Zr0.2Mn（1.8—x）MxV0.2（M=Ni,Cr;x=0,0.2）合金的贮氢性能

研究了Ti0.9Zr0.2Mn(1.8-x)MxV0.2(M=Ni,Cr;x=0,0.2)合金的晶体结构与贮氢性能。结果表明,Ti0.9Zr0.2Mn1.6Ni0.2V0.2和Ti0.9Zr0.2Mn1.6Cr0.2V0.2的贮氢量达到240mL/g。合金的主相均为C14 Laves相,镍,铬的取代使点阵常数和晶胞体积增大,P－C－T曲线的滞后降低,压力平台的倾斜度增加。