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.     

退火温度对Zr-Sn-Nb-Fe合金组织和耐腐蚀性能的影响

对Zr-Sn-Nb-Fe合金板材进行了β相水淬后的不同温度退火处理,获得了初生相数量、尺寸分布的样品,研究了材料在3.5wt%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:经500℃退火后,Zr-Sn-Nb-Fe合金在部分区域出现了再结晶;合金样品中生成的Zr(Nb,Fe)_2相为密排六方(HCP)结构,晶粒尺寸小于100 nm;经550℃退火后,样品中初生相尺寸较小。在退火温度升高后,腐蚀质量降低。退火过程析出的小尺寸Zr(Nb,Fe)_2相能提升合金耐腐蚀性能。     

Zr-Sn系合金在过热蒸气中的腐蚀吸氢行为

研究第二相大小和种类对Zr-2和Zr-4合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为的影响。结果表明:吸氢量的多少和耐腐蚀性能的好坏之间并不一定存在严格的对应关系,而是与第二相大小和种类密切相关。在相同腐蚀增重下,含粗大第二相样品的吸氢量均大于含细小第二相样品;第二相比较粗大的Zr-2样品的吸氢量比Zr-4样品大得多;而第二相比较细小的Zr-2和Zr-4样品的吸氢量差别却很小。对Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)金属间化合物及纯锆进行的PCT和吸放氢动力学测试表明,前两者可自由吸放氢,且吸放氢速度快,而纯锆只能吸氢难以放氢。据此,Zr-Sn系合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为可以用提出的"在金属/氧化膜界面处Zr和OH-反应生成的氢可以优先被镶嵌在金属/氧化膜界面处的可逆吸放氢能力强于Zr的Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)第二相捕获,它们可作为吸氢的优先通道"的吸氢模型得到合理解释。     

Fe/Cr比对Zr(Fe,Cr)2吸氢性能的影响

参照锆合金中的第二相成分,熔炼2种不同Fe/Cr比的Zr(Fe,Cr)2(Fe/Cr=2和0.5)和ZrCr2(Fe/Cr=0)3种试验合金,对它们进行压力-成分-温度(P-C-T)测试和吸放氢动力学测试。同时用XRD对360℃吸氢前后的样品进行物相分析。实验结果表明,这3种合金在50,200,360℃3个温度下,均有吸氢量随Fe/Cr比值的降低而增加的现象。另外,在360℃,4MPa氢气气氛中测试时,这3种不同合金的可逆吸放氢量和吸放氢速度随Fe/Cr比的降低而增加。XRD测试表明,在360℃吸氢后并没有氢化物生成。     

Zr-Nb-Fe系锆合金管材的微观组织及第二相表征

通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜技术对Zr-Nb-Fe系锆合金管材微观组织及第二相结构进行表征和定量分析。结果表明:Zr-Nb-Fe系锆合金管材再结晶充分,晶粒呈近似等轴状,晶粒内部缺陷少,平均尺寸为4.75μm。大部分第二相呈球状,少量呈短棒状或不规则形状,平均尺寸为96.45 nm,尺寸分布主要集中在40~160 nm之间。Zr-Nb-Fe系锆合金管材中存在两种类型的第二相,一种是密排六方结构(HCP)的Zr(Nb,Fe,Cr)_2相,另一种为体心立方结构(BCC)的β-Nb相。     

Sm12.7Fe86.3Nb1合金的氢处理

Sm12.7Fe86.3Nb1合金在不同温度下氢爆(HD)及氢化-歧化-解吸-再复合(HDDR)处理时,100℃时可氢化形成Sm2(Fe,Nb)17Hy,随着温度升高氢化速度加快,到400℃时单胞体积最大膨胀了3.38%.超过500℃时Sm2(Fe,Nb)17Hy H2→SmHy α-Fe(Nb)发生歧化,直到900℃仍旧存在,故氢爆温度应低于500℃.解吸与再复合过程在超过700℃时可能以SmHy α-Fe(Nb)→Sm2(Fe,Nb)17 H2方式进行.在连续的HDDR处理过程中,吸氢-歧化在升温(400℃/h)的过程中即已完成,而解吸-再复合在保温时与歧化阶段达到平衡,即SmHy α-Fe(Nb)←→Sm2(Fe,Nb)17 H2,抽真空是使该反应向右进行的主要驱动力.在HDDR过程中破坏试样的原颗粒尺寸会残留较多的软磁α-Fe相而恶化氮化后的磁性能,HDDR后残留的α-Fe相含量均高于退火态的残留量,2次循环后磁粉的矫顽力较高.HDDR使粉末颗粒表面产生裂纹,再复合后的Sm2(Fe,Nb)17颗粒细小均匀,尺寸分布在几十纳米到300 nm之间.     

锆合金第二相研究述评(Ⅰ):Zircaloys合金

回顾了国内外近几十年来关于Zircaloys合金中第二相粒子本征特征(晶体结构、成分、形状、亚结构等)的相关研究工作。Zircaloys合金中的Zr-Fe-Ni粒子只有一种,即C16(BCT,Al2Cu)型Zr2(Fe,Ni)Zintl相。而Zr-Fe-Cr粒子主要有两种:一种是C14(HCP,MgZn2)型Zr(Fe,Cr)2Laves相,另一种是C15(FCC,MgCu2)型Zr(Fe,Cr)2Laves相,这些Laves相内部均可见层错结构。归纳总结出形成温度决定论、n(Fe)/n(Cr)决定论、价电子/原子比决定论3种理论,用于解释Zr(Fe,Cr)2粒子形成稳定结构的原因。常规加工工艺下,在Zircaloys合金成分范围内,Sn完全固溶于α-Zr基体,不会参与形成析出相,Fe、Cr、Ni一般也不会单独与Zr形成Zr-Fe、Zr-Cr、Zr-Ni粒子。     

添加Nb对Zr-4合金在500℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响

用高压釜腐蚀实验研究了在Zr-4合金成分基础上添加0.1%-0.3%(质量分数)Nb的合金在500℃/10.3MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能,用TEM和SEM分别观察了合金的显微组织和氧化膜断口形貌,结果表明.合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀500 h均未出现疖状腐蚀.完全抑制了疖状腐蚀的产生,这与Nb在αZr中的固溶量较大有关.固溶在αZr中的Nb能抑制疖状腐蚀斑的形核,提高耐疖状腐蚀性能;合金耐均匀腐蚀性能随着Nb含量的增加而降低,这与Nb的添加降低了固溶在α-Zr中的(Fe+Cr)含量有关,也与Zr(Fe,Cr.Nb)_2第二相的析出有关.这2种因素都会加快氧化膜显微组织在腐蚀过程中的演化,促进孔隙和微裂纹的形成.     

含Nb或Cu的锆合金显微组织研究

用TEM和SEM研究了含少量Nb或Cu的锆合金显微组织,结果表明:在微量Fe元素存在时,添加适量Cu元素,会促使低于α-Zr中平衡固溶含量的Nb元素与Fe元素优先析出形成沉淀相,致使α-Zr中Nb的固溶含量更低;若增加Cu元素含量,因Zr_2Cu第二相富集消耗了Fe元素,反而使Nb元素不易析出。在Zr-1.0Cu合金中加入适量的Nb元素,可以细化Zr_2Cu第二相的尺寸,促使其分布更加均匀。在大量Nb稳定的β-Zr第二相存在的情况下,添加的少量Cu会富集在β-Zr第二相中,而不会以Zr_2Cu第二相形式析出。     

Zr对PrFeB非晶合金晶化的影响

采用DTA(差热分析仪）,XRD（X射线衍射）研究添加元素Zr对PrFeB非晶合金的形成,组织结构的影响,结果表明,PrFeB非晶薄带最终晶化为α－Fe和Pr2Fe14B相,晶化过程中析出亚稳相Pr2Fe23B3,非晶合金中添加1、2at%zr元素可使αFe相的起始晶化温度升高,且无亚稳相Pr2Fe23B3析出,同时细化α－Fe晶粒。     

Zr-1Nb-xGe 合金在 400 ℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的研究

利用高压釜腐蚀实验研究了Zr-1Nb-xGe (x=0,0.05,0.1,0.2,质量分数,%) 合金在400 ℃,10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能;利用SEM和TEM分别观察了合金和氧化膜的显微组织。结果表明：添加Ge可以改善Zr-1Nb合金的耐腐蚀性能,当Ge含量为0.05%时效果最佳。在Zr-1Nb-xGe合金中存在4种第二相,分别是β-Nb,Zr(Nb,Fe,Cr)₂,Zr(Nb,Fe,Cr,Ge)₂和尺寸较大的Zr₃Ge。Ge在Zr-1Nb合金α-Zr基体中的最大固溶含量在0.05%~0.1%之间,固溶的Ge可以有效延缓氧化膜中显微组织的演化,从而改善合金的耐腐蚀性能;当Ge含量超过合金的固溶含量时,会形成Zr(Nb,Fe,Cr,Ge)₂以及尺寸较大的Zr₃Ge第二相,Zr₃Ge会使耐腐蚀性能降低。     

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...     

添加Zr元素对纳米复相Nd10．5Fe78．4-xCo5ZrxB6．1粘结永磁体结构和磁性能的影响

采用快淬、热处理及模压成形工艺，制备了成分为Nd10．5Fe78．4-xCo5ZrxB6．1（x=0，1．0，1．5，2．0，2．5）的5种粘结永磁体。采用XRD,DTA，TEM等方法对合金的组织结构和晶化行为进行了研究。结果表明：Zr含量的增加可提高材料的非晶形成能力；当Zr添加到一定量时，形成高熔点的Fe2Zr相，产生细化晶粒的作用；添加Zr元素显著地提高了合金的矫顽力，改善了退磁曲线矩形度，从而提高了最大磁能积。Nd10．5Fe78．4-xCo5ZrxB6．1永磁体在x=2时获得最佳磁性能，Br=0．659T，Hcj=628kA／m，Hcb=419kA／m，（BH）m=73kJ／m^3。     

Effects of Zr on crystallization kinetics of Pr—Fe—B amorphous alloys

The effects of Zr on crystallization kinetics of Pr-Fe-B amorphous alloys have been investigated by DTA and XRD methods.It was found that for Pr8Fe86-xZrxB6(x=0,1,2)amorphous alloys,the final crystallized mixture is α-Fe and Pr2Fe14B,and the metastable Pr2Fe23B3 phase occurs during crystallization of Pr8Fe86B6 amorphous alloy,not during crystallization of Pr8Fe86-xZrxB6(x=1,2)amorphous alloys,By analyzing the activation energy of crystallization,the formation of an α-Fe/Pr2Fe14B composite microstructure with a coarse grain size in annealed Pr8Fe86B6 alloy,is attributed to a difficult nucleation and an easy growth for both the α-Fe and Pr2Fe14B in the alloy.The addition of Zr can be used to change the crystallization behavior of the α-Fe phase in Pr-Fe-B amorphous alloy,which is helpful to reduce the grain size for the α-Fe phase.     

合金元素对Laves相增强Nb基合金的相组成

采用机械合金化与热压烧结工艺制备了添加合金元素V和Fe的Laves相增强的Nb基复合材料。研究了添加质量分数4%V和Fe的Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe配比成分的元素粉,经MA20h后在1250℃热压30min所获得的Nb/NbCr2合金的组织和性能。结果表明:在热压过程中原位合成出细小弥散分布的三元Laves相Nb(Cr,V)2和Nb(Cr,Fe)2,并且V和Fe原子只占据Laves相中的Cr原子位置。制备出的Laves相增强Nb基合金接近全致密,组织细小均匀,晶粒尺寸小于500nm。Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe合金的断裂韧性分别达到5.3和6.3MPa·m1/2,其中Nb/NbCr2-4.0Fe合金不仅抗压强度达到2256MPa,其屈服强度和塑性应变也分别达到2094MPa和6.03%。     

Microstructural Characteristics of Oxide Films Grown on Zr–0.7Sn–1Nb–0.03Fe–0.2Ge Alloy Corroded in Lithiated Water at 360 °C

The corrosion resistance of a Zr–0.7Sn–1Nb–0.03Fe–0.2Ge (wt%) alloy was investigated by autoclave test in lithiated water with 0.01 M LiOH at 360 °C under a pressure of 18.6 MPa. The microstructure of the oxide film which formed was examined by TEM and SEM. The results revealed that there were a few micro-cracks and more ZrO₂ columnar grains in the oxide film formed after exposure for 190 days. The oxidation of second-phase particles (SPPs) was slower than that of α-Zr matrix. The c-ZrO₂ was observed around the [Zr–Nb–Fe–Cr–Ge]O SPPs. The amorphous phase produced around the [Zr–Nb–Fe–Cr–Ge]O SPPs could relax the stress in the oxide film. The addition of Ge can reduce micro-pores and micro-cracks formed in oxide film, and delay the microstructural evolution from columnar grains to equiaxed grains. Therefore, the addition of Ge can improve the corrosion resistance of the Zr–0.7Sn–1Nb–0.03Fe alloy.     

Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx (x=0, 0.03, 0.06, 0.09) 合金的组织与磁致伸缩性能

采用高真空电弧炉制备了Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx(x=0,0.03,0.06,0.09)合金,研究了该系列合金的晶体结构、微观组织及磁致伸缩性能。结果表明:添加Nb元素后的Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx(x=0.03,0.06,0.09)合金基体相结构仍保持为MgCu2(C15型)立方Laves相,添加Nb后Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx合金基体相晶格常数几乎不变。Nb在基体相RFe2中和富Re相中都不溶,但在x=0.03时的RFe3相中微溶而形成Re(Nb,Fe)3相。初生相NbFe2(C14型)相的形成使凝固液体富稀土从而抑制了RFe3有害相形成。六方结构的NbFe2在与自身结构不同的RFe2(C15型)中不溶而单独成为一相存在于RFe2基体上。Nb的添加量x对磁致伸缩的影响很大,微量(x=0.03)Nb的添加有效抑制了RFe3有害相的生成而使得磁致伸缩性能提高最大,但当Nb含量继续增大时,由于顺磁相NbFe2和富Re相的析出影响了基体磁-弹性交互作用而使磁效伸缩性能下降。但相对于Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金都有少量提高。