合金相团簇规律及其在Zr-Al-Ni非晶体系中的应用

研究多个典型非晶形成体系合金相结构中的团簇规律,指出在合金相结构中团簇之间以不同方式共享原子的事实。共享后的有效团簇到合金相的连接方式有两种,一种是共享后的团簇成分就是相成分,无须连接原子,另一种是共享后的团簇加上连接原子才能构成空间相结构(这类相称之为团簇相)。这种方法使得对合金相的结构有了一个全新的理解。在典型的非晶形成体系Zr-Al-Ni中,团簇相有3个:AlNiZr-Fe2P结构,Al2NiZr6-InMg2结构和Al5Ni3Zr2-Mn23Th6结构。通过此项工作还提出了基于合金相结构来确定与非晶形成相关的团簇的方法,即与非晶相关的团簇一般为团簇相里出来的孤立团簇,这一结论在Zr-Al-Ni体系中得到了很好的验证。     

Nb、Ta等元素对Zr基大块非晶非晶形成能力及耐腐蚀性影响机理研究

  用计算机编程构造了Zr基非晶合金包含二十面体原子团簇的Zr₂Ni晶体相.用Zr₂Ni晶体相中以Ni原子为中心的二十面体原子团簇模拟Zr基非晶中二十面体团簇.应用实空间的递归方法计算了合金元素取代二十面体原子团簇中心和顶角位置原子时的局域态密度、二十面体原子团簇中中心Ni原子与其近邻合金元素Nb、Ta、Ti、V的总键级积分及团簇的费米能级.结果表明,Nb、Ta、Ti和V取代Zr原子后使其与Ni的键级积分有所降低,使合金的非晶形成能力下降,但Nb、Ta对合金的非晶形成能力影响不大;Nb、V取代Zr使费米能级升高,可使Zr基非晶容易钝化,提高耐蚀性;Ta对Zr基非晶的耐蚀性影响不大.而Ti使Zr基非晶的钝化能力下降.综合合金元素对非晶形成能力和耐腐蚀性的影响,Nb是最有益的合金元素,即在Zr基非晶中,通过加入少量的Nb元素,可以制备出具有较高耐腐蚀性的大块非晶.     

Ti-Zr-Ni-Cu非晶系的等电子浓度特征

以准晶成分Ti40Zr40Ni20为基准，在Ti—Zr-Ni-Cu系中设计出电子浓度为1.200和原子尺寸为0．1474nm的系列合金，并用铜模吸铸法制备直径为3mm的合金棒试样．结果表明，Ti12Zr55Ni13Cu20成分附近可形成块体非晶合金，而Ti3Zr60Ni12Cu25和Zr60Ni10Cu30成分点上形成了单一的四方Zr2Cu型非晶相关相．准晶、块体非晶合金和Zr2Cu相是具有相同电子浓度的电子化合物，它们在成分图上表现出鲜明的等电子浓度特征，表明块体非晶合金的等电子浓度判据适用于Ti-Zr-Ni-Cu非晶系．二十面体与截角八面体间的结构关联可作为准晶或非晶合金多型性转变成Zr2Cu相的结构模型．     

Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金靠近玻璃转变点的等温纳米晶化

研究了Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金靠近玻璃转变点等温晶化过程。结果表明：420℃退火5h,出现了尺寸为20nm左右的晶相,同时,非晶基体也出现了尺寸为1－2nm分布均匀的团簇状结构;退火10h,析出的晶相尺寸为20－50nm,所占的体积分数为40％;退火20h之后,非晶相完全转变为亚稳相,析出的晶相尺寸为50nm左右,并没有出现明显的长大现象。退火得到的晶相为Cu10Zr7,Zr2Ni及一些未能标定的相,这些相在420℃具有相对的稳定性,没有问题稳定相转变。退火后,残余非晶相的热稳定性降低。等温退火过程经历了从非晶相→团簇状结构→亚稳相的转变过程。     

添加Al对Cu基合金非晶形成能力影响的团簇模型

在二元Cu-Zr合金中添加Al元素可明显提高合金的非晶形成能力.根据非晶与其晶化相存在结构遗传关系,以Cu-Zr基非晶晶化相Cu10Zr7中的Cu6Zr5阿基米德反棱柱为团簇模型,利用离散变分方法从电子层次研究了Al元素对Cu基非晶合金团簇稳定性的影响.结果表明:当团簇中加入一个Al原子时,Fermi能级处的态密度明显降低,团簇稳定性提高;但继续加入Al原子,Fermi能级处的态密度又开始上升,态密度处于较高位置,团簇稳定性下降;计算结果与实验结果相吻合.     

合金相的“团簇+连接原子”模型与成分设计

以最近邻配位多面体为基元描述复杂合金相的结构特征,总结出合金相的常见团簇类型,并建立了合金相的团簇+连接原子模型。以此为基础解析准晶和非晶合金为代表的团簇合金的结构与团簇成分式特征,提出复杂合金相成分设计的团簇式方法,并以块体非晶合金和稳定固溶体合金为例说明多组元合金相团簇成分式的建立与运用过程以及团簇基元及连接原子种类与数目的确定原则。前期研究工作表明,基于团簇+连接原子模型的团簇成分式方法为多元复杂合金相定量设计提供了新的有效途径。     

合金元素对Zr基大块非晶晶化行为的影响

利用准晶的共轭结构模型构造出了Zr基非晶合金中准晶相的原子结构模型,用递归方法研究了合金元素对非晶晶化过程的影响.结果表明:Zr基非晶合金析出的准晶相存在Zr6Ni,Ni6Zr2种结构,Ni6Zr结构优先析出;合金元素Ag,Pd,Pt,Au固溶于准晶中时,占据Cu,Ni原子的位置,增大近邻原子间的相互作用,这从电子理论角度解释了合金元素Ag,Pd,Pt,Au稳定地促进二十面体准晶(I)相析出的事实.     

系列Zr-Al-Ni-CU块体非晶合金的晶化行为

以等电子浓度和等原子尺寸为判据，设计并制备了6种成分的系列Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金，利用X射线衍射对其中的5种合金在晶化过程中的相转变进行了分析，结果表明，Ni含量较低、Cu含量较高的前两种合金，其晶化相主要以体心四方的Zr2Cu相为主，随着Ni含量升高、Cu含量降低，后三种合金的晶化以体心四方的Zr2Cu相、简单六角Zr6Al2Ni相和面心立方Zr2Ni相等多种晶化相析出为特征。     

源自Ni-Nb共晶团簇式的Ni-Nb-(Zr,Ta,Ag)三元块体非晶合金成分设计

利用团簇+连接原子模型设计Ni-Nb基三元块体非晶成分.首先,解析出二元共晶点Ni_(59.5)Nb_(40.5)的团簇式[(Ni_(0.5)Nb_(0.5))-Ni_6Nb_6]Ni_3,其中,(Ni_(0.5)Nb_(0.5))Ni_6Nb_6为源自Ni_6Nb_7(Fe_7W_6型)共晶相的以(Ni_(0.5)Nb_(0.5))为心的二十面体团簇.相应的,具有最大非晶形成能力的Ni-Nb二元成分Ni_(62)Nb_(38)可描述成团簇式[Ni-Ni_6Nb_6]Ni_3,此时,二十面体团簇的中心位置完全由Ni占据.以[Ni-Ni_6Nb_6]Ni_3二元非晶团簇式为基础,通过引入第3组元Zr,Ta或Ag,设计出具有更高非晶形成能力的Ni-Nb-(Zr,Ta,Ag)三元合金,利用水冷铜模吸铸方法获得临界直径为3 mm的块体非晶.热分析和力学测试表明这些三元块体非晶具有较高的热稳定性,其中[Ni-Ni_6Nb_5Ta]Ni_3具有最高的玻璃转变温度T_g(935 K)和晶化温度T_x(952 K);这些三元块体非晶具有一定的塑性变形能力(延伸率约为0.3%),[Ni-Ni_6Nb_5Zr]Ni_3和[Ni-...     

激光熔覆Ni60Zr20Nb15Al5非晶合金涂层组织及性能研究

依照非晶形成能力的三判据原则及非晶成分团簇线定律法则,选取在常规非晶合金制备过程中呈现较强非晶形成能力的Ni60Zr20Nb15Al5合金成分,研究其在不同激光功率条件下在45#钢表面得到的熔覆层的微观组织和力学及腐蚀性能.结果表明:熔覆涂层由熔覆层、结合区和热影响区组成,物相包括非晶相及Al3Zr5、Al3Nb11N...     

Prospects of the Use of Synergetic Approach to Solution of Problems of the Science of Nanomaterials

A synergetic approach to solution of problems of self-controlled synthesis of nanostructures and creation of self-organizing nanotechnologies is considered in connection with the superproblem of creation of materials with functional properties resembling those of biosystems. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 7, pp. 55 – 61, July, 2005.     

Kinetics of the oxidation of metals — Influence of self-diffusion of metal

The importance of the self-diffusion of a metal during its oxidation by a gas is treated for the cases of nonstoichiometric oxides having either interstitial cation or cation vacancies. We have established a general relationship for the reaction rate when a mixed diffusion process occurs. From this relationship, we have shown that the pressure dependence can be different, according to whether the rate-determining process is the self-diffusion through the metal or through the product.     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

Mechanism of Nucleation of Precipitates of Carbides of Refractory Metals Under Hot Rolling of Automotive Sheet Steel

Metal Science and Heat Treatment - The problem of formation of properties in microalloyed sheet steels is considered. The cause and the possible mechanism of precipitation of carbides of refractory...     

燃煤机组锅炉烟气脱硝灰中氨含量测定

NOx是大气环境的主要污染物之一,其主要来源为火力发电机组。依靠低氮燃烧技术,远达不到排放要求。选择性催化还原脱硝(简称SCR)技术是目前效率最高、最成熟、应用最广泛的电厂烟气脱硝技术。目前,在线氨逃逸监测技术存在诸多问题,影响了氨逃逸监测数据的准确度和稳定性。在燃料种类、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、炉膛气流分布以及脱硝催化剂类型等条件确定的情况下,控制好氨加入量及其逃逸量是保证NOx脱除率的关键所在。燃煤锅炉除尘飞灰氨含量可侧面反映脱硝氨逃逸率的状况。根据国外的文献报道,正常情况下,电除尘灰中氨含量一般在50mg/kg-100mg/kg范围内。由于国内尚无灰中氨含量的测定方法,亦无脱硝运行对飞灰含氨量影响的数据积累。本文通过大量试验,确定了灰中氨溶解条件(如溶解时间、搅拌状态、灰水比、灰样量及其稳定性等),制定了灰中氨含量测定方法。     

Features of formation of the structure in production of blanks of disks of heat-resistant nickel alloys

Conclusions To provide a high level of mechanical properties in wrought blanks of cast ÉP741NP and ÉP962 alloys it is necessary to form controlled structures. A necklace-type structure formed in homogenizing isostatic treatment, subsequent thermomechanical working including alternation of the operations of deformation in the (+)-area and recrystallization anneals, and final heat treatment is preferable. The temperature conditions of all stages of thermomechanical working are strictly controlled, especially the final operation of deformation and heating for hardening. To eliminate hardening cracks and distortions it is necessary to use molten salts at t=600°C as quenchants. The use of multiple production operations makes it possible to significantly reduce the structural inhomogeneity related to inhertance of the original dendritic structure. However, the structure of the final semifinished product is nevertheless characterized by a difference in occurrence of the processes of polygonization and recrystallization between the former dendritic cells and the interdendritic spaces in deformation and heat treatment.To obtain structurally homogeneous blanks for gas turbine engine parts it is necessary to use basically new methods of remelting such as vacuum double electrode remelting and electron beam remelting with an intermediate vessel.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 12, pp. 25–29, December, 1991.     

Ab-initio calculation of enthalpies of formation of intermetallic compounds and enthalpies of mixing of solid solutions

A large number of ab-initio calculations of energies of formation of intermetallic compounds have been performed in the last 15 years. The currently used methods are listed. The paper presents a review of the aluminium based compounds which have been studied. Comparisons of calculated and experimental enthalpies of formation are provided for aluminim-3d and-4d transition metal alloys at equiatomic composition. The modelling of the enthalpies of mixing of solid solutions based on a given lattice is described.