Cr、Mo对DO3-Fe3Al力学性能和电子结构影响的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Cr、Mo在DO₃-Fe₃Al 金属间化合物中的占位、以及Cr、Mo对Fe₃Al力学性能和电子结构的影响。研究显示：Cr、Mo在Fe₃Al中优先替代Al原子；Cr、Mo的添加均提升了Fe₃Al的体模量、剪切模量、弹性模量以及塑性,其中Mo对Fe₃Al的模量以及塑性的提升效果更明显。电子结构和电荷密度分析表明：Cr、Mo对Fe₃Al力学性能提高的主要原因是Cr、Mo的s,p和d轨道电子参与了Fe₃Al的电子杂化,Cr、Mo增加了Fe₃Al的成键峰数量,且增加了Fe₃Al中原子间的重叠电子数,此外Cr、Mo减弱了Fe₃Al中Fe-Fe间电子云的方向性。     

锆材钨极氩弧焊焊接件腐蚀机理

采用X射线衍射、电化学测试,扫描电镜观察和能谱分析,系统研究了钨极氩弧焊接锆材焊缝区域的组织结构及耐腐蚀性能,探究其腐蚀机理。结果表明:锆材焊接件腐蚀方式为焊缝晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的原因为:氩气保护不充分及焊丝含有少量的氧,在焊缝区域晶界形成了锆的氧化物,导致晶界与晶粒内部存在电化学不均匀性,致使晶界的溶解电流密度大于晶粒,发生晶间腐蚀。     

Laser Cladding Fe-Al-Cr Coating with Enhanced Mechanical Properties

Dense Fe-Al-Cr coatings with approximately 50 μm in thickness are successfully prepared on the 1045 carbon steel substrates via a laser cladding process. Proper Cr content(5 at% Cr) will lead to decrease in the melting point, and improves the viscosity of the liquid and the nucleation rate of the molten pool, leading to refining grains of the solidification structure. As a result, the Fe-29 Al-5 Cr laser cladding layer exhibits the best hardness, plasticity properties, and wear resistance at 400 °C. Excessive Cr for the Fe-29 Al-7.5 Cr coating leads to the formation of Cr2 Al in the grain boundaries and thermal vacancies during the solidification process, resulting in inferior mechanical properties and poor tribological behavior.     

低温氧化-还原法制备石墨烯负极材料

通过低温氧化-还原法制备了石墨烯(GNS),用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等方法对产物进行分析.用恒流充放电测试,分析了石墨氧化时间、石墨与氧化剂的质量比及氧化石墨超声波处理时间等对GNS嵌脱锂性能的影响.在石墨氧化时间为48 h,石墨与氧化剂的质量比为1.0∶6.0及氧化石墨超声波处理时间为60 min的条件下制得的GNS,电化学性能最好.以74 mA/g的电流在0～3.5 V充放电,首次嵌、脱锂比容量分别为1 574.2 mAh/g和910.4mAh/g,经20次循环,电池达到稳定状态,容量保持率为89％.     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。     

45钢表面PII-DGPSM复合强化层的耐腐蚀性能研究

针对海工装备中常用45钢表面耐腐蚀性不足的问题,采用离子注入技术(PII)注Al和双辉等离子表面冶金技术(DGPSM)渗Cr复合,在基体45钢表面制备Al-Cr复合强化层。利用X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等对试样的元素分布、物相结构进行表征。并采用极化曲线和电化学阻抗谱,对比分析Al-Cr复合涂层、注Al涂层和基体在3.5wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性,研究其腐蚀机理。研究表明,采用复合技术制备所得Al-Cr涂层的耐腐蚀性最佳,其表面形成Cr2O3和Al2O3复合钝化膜,和涂层内部形成具有优异耐腐蚀性Fe2AlCr和Al8Cr5相,阻碍Cl-的腐蚀作用;注Al层耐腐蚀性次之,其表面形成致密Al2O3钝化膜,延缓了Cl-对基体的腐蚀作用;基体耐腐蚀性最差。     

无铬纳米锌铝涂层的微观组织及腐蚀性能

向无铬锌铝涂层中分别加入3种纳米微粒ZnO,TiO2和SiO2制备纳米复合涂层,通过盐水浸泡实验和电化学测试研究其耐蚀性,结合SEM等手段观察纳米复合涂层显微组织及其在盐水中的腐蚀情况,分析纳米微粒在涂层中所起作用。结果表明,3种纳米微粒的加入能够加强涂层的阴极保护作用,并能延缓涂层金属粉末的消耗,较无铬锌铝涂层更易减慢腐蚀速率。其中,纳米SiO2复合涂层耐蚀性最佳,纳米TiO2复合涂层略次,ZnO纳米复合涂层耐蚀效果较差,3种纳米复合涂层耐蚀性均优于无铬锌铝涂层。     

TiO_2纳米颗粒增强无铬锌铝涂层的组织及耐蚀性

利用浸涂法在Q235钢表面制备无铬锌铝涂层,并在涂层中添加TiO2纳米颗粒制备TiO2纳米复合涂层。采用SEM、EDS等测试手段分析两种涂层的组织、形貌和成分,并通过快速硝酸铵腐蚀实验以及电化学实验研究涂层的耐蚀性能。结果表明:涂层呈层片状组织,纳米颗粒部分填充在金属粉的孔隙中。在20%的硝酸铵溶液中腐蚀4 h后,TiO2纳米复合涂层仍维持层片状结构,未出现明显的剥落现象,耐蚀性优于无铬锌铝涂层。在3.5%NaCl溶液中,TiO2纳米复合涂层的自腐蚀电流密度为2.476×10-6A/cm2,低于无铬锌铝涂层的5.015×10-5A/cm2,显著提升了涂层的耐蚀性。     

钛合金表面梯度Al2O3陶瓷涂层的高温抗氧化性能

钛合金应用广泛,但在高温环境中极易被氧化,降低其力学性能及寿命。利用溶胶-凝胶法在TC11钛合金上制备梯度层(ZrO_2+Al_2O_3)+表层(Al_2O_3)的复合梯度涂层,提高其高温抗氧化能力。将复合梯度涂层、单层氧化铝涂层以及基体在700℃进行100h的高温氧化,利用氧化增重数据拟合得到梯度涂层的氧化速率为0.015mg~2/(cm4·h),氧化指数为2.137,并结合氧化后EDS成分分布,发现复合梯度涂层可以提高基体的高温抗氧化性能。同时利用700℃热震实验比较了复合梯度氧化铝涂层试样和单层氧化铝陶瓷试样的热震次数,梯度层(ZrO2+Al_2O_3)的存在缓解了基体与氧化铝陶瓷涂层之间热膨胀系数不匹配而导致的易剥落的问题,延长了涂层寿命,进一步提高了基体的高温抗氧化能力。