铱及其合金制备工艺的研究进展

由于具有熔点高、化学性质稳定、高温抗氧化性能好等特点,铱及其合金被广泛用于高可靠电触头、耐腐蚀坩埚、抗高温氧化涂层、热电偶、汽车发动机火花塞等零部件。系统地综述了铱及其合金的熔炼、粉末冶金、变形处理和化学气相沉积等制备工艺,并重点介绍了国内外在铱及其合金微合金化方面的研究思路和研究成果。最后展望了铱及其合金制备工艺的研究方向。     

锆合金轧制用芯棒的表面渗氮处理

锆合金具有良好的核性能和抗腐蚀性能,常用作核反应堆的结构材料和包壳管材料。轧制是锆合金包壳管材的主要加工方法。在锆合金包壳管批量轧制过程中,发现包壳管内壁出现裂纹缺陷,排查结果显示是由于轧制用芯棒的芯头表面存在加工痕迹和点蚀深坑导致的。文章通过观察芯棒表面缺陷形貌以及芯棒渗氮层和基体性能来验证渗氮表面处理工艺用于锆合金包壳管轧制用芯棒的可行性,为提高芯棒的表面质量、避免锆合金包壳管的缺陷、确保核反应堆的安全和质量奠定了基础。     

Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机理研究

Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12～15μm。通过同步综合热分析仪开展双面高温蒸汽氧化试验,氧化温度为1000、1100和1200℃,氧化时间为300～5000s,系统研究反应堆事故工况下Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化行为。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征高温氧化产物膜微观形貌特征、氧化层厚度、元素分布以及物相组成等,建立Cr涂层氧化动力学模型,探讨高温氧化机理。研究表明,高温蒸汽环境中,Cr涂层锆合金包壳外壁形成致密Cr2O3层,有效阻止O元素扩散至Zr合金基体,从而提升复合包壳的耐高温性能。其次,Cr涂层高温蒸汽氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数比锆合金低大约2个数量级,显著提升锆合金包壳抗高温蒸汽氧化性能。     

事故容错燃料包壳Fe-Cr-Al合金α-α相分离的研究进展

2011年日本福岛核事故后,国内外研究者迫切希望开发出能够代替传统Zr合金的包壳材料,以提升核反应堆的事故容错能力.Fe-Cr-Al合金因具有良好的加工性能、较好的抗辐照性能、优良的抗高温氧化性能和耐常规腐蚀性能等优点,成为事故容错燃料(ATF)包壳的候选材料之一.然而,现有的Fe-Cr-Al合金仍难以满足核反应堆包壳材料的性能要求,其中Fe-Cr-Al合金的α-α'相分离始终是制约其发展的关键因素.本文综述了近年来国内外有关Fe-Cr-Al合金在热时效或辐照条件下发生α-α'相分离的研究现状,分析了引起α-α'相分离的主要原因,提出了目前α-α'相分离研究存在的问题以及未来主要的研究方向.     

高熔点单晶生长用铱坩埚制备技术及应用

铱坩埚作为高熔点单晶生长容器具备高温性能优异、耐持久性、温度场均匀、抗氧化中毒、良好的抗热震性等性能。采用高频熔炼热浇铸和热加工制备了大直径铱坩埚,具有材料纯度高、晶粒细小、组织均匀、致密度高、加工性能优异等特点,其高温力学性能、热稳定性和服役寿命等均有明显提高。在不同温度进行退火处理,并进行了显微组织分析和显微硬度测试。结果表明,适当的退火温度和加工率可以降低铱板材的硬度,改善材料的塑性变形及加工能力。获得了适合大直径铱坩埚热加工制度为：退火温度在1300~1500℃,道次加工率为10%~15%。     

微量元素对高温铱合金的强化作用

采用粉末冶金法,通过添加W、Zr、Th制备铱合金,研究微量元素对高温铱合金的强化作用.结果表明,当Zr的加入量大于4wt％后与Ir形成了Ir/Ir3Zr共格结构,起到共格强化作用;抗压强度增加,但材料变脆,晶粒粗大;W的加入起到了固溶强化作用,改变了材料晶体结构,细化了晶粒,提高了铱合金的强度.同时发现少量W的加入,降低了铱合金的烧结温度,提高了烧结密度,相对密度可达95％以上,达到了热变形加工的密度要求,经热变形加工(锻造、轧制)的铱合金板材,合金的高温力学性能获得了明显的改善;10-6级的Th加入到Ir-Zr,Ir-W中,起到了晶界弥散强化作用,明显的细化了晶粒,提高了合金晶界强度,显著改变了合金的微观显微结构,断面从沿晶断裂方式转为穿晶断裂,提高了材料的高温力学性能,增强了材料的延展性.采用俄歇能谱分析Ir-W-Th合金晶界,发现Th在铱的晶界上富集,明显抑制了铱的晶粒长大,提升了铱的晶界结合强度,大幅度提高了铱的结合强度,起到较好的晶界弥散强化作用.在1400℃下,Ir-W-Th合金的拉伸强度达到140 MPa,伸长率达29％.     

高温合金大型薄壁件熔模精铸技术与发展

熔模铸造是制造大型高温合金薄壁铸件的重要手段,蜡模型壳的制作及高温合金的熔炼浇注是高温合金精密铸造缺陷控制的重要环节。阐述了制模、制壳、熔炼、晶粒细化等环节中的选材、过程控制对产品的影响,并指出调压技术的应用将是大型薄壁高温合金熔模铸件制造的新方向。     

熔盐电沉积法制备铱及铱合金涂层的研究进展

铱优异的理化性能使其成为高温抗氧化防护领域最重要的涂层材料之一。对制备铱涂层的多种方法进行了比较和分析,在此基础上,介绍了熔盐电沉积法制备铱及其合金涂层的装置和沉积前处理,讨论了熔盐体系、温度、电流密度及波形、环境气氛等工艺参数对涂层制备的影响,总结了铱及其合金涂层的性能和应用,指出了尚需研究的若干关键问题。     

铱及其合金的加工及应用

高熔点、良好的耐腐蚀性和高温抗氧化性使得铱及其合金在高温领域有着不可替代的作用.但铱又是最难加工成型的金属之一,其应用存在很多限制.论文综述了铱及其合金的多种成型加工工艺,包括精炼、熔化、粉末冶金、变形加工和沉积,重点介绍了铱涂层的沉积方法,包括熔盐电沉积、CVD和PVD,并分析了各种方法的优缺点.最后对铱及其合金的应用进行了简要介绍.     

稀土Y在γ-TiAl基合金及其精密热成形中应用的研究进展

TiAl合金作为新型轻质高温结构材料,其熔炼及制备技术难度大、铸态组织较粗大、室温塑性较低和高温抗氧化能力的不足成为限制其应用的关键。从材料制备成形和合金成分两个角度综述稀土元素Y在TiAl基合金中应用的研究进展,总结国内外对Y_2O_3陶瓷坩埚和型壳面层在TiAl合金熔炼和精密铸造及制备成形过程中的研究进展;阐述稀土元素Y在合金中的形态与分布及其对合金铸态组织的细化及作用机理,并分析Y对合金室温力学性能和抗氧化性能的影响,对Y在TiAl基合金中的进一步研究应用提出建议。     

锆合金包壳表面涂层的制备进展

锆因其极低的中子吸收截面、较高的熔点和优良的耐腐蚀性等特点,在核技术领域得到大量应用,主要作为核燃料的包壳材料。2011年日本福岛核事故后,事故容错燃料(ATF)的开发成为研究热点,尤其着重提高包壳材料的抗高温氧化性,而在锆合金表面制备涂层是提高该能力的重要途径之一。评述了锆合金包壳表面涂层的种类、性能、制备方法及各种方法的特点与发展。指出激光熔覆、等离子喷涂和冷喷涂都有沉积速率快、涂层厚的特点,但涂层过厚将降低核燃料的中子经济性。激光熔覆和等离子喷涂制得的涂层内应力大,存在较多气孔甚至微裂纹。冷喷涂涂层的应力和气孔得到改善,但喷涂法都存在粉尘及噪声污染等问题。重点分析了磁控溅射法(MS)和电弧离子镀(AIP)两种物理气相沉积技术在包壳涂层制备中的应用现状、存在的问题及未来发展方向。指出磁控溅射法因沉积速率可控、涂层的内应力小及涂层组分可调整等优势而应用最广。电弧离子镀因涂层致密、结合力强而最具发展潜力。这为进一步促进锆合金表面涂层的制备与研究提供了参考。     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层.为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理.首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理.重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理.高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低.适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀.退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性.激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快.最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望.     

Cr涂层对Zr-1Nb合金包壳微动磨损行为的影响

采用三维白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征技术对比研究Cr涂层Zr-1Nb合金包壳和Zr-1Nb合金包壳与格架在模拟压水堆一回路水环境下的微动磨损行为及损伤机制。结果表明,Cr涂层显著提高Zr-1Nb合金包壳的抗微动磨损性能。此外,对磨副为刚凸时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制以磨粒磨损和剥层磨损为主,而Cr涂层Zr-1Nb合金包壳由于表面硬度较高,且表面形成具有保护作用的三体层,其损伤机制以黏着磨损和材料单向转移为主。对磨副为弹簧时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制主要为剥层和黏着磨损,Cr涂层Zr-1Nb合金包壳主要为磨粒磨损。     

45钢表面Ni20合金激光熔覆层的组织及抗高温氧化性能

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了Ni20合金熔覆层,研究了涂层的相组成、组织结构及抗高温氧化性能。结果表明:熔覆层与基体形成了良好的冶金结合;熔覆层组织具有定向凝固特征,且晶粒生长方向垂直于界面,主要由CrNiFeC,Fe3Ni2,Ni3Cr2等相组成;Ni20合金熔覆层在高温氧化时形成了致密的氧化膜,因而提高了基体材料的抗高温氧化性能。     

Research progress of laser cladding self-fluxing alloy coatings on titanium alloys

Laser cladding is a new surface modification technology,and is widely used for fabricating wear and corrosion resistant composites coatings. Self-fluxing alloys have many advantages,such as excellent properties of deoxidizing and slagging,high wear resistance,low melting point and easy cladding,and are often used in laser cladding to improve wear and corrosion resistance of titanium and its alloys. In this paper,the recent development of Ni-based and Co-based self-fluxing alloy coatings which includes the influence of rare earth and ceramic particles in coatings are summarized. Besides,the effects of processing parameters,such as laser power and scanning speed,on coatings are reviewed. Finally,the trend of development in the future is forecasted.     

含铱废料回收技术研究进展

铱由于其物理、化学性质稳定,被广泛应用于航空、电子、催化等高新技术行业,铱二次资源回收意义重大。基于对40多篇文献的分析,介绍了含铱废料的来源,综述了从不同废料中回收提纯铱的工艺,从铱金属和合金废料中回收铱包括溶解和精炼等工序,溶解的方法主要有碎化活化溶解,碱熔融预处理等;精炼的工艺主要有沉淀法、离子交换法、萃取法、氢还原法、高温氧化挥发法等。根据原料成分以及对铱纯度的要求,各种除杂的方法可以联合使用。