添加稀土Dy对Cu50Zr46Al4合金的非晶形成能力和力学性能的影响

使用铜模吸铸法制备Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x(x=0~4)系列合金,研究了Dy对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,添加1%~2%(原子分数)的Dy能明显提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的热稳定性和非晶形成能力。添加适量的Dy能提高体系的强度和塑性变形能力。还讨论了添加Dy元素影响Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x体系非晶形成能力和力学性能的机理。     

Al-Mg-Sc-Ti合金中Al3(Scx,Ti1-x)粒子的析出行为

用激冷铸造法制备Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti合金,研究了在不同温度退火后其硬度随时间的变化,并用金相显微镜(OM)和透射电镜(TEM)研究了这种合金中Al₃(Sc_x,Ti_1-x)第二相粒子的存在形式和形成机制。结果表明：用急冷铸造法制备的Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti铸态合金中Sc和Ti原子主要以固溶的形式存在于α(Al)基体中,在电镜下很难观察到这些粒子。铸态合金在较低温度(低于250℃)下退火时其硬度提高得比较慢,退火较长时间才能出现硬度的峰值;而在比较高的温度(高于350℃)退火硬度提高得非常快,很快出现峰值。但是,硬度出现峰值后继续退火则大幅度降低;在300℃退火硬度的热稳定性比较高。硬度的变化,与次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出密切相关。在较低温度下次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出不充分且粒径较小,对晶界、亚晶界和位错的钉扎作用较弱;而在过高的温度下Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子发生粗化,使合金的性能降低。     

Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度的敏感性

研究了Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度变化的敏感性。结果表明,在α+β两相区热处理的Ti750合金中初生α相的体积分数随着热处理温度的提高呈现先慢后快的下降趋势;合金中Mo元素的含量由0.25%(质量分数,下同)提高到1.0%使初生α相体积分数对固溶温度变化的敏感性降低。用电子探针分析了Al和Mo元素在初生α相中的分布,结果表明：在初生α相含量相同的合金中,Mo元素含量的提高使初生α相中的Al元素富集,使初生α相具有更高的热力学稳定性,从而降低了α_p相体积分数对固溶温度变化的敏感性,有利于准确控制热加工和热处理组织。     

Al含量对CrFeNiAlxSi系高熵合金性能的影响

选取与天然铬铁矿粉有效成分相近的Al、Cr、Fe、Ni、Si元素为高熵合金成分,采用激光烧结技术制备CrFeNiAl_xSi系高熵合金,研究了Al含量对CrFeNiAl_xSi系高熵合金的物相结构、显微组织、密度和孔隙率、显微硬度、耐磨和抗高温氧化性能的影响。结果表明：CrFeNiAl_xSi(x=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)系高熵合金由BCC+FCC相构成,随着Al含量的提高FCC相减少;x=0.6的合金硬度最高,为813.3HV;合金的密度降低孔隙率提高,x=0.2的合金密度最大,为4.21 g·cm^-³,孔隙率最低,为26.46%;x=0.6的合金耐磨性能最佳,磨损率为69.50 mg·cm^-²;随着Al含量的提高,合金的抗高温氧化性能明显提高。     

Fe-Si-B-P-Mo系高饱和磁感应强度非晶软磁合金

通过在Fe-Si-B-P合金体系中微合金化添加Mo元素,并提高铁含量,成功制备了具有较强非晶形成能力和优异软磁性能的非晶软磁合金。研究发现,Mo元素微合金化能有效提高合金的非晶形成能力,1%的Mo可以将该非晶合金体系的Fe含量极限提高到84%以上,从而得到了饱和磁感应强度(Bs)高达1.63 T的非晶合金。其中Fe80Si4.75B9.5P4.75Mo1非晶合金可以铸造形成非晶块体样品,临界直径达到1mm,饱和磁感应强度达到1.54 T,矫顽力为1.9 A/m。在整个成分范围内,该合金体系都具有1.9~5.1 A/m的低矫顽力和高于传统Fe-Si-B合金的饱和磁感应强度(Bs),具有较好的应用前景。     

镍氢电池负极材料V2Ti0.5Cr0.5Ni1-xMox(x=0.02~0.08)的结构和电化学性能

为了改善镍氢电池负极材料的循环稳定性能, 采用真空感应电弧熔炼炉制备了V₂Ti_0.5Cr_0.5Ni_1-xMo_x (x=0.02~0.08)合金, 分析了不同含量的Mo替代Ni之后对合金电极的组织结构及电化学性能的影响。研究结果表明, 电极材料主要由BCC结构的V基固溶体主相和TiNi二次相组成, 随着合金中Mo替代Ni含量x由0.02增加到0.08, 合金电极的放电容量先增加后降低, 合金电极的循环稳定性能以及电化学动力学性能先得到改善而后降低, 合金电极的综合性能均在x=0.04时达到最好。     

高Fe含量FeCuNbSiB系非晶/纳米晶合金制备及其磁性研究

研究了过渡金属元素(Zr,Nb,Mo)和Cu元素对Fe78Si9B13合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响;在Fe74Cu1Nb3Si13B9合金的基础上,通过逐步提高Fe含量,利用单辊甩带法制备Fe(76+x)Cu1Nb3Si(11-x)B9(x=0,2,4)和Fe(79+x)Cu1Nb2Si(6-x)B12(x=0,2,4)非晶/纳米晶合金薄带;利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性,并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明:Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe78Si9B13合金的非晶形成能力和热稳定性;高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构,合金的饱和磁化强度Ms180 emu/g,且合金的矫顽力Hc在2Oe-9Oe之间,具有良好的软磁性能;Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸,从而能显著降低合金的矫顽力,改善合金的软磁性能;当Fe含量在80%-83%(原子百分比,下同)之间时,合金具有良好的软磁性能,但当Fe含量达到85%时,会有Fe2B、Fe3B相析出,从而显著恶化其软磁性能。     

含Al耐热奥氏体不锈钢的团簇式成分设计

表面生成Al2O3保护膜的奥氏体不锈钢具有良好的高温服役性能,为了使Al强烈促进铁素体的生成需要精确匹配奥氏体稳定元素Ni和Al的含量。为此,本文先引入“团簇加连接原子”结构模型,解析该类不锈钢的成分特征,确定其16原子团簇式,进而结合当量计算并基于橡树岭实验室推出的成分,固定C含量(质量分数)为0.1%,设计了固定Ni含量提高Al(代替Cr)含量和固定Al含量提高Ni(代替Fe)含量两个成分系列,分别为Al _x Si_0.05Nb_0.15-Fe_8.7Ni_3.0Mn_0.3-Cr_3.6-x Mo_0.2(x=0.8,1.0和1.1)和Al₁Si_0.05Nb_0.15-Fe_11.7-y Ni _y Mn_0.3-Cr_2.6Mo_0.2(y=3.2,3.4,3.7和4.0),研究了Ni和Al的不同匹配对固溶水淬(1250℃/1.5 h)加时效态(800℃/24 h)奥氏体稳定性的影响。Ni含量为3.0的16原子团簇式,Al含量为0.8时为单相奥氏体;Al含量为1.0和1.1时,奥氏体失稳而铁素体形成。在Al含量为1.0的16原子团簇式中,Ni含量为3.2~4.0时均为单相奥氏体。即在16原子团簇式模型下Al_0.8(2.45%)和Al₁(3.08%)分别需要Ni_3.0(20.00%)和Ni_3.2(21.43%)以避免形成铁素体,最终确定该类不锈钢的理想团簇式为[(Al,Si,Nb)₁-(Fe,Ni,Mn)₁₂](Cr,Mo,W)₃。     

垂直排列ReS2(1-x)Se2x合金纳米片的控制合成及带隙调控

二维过渡金属硫属化合物具有优异的电学和光学特性, 形貌控制及带隙调控对于其在光电子学、光子学、纳米电子学领域中的应用至关重要。研究采用CVD技术在SiO₂/Si衬底上生长了垂直排列ReS₂纳米片材料, 硒化处理后得到ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 并研究了硒化温度(700、850 和 920℃)及硒化时间(0.5、1和1.5 h)对ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片形貌及组分的影响。XPS元素定量分析及紫外-可见-近红外吸收光谱研究表明ReS_2(1-x)Se_2x样品中Se含量可以在x=0(纯ReS₂)到x=0.86之间调变, 相应材料的带隙可从1.55 eV (800 nm)调变到1.28 eV (969 nm)。SEM结果显示ReS_2(1-x)Se_2x纳米片的结构受到硒化温度和硒化时间的影响, 硒化温度升高和硒化时间延长会破坏纳米片的垂直结构。上述结果表明本研究成功合成了垂直排列ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 该材料在电化学催化、功能电子器件和光电子器件方面具有潜在应用价值。     

Mo含量对CoCrFeNiMo高熵合金组织及耐蚀性能的影响

高熵合金由于具有优异的机械性能及耐蚀性能在涂层工业领域备受关注。采用同步送粉激光熔覆技术在Q235钢表面制备了CoCrFeNiMo_x高熵合金涂层,研究了涂层的组织结构和耐蚀性能,并结合第一性原理计算分析了涂层耐蚀机理。研究结果表明：CoCrFeNiMo_0.1、CoCrFeNiMo_0.2高熵合金涂层是由fcc相组成,而CoCrFeNiMo_0.3高熵合金涂层则由fcc相和σ相组成。合金的晶粒主要呈树枝晶,枝晶间富集Cr、Mo元素,枝晶内富集Co、Fe元素。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,CoCrFeNiMo_x高熵合金涂层具有优良的综合耐蚀性能;并且随着Mo元素含量的增加,涂层的腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减少,钝化区间变长,阻抗弧半径增大,电极反应阻力增强。通过第一性原理计算证明,涂层较高的耐蚀性能与表面致密的钝化膜形成密切相关。     

A2B7型La0.3Y0.7Ni3.4–xMnxAl0.1储氢合金微观结构和电化学性能研究

采用真空电弧熔炼和均匀化退火制备La0.3Y0.7Ni3.4-xMnxAl0.1(x=0~0.5)储氢合金,采用不同方法系统研究了Mn元素对合金微观结构、储氢和电化学性能的影响规律和作用。结果表明,退火合金微观组织与Mn含量关系密切,提高Mn含量有利于合金组织形成Ce2Ni7型相,当x≥0.3时,合金形成Ce2Ni7型结构单相组织。随Mn含量增加, Ce2Ni7型主相晶胞参数a、c及晶胞体积V均依次增大,导致合金吸氢平台压从0.079 MPa降至0.017 MPa,储氢量达到1.268wt%~1.367wt%。添加Mn元素能显著改善合金的电化学性能,x=0.1的合金电极的放电容量最高(390.4 mAh·g^-1);x=0.15和0.5的合金电极的容量保持率S100分别为86.1%和88.5%,具有较好的循环稳定性。上述合金电极的高倍率放电性能HRD900为71.53%~87.73%。分析结果表明,合金电极反应动力学过程由电极/溶液界面的电子转移与体相中的氢原子扩散共同控制。     

(La1-xMgx)2Ce2O7-x的合成与热物理性能

Mg对La₂Ce₂O₇的掺杂可提高其热膨胀系数、降低其热导率, 从而改善其作为热障涂层材料的性能。采用溶胶-凝胶法制备了(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x系列组成样品。X射线测试表明: 当 0≤x≤0.4时, 所有(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x 样品均与La₂Ce₂O₇具有相同的缺陷萤石结构, 且晶胞参数随x的增大而递减; 当x?0.4时, 样品中出现MgO的峰。在组成相同的情况下, 样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随温度升高而增大, 而热导率随温度升高而降低。在相同温度下, 不同组成样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随x的增大而增大; 而样品的热导率则随Mg掺杂量的增加呈先增大后减小的趋势。在此基础上, 探讨了Mg掺杂对La₂Ce₂O₇的物相、晶胞参数、热膨胀系数以及热导率的影响机理。     

硬脂酸盐熔融法合成(Y,Lu)AG:Ce荧光粉及荧光性能研究

采用硬脂酸盐熔融新方法合成了[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂固溶体荧光粉(x=0’0.5, y=0.005’0.03), 并通过XRD、SEM、BET和PL-PLE等方法对该荧光粉进行了表征。结果表明, 纯相石榴石在800℃的低温下即可生成, 而不经过YAM和YAP中间相。煅烧所得[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂ 荧光粉具有良好的均一性和分散性, 并在455 nm蓝光激发下于544 nm附近呈现最强黄光发射。粉体的发光强度随煅烧温度升高而增大, 归因于结晶度提高和表面缺陷减少。发现Ce³⁺的荧光猝灭浓度为1.5%, 猝灭机制为Ce-Ce间的交换相互作用和晶格缺陷。发现发射峰位随Ce³⁺含量增加而红移, 而最强激发峰和发射峰随Lu³⁺含量增大而蓝移, 归因于Ce³⁺离子5d激发态能级重心移动和晶体场劈裂的共同作用。     

(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3无铅压电陶瓷的相结构与压电性能

钙锆共掺钛酸钡陶瓷(BCZT)具有优异的介电性能和压电性能, 是一类具有发展潜力的无铅压电陶瓷, 但其压电性能仍无法与铅基陶瓷媲美。为提高压电性能, 本研究对陶瓷材料进行Sn元素掺杂改性((Ba_0.85Ca_0.15)- (Ti_0.9Zr_0.1-xSn_x)O₃, x=0.02~0.07))。晶体结构分析证实所有组分的陶瓷无杂相, 处于正交相与四方相两相共存状态, 并具有较大的c/a; 显微结构分析发现所有陶瓷都很致密, 且平均晶粒尺寸随着Sn含量的增加而增大。当x=0.04时, 陶瓷最致密, 且室温处于准同型相界附近, 因此拥有最佳的电学性能: d₃₃=590 pC•N ^-1, k_p=52.2%, tanδ=0.016, ε ^T₃₃=5372, d ^*₃₃=734 pm•V ^-1, IR=57.8 GΩ•cm。本研究表明: Sn掺杂的BCZT基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能, 有望在换能器、机电传感器和驱动器等方面得到应用。     

Mn和Fe掺杂对尖晶石氧化物Co2MnO4结构和磁性的影响

以金属盐及柠檬酸为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石氧化物Co_2-xMn_1+xO₄和Co_2-xFe_xMnO₄系列, 通过XRD、FT-IR及PPMS等手段研究了Co₂MnO₄及系列掺杂样品的成相、结构、磁性等特征。结果表明, Co_2-xMn_1+xO₄系列在x<0.6时, 呈单相立方结构, 晶格常数和磁性随着Mn掺杂量的增加而增大, x≥0.6时逐渐向四方结构转化, 磁性下降, 并呈现磁化强度不易饱和的特征; Co_2-xFe_xMnO₄系列样品在x<1.75成分范围内均可保持立方结构, 且晶格常数和磁性都随着x增大而提高。这些变化主要是由于掺杂原子尺度及磁矩均大于原有元素, 掺杂后样品内部的磁性相互作用有所增强。     

Ba1-xMgxAl2Si2O8晶体结构与微波介电性能的研究

采用固相烧结法, 按化学计量比Ba_1-xMg_xAl₂Si₂O₈(x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.3, 0.5)制备样品, 考察不同MgO含量对BaO-Al₂O₃-SiO₂系介电材料晶体结构及微波介电性能的影响。结果表明, MgO可以降低烧结温度, 促进六方相转变为单斜相, 当添加量x≥0.15时, 相转变可以达到100%。当x≤0.15时, 适量的MgO可以有效地促进单斜钡长石晶粒的长大。在0.05≤x≤0.1范围内, 随着MgO含量的增加, 单斜钡长石衍射峰增强, 晶粒尺寸增大, 密度、介电常数与τ_f均随MgO含量的增加而增大。在x=0.1, 烧结温度为1400℃时, 可获得综合性能相对较好的单斜钡长石, 其介电性能ε_r=6.44, Q×f=16461 GHz, τ_f= -30.6×10^-6 K^-1。