Au-Cu合金的团簇成分式北大核心CSCD

运用描述近程有序结构的"团簇加连接原子"方法,建立了Au-Cu合金的稳定局域结构模型,进而解析了具有特殊性能的成分点,其中包括ASTM手册中列出的3种钎料BAu-11(50Au-50Cu)、BAu-1(37.5Au-62.5Cu)和BAu-2(80Au-20Cu)。结果表明,特殊性能成分金铜合金,具有简单的满足团簇式的成分规律,反映着固溶体近程有序本质结构。     

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。     

基于团簇结构模型的镍基高温合金成分设计

应用“团簇加连接原子”结构模型对镍基高温合金成分进行了解析,指出了这些合金均源自基础团簇式[Cr-Ni12]Cr3,其中[Cr-Ni12]为在FCC结构中以Cr为心的立方八面体团簇,搭配以3个Cr作为连接原子.根据合金化组元与基体Ni的混合焓大小确定其在团簇式中的位置,最终形成多元合金化后的团簇式[(Al/Ti/Nb)-(Ni/Fe/Co)12](Cr/Al)3.采用铜模吸铸快冷技术制备φ10 mm的合金棒,并对其在1373 K保温2h后空冷.结果表明团簇式中含有一个Al时会有细小的γ'相析出,含有两个Al时[Al-(Ni10Fe2)](Cr2Al)合金中γ'相球形析出,粒子尺寸为30 ～ 60 nm;硬度测试表明前者强化效果不明显,后者由于γ'粒子长大使得合金硬度提高.当Al/Ti/Nb等比例占据团簇心部时,[(Al1/3 Ti1/3 Nb1/3)-(Ni10 Fe2)]Cr3合金的硬度最高,为2.86 GPa.     

PEMFC不锈钢双极板表面改性用Cr-C薄膜的成分设计与制备

目的根据质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)不锈钢双极板的表面镀膜改性要求,探索改性薄膜成分对性能的影响规律,并提供一种行之有效的薄膜成分设计方法。方法首先应用团簇加连接原子结构模型,结合电子轨道饱和原则,理论上设计出Cr-C二元材料体系的最佳团簇式和最佳成分,再利用电弧离子镀技术在316L不锈钢双极板上制备出一系列不同成分的CrxC1-x薄膜,对薄膜的成分、结构及性能进行表征和分析。结果设计所得Cr-C材料体系的最佳团簇式为[Cr-C4]CrC3,对应的最佳原子比成分为Cr0.22C0.78。所制备的CrxC1-x薄膜的成分系数x在0.05~0.23之间变化,薄膜的导电性和耐蚀性能随着成分x的增加,呈明显增加趋势。其中Cr0.23C0.77薄膜的综合性能最好:在1.2MPa压紧力下,接触电阻为2.8 mΩ·cm^2;在模拟腐蚀环境下,腐蚀电流密度仅为9.1×10-2μA/cm^2。该性能已优于美国能源部DOE的标准指标要求。结论Cr-C改性薄膜的成分对导电性能和耐蚀性能有着重要的影响。由于实验制备的性能最佳的薄膜成分Cr0.23C0.77与基于团簇加连接原子模型设计薄膜的最佳成分Cr0.22C0.78基本相同,从而证实了依据此模型进行双极板改性薄膜成分设计是行之有效的。     

高强铁素体时效不锈钢成分设计

利用"团簇加连接原子"结构模型研究了铁素体时效不锈钢的成分规律,确定了BCC Fe-Cr二元基础团簇成分式为[Cr-Fe10Cr4]Cr,其中团簇为以溶质原子Cr为心的周围被10个基体Fe和4个Cr原子包围的菱形十二面体Cr-Fe10Cr4。根据团簇式和相似组元替代形成多元合金化的合金成分式[(Ni16-m-nCumAln)-Fe160Cr64](Cr16-o-p-q-rMooTipNbqVr)。采用铜模吸铸技术制备6 mm的合金棒,分别在1030℃、1150℃下固溶处理0.5 h并在555℃时效3 h。结果表明,合金化的系列合金在1150℃下固溶处理时能获得单一BCC结构,在此基础上时效后系列合金的硬度和强度显著提高,其中[(Ni14Cu2)-(Fe160Cr64)](Cr7Mo6Ti2Nb1)合金在时效处理后具有良好的强韧性配合,分别为HV=397 HV、σ0.2=1017 MPa和σb=1287 MPa、ε=7.7%。     

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。     

Cu基Cu-Hf-Al(Ti)系三元块体非晶合金成分设计

利用团簇线判据研究了Cu基Cu-Hf-Al(Ti)三元体系块体非晶合金的形成规律。在Cu-Hf-Al和Cu-Hf-Ti体系中,分别以二十面体Cu8Hf5和附半八面体的阿基米德反棱柱Cu6Hf5两个二元团簇成分为起点,向第三组元Al和Ti连线,得到4条团簇线Cu8Hf5-Al、Cu6Hf5-Al、Cu8Hf5-Ti和Cu6Hf5-Ti。在团簇线上设计合金成分并采用铜模吸铸的方法制备直径为3mm的合金棒。XRD和热分析实验结果表明,在这4条团簇线上块体非晶合金的形成区域分别为Cu8Hf5-Al(2～6at%)、Cu6Hf5-Al(2～8.3at%)、Cu8Hf5-Ti(9～15at%)、Cu8Hf5-Ti(5～11at%),其中每条线上具有最大玻璃形成能力的合金成分分别为Cu8Hf5Al0.83(Cu57.7Hf36.3Al6)、Cu6Hf5Al1.0(Cu50Hf41.7Al8.3)、Cu8Hf5Ti1.0(Cu57.2Hf35.7Ti7.1)、Cu6Hf5Ti0.83(Cu50.7Hf42.3Ti7),都近似满足(团簇)1(胶粘原子)1非晶结构模型。     

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-...     

基于稳定固溶体团簇模型的无扩散阻挡Cu合金薄膜的成分设计

随着超大规模集成电路的发展,器件特征尺寸不断缩小,必然会出现Cu互连扩散阻挡层厚度无法进一步减小等瓶颈问题。因此,开发新型无扩散阻挡层Cu合金薄膜(Cu种籽层)势在必行。该新型互连结构在长时间的中高温(400~500℃)后续工艺实施过程中,需同时具备高的稳定性(不发生互扩散反应)和低的电阻率。基于此,首先综述了目前无扩散阻挡层结构的研究现状及问题,然后对基于稳定固溶体团簇模型设计制备的无扩散阻挡Cu-Ni-M薄膜的研究工作进行了梳理,通过多系列薄膜微观结构、电阻率及稳定性的对比,深入探讨了第三组元M的选择原则及其对薄膜热稳定性的影响。为进一步验证稳定固溶体团簇模型的有效性,对第二组元的变化进行了相关讨论。结果证实,选取原子半径略大于Cu、难扩散且难溶的元素作为第三组元M,薄膜表现出良好的扩散阻挡能力;当M/Ni=1/12,即合金元素完全以团簇形式固溶于Cu基体时,薄膜综合性能达到最优,能够满足微电子行业的要求。所有研究表明,稳定固溶体团簇模型在无扩散阻挡层Cu合金薄膜的成分设计方面十分有效,该模型也有望在耐高温Cu合金及抗辐照材料成分设计方面推广使用。     

基于团簇式设计的高温高强钛合金组织性能研究北大核心

现用于激光熔化沉积的钛合金，通常是已有的工业合金，并没有考虑到激光熔化沉积工艺的特殊性。此外，高端装备领域对钛合金的室温和高温综合性能要求也不断提高。本文基于Ti-6Al-4V合金α相团簇式[Al-Ti12](AlTi2)和β相团簇式[Al-Ti14](AlVTi)，通过Zr和V/Mo/Nb分别替代(相团簇式壳层和连接原子Ti的合金化，设计了一系列12[Al-Ti12](AlTi2)+5[Al-Ti14-xZrx](AlV1.2Mo0.6Nb0.2)合金，并研究了激光熔化沉积Ti-Al-V-Mo-Nb-Zr系合金的微观组织和力学性能随Zr元素含量的演化规律。结果表明，Ti-Al-V-Mo-Nb-x Zr合金的液-固两相区较小，有利于保证激光熔化沉积的工艺性。此外，随Zr含量的增加，Ti-Al-V-Mo-Nb-x Zr合金外延生长β柱状晶的长度和宽度显著降低，室温和高温强度显著提高。其中，12[Al-Ti12](AlTi2)+5[Al-Ti12Zr2](AlV1.2Mo0.6Nb0.2)合金的室温抗拉强度为1 427 MPa，伸长率为3.2%;600℃高温抗拉强度为642 MPa，伸长率为40%。该合金可以作为激光熔化沉积用高温高强钛合金的候选材料。     

钕铁硼用磁温度补偿合金的成分

通过电弧炉制备了磁温度补偿合金,利用振动样品磁强计(VSM)测试了其热磁性能,并采用X射线衍射(XRD)分析其相结构,对Fe-Ni二元合金及三元合金进行了系统的研究.结果表明对于Fe-x%Ni二元合金,当31≤x≤33时,合金由γ面心和α体心立方结构组成,当x=36时,合金为γ单相结构;Mo、Mn、Si、Al、Cr等元素降低了Fe-Ni合金的居里温度、饱和磁化强度,Cu、Co、C元素提高了Fe-Ni合金的居里温度、饱和磁化强度;元素C和Mo能显著地改变合金的居里温度、饱和磁化强度,提高合金的△B/△t最大值,有利于合金磁性能的调控.     

基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计

利用"团簇加连接原子"结构模型研究了马氏体沉淀硬化不锈钢的成分特征,结果表明,此类钢的基础三元Fe-Ni-Cr高温奥氏体下限成分对应团簇成分式[NiFe₁₂]Cr₃,其中NiFe₁₂为fcc结构,Ni为中心原子,其与12个Fe原子配位构成立方八面体团簇,Cr为连接原子.以[NiFe₁₂]Cr₃为基础成分式,根据团簇式自洽放大和相似组元替代原则,添加C,Mo,Nb和Cu形成多元新合金,采用铜模吸铸快冷技术制备合金,并在1323 K保温2 h进行固溶处理后水淬,然后再在753 K保温4 h进行时效处理.结果表明,固溶和时效后的系列合金的组织和性能随合金化组元的种类及含量发生变化,其中{[(Ni₁₃Cu₃)Fe₁₉₂](Cr₄₅Mo_2.5Nb_0.5)}C₁合金在时效处理后具有较高的硬度和拉伸强度,其硬度为397 HV,屈服强度为971 MPa,抗拉强度为1093 MPa,该成分合金在3.5%NaCl（质量分数）中性溶液中具有优良的耐蚀性能.     

高硬导电Cu-Ni-Si合金成分规律

用团簇加连接原子模型设计了系列用于制作引线框架的Cu-Ni-Si合金。在Cu含量小于95%的浓溶质区,采用单团簇模型[(Ni_(2/3)Si_(1/3))-Cu_(12)]Cu_(1～6)设计合金成分;在Cu含量大于或等于95%的稀溶质区,采用双团簇模型{[(Ni_(2/3)Si_(1/3))-Cu_(12)]Cu3}A+{[Cu-Cu12]Cu3}B设计合金成分。利用XRD、OM、TEM、Vickers硬度计、电导率测量仪等实验获得Cu-Ni-Si合金的成分规律。结果表明,在Cu-Ni-Si合金的成分范围内存在Cu含量为95.0%～95.8%的成分敏感区,此区间内合金同时存在时效析出强化和调幅分解强化,致使Vickers硬度突然增加,导电率降低,两者变化趋势相反,且与成分之间无规律性依赖关系。成分敏感区前后的浓溶质区和稀溶质区的合金中,不存在调幅分解强化,Vickers硬度(H)随Cu含量(CCu)增加而减少,分别满足H=-12.6CCu+1362.7和H=-26.2CCu+2777.3的线性关系;相应的导电率(σ)随CCu的线性增加关系分别为σ=0.2CCu+28.6和σ=5.2CCu-466。     

高温燃气导管用合金成分研究

通过合金类型筛选试验和W、Ni等元素含量对结基合金的强度性能及组织状态的影响研究，确定了耐1175～1200℃高温高强度变形钴基合金成分。该合金管材是航天器较理想的燃气导向部件材料。     

基于团簇线的Fe-B-Y基五元块体非晶合金

在三元Fe-B-Y合金系中,以团簇线判据设计了5个基础合金成分,即5条成分线Fe8B3-Y,Fe8B2-Y,Fe83B17-Y,Fe6B-Y和Fe9B-Y与一条团簇线Fe12Y-B的交点.在此基础上加入微量Nb和M(M=Ti,Hf, Ta,Mo,Ni和Sn)形成五元合金,用铜模铸造方法制备出直径为3 mm的合金棒.考虑到元素B和Y在合金制备过程中的损耗,对每个合金进行了成分修正.在M=Ti,Hf,Ta和Mo时,能够形成块体非晶合金的三元基础成分均接近Fe8B3-Y与Fe12Y-B两条团簇线交点成分,表明其对应的基础团簇为Archimedes八面体反棱柱Fe8B3.最佳非晶成分为(Fe69.9B24.6Y5.5)96Nb2Ti2,其Tg=944 K,Tx=997 K,Trg=0.666.当M=Ni和Sn时,均没有得到块体非晶合金.     

基于团簇线的Mg-Ni-Y三元非晶合金研究

采用团簇线方法设计并制备了Mg-Ni-Y三元非晶合金,并对团簇结构的稳定性、表征非晶形成能力参数及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,设计的Mg_(32.3)Ni_(21.5)Y_(46.2)、Mg_(30.9)Ni_(40.6)Y_(28.5)和Mg_(27.2)Ni_(47.8)Y_(25.0) 3种非晶合金具有较高的原子尺寸差σ、电负性差?x、τ和φ,在合金结构及化学性能上具有较高的稳定性及良好的非晶形成能力,且上述非晶合金在NaOH溶液中具有良好的耐腐蚀性能。     

低Nb含量Ti-Mo-Nb-Zr-Sn BCC低弹性模量固溶体合金的成分设计

依据BCC结构中的"团簇加连接原子"模型确定Ti-Mo二元团簇式[MoTi14]Mo1为基础成分式,根据合金化组元Sn、Zr和Nb与基体Ti的混合焓实现其在基础成分式中的组元替换,从而形成多元成分式[(Mo,Sn)(Ti,Zr)14]Nb1。利用铜模吸铸快冷技术制备d 6 mm合金棒状样品,并对其进行950℃保温2 h并水淬。组织结构分析和拉伸力学性能结果表明:低模量Sn、Zr和Nb分别取代基础成分式中高模量的Mo时形成的三元BCCβ-Ti合金结构稳定,且具有较低的弹性模量;当Mo0.5Sn0.5占据团簇心部,Nb作为连接原子,Zr替代部分Ti时形成的低Nb含量的β-Ti合金[(Mo0.5Sn0.5)(Ti13Zr)]Nb1(Ti68.10Mo5.25Sn6.50Zr9.98Nb10.17,质量分数,%)具有最低的弹性模量(为43 GPa),且断裂强度σb为569 MPa,应变ε为5.6%。     

含Fe和Mn的Ni_(30)Cu_(70)固溶体团簇模型与耐蚀性研究

提出了一个极限田溶体合金的团簇模型,在此基础上优化设计了添加Fe和Mn的Ni_(30)Cu_(70)(原子分数,%)固溶体合金成分.在该模型中,固溶的Fe和Mn以Ni为第一近邻形成12配位立方八面体原子团簇(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)而分散到Cu基体中,因此极限固溶体合金成分为[M_1/_(13)Ni_(12)/_(13)]30Cu_(70)=[(Fe_(1-x)Mn_xNi_(12)]Cua_(30.3),M=(Fe_(1-x)Mn_x).采用X射线衍射和电化学腐蚀测试等方法,研究了[(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)]Cu_(30.3)合金的微观组织与耐腐蚀性能的关系.实验结果表明,对应于极限同溶体状念的[(Fe_(0.75)Mn_(0.25))Ni_(12)]Cua_(30.3)合金,在3.5%NaCl溶液中具有相对好的耐腐蚀性能.     

俄美铌合金的成分和性能(Ⅱ)

表3俄罗斯铌合金的机械性能σbσ0.2δψ合金牌号半成品加工状态T(℃)MPa%αk·104J/m2冷加工板(变形80%~90%)20110012001500800~900450300100620---4~5101217--------峦-2再结晶棒*111001200260~300240~260--22~2626--250-峦-2垒冷加工板(变形80%~90%)-196-70-20700110015001140880750620430701060860700---108641030------------峦-2垒?冷加工板(变形80%~90%)20110012001500700~900450300100620---4~5101217--------挤压棒*2(变形80%~90%)20110012001500750~800450250~290125----16~2021~242640~4340~7070-~7579~83-----峦-3再结晶棒201…     

俄美铌合金的成分和性能(Ⅲ)

22 稀有金属快报 2002年第9期 表4 美国铌合金的机械性能 σb σ0.2 δ ψ 合金牌号 半成品加工状态 T(℃) MPa % C-129 再结晶板 1315 183 - - - Cb-752 再结晶板 24 1095 1205 1315 585 300 250 190 490 160 160 130 24 25 33 32 - - - - B-77 再结晶板 1315 210 190 34 - F-85 再结晶板 24 1095 1315 1700 600 270 161 60 420 210 - 30 25 19 - 28 - - - - D-31 退火棒 24 1095 1205 1315 1410 700 246 190 140 77 647 232 183 - - 22 12 22 8 - 44 9 - 11 40 X-110 退火板 24 1205 1315 1427 670 250 180 100 560 190 160 90 18 14…