含Nb锆合金中第二相的吸放氢性能

参照含Nb锆合金中第二相的成分,熔炼了(Zr,Nb)_2Fe,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金.成分测试结果表明,所炼合金的成分与锆合金中的第二相相同.XRD分析结果表明,除(Zr,Nb)_2Fe外,Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb合金的相结构也与锆合金中的第二相相同.备合金的压力-成分-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学曲线表明,3种合金和纯Zr的可逆吸放氢能力按Zr(Nb,Fe)_2,(Zr,Nb)_2Fe,β-Nb和Zr顺序依次减弱.     

退火温度对Zr-Sn-Nb-Fe合金组织和耐腐蚀性能的影响

对Zr-Sn-Nb-Fe合金板材进行了β相水淬后的不同温度退火处理,获得了初生相数量、尺寸分布的样品,研究了材料在3.5wt%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:经500℃退火后,Zr-Sn-Nb-Fe合金在部分区域出现了再结晶;合金样品中生成的Zr(Nb,Fe)_2相为密排六方(HCP)结构,晶粒尺寸小于100 nm;经550℃退火后,样品中初生相尺寸较小。在退火温度升高后,腐蚀质量降低。退火过程析出的小尺寸Zr(Nb,Fe)_2相能提升合金耐腐蚀性能。     

Zr-Sn系合金在过热蒸气中的腐蚀吸氢行为

研究第二相大小和种类对Zr-2和Zr-4合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为的影响。结果表明:吸氢量的多少和耐腐蚀性能的好坏之间并不一定存在严格的对应关系,而是与第二相大小和种类密切相关。在相同腐蚀增重下,含粗大第二相样品的吸氢量均大于含细小第二相样品;第二相比较粗大的Zr-2样品的吸氢量比Zr-4样品大得多;而第二相比较细小的Zr-2和Zr-4样品的吸氢量差别却很小。对Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)金属间化合物及纯锆进行的PCT和吸放氢动力学测试表明,前两者可自由吸放氢,且吸放氢速度快,而纯锆只能吸氢难以放氢。据此,Zr-Sn系合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为可以用提出的"在金属/氧化膜界面处Zr和OH-反应生成的氢可以优先被镶嵌在金属/氧化膜界面处的可逆吸放氢能力强于Zr的Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)第二相捕获,它们可作为吸氢的优先通道"的吸氢模型得到合理解释。     

Fe/Cr比对Zr(Fe,Cr)2吸氢性能的影响

参照锆合金中的第二相成分,熔炼2种不同Fe/Cr比的Zr(Fe,Cr)2(Fe/Cr=2和0.5)和ZrCr2(Fe/Cr=0)3种试验合金,对它们进行压力-成分-温度(P-C-T)测试和吸放氢动力学测试。同时用XRD对360℃吸氢前后的样品进行物相分析。实验结果表明,这3种合金在50,200,360℃3个温度下,均有吸氢量随Fe/Cr比值的降低而增加的现象。另外,在360℃,4MPa氢气气氛中测试时,这3种不同合金的可逆吸放氢量和吸放氢速度随Fe/Cr比的降低而增加。XRD测试表明,在360℃吸氢后并没有氢化物生成。     

Zr-Nb-Fe系锆合金管材的微观组织及第二相表征

通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜技术对Zr-Nb-Fe系锆合金管材微观组织及第二相结构进行表征和定量分析。结果表明:Zr-Nb-Fe系锆合金管材再结晶充分,晶粒呈近似等轴状,晶粒内部缺陷少,平均尺寸为4.75μm。大部分第二相呈球状,少量呈短棒状或不规则形状,平均尺寸为96.45 nm,尺寸分布主要集中在40~160 nm之间。Zr-Nb-Fe系锆合金管材中存在两种类型的第二相,一种是密排六方结构(HCP)的Zr(Nb,Fe,Cr)_2相,另一种为体心立方结构(BCC)的β-Nb相。     

Sm12.7Fe86.3Nb1合金的氢处理

Sm12.7Fe86.3Nb1合金在不同温度下氢爆(HD)及氢化-歧化-解吸-再复合(HDDR)处理时,100℃时可氢化形成Sm2(Fe,Nb)17Hy,随着温度升高氢化速度加快,到400℃时单胞体积最大膨胀了3.38%.超过500℃时Sm2(Fe,Nb)17Hy H2→SmHy α-Fe(Nb)发生歧化,直到900℃仍旧存在,故氢爆温度应低于500℃.解吸与再复合过程在超过700℃时可能以SmHy α-Fe(Nb)→Sm2(Fe,Nb)17 H2方式进行.在连续的HDDR处理过程中,吸氢-歧化在升温(400℃/h)的过程中即已完成,而解吸-再复合在保温时与歧化阶段达到平衡,即SmHy α-Fe(Nb)←→Sm2(Fe,Nb)17 H2,抽真空是使该反应向右进行的主要驱动力.在HDDR过程中破坏试样的原颗粒尺寸会残留较多的软磁α-Fe相而恶化氮化后的磁性能,HDDR后残留的α-Fe相含量均高于退火态的残留量,2次循环后磁粉的矫顽力较高.HDDR使粉末颗粒表面产生裂纹,再复合后的Sm2(Fe,Nb)17颗粒细小均匀,尺寸分布在几十纳米到300 nm之间.     

锆合金第二相研究述评(Ⅰ):Zircaloys合金

回顾了国内外近几十年来关于Zircaloys合金中第二相粒子本征特征(晶体结构、成分、形状、亚结构等)的相关研究工作。Zircaloys合金中的Zr-Fe-Ni粒子只有一种,即C16(BCT,Al2Cu)型Zr2(Fe,Ni)Zintl相。而Zr-Fe-Cr粒子主要有两种:一种是C14(HCP,MgZn2)型Zr(Fe,Cr)2Laves相,另一种是C15(FCC,MgCu2)型Zr(Fe,Cr)2Laves相,这些Laves相内部均可见层错结构。归纳总结出形成温度决定论、n(Fe)/n(Cr)决定论、价电子/原子比决定论3种理论,用于解释Zr(Fe,Cr)2粒子形成稳定结构的原因。常规加工工艺下,在Zircaloys合金成分范围内,Sn完全固溶于α-Zr基体,不会参与形成析出相,Fe、Cr、Ni一般也不会单独与Zr形成Zr-Fe、Zr-Cr、Zr-Ni粒子。     

添加Nb对Zr-4合金在500℃过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响

用高压釜腐蚀实验研究了在Zr-4合金成分基础上添加0.1%-0.3%(质量分数)Nb的合金在500℃/10.3MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能,用TEM和SEM分别观察了合金的显微组织和氧化膜断口形貌,结果表明.合金在500℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀500 h均未出现疖状腐蚀.完全抑制了疖状腐蚀的产生,这与Nb在αZr中的固溶量较大有关.固溶在αZr中的Nb能抑制疖状腐蚀斑的形核,提高耐疖状腐蚀性能;合金耐均匀腐蚀性能随着Nb含量的增加而降低,这与Nb的添加降低了固溶在α-Zr中的(Fe+Cr)含量有关,也与Zr(Fe,Cr.Nb)_2第二相的析出有关.这2种因素都会加快氧化膜显微组织在腐蚀过程中的演化,促进孔隙和微裂纹的形成.     

含Nb或Cu的锆合金显微组织研究

用TEM和SEM研究了含少量Nb或Cu的锆合金显微组织,结果表明:在微量Fe元素存在时,添加适量Cu元素,会促使低于α-Zr中平衡固溶含量的Nb元素与Fe元素优先析出形成沉淀相,致使α-Zr中Nb的固溶含量更低;若增加Cu元素含量,因Zr_2Cu第二相富集消耗了Fe元素,反而使Nb元素不易析出。在Zr-1.0Cu合金中加入适量的Nb元素,可以细化Zr_2Cu第二相的尺寸,促使其分布更加均匀。在大量Nb稳定的β-Zr第二相存在的情况下,添加的少量Cu会富集在β-Zr第二相中,而不会以Zr_2Cu第二相形式析出。     

Zr对PrFeB非晶合金晶化的影响

采用DTA(差热分析仪）,XRD（X射线衍射）研究添加元素Zr对PrFeB非晶合金的形成,组织结构的影响,结果表明,PrFeB非晶薄带最终晶化为α－Fe和Pr2Fe14B相,晶化过程中析出亚稳相Pr2Fe23B3,非晶合金中添加1、2at%zr元素可使αFe相的起始晶化温度升高,且无亚稳相Pr2Fe23B3析出,同时细化α－Fe晶粒。     

Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx (x=0, 0.03, 0.06, 0.09) 合金的组织与磁致伸缩性能

采用高真空电弧炉制备了Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx(x=0,0.03,0.06,0.09)合金,研究了该系列合金的晶体结构、微观组织及磁致伸缩性能。结果表明:添加Nb元素后的Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx(x=0.03,0.06,0.09)合金基体相结构仍保持为MgCu2(C15型)立方Laves相,添加Nb后Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xNbx合金基体相晶格常数几乎不变。Nb在基体相RFe2中和富Re相中都不溶,但在x=0.03时的RFe3相中微溶而形成Re(Nb,Fe)3相。初生相NbFe2(C14型)相的形成使凝固液体富稀土从而抑制了RFe3有害相形成。六方结构的NbFe2在与自身结构不同的RFe2(C15型)中不溶而单独成为一相存在于RFe2基体上。Nb的添加量x对磁致伸缩的影响很大,微量(x=0.03)Nb的添加有效抑制了RFe3有害相的生成而使得磁致伸缩性能提高最大,但当Nb含量继续增大时,由于顺磁相NbFe2和富Re相的析出影响了基体磁-弹性交互作用而使磁效伸缩性能下降。但相对于Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金都有少量提高。     

Zr-4合金中氢化物析出长大的透射电镜原位研究

用透射电子显微镜拉伸试样台原位研究了应力、电子束辐照以及第二相对Zr-4合金中氢化物析出和长大的影响。结果表明,在拉应力作用下,裂纹易于沿氢化物扩展,并在裂尖垂直于拉应力方向析出新的氢化物。氢化物在拉应力诱发下的析出、开裂、再析出·····过程,导致了氢致延迟开裂。在较强的会聚电子束辐照下,Zr-4合金中的氢化物会分解,新的氢化物会围绕着附近的Zr(Fe,Cr)2第二相粒子析出,新析出的氢化物为面心立方结构的δ相。     

Zr─4合金氧化膜中Zr(Fe,Cr)2第二相粒子的HREM观察

应用透射电子显微镜(TEM)和高分辨电子显微镜(HREM)研究了在400℃,10.3MPa过热蒸汽中形成Zr-4合金氧化膜中的Zr(Fe,Cr)2第二相粒子。结果表明,嵌在合金氧化膜中的Zr(Fe,Cr)2粒子表面生成面心立方结构的Zr6(Fe,Cr)3O,它与Zr(Fe,Cr)2存在共格关系。在上述氧化物之上为氧化物立方ZrO2和金属相α-Fe(Cr)的混合物。     

Fe_(78)Co_2Zr_8Nb_2B_9M_1(M=Ta、Cu)合金的微观结构和巨磁阻抗效应北大核心CSCD

采用单辊快淬法制备Fe78Co2Zr8Nb2B9M1(M=Ta、Cu)非晶合金薄带,在不同温度下对合金进行等温热处理。利用DTA、XRD、TEM、VSM和阻抗分析仪研究合金的热行为、微观结构、磁性能及巨磁阻抗效应。结果表明,晶化初期,Fe78Co2Zr8Nb2B9Ta1非晶合金析出α-Mn亚稳相和α-Fe(Co)相,Fe78Co2Zr8Nb2B9Cu1非晶合金仅析出α-Fe(Co)相。600℃退火后的Fe78Co2Zr8Nb2B9Cu1合金中晶化相的平均晶粒尺寸小于Fe78Co2Zr8Nb2B9Ta1合金。合金的M s均随退火温度的升高而逐渐增大。Fe78Co2Zr8Nb2B9Ta1合金的H c在600℃退火后明显增大,这与α-Mn型相的析出有关;而Fe78Co2Zr8Nb2B9Cu1合金的H c在600℃退火后达到极小值。合金的GMI max值随退火温度增加先上升后下降。Fe78Co2Zr8Nb2B9Cu1合金具有比Fe78Co2Zr8Nb2B9Ta1合金更显著的GMI效应。     

锆合金中第二相的研究

将几种Nb、Fe含量不同的锆合金样品在1050℃保温0.5h后水冷,在560℃回火10h,用带能谱分析(EDS)的透射电子显微镜研究它们的第二相粒子.结果显示:随着合金样品中Nb元素含量的提高及Nb/Fe比的增加,第二相从Zircaly-4合金中密排六方结构的Zr(Fe,Cr)2向密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)2转...     

预压缩变形对Zr-Sn-Nb-Fe-Cr-Cu合金时效析出行为的影响

本文采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),系统研究了经6%和12%预压缩变形处理后Zr-Sn-Nb-Fe-Cr-Cu合金在时效过程中的第二相析出行为。研究结果发现,预变形量对Zr合金时效析出行为有显著的影响,在相同的时效条件下,预压缩变形量为12%的合金第二相粒子平均尺寸比6%的合金小约10nm;600℃下时效时,Zr合金的第二相粒子平均尺寸与预变形量呈线性反比关系。透射电镜分析结果表明,合金在500℃低温时效30min时先析出含有少量Cu元素的正交结构Zr3Fe相;当时效1800min后,除了大尺寸的Zr3Fe外还有六方结构的Zr(Fe,Nb)2析出,但预压缩变形量对Zr合金的第二相析出种类没有显著影响。     

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.     

Zr_(0.5)La_(0.5)Ni_(1.5)Fe_(0.5)储氢合金的制备及其显微组织

利用悬浮熔炼技术,合成了Zr0.5La0.5Ni1.5Fe0.5储氢合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)分析了热处理前后合金的显微组织。结果表明,Zr0.5La0.5Ni1.5Fe0.5热处理前主要由Zr Ni2、La Ni和少量Zr7Ni10相组成,而热处理后主要由Zr Ni2相和La Ni相组成。在凝固过程中首先从熔液中析出熔点最高Zr7Ni10相,然后析出熔点较高的C15型Laves相Zr Ni2,最后析出熔点较低的La Ni相,由于凝固速度较快,导致成分分配不均匀。热处理后,Zr Ni2相中的La元素减少,La Ni相中La和Ni的含量略有增加,Zr Ni2相晶间的杂相Zr7Ni10消失,合金成分分布更加均匀。     

Al-Cu合金凝固过程的模拟与分析

利用Jmat-Por软件模拟计算Al-Cu合金的凝固路径及合金中Al3(Zr,Ti)相的生成温度、生成数量随Zr和Ti元素含量变化的规律。结果表明,计算机模拟与DSC和微观组织测试结果基本一致;Al3(Zr,Ti)相的百分含量随着Zr和Ti含量的增加而逐渐上升,同时Al3(Zr,Ti)相的生成温度也随着Zr和Ti含量的增加而逐渐增加;当两种元素的含量在0.20%~0.45%之间变化时,这种相的形成温度区间为754~816℃。     

Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe合金的微观组织研究

本文采用光学显微镜和透射电子显微镜对两种制备工艺的Zr-0.8Sn-1Nb-0.3Fe锆合金进行了微观组织分析与表征。实验结果表明增加冷轧次数与退火过程会导致锆合金的晶粒尺寸变大和不均匀化,平均尺寸从3.9μm长大到6.0μm;且析出相的尺寸变大、弥散程度降低,平均尺寸从74.6nm长大至89.6nm。增加冷轧次数与退火过程会使基体中的Nb进一步析出,析出相中Nb/Fe比值增加,平均值从1.17增加至1.39。两种锆合金中的析出相主要为面心立方结构的(Zr,Nb)2Fe化合物,Nb/Fe比值较低,尺寸较大。而在增加冷轧次数与退火过程的锆合金中还观察到少量密排六方结构的Zr(Nb,Fe)2析出相,Nb/Fe比值较高,尺寸较小。