21-4N气阀钢平衡凝固相变与析出行为研究

借助Thermo-calc软件,对21-4N气阀钢所属的Fe-(20～23)Cr-(8～11)Mn-(3～6)Ni-(0.3～0.6)N-(0.3～0.7)C-(0～0.4)Si多元体系凝固过程中的相变和析出行为进行了研究。采用Thermo-calc中的TCFE9数据库对该体系的垂直截面图计算,分析了不同组元对平衡凝固和冷却过程中相变与析出的影响,得到了21-4N钢的平衡凝固相变析出路径。结果表明,21-4N钢由1 500℃平衡冷却至650℃的过程中完整平衡相变路径为:L→L+δ→L+γ+δ→L+γ→L+M7C3→γ+M23C6→γ+M23C6+Cr2N→γ+M23C6+Cr2N+δ。凝固过程中,δ铁素体相是否产生取决于体系中N、C、Ni与Cr含量,N、C与Ni含量增加可缩小δ铁素体相稳定区,Cr含量增加可扩大δ铁素体相稳定区;M7C3相是否析出主要取决于体系中的C含量;C与Cr含量增加可促进M23C6析出,Cr还可以促进σ相析出;N可以抑制M23C6析出并促进Cr2N的析出。     

热加工过程中Ni基变形高温合金析出相的演变规律

变形高温合金在热加工过程中的相析出行为是影响合金抗拉强度的重要因素之一。本实验对GH4738合金在热加工过程中不同阶段的 MC,M23C6,γ′相三种析出相进行跟踪研究。析出相在热加工过程中不同阶段的表现：（1）合金坯料中的主要析出相为初生MC碳化物和初生γ′相。（2）合金经热变形后,初生MC碳化物发生部分分解并析出纳米级晶内次生MC碳化物和少量晶界次生M23C6碳化物,同时析出次生γ′相。（3）合金经热处理后,初生MC碳化物进一步分解直至完全溶解,进而纳米级晶内次生MC碳化物转变为大量酒瓶状晶内次级M23C6碳化物,同时γ′相接近于完全析出,但γ′相会有小幅度的长大。     

耦合CALPHAD的微观相场中Ni-Al与Ni-Si合金原子时效模拟

通过结合微观相场及计算相图方法,拟合得到L12结构中第一、第二近邻原子间交互作用能,进而模拟了Ni-Al、Ni-Si二元合金在γ→γ'相变过程中的合金原子簇聚及有序化行为。模拟结果得出,当Al或Si的原子分数为17.5%时,随着时效温度的升高,L1_2相析出孕育期更长;同时,有序化总是先于溶质原子的簇聚,形成非化学计量比有序相;借助计算相图,可将微观相场方法应用于更多二元体系的γ→γ'型相变研究。     

固溶及稳定化工艺对GH738合金碳化物和γ'相析出规律的影响北大核心CSCD

实验研究固溶及稳定化处理工艺对GH738合金碳化物及γ'强化相析出规律的影响。以标准热处理:1020℃×4 h/AC(空冷)+845℃×4 h/AC+760℃×16 h/AC和1080℃×4 h/AC+845℃×24 h/AC+760℃×16 h/AC为基础,调整稳定化阶段保温时间。研究了该合金稳定化过程中碳化物及γ'强化相析出和回溶规律,绘制了γ'强化相长大曲线。结果表明,1020℃固溶后,稳定化时间的延长使晶界析出碳化物增多且呈现半连续分布;而经1080℃固溶后,碳化物析出沿着晶界呈连续状分布;同时,经两种固溶温度处理后,稳定化时间延长,γ'强化相长大符合Oswald熟化规律;经1020℃标准热处理后,合金具有较好强塑性配合,尤其在塑性指标方面有明显优势;而经1080℃标准热处理后,合金持久性能表现更佳。     

碳含量对Nimonic 105合金的组织和性能的影响

对不同碳含量的Nimonic 105合金进行了室温和750℃高温力学性能测试,结合热力学模拟计算和相分析研究了碳含量对Nimonic 105合金的力学性能、组织与析出相的影响。结果表明,随着合金中碳化物析出量的增加,Nimonic 105合金发生脆性断裂的倾向增大;适当降低碳含量可有效减少MC相及碳化物的析出量,确保在后续热处理时析出较多的γ'相和更多的Mo元素固溶于基体中,改善合金的沉淀强化效果和固溶强化效果,同时使晶粒尺寸增加,从而使合金的冲击韧性和高温塑性均显著提高的同时,高温强度也略有提高。由热力学模拟计算结果可知,Nimonic 105合金的碳质量分数不宜低于0.04%,以防止σ相的析出,同时也可防止μ相过多析出。Nimonic 105合金中碳质量分数最好控制在0.05%~0.10%。     

热等静压及后续热处理对MIM418涡轮合金组织与性能的影响

比较了热等静压前后MIM418合金组织与致密度的变化,研究了不同淬火(水冷和空冷)、时效工艺对热等静压后固溶态MIM418合金微观组织及各种析出相的影响,利用扫描电镜、透射电镜、能谱分析等手段分析了合金中主要强化相γ'和碳化物二者的形态、大小和分布的规律。结果表明,热等静压可明显提高MIM418合金的致密度,但对显微组织影响不大,"固溶+中温时效"可以获得较好的硬化效果,主要析出强化相γ'和二次碳化物的析出受固溶冷却方式的影响较大,γ'相纳米化和二次碳化物的析出或将有益于MIM418硬度的大幅度提高。     

固溶温度对铸造waspaloy合金组织的影响

研究了4种固溶温度:1000、1040和1080和1120℃×4 h,AC(空冷)+双时效(845℃×24 h/AC+760℃×16 h/AC)热处理制度对铸造waspaloy合金组织的影响。结果表明,铸态waspaloy合金组织由γ基体、团状γ'相和MC碳化物组成。固溶处理后,铸态γ'相溶解到基体中,并随固溶温度升高,铸态γ'相含量逐渐减少。当固溶温度大于1080℃时,枝晶形貌消失,铸态γ'相完全溶解;在随后845℃稳定化处理过程中,均匀细小的二次γ'相开始析出,MC碳化物开始分解,并在晶界处析出不连续的粒状M23C6碳化物;经过760℃时效处理后,更多均匀细小的二次γ'相析出并长大。最终确定铸造waspaloy合金的最佳固溶温度应大于1080℃,此时经时效后组织更加均匀一致。     

蒸汽轮机用Waspaloy叶片材料长期时效组织及力学性能

研究了Waspaloy合金在标准热处理状态下,700℃长期时效过程中的组织和力学性能变化。结果表明,长期时效过程中Waspaloy合金析出相主要为MC型碳化物,M23C6型碳化物和γ'相,时效过程中并未发现有害TCP相。M23C6型碳化物在晶界呈链状分布,长期时效过程中其大小、分布基本不变,稳定性良好;γ'相在时效100 h后充分析出,尺寸随时效时间延长而长大,γ'粗化规律符合L-S-W理论,5000 h时效后γ'相形貌仍然为球形。时效100 h合金强度有小幅上升,随后随时效时间延长合金强度变化不大。     

Ti、Al对Fe-Ni基合金时效硬化行为的影响

Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金的性能强烈依赖于γ'相,而Ti、Al含量的改变,直接影响到γ'相的析出行为,从而影响合金的性能。本文采用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度研究了Ti、Al含量对γ'及η相析出规律的影响,揭示了不同Ti、Al含量Fe-Ni基合金的时效硬化行为。结果表明,提高合金中的(Ti+Al)含量,γ'相的析出数量增加;提高Ti/Al比对γ'相的析出数量影响不大,但会加快γ'相的长大速率。Ti、Al的扩散速率决定γ'相及η相的析出行为,从而造成不同Ti、Al含量Fe-Ni基合金时效硬化行为的差异。     

Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及其γ~'相原子占位的微观相场

采用三元微观相场动力学模型,研究了Ni75Al14Mo11合金的沉淀过程及其γ'相的原子占位现象,对合金的微观组织演化图像、序参数及占位几率进行了分析,结果表明,Mo与Al元素的加入使该合金中首先析出L10结构,随后发生L10结构向L12结构的原位结构转变;γ'相沉淀析出方式是等成分有序化兼失稳分解机制;γ'有序相中Al、Mo原子共同占据了面心立方的顶角位,且Al原子在γ'有序相中顶角β2位的占位几率始终稍大于Mo原子。     

Interface reactions and reaction synthesis of a high temperature composite system

Reactive diffusion during isothermal annealing was examined in a Ti−Al−Si temary system. When a TiAl/TiSi₂ reaction couple was annealed at 1373 K for 200 h, the product phase sequence was observed as TiAl/TiAl₂/Ti₂Al₅/TiAl₃/Ti₅Si₄/TiSi/TiSi₂, in which the integrated diffusion coefficient of Ti₂Al₅ showed the lowest value. A Ti-rich Ti₅Si₃ phase appeared when an additional Ti flux was provided between the TiAl/TiSi₂ reaction. The growth kinetics for both the TiAl/TiSi₂ (direction reaction) and TiAl/Ti/TiSi₂ reactions (Ti biased reaction) were identified, and a comparison of the morphology of the product phases was provided. The chemical potential variation and mass balance exhibited guidance in predicting the diffusion pathway during isothermal annealing. It appears that a biasing reaction (i.e., controlling component flux) is an effective tool for the phase selection and morphology changes during isothermal annealing.     

Interfacial Reactions between Cu-Zr filler metal and alumina and kinetics of reaction layer growth

The interfacial reactions and kinetics of the reaction layer growth in Cu-Zr/A1₂O₃ system were investigated and compared with those in Cu-Ti/Al₂O₃ system. Therrnodynamic analysis showed that the interfacial reaction can proceed until the activity of aluminum in the Cu-5 at.% Zr filler metal reaches about 0.27 at 1373 K. Growth of reaction layer, ZrO₂, was controlled by the diffusion of oxygen through ZrO₂ layer. The activation energy for ZrO₂ growth was 126 kJ/mol. Instead of using a complex redox reaction, a simple oxidation model between reactive metal and oxygen was found to adequately describe the reaction layers growth in ceramic/metal systems. The parabolic rate constant could be expressed in terms of oxygen vacancy concentration at the reactive metal/reactive metal oxide interface. The slower growth of TiO, in comparison with ZrO₂, can be rationalized using the parabolic rate constant. The lower diffusion coefficient of oxygen vacancy and a less negative free energy change of TiO formation have a dominant effect over the higher oxygen vacancy concentration at the Ti/TiO interface which resulted in slower TiO growth.     

面向多功能非贵金属电催化剂的构筑和微尺度解析

相对于贵金属电催化剂制作成本高、地球储量稀少、电化学稳定性低等缺点,制备廉价、能量转换效率高、使用寿命长、环境友好的非贵金属电催化剂是推动能源存储和转换技术快速发展的重要途径.根据电催化过程中电催化析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)、电催化析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)及氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)这三个重要反应类型,概述了水裂解和燃料电池的电化学反应机制,同时归纳了单功能电催化剂、双功能电催化剂、多功能电催化剂及其他电化学材料的设计与制备方法、相互关系和各自功能特点.借助先进的电子显微技术,如扫描电子显微镜、原子力扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、电子能量损失谱仪等对其微观结构进行表征,重点对其表面形貌、结构、内部成分、元素分布等相关信息进行解析.从提供更丰富的缺陷空位、潜在活性位点、优化界面相互作用、增大电化学比表面积、形成协同效应等方面,分析其在降低成本的同时,提高电催化剂的电导率、增强稳定性的相关机理,以期为非贵金属电催化剂的研究和推广应用提供新策略.     

高能球磨诱发Al,Si/CuO固态还原反应动力学

采用差热分析（DTA）和X射线衍射（XRD）技术研究了球磨燃烧反应发生前不同球磨时间下Al／CuO和Si／CuO体系反应动力学和微观结构变化。结果表明：高能球磨诱发燃烧反应的发生是粉末颗粒细化和均匀化与局部反应、球磨介质污染两方面竞争的结果。球磨时CuO的缺陷形成速率或者氧离子从CuO点阵中通过短路扩散路径向反应界面迁移是球磨诱发Al／CuO燃烧反应的控制步骤。     

Serum effect on the electrochemical behaviour of titanium, Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys in sulphuric acid and sodium hydroxide

The corrosion behaviour of cp titanium Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys is investigated in 2 M sulphuric acid and 2 M sodium hydroxide with and without additions of bovine serum in order to get an insight into the effect of a biological electrolyte on the active corrosion of widely used metallic implants. Ti6Al7Nb alloy shows the highest corrosion resistance in 2 M sulphuric acid, whereas it is the least corrosion-resistant in 2 M sodium hydroxide. Bovine serum inhibits the hydrogen evolution as well as the anodic dissolution reactions in both sulphuric acid and sodium hydroxide. However, the cathodic efficiency of serum in sodium hydroxide is significantly higher than in sulphuric acid. Besides, the results suggest that serum forms a 2-D adsorption layer on the implant materials. Additionally, the surface coverage in sodium hydroxide is ca. 90%, while in acidic solutions only ca. 40%.     

Sm,Nd共掺CeO_2固体电解质的制备与性能

分别用固体反应法、溶胶凝胶自蔓延燃烧法和共沉淀法制备了Sm, Nd共掺CeO_2粉体,将粉体压制烧结制成固体电解质.通过XRD和SEM等仪器对该复合电解质的相组成和微观形貌进行了表征,并测量了高温直流电导率.结果表明,3种方法制备的烧结体致密度良好,相对密度都达到了94%以上.电导率达到0.01 S/cm时3种制备方法对应的烧结温度分别为770、639和621 ℃.     

Interfacial reaction between cubic boron nitride and Ti during active brazing

Thermodynamic and reaction process analyses were performed to understand the joining characteristic during high temperature brazing between cubic boron nitride (CBN) grit and a silver-base filler alloy containing Ti as an active element. Experimental information on the microstructure of the brazed joint, the composition of the interface, and the shape of the compounds formed on the surface of the grit was obtained by scanning electron microscopy, energy-dispersive x-ray, and x-ray diffraction. The results indicate that Ti in the molten filler alloy facilitated good wetting between the solid CBN crystals and braze filler alloy. The transition layer formed by the interaction of TiN and TiB₂ was one of the key factors in joining the CBN and steel substrate.     

氢、氧原子刻蚀CVD金刚石涂层石墨相的机理研究

采用第一性原理分子模拟计算方法对氢、氧原子刻蚀石墨相的过程进行分子动力学仿真,分析了2种原子在石墨相上的吸附过程及刻蚀反应的反应热和反应能垒。结果表明:氧原子在石墨相表面的吸附能强于氢原子吸附能,同时氧原子的化学反应活性大于氢原子的,更容易在石墨结构表面发生电子转移反应;氢原子促使石墨相表面的C—C键断裂需要两步反应,而氧原子则只需要一步反应,氢原子刻蚀石墨相的反应能垒比氧原子的高,所需能量更多。同时,通入含氧气源可以有效降低CVD金刚石涂层的沉积温度,提高金刚石涂层的质量。      

SiC陶瓷连接工艺及焊料反应产物研究

采用热压反应烧结技术，使用Ti-Ni混合金属粉末焊料对SiC陶瓷进行连接，探讨了焊接温度、保温时间、焊料厚度以及焊接压力等工艺参数对连接件抗弯强度的影响规律，并通过对连接界面及焊料反应产物进行SEM，EDS，XRD分析，进一步考察了焊接工艺对连接件的断裂类型，焊料反应产物及其结合强度的影响规律。结果表明，采用适当的连接工艺，Ti-Ni焊料与母材可通过适当且适度的界面反应获得牢固结合，此时界面反应产物为以TiC,NiTi为主含Ni3C,Ni16Ti6Si7的混合物，且具有较高强度的TiC以弥散相形式分布在以具有一定韧性的金属间化合物NiTi为主的基质中，对接头性能的改善起到关键作用。在本实验范围内，在连接温度1100摄氏度，保温时间20min，焊接压力12．7MPa，焊料厚度0．3mm条件下可获得最佳陶瓷接头，其相对抗弯强度为53％。     

反应压力对炭纤维表面SiC涂层制备及组织结构的影响

以硅粉为硅源,采用原位反应法在炭纤维表面制备了SiC涂层,并研究了反应压力对SiC涂层的制备、组织结构及抗氧化性能的影响。结果表明：常压下制备的涂层疏松多孔,表面有较多的SiC纳米线,而负压下制备的涂层致密均匀。静态氧化测试表明：与常压下制备的SiC涂层相比,负压下制备的SiC涂层抗氧化性能更好,主要是由于涂层致密均匀,能够更好地阻隔氧气的扩散。根据实验结果,探讨了反应压力对SiC涂层生长机理的影响。常压下,沉积粒子能量低,难以克服遮蔽效应,因此易形成疏松多孔的涂层;而负压下,沉积粒子能量高,表面扩散率高,易形成致密均匀的涂层。