高纯Mg-Cu-Y合金熔炼工艺研究

在真空中频感应熔炼炉中制取高纯镁基Mg-Cu-Y合金。根据荧光光谱分析结果,考察中间合金、保温时间以及浇铸模具对合金成分均匀性的影响。结果表明,中间合金的熔炼对于合金成分的均匀有决定性的影响,保温时间越长越有利于合金元素分布均匀,浇铸模具影响合金在凝固过程中的偏析程度,保护气体可以抑制合金液的挥发,对合金成分均匀性影响较小。     

热处理对La0.65Pr0.05Nd0.05Mg0.25Ni3.3Al0.1储氢合金结构和电极性能的影响

为了了解新型稀土-镁-镍系储氢合金的结构和电化学性能与热处理温度的关系,通过中频感应熔炼法制备了La0.65Pr0.05Nd0.05Mg0.25Ni3.3Al0.1储氢合金,在氩气保护下进行退火热处理,温度为1123K、1173K和1223K,保温时间8h.应用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析等方法研究了合金的结构,测试了合金的主要电化学性能.结果表明该合金由三相组成(La,Mg)Ni3.5相、LaNi5相和(La,Mg)Ni2相,退火后三相的相对含量发生了变化, 随着热处理温度的逐步提高,合金中LaNi5相和(La,Mg)Ni2相的比例减小,(La,Mg)Ni3.5相的比例增加.合金的放电容量、充放电循环稳定性与合金组成相所占比例密切相关, 尤其是(La,Mg)Ni2相的存在不容忽视.     

Ca和Sr对铸态Mg-Sn-Si合金组织和性能的影响

用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)研究了铸态Mg-Sn-Si-Ca-Sr合金的相组成和显微组织,用力学性能试验机测定了合金的拉伸性能.结果表明,Mg-5Sn-xSi-0.5Ca-0.5Sr(x=1,2)合金由α-Mg、Mg2Sn、Mg2Si和CaMgSn相所组成,Mg2Si相含量随Si元素的增加而增加.对于Mg-5Sn-1Si-yCa-0.5Sr(y=0.5,2)合金,Ca的质量分数提高到2%后会促进Mg2Ca相和CaMgSn相形成,但同时抑制了Mg2Sn、Mg2Si相的析出,从而导致合金性能下降.对于Mg-5Sn-2Si-0.5Ca-ySr(y=0.5,2)合金,当Sr的质量分数由0.5%提高到2%时,Mg2Si和Mg2Sn相均得到显著细化,并促进了基体内MgSn(Sr,Ca)相形成,从而提高了合金的抗拉强度与屈服强度.     

制备工艺对La_(0.80)Mg_(0.20)Ni_(3.75)合金电极性能的影响

采用中频感应真空熔炼(IM)和放电等离子烧结(SPS)工艺制备La0.80Mg0.20Ni3.75合金。XRD分析表明,这两种工艺制备的合金均含有LaNi5和(La,Mg)2Ni7主相,而中频感应真空熔炼法制备的合金(IMLa合金)还含有(La,Mg)Ni3相,放电等离子烧结法制备的合金(SPSLa合金)还含有Ni及La2Mg17相。电化学性能测试结果表明,作为镍氢电池负极材料,IMLa合金的放电容量、损耗角及极限电流密度均较大;而SPSLa合金的循环性能较好,这归因于SPSLa合金晶粒细小,组织均匀,Ni和La2Mg17相弥散分布,可减弱其电极脱落程度。     

Sn替代Ni对R-Mg-Ni基合金结构和电化学性能的影响

采用元素替代的方法,研究了Sn元素部分替代Ni元素对La0.72Nd0.08Mg0.2Ni3.4-xSnxAl0.1(x=0~0.14)电极合金结构和电化学性能的影响。通过感应熔炼、退火处理、粉碎过筛后得到合金样品。X射线衍射(XRD)分析表明该合金为多相结构,包括(La,Mg)2Ni7(Gd2Co7型和Ce2Ni7型)、(La,Mg)5Ni19(Pr5Co19型)、(La,Mg)Ni3(Pu Ni3型)和La Ni5相(Ca Cu5型)。结构精修显示合金主相由Gd2Co7型(La,Mg)2Ni7相依次变化为(La,Mg)5Ni19,La Ni5相。恒电流充放电测试表明,合金放电容量最大值为387.4 m Ah·g-1。加入Sn后合金电极的放电容量下降,这与合金中相含量的变化是有关系的。Sn的加入导致合金中高吸氢相(La,Mg)2Ni7相的减少,而吸氢能力相对小的(La,Mg)5Ni19相和La Ni5相含量不断增加。高倍率放电测试表明随着Sn元素加入,高倍率放电性能下降。电化学循环稳定性测试表明随着Sn元素含量的增加,合金电极循环寿命先增加后下降。当Sn含量x=0.06时,在100次电化学循环后放电容量保持率达到最高水平83.8%。     

RE(RE=Nd,Sm,Pr)部分替代La对A_2B_7型合金电化学贮氢性能的影响

La-Mg-Ni系A2B7型合金由于其高的放电容量被认为是最具希望的Ni-MH电池负极材料,然而,低的电化学循环稳定性制约着合金的实际应用。为了改善La-Mg-Ni系A2B7型合金的电化学贮氢性能,用RE(RE=Nd,Sm,Pr)部分替代合金中的La,用感应熔炼及退火工艺制备了La0.8-xRExMg0.2Ni3.35Al0.1Si0.05(RE=Nd,Sm,Pr;x=0,0.2)电极合金。为了抑制Mg在熔炼过程中的挥发,熔炼过程中采用氦气作为保护气氛。用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了铸态及退火态合金的微观结构,并测试了铸态及退火态合金的电化学贮氢性能,比较了不同稀土元素替代La对合金电化学性能的影响。结果表明,铸态及退火态合金包含两个主相,具有Ce2Ni7型结构的(La,Mg)2Ni7相以及Ca Cu5型结构的La Ni5相。RE(RE=Nd,Sm,Pr)部分替代La未影响合金的相组成,但使合金的相含量发生明显改变。此外,元素替代使铸态及退火态合金的组织明显细化。RE(RE=Nd,Sm,Pr)部分替代La显著改善了合金的电化学贮氢性能,包括电化学循环稳定性、放电容量及电化学动力学性能。     

La0.65RE0.10Mg0.25Ni3.5Si0.15(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm)储氢合金的电化学性能及EIS分析

通过感应熔炼制备La0.65RE0.10Mg0.25Ni3.55i0.15(RE =La,Ce,Pr,Nd,Sm)合金.采用X射线衍射方法分析了合金的相结构,研究了其电化学性能,并采用电化学阻抗谱分析了合金电极的放氢动力学特性.研究结果表明,合金是以LaNi5、LaNi3为主相的多相结构,同时合金中少量的Si元素与Mg和Ni元素形成了少量的Mg2 Si相和Ni2Si相.Ce,Pr,Nd,Sm部分替代La以后,合金的放电容量下降,Ce的替代使合金容量大幅度降低.对于本系列合金,La被其他稀土元素部分替代后,合金经过100次循环后的容量保持率略有下降,但除了Pr元素以外,变化值均较小.合金电极的电化学阻抗谱分析表明,中低频区的容抗弧半径依次为Ce ＞La＞ Nd ＞Sm ＞Pr,这表明采用Nd、Sm、Pr替代La后合金电极在碱液中放电过程电荷传递电阻Rct减小,即合金表面活性增加,但Ce替代却导致Ret急剧增大,这可能与Ce在碱液中易形成氧化物降低了合金的表面活性有关.     

稀土元素镧对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析研究添加稀土元素镧(La)及其添加量对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响。研究结果表明,添加微量La元素可以细化枝晶组织,改善合金的枝晶偏析,并且随着La添加量增加,改善效果越明显。La可与Ni或Sn反应形成LaNiSn相或La₅Sn₃相,并且随着La添加量增加,析出相逐渐由LaNiSn相向La₅Sn₃相转变。添加0.8%(质量分数,下同)La可以有效抑制形成不连续沉淀,分布在晶界上的La₅Sn₃相可以占据不连续沉淀的形核位点,分布在晶体内的La₅Sn₃相可以抑制不连续沉淀前沿界面的移动,共同作用抑制了Cu-15Ni-8Sn-0.8La合金时效过程中不连续沉淀的形成。此外,Cu-15Ni-8Sn-0.8La合金在450℃时效30 min获得HV硬度峰值为324。     

稀土La对(Ag-Cu_(28))-25Sn-xLa合金微观结构及凝固机制的影响

研究了稀土La对(Ag-Cu28)-25Sn-xLa合金微观结构的影响,并探讨了稀土La含量的变化在其凝固过程中的作用。采用高频感应加热熔炼,经水淬制得(Ag-Cu28)-25Sn-xLa合金。通过XRD,SEM,EDS等分析手段,研究了合金的物相组成、凝固组织及元素分布情况。研究结果表明:微量的稀土La足以改变(Ag-Cu28)-25Sn合金的凝固过程;La含量不大于0.5%时,合金的物相组成为Ag3Sn,Cu3Sn和Cu6Sn5相;当La含量不小于1.0%(质量分数)时,合金的物相组成为Ag3Sn和Cu3Sn;同时,随La含量的增加合金的凝固组织不断细化,且有利于Ag(Sn)固溶体初生相的析出。     

电铝热多期法制备FeV80合金的偏析研究

利用扫描电镜、能谱分析、FactSage热力学计算等方法,研究了FeV80合金的微观形貌及元素分布情况,结果表明:FeV80合金主要由浅灰色的基体相(σ相)和深灰色的针状、颗粒状第二相(BCC-A2相)组成,且杂质元素Si更倾向于在σ相中析出。结合现场试验,对FeV80合金的宏观偏析进行了研究,受元素熔点、密度、凝固性等影响,合金各元素均存在不同程度的偏析,浇铸有利于合金元素的均质,但必须同时减缓冷却速度才能更显著地改善偏析,此时合金主元素V的极差、标准差最大,分别为1.510%和0.4714%,杂质元素S的极差、标准差最小,分别为0.004%和0.0017%。     

EW75镁合金高温扩散动力学研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(XRD),观察EW75合金大型铸锭原始态及高温热处理之后的组织及成分分布,以进行稀土元素在EW75合金中高温扩散动力学的研究。结果表明:EW75铸态合金中存在较为严重的局部偏析,大量非平衡凝固共晶组织在晶界处富集,Gd,Y,Nd在合金中的分布很不均匀,铸态组织呈大块的骨骼状,由α-Mg基体、Mg24Y5、Mg5Gd和Mg41Nd5非平衡凝固相组成,铸态合金晶粒尺寸约为100μm;在505及520℃保温24 h之后依然有较多未溶相残留在晶界上,由于温度稍微偏低,共晶组织未能完全溶解并分散到基体中;经过535℃,20 h高温热处理之后,共晶组织基本分解完全,稀土元素较为均匀地分布在基体中,晶粒长大非常明显;采用(EDS)分析测得各合金元素在EW75中的浓度分布,发现合金元素在EW75中成一定的规律分布,通过动力学方程计算得出了Y,Gd,Nd元素在不同温度下的lnδ-t关系曲线并进行线性拟合,最终得出Gd,Y,Nd在不同温度下的扩散系数。     

真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭

通过选择合适中间合金,并控制最佳熔炼工艺,以真空自耗电弧两次熔炼制备了名义成分为Ti-32.3Al-4.7Nb-2.6Cr-0.9(W,Mo)(质量分数)的TiAl合金铸锭。该TiAl合金铸锭尺寸为160 mm×380 mm,其组分中高熔点元素Nb,W,Mo等在铸锭横截面的径向上分布均匀,O,N,H等气体间隙元素含量较低,Al元素在铸锭纵截面中心轴线上的质量分数与目标成分偏差为±0.8%,显示出优良的冶金质量。金相分析结果显示,该TiAl合金铸锭的组织为近片层组织,铸锭边缘晶粒尺寸要显著小于其中间及心部的晶粒尺寸。     

稀土元素Sm对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

制备了Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xSm(x=0,1,2,3)系列合金,研究了稀土元素Sm对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响.通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能.结果表明:合金中添加稀土元素Sm后晶粒有了明显的细化,随着Sm元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析,添加Sm元素后,合金中并没有出现新的含Sm的物相,通过扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Sm置换了部分Y,形成了Mg3( SmY)2 Zn3,Mg3( SmY) Zn6的相结构,Sm元素对Y的置换主要出现在Mg3( SmY) Zn6结构当中,在Mg3 (SmY) Zn6相结构出现较少;力学性能测试结果表明,随着Sm含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Sm含量为2％时达到最大,比未添加Sm元素时提高约15％以上.     

Mg-9Gd-2Y-Sm-0.5Zr合金组织和耐蚀性能研究

通过OM、SEM和XRD实验观察并研究了Mg-9Gd-2Y-Sm-0.5Zr(%质量分数)合金的微观组织和析出相,并采用腐蚀失重实验对合金的耐蚀性能进行了测试。结果表明,Mg-9Gd-2Y-Sm-0.5Zr合金微观组织主要由沿晶界分布的枝状共晶相和少量分布在晶内的小颗粒状相组成;析出相有α-Mg,Mg5Gd和Mg24Y5相。实验研究了该合金在不同浓度的NaCl溶液中的耐蚀性能,结果表明该合金腐蚀程度随着NaCl浓度的增加而增加,腐蚀产物以Mg(OH)2为主,腐蚀速率较低,耐蚀性能较好。     

粉末冶金Mg-6Al-xZr合金的组织与力学性能

采用机械合金化和粉末冶金技术制备了Mg-6Al-xZr(x=0、3、6、9)(质量分数)合金,研究了Zr含量对合金微观组织以及力学性能的影响。结果表明:550℃烧结态合金的组织由Mg基体、Zr以及Mg17Al12相组成,同时存在大量微孔;随着Zr含量的升高,Mg基体晶粒尺寸以及孔隙均变小,合金显微组织细化;合金的硬度和抗弯强度随Zr含量的增加而提高;650℃复烧后Al元素向Zr颗粒内部扩散并生成中间相Al3Zr,合金的力学性能进一步提高。     

稀土La对(Ag-Cu8)-25Sn-xLa合金微观结构及凝固机制的影响

研究了稀土La对(Ag-cu28)-25SnxLa合金微观结构的影响,并探讨了稀土La含量的变化在其凝固过程中的作用.采用高频感应加热熔炼,经水淬制得(Ag-Cu28) -25Sn-xLa合金.通过XRD,SEM,EDS等分析手段,研究了合金的物相组成、凝固组织及元素分布情况.研究结果表明:微量的稀土La足以改变(Ag-Cu28) -25Sn合金的凝固过程；La含量不大于0.5％时,合金的物相组成为Ag3Sn,Cu3Sn和Cu6Sn5相；当La含量不小于1.0％(质量分数)时,合金的物相组成为Ag3Sn和Cu3Sn；同时,随La含量的增加合金的凝固组织不断细化,且有利于Ag(Sn)固溶体初生相的析出.     

高温扩散热处理对Ni-24Fe-14Cr-8Mo镍基合金显微组织的影响

本文以50kg真空感应熔炼的镍基合金Ni-24Fe-14Cr-8Mo为实验材料,通过采取不同温度、不同时间的高温扩散热处理,结合光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针分析仪以及金相照片图像分析的手段,围绕温度和时间对合金组织中Laves相回溶以及元素偏析的影响开展研究。结果表明,合金枝晶间岛状低熔点金属间化合物Laves相的析出造成严重的元素偏析,Laves相初熔温度在1180～1200℃;在1180℃ 7～100 h扩散热处理时,Laves相体积分数随处理时间呈V_f=11.557 8_exp（-0.143 2 t）的指数规律减小,在1180℃保温40 h以内Laves相不能完全回溶,而保温76 h以上则Laves相可以完全回溶,保温100 h可以进一步消除元素偏析。Ni-24Fe-14Cr-8Mo合金的高温扩散热处理温度不应高于Laves相初熔温度,采取1180℃保温100 h有效地减少Laves相比例以及元素偏析。     

银镁镍合金的微观组织及物相构成

采用真空熔炼和双辊轧制技术制备了Ag-0.24Mg-0.29Ni(%,原子分数)合金片材,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对Ag-0.24Mg-0.29Ni合金片材的微观组织及物相构成、第二相的存在形式及形貌分布进行了观察表征和形貌分析。结果表明:微量Mg固溶在Ag基体中形成Ag-Mg代位固溶体;晶内的螺位错处易于富集Mg,Mg与Ag基体形成第二相Mg54Ag17并析出,第二相Mg54Ag17与Ag基体呈现共格或者半共格关系,富集在缺陷处的Mg影响了面心立方结构Ag(100)的消光,使(100)面出现反射。微量Ni以颗粒状弥散分布在银镁固溶体中,在晶界上析出的第二相MgNi_2化合物,都对银基体起到晶粒细化和弥散强化的作用;在镍偏聚的缺陷区域,易聚集形成富镍含氧的氧化物,使合金的组织不均匀,可能对合金以后的内氧化进程及性能产生不利的影响。     

添加剂CeO_2对La_2Mg_(17)-50% Ni储氢性能的影响

研究了球磨添加CeO2对La2Mg17-50%(质量分数,下同)Ni复合合金的相结构和储氢性能的影响,并对合金的形貌和吸放氢性能进行了检测。XRD结果表明,球磨加入CeO2后,在La2Mg17-50%Ni合金中除了Mg2Ni和Ni相外,产生Ce Mg12相。SEM形貌图清晰地看见CeO2附在La2Mg17-50%Ni合金表面上呈白色小颗粒。吸氢动力学性能表明,加入CeO2后,使La2Mg17-50%Ni合金的最大吸氢量从3.298%增加到3.594%。添加CeO2后合金的最佳饱和吸氢温度降为200℃(3 MPa),且吸氢动力学性能提高至1 min内的吸氢量达到3.382%,是其最大吸氢量的94%。然而,CeO2在放氢过程中的积极作用并不明显。     

Mg-Zn-Gd合金的微观组织和力学性能

利用等离子体发射光谱仪(ICP)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了Mg-x Zn-y Gd(x=1~3,y=1~3)合金铸造态、挤压态的化学成分和微观组织演变,并测试其室温拉伸力学性能。研究结果表明:随着Gd含量的增加,铸态组织显著细化,枝状晶间距减小,其组分相Mg-Zn-Gd三元相面积分数逐渐增多,Mg Zn2相逐渐减少直至消失,第二相从晶界处呈连续网状分布转变成晶界断续和晶内均匀分布。挤压态组织得到细化,挤压过程发生了明显的动态再结晶,平均晶粒尺寸从Mg-3Zn合金的30μm降到Mg-2Zn-1Gd合金的10μm。第二相沿挤压方向趋于带状分布,部分弥散分布于晶内,成棒状或块状的Mg Zn Gd三元相,尺寸约为1~3μm。挤压态Mg-x Zn-y Gd合金的抗拉强度σ_b从Mg-3Zn的260 MPa提高到300 MPa,延伸率δ从13%提高到25%,屈服强度变化不大,σ_b和δ提高幅度分别为15.4%,92%。挤压态的显微硬度由Mg-3Zn的HV 52.1提高到Mg-3Zn-2Gd的HV 70.4,挤压态Mg-x Zn-y Gd合金室温拉伸断口呈现典型的韧性断裂特征,应力在第二相粒子处集中。