TiVTa系低活化多主元合金的微观结构及相稳定性EI

制约可控核聚变堆商业化运用的关键问题之一是面向等离子体材料(plasma facing materials,PFMs),难熔多主元合金因其高温高强度、高熔点及良好的耐辐照性有望满足PFMs的需求。本工作设计并采用电弧熔炼制备了(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)低活化多主元合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能量色散X射线谱仪(EDS)研究了Cr,Zr和W的添加对铸态、匀质TiVTa系合金的微观结构及900℃下相稳定性的影响。结果表明,铸态合金均为具有体心立方(BCC)结构的简单固溶体,经1200℃匀质化处理后(TiVTa)_(95)Cr_(5)合金发生相分解,基体内出现少量C15_Laves第二相。900℃下TiVTa系合金相稳定性不佳,均分解为一个BCC主相和沿晶界分布的C15_Laves第二相,TiVTa和(TiVTa)95 W 5合金中第二相体积分数较小,Cr,Zr的添加加剧相分解。经相结构及元素分析发现,(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)合金中析出的C15_Laves相晶格常数及元素组成均与二元合金体系中可能存在的Laves相不一致,差异主要来源于Laves相的元素组成。     

TiVTa系低活化多主元合金的微观结构及相稳定性EI北大核心

制约可控核聚变堆商业化运用的关键问题之一是面向等离子体材料(plasma facing materials,PFMs),难熔多主元合金因其高温高强度、高熔点及良好的耐辐照性有望满足PFMs的需求。本工作设计并采用电弧熔炼制备了(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)低活化多主元合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能量色散X射线谱仪(EDS)研究了Cr,Zr和W的添加对铸态、匀质TiVTa系合金的微观结构及900℃下相稳定性的影响。结果表明,铸态合金均为具有体心立方(BCC)结构的简单固溶体,经1200℃匀质化处理后(TiVTa)_(95)Cr_(5)合金发生相分解,基体内出现少量C15_Laves第二相。900℃下TiVTa系合金相稳定性不佳,均分解为一个BCC主相和沿晶界分布的C15_Laves第二相,TiVTa和(TiVTa)95 W 5合金中第二相体积分数较小,Cr,Zr的添加加剧相分解。经相结构及元素分析发现,(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)合金中析出的C15_Laves相晶格常数及元素组成均与二元合金体系中可能存在的Laves相不一致,差异主要来源于Laves相的元素组成。     

Zr部分替代Ti对Ti_(20)Cr_(24)Mn_8V_(40)Fe_8低钒合金微观结构和储氢性能的影响

系统研究了Zr部分替代Ti对Ti_(20-x)Zr_xCr_(24)Mn_8V_(40)Fe_8(x=0,1,2,3,4)系合金的微结构和储氢性能的影响。XRD和SEM分析表明,无Zr铸态合金(x=0)由体心立方(BCC)结构的固溶体单相组成,而含Zr合金(x=1~4)则由BCC主相和C14型Laves第二相组成,且第二相沿主相晶界析出。随着Zr含量x的增加,BCC主相晶胞体积先增加后减小,在x=1时达最大;C14型Laves相晶胞体积则逐渐增大。储氢性能研究表明,在293K和4MPa初始氢压条件下,所有含Zr合金无需活化即可快速吸氢,且合金的吸氢量随着Zr含量的增加逐渐增加,当x=4时,吸氢量最大为2.38wt%。该系合金的放氢动力学性能优良,放氢在10min内即能完成,但该系合金有效放氢容量及放氢效率(放氢容量与吸氢容量之比)还有待改善。     

退火温度对Fe35Ni30Cr20Al10Nb5高熵合金的组织结构和性能的影响

系统地研究了退火处理温度对低熔点高熵合金Fe₃₅Ni₃₀Cr₂₀Al₁₀Nb₅(摩尔比)的组织结构和性能的影响。结果表明：随着退火温度的提高,铸态Fe₃₅Ni₃₀Cr₂₀Al₁₀Nb₅合金中富Fe-Cr元素的fcc相的体积分数逐渐减少,Laves相和B2-NiAl相的体积分数逐渐增大。准静态压缩实验结果表明,铸态样品的压缩塑性变形能力良好。随着退火处理温度的提高合金的屈服强度先提高后降低,在700℃退火的样品其屈服强度最高(为1247.7 MPa),但是塑性变形量比铸态有所降低。压缩屈服强度随退火处理温度降低,可归因于基体fcc相在高温下的分解。电化学测试结果表明,这种合金的耐腐蚀能力随退火处理温度的提高而单调提高,在900℃退火的样品其腐蚀电位为-72.02 mV。     

(Ti-Cr)40V55Zr5储氢合金的热处理改性

研究了(Ti-Cr)10V55Zr5储氢合金在真空热处理(1473 K下保温2 h和6 h)改性前后的相结构及储氢性能.XRD及SEM分析表明,(Ti-Cr)40V55Zr5铸态合金由BCC结构的固溶体主相和ZrCr2基第二相组成;经过热处理后,合金的BCC主相的晶胞体积有所增大,除了BCC主相和ZrCr2基第二相外,还出现微量的富Ti第三相.储氢性能测试表明,热处理后(Ti-Cr)40V55Zr5合金的动力学性能和活化性能均得到改善,室温最大吸氢量略微降低,但P-C-T曲线放氢压力平台倾斜度降低,平台宽度稍有增大,80℃有效放氢量增大.研究表明,在1473 K下经2 h热处理改性的(Ti-Cr)40V55Zr5合金具有较好的综合性能,首次吸氢即可活化,室温吸氢量为401 ml·g-1,80℃有效放氢量达到240 ml·g-1.     

退火温度对CoCrCu0.5FeTi0.5Alx高熵合金微观组织与耐腐蚀性能的影响

为了研究不同退火温度对CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x高熵合金性能的影响,通过真空电弧熔炼CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.4、0.8)高熵合金并使用真空管式炉进行600,800,1 000℃退火实验。使用XRD测试合金的晶体结构,采用SEM观察合金微观组织,利用维氏显微硬度计和电化学工作站测试高熵合金的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,退火后的高熵合金出现新的Laves相,合金相主要由FCC、BCC和Laves相混合组成。在CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.4、0.8)高熵合金中,x=0.4的硬度在600℃退火状态下达到最大值为883.15HV。1 000℃退火下的CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_0.4耐腐蚀性能达到最优,腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为-0.396 V和6.800×1...     

Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Ni0.4Crx（x=0,0.1,0.2,0.3）储氢合金的微观结构和电化学性能

采用XRD、SEM-EDS等方法对Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Ni0.4Crx(x=0,0.1,0.2,0.3)储氢合金的微观结构及电化学性能进行了表征。XRD分析结果表明Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Ni0.4Crx(x=0,0.1,0.2,0.3)储氢合金由BCC结构的V基固溶体主相和少量的C14Laves第二相组成。SEM-EDS分析结果表明,V基固溶体主相为树枝晶结构,C14Laves相呈网格状沿着主相晶界析出。电化学测试结果表明,Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Ni0.4Crx(x=0,0.1,0.2,0.3)氢化物电极在303K下,随Cr含量的增加,最大放电容量分别为574.6mAh/g、418.8mAh/g、368.8mAh/g和322.9mAh/g。当x=0.3时,合金电极在333K下的最大放电容量达到了824.1mAh/g。Cr的添加显著提高了合金电极的高倍率放电性能和循环寿命,40次充放电循环后Ti0.4Zr0.1V1.1Mn0.5Ni0.4Cr0.3合金电极的容量保持率为62.3%。     

Zr-Ti-Cr-Mn-V-Ni合金相结构和电化学性能

研究了非计量比合金Zr(Cr0.2Mn01V0.05Ni0.65)x(x=1.8～2.4)的相结构和电化学性质.结果发现,欠计量比时,随x变小,合金中C14型Laves相增多,第二相Zr7Ni10减少至消失,并出现了新相Zr9Ni11.而过计量比时,随x增加,合金中C14型Laves相和Zr7Ni10相都相应减少至消失,合金Zr(Cr0.2Mn0.1V005Ni0.65)24由C15型Laves单相组成.过计量比合金具有较好的活化性能,但非计量比合金的放电容量普遍低于计量比合金,而且非计量比对合金高倍率放电性能的提高影响不大.     

Nb和Ta合金化对CoCrFeNi高熵合金组织和力学性能的协同作用

采用真空电弧熔炼法制备CoCrFeNi-(Nb,Ta)系列高熵合金,详细研究Nb和Ta合金化对CoCrFeNi基高熵合金组织演变和力学性能的协同效应。Nb/Ta合金化方式影响(CoCrFeNi)₈₈Nb_x Ta₍(12-x))合金的组织组成、共晶相片层间距、Laves相的尺寸形貌、两相体积分数及成分组成。Nb,Ta含量为等原子比时,合金组织组成为FCC+Laves两相共晶组织;Nb,Ta含量为非等原子比的合金则呈现为共晶(FCC+Laves)相和初生Laves相的组织结构,初生Laves相的体积分数和晶粒尺寸随Nb/Ta原子比的增加而单调增加。研究合金的压缩屈服强度与Laves相体积分数正向相关,压缩断裂强度几乎不受组织组成的影响,压缩塑性则与Laves相的体积分数、类型与尺寸分布呈现负相关。计算分析CoCrFeNi-(Nb,Ta)高熵合金的强化机制,探讨合金组织组成对其强度的作用规律。分析表明,细晶强化和Laves相的第二相强化是提升合金屈服强度的主要因素。     

熔烧温度对铌钨合金表面硅化物涂层显微组织和抗高温氧化性能的影响研究

硅化物涂层是航天航空用铌合金高温结构部件最常用的高温防护涂层，为了提高硅化物涂层的性能以满足铌合金高温结构部件越来越严苛的服役条件，采用料浆熔烧法在铌钨合金表面制备硅化物涂层，并通过改变涂层熔烧温度(1 350,1 400,1 450,1 500℃),研究熔烧温度对涂层微观结构和抗高温氧化性能的影响。结果表明：4种熔烧温度涂层致密层的主成分为(Nb, X)Si₂(X为Zr、Cr和Ti),过渡层为稳定的Nb₅Si₃;涂层在1 600℃高温下氧化2 h,氧化反应主要发生在表面的疏松层，Si、Zr、Ti、Cr等元素发生了选择性氧化，ZrO₂作为“氧化物钉”弥散在SiO₂玻璃膜中，涂层展现出良好的抗高温氧化性能。熔烧温度为1 350℃样品的抗高温氧化性能最优。     

铸造Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金热处理析出相转变及其对力学性能的影响

目的 为满足高速列车关键部件的轻量化需求,开发高性能铸造铝合金。方法 熔炼铸造了低锌、低镁且含微量钪的Al-5.78Zn-1.63Mg-1.75Cu-0.17Zr-0.22Sc(质量分数)合金,对合金实施了双级均匀化处理及“固溶+时效”(T6)工艺,结合光镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及透射电镜(TEM)多种分析测试手段,对比研究合金在铸态、均匀化态及T6处理态下的微观组织特征,重点关注了析出相的演变,并通过室温拉伸性能实验测试合金的力学性能。结果 铸态合金中的析出相以粗大的Mg(Zn,Cu,Al)₂相为主,且分布于晶界或枝晶界,在室温拉伸过程中粗大的Mg(Zn,Cu,Al)₂相割裂基体,造成合金在弹性变形阶段的脆断,基本无伸长率;双级均匀化处理后,晶界及枝晶间的第二相明显减少,晶内析出了大量的针状相Mg(Zn,Cu,Al)₂,而T6处理后,晶内针状相基本消失,时效过程中析出以η’-MgZn₂相为主的高密度弥散分布纳米析出相,其平均尺寸为(9.2±0.9)n...     

V2.46TiFe0.54Six(x=0.03～0.15)贮氢合金电化学性能的研究

研究了V2.46TiFe0.54Six(x=0.03～0.15)贮氢合金的相结构及其电化学性能.合金由BCC结构的V基固溶体主相和C14Laves第二相组成,C14Laves相以网状形式分布在BCC相的晶界上.随Si含量的增加,C14Laves相含量不断增大.电化学测试结果显示,合金的放电容量随循环次数的增加均显著降低.随x的增大,合金最大放电容量先增大后减小,在x=0.09时达到最大值,约522.6mAh/g;交换电流密度及氢的扩散系数则单调增大,倍率性能得到提高.     

合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mox(x=0、2、4、6)的组织结构及电化学性能研究

研究了合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mox(x=0、2、4和6)的相结构及电化学性能。结果表明,所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和C14型Laves相组成。电化学测试结果表明,合金的放电容量随着Mo含量的增加先增大后减小。在x=2时,合金具有最大的放电容量408.3mAh/g,20次循环后容量保持率为83.2%。合金的高倍率放电性能随着Mo含量和电流密度的增加而降低,x=2时,合金的倍率放电性能最好。     

退火温度对无镁La-Y-Ni系A2B7型合金相结构和电化学性能的影响

用XRD、SEM、EDS和电化学测试方法研究了退火温度对A₂B₇型La_0.33Y_0.67Ni_3.25Mn_0.15Al_0.1储氢合金微观组织和电化学性能的影响规律。结果表明, 合金铸态组织由2H-Ce₂Ni₇、3R-Gd₂Co₇、CaCu₅和3R-Ce₅Co₁₉型相组成; 随退火温度(850~950℃)升高, Ce₂Ni₇型主相丰度和晶胞体积逐渐增加, 至950℃退火后, CaCu₅和Gd₂Co₇型相基本消失, 主相Ce₂Ni₇型相丰度和晶胞体积均达到最大值; 退火温度≥950℃时, Ce₂Ni₇型和Ce₅Co₁₉型相丰度分别又有所减少和增加。950℃退火合金具有较低的放氢平台压(1.92~8.70 kPa)和较高的电化学放电容量(371 mAh/g), 经100次充放电循环后其容量保持率S₁₀₀达到89%。退火合金电极的HRD性能均得到不同程度的提高, 其中950℃退火合金具有最佳的大电流放电性能(HRD₉₀₀=83.4%)。氢在合金中的扩散是影响其高倍率放电性能的控制因素。     

Ti-V基固溶体/AB5型镧镁基合金复合储氢材料的结构与电化学性能

两步电弧熔炼法制备Ti_0.10Zr_0.15V_0.35Cr_0.10Ni_0.30 + 5wt% La_0.85Mg_0.25Ni_4.5Co_0.35Al_0.15复合储氢合金, X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)显示: 复合储氢合金的主相是体心立方结构的钒基固溶体相和六方结构的C14 Laves相, 复合过程中生成了第二相. 电化学研究表明: 复合过程中存在明显的协同效应; 在303 K时, 复合合金电极的实际最大放电容量为361.8 mAh/g; 在233 K时, 复合合金电极的低温放电能力(LTD)是母体合金电极的4.05倍. 与母体合金电极相比, 复合合金电极的高倍率放电性能(HRD)提高了26.87%, 电荷转移电阻(R_ct)减小了37.25 mΩ, 同时交换电流密度(I₀)增大了115.45 mA/g, 合金体内氢的扩散系数(D)增大了6.13×10^-10 cm²/s.     

Ti-Mn基Laves相贮氢合金的研究

采用P-C-T曲线测试和XRD分析研究了Ti/Zr比变化对Ti-Mn基Laves相贮氢合金贮氢性能的影响.实验结果表明,随Ti/Zr比降低,合金放氢压力降低,贮氢量略微增加,平台坡度变陡.同时还研究了Mn/Cr比变化对Ti-Mn基Laves相贮氢合金晶体结构、活化性能以及贮氢性能的影响.着重探讨了Mn/Cr比变化时影响合金平衡压力的2个因素.对(Ti0.85Zr0.15)Mn1.4Cr0.2V0.32Fe0.08(x=-0.025,0,0.05,0.1)系列合金,根据其P-C-T测试和XRD分析结果,讨论了x的变化对合金贮氢量、平衡压力、α区宽度的影响.     

合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mox（x=0、2、4、6）的组织结构及电化学性能研究

研究了合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mo x(x=0、2、4和6)的相结构及电化学性能。结果表明,所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和C14型Laves相组成。电化学测试结果表明,合金的放电容量随着Mo含量的增加先增大后减小。在x=2时,合金具有最大的放电容量408.3mAh/g,20次循环后容量保持率为83.2%。合金的高倍率放电性能随着Mo含量和电流密度的增加而降低,x=2时,合金的倍率放电性能最好。     

Zr-2合金表面ZrO2/Cr复合膜的高温蒸汽氧化行为

用微弧氧化(MAO)和磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)在Zr-2合金表面制备ZrO₂/Cr复合膜,用热重分析仪(TGA)评估了Zr-2合金基体和ZrO₂/Cr复合膜在900～1100℃蒸汽环境中的抗氧化性能,并分析其氧化后氧化层的截面结构、相组成和成分深度分布。结果表明,在900、1000和1100℃蒸汽环境中分别氧化3600 s后,ZrO₂/Cr复合膜试样单位面积增重约为Zr-2合金基体的3/8、1/4和2/5。在高温蒸汽环境中,ZrO₂/Cr复合膜表面氧化生成的致密Cr₂O₃膜能抑制氧向内扩散,提高锆合金的抗蒸汽氧化性能,阻止锆试样在1000℃蒸汽环境中出现分离氧化。ZrO₂/Cr复合膜的表面Cr层完全消耗前,Cr涂层的氧化主要取决于铬向外扩散,而不是氧向内扩散。在蒸汽氧化过程中,MAO膜的中间层能抑制氢渗透进入锆合金基体。     

Cr8Nb3CSiMnTi系堆焊合金的组织及耐磨性研究

为解决中铬合金耐磨性不足的问题，采用“复合粉粒+H08A实心焊丝”埋弧焊方法制备Cr8Nb3CSiMnTi系中铬耐磨合金，借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及附属能谱仪(EDS)等手段，研究了碳含量对该合金组织和耐磨性的影响。结果表明：中铬堆焊合金的基体由α-Fe构成，硬质相包括(Fe, Cr)₇C₃、(Fe, Cr)₃C碳化物和(Nb, Ti)C等相；随着碳含量升高，α-Fe固溶的铬含量持续减小，沿晶(Fe, Cr)₇C₃型碳化物数量增多，形态从孤立状依次改变为树枝状、定向聚集态等，与(Nb, Ti)C相的间距随之减小。湿砂橡胶轮式磨损试验结果显示，随碳含量提高，堆焊合金的耐磨性先显著改善然后降低，这主要与沿晶碳化物(Fe, Cr)₇C₃数量提高以及其与(Nb, Ti)C相的间隔距离改变有关；堆焊合金的韧性则先持续下降，然后上升，这不仅决定于基体数量，而且与沿晶碳化物的形态及其分布有关；其磨损机制包括显微切削和剥落，以显...     

Cr对FeCoNiAlCrx高熵合金组织与力学性能的影响

采用真空电弧熔炼法制备FeCoNiAlCr_x(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,原子比，下同)高熵合金铸锭，探究Cr含量对该合金微观结构、组织及力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对合金相结构、微观组织及成分进行分析表征；采用万能试验机对合金压缩性能进行测试。结果表明：随着Cr含量的增加，合金的微观结构由单相BCC结构转变为BCC+FCC混合结构；合金微观组织由等轴晶逐步转变为树枝晶，并且合金晶粒尺寸发生了明显细化。本实验制备的五种合金都具有较好的力学性能，合金的抗压强度随着Cr含量的增加大幅度增强，当x=0时合金抗压强度和塑性应变最低，分别为1500 MPa和13.56%;当x=0.8时，合金抗压强度和塑性应变达到最大，分别为2460 MPa和30.09%;合金抗压强度的增幅达64%。这表明Cr添加对FeCoNiAlCr_x高熵合金的组织细化、抗压强度和塑性的提升具有重要作用。