Fe-Ni-C体系高温高压生长金刚石单晶的碳源供给

在Fe-Ni-C体系中高温高压生长金刚石单晶,通过对触媒和金属包覆膜的物相结构表征、相图分析以及热力学计算等方法探讨金刚石形核长大的碳源供给。研究发现:在金刚石形核的初期,由于石墨的不断熔入,触媒熔体会迅速形成对碳的过饱和溶液,并析出初生渗碳体。金刚石单晶合成之后触媒和金属包覆膜的组织与物相均以渗碳体为主。相图分析发现,金刚石的形核长大伴随有渗碳体的分解。热力学计算表明,在金刚石稳定生长区域,渗碳体向金刚石转变的相变自由能比石墨-金刚石的相变自由能更负。由此说明,Fe-Ni-C体系高温高压生长金刚石单晶的直接碳源并非石墨,而是渗碳体,即金刚石单晶来源于渗碳体高温高压的金刚石化而不是石墨的直接转化。     

GCr15钢轴承套圈表面脱碳层形成机理

根据相图热学平衡原理和不同气氛碳势的影响,提出了GCr15钢轴承套圈表面脱碳层的形成过程和形成机理。结果表明:炉内气氛碳势等于或大于GCr15钢二相区平衡奥氏体碳含量时,获得正常显微组织;随碳势降低,套圈表面先出现半脱碳层,显微组织变化表现为渗碳体数量减少、铁素体(叠加原始铁素体)增加及团块片状珠光体生成;碳势继续降低后,套圈由外到里生成全脱碳层+半脱碳层。     

钢的结构、组织和性能

第四章合金元素对铁碳合金的影响 4.1 α相区和γ相区本书不可能详尽地考察合金元素对铁碳平衡图的全部影响,即使最扼要的阐述也需分析大量的、温度范围很宽的三元合金相图。Wever曾指出,铁的二元平衡系统可分为开放γ相区、封闭γ相区、扩展γ相区     

低压下用CO H_2气体制备人造金刚石的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了低压下由CO＋H2气体制备人造金刚石的相图．这些相图与经典的平衡热力学理论计算的相图不同，都有一个金刚石生长区．金刚石生长区的存在是实现用CO＋H2气体制备人造金刚石的热力学基础．本文认为相图中的金刚石生长区是体系中超平衡氢原子和超平衡氧原子对金刚石相和石墨相不同作用的结果．不同压力下相图中金刚石生长区的范围稍有不同，压力降低时，金刚石生长区将向低CO浓度的方向移动．本文还将计算的结果与报道的实验结果进行了对比分析，两者基本相符．     

氢电弧等离子体法制备碳包铁纳米粒子

采用氢电弧等离子体法制备了碳包铁纳米粒子,通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、热重-差热分析仪(TG-DSC)等分析手段对粒子的成分、形貌,相结构,热性能等进行了表征.结果表明,制备的粒子中含有α-Fe、Fe3 C、无定形碳和石墨,没有铁的氧化物相出现.铁粒子外碳层的厚度为5～15nm,碳包铁纳米粒子的熔点为1360℃,碳层的存在增强了纳米粒子的抗酸蚀能力.     

铁碳合金相图的应用研究

在研究铁碳合金的时候,铁碳合金相图是非常重要的工具,在研究铸铁以及碳钢的温度、性能、成分以及组织之间关系的时候有重要作用,也是各种热加工工艺的基础。本文结合了一些实际例子来对铁碳合金相图的应用进行了研究。     

Al-Y包晶合金非平衡凝固过程及组织特征

包晶凝固过程中小平面-小平面两相复相生长方式是凝固领域研究的一个热点。以初生相和包晶相都是严格计量比金属间化合物的Al-Y包晶合金作为研究对象,利用DSC热分析技术,严格控制冷却速度,获得不同凝固条件的非平衡凝固试样,研究了两相为小平面相的Al-Y包晶合金的凝固行为。发现小平面-小平面包晶系合金包晶凝固过程中,非平衡凝固特性及宏观偏析特点比非小平面包晶系更加明显。凝固特征温度与平衡相图偏差明显,包晶反应温度和包晶相直接凝固温度都远高于平衡相图给定的值,相对于相图是在"过热"条件下发生的,而固溶体型包晶合金一般是在"过冷"条件下发生的。包晶转变过程非常微弱,致使初生相残留量远高于平衡相图。即使对于过包晶成分的合金,其凝固组织中仍存在大量的共晶凝固组织,最终得到的凝固组织与平衡相图存在显著差异。     

钢的结构、组织和性能

第十一章奥氏体钢11.1 引言有些元素如镍、锰可以使铁-碳相图中的γ相区扩大(见第四章)。合金元素的加入量足够,可以使面心立方体奥氏体相在室温时,以稳定态或亚稳定态存在。在碳钢中加入铬会使γ相区缩小,而有利于铁素体形成。但若将铬加入含镍的钢中,则会延缓γ→α相变动力过程,以致易于在室温下保留奥氏体。由于铬的存在使钢表面形成一层很薄的氧化膜,使钢     

碳弧法制备碳包铁纳米颗粒的研究

用直汉碳弧法制备碳包铁纳米颗粒,应用透射电镜（ＴＥＭ）、Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ）和穆斯堡尔谱学进行研究,结果表明,当阳极复合棒中为纯铁粉加石墨粉时,出现３种碳包铁纳米颗粒：α－Ｆｅ,渗碳体（Ｆｅ３Ｃ）和奥氏体;当阳极复合棒中为Ｆｅ２Ｏ３加石墨粉时,出现４种碳包铁纳米颗粒：α－Ｆｅ,渗碳体,奥氏体和ＦｅＯ。它们的尺寸大小在５～５０ｎｍ范围。     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

铁碳相图的发展和展望

自从1868年和1888年和Osmond先后提出了变态点的理论、1896年Sauveur发表了最早的铁碳相图以来,铁碳相图的内容屡有改变。本文对此作了系统的回顾并提出展望。     

直流碳弧法制备碳包覆铁纳米颗粒机理研究

采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,利用透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、X射线能谱仪对样品的形貌、物相结构、化学成分和粒度进行表征分析,并对碳包覆纳米金属颗粒的形成机理进行初步探讨。结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的铁核(bcc-Fe)/碳壳(石墨层片)包覆结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20~60nm范围,平均粒径为44nm,铁粒子外碳层的厚度为5~8nm。碳包覆铁纳米铁颗粒是通过颗粒内部固态形式的碳自行扩散至颗粒表面和颗粒外部气态形式的碳沉积到颗粒表面形成的。     

铁基触媒的组织结构对合成金刚石的影响

采用粉末冶金铁基触媒在六面顶压机上高温高压合成金刚石.使用高性能金相显微镜,扫描电子显微镜和X射线衍射仪对合成之后触媒的组织结构进行系统的表征.试验发现,触媒组织主要由粗大的板条状初生渗碳体和细密的共晶莱氏体构成;金刚石生长效果不好时,触媒组织中夹杂有团絮状石墨.分析认为,初生渗碳体极有可能就是金刚石生长的直接碳源,即高温高压下溶解于触媒熔体的石墨首先与触媒合金形成碳化物,在触媒的催化作用下,碳原子自渗碳体脱溶,沉积到金刚石表面,完成金刚石的生长.     

钢中渗碳体特性的理论计算与实验研究

采用第一性原理方法计算了钢中渗碳体的电子结构、力学与物理性能.确定了不同结构Fe3C、Fe2C及Fe5C2等铁碳化物之间的稳定性,从原子和电子层次揭示了添加合金元素与附加应力对渗碳体相稳定性的影响规律与机制.研究了珠光体渗碳体在大冷变形及退火过程中的演变规律,建立了共析珠光体钢在大冷变形过程中铁素体的碳过饱和度与冷轧压下率问的定量关系,阐明了添加元素Cr、Mn、Si对冷变形过程中渗碳体溶解行为的影响规律,给出了重度冷轧后珠光体钢的退火组织分为细晶区与粗晶区的有力判据,分析了粗晶区与细晶区中渗碳体颗粒随退火时间的变化规律,发现2个区域内珠光体渗碳体颗粒的粗化动力学均符合关系式d=ktn,但渗碳体颗粒的粗化机制不同,而且进一步研究了Cr、Mn、Si等元素对2个区域内渗碳体颗粒粗化机制的影响规律.此外还研究了中高碳钢在温变形与热变形条件下渗碳体的球化规律,提出了高碳珠光体钢在不变形、中碳钢在珠光体区大变形条件下渗碳体的快速球化工艺,为进一步深化与丰富钢铁材料的超细化理论及其工业化应用提供了理论与实验支持.     

HfC-SiC在高温下的氧化热力学研究

采用平衡热力学方法研究了复合材料HfC-SiC在高温下的氧化行为。结果表明,温度对HfC和SiC的氧化先后顺序及氧化产物中是否有固相碳残余具有重要影响。在低温区(T≤1526.7℃)HfC先氧化,在高温区(T≥1799.0℃)SiC先氧化,而在中间温区(1526.7℃T1799.0℃)HfC和SiC同时发生氧化。HfC中Hf和C分别氧化且C以石墨C(s1)残余的临界温度是T≤1526.7℃;SiC中C组分以石墨C(s1)残余的临界温度是T≤1381.4℃。由此提出了HfC-SiC高温氧化的机理模型。本文计算结果与相关实验报道和理论计算结果一致,可为HfC-SiC在高温下的实际应用提供理论指导。     

Ni含量对钒钛磁铁矿原位合成制备铁基摩擦材料的影响

以钒钛磁铁矿为主要原料,利用选择性碳热原位还原技术真空烧结制备铁基摩擦材料,研究添加合金元素Ni(1%~4%,质量分数,下同)对铁基摩擦材料的微观组织、力学性能及摩擦磨损行为的影响。结果表明:烧结试样由铁基体、润滑相石墨和硬质相(主要为TiC)3种组元构成,其基体组织主要是层片状的珠光体,具有较高强度和硬度。与未添加Ni的试样相比,添加Ni对铁基摩擦材料的组织和性能有不同程度的促进作用。添加少量的Ni(1%~2%)能有效促进材料烧结致密化,材料中的孔隙细小且数量较少,硬质相和石墨均匀分布,硬度和摩擦磨损性能均随着Ni含量的增加大幅度提高。但当Ni含量超过2%时,烧结试样中出现较大的孔洞并且石墨与硬质相均出现偏聚,材料硬度逐渐降低,磨损率和摩擦因数均随Ni含量的增加而有所增大。综合而言,当Ni含量为2%时材料的组织结构和性能均达到最佳。     

低压下用CO＋H2气体轩人造金刚石的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了低压下由ＣＯ＋Ｈ２气体制备人造金刚石的相图，这些相图与经典的平衡热力学理论计算的相图不同，都有一个金刚石生长区，金刚石生长区的存在是实现用ＣＯ＋Ｈ２气体制备人造金刚石的热力一文认为相图中的金刚石生长区是体系中体系中超平衡氢原子和超平衡２氧原子对金刚石相和石上不同作用的结果，不同压力下相图中金刚石生长区的稍有不同，压力降低时，金刚石生长区将向低ＣＯ浓度的方向移动，本文还将     

工业配煤焦炭中复杂微结构、组分及其化学状态分析

用XRD、HRTEM、XPS以及SEM/EDS等手段对配合煤大生产焦炭进行表征和分析,研究了焦炭基质中碳质微晶结构、碳与氧等元素的结合形态,以及矿物质在焦炭基体中的存在形态,揭示了焦炭的本征结构。结果表明,焦炭中碳质结构是由结构规整的类石墨微晶和形状结构不规则的无定形炭构成,其中类石墨层片大小约为4 nm,堆叠厚度约为1.9 nm,且空间排列较为有序。碳与氧的结合形式主要是碳氧单键,其次是羧基和羰基,碳氧键合对焦炭中的类石墨微晶结构有一定的破坏,从而对焦炭的反应性(CRI)、反应后强度特性(CSR)产生影响。焦炭中的灰分主要有SiO_2和"Al-Si-金属元素"两种矿物形式存在,且复合氧化物熔点较低,在焦炭基质中呈现球状形态。     

铁尾矿及其反应烧结多孔陶瓷的制备与性能研究

为拓展铁尾矿的资源化利用途径,本研究分别以细颗粒高硅铁尾矿、铁尾矿+石墨粉以及铁尾矿+石墨粉+碳化硅粉为原料,采用泡沫注凝成形-常压烧结、泡沫注凝成形-反应烧结和模压成形-反应烧结工艺制备了铁尾矿多孔陶瓷和三种以碳化硅为主晶相的多孔陶瓷。通过DSC-TG和XRD分析,研究了铁尾矿自身的烧结过程以及铁尾矿与石墨之间的碳热还原反应烧结过程,对比分析了四种多孔陶瓷材料的孔隙率、压缩强度、热导率等性能。结果表明,以铁尾矿为原料可制备具有较高孔隙率(87.2%)、压缩强度(1.37 MPa)和低热导率(0.036 W/(m·K))的铁尾矿多孔陶瓷,它是一种高效保温隔热材料;利用铁尾矿与石墨之间的碳热还原反应可获得碳化硅多孔陶瓷,其热导率显著提高,但强度偏低;而在原料中加入部分碳化硅,可以明显改善多孔陶瓷的压缩强度,获得具有高孔隙率(91.6%)、较高压缩强度(1.19MPa)和热导率(0.31W/(m·K))的碳化硅多孔陶瓷,它可作为轻质导热材料或复合相变材料的载体使用;与泡沫注凝成形工艺相比,采用模压成形工艺制备的碳化硅多孔陶瓷虽然孔隙率有所降低(79.3%),但热导率得到显著提升(1.15 ...     

Ni在球墨铸铁中的行为及作用

采用电子探针、图像处理和差热分析仪等测定观察了Ｎｉ在球铁中的偏析分布特性，研究分析了Ｎｉ对铸态态球铁组成比例，Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ平衡相图Ｍｓ点和贝氏体转变动力学的影响及其机制，结果表明：Ｎｉ在球铁中呈连续负偏析，其加入可以改变铸态球铁中各组成相的比例，使得Ｍｓ点降低，奥氏体稳定性增加，等温转变过程中，贝氏体转变速度减慢。