FeCrNiAl系高熵合金高温氧化行为及组织演变研究

研究了FeCrNiAl系高熵合金的高温氧化行为,建立了合金的氧化动力学模型,同时借助XRD、SEM和能谱分析,对合金氧化物相结构及形貌和成分进行表征,分析了合金的氧化机理。结果表明合金在800~1000℃都是完全抗氧化的,随着氧化温度的提高,合金氧化速率先增加后减小,1000℃的平均氧化速率小于800℃的平均氧化速率;各个温度下试样单位面积的氧化增重与氧化时间的关系满足抛物线规律,计算得到合金的氧化激活能为167.507 kJ/mol;800℃下枝晶内的氧化产物全部是棒状的金红石结构TiO_2,而枝晶间氧化产物则主要是片层状、紧密相连的Cr_2O_3和TiO_2;900和950℃下形成的氧化膜中主要氧化物均为TiO_2,900℃还含有Cr_2O_3和Fe2O3,950℃氧化膜中还含有α-Al_2O_3。在1000℃合金表面仅形成致密的α-Al_2O_3薄膜,使合金表现出更为优异的抗氧化性能。     

Al_(0.5)CrCoFeNi高熵合金高温氧化的研究

采用真空电弧炉在氩气保护下熔炼Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金,在不同温度(800~1100℃)下进行100 h的高温氧化实验,测定其氧化动力曲线,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分析氧化层结构和形貌。结果表明:Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金在800和900℃形成的氧化膜较完整且致密,具有较为优异的抗氧化性能。在1000和1100℃形成的氧化膜较厚,膜内有大量裂纹与孔洞,抗氧化性能较差。氧化初期,界面反应起主导作用,随着氧化膜的生长,扩散过程发挥越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素,以致一种或多种合金元素氧化物在表面析出,形成尖晶石类内层氧化物Ni Cr2O4、Co Cr2O4、Fe(Cr,Al)2O4内氧化层。在高温氧化过程中,N2会参与反应,与Al发生较强反应,生成Al N颗粒,进一步的氧化过程使Al N再次氧化,N2逃逸,留下具有Al N外形的空洞。     

高熵合金抗高温氧化机理研究展望

近年来高熵合金因具有许多优于传统合金的性能备受瞩目,而高温氧化问题大大限制了其发展应用。多元组成使高熵合金的高温氧化过程不同于单一金属,不同氧化阶段的动力学规律有很大不同。氧化前期多种元素发生氧化反应,氧化物种类和氧化膜结构随时间发生变化,直到稳定氧化阶段氧化产物才固定存在。本文从初期选择性氧化、过渡态氧化和稳定氧化期3个阶段深入剖析高熵合金高温氧化各个过程的详细机理,并总结相应的改善高温抗氧化性能的方法,为高熵合金材料设计和性能调控提供重要的理论依据。     

NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为

采用循环氧化考核法以及借助XRD、SEM等技术对电弧熔炼制备的NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为进行了研究。结果表明:NbZrTiTa高熵合金在1000～1400℃温度范围内的氧化速率常数和氧化激活能分别达到1.1×10~(-7)～1.0×10~(-6) g~2·cm~(-4)·s~(-1)和97 kJ/mol。NbZrTiTa高熵合金的氧化反应类型为内氧化。高温氧化过程中,氧元素沿具有强晶格畸变和大量位错的富TiZr区扩散,并与金属组元发生反应依次生成不饱和氧化物和饱和氧化物。在组元的高活性以及严重的晶格畸变的共同作用下,NbZrTiTa高熵合金具有极高的氧化活性,展现出了较强的作为结构释能材料的应用潜力。     

高熵高温合金的研究进展

高熵高温合金作为金属结构材料领域的研究热点,因其在极端环境下的潜在应用价值受到广泛关注。系统阐述了高熵高温合金的组成特征与微观结构设计：在元素组成方面,采用等原子比或近等原子比的多元组分配比构建高熵体系;在组织结构方面,通过面心立方固溶体基体与有序析出相的协同作用实现性能优化。研究显示,HESA在宽温域(20～1 200℃)内均能保持优异的强塑性匹配,其力学性能稳定性源于多尺度强化机制的协同作用,包括固溶原子引起的晶格畸变强化、纳米级有序析出相带来的第二相强化,以及晶界工程调控实现的晶界强化。最后对高熵高温合金的研究应用前景进行了展望。     

AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金的高温氧化行为

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼法制备AlCoCrFeNiTi_(0.5)多主元高熵合金,研究合金在800、900、1000和1100℃下的高温氧化行为,采用XRD,SEM及EDS对氧化膜的成分及形貌进行了分析,探索了合金的氧化机制。结果表明,合金的氧化动力学曲线在800和900℃时近似遵循六次方抛物线规律,在1000和1100℃时近似遵循四次方抛物线规律。合金具有优异的抗氧化性,在800、900和1100℃下为抗氧化级别,而在1000℃下为完全抗氧化级别。合金的氧化主要发生在枝晶间和共晶区,呈岛状团聚堆叠生长,1100℃氧化时该区域的氧化物发生明显剥落,氧化产物主要是TiO_2、Fe_2TiO_5和FeCr_2O_4等;而枝晶相的氧化产物较单一,1000℃及以下温度氧化时为弥散分布的Al_2O_3颗粒,1100℃氧化时为致密的Al_2O_3氧化层。高温氧化后,合金基体相结构稳定,未出现软化现象。     

3d过渡金属高熵高温合金的研究进展

高熵合金作为一类新型的合金材料,近年来在众多领域引起了广泛关注。与传统合金不同,高熵合金由多种主元组成,特殊的组织结构赋予此类合金优异的综合性能,尤其是优异的高温力学性能。首先介绍了3d过渡金属高熵高温合金(3d-TM HESA)的制备方法,以及相组成及其影响因素;然后概述其室温/高温力学性能和强化机制,并对高温氧化性能与蠕变性能进行总结;最后对高温高熵合金的应用前景进行了展望,并提出了目前所面临的挑战。如何设计新型耐高温高熵合金将是未来研究的热点和难点。     

Al0.5FeCoCrNi(Si0.2,Ti0.5)高熵合金的高温氧化性能

采用真空电弧炉熔炼制备了Al0.5FeCoCrNi,Al0.5FeCoCrNiSi0.2和Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金(下标均表示摩尔比)。研究了三种高熵合金在900℃空气中的抗氧化性能,并用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪对不同成分高熵合金氧化层的形貌、成分和结构进行了对比分析。结果表明,三种高熵合金在900℃下均属于抗氧化级。Al0.5FeCoCrNi合金和Al0.5FeCoCrNiSi0.2合金的氧化增重曲线相似,Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金的氧化增重速率较大。Al0.5FeCoCrNi,Al0.5FeCoCrNiSi0.2高熵合金表面均生成Cr2O3氧化物,内部均生成少量AlN颗粒;Al0.5-FeCoCrNiTi0.5高熵合金氧化产物为CoFe2O4尖晶石氧化物及富含钛和铁的复杂氧化物,内部产生少量氮化物颗粒。     

Al0.5CoCrFeNi高熵合金高温腐蚀行为研究

采用真空电弧熔炼炉制备了Al0.5CoCrFeNi高熵合金(下标表示摩尔比).研究了高熵合金在800、900℃的75wt％Na2SO4+25wt％NaCl熔盐中抗高温腐蚀性.利用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪分析高熵合金的腐蚀层形貌、成分和组织结构.结果表明:高熵合金在熔盐中的腐蚀质量损失较严重,随腐蚀温度升高,抗腐蚀性下降;腐蚀层出现明显分层,合金表面生成了疏松多孔的NaFeO2等多种混合氧化物;合金腐蚀过程发生内氧化和内硫化,内层生成Al2O3、CrO3混合氧化物及Cr5S6硫化物.     

硼对AlFeCoNi高熵合金组织和高温氧化性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)高熵合金,并对其微观组织和高温氧化行为进行了研究。结果表明:随B含量的增加,AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)合金组织从单一的B2结构转变为B2结构+(fcc_1+fcc_2)共晶组织。AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)合金于900℃高温氧化后,随B含量的增加,合金外层CoFe_2O_4氧化物的厚度增加较快,而内层Al2O3氧化物的厚度基本不变,但当B含量超过0.15%(原子分数)时,氧化膜连续性变差。当B含量为0.15%时,AlFeCoNiB_(0.15)高熵合金的氧化增重最小,氧化膜与合金基体结合良好,抗氧化性最优。     

ZnTi层状双氢氧化物的制备及其缓蚀和抑菌性能研究

目的制备具有缓蚀和抑菌双重作用的ZnTi层状双氢氧化物(LDHs)。方法通过反相微乳法,一步合成插层缓蚀剂维生素C(Vitamin C, Vc)和香草醛(Vanillin, Van)的ZnTi-LDHs。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)对制备的LDHs进行形貌、结构和成分表征;通过电化学阻抗谱(EIS)研究其缓蚀性能;通过紫外分光光度计(UV-vis,UV5200)测定细菌悬浮液在600 nm处的吸光值,绘制细菌生长曲线,研究其抑菌效果。结果制备的LDHs为典型的二维片层状结构,合成插层缓蚀剂后,XRD图谱中(003)和(006)特征峰明显向高度数偏移,FTIR具有明显的Vc和Van的特征吸收峰,表明缓蚀剂成功负载到LDHs层间。电化学阻抗谱测试结果表明,所制备的LDHs对碳钢具有较好的缓蚀效果,24h后,ZnTi/Vc-LDHs与ZnTi/Van-LDHs的缓蚀效率分别达到90.47%和91.97%。细菌生长曲线测试结果表明,制备的ZnTi-LDHs可以无选择性地抑制金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E.coli)的生长,ZnTi/Vc-LDHs最高可抑制97.22%的金黄色葡萄球菌生长,ZnTi/Van-LDHs最高可抑制98.30%的大肠杆菌生长。结论 ZnTi/Vc-LDHs与ZnTi/Van-LDHs不仅具有较好的缓蚀效果,而且能够有效地抑制细菌生长。     

介电衬底上利用常压CVD直接生长石墨烯复合纳米银表面增强拉曼研究

目的 为了进一步完善Ag基表面增强拉曼(SERS)基底,提升其性能,设计了制备SERS基底的新型方法,采用2种方法制备分别得到转移石墨烯纳米银复合SERS基底(Transfer-G/Ag/SiO2基底)和纳米银石墨烯复合基底(Ag/G/SiO2基底),并对2种基底的增强效果从增强因子、热稳定性、重复性的角度进行比较。方法 使用常压化学气相沉积(APCVD)在二氧化硅和铜表面同时生长石墨烯,使用多元醇水热法制备纳米银,前者与纳米银复合得到Ag/G/SiO2基底,后者将生长出的石墨烯转移后与纳米银制备得到Transfer-G(Cu)/Ag/SiO2基底,以传统方法制备的Transfer-G/Ag/SiO2基底为对照,评价制备的Ag/G/SiO2基底的增强性能。结果 使用拉曼测试平台选用低功率532 nm激光测量10^‒6 mol/L罗丹明6G(R6G)探针分子的SERS拉曼光谱,比较2种基底的性能。计算得到2种基底基于10^‒6 mol/L R6G的增强因子,Transfer-G/Ag/SiO2基底的增强因子为9.93×10⁵,Ag/G/SiO2基底的增强因子为9.23×10⁵。测试Ag/G/SiO2的稳定性得到,在611、1 362、1 648 cm^‒1处特征峰的RSD值分别为9.80%、14.08%、18.18%,数值均低于20%,甚至在611 cm^‒1和1 362 cm^‒1处的RSD值分别低于10%和15%。结论 Ag/G/SiO2基底的SERS效果与传统方法制备的Transfer-G(Cu)/Ag/SiO2基底相比增强效果同样显著,表现在:两者增强因子基本相同,且都具有很好的热稳定性、均匀性和高度重复性。由于使用水热法提高了纳米银的制备效率,并且石墨烯生长避免转移过程,减少对石墨烯的物理损伤和化学药品的化学损伤,确保原位生长石墨烯的质量,进而提高Ag/G/SiO2基底的性能,为快速制备高性能SERS基底提供可行方法。     

含La2O3奥氏体不锈钢堆焊合金层晶粒细化机制及对其耐腐蚀、磨损性能的影响

目的通过在超低碳Cr19Ni10不锈钢堆焊合金中加入稀土氧化物La₂O₃,细化其微观组织,获得力学性能、耐腐蚀性能和耐磨性能等综合性能优良的堆焊合金层。方法采用添加La₂O₃的超低碳Cr19Ni10不锈钢焊条制备了四种不锈钢堆焊合金。采用X射线荧光光谱、红外碳硫分析仪和X射线衍射分析仪,对堆焊合金层的元素组成和相组成进行了测定。采用金相显微镜和晶粒度统计软件,对堆焊合金层的微观组织形貌进行观察,并对晶粒度进行了统计分析。采用显微维氏硬度计和纳米压痕仪对堆焊合金层的硬度和杨氏模量进行了测定。采用电化学工作站和CSM摩擦磨损试验机对堆焊合金层的耐腐蚀性能和耐磨性能进行了评价,并且采用白光共聚焦显微镜对磨损后的磨痕形貌和尺寸进行了观察和测定。采用二维晶格错配度理论,对La₂O₃/γ-Fe界面间的晶格错配关系进行了计算。结果在堆焊合金层中加入La₂O₃,随着La₂O₃加入量的增加,堆焊合金层奥氏体晶粒细化越明显。当La₂O₃的添加量由0%增加至1.5%时,奥氏体晶粒平均面积由400μm2减少为210μm2。堆焊合金层加入La₂O₃,可以明显提高其力学性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能。当La₂O₃的添加量由0%增加至1.0%时,堆焊合金层的微观硬度由180HV增加到225HV,宏观硬度由125HBS增加到150HBS,杨氏模量由186 GPa左右增加到217 GPa,腐蚀电位由-0.4 V增加到-0.25 V,磨痕深度由50μm减小到10μm。La₂O₃（001）面和γ-Fe（110）面的二维晶格错配度为8.7%（<12%）,说明La₂O₃可以作为γ-Fe的中等有效异质形核基底,从而细化了堆焊合金层中的奥氏体晶粒。结论 La₂O₃可以有效地细化奥氏体晶粒,改善堆焊合金层的力学性能,提高其耐腐蚀和耐磨损性能。但是,La₂O₃加入量存在一个最佳值,当La₂O₃的加入量为1.0%时,堆焊合金层的综合性能最好。     

双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场数值模拟与工艺研究

目的 研究双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场分布特性及其工艺参数对熔覆层形貌和几何特征的影响,为双线斑激光内送粉宽带熔覆在工件表面的强化、修复、改性以及宽带成形的应用提供试验与数据参考。方法 基于半椭球体热源模型,利用ANSYS软件对单道宽带熔覆过程中的熔池温度场进行数值模拟,并结合工艺试验分析离焦量、送粉速度、激光功率、扫描速度对熔覆层形貌和几何特征的影响。结果 利用半椭球体热源模型进行的数值模拟能够较为合理地反映出双线斑激光内送粉宽带熔覆过程的温度场分布,在离焦量为0 mm和负离焦量下,熔覆单道的温度分布云图均呈“带式彗星”状,熔覆层横截面上的高温区域呈现“平底形”分布,纵切面上的高温区域呈“V”形和不对称的“W”形,且两者随着深度的增加,均逐渐过渡到半椭圆形;离焦量、送粉速度、激光功率和扫描速度对熔覆层的宽度、厚度、稀释率及表面平整度都有很大的影响。结论 “带式彗星”状的熔覆单道温度分布,使得熔池前方温度梯度较大,后方温度梯度较小。横切面上“平底形”温度分布可以强化熔覆层与基体在宽度方向上的结合程度。在304不锈钢基板上熔覆KF-355金属粉末,选取离焦量为0 mm、送粉速度为45 ...     

Apatite coatings onto titanium surfaces submitted to laser ablation with different energy densities

Apatite coatings were deposited on titanium surfaces modified by Nd:YVO₄ laser at different energy densities in environment atmosphere. Apatite was synthesized by sol-gel method using calcium nitrate and phosphoric acid as precursors. The titanium modified surfaces were dip-coated into precursor solution and pre-fired at 700 °C in air for 3 h. Analyses by XRD, FTIR and SEM showed the formation of a mixture of phases: hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (β-TCP) onto the surfaces submitted to laser ablation. Surface Rietveld analysis showed that a larger amount of non-stoichiometric oxides produced by laser ablation resulted in greater formation of HA on the coating. However, more of the β-TCP phase than HA was observed on surfaces with low amounts of oxides.     

Influence of saccharin on morphology and properties of cobalt thin films electrodeposited over n-Si(100)

The use of additives to improve the quality of electrodeposited magnetic films is of current interest since magnetic films are widely used in data storage devices and sensors. This is a study of the influence of adding sodium saccharin in the electrodeposition of cobalt thin films on silicon, the most widely used material in magnetic recording media. Saccharin was added to the cobalt solution at three different concentrations: 10 g/l, 20 g/l and 50 g/l. The additive caused a morphological, microstructural and magnetic behaviour change in cobalt films. The levelling and brightening effect of saccharin was verified visually and by atomic force microscope. The films became single-phase structured by adding 50 g/l saccharin, on the contrary of the dual-phase structure found in the basic Co solution. The remanent magnetization (M_r) and the coercive field (H_c) of the films were improved and the metallic nuclei size decreased as the saccharin concentration increased.     

锂离子电池正极材料改性研究进展

在高里程新能源动力汽车、电网储能以及5G通信的大背景下,高能量密度的锂离子电池成为了当下研究的热点。而正极材料的比容量大小将直接影响电池的能量密度,因此亟需对正极材料进行改性以改善其性能指标。综述了层状、尖晶石状、橄榄石状正极材料的结构特点及电化学性能,包括晶体结构、电子结构、循环稳定性、离子迁移速率及倍率能力等,比较了各类正极材料的优劣,并对常用的改性手段进行了相应总结。归纳了各类典型的正极材料存在的问题及其发展瓶颈,其中包括晶型变化、导电性能差、电压衰减、电解液侵蚀等,并分析了引起容量损失的因素,如高开路电压引起的电化学极化、材料组成元素的配比、电极/电解液界面的表面活性等。在此基础上,重点综述了近年来针对不同类型正极材料的改性研究进展,其中阴、阳离子掺杂,表面包覆有机物或无机物,特殊形貌设计,选择合适的电解液和黏结剂等手段能有效改善正极材料的比容量及结构稳定性。最后以现有的改性方法及电池体系为理论基础,对今后改性手段的发展趋势以及将正极材料应用于其他电池体系的可能性进行了展望。     

Sn掺杂对SixSb100–x相变薄膜结晶行为的影响

目的 通过掺杂不同含量的Sn,提升SixSb100–x相变薄膜的结晶温度、热稳定性和相转变速度,得到一种环境友好型无Te相变薄膜材料.方法 利用三靶磁控共溅射的方式制备掺Sn的SixSb100–x相变薄膜,并采用真空四探针测试系统,得到电阻-温度数据以及不同升温速率下的电阻数据,从而通过Kissinger和Arrhen...     

Platinum colloid catalyzed etchingless gold electroless plating with strong adhesion to polymers

Echingless electroless plating (ELP) process that can produce gold thin film with strong adhesion to various polymer films has been developed. We have found that platinum (Pt) colloidal nanoparticles have excellent catalytic activity for ELP. The Pt colloidal nanoparticles can be immobilized via electrostatic interactions on a substrate simply by dipping it into a Pt colloid. Owing to the excellent catalytic property of the Pt nanoparticles, continuous gold thin films can be produced at room temperature using a simple cyanide-free gold electroless plating solution composed of chloroauric acid and hydrogen peroxide. The process requires no surface modifications for the immobilization of the catalyst, and by simple post-annealing the adhesion of the plated films to various polymer films can be improved by three orders of magnitude in comparison to that of “as-deposited” film. The process developed in this work is expected to be an environment-friendly thin metal film deposition process without the use of toxic and hazardous substances.     

碳毡硅化制备Si—SiC复相陶瓷显微组织研究

研究了浸渍和未浸渍树脂碳毡硅化处理后的显微组织。结果表明：未浸渍树脂碳毡硅化处理后显微组织为反应生成的细小碳化硅颗粒均匀分布在游离硅中;而浸渍树脂碳毡硅化处理后反应生成的碳化硅颗粒粒径大小不一,且分布不均匀。碳毡硅化得到Ｓｉ－ＳｉＣ复相陶瓷的主晶相为α－ＳｉＣ、β－ＳｉＣ和游离Ｓｉ,不同晶型ＳｉＣ的出现与试样烧结过程中Ｓｉ／Ｃ反应的放热过程有关。