具有大磁热效应的低钴含量Gd-Co-Al金属玻璃（英文）

磁制冷是一种具有广泛应用前景的制冷技术.文献表明,Gd基金属玻璃具有优异的磁热效应和优异的制冷能力.此类金属玻璃的开发通常需要先确定非晶的形成,再评价非晶形成合金的磁热效应.受制于传统的试错法,这一研发过程费时费力.本文以Gd-Co-Al合金体系为对象,通过组合制备和高通量结构表征快速揭示非晶形成成分范围,从而大幅减少需要单独测量磁热效应的成分空间.以文献数据呈现的规律为指导,在非晶形成合金中进一步获得三个具有大磁热效应的新成分:Gd₆₀Co₁₀Al₃₀,Gd₆₅Co₁₀Al₂₅和Gd₇₀Co₅Al₂₅.这三个新合金的磁热效应表明,Gd-Co-Al合金体系中存在一个临界Co含量和Gd/Co比例.超过临界值后,制冷能力达到饱和.这些研究结果有助于开发具有更大制冷能力的磁性材料.     

Al/Mo-C中间层对锆合金表面Zr2Al3C4涂层界面性能影响

锆合金表面涂层研究作为提高核燃料包壳事故容错能力的重要技术手段之一, 能够有效解决失水事故下锆水反应的问题。Zr₂Al₃C₄以其优异的抗氧化性能和适用于核环境的化学组分而成为锆合金包壳的候选涂层材料之一。由于Zr₂Al₃C₄涂层与锆合金基底之间的元素扩散以及热膨胀系数不匹配等问题, 在其上制备Zr₂Al₃C₄涂层的相关研究较少。本研究通过磁控溅射结合后续热处理工艺, 以Al/Mo-C作为扩散屏障层, 在锆合金基底上制备Zr₂Al₃C₄涂层。结合X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段, 研究了Al/Mo-C中间层对涂层的相和微观结构的影响。结果表明, 在800 ℃退火3 h后, 未添加中间层的涂层开裂, 同时由于Zr-Al-C涂层与基底之间存在明显的元素扩散, 导致Zr₂Al₃C₄无法成相。Al/Mo-C中间层作为扩散屏障, 能够有效阻止退火过程中Zr-Al-C涂层和基底之间的元素扩散, 从而大大降低Zr-Al-C涂层与标准化学量比的偏差, 有利于最终涂层中Zr₂Al₃C₄相的形成。此外, 该扩散屏障层能够抑制Zr₂Al₃C₄涂层在退火过程中产生裂纹, 同时将退火态涂层与锆合金基底的结合力提高30 N。     

基于Zr55Cu30Al10Ni5的块体金属玻璃成分优化设计及其晶化行为

参照Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅合金的成分并应用团簇加连接原子模型,设计具有高玻璃形成能力的Zr-Cu-Al-Ni体系成分。在Zr-Cu-Al-Ni四元体系中,先定出两个与金属玻璃形成相关的晶化相CuZr₂和CuZr,其中的局域结构可分别用团簇表述为[Cu-Zr₈Cu₄]和[Cu-Zr₈Cu₆],然后应用双团簇模型将这两个团簇按照1∶1的配比构建双团簇式,连接原子个数为2或4或6,由此确定总原子个数为30或32或34,进而选择双团簇式原子总数为32设计出最接近Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅合金的四元块体金属玻璃成分Zr₁₇Cu₁₀Al₃Ni₂≈Zr_53.1Cu_31.3Al<...     

陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al₂O₃和Si₃N₄,通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al₂O₃增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si₃N₄增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚...     

纳米多孔Fe-Si-B-P的脱合金制备及其电化学性能

在0.05 mol/L H₂SO₄溶液中对773～833 K热处理后的Fe₇₆Si₉B₁₀P₅非晶合金进行脱合金处理，采用脱合金法制备出Fe-Si-B-P纳米多孔材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段以及电化学工作站表征其表面形貌、微观结构和组成，研究其电化学性能。结果表明，热处理后的Fe₇₆Si₉B₁₀P₅非晶合金晶化为α-Fe、Fe₂B和Fe₃P相，在脱合金过程中α-Fe晶粒优先溶解形成纳米多孔结构，随着热处理温度从773 K提高到833 K材料中纳米多孔的孔径从150 nm增大到260 nm。同时，较大的比表面积提供更多的催化活性位点使纳米多孔Fe-Si-B-P具有比Fe₇₆Si₉B₁₀P₅非晶合金更优异的氧化还...     

洗涤和热处理对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料结构和电化学充放电性能的影响

用去离子水将原始的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料进行洗涤并分别在不同温度下处理相同的时间, 讨论了LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料结构、形貌以及电化学充放电性能的变化, 同时探讨了洗涤和热处理对材料结构、电化学充放电性能以及倍率性能影响的机理。XRD分析表明: 在洗涤和热处理之后, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料的I₍₀₀₃₎/I₍₁₀₄₎比值以及晶胞体积均有变小; 傅里叶红外光谱分析表明: 在洗涤和热处理之后, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料中形成了碳酸锂、镍化合物杂质及其相关变化。同时对洗涤和热处理前后LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂正极材料容量和倍率性能进行测试。容量测试结果表明: 原始样品以及处理后样品在30圈循环之后容量保持率分别为88.87%、 87.21%、85.43%和87.80%。     

FeCoZrNbB合金的晶化过程及磁性能

采用单辊快淬法制备Fe_81-xCo_xZr₇Nb₂B₁₀(x = 2, 4, 6) 系非晶合金,并对该系非晶合金进行热处理。利用X射线衍射和振动样品磁强计研究FeCoZrNbB 合金系的晶化过程和磁性能。结果表明,Fe_81-xCo_xZr₇Nb₂B₁₀(x = 2, 4, 6) 系合金在快淬速率为30 m/s时完全形成非晶。Fe₇₉Co₂Zr₇Nb₂B₁₀合金的晶化过程为非晶→非晶+α-Fe→α-Fe + Fe₃Zr + Fe₂Nb_0.4Zr_0.6;Fe₇₇Co₄Zr₇Nb₂B₁₀与Fe₇₅Co₆Zr₇Nb₂B₁₀合金的晶化过程相同为非晶→非晶+α-Fe→ α-Fe + Fe₃Zr →α-Fe + Fe₃Zr + Fe₂Nb_0.4Zr_0.6。Co 含量的增加抑制了退火后α-Fe晶相的形核,并促使Fe 3Zr化合物更易析出。Fe_81-xCo_xZr₇Nb₂B₁₀(x = 2, 4, 6) 合金的比饱和磁化强度( M_s) 和矫顽力 ( H_c) 随退火温度的变化趋势相同。530℃ 之前退火,随退火温度的升高M s增加并不明显 ; 530℃之后退火,M_s迅速上升。530℃ 退火,H_c达到最小值;高于530℃ 退火,H_c随退火温度的升高而增加。      

Er对ZrCuNiAl非晶合金结构、力学性能、热稳定性及非晶形成能力的影响

以(Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12)_100-xEr_x(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,原子分数,下同)系块体非晶合金为研究对象,通过改变微量元素Er的含量来研究Er对非晶合金的结构、力学性能、热稳定性及非晶形成能力的影响。结果表明:添加Er元素所制备出的试样都是完全非晶结构的合金。随着Er含量的增加,各试样的弹性模量呈现出先增大后减小,压缩塑性应变呈台阶式上升,x=0,x=0.5,x=1试样的塑性应变在4%的范围内波动;x=1.5,x=2,x=2.5试样的塑性应变在11%的范围内波动;x=3试样的塑性应变最高,其值为23.19%,弹性模量为37.76GPa,屈服强度为1604MPa,抗压强度为2068MPa,断裂强度为2060MPa;随着Er含量的增加,锆基非晶合金的热稳定性和非晶形成能力均先减小后增大。     

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。     

添加稀土Dy对Cu50Zr46Al4合金的非晶形成能力和力学性能的影响

使用铜模吸铸法制备Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x(x=0~4)系列合金,研究了Dy对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,添加1%~2%(原子分数)的Dy能明显提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的热稳定性和非晶形成能力。添加适量的Dy能提高体系的强度和塑性变形能力。还讨论了添加Dy元素影响Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x体系非晶形成能力和力学性能的机理。     

Compressive fracture of Zr55Al10Ni5Cu30 bulk amorphous alloy at high temperatures

The fracture behavior of the Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀ bulk amorphous alloy under uniaxial compression at high temperatures has been investigated. At room temperature, the fracture occurred along the maximum shear plane which declined by 45° to the direction of the applied load, and a crack with serrated edge appeared on the ridge of the veins at the fracture surface for the Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀ bulk amorphous alloy. At high temperatures, the compressive fracture surface of the Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀ bulk amorphous alloy became much rougher than that at room temperature and steps appeared on the fracture surface. With increasing temperature, a different pattern from the vein-like morphology appeared on the fracture surface, which is very similar to the lava-flow. This type of fracture pattern is most likely due to the adiabatic heating created by plastic flow.     

Mechanical spectroscopy of hydrogen-absorbing quasicrystals

The H-induced damping peak in icosahedral quasicrystals, generally attributed to a Snoek-type reorientation mechanism, was studied in comparison between Zr_69.5Cu₁₂Ni₁₁Al_7.5 and Ti₅₃Zr₂₇Ni₂₀ using the vibrating-reed technique. Whereas the peak in Zr_69.5Cu₁₂Ni₁₁Al_7.5 is practically the same as in the amorphous phase (in accordance with icosahedral short-range order in metallic glasses), significant differences in shape and position of the peak are found between the two quasicrystalline alloys. These might possibly be used as a probe to distinguish between icosahedral structure types. Another interesting result is a higher intrinsic damping of quasicrystalline Zr_69.5Cu₁₂Ni₁₁Al_7.5, compared to the amorphous phase, between 450 and 650 K.     

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.     

富锂正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的FePO4包覆研究

采用碳酸盐共沉淀结合高温固相焙烧法制备了富锂正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂, 并用不同量的FePO₄对其进行表面包覆改性。SEM分析结果显示, FePO₄可以均匀地包覆在富锂材料的颗粒表面, XRD显示包覆后的材料很好地保持了原有的层状结构, 且FePO₄呈非晶态。电化学测试表明改变FePO₄包覆量可以调节该材料特定的电性能指标: FePO₄包覆量为2wt% 的材料具有最大的首次充放电容量, 在0.05C下分别为325.9和258.4 mAh/g; FePO₄包覆量为4wt%的材料兼具较高的放电容量和循环稳定性; 材料的首次充放电效率随着FePO₄含量的增加而逐渐升高, FePO₄包覆量为20wt%时, 首次充放电效率达到97.4%。     

锂离子电池高镍LiNi0.8Mn0.2O2正极材料的微波合成及其Co、Al共改性

高镍正极材料由于较高的比容量和性价比而受到关注, 但在循环过程中稳定性较差且安全性能不佳, 限制了其更广泛的应用。本研究结合微波辅助共沉淀与高温固相法制备高镍正极LiNi_0.8Mn_0.2O₂二元材料, 再掺入不同比例的Co、Al对材料进行改性研究。结果表明, 改性后的材料性能明显改善, 特别是LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.08Al_0.02O₂在2.75~4.35 V、1C下循环100次后容量保持率达到91.39%, 在5C下放电比容量仍有160.03 mAh∙g^-1, 并且掺杂后的材料具有较高的热稳定性, 安全性得到提升。其优异的循环保持率归因于Co、Al较好地抑制了循环过程中H2→H3相变的不可逆性对材料结构稳定性的破坏, 以及较弱的电极反应极化, 使电荷转移电阻降低。     

方钴矿热电材料/Ti88Al12界面稳定性研究

热电器件的界面稳定性是决定其服役可靠性和寿命的关键因素。对于方钴矿热电器件, 为了抑制高温电极与方钴矿材料之间的相互扩散, 需要在两者之间加入阻挡层。本工作选用Ti₈₈Al₁₂作为阻挡层, 利用一步法热压烧结制备n型Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti₈₈Al₁₂/Yb_0.3Co₄Sb₁₂和p型CeFe_3.85Mn_0.15Sb₁₂/Ti₈₈Al₁₂/CeFe_3.85Mn_0.15Sb₁₂样品, 研究Ti₈₈Al₁₂阻挡层与热电材料间的界面接触电阻率及微结构在加速老化实验中的演化规律。结果表明: 在相同的老化条件下, n型样品的界面接触电阻率增加速度比p型样品慢, 其激活能分别为84.1 kJ/mol和68.8 kJ/mol。对于n型样品, 由元素扩散反应生成的金属间化合物中间层的增长及最终AlCo/TiCoSb层的开裂是导致界面接触电阻率增加的主要原因; 而p型热电材料与Ti₈₈Al₁₂的热膨胀系数的差异加速了p型样品中界面裂纹的产生。     

Preparation and mechanical properties of a new Zr–Al–Ti–Cu–Ni–Be bulk metallic glass

In this paper, a new Zr₃₇Al₁₀Ti_12.5Cu_11.25Ni₉Be_20.25 bulk metallic glass is reported. The present alloy was prepared by water quenching in a silica tube of φ10×85 mm. The amorphicity of the quenched bulk samples was examined using X-ray diffraction analysis and optical microscopy. The thermal stability was evaluated by differential scanning calorimetry (DSC) at a heating rate of 10 K/min. The characteristic data of the bulk metallic glass are presented, including glass transition temperature (T_g) and crystallization temperature (T_x). Results show that the present alloy exhibits large glass forming ability. For comparison with the well-known Zr–Ti–Cu–Ni–Be metallic glass, it was found that aluminum has a little effect on the vitrification of the present alloy but influences physical properties. Specifically, Al enhances the Young's modulus by 21.4% and Vickers hardness by 20% and reduces density by 7.2%.     

锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备与性能

采用共沉淀法制备粒径10 μm左右的前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05（CO₃）_x（OH）_y,然后采用该前驱体和LiOH·H₂O成功制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂（LiNCA）,并详细研究了煅烧氛围、煅烧温度和煅烧方式等条件对LiNCA电化学性能的影响。研究表明,在O₂中煅烧获得的LiNCA放电容量达到170 mAh·g^-1,50次循环后容量保持率达到95%,性能明显优于空气氛围中煅烧得到的LiNCA。在O₂氛围下,700~750℃温度范围煅烧得到的LiNCA性能最好,煅烧温度过高或过低,LiNCA性能均明显下降。将前驱体在O₂氛围中450℃条件预煅烧,然后与LiOH·H₂O在700~750℃混合煅烧的煅烧方式,得到的LiNCA放电容量明显提高,可达190 mAh·g^-1。