三元Ⅲ一V半导体合金长程有序结构的研究

运用原子位形几率波理论对合金中出现的长程有序结构进行了研究。考虑到合金外延生长的特点及合金中相互作用能情况，采用了二维平面模型，并在此基础上提出了平面会构的方法，从而建立起合金外延生长的理论模型，得到了三元Ⅲ一Ｖ半导体合金中所有可能出现的长程有序结构，较好地说明了实验中出现的长程有序现象。     

无限固溶合金系纳米粉末中相生成规律的研究

采用感应加热式的气相蒸发法制备了Bi-Sb、Fe-Ni和Fe-Cr3种无限固溶合金的纳米粉末，研究了粉末中相的生成规律和粉末颗粒的形貌特征。结果表明，在Bi-Sb合金纳米粉末中生成的相为无限固溶体相（Bi、Sb），在Fe-Cr合金纳米粉末中生成的相为α－（Fe、Cr）固溶体相，在Fe-Ni合金纳米粉末生成的相为α-Fe和γ－（Fe、Ni)固溶体相。3种固溶体相的晶格常数随母合金成分的变化而连续变化，表明生成的固溶体相为无限固溶体相。对于无限固溶合金系，在纳米粒子内组元间也同样无限固溶。     

二元互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体机械合金化的研究进展

互不溶体系合金在机械合金化的非平衡过程中能够形成纳米晶过饱和固溶体,并显示出与其微米尺度结构合金所不同的独特性能。纳米晶过饱和固溶体不仅是互不溶体系中重要的一种亚稳态结构,也是一种重要的纳米材料体系。综述了近年来二元互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体机械合金化的研究进展,着重介绍了纳米晶过饱和固溶体的形成机制,以及纳米晶过饱和固溶体的热稳定性、力学和物理性能。     

高熵合金中典型金属间化合物

高熵合金作为一种新型金属材料,因其具有优异的力学性能而受到越来越多研究者的广泛关注。在高熵合金中,金属间化合物从最初追求单相固溶体以避免形成有害相,发展到可作为有益的析出强化相或合金基体相(有序固溶体),丰富了高熵合金的组织调控策略,提升了高熵合金的力学性能。同时,也为高熵合金的发展起到了重要的推动作用。从高熵合金中相的形成规律出发,综述了高熵合金中典型金属间化合物及有序固溶体的研究现状,主要包括合金元素和热处理工艺等对典型金属间化合物形成规律和高熵合金力学性能的影响,并对高熵合金中金属间化合物的未来发展进行了展望。     

Al_xCoCrFeNiCu_2高熵合金的组织结构及力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备出不同Al含量的AlxCo Cr Fe Ni Cu2的高熵合金,研究Al含量对该高熵合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,该铸态高熵合金合金具有简单的bcc相固溶体结构及fcc相固溶体结构。AlxCo Cr Fe Ni Cu2(x=1,2和3)合金中fcc相固溶体的含量在增加;当x=4,5时,合金中bcc相固溶体的含量增加。合金的硬度随着Al元素的增加而提高。制备出的5种合金中Al4Co Cr Fe Ni Cu2硬度值最高。Al3Co Cr Fe Ni Cu2高熵合金具有较高的屈服强度和断裂强度。     

CuAgAlFeNi高熵合金的微观组织和性能

利用真空电弧炉熔炼CuAgAlFeNi高熵合金。分析表明:合金由FCC+BCC相组成。合金中存在的严重的密度偏析,导致合金的铸态组织分为亚共晶层和固溶体层。亚共晶层由固溶少量Al的初晶Ag和(Cu-Ag)共晶组成。固溶体层则由Al、Fe、Ni和少量Cu形成的固溶体胞晶组成,在胞晶中还存在着与亚共晶层组织相同、成分相近的"共晶球"。固溶体的硬度为HK452.2,共晶层的熔点为805℃,硬度为HK160.4。     

合金元素对Fe-Al-Cu合金的组织与性能的影响

研究了不同含量的钛、锰、硼及其交互作用对70.8Fe18.7Cu10.5Al(w/%)合金铸态组织与性能的影响。结果表明:合金由铁固溶体、铜固溶体及弥散分布于铁固溶体中的析出相组成。钛、硼的加入可细化结晶组织并提高合金的抗拉强度;加入适量的钛、锰、硼可使合金获得较好的综合力学性能。     

高熵合金相形成理论研究进展

相对于传统的二元合金,多主元高熵合金(HEAs)通常由五种及以上元素组成,呈现出结构晶格畸变、原子缓慢扩散及组织高稳定性等特征。高熵合金作为材料研究领域的一种新型合金,极易获得热稳定性很高的固溶相和纳米结构,甚至可得到非晶相,其综合性能明显优于传统合金,因此,高熵合金具有很高的学术研究价值和工业应用潜力。材料的成分和组织决定了材料最终的性能,多主元成分设计使得高熵合金相组成较为复杂,如何通过理论计算相形成规律,从而准确地预测出给定成分高熵合金的相组成,对高熵合金材料设计至关重要。研究发现混合焓H_(mix)可对高熵合金中的相组成进行确定,但简单的混合焓参数已经不能满足多主元高熵合金相预测的准确性,更多参数在高熵合金发展进程中被提出。研究发现,原子半径差δ_r及熵/焓Ω(T_A)等参数可预测出高熵合金中的固溶体(SS)相和金属间化合物(IM)相,却无法预测固溶体的具体类型。然而,K_1~(Cr)(T_A)参数的补充提高了给定热处理温度下相预测的准确性,且热处理后SS相形成域的参数值变小,这表明IM相在热处理后形成了另一种相且影响了参数值;价电子浓度VEC判据可预测FCC、BCC型高熵合金的固溶体类型,但不适用于所有的高熵合金;电负性差ΔX可对大部分高熵合金(除含大量Al之外)的拓扑闭合相稳定性进行预测,且ΔX0.133时可预测出高熵合金中有拓朴闭合稳定相存在。为了更全面准确地预测高熵合金相组成,有学者提出了较为完善的CALPHAD计算机热力学相图预测模型,由于FCC比BCC结构的动力学效应大,采用CALPHAD方法预测FCC相组成精确性较差,但对BCC相的预测十分精确。而分子轨道理论仅用一个参数Md(合金化过渡金属d轨道的平均能级),就可以预测以镍基、钴基和铁基合金为基础高熵合金中固溶体与过渡金属所形成的TCP/GCP相。本文在传统合金相形成规律的基础上,通过对现有高熵合金相形成理论进行研究,阐明了高熵合金的相结构模型;总结出固溶体与金属间化合物,面心立方FCC、体心立方BCC和密排六方HCP结构的高熵合金,以及固溶体与第二相形成规律的理论预测模型;分析所有理论预测模型的优缺点,最终总结出一套较为完整的高熵合金相组成的预测流程,有利于初学者进行高熵合金的成分设计。     

深过冷Sb-Sn过包晶合金的快速凝固

采用落管无容器处理技术研究了Sb74.7Sn25.3二元过包晶合金的快速凝固,获得的合金粒子直径D介于70～1080μm之间。理论计算表明,随着粒子直径的减小,过冷度和冷却速率均呈指数关系增大,最大过冷度为298K(0.36TL)。研究发现,在自由落体条件下,快速凝固组织由初生Sb固溶体相和包晶SbSn金属间化合物相组成,Sb固溶体相以非小平面和小平面两种生长方式长大。当过冷度增大时,释放的熔化潜热增多,初生相逐渐细化,非小平面初生Sb相由"粗大枝晶"向"碎断枝晶"转变,当D<400μm时,一次枝晶臂显著变短,二次枝晶间距明显减小;同时发生溶质截留现象,初生Sb固溶体相中溶质Sn的固溶度发生了显著拓展,由ΔT=32K时的7.86%(原子分数,下同)线性增大至ΔT=298K时的10.47%。     

对GASARITE脱合金制备微-纳复合多孔金属的研究

Gasar工艺是一种制备规则排列微米多孔金属的定向凝固工艺,脱合金工艺是一种通过选择性溶解固溶体合金而制备无序纳米多孔金属的工艺方法,将Gasar和脱合金工艺相结合可以制备一种有序-无序结合、微米-纳米复合的特殊结构多孔金属.选择Cu-Mn二元合金为研究对象,研究了Gasar工艺参数及合金成分对定向凝固多孔Cu-Mn合金结构的影响.脱合金工艺在Gasar工艺制备的定向凝固多孔Cu-Mn合金基础上进行,分析了腐蚀温度等脱合金工艺参数对纳米多孔结构的影响.在优化的Gasar和脱合金工艺参数下,制备得到了一种特殊结构的微-纳复合多孔金属.     

溶质原子之间的交互作用和偏聚形式

本文运用弹性理论和晶体学基本知识对固溶体中的溶质原子徧聚规律进行了分析,取得了以下结果。(一)在二元固溶体中大尺寸溶质原于易形成近程有序的球状气团,而尺寸较小的置换式溶质原子易沿一定结晶面偏聚成片状富集体。(二)在多元固溶体中各种置换式溶质原子易围绕大原子形成复杂球状气团。(三)置换式溶质原子在fcc和hcp固溶体中可降低间隙原子的溶解量,而在bcc固溶体中却能提高间隙原子的溶解量。这些结果与实际是相符的。     

金基电位计电刷材料的研究

本文主要用金相、显微硬度、电阻和x射线衍射等方法研究了Au—18Ni—2 Cu—6 Zn合金。结果证明,该合金为时效硬化合金。时效硬化的本质是富Ni相的沉淀和Au_3 Zn有序相的形成。该合金在650℃以上,其组织为面心立方结构的单相固溶体。温度低于650℃,合金的组织由金基和镍基两种固溶体组成。500℃以下时效时,合金的组织由金基固溶体、镍基固溶体和Au_3Zn有序相组成。该合金的最佳性能可在700℃固溶处理,350℃时效1小时,此时该合金的维氏硬度为33okg/mm2,抗拉强度为114kg/mm2,电阻率为0.275Ω·mm2/m。该合金是与卡玛合金和康铜匹配的良好电刷材料,巳用于WXZ-2A型电位计和陀螺仪表。此外,本文也给出了该合金的抗氧化性、淬火介质的选择、加工率对合金性能的影响以及其他7种金基合金与卡玛合金和康铜匹配耐磨试验的结果。     

Cr对Cu-V氢分离合金组织与氢传输性能的影响

氢分离金属膜是目前备受关注的一种用于氢气提纯的功能材料.为了获得综合性能优异且价格低廉的氢分离金属膜,本文借鉴"多相构成、功能分担"的设计理念,通过非自耗电弧熔炼炉制备合金,采用XRD、扫描电子显微镜等手段研究合金相组成及微观组织,采用课题组自主设计的仪器设备在不同温度和压力下进行氢溶解和氢渗透实验,开发了具有双相结构的新型Cu-V-Cr氢分离合金.结果发现:该合金微观组织中的bcc-(V)固溶体相起渗氢作用,是氢的主要扩散通道;而组织中的fcc-(Cu)固溶体相起提高塑性作用.合金化元素Cr主要固溶在bcc-(V)中,显著降低合金的氢溶解能力,大幅度提高抗氢脆性能,但同时也降低合金的氢扩散系数和渗氢性能.实验表明,具有双相结构的Cu-V-Cr氢分离合金有望达到氢溶解、扩散和渗透性能的良好匹配,从而同时实现优异的氢渗透性能与抗氢脆性能.     

难熔高熵合金NbMoTaWTi/Zr的高温氧化行为

采用真空电弧熔炼法制备NbMoTaWTi和NbMoTaWZr难熔高熵合金,分析合金组织结构与元素分布,研究两种合金从室温到 1 500 ℃的动态氧化行为以及 1 200 ℃的恒温氧化行为.结果表明:NbMoTaWTi合金主要由单一 BCC固溶体相组成,而 NbMoTaWZr合金则由BCC固溶体和富Zr相两相组成.两种合金在 700 ℃以上温度均发生了剧烈的氧化反应.相比较而言,NbMoTaWTi合金在 1 300 ℃以下的抗氧化能力优于 NbMoTaWZr合金.两种合金在 1 200 ℃恒温氧化时都以氧向内扩散为主,氧化 3 h后均发生了严重氧化.Ti和 Zr的添加均未发生选择性氧化现象,虽然与其他难熔金属氧化物形成复合氧化物层,但其致密度不够,阻止氧化能力不足.     

新一代飞机发动机用Nb基超高温材料设计系统开发

本研究利用CALPHAD方法,液相和端际固溶体相的自由能采用亚规则溶体模型来描述,金属间化合物相的自由能用亚点阵模型来描述,并结合相平衡实验结果和热力学性质的实验信息,对Nb-Al-Cr-Hf-Mo-Si-Ti体系合金相图进行了热力学优化与计算.计算结果与实验值取得了较好的一致性,得到一组自洽合理的热力学参数.本研究结合该体系相关合金相图热力学计算的文献报道,建立了Nb-Al-Cr-Hf-Mo-Si-Ti体系合金相图热力学数据库.该热力学数据库将为铌基高温合金材料研究与开发提供重要的基础热力学参数.     

新一代飞机发动机用Nb基超高温材料设计系统开发EI

本研究利用CALPHAD方法,液相和端际固溶体相的自由能采用亚规则溶体模型来描述,金属间化合物相的自由能用亚点阵模型来描述,并结合相平衡实验结果和热力学性质的实验信息,对Nb-Al-Cr-Hf-Mo-Si-Ti体系合金相图进行了热力学优化与计算.计算结果与实验值取得了较好的一致性,得到一组自洽合理的热力学参数.本研究结合该体系相关合金相图热力学计算的文献报道,建立了Nb-Al-Cr-Hf-Mo-Si-Ti体系合金相图热力学数据库.该热力学数据库将为铌基高温合金材料研究与开发提供重要的基础热力学参数.     

大塑性变形工艺制备纳米晶过饱和固溶体的研究进展

合金在大塑性变形过程中能够形成纳米晶过饱和固溶体,呈现出不同于传统粗晶材料的微观结构和独特性能。近年来,纳米晶过饱和固溶体的形成机制及其热稳定性已成为国内外的一个研究热点。综述了大塑性变形工艺(如机械合金化法、高压扭转法等)制备纳米晶过饱和固溶体的研究概况,着重讨论分析了大塑性变形诱导纳米晶形成和固溶度扩展的几种机制及其局限性,简要介绍了纳米晶过饱和固溶体的热稳定性及其影响因素,最后对该领域今后的研究方向做出了分析和展望。     

用工业V2O5直接制备钒基固溶体贮氢合金

研究了五氧化二钒直接制备钒基固溶体贮氢合金的方法.分析测试了合金的化学成分、组织结构和贮氢性能.结果表明,用工业五氧化二钒可以合成钒基固溶体贮氢合金V3TiN0.56Al0.2;PCT曲线表明该合金已具备平衡吸放氢的性能,吸放氢容量为1.8×10-4m3/g;合金中含有少量的氧化物夹杂,但通过真空感应精炼,可使夹杂含量降低.     

多主元高熵合金FeCoNiCuxAl微观组织结构和性能

研究了不同Cu含量的FeCoNiCuxAl高墒合金的微观引织和性能特点,（x表示摩尔比,x=0、0．5、0．8、1．0、1．5、2）,分别用X衍射、扫描电镜和维氏硬度测试Cu含量的变化对合金组织和硬度的影响。研究表明,此合金体系容易形成简单FCC结构和BCC结构的固溶体,Cu含量增加会促进FCC固溶体的形成。Ca的含量的变化对合金硬度的影响较大。随着Cu含量的增加,合金的硬度显著降低,硬度的高低主要取决于显微组织形态和体系中BCC固溶体的含量的多少。     

“高熵合金”专题序言EI北大核心CSCD

高熵合金是基于多组元成分构成且易于形成简单固溶体的一种新型合金,研究揭示该合金表现出传统金属所无法比拟的特性,如:超常的低温韧性,良好的抗热软化性/高温强度,优异的耐磨性以及良好的抗辐照损伤性等,因此也成为最具有发展潜力和应用前景的材料之一。