液相还原法制备的纳米晶Ag-50Ni合金在含Cl-介质中腐蚀电化学行为研究

用液相还原法制备纳米尺寸Ag-50Ni粉末而后热压制得其纳米块体合金,并与传统粉末冶金法制备的粗晶Ag-50Ni合金对比研究了它们在含Cl-介质中的腐蚀电化学行为.结果表明：合金粉末平均粒径约为45nm,真空热压后,晶粒有所长大,但仍为纳米尺度;随Cl-浓度增加,两种尺寸Ag-50Ni合金的腐蚀电流密度均增加,腐蚀速度加快;晶粒尺寸降低后,腐蚀电流密度略有增加,腐蚀速度变快;当极化电位增到某一程度后,两种尺寸Ag-50Ni合金均出现钝化;纳米尺寸Ag-50Ni合金在含0.02mol/L Cl- 介质中的交流阻抗谱由双容抗弧组成,其余均由单容抗弧组成,腐蚀受电化学反应控制.     

纳米晶Cu-50Ag合金在酸性溶液中腐蚀行为研究

与粉末冶金法(PM)制备的常规尺寸合金对比,研究了通过热压液相还原法(LPR)和机械合金化法(MA)合成的Cu-50Ag合金粉末制备的块体纳米晶Cu-50Ag合金在酸性溶液中的腐蚀行为。结果表明:在Na_2SO_4溶液中加入H_2SO_4后,3种合金的腐蚀速度均加快。随着H_2SO_4浓度的增加,PMCu-50Ag和LPRCu-50Ag合金的腐蚀速度均未发生明显变化,而MACu-50Ag合金的腐蚀速度则加快。在Na_2SO_4溶液中,3种合金均未出现钝化现象,随着H_2SO_4的加入,合金出现了钝化现象。3种合金的腐蚀速率按PMCu-50Ag,LPRCu-50Ag和MACu-50Ag合金的顺序增加,其中LPRCu-50Ag合金的腐蚀速度略大于PMCu-50Ag合金,但明显小于MACu-50Ag合金。     

三元Cu60Ni20Cr20合金的制备及其显微组织

采用机械合金化,随后在750℃、58 MPa 下热压制备了致密的块体纳米晶Cu60Ni20Cr20合金,用x射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段对比研究了不同晶粒尺寸的Cu60Ni20Cr20合金的显微组织.结果表明:随着球磨时间的延长,由于晶粒的细化和应变的结果,衍射峰偏移并有明显的宽化产生,Cr在Cu中的固溶度明显增加,在球磨40 h后,合金已由双相变成亚稳态的单相.由于机械合金化的粉末处于非平衡态,其过饱和固溶体随热压和真空退火过程的进行会慢慢分解,合金由单相变成两相,a-Cu和γ-Cr两相颗粒均成倍长大,但仍保持纳米级尺度.扫描电子显微镜(SEM/EDX)观察表明,合金致密度很高且显微组织均匀.讨论了晶粒细化对合金显微组织的影响.     

粉末冶金行业突破性创新技术——机械合金化技术

通过高能球磨使得粉末经受反复的变形、冷焊、破碎,从而实现元素间合金化的复杂物理化学过程——这就是机械合金化。机械合金化是一种非平衡加工技术,可以避开普通冶金方法的高温熔化、凝固过程,在室温下实现金属的合金化。机械合金化可以合成制备纳米晶材料、准晶材料、非晶材料、过饱和固溶体以及稳态或亚稳态金属间化合物。机械合金化制备的材料具有均匀细小的显微组织(可达到亚微米级别),在性能上优于普通方法制备的材料,已成为生产常规手段难以制备的合金及新材料的好方法。近年来,机械合金化经大力研究和拓展,已经成为粉末冶金行业取得突破性进展的新技术之一。     

纳米晶(Ag-Cu28)-25Sn合金粉末的制备及表征

采用机械合金化法制备纳米晶(Ag-Cu28)-25Sn合金粉末.用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和差示扫描量热分析仪(DSC)等分析手段,对合金化过程中物相组成、微观结构及熔化特性进行表征.结果表明:(Ag-Cu28)-25Sn纳米晶合金粉末的物相组成为Cu3Sn和Ag4Sn.球磨 40 h,合金化完全,其熔化温度为548.5 ℃;球磨至60 h,合金明显非晶化,其熔化温度为554.0 ℃,熔程变小且在186.3和399.5 ℃处出现明显放热峰.HRTEM表明,纳米晶的尺寸约为5～10 nm,合金中有非晶态物质出现和晶格缺陷产生.200和400 ℃退火后,合金的平均晶粒尺寸分别为21.3和33.9 nm.     

初生纳米晶对Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶合金结构稳定性的影响

通过感应熔炼喷铸法制备具有非晶/纳米晶复合结构的块体Ti40Zr25Ni8Cu9Be18合金。在与全非晶结构的Ti40Zr25Ni8Cu9Be18合金进行比较的基础上,研究Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶/纳米晶合金在均匀流变过程中的晶化程度,分析其在连续升温过程中的晶化动力学。结果表明:初始纳米晶的存在不会明显降低非晶/纳米晶合金在过冷液相区流变过程中的结构稳定性;非晶/纳米晶合金的晶化激活能约为233.21 kJ/mol,与非晶合金的晶化激活能大致相同;随着转变分数的增加非晶/纳米晶合金的局部Avrami指数从2变化到0.5,明显低于非晶合金的局部Avrami指数;这表明初始纳米晶并没有明显加速非晶的晶化过程。     

显微组织对Ni-Cr合金热腐蚀行为的影响

采用机械合金化法和真空熔炼法制备了不同显微组织的Ni-20Cr（质量分数，％，下同）合金，并研究其在950℃，75％Na2SO4＋25％K2SO4（质量分数，下同）盐膜下的热腐蚀行为。结果表明：细晶的机械合金化Ni-20Cr合金热腐蚀后表面形成了单一连续的Cr2O3外氧化膜，有效地阻止了硫的向内扩散，延长了热腐蚀过程的孕育期，呈现出较普通晶粒尺寸的熔炼Ni-20Cr合金更好的抗热腐蚀性能。     

Ag_(15)Cu_(85)二元合金制备纳米多孔银的去合金化工艺研究

采用冷辊旋凝凝固法制备Ag含量为15at%的Ag-Cu二元合金薄带。在5wt%硝酸溶液中,通过去合金法制备纳米多孔银。利用X射线衍射仪(XRD)与扫描电镜(SEM)分析纳米多孔银的相组成和微观形貌。研究了Ag-Cu合金腐蚀温度以及腐蚀时间对纳米多孔Ag微观结构及形貌的影响。结果表明:初始合金薄带是由α-Cu(Ag)相与中间相ζ-Ag2Cu相组成。去合金后得到的合金薄带中ζ-Ag2Cu相和α-Cu(Ag)相完全消失,仅剩fcc-Ag相;随着腐蚀时间的延长,腐蚀介质从合金表面逐渐渗透到内部,使得纳米孔洞/韧带结构特征尺寸逐渐均匀;而去合金化温度由30℃升高到90℃,Ag原子表面扩散率随之增大,活性组元的腐蚀速率加快,获得纳米孔洞结构所需的时间缩短,并且结构更均匀化。90℃进行试验最佳,节能省时。     

液相还原法制备纳米晶Ag-50Ni合金的研究

采用液相还原法,随后在620 ℃、58 MPa下经真空热压,制备了纳米晶Ag-50Ni块体合金,并通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM/EDX)和透射电镜(TEM)研究了其显微组织结构.结果表明,Ag-Ni粉末的最佳合成工艺条件为:反应体系温度为70 ℃;还原剂水合肼(N2H4·H2O)浓度为2.5 mol.L-1;反应物AgNO3浓度为1.5 mol.L-1;反应物NiSO4的浓度为1.5 mol.L-1;反应体系pH值为8.Ag-Ni粉末平均粒度约为45 nm,黑色无定形形状.Ag-Ni粉末经真空热压后,晶粒尺寸有所长大,但仍保持纳米级尺度.合金致密度很高,由双相组成,显微组织均匀且无Ag网出现.     

机械合金化法制备Cu-Nb合金过程中的形变孪生特性

采用机械合金化法制备纳米Cu-10%Nb合金,通过显微硬度测量以及高分辨透射电镜观察,对该合金粉末在室温球磨过程中的微观结构演变和形变孪生特性进行研究;利用局部应力集中模型分析形变孪晶的形核机制。结果表明:随着球磨时间的增加,该合金硬度(HV)不断升高,球磨120 h后可达4.8 GPa;该合金在球磨初期以位错胞结构为主;球磨50 h后,Cu平均晶粒尺寸减小至约50 nm,部分区域出现纳米形变孪晶;继续增加球磨时间,孪晶数量增加,孪晶界强化效果显著;由于孪生将促进纳米晶粒的进一步细化,球磨120 h后,纳米晶尺寸减小到20 nm以下。     

喷射沉积法和吸铸法制备镧基非晶合金的退火晶化组织分析

通过X射线衍射仪和场发射扫描电镜等实验设备,对比分析了喷射沉积法和铜模吸铸法制备的La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)非晶合金的晶化过程和在不同退火温度下的晶化组织。结果表明沉积态La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)非晶合金晶化主要析出纳米级的Al、Al Ni、La和未知相,析出相呈均匀分布,组织结构较好,而吸铸态La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)非晶合金晶化后析出La和La(Cu,Ni)相,析出相颗粒尺寸大小不一,且分布不均匀,从而证明喷射沉积法作为La_(62)Al_(16)(Cu,Ni)_(22)块体非晶合金的制备方法,具有一定的优势。     

Ag-Ni偏晶合金凝固过程研究

对Ag-Ni偏晶合金开展了快速/亚快速凝固实验,获得了富Ni相粒子均匀弥散分布于Ag基体的合金样品,Ag-Ni合金显微硬度随着合金Ni含量增加和试样凝固过程冷却速率升高而增大,当Ag-4.0%Ni合金液-液相变开始阶段熔体冷却速率达1800 K/s时,其显微硬度接近粉末冶金生产的Ag-10.0%Ni片状电触头的硬度。建立了描述Ag-Ni合金凝固组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分和试样直径(冷却速率)对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明:富Ni相液滴/粒子形核阶段熔体的冷却速率对合金凝固组织弥散度具有决定性影响;合金的Ni含量越高、试样冷却速率越低,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

S31000不锈钢表面激光熔覆Stellite12合金层的组织和性能

针对高温阀门密封副易发生擦伤、碰伤等问题,采用激光熔覆技术在S31000不锈钢密封副基体表面制备了Stellite12合金层。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、显微硬度计及均匀腐蚀全浸试验,研究了熔覆层微观组织、显微硬度和均匀腐蚀性能。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,微观组织主要由平面晶、柱状晶和等轴晶的枝晶结构组成。熔覆层显微硬度较高,平均显微硬度为600.68 HV0.3;基体的显微硬度最低,平均显微硬度为204.57 HV0.3。相比于S31000不锈钢的腐蚀速率,表面激光熔覆Stellite12合金后,腐蚀速率显著降低。同时,S31000不锈钢表现出尺寸不均的腐蚀坑现象,Stellite12合金层表现出较均匀的腐蚀行为,但在晶界处的腐蚀现象比晶内更为明显。     

Zr-Al-Co-Er-Cu系块体非晶合金的形成及其力学性能和腐蚀行为

制备了具有高非晶形成能力的Zr-Al-Co-Er-Cu系非晶块体合金,并研究了Cu元素对Zr-Al-Co-Er块体非晶合金的形成、力学性能和腐蚀行为的影响。研究表明以适量的Cu元素替代Zr-Al-Co-Er合金的Co元素有利于非晶形成能力的提高和力学性能的改善。其中,Zr49Al20Co23Er6Cu2非晶合金的临界直径达6mm,压缩断裂强度达到1950MPa,表现出1.4%的塑性变形。Zr49Al20Co25-xEr6Cux(x=0～8at%)非晶合金在1mol/LH2SO4、3%NaCl(质量分数,下同)溶液中的均发生自钝化,并且具有较低的钝化电流密度。Cu含量的变化对Zr-Al-Co-Er-Cu非晶合金的腐蚀行为没有明显影响。     

Ni对快速凝固Cu75Cr25合金相变及其凝固组织的影响

采用合金化的方法得到快速凝固Cu75-xCr25Nix(X=0.5,1和3) 合金的凝固组织.利用带有能谱(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)分析了富Cr相的形态、成分以及形成机制.结果显示,合金元素Ni扩大了Cu、Cr之间的固溶度; Cu75Cr25合金快速凝固过程中的液相分解得到抑制.Cu75-xCr25Nix合金富Cr液相分解组织的数量、尺寸、形貌较Cu75Cr25合金富Cr液相分解组织均有较大的变化.在Cu75-xCr25Nix组织中发现,除富Cr液相分解组织之间有聚集现象以外,还存在富Cr液相分解组织与富Cr枝晶间的聚集.     

高耐腐蚀Fe-(Cr,Ni)-Mo-P-C-B块体非晶合金

Fe-Mo-P-C-B铁基块体非晶合金具有高强度、高塑性和良好的软磁性,作为结构和功能材料具有较好的应用前景。本研究通过Cr、Ni合金化制备了耐腐蚀Fe-(Cr,Ni)-Mo-P-C-B块体非晶合金,其非晶形成临界直径达5mm。Cr、Ni合金化显著提高了Fe-Mo-P-C-B块体非晶合金在HCl、H2SO4、NaCl溶液中的耐腐蚀性能,使钝化电流密度降低、腐蚀速度降低、电化学反应电阻增大。     

亚微米晶TiAl合金的机械合金化及其机械性能

最近几年的广泛研究表明,可以通过机械合金化来制备晶粒尺寸范围为10～100nm的纳米晶体材料.由于晶粒边界密度特别高,这些材料显示出极好的机械性能.例如,与粗晶材料相比,硬度提高2～7倍.因此,似乎可以认为,机械合金化是制备能够作为高温结构材料的TiAl合金的颇有竞争力的方法.就粉末冶金工艺而言,除了能够获得近成品形状和避免显微组织不均匀性之外、非常细小的晶粒度还会改善其热加工性.因此,还可以继续通过等温热锻来细比TiAl合金的晶粒,甚至可以利用超塑性成形来达到大约5μm的晶粒尺寸.德国GKSS研究中心材料研究所的M.Ochring及其同事报道了借助机械合金化工艺制取晶粒度为30nm～1μm的TiAl合金及其性能检测结果.     

合金初始组织对纳米多孔铜孔形成和孔结构的影响

通过对铸态、热轧态、固溶态等不同初始组织状态的Cu4Mn6合金进行自腐蚀去合金化制备纳米多孔铜块体材料,研究了合金初始组织对去合金化过程、孔形成和孔微观结构的影响。采用XRD、SEM、EDS等分析了样品腐蚀前后的相组成、微观形貌和元素含量。结果表明,合金初始组织对去合金化过程和孔结构具有重要的影响,固溶态合金是制备成分纯净、结构均匀的纳米多孔金属的最佳前驱体。铸态和热轧态合金由于Cu元素分布不均,构成贫铜区和富铜区,不利于去合金化过程的进行,腐蚀后形成由纳米孔伴有微米孔的双级孔径结构,而固溶态合金由于其初始组织成分均匀,利于Mn元素的选择性溶解和Cu元素的重组,完成去合金化所需时间最短,Mn残留量最低,去合金化后可形成孔径均匀的三维连通纳米多孔结构。     

纳米晶Co-Ni-Fe合金镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀特性

利用脉冲电沉积技术制备纳米晶Co-Ni-Fe合金镀层。用EDS、XRD、TEM和SEM等手段分析纳米晶镀层的成分、微观组织结构和表面形貌。用电化学极化方法研究镀层中Co含量和退火温度对纳米晶Co-Ni-Fe合金镀层在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,纳米晶Co-Ni-Fe合金镀层的晶体结构为单一面心立方结构,其晶粒尺寸随镀层Co含量的增加而减小。镀层的晶粒尺寸随退火温度的升高而增大,并呈现强的(111)织构。纳米晶镀层的腐蚀速率随Co含量的增加先下降而后上升。退火可明显降低纳米晶镀层的腐蚀速率。纳米晶与粗晶Co-Ni-Fe合金镀层经电化学腐蚀后呈现出完全不同的腐蚀形貌。     

细晶Bi2Te3块体材料的制备及其热电性能

采用惰性气体保护蒸发-冷凝(IGC)法制备了纳米Bi及Te粉末,结合机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)工艺,在不同烧结温度(663～723K)下制备出了n型Bi2Te3细晶块体材料。利用X射线衍射分析(XRD)确定机械合金化粉末和SPS烧结块体的物相组成,借助TEM观察了粉体的粒度及形貌,SEM观察了块体试样断口显微组织结构。在323～473K温度范围内测试了烧结块体的电热输运特性。实验结果表明:纳米粉末合成的细晶Bi2Te3与粗晶材料相比,电输运性能变化不大,热导率大幅度降低,在423K时,热导率由粗晶材料的1.93W/m·K降至1.29W/m·K,并且在693K烧结的细晶块体的无量纲热电优值(ZT)在423K时取得最高ZT值达到0.68。