TEM and DFT investigation of CVD TiN/κ-Al2O3 multilayer coatings

This paper investigates the interfacial structure in hot-wall CVD TiN/κ-Al₂O₃ multilayer coatings using both HREM and DFT modeling. Two multilayers with different thicknesses of the TiN layers (50 and 600 nm) separating the κ-Al₂O₃ layers are analyzed. The general microstructure of the two multilayers is relatively similar. The TiN layer in the thicker TiN/κ-Al₂O₃ coating is thick enough to be several TiN grains high. This means that epitaxial columns, which are often found in the thinner TiN/κ-Al₂O₃ coatings, are not present. However, the orientation relationships at the TiN/κ-Al₂O₃ interfaces are the same in both multilayers. The HREM investigations show that κ-Al₂O₃ (001) planes can grow directly on flat (111) TiN faces, without any other phases or detectable amounts of impurities, such as sulphur, present. Where the TiN layers are more curved, γ-Al₂O₃ can be grown, at least partly stabilized by the cube-on-cube orientation relationship between γ-Al₂O₃ and the underlying TiN. The DFT calculations show very similar adsorption strengths for an O monolayer positioned on Ti-terminated TiC(111) and TiN(111) surfaces, with preferred adsorption in the fcc site. O adsorption on N-terminated TiN(111) is much weaker, with preferred adsorption in the top site. Calculated elastic-energy contributions yield a higher stability for κ-Al₂O₃ on TiN(111) than on TiC(111) and a higher stability for κ-Al₂O₃ than for α-Al₂O₃ on both TiC and TiN. This indicates that the observed higher stability of κ-Al₂O₃ on TiC(111) than on TiN(111) is not due to the lattice mismatch, while the preferred epitaxial growth of κ-Al₂O₃ over α-Al₂O₃ can be partly attributed to the mismatch.     

残留CO2对石灰在转炉初渣中溶解的影响

 在转炉炼钢过程中,石灰快速溶解对转炉高效脱磷具有十分重要的意义,石灰溶解过程中熔渣/石灰界面处形成的2CaO·SiO₂产物层被认为是阻碍石灰溶解的关键因素。制备了具有两种不同CO₂含量的部分煅烧石灰石,采用浸泡法研究了部分煅烧石灰石在转炉初渣中的溶解行为,并与纯石灰、石灰石的溶解行为进行比较。结果表明,石灰石溶解时在液态熔渣中CaO的传质系数为石灰的2.1倍,残留CO₂质量分数为10%的部分煅烧石灰石的传质系数高达石灰石的6.7倍。在CO₂质量分数为0～43.5%时,石灰的溶解速率先增大后减小。石灰溶解过程中形成的2CaO·SiO₂层严重阻碍了FeO_x的扩散,从而减缓了石灰的溶解。与石灰不同,石灰石分解产生的CO₂能够破坏2CaO·SiO₂层并破坏自身结构,有利于熔渣的渗透,这也适用于残留CO₂的部分煅烧石灰石。制备纯石灰的过程中为了确保石灰芯部完全煅烧,因此极易导致石灰外表面发生过烧,而制备部分煅烧石灰石能在一定程度上解决表面过烧的问题。此外,与石灰石相比,部分煅烧石灰石由于表面是石灰外壳,溶解初期其表面附近的炉渣温降相对更低,能够避免溶解初期出现停滞阶段。在转炉富余热量有限的情况下,部分煅烧石灰石的石灰替换比高于石灰石,这取决于部分煅烧石灰石中的CO₂残留量。     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

高铝高炉渣系的熔化特性

 为了掌握高Al₂O₃条件下(w(Al₂O₃)为15%以上)高炉渣系的熔化特性,利用差式扫描量热仪分析了不同w(MgO)/w(Al₂O₃)、碱度(R)以及w(Al₂O₃)对高铝高炉渣的熔化温度及熔化热的影响。试验结果表明,炉渣熔化开始温度为1 248～1 291 ℃、熔化结束温度为1 432～1 485 ℃、熔化热为137～211 J/g;当w(Al₂O₃)=15%、高w(MgO)/w(Al₂O₃)时,发生了共晶逆反应,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐降低,但由于高炉炉渣的液相线温度基本未变,所以炉渣熔化结束温度基本未发生改变;w(Al₂O₃)为20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)的增加,炉渣中易生成熔点较高的镁铝尖晶石,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐增大,与此同时,炉渣液相线温度逐渐降低,导致炉渣熔化结束温度逐渐降低;随着碱度R的增加,高炉炉渣中生成了具有高熔点的化合物、炉渣的液相线温度升高,使得高炉炉渣的熔化开始温度逐渐增加、炉渣熔化结束温度逐渐升高;随着w(Al₂O₃)的增加,发生了共晶逆反应,故炉渣的熔化开始温度逐渐降低,而随着w(Al₂O₃)的增加,炉渣中键能较大的Al—O键增多,需要在更高温度下才能实现炉渣的最终熔化,即熔化结束温度逐渐增加;随着w(MgO)/w(Al₂O₃)、R以及w(Al₂O₃)的增加,炉渣熔化热逐渐增多。分析认为,随着R的增加,炉渣中有高熔点化合物的生成,熔化热增加;随着炉渣中w(Al₂O₃)的增加,炉渣中Al—O键增多,解聚破坏熔渣结构消耗的热量增多;而随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,高熔点化合物的生成或熔化开始温度降低,造成熔化热增加。     

Heusler合金Ni2MnGa磁性微观机理的第一性原理

采用量子力学计算软件包研究了单晶Heusler合金Ni2MnGa的结构参数、磁矩、四方变形以及磁性微观机理,并将计算结果与实验值和其它理论计算值进行了比较.计算所得的结构参数和磁矩相对于局域自旋密度近似值而言,与实验值符合得更好.四方变形中,发现磁矩在c/a=1附近有一个尖锐的最小值,在c/a≈0.94处有一个局域最大值,此磁矩的局域最大值对应着一个稳定的马氏体.总磁矩随c/a的变化主要来自Ni原子:由于一个原胞中有两个Ni原子对其总磁矩作了贡献,因而屏蔽了Mn原子的贡献所致.对总态密度的分析表明,自旋向上的态密度位于费米面以下,而自旋向下的态密度有两个主峰,分别位于费米面两侧,这是磁有序合金的一个典型特性.且合金磁性主要源于Mn原子的d-eg和d-t2g亚带,这与实验结果一致.     

MnS夹杂物诱发钢材点蚀综述

MnS夹杂物诱发钢材点蚀,对钢材服役寿命、工作生产安全和社会经济发展产生巨大危害。首先,分析了MnS夹杂物诱发钢材点蚀的机理,包括电偶腐蚀机理、S和Cl-协同作用机理、封闭区域加速点蚀机理、贫铬区机理和微缝隙机理;其次,汇总了MnS夹杂物大小、形貌、分布,Cl-浓度、温度和应力对MnS夹杂物诱发钢材点蚀的影响;然后,总结了钢材防腐蚀的常用措施;最后,展望了防止MnS夹杂物诱发钢材点蚀的未来研究方向。     

海洋工程用钢的大气腐蚀与耐候钢的发展

综述了海洋工程用钢的大气腐蚀行为与耐候钢发展方面的研究,特别是近十余年来国内外的相关成果。首先介绍了钢大气腐蚀的电化学模型,并从耐候钢特殊的锈层结构与合金元素作用两方面论述了耐候钢的锈层保护机制;然后分析了环境因素,包括相对湿度与污染物、光照、锈层损伤等,对耐候钢大气腐蚀行为的影响;最后总结了耐候钢的发展历程以及晶粒尺寸与显微组织等非合金因素在耐候钢发展中的作用,可为新型耐候钢的设计与应用提供指导。     

耐腐蚀摩托艇ADC12-0.5La铝合金微观组织及制备

为改善ADC12铝合金的耐腐蚀性能,通过超声熔铸法制备ADC12-0.5La铝合金,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、硬度计、浸泡腐蚀试验和电化学工作站研究了T6热处理和稀土La改性对ADC12铝合金的微观组织、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明,T6态ADC12-0.5La铝合金微观组织明显细化,α-Al尺寸减小,形貌变圆整,共晶Si相和AlFeMnSi相细化为短棒状。相比于ADC12铝合金,T6态ADC12-0.5La铝合金硬度达到117.7HV,提高了26.8%,腐蚀电流密度降低了10.7%,腐蚀电位上升了64.4%,腐蚀速率降低了54.4%,腐蚀表面平坦且光滑,表现为较轻微的晶间腐蚀。T6态ADC12-0.5La铝合金提高了腐蚀电位,Al-La-Cu稀土相阻碍了电子移动,铝合金的耐腐蚀性能得到大幅度提高。     

Characterization of blasted austenitic stainless steel and its corrosion resistance

It is known that the corrosion resistance of stainless steel is deteriorated by blasting, but the reason for this deterioration is not clear. A blasted austenitic stainless steel plate (JIS-SUS304) has been characterized with comparison to the scraped and non-blasted specimens. The surface roughness of the blasted specimen is larger than that of materials finished with #180 paper. A martensite phase is formed in the surface layer of both blasted and scraped specimens. Compressive residual stress is generated in the blasted specimen and the maximum residual stress is formed at 50–100 μm from the surface. The corrosion potentials of the blasted specimen and subsequently solution treated specimen are lower than that of the non-blasted specimen. The passivation current densities of the blasted specimens are higher those of the non-blasted specimen. The blasted specimen and the subsequently solution treated specimen exhibit rust in 5% sodium chloride (NaCl) solution, while the non-blasted specimen and ground specimen do not rust in the solution. It is concluded that the deterioration of corrosion resistance of austenitic stainless steel through blasting is caused by the roughed morphology of the surface.     

Ni2+、Cu2+、Zn2+对氧化亚铁硫杆菌氧化 活性影响

为研究金属离子对氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,At.f）氧化活性的影响,通过测定经初步驯化的At.f菌在不同初始pH下的生长活性,开展不同浓度梯度的Ni2+、Cu2+、Zn2+及三种金属离子共存时对At.f菌的氧化活性影响的试验。结果表明,当初始pH为1.8时,At.f菌生长活性最好,且低浓度的Ni2+、Zn2+对At.f菌氧化活性影响较小,对两种金属离子的耐受浓度均在20 g/L以上;而该细菌对Cu2+比较敏感,当Cu2+浓度为2.5 g/L时,菌株的生长活性明显下降,特别是10 g/L时,对At.f菌的氧化能力有显著的抑制作用。三种金属离子同时存在时对At.f菌氧化活性的影响大于单一金属离子,当三种金属离子的浓度均为2.5 g/L时,在48小时内对At.f菌的氧化能力有显著的抑制作用,当三种金属离子的浓度均为5 g/L时,80小时时菌株对Fe2+的氧化率极低,说明At.f菌需要经过多种金属离子共存驯化培养后才能更好地运用于多金属复杂矿物的处理。