高熵稀土氧化物热障涂层材料研究进展

热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)材料在航空发动机和燃气轮机的热防护中具有保护高温合金基底免受氧化及腐蚀,并降低高温合金的工作温度的重要作用。新型热障涂层材料中存在许多高熵稀土氧化物,能够实现比单一主成分稀土氧化物更优异的热学、力学、高温相稳定性以及抗烧结、耐腐蚀等性能。但是目前对高熵稀土氧化物的研究仍然停留在初步阶段,其中稀土元素对材料性能的作用尚未完全明确,且没有形成统一标准。简要概述了热障涂层的基本结构,并重点总结了高熵锆酸盐、铈酸盐、铪酸盐、钽酸盐和铌酸盐等5种高熵稀土酸盐的晶体结构、热物理性能与力学性能。对比分析了其与相应的单一组分稀土酸盐的差异,并探讨了影响其性能优劣的多种因素。相比于单一组分稀土氧化物,高熵稀土氧化物的热导率、热膨胀系数和相稳定性均有明显改善。最后,展望了未来高熵稀土热障涂层的发展方向。

基于稀土氧化物示踪法探究冻融循环对黑土团聚体周转的影响

为区分土壤团聚体形成和破碎过程,阐明冻融循环对黑土土壤结构的影响,本文利用稀土氧化物(REOs)示踪技术,通过室内模拟试验,探究不同初始含水量(50%田间持水量(T50)vs.100%田间持水量(T100))和冻融循环次数(0次、3次、6次、12次和20次)对团聚体粒径分布、平均质量直径(MWD)以及团聚体周转过程的影响。结果表明:同一初始含水量下,随着冻融循环次数的增加,MWD、>0.25mm和<0.053mm团聚体含量显著降低,0.25~0.053mm团聚体含量显著增加(P<0.05)。6次冻融循环后,T50处理下的MWD显著高于T100处理(P<0.05),5~2mm和<0.25mm团聚体含量无显著差异。除5~2mm团聚体外,冻融循环处理下,相邻粒级团聚体之间周转更为激烈。在同一冻融循环次数下,5~2 mm团聚体向0.25~0.053 mm团聚体的破碎量在T100处理下显著高于T50处理(P<0.05)。冻融循环促进了>0.25 mm团聚体的破碎和<0.053mm团聚体的团聚,表现为0.25~0.053mm团聚体的累积。冻融循环过程中,MWD与各粒径团聚体相对形成量呈显著正相关,与其相对破碎量呈显著负相关(P<0.05)。随着冻融循环次数的增加,各粒径团聚体周转时间显著增加(P<0.05)。同一冻融循环次数下,>0.25mm团聚体的周转时间高于<0.25mm团聚体,T100处理下的团聚体周转时间显著高于T50处理(P<0.05)。综上所述,冻融循环次数和土壤初始含水量通过影响团聚体形成和破碎过程改变土壤结构的稳定性。本研究结果可为进一步探究冻融循环下黑土土壤结构变化提供理论依据。

空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论HCD复合Y_(2)O_(3)辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。

稀土氧化物对低温固相合成镁铝尖晶石纤维的影响

为探究稀土氧化物和合成温度对合成镁铝尖晶石纤维的影响,以碱式硫酸镁晶须、铝溶胶为主要原料,分别以Y_(2)O_(3)、La_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)为添加剂,经不同温度热处理后,制备了镁铝尖晶石纤维,研究了添加剂的种类(Y_(2)O_(3)、La_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3))、加入量(加入质量分数分别为0、1%、2%和3%)以及不同热处理温度(800、1000和1200℃保温3 h)对低温固相合成镁铝尖晶石纤维的影响。结果表明:1)以碱式硫酸镁晶须、铝溶胶为原料,添加质量分数为3%(w)的Nd_(2)O_(3)或Y_(2)O_(3)在800℃热处理时均对镁铝尖晶石纤维的合成具有较为明显的促进作用。2)热处理温度为1000℃时,添加3%(w)Nd_(2)O_(3)合成镁铝尖晶石纤维的效果最好。

稀土氧化物强化钨铼合金的制备与力学性能研究

采用快速热压烧结技术制备稀土氧化物掺杂钨铼合金,对比研究添加不同种类稀土氧化物对钨铼合金微观组织和力学性能的影响,并分析讨论其强化机理。结果表明:稀土氧化物不仅能提高钨铼合金的相对密度和强度,还能减小钨铼合金的晶粒尺寸。在3种稀土氧化物中,氧化钇的强化效果最明显。W-3%Re-0.8%Y_(2)O_(3)(质量分数,下同)的相对密度为95.5%,硬度为412.5 HV1,变形量到50%时压缩强度为3158 MPa,对比合金基体(W-3%Re),分别提高了3.1%、49.0%和24.0%。另外,W-3%Re-0.8%Y_(2)O_(3)的平均晶粒尺寸仅为5.8μm,比合金基体降低了约63.6%。

水蒸气蒸馏-离子色谱法测定稀土氧化物中微量和痕量氟和氯

为准确测定高纯稀土氧化物中氟离子和氯离子的含量,通过硫酸预蒸馏降低空白值,稀土氧化物经硫酸分解,其中的氟和氯随水蒸气逸出与样品分离,经水吸收,用阴离子分离柱分离,以氢氧化钾溶液梯度淋洗,抑制型电导检测器检测,建立了水蒸气蒸馏对样品进行前处理,离子色谱法同时测定氟离子和氯离子的分析方法。通过保留时间对氟和氯进行定性分析,以标准曲线法对氟和氯进行定量分析,氟和氯的线性相关性为0.9998和0.9997,测定下限均为0.0006%。通过选择样品前处理方式、硫酸用量、样品量、蒸馏时间、吸收液等,确定实验的最佳条件。通过加标回收实验和方法比对实验评估验证方法的准确性,实验表明,氟和氯的加标回收率分别在88.2%~99.7%和95.5%~103%,与现有标准方法GB/T 12690—2003测定结果相比较,相对偏差小于5%。通过精密度实验验证方法的稳定性,氟和氯的相对标准偏差(n=11)分别为1.7%~4.1%和1.7%~7.6%。结果表明,所建立的分析方法检出限低、精密度良好、准确度高,适用于对高纯稀土氧化物中微量和痕量氟离子和氯离子的快速测定,为高纯稀土氧化物中杂质氟和氯的质量与评价提供技术支撑。

含稀土氧化物添加剂的AgNi电触头材料的组织及性能研究

制备了含稀土氧化物(ReO)添加剂的AgNi电触头材料AgNi(15)ReO,对其相结构、添加剂均匀性、金相组织、物理性能等进行分析。结果表明:所制备的材料稀土元素在Ag基体中分散均匀,金相组织无明显缺陷、无添加剂聚集,ReO添加量在1%时电寿命最高,有望应用于中等电流等级低压电器中。

单相掺杂稀土氧化物对镁铝尖晶石材料性能影响的研究进展

综述了单相掺杂稀土氧化物对镁铝尖晶石材料烧结性能、力学性能、抗渣侵蚀性能以及耐其他介质腐蚀性能的影响及作用机理。在此基础上,指出了镁铝尖晶石材料在制备和应用过程中存在的问题,并展望了稀土氧化物掺杂镁铝尖晶石材料的研究方向。

高纯稀土氧化物中其他稀土元素分析

本文旨在探索分析高纯稀土氧化物中目标成分的有效方法。通过比较和评估不同的分析方法,选择了石墨炉原子吸收法结合中性萃取剂进行萃取的方法。该方法具有较高的灵敏度和准确度,能够有效提取目标成分,如铜、铅、镍和铬。经过实验验证,该方法具有良好的选择性和稳定性,操作流程简单,适用于大多数实验室条件。综合分析结果表明,石墨炉原子吸收法在分析高纯稀土氧化物中目标成分具有较高的可靠性和实用性。然而,在实际应用中,仍需根据具体情况综合考虑各种因素,选择最合适的分析方法,以确保分析结果的准确性和可靠性。

稀土氧化物改性氧化锆/铂铝热障涂层的制备及其高温性能

针对我国某型航空发动机涡轮叶片用DZ125与DZ406高温合金,开展了稀土氧化物改性氧化锆/铂铝热障涂层体系的制备工艺及涂层高温性能研究。采用电镀Pt和气相渗铝的工艺制备了PtAl金属粘结层,研究了镀Pt前处理、不同镀Pt层厚度以及渗铝温度等关键工艺参数对涂层的微观结构和抗高温氧化性能的影响规律。采用优化后的涂层工艺制备的PtAl粘结层在1150℃时的抗氧化性能优异。采用电子束物理气相沉积(EB–PVD)在PtAl粘结层表面制备了稀土氧化物改性的氧化锆(GYb–YSZ)陶瓷涂层。由GYb–YSZ和PtAl组成的热障涂层在1050℃热循环4320次(1050℃保温时间720 h)后,涂层表面状态完好,未发现明显剥落现象,表明该热障涂层体系具备良好的热循环性能。

稀土氧化物掺杂对Y_(3)Al_(5)O_(12)热障涂层材料热膨胀性能的影响

采用固相烧结法制备稀土氧化物(Gd_(2)O_(3),Er_(2)O_(3),Sc_(2)O_(3))掺杂钇铝石榴石(YAG)热障涂层材料.通过X射线衍射仪、扫描电镜和热膨胀仪研究掺杂离子种类、含量和掺杂位置对材料物相组成、微观形貌和热膨胀性能的影响规律.结果显示:阳离子半径小于Y^(3+)的Sc_(2)O_(3)掺杂YAG陶瓷材料热膨胀性能最优.当掺杂量x为0.6时,(Y_(0.4)Sc_(0.6))_(3)Al_(5)O_(12)陶瓷的平均热膨胀系数最大,约为12.34×10^(-6)K^(-1),比纯YAG陶瓷的平均热膨胀系数(~8×10^(-6)K^(-1))提高了约50%.

新型(Ce_(0.2)Pr_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Y_(0.2))_(2)O_(3)高熵稀土氧化物的制备及表征

近年高熵氧化物的出现为研发性能优异的无机非金属材料提供了全新的理念。本文采用固相反应法制备(Ce_(0.2)Pr_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Y_(0.2))_(2)O_(3)高熵稀土氧化物粉体,分析煅烧温度对其物相结构及物相转变规律的影响,系统研究该高熵氧化物的显微结构特点。结果表明,当煅烧温度为1300℃时,样品已经形成立方结构(Ia-3),但存在少量其他杂相;当煅烧温度为1500℃时,形成了具有单相立方结构的(Ce_(0.2)Pr_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Y_(0.2))_(2)O_(3)高熵稀土氧化物粉体。Ce、Pr、Nd、Sm、Y和O各元素均匀分布在晶粒中,具有典型的高熵稀土氧化物特征。

稀土氧化物种类和热处理温度对合成镁锆砂性能的影响

为充分利用辽南地区的低品位菱镁矿,制备优质镁质合成耐火原料,以岫岩二级菱镁矿和脱硅锆为主要原料,分别加入2%(w)的CeO_(2)、Y_(2)O_(3)、La_(2)O_(3)稀土氧化物,于1500、1600、1700℃热处理3 h后得到镁锆砂试样,研究了稀土氧化物种类与热处理温度对镁锆砂性能及显微结构的影响。结果表明:1)与未添加稀土氧化物的试样相比,添加了稀土氧化物试样的抗热震性提高,体积密度增大,显气孔率减小;2)加入2%(w)CeO_(2)的镁锆砂试样经1700℃热处理3 h后,其体积密度最大,显气孔率最小,抗热震性最好。

变换反应用稀土氧化物掺杂铜锰催化剂合成、表征及其催化性能

主要是采用共沉淀法制备铜锰复合氧化物催化剂,并在铜锰复合催化剂中掺杂La_(2)O_(3)、CeO_(2)、Y_(2)O_(3)、Pr_(6)O_(11)稀土氧化物。经催化剂活性测试掺杂La_(2)O_(3)、CeO_(2)、Y_(2)O_(3)的样品在高温450℃下的耐热活性比较良好,掺杂Pr_(6)O_(11)的样品的耐热活性较差,在低温200℃时,对于掺杂了稀土氧化物La_(2)O_(3)、CeO_(2)、Y_(2)O_(3)的样品其催化性能相对于纯铜锰催化剂有一定程度的提高,而掺杂Pr_(6)O_(11)的催化剂则表现出较低的催化活性;通过H2-TPR、CO-TPR对样品进行表征,掺杂La_(2)O_(3)的样品明显的使还原温区降低了30℃左右;掺杂稀土氧化物的焙烧样品对CO的吸附能力表现的很弱,只有掺杂Pr_(6)O_(11)的样品,在350℃时对CO有一定的吸附;只有Pr_(6)O_(11)样品的还原温度高,消耗的CO最多。

稀土氧化物对铝镁质浇注料中原位反应和性能的影响

为了保证铝镁质浇注料在高温烧结后的体积稳定性,探究稀土氧化物对铝镁质浇注料原位反应和性能的影响,分别将氧化钇和氧化铈加入浇注料和基质中进行对比。分析其物相组成、显气孔率、抗折强度等性能。结果表明,氧化钇和氧化铈的添加均会对铝镁质浇注料的体积稳定性产生不同程度的影响,同时会加速其原位反应,对铝镁质基质浇注料的影响更为突出。

稀土氧化物自动化装料技术的研究与应用

镧、铈稀土氧化物是高价值稀土产品,一般采用500 kg或者1000 kg包装袋包装,要求装袋误差小于0.05%。目前采用人工装袋,再进行称重补差的装料方式,每一个吨袋的装料过程需要挂袋、装料、搬运、称重、补差等多个步骤,至少需要4至5名工人,存在人工成本高、生产效率低的问题。通过采用自动化、高精度计量称重等技术,研制了装料误差小于0.05%的自动装料机及配套料筐,实现了镧、铈稀土氧化物产品的自动装料,解决了目前稀土氧化物产品装料生产过程中步骤繁琐、多人操作的问题,提高了工作效率,降低了人工成本。

稀土氧化物复合材料在电催化中的研究进展

稀土是一种重要的战略资源,稀土元素共包含元素周期表中的17种元素,即15种镧系元素(原子序数从57到71)和钪(原子序数21)与钇(原子序数39)。在催化领域,稀土元素由于具有特殊的4f电子构型,电子能级结构丰富,配位数多变,在许多反应中表现出出色的催化性能。在各种稀土催化材料中,稀土氧化物复合催化剂由于其制备工艺简单、结构可调变性强等特点在电催化反应中表现出优异的性能。但当前,稀土氧化物基复合催化剂的电催化反应活性与其自身的电子结构之间的关系尚不明确,阻碍了对稀土在电催化反应中所起作用的理解。本文从稀土氧化物电子结构特点出发,简要综述其复合物在电催化反应中的应用。

探析具有特定表面性质的稀土氧化物粉体及其制备方法

对具有特定表面性质的稀土氧化物粉末制备进行研究,以{100}和{110}晶体表面颗粒为例,对于具体的制备流程与方法进行介绍,凭借其较高的催化活性可得到良好的稀土氧化物粉体制备效果。同时,还对不同制备条件对稀土复合氧化物粉体性能的影响加以分析,包括柠檬酸用量和焙烧温度、升温速率和成胶温度等,并对其XRD表征进行研究。

稀土氧化物掺杂对铁基摩擦材料性能的影响

文章采用洛氏硬度计对摩擦材料的力学性能进行表征,利用电子扫描显微镜(SEM)和MM-3000型摩擦磨损性能试验台,研究了微观形貌和摩擦磨损性能。研究结果表明:微量的稀土氧化物掺杂在铁基摩擦材料中可细化晶粒,降低烧结密度和硬度。相较于掺杂CeO_(2)和Dy_(2)O_(3),掺杂La_(2)O_(3)更有利于提高铁基摩擦材料的平均摩擦系数和耐热系数,并且在压力2000 N,转速6000 r/min的试验条件下,摩擦后的试样表面较为平整,无明显的犁沟和摩擦组元脱落现象。

稀土氧化物对纳米抗菌陶瓷釉料性能的影响

将混合稀土氧化物添加到含银系纳米抗菌剂的陶瓷釉料中,在氧化气氛中1 180℃温度下烧成可制得纳米抗菌建筑卫生陶瓷。本实验研究了添加混合稀土氧化物对釉面质量和性能的影响。实验表明,该新釉料比不含混合稀土氧化物的纳米抗菌釉料具有更强的抗菌效果,且釉面质量好。新产品有许多优良特性如:小的粒径尺寸、高效、对人体无毒害等。添加0.5%的混合稀土氧化物后,釉面的白度、硬度、耐磨性、抗热震性显著提高。