Gd对Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(6)B_(22)合金的非晶形成能力和力学性能的影响

Gd作为优异的中子吸收剂,在中子吸收元素中具有最大的热中子俘获截面。采用铜金属型铸造法研究了Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(6-x)Gd_(x)B_(22)(x=2,4,5,6 at.%)合金的非晶形成能力及力学性能。结果表明:当Gd含量为2 at.%和4 at.%时,两种合金的非晶形成能力分别为3 mm和4 mm。进一步提高Gd含量,合金的非晶形成能力低于3 mm。Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(2)Gd_(4)B_(22)合金具有最大的非晶形成能力,其过冷液相区ΔT_(x)、约化玻璃转变温度T_(rg)和非晶形成能力判定参数γ均达到最大值,分别为56 K,0.6673和0.4241。但是Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(6-x)Gd_(x)B_(22)(x=2 at.%,4 at.%,5 at.%)非晶合金的抗压强度和显微硬度随Gd含量的增加而降低。

Ti元素对Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金性能的影响

以Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)为基础合金,研究了Ti元素添加对合金热稳定性和力学性能的影响。研究结果表明,添加适量的Ti元素能提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的热稳定性和非晶形成能力,随着Ti元素含量(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5)的增加,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金热稳定先增大后减小,当x=2时,非晶合金的非晶形成能力最强。Ti的适量添加也有利于提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)试样硬度、压缩断裂强度和塑性变形能力;当x=2时,非晶合金的硬度达到533.56,随Ti元素含量的增加,非晶合金强度、塑性先增大后减小;当x=0.5时,非晶合金的断裂强度为2111 MPa,塑性为5.02%,是不添加Ti元素的非晶合金塑性的1.8倍。

Ti和Nb微合金化对CuZr基相变增韧非晶复合材料组织性能的影响

以典型B2相增韧非晶复合材料形成合金Zr_(48)Cu_(48)Al_(4)为基础,分别研究了Ti、Nb微合金化添加对其凝固组织和性能的影响规律。研究发现,与基础合金相比,微合金化显著改变了B2相的组织形貌(包括大小、数量、形状),其中Ti微合金化降低了B2晶体相的形核能力,提高了非晶和非晶复合材料的形成能力;而Nb微合金化则提高了B2相的稳定性,并大幅提高了非晶相与B2相的硬度以及非晶复合材料的强度和压缩塑性(分别达到了1470 MPa和21.5%)。本研究为非晶复合材料的成分设计与制备提供了实验依据,对开发高性能相变增韧非晶复合材料具有参考价值。

TiC对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金非晶形成能力、微观组织及热稳定性的影响

铁基非晶合金存在非晶形成能力低、室温塑性差等问题,极大地限制了其在工程中的应用。基于“近混合焓+有效原子尺寸差”非晶合金成分设计理念设计了Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)全金属组元粉末,采用机械合金化球磨工艺成功制备出非晶态合金粉末,并研究了TiC陶瓷粉末的加入对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末非晶形成能力、微观形貌和热稳定性的影响。结果表明:Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末具有较好的非晶形成能力和热稳定性,TiC陶瓷粉末均匀稳定的分布于Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)非晶合金粉末中。添加质量分数15%TiC陶瓷粉末延缓了球磨过程中Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末的合金化和非晶化进程,降低了热稳定性,使得球磨后粉末粒度变小,分布范围变宽。该项工艺可制备出具有较大室温塑性的大块铁基非晶合金原始粉末。

非晶电机定子铁芯的制备工艺及最新研究进展

非晶合金凭借优异的综合软磁性能,尤其是在高频下有着极低的损耗而在高速电机领域备受关注。概述了非晶电机的优势和类型,综述了非晶定子铁芯的关键制备工艺,对比了径向叠压和轴向卷绕铁芯、模块拼接和整体成型铁芯以及有槽和无槽铁芯的各自优缺点。从退火处理、浸胶固化以及加工成型方式的角度总结了上述制备工艺对非晶带材和铁芯的性能影响。最后,结合非晶电机的最新研究进展,分析了当前非晶合金应用于电机定子铁芯存在的问题,并对未来非晶电机定子铁芯加工方法的发展进行了展望。

设计制备具有优异形成能力和磁热效应的GdHoErCoNiAl高熵非晶合金

通过对Gd,Ho和Er进行元素替换,成功设计制备出临界尺寸为2 mm的Gd_(20+2x)Ho_(20-x)Er_(20-x)Co_(20)Ni_(10)Al_(10)(x=0,5,10)块体高熵非晶合金体系,系统研究了稀土元素种类和含量对高熵非晶合金的微观结构、热力学性能和磁热性能的影响及调控机理.研究结果表明,随着Ho和Er逐步被Gd取代,体系的热稳定性略有下降,其中,玻璃转变温度T_(g)和初始晶化温度T_(x)逐渐降低.与此同时,液相线温度T_(1)升高,导致玻璃形成能力的热力学判据,如约化玻璃转变温度T_(rg),γ和γ_(m)降低.X射线和高分辨透射电子显微镜的结果分析表明,随着Gd含量的增大,体系的有序度减小,有利于非晶相的生成.另一方面,随着Gd元素的加入,磁热性能参量如居里温度T_(c)、峰值磁熵变(|△S_(M)_(pk)|)和相对制冷能力(relative cooling power,RCP)均逐渐升高,其中Gd_(40)Ho_(10)Er_(10)CoNiAl的|△S_(M)_(pk)|和RCP最大,分别为8.31 J/(kg·K)和740.82 J/kg.研究结果表明,稀土基高熵非晶合金体系的磁热效应包括RCP,T_(c)和|△S_(M)_(pk)|主要依赖于de Gennes因子,与材料内部的有效磁矩并无直接关系,而热力学性能主要受到4f电子引起的f-d杂化效应影响,随着4f电子数的增加非晶合金体系的热稳定逐步增加.综上所述,我们可以借助稀土元素替换进行成分优选,通过调控4f电子数获得具有较高热稳定性且Tc可调的稀土基非晶合金磁热材料.

Al掺杂对Fe基非晶纳米晶合金制备与软磁性能的影响

组元多样性是改善Fe基非晶纳米晶合金非晶形成能力和软磁性能的重要方式之一,基于Nanomet合金,通过Fe基二元相图设计成分,利用单辊甩带法制备出Fe_(80)(Al_(x)Si_(y))_(2.4)B_(12.6)P_(4)Cu_(1)(x/y=0,1/5,1/2,1/1,2/1)合金,探讨了x/y变化对合金非晶形成能力、热稳定性与软磁性能的影响,研究表明,x/y比例的提高能够增强合金的初晶相晶化温度与非晶形成能力,当x/y=1时,Fe_(80)(Al_(1)Si_(1))_(2.4)B_(12.6)P_(4)Cu_(1)合金的非晶形成能力较高,退火温度窗口拓宽,在500℃退火1 min后表现出优异的软磁性能,其中矫顽力为1.27 A/m,磁导率达17551,由于Fe含量并没有变化,Al的掺杂对合金的饱和磁感应强度影响较小。

非晶合金药型罩的射流仿真及结构设计

采用Ls-dyna软件中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对非晶合金药型罩的射流成形进行数值仿真,侵彻仿真用软件中的多物质ALE算法和流固耦合,并进行试验验证。结果表明:72°锥角非晶合金药型罩的射流形态、性能更好,射流为连续性非凝聚态,锥角为72°,壁厚为2.5 mm的非晶合金药型罩穿深约为铜药型罩的86%,孔径约为铜药型罩的1.46倍,仿真结果与试验结果误差小于10%。药型罩中部对非晶合金射流成形和性能影响最大。根据非晶合金射流特征设计了一种新型药型罩结构,其侵彻45#钢穿深比锥形非晶合金药型罩提高约12%,达到相同锥角的锥形铜药型罩的穿深,孔径比铜药型罩高约44%,为非晶合金药型罩结构设计提供参考。

微量氮元素添加对Zr基非晶合金力学性能影响的研究

采用铜模吸铸法,成功地制备了直径3 mm的(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)非晶合金棒材。利用氮氧分析仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜等手段,系统地研究了氮含量对(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)非晶合金的力学性能的影响。同时,对氮元素添加时非晶合金体系的剪切带与断口形貌进行了分析讨论。结果表明:不同氮含量的(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)合金中,氮含量(原子百分数)分别为0.08%、0.49%、1.18%、1.48%、1.73%;在添加微量氮元素前后,块体合金(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)均呈现完全非晶结构;原始Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金的显微硬度值为478.62 HV,添加氮元素后显微硬度随氮含量增加而递增,显微硬度最高为519.16 HV;添加氮元素前,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的抗压强度为1738 MPa、塑性形变量为2.1%;当x=0.5时,抗压强度降至1719 MPa、塑性形变量降至1.0%;当x≥1.0时,抗压强度持续下降且塑性较差。

超临界二氧化碳辅助制备二维非晶材料

二维非晶材料不仅具有二维材料的高比表面积和高表面原子活性,还具有非晶材料的多缺陷和活性位点等优势,是理想的催化材料。近年来,超临界二氧化碳辅助制备工艺在制备二维非晶材料方面取得了一系列成功。介绍了利用超临界二氧化碳辅助制备各种二维非晶材料,讨论了其可能的非晶化机理及其对二维材料结构和性能的影响,并进一步展示了它们在不同领域的应用。对超临界二氧化碳辅助制备二维非晶材料的研究不仅能从理论层面理解二维非晶材料的形成机制,更为制备具有特定结构和性能的二维非晶材料提供指导。相关研究展示了超临界二氧化碳辅助制备工艺在材料设计和工程应用中具有广阔的前景。

第二相增强铁基非晶复合涂层耐磨性能研究

目的改善涂层的耐磨性能。方法挑选球状碳化钨粉末、块状金属钨粉、类球形氧化铝粉末、片状氧化铝粉末、氮化硅晶须、片状硫化钼粉末以及块状氮化钛粉末作为增强相,制备出铁基非晶复合涂层,分析涂层的组织与显微结构,表征非晶相与第二相之间的界面结合,并对不同涂层的耐磨性能进行测试,讨论第二相性质对复合涂层性能产生的影响。结果涂层的摩擦因数主要与表面氧化程度有关,低负载下W、WC以及球状Al_(2)O_(3)颗粒相能够减少涂层表面非晶的晶化,摩擦因数均低于0.3;高负载下非晶涂层的摩擦因数主要受涂层表面硬质相上粉率的影响,提高硬质相的上粉率能有效改善涂层的耐磨性能,上粉率较高的W、球状Al_(2)O_(3)以及WC 3种涂层最终的摩擦因数分别为0.41、0.44以及0.45,其余硬质相占比较低的涂层均在0.48左右。结论涂层磨损主要分为3个阶段:初期的磨合阶段、中期的稳定磨损阶段,以及涂层由于摩擦过程的热量积累出现氧化,当氧化积累到一定程度后就进入后期的剧烈磨损阶段,涂层表面的氧化脱落与新相生成的速度达到平衡,摩擦因数逐渐稳定不再变化。

电解水析氢反应的铁基非晶合金薄带催化剂研究进展

Pt基电催化剂是析氢反应的基准,然而低丰度和高成本制约了此类贵金属基催化剂的大规模应用,从而促使了替代材料的探索。铁基非晶合金具有无序原子排布结构,表现出独特的物理化学性质。受碱性溶液中的高效析氢反应启发,简述了铁基非晶合金薄带电催化剂的常见反应机理和设计策略,旨在为制备高性能电催化剂提供指导,包括杂原子掺杂、异质面构筑、应变及空位缺陷构建等。此外,原位表征技术和密度泛函理论在铁基非晶合金薄带电催化剂理论设计、反应过程、动态结构演变和机理揭示等方面发挥了重要作用。最后简要介绍了铁基电催化剂目前存在的挑战和未来的研究方向。

高效非晶合金电机关键技术研究综述

非晶合金以其优异的低损耗特性在电机领域受到越来越多的关注。对非晶合金电机的研究进展进行梳理,介绍了非晶合金电机相对传统电机的优势,阐述了现阶段非晶合金电机铁心常用的加工工艺以及非晶合金电机的研发应用情况。对非晶合金电机关键技术的研究现状进行总结,包括考虑加工工艺、装配工艺下非晶合金电机铁心损耗与温升的精确计算,径向磁通与轴向磁通非晶合金电机振动噪声的精确计算,非晶合金电机设计优化与前沿应用,并对非晶合金电机未来发展趋势与研究方向进行了展望。

锆基非晶合金电解质等离子体抛光工艺及废液处理

电解质等离子体抛光技术在非晶合金结构件的应用仍处于探索阶段,而且会产生含较高浓度的重金属和氟离子废液。为了提高锆基非晶合金结构件的表面质量以满足其使役性能,研究抛光时间、工作电压、硫酸铵浓度、初始温度、工件入水深度、阳极挂具材料等电解质等离子体抛光工艺参数对锆基非晶合金表面粗糙度、晶化情况的影响,并利用正交试验进行参数组合优化,对比不同参数对于表面粗糙度的影响显著程度。最后针对抛光后废液污染的问题,探究并配套合适的废液处理方案。结果表明:影响抛光后材料表面质量因素的显著程度为抛光时间>工作电压>初始温度>硫酸铵浓度,最优抛光工艺参数组合为抛光时间8 min,工作电压220 V,初始温度88℃,硫酸铵浓度为5%,此时表面粗糙度为0.103μm。经化学混凝沉淀法和离子交换树脂法组合工艺处理后,出水废液中的重金属和氟离子浓度均能达国家电镀污染物排放标准。研究成果可为电解质等离子体抛光在锆基非晶合金的实际生产提供工艺指导,有助于推广锆基非晶合金结构件的产业化应用,促进锆基非晶合金的大规模工业生产。

大米淀粉晶体/非晶体结构耐热性研究

采用中红外(MIR)光谱及二维中红外(2D-MIR)光谱分别开展大米结构及其淀粉晶体/非晶体结构热变性研究。实验发现:大米的红外吸收模式主要包括:νOH-大米、νas CH2-大米、νs CH2-大米、νamide-Ⅰ-大米、νamide-Ⅱ-大米和νC-O-大米。随着测定温度升高(303~393 K),不同产地的大米淀粉晶体/非晶体结构对于热的敏感程度及变化快慢顺序均存在一定的差异性。进一步探究相关机理,认为不同大米淀粉晶体/非晶体结构耐热性存在一定差异性,因而进一步影响其口感。并拓展了MIR光谱及2D-MIR光谱技术在大米结构及其淀粉晶体/非晶体结构热变性的研究范围。

基于Sablik-Preisach模型的非晶合金磁滞与磁致伸缩特性模拟方法

非晶铁芯具有优异的高频磁性能,但较电工钢等软磁材料具有更显著的磁致伸缩效应,在高频及谐波激励下的磁致伸缩特性较为复杂。该文基于内能最小原理,根据磁滞能量密度函数描述磁滞与磁致伸缩的耦合关系,并利用磁畴能量沿磁场方向贡献的总和表示无磁滞磁化强度,建立以磁滞效应为基础的Sablik模型。采用将基本磁化曲线线性分段的方法对涡流损耗的表达式进行修正,进而建立动态Preisach模型,引入铁磁材料的非线性本构关系,构造单频正弦激励下磁滞与磁致伸缩解析表达式,并提出相应参数辨识方法。在谐波激励下,基于线性叠加原理推导对应场量的表达式,并进一步提出谐波激励下非晶合金的磁滞与磁致伸缩特性模拟方法。最后,模拟了非晶合金材料分别在正弦和谐波激励下的磁滞回线与磁致伸缩回线,通过与测量结果及传统方法进行对比,结果表明所提方法在正弦和谐波激励下的损耗与磁致伸缩误差分别小于5%与10%,验证了所提方法的准确性和通用性。

超音速火焰喷涂氧燃比对铁基非晶涂层性能的影响

非晶涂层具有优良的物理和化学性能,在工业中有广泛的应用。以FeCrMoCBSi非晶粉末为喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在不同喷涂参数下在Q235钢基板上沉积了铁基非晶涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏显微硬度计等测试方法,探讨氧燃比对涂层显微组织、微观结构及耐磨性的影响。研究表明,随着喷涂氧燃比的减小,涂层的非晶相含量呈增加趋势。这是因为过量的氧气会降低喷涂过程中颗粒的熔化程度,并使颗粒氧化。涂层的显微硬度和耐磨性随氧燃比的减小而增加。这是因为在较小氧燃比下,颗粒熔化程度增加,与基板间润湿性增加,孔隙率减小。三种铁基非晶涂层相比于Q235钢基板均具有更加优良的耐磨性,有望成为碳钢表面保护和耐磨涂层的候选材料。

基于SiO_(2)@CA微球的非晶结构色涂层的制备及光学性能

目的制备基于SiO_(2)@CA微球的非晶结构色涂层,并得到调控结构色颜色的方法,作为功能包装或智能包装的潜在应用。方法将咖啡酸(CA)与SiO_(2)微球在CuCl_(2)和NaBO_(3)·4H_(2)O的催化下产生活性氧(ROS),使CA迅速氧化为具有强黏附性的聚咖啡酸(PCA)包覆SiO_(2)微球,即SiO_(2)@CA复合微球,然后将该复合微球与无水乙醇组成的悬浮液喷涂于亲水化的玻璃基片表面,从而制得非晶结构色涂层。采用FT-IR、XPS、TGA、SEM等对SiO_(2)@CA复合微球及其结构色涂层进行表征,研究CA含量、CuCl_(2)/CA的质量比和NaBO_(3)·4H_(2)O/CA的质量比对复合微球的形貌及结构色涂层光学性能的影响。结果在CA质量分数为5%、CuCl_(2)/CA的质量比为12∶和NaBO_(3)·4H_(2)O/CA的质量比为64∶的制备条件下可以得到适宜的SiO_(2)@CA复合微球及结构色涂层。结论采用CA可有效提高所制备非晶结构色涂层颜色的对比度,实现颜色调控。

铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程分析

在生产现场采用跟踪统计方法,归纳分析铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程以及滚剪刀耐用度、刀具刃磨等问题,统计分析不同宽度滚剪刀的加工情况发现,滚剪刀有效工作时间比率为65%~88%,平均有效工作时间比率为76.1%,有效工作时间不稳定;滚剪刀剪切行程处于3700~4200m之间,平均剪切行程为3839.74m,刀具耐用度存在较大差异,剪切宽度越大滚剪刀耐用度越长;滚剪刀刃磨时刀具径向去除量在80~150μm之间,平均刃磨去除量为106μm,刀具刃磨工艺对刀具耐用度有决定性影响。最后针对滚剪刀磨损检测问题,提出采用声发射信号对滚剪刀状态进行在线检测的技术方案。

流动条件下铁基非晶纳米晶涂层钝化行为研究

通过初期腐蚀电流密度监测、电化学阻抗谱、极化曲线和微观形貌分析,研究了静态和动态不同流速下铁基非晶纳米晶涂层的钝化与点蚀行为。结果表明:流动条件下,铁基非晶纳米晶涂层的自腐蚀倾向增加;随着流速的增加,钝化电流密度先增加后减小,流速为5 L/min时,钝化电流密度达到极大值3.09×10-4A/cm2;点蚀电位先降低后增加,滞后环面积先增加后减小,点蚀坑最大深度达50.61μm,可见高流速条件下涂层的点蚀能力降低。