过渡金属低维纳米材料在电催化领域中的研究进展

随着环境问题的日趋严重和能源危机的不断攀升,利用电催化技术开发可持续的绿色新能源迫在眉睫。过渡金属低维纳米材料具有高活性表面、高效的电子转移速率和丰富的表面空位,能够有效提升电催化反应的效率和稳定性。本文基于材料维数,将过渡金属低维纳米材料分类,并分别阐明其优势,重点综述零维、一维、二维纳米材料在电催化领域中的研究成果,揭示低维纳米结构与电催化活性、稳定性之间的关系,明确了低维纳米化是提高电催化性能的有效方法。最后,指出过渡金属低维纳米催化剂应根据需求合理设计并优化其结构。未来低维纳米催化剂的发展方向应是基础研究与计算研究相结合,用理论来引导设计,搭配机器学习预先选择合适的结构模型以及朝着改进现有材料结合更多更高效的复合材料进一步发展。

Mo-Si-B三元系中T2相合金的研究进展

金属间化合物Mo_5SiB_2（T2）具有高的熔点（~2160℃）,突出的高温力学性能及良好的高温氧化抗力,使用温度达到1200~1600℃,被视为新一代超高温结构材料。本文综述了国内外T2相合金的最新研究现状,简单介绍了T2相合金的制备技术及其在工业中的应用,探讨了T2相合金的室温本征脆性、中温脆韧转变、高温塑性变形机理,最后,展望了T2相合金的未来研究方向及发展趋势。

特种熔炼与冶金质量控制课程教学改革探索

特种熔炼与冶金质量控制是冶金工程专业的一门重要的专业基础课,针对冶金工程专业的知识结构和教学特点,从优化教学内容、多样化教学形式及多媒体辅助教学、加强课外实验与具体实例应用、鼓励学生积极参与课堂讨论、穿插介绍课程相关研究前沿并展示优秀科研成果、鼓励学生亲自参与调研相关研究课程等六个方面探讨了课堂教学方法。

水热法制备ZrO_2掺杂钨合金粉末的工艺研究及表征

以仲钨酸铵和硝酸锆为原料,采用分步水热法结合煅烧和二次氢还原工艺制得ZrO_2掺杂钨合金粉末。利用XRD、EDS、SEM、TEM等检测手段对不同制备过程产物的相结构、形貌及相转变进行分析。结果表明:仲钨酸铵与硝酸进行水热反应,生成一种钨酸,其分子式为1.5WO3·2H2O;硝酸锆与氨水进行水热反应后生成单斜结构ZrO_2;通过液-液掺杂方式使这两种产物混合均匀,干燥后得前驱粉末。经500~550℃煅烧后,立方结构1.5WO3·2H2O转变为单斜结构WO3。经800℃×2h+900℃×2h二次氢还原后得到ZrO_2掺杂钨合金粉末,其平均粒径为10~20nm。通过对比实验可得,掺杂ZrO_2可起到细化钨晶粒的作用。

氧化钇稳定立方晶型氧化锆增强钨基合金制备工艺及性能

采用共沸蒸馏法结合粉末冶金法制备了氧化钇稳定立方晶型氧化锆增强钨基合金（W-3.0 mass%YSCZ）。利用XRD、SEM、EDS、TEM等检测手段对合金制备过程中不同阶段材料组织、形貌及微观结构进行了分析与表征,测定了复合钨粉的粒度、钨合金的密度、显微硬度、磨损性能及动态压缩性能。结果表明：p H值对前驱体粉体的粒度有显著影响,p H=2的初始溶液制得的前驱体粉体粒径细小,随着初始溶液的p H值增大,复合粉末粒径逐渐增加;p H=2的初始溶液制得的前驱体粉经550℃×4 h煅烧后得到粒径为40～60 nm煅烧粉体,再经750℃×2 h＋900℃×4 h氢气还原后得到尺寸为35～50 nm的钨与ZrO_2-Y2O3构成的近球形纳米级复合粉末;制得的钨合金中的ZrO_2为立方晶型,表明常温下Y2O3对ZrO_2晶型起到了稳定作用;ZrO_2-Y_2O_3颗粒对钨晶粒具有明显的细化作用,获得的钨晶粒粒径为3～6μm;钨基合金相对密度达90.9%,抗压强度达到1009 MPa,耐磨性较纯钨提高了约18.7%。

钼电极表面Y2O3-玻璃基涂层抗氧化性能研究

目的提高钼电极在玻璃炉窑烘窑过程中的抗氧化性能。方法在纯钼基体表面制备不同Y2O3含量的玻璃基抗氧化涂层。对涂层分别在800、1000、1200℃下进行抗氧化测试,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层在氧化前后的形貌、成分和物相进行检测,利用热分析仪对涂层粉体进行差热分析(DTA)。结果随着Y2O3成分含量的增加,硅酸盐玻璃的软化点温度不断降低,晶化放热峰也越来越低。Y2O3含量为10%和20%的涂层表面结构完整,整体比较致密,在1200℃高温氧化条件下,在第1h内出现增重,之后随着加热时间的延长,增重趋于稳定。Y2O3含量为30%的涂层表面呈致密片状结构,部分出现脱落,样品在氧化过程中出现明显失重。结论Y2O3含量为10%的Y2O3-玻璃基涂层经过1200℃抗氧化实验后,表面完整,试样增重较少,性能优良。涂层截面分为过渡层、中间层和最外层。过渡层主要为MoO2和MoO3,中间层主要是BaMoO4,最外层主要是SiO2。涂层抗氧化机理为互熔反应型保护机理和惰性熔膜屏蔽型保护机理。

纳米W-Cu复合粉体制备的研究进展

W-Cu复合材料结合了W、Cu金属各自优良性能,具有良好的高温强度、延展性、抗电弧烧结性、耐高温氧化和低膨胀系数等特点,广泛应用于机械加工、国防工业、航空航天、电子信息、军事等领域。以超细纳米W-Cu复合粉体为原材料是制备出性能优越的W-Cu复合材料的主要途径之一,受到国内外学者的广泛关注。主要总结了W-Cu超细纳米复合粉体的制备方法,如机械合金化法、化学共沉淀法、水热合成-共还原法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法、冷冻-干燥法、燃烧法等,并通过分析现阶段制备W-Cu纳米复合粉体存在的问题,提出了未来该领域的研究方向。

料浆包渗法制备MoSi_2高温抗氧化涂层

目的开发钼基体表面制备Mo Si2高温抗氧化涂层的新工艺。方法创造性地采用料浆包渗法在钼基体表面制备MoSi2高温抗氧化涂层,使用X射线衍射仪(XRD)结合能谱仪(EDS)分析并确定涂层的主体层和过渡层物相。通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面及断面的微观组织形貌,探讨硅化物形成机理并建立料浆包渗过程模型。探究料浆涂覆厚度、NaF活化剂含量、热处理温度、热处理时间等工艺参数对涂层厚度的影响。结果采用料浆包渗法在钼基体表面制备出了双层硅化物涂层,外层为多边棱柱状MoSi2,内层为均匀致密的玻璃状Mo5Si3。料浆涂覆厚度较薄时,涂层内层(Mo5Si3)加厚,而外层(MoSi2)变薄。活化剂NaF质量分数在0～20%内与涂层厚度呈正相关性,质量分数达到20%后,涂层厚度基本不变。热处理温度在活化剂NaF和渗剂Si粉相变转化点附近,对涂层生成起较大作用。热处理时间越长,涂层总厚度越大,但涂层生成速率与热处理时间呈倒抛物线关系。结论采用料浆包渗法,能在较低热处理温度下(800～1400℃)及较短的热处理时间内(1～7 h)在钼基体表面成功制备出致密的MoSi2高温抗氧化涂层,提高热处理温度和增加时间能够增加涂层厚度。

低温溶液法制备TiO2/γ-AlO(OH)纳米复合粉体及其光催化性能

以硝酸铝为铝源,钛酸四丁酯为钛源,柠檬酸三铵为起泡剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作表面活性剂,采用低温溶液法制备TiO2/γ-AlO(OH)复合纳米粉体光催化剂;采用HRTEM、FESEM、EDS、XRD、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和N2吸附-脱附(BET)等手段对复合材料进行表征;研究了γ-AlO(OH)掺杂量、PVP表面活性剂等对TiO2/γ-AlO(OH)复合纳米粉体的形貌及光催化活性的影响规律;探究了吸附作用对催化剂活性的影响。结果表明:载体材料γ-AlO(OH)纳米微球的介孔结构限制了TiO2纳米晶的团聚和长大,适当添加PVP表面活性剂可以减少复合粉体团聚,并调控其微观形貌;当γ-AlO(OH)掺杂质量分数为10%、PVP添加量为0.1 mmol时,制备的TiO2/γ-AlO(OH)复合粉体的BET比表面积为334.27 m2/g,催化性能最佳,光照30 min,对罗丹明B的降解效率为94.26%,远大于纯锐钛矿结构TiO2和市售P25催化剂。

添加Mn对高碳铬铁铸渗复合材料组织的影响

利用铸渗工艺在ZG45钢表面获得高锰高碳的铬铁铸渗层,通过改变铸渗合金粉中锰含量,研究了锰对铸渗表面复合材料组织均匀性及性能的影响。结果表明:获得的铸渗层厚度在6 mm以上;当自制合金粉末中锰含量为11%时,获得的铸态组织中碳化物以菊花状弥散均匀地分布在奥氏体基体中,碳化物主要有Cr7C3、Fe3C、Cr23C6等,铸渗层致密,无气孔,铸渗层与基体之间为冶金结合,且此时硬度达到最大值HRC56。

Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展:新型粘结相

Ti(C,N)基金属陶瓷是由金属粘结相和陶瓷硬质相组成的复合材料,具有出色的硬度和韧性组合,在高速切削、表面精加工和耐磨部件等领域广泛应用。使用新型粘结相(金属间化合物、高熵合金、Fe基合金、Ni基合金)来代替传统的Ni、Co、Fe及其复合粘结相时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能和高温抗氧化性能等均有改善,其使用寿命得以延长。本文综述了国内外采用不同新型粘结相制备的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能及抗氧化性能等方面的研究进展,总结了新型粘结相提高金属陶瓷性能的机理,并在此基础上展望了Ti(C,N)基金属陶瓷新型粘结相的未来研究发展方向。

Al_(2) O_(3)含量对W-Al_(2) O_(3)合金组织与力学性能的影响

采用湿化学法与放电等离子烧结(SPS)相结合的方法,制备了Al_(2)O_(3)弥散增强钨基合金,研究了Al_(2)O_(3)含量对钨基合金组织与力学性能的影响。结果表明:Al_(2)O_(3)加入可以显著细化W-Al_(2)O_(3)合金的晶粒尺寸,由纯钨的4.16μm细化到W-1.2 mass%Al_(2)O_(3)合金的2.62μm,且Al_(2)O_(3)在钨基体中均匀分布;加入Al_(2)O_(3)同时能提高W-Al_(2)O_(3)合金的致密度,由纯钨的90.53%上升到W-1.2 mass%Al_(2)O_(3)合金的96.74%;纯钨的显微硬度为284.24 HV0.2,随着Al_(2)O_(3)含量的增加,合金的硬度进一步提升,W-1.2 mass%Al_(2)O_(3)合金的硬度达到最高,为441.75 HV0.2;纯钨的抗拉强度最高只有209.8 MPa,而W-1.2 mass%Al_(2)O_(3)合金的抗拉强度最高可达到326.6 MPa,表明Al_(2)O_(3)的加入可以大幅度提高钨合金的抗拉强度。

厚大断面球墨铸铁件的元素组成综述

介绍了厚大断面球墨铸铁的主要化学元素、合金元素和微量元素对铁液的影响,列举了一些厚大断面球墨铸铁件的生产实例,得出结论:(1)选择适宜的化学成分是获得优质厚大断面球墨铸铁件的基础条件;(2)在厚大断面球墨铸铁生产中,化学成分应该与铸件的材料、结构、壁厚、生产工艺及技术要求相匹配;(3)只有在满足技术要求的前提下,准确设计厚大断面球墨铸铁化学成分及其生产工艺,充分激发材料潜能,有效保证铸件质量的一致性和稳定性,让生产成本控制在合理的范围内,才是厚大断面球墨铸铁件生产者不断追求的目标。

ZrO_2增强钨基复合材料制备工艺与性能

采用共沸蒸馏法结合粉末冶金法制备了ZrO_2增强钨合金（W-ZrO_2）。利用XRD、SEM、EDS、TEM等研究了初始溶液的p H值、还原工艺及ZrO_2掺杂量对W-ZrO_2复合粉末粒径及形貌的影响,观察了钨合金的显微组织及其物相组成,测定了复合钨粉的粒度、钨合金的密度、显微硬度及其磨损性能。结果表明：初始溶液的p H值对掺杂钨粉的形貌和尺寸有着显著影响,随着初始溶液的p H值增大,复合粉末颗粒尺寸逐渐增加;经750℃×2 h＋850℃×4 h两段还原工艺后所得的复合粉末粒径细小;ZrO_2对复合钨粉颗粒及钨合金晶粒细化作用明显,进而对钨合金密度及硬度产生显著影响,随着ZrO_2含量的增加,钨合金密度与显微硬度降低,耐磨性呈先增加后降低趋势,其中W-3%ZrO_2钨合金的耐磨性较纯钨提高了20%～40%。

Mo5SiB2相合金700℃氧化行为

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备了MqSiB:合金。对不同MosSiB:含量及相对密度的合金做700℃的循环氧化实验。结果表明:随着合金中的MO'SiB2相含量和致密度的增加,其氧化动力学曲线由直线转变为两个不同的阶段,氧化层由挥发性氧化物M0O3转变为Mo02.当试样中MosSiB2含量和相对密度高时,氧化50h后其表面会被连续的硼硅酸盐玻璃层覆盖,阻碍氧气的内扩散和MoO3的挥发,表现出良好的抗氧化性能。

W-Al_2O_3复合粉末制备工艺研究

采用溶胶凝胶法、共沸蒸馏法和水热合成法制备了Al_2O_3掺杂W粉末,并经煅烧以及两段氢气还原过程制成W-Al_2O_3复合粉末。通过SEM形貌观察以及XRD物相分析可知,由3种方法制备的Al_2O_3掺杂W粉末经过煅烧均得到了稳态单斜相WO_3和非稳态六方相WO_3;其中水热合成法制得粉末形貌较为规则,为均匀的小球状;经过一段氢气还原,WO_3被还原为低价态的WO_2和不饱和价态的WO_3-x;二段氢气还原后得到了细小的W-Al_2O_3复合粉末。采用溶胶凝胶法制备的W-Al_2O_3复合粉末,由于Al_2O_3包裹在W颗粒表面阻碍了后续被还原W原子的沉积,相较于其他两种方法细化作用更加明显,颗粒可达纳米级。

共沸蒸馏法制备W-ZrO_2复合粉末的相变过程及微观结构表征

以（NH4）6H2W12O40·xH2O（偏钨酸铵）和Zr（NO3）4·3H2O（硝酸锆）为原料,并以CH3CH2OH（乙醇）和CH3CH2CH2CH2OH（正丁醇）为分散剂,采用共沸蒸馏法制备出W-2%ZrO2复合粉末,利用XRD、SEM、EDS、TEM等检测手段对粉末制备过程中不同阶段产物的物相、形貌及微观结构进行了分析与表征。结果表明:在共沸蒸馏过程中,（NH4）6H2W12O40·xH2O与Zr（NO3）4·3H2O发生共沉淀反应,生成WO3·mH2O和Zr（WO4）2·nH2O复合络合物。这种复合络合物较蒸发结晶法所制备的前驱体粉末具有更好的分散性且无硬团聚,经750℃煅烧后转变为由m-ZrO2和WO3组成的复合氧化物粉末;再经两段还原（一段还原温度750℃,二段还原温度800℃,还原时间均为2h）后,复合粉末中仍存在WO2包覆ZrO2的颗粒,其结构为椭圆形蠕虫状,粒径为1520nm。当二段还原温度提高到900℃后,复合氧化物粉末完全转化为具有多面体球形和方形结构的W-ZrO2复合粉末。

难熔金属抗氧化防护技术研究进展

难熔金属及其合金具有高熔点,优异的高温强度和良好的热稳定性,广泛应用于航空航天、武器装备及核工业等领域。但难熔金属抗氧化性差,高温环境下易氧化失效。在难熔金属表面制备抗氧化涂层和基体合金化是提高难熔金属抗氧化性能的有效途径。重点分析了Si、Cr、B、W、Ti、Al等元素在涂层防护方面的抗氧化机理和不同种涂层制备方法对抗氧化性能的影响,探讨了基体合金化如何提高难熔金属的抗氧化性能。合金化元素通过生成氧化层从而发挥钝化作用,提高基体的抗氧化性能。但添加过量会导致合金力学性能恶化,仍需进一步研究在合金化条件下如何平衡力学性能与抗氧化性能。最后,对难熔金属在高温环境下氧化保护的发展方向和趋势进行展望。

超细晶W-Cu复合材料的热挤压与热处理

以水热共还原法制备纳米W-30%Cu复合粉末,通过真空烧结和包套热挤压制备超细晶W-Cu复合材料,并进行后续热处理。采用X射线衍射、高分辨率透射电镜、扫描电镜等观察和分析W-30%Cu复合粉体和合金的成分及组织形貌,研究热挤压及后续退火处理对材料致密度、电导率和硬度等性能的影响。结果表明：水热产物为纳米级（10~15 nm）规则的类球形结构,经煅烧及共还原后得到的W-30%Cu复合粉末粒度细小,呈特殊的W包覆Cu结构,颗粒分布均匀;复合粉末在1050℃真空烧结后相对密度只有91.5%,经热挤压后致密度提高到97.07%,布氏硬度达到223,组织细密,W相和Cu相分布均匀,钨颗粒细小（1~3μm）,形成典型的钨骨架和铜网络结构。经过后续的退火处理,钨铜分布更均匀,钨粒径进一步减小,材料的致密度和电导率都更高,分别为98.82%和43.31%IACS,形成良好的综合性能指标匹配。

铸钢表面镍钛铸渗层的制备及组织分析

为了提高钢铁表面的耐腐蚀性，采用铸渗技术把镍粉和钛粉铸渗入45钢表面．采用SEM-EDAX和XRD等方法对铸渗层的微观组织进行研究。结果表明，铸渗层和基体冶金结合良好，其厚度为4～5mm。纯镍铸渗层主要由理-Fe和Fe3Ni2组成，钛镍铸渗层由α-Fe、Fe0.64Ni0.36和TiC组成，且TiC在晶界处富集。