石墨烯/钛界面合金元素偏聚与界面反应抑制机理

石墨烯/Ti基复合材料因具有轻质、高比强度和优异的耐腐蚀性特性而成为极具竞争力的金属基复合材料。然而,石墨烯作为一种优秀的增强体,由于可与Ti发生剧烈的界面反应,严重阻碍了石墨烯/Ti基复合材料的发展与应用。使用第一性原理计算研究合金元素对石墨烯/Ti复合材料界面行为以及电子结构的影响。选取9种合金元素(Ta,Mo,Sn,Pd,Si,Ni,Co,Mn和N)构建Ti/石墨烯/Ti界面掺杂模型,计算界面偏聚能、电子态密度、布局分析以及差分电荷密度。研究发现,当掺杂的合金元素为Ta,Mo和Sn时,界面偏聚能力较弱。同时,分析电子性质可以发现这9种合金元素均削弱了Ti原子与C原子之间的电荷转移。为新型基体钛合金设计和高性能石墨烯增强钛基复合材料设计提供了新的途径,为高性能石墨烯/Ti基复合材料的新型基体钛合金设计提供了重要参考。

合金元素(Cr、Ni、Mn、Cu)增强T91钢耐蚀性机理的第一性原理计算研究

为解决核反应堆结构材料T91钢在铅铋合金液中耐腐蚀性低的问题,采用热力学模拟和第一性原理计算相结合的方法,在原子尺度上探究了合金元素Cr、Ni、Mn、Cu增强T91钢的耐腐蚀性能的机理。通过热力学模拟计算研究,确定了T91钢室温下的主要相成分为马氏体结构,搭建了4种第一性原理计算模型马氏体-铬模型、马氏体-镍模型、马氏体-锰模型以及马氏体-铜模型,并计算比较了电子结构以及电荷密度分布,发现合金元素与Fe原子之间形成金属键。通过差分电荷研究分析,发现Cr与Fe原子之间的金属键具有较强的共价键特性且结合最强,Ni与Fe原子之间的金属键也具有一定的共价键特性,但其结合弱于Cr、Cu和Mn原子次之。同时,计算了4种模型中合金元素与基底之间的结合能,发现马氏体-铬模型不仅能量最低,而且Cr与基底的结合很高,说明Cr原子能够提高T91钢的耐腐蚀性能。该研究可为合金元素Cr、Ni、Mn、Cu增强T91钢耐铅铋合金液腐蚀性能提供参考,同时也为新材料的开发以及性能预测提供一种新的研究方法。

管线钢合金元素和显微组织对钢的抗硫应力腐蚀的影响

叙述了合金元素、制备工艺及显微组织对钢的抗SSC性能和HIC能力的影响。认为:在设计钢的化学成分时,可根据不同元素对其SSC性能的影响,选取多种元素同时添加以改善钢的抗SSC性能;与普通高温回火相比,在较低温度下长时间回火或双次回火可能会更大程度地提高马氏体组织材料的抗SSC性能;在马氏体组织中引入铁素体,可进一步提高材料的抗SSC性能。此外,还可以尝试在材料中加入适量的Cu元素,再通过临界淬火+回火的方法得到回火索氏体和铁素体复相组织,使材料具有较高的强度和较好的抗SSC性能。

合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响

为改善高强钢的表面性能,利用电弧熔覆技术在X80钢表面制备了两种添加不同合金的铜基熔覆层,分别为Cu-Ni-Fe-Nb-W和Cu-Ni-Fe-Ti。采用OM、SEM、EDS、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及电化学工作站等仪器设备研究了Nb-W、Ti等合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响。结果表明,两组Cu-Ni基熔覆层的显微组织由底部到顶部均为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶,Nb-W和Ti均有细化Cu-Ni熔覆层组织的作用。Cu-Ni-FeNb-W熔覆层的平均硬度值为161.9 HV0.1,Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的平均硬度值为176.4 HV0.1,且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的摩擦系数和磨损量均低于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层,表明添加Nb-W和Ti能够提升熔覆层的力学性能,且添加Ti元素的效果要优于Nb-W元素。电化学测试表明,添加合金元素的Cu-Ni基熔覆层的耐蚀性要明显优于X80钢的耐蚀性,且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的耐蚀性优于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层。

Nb微合金元素对渗碳轴承钢组织和性能的影响

为了研究控制渗碳轴承钢奥氏体晶粒长大的方法,采用模拟渗碳法晶粒度检验方式,930℃分别保温1 h、3 h和6 h,对比研究含铌与不含铌的20Cr钢在不同保温时间下的奥氏体晶粒尺寸。结果表明,渗碳温度为930℃时,添加0.026%的铌能有效抑制20Cr钢奥氏体晶粒长大的倾向,适宜渗碳时间为1 h和3 h,随着保温时间的延长,奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,6 h出现明显混晶。加入铌元素可以得到铁素体更为细小的组织,在930℃渗碳处理时,奥氏体晶界析出物主要为NbC和少量的TiN。相同渗碳条件下,添加铌能提高不同渗碳时间下,20Cr试样的显微硬度,在6 h时达到最大硬度差53 HV。

基于水下航行器结构材料的钛合金合金元素研究进展

根据合金元素对钛及其合金物相与性能的影响,将目前主要使用的钛合金合金元素Al、C、N、Ga、Fe、Mo、Nb、Si、Zr和Sn分为α型稳定元素(促进基体保留α-Ti,包括Al、C、N、Ga)、β型稳定元素(促进基体保留β-Ti,包括Fe、Mo、Nb、Si)和中性元素(Zr、Sn)。其中,Fe与Ti生成TiFe脆性合金相;Si的氧化物与Ti的氧化物具有不相容性,且Si在钛合金中会析出硅化物(Ti5Si3);Mo和Zr是良好的钛合金合金元素,能够显著提升钛合金的耐腐蚀性能和抗压强度,但需控制Mo质量分数在10%以下,Zr质量分数在20%以下。

合金元素及T6处理对电力金具铝合金ZL111电导率及力学性能的影响

利用JMatpro模拟软件研究了Si、Cu、Mg元素对电力金具ZL111电导率及力学性能的影响。并根据电力金具的使用性能,以高硅低铜低镁合金成分为基础,研究了在不同成型方式下固溶温度、时效温度对ZL111强度的影响。研究结果表明:随着Si、Cu含量的升高,合金的电导率降低,随着Mg含量的升高,合金的电导率升高;合金的屈服强度随着Si、Cu、Mg含量的升高而升高;合金的抗拉强度随着Si含量的升高而升高,随着Cu、Mg含量的升高而降低;合金的硬度随着Si含量的升高而降低,随着Cu、Mg含量的升高而升高。不同成型方式下固溶温度及时效温度对合金的强度影响程度不同,当固溶温度为540℃,时效温度为150℃时,无论采用哪种成型方式,合金的强度都为该成型方式下的最大值。

医用镁合金元素选择的研究现状

背景:镁合金具有的天然降解性、优秀的生物相容性和良好的力学性能,已成为生物医学领域十分具有研究价值的植入材料,然而镁合金快速的降解速率限制了其进一步的发展和应用。目的:综述镁及其合金处于生理环境下降解的一般基本原理,重点从安全性及对镁及其合金性能的影响两方面介绍镁合金化元素选择的研究现状。方法:利用计算机检索中国知网、PubMed、Web of Science和Elsevier等数据库中的相关文献,以“镁(合金),铋/铝等(金属名称),腐蚀,生物相容性,金属毒性,支架/螺钉”为中文主题检索词,以“magnesium(alloy),metal name(such as:bismuth(Bi),aluminium(Al)),corrosion,biocompatibility,metal toxicity,scaffold(stent)/screw”为英文检索词进行检索,检索时限为2013-2023年,通过阅读文献内容进行筛选,最终纳入70篇文献进行结果分析。结果与结论:镁合金在医学领域的研究已相当广泛,虽然目前有一些产品已应用于临床,但镁合金在人体环境中的高降解速率仍然是临床大规模应用的主要限制,未来发展的焦点是对其腐蚀速率的控制。合金化是一种提升镁合金耐腐蚀性能的方法,并可通过不同合金成分添加来改善镁合金的各种性能,但单纯的合金化已不能满足对镁合金多元化性能的追求。为开发优异性能的多功能镁合金产品,未来需要将合金化、表面改性等多种优化方式结合来弥补各自方法的不足,同时结合合金结构更新以及制备工艺改良,共同提升镁合金的性能。

主要合金元素对镁合金组织和性能的影响

本文叙述了一些常用镁合金以及新近发展起来的某些新型镁合金的成分、组织及性能 ;重点介绍了合金元素对这些镁合金组织和性能的影响。

主要合金元素对镁合金组织及耐蚀性能的影响

论述了耐蚀镁合金的研究现状。分类叙述了主要的合金元素(Al,Zn,Mn,Ca,Zr,RE)对几种主要的镁合金系(Mg-Al系合金、Mg-Zn系合金、Mg-RE系合金)微观组织及耐蚀性能的影响。总结了提高镁合金耐蚀性的主要途径,最后指出发展耐蚀镁合金的方向。

Mg-Al系耐热镁合金中的合金元素及其作用

合金化或微合金化作为改善合金性能或设计新型合金的重要手段之一,目前已普遍应用于 Mg-Al 系耐热镁合金的研究开发中。综述了 Mg-Al 系耐热镁合金中合金元素 Al、Zn、Mn、Sb、Bi、Sn、Si、RE、Ca 和 Sr 的作用行为,重点分析了 Al 和 Zn 2种主体元素对 Mg-Al 系耐热镁合金组织和性能的影响,讨论了合金元素使用中存在的问题和今后的发展方向。

金属间化合物FeAl与α－Al_2O_3的界面润湿行为及合金元素Y和Nb的作用

本文用座滴法系统研究了稀土元素Ｙ和Ｎｂ对金属间化合物Ｆｅ－４０ＡＬ与α－Ａｌ２Ｏ３，体系的润湿行为以及界面交互作用的影响。结果表明，Ｆｅ－４０ＡＬ与α－Ａｌ２Ｏ３体系是润湿的。合金元素Ｙ的适量加入可使该体系的润湿角下降约１０°，此外，Ｙ和Ｎｂ的加入都对该体系的界面交互作用有明显影响。

合金元素对Zr-Nb合金耐蚀性能的影响

研究了Sn，Fe，Cr，Ni，Mo，Bi和Te等合金元素对Zr－Nb合金耐蚀性能的影响。结果表明，在360℃水腐蚀试验中，Bi有较好的作用。在400℃蒸汽中试验，Bi和Ni有较好的作用，其它元素作用不明显。在500℃高温蒸汽中，仍是Bi和Ni有好的作用。所有合金经500℃，200h腐蚀后均未出现疖状腐蚀现象。TEM分析表明，腐蚀氧化膜主要是由单斜型（ZrO2）M微晶组成，晶粒内存在孪晶亚结构。

合金元素对镁合金阻尼性能影响的研究进展

简介镁合金的阻尼机理,在室温下主要为位错阻尼,在高温下除位错阻尼外还有晶界阻尼的贡献。综述合金元素对镁合金阻尼性能影响的研究现状,并展望阻尼镁合金材料的应用前景。指出通过引入新的阻尼机制或综合发挥多种阻尼机制的优点,获得兼具高强度高阻尼的结构功能一体化材料,将是未来高阻尼镁合金材料研究的重要方向。

钙作为合金元素对铝在碱溶液中的缓蚀作用及其与酒石酸盐的协同效应

通过集气法、极化曲线和电化学阻抗谱研究了在铝中添加合金元素钙对其在碱溶液中的缓蚀作用及其与酒石酸盐的协同效应 .实验结果表明 ,铝电极的腐蚀速率随钙含量的增加而减小 .溶液中不含酒石酸盐时 ,钙对电极反应的阴极过程有显著的抑制作用 ,对阳极过程作用不明显 ;而当溶液中含有酒石酸盐时 ,阴极过程和阳极过程均被显著抑制 .阻抗谱的解析结果还表明 ,钙离子或酒石酸钙络离子是通过减小反应物在活性位上的反应速率而起缓蚀作用的 ,它们可能属于界面型缓蚀剂而非成相型缓蚀剂 .

合金元素对铁基耐磨堆焊合金性能的影响

采用碳弧堆焊方法成功研制了一种耐磨料磨损铁基堆焊合金，该合金为多元复合强化合金，合金系为Cr—B—Ni—W—V。通过对比堆焊层的平均硬度、磨料磨损试验的磨损失重及微观组织的分析，研究了堆焊合金系统的耐磨料磨损性能。同时系统地讨论了合金元素Cr，B，Ni，W，V对堆焊层金属的组织、硬度和耐磨性的影响规律，从而确定了堆焊合金系统的最佳合金元素含量。结果表明，Cr元素的含量为24．5％～25.5％，B元素的含量为1．30％～1．40％，W元素的含量为3．9％～4．2％，V元素的含量为3.0％～3．2％时，堆焊合金系的配比适当，堆焊层具有较好的硬度及耐磨性。

合金元素对Fe_3Al和FeAl合金力学性能的影响

本文研究了Mo,Si,B和化学计量成分对Fe_3Al和FeAl合金室温和高温拉伸性能以及组织结构的影响,结果表明,三种合金元素都使两种铁铝化物得到明显强化,但Mo和Si使其严重变脆,硼使FeAl增加塑性,断口由沿晶型变为穿晶准解理型。富Al的Fe_3Al和富Fe的FeAl合金室温塑性较化学计量化合物有明显提高。Fe_3Al从400—550℃,FeAl从400—500℃出现反常温度关系,用组织结构方面的结果对此进行了讨论。

合金元素在MCrAlY涂层中的行为

采用电弧离子镀在新型γ′-Ni_3Al基高温合金IC-6上沉积Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Cr-Al-Y涂层，研究了合金元素对MCrAlY涂层性能及元素行为的影响，结果表明：在沉积过程中，合金中的Al和Mo元素抑制了Cr从涂层向基体扩散，使涂层中的Cr维持在较高浓度；真空扩散处理时，涂层和基体之间发生互扩散，使涂层-基体元素浓度呈梯度分布，减小了涂层和基体热膨胀系数的差别，同时，涂层的相结构也发生变化。γ′-Ni_3Al和γ-Ni仍是涂层的主要相，但是由于Cr原子的取代作用致使晶格常数α_0发生变化，等温氧 化实验表明：Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Cr-Al-Y涂层氧化规律遵循抛物线规律。900 ℃静态空气等温氧化时，Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co对其抗氧化性能的影响不大。1000℃静态空气等温氧化时，Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co后，降低了其抗氧化性。

合金元素对Fe-Mn-C系TWIP钢力学行为的影响

采用热力学计算、静态拉伸、XRD、OM与SEM等方法分析了Fe-Mn-C系TWIP钢中合金元素对基体力学行为的影响。结果表明:TWIP钢中Mn含量增加时,基体的屈服强度和抗拉强度均减小,总伸长率增大;C含量增加时,其屈服强度和抗拉强度先增大后减小,在0.6%(质量分数,下同)时存在最大值;当Mn含量为20%时,TWIP钢总伸长率随C含量增加而增大,而Mn含量为22%时则相反。TWIP钢的强塑积随Mn含量的增加而增大,其在C含量为0.4%试样中的体现尤为明显。对于Mn含量为20%的TWIP钢,其强塑积随C含量增加而增大;而对于Mn含量为22%的TWIP钢,其强塑积随C含量增加而减小。

铈对铁基烧结制品中合金元素分布的影响研究

研究了在高铬铁基烧结制品中添加稀土元素以后 ,对烧结制品力学性能及合金元素分布的影响 ,并对其影响机制进行了分析。结果表明 ,加入稀土元素明显增加了合金碳化物中铬的含量 ,使碳化物的显微硬度提高 。