稀土Nd掺杂纳米TiO_2的制备及光催化活性探讨

采用溶胶-凝胶法制备了稀土元素Nd掺杂的纳米TiO2光催化剂(Nd-TiO2)。通过XRD、SEM、XPS等对NdTiO2样品进行了表征和分析,结果表明:稀土Nd掺杂抑制了纳米TiO2晶粒的生长,,提高纳米TiO2的热稳定性并阻碍其由锐钛矿相向金红石相的转变,在界面处形成的Ti-O-Nd键对纳米TiO2粉体的表面化学态和光催化性能产生影响。以甲基橙作为目标降解物,考察了掺杂量、煅烧温度、煅烧时间对催化剂光催化性能的影响,结果表明:当Nd掺杂量为3wt%,在550℃下煅烧4 h时,TiO2的催化活性最佳,远远高于P-25的光催化效果。

稀土Nd掺杂纳米ZnO薄膜气敏特性

研究了用真空气相沉积法在玻璃衬底上制备掺稀土Nd的ZnO薄膜的气敏特性,实验给出,经温度为500℃,时间为45min的氧化、热处理的掺Nd的ZnO薄膜的晶粒尺寸、结构特性均发生变化。随掺Nd质量分数的增大,薄膜的晶粒尺寸从53nm减小至20nm。经掺Nd(质量分数为4.96×10-2)后纳米ZnO薄膜对乙醇气体的选择性和灵敏性均得到明显的改善。在1.5×10-3体积分数的乙醇气体中最高灵敏度为34,相应的薄膜工作温度为200℃。

稀土Nd对铸造铝硅合金变质作用的长效性及重熔性研究

以稀土元素Nd为变质剂,采用金属型铸造工艺制备铸造铝硅合金ZL101,并通过金相显微镜、扫描电镜、布氏硬度计和电子万能试验机研究变质时间及重熔次数对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,稀土Nd对合金具有较好的变质作用,并具有长效性和重熔性,变质6h及重熔4次后合金中的共晶硅组织仍呈小片状的变质状态,且合金硬度及拉伸性能均未受明显影响。变质不同时间及重熔不同次数的合金拉伸试样均为解理断裂。

不同衬底制备稀土Nd^(+3)掺杂SnO_2薄膜的XRD、SEM分析

采用真空气相沉积法在玻璃和单晶硅衬底[111]上制备纳米SnO2及稀土金属钕掺杂薄膜,并对薄膜进行热处理。对薄膜进行XRD、SEM测试。实验显示,不同衬底制备SnO2薄膜在未掺钕时结构有明显区别,采用同样工艺条件在玻璃衬底上制备的SnO2薄膜没有显示择优生长;在硅衬底上制备未掺钕SnO2薄膜显示出沿[101]晶向择优生长趋势。掺钕(5 at%)玻璃衬底制备的薄膜沿[110]衍射峰较强,但薄膜基本呈现自由生长;掺钕后硅衬底制备的薄膜则强烈沿[110]晶向择优生长,随掺钕含量增加择优生长趋势消失,当掺钕含量为(5 at%)时薄膜呈自由生长结构较完善。SEM给出在玻璃基片生长的薄膜表面形貌呈均匀小颗粒状,平均晶粒尺寸在30 nm左右。硅基片制备的薄膜表面则呈紧密均匀带孔颗粒状;颗粒尺寸约1000 nm与计算值相差较大。两种衬底制备的SnO2薄膜经稀土钕掺杂可抑制晶粒生长。本实验中钕掺杂量为5 at%(热处理T=500℃,t=45 m in)时薄膜结构特性最佳。

碳包覆的掺杂稀土Nd的Fe-Co合金纳米颗粒的合成、结构及磁性能研究

以水热法制备的不同稀土Nd掺杂量的铁钴合金/钴铁氧体纳米复合物为前驱体,用三聚氰胺作还原剂和碳源在高温条件下高纯氮气氛中合成出了碳包覆的掺杂稀土Nd的Fe-Co合金纳米颗粒。XRD表征结果显示,碳包覆的掺杂稀土Nd的Fe-Co合金纳米颗粒中Nd以氧化物Nd2O3的形式存在,TEM观察颗粒尺寸为50nm左右,VSM性能测试表明其饱和磁化强度随Nd掺杂量的增大而减小,矫顽力增大。

稀土Nd对ZM5合金组织与性能影响的研究

在ZM5合金熔体中加入不同量的稀土Nd,经过不同处理,利用光学显微镜、扫描电镜以及能谱分析,研究了稀土Nd对ZM5合金组织的影响规律。试验结果表明,向ZM5合金中添加稀土Nd的质量分数达2%时,合金的显微组织明显改善。X衍射和金相照片显示ZM5合金铸态组织为α-Mg固溶体和沿晶界分布的网状β-Mg17Al12组成,固溶处理后Mg17Al12弥散在基体中,而加入稀土元素Nd的ZM5合金由α(基体),Mg17Al12,颗粒状Mg12Nd等相组成。经固溶处理后网状Mg17Al12相完全溶解,留下热稳定较高的析出相Mg12Nd等。扫描电镜显示ZM5合金拉伸试样断口是解理断裂的断口形态,而加入稀土Nd的ZM5合金拉伸试样断口是沿晶断裂+准解理断裂的混合断口形态。其原因是加入稀土Nd后,熔体中生成了与镁基体共格的强化相Mg12Nd改变了其断口形貌。

稀土Nd对Ti-25Cu-15Ni钎料润湿性及接头剪切强度的影响

采用真空熔炼法在Ti-25Cu-15Ni钎料合金中添加稀土元素Nd,研究了稀土Nd对Ti-25Cu-15Ni钎料润湿性能、接头剪切强度和断口形貌的影响,通过扫描电镜及XRD射线衍射仪分析了稀土Nd对Ti-25Cu-15Ni钎料和接头以及断口的作用机理。结果表明:适量的稀土Nd可以改善Ti-25Cu-15Ni钎料的铺展性能,当稀土Nd超过0.4%,由于稀土氧化物和稀土化合物NdTi_5的作用,钎料的铺展面积会减小。适量稀土Nd能提高接头的剪切强度,当稀土添加量超过0.4%时,由于过多的稀土阻碍了冶金反应,接头的剪切强度降低。随着稀土Nd添加量的增加,断口特征依次为条带状、片层状和沟槽状。

稀土Nd对ZM5合金组织与腐蚀性能的影响

通过稀土Nd对ZM5合金改性研究,探讨了Nd以及热处理工艺对ZM5合金显微组织及腐蚀性能的影响。结果表明:随着Nd的加入,ZM5合金基体组织和第二相明显细化,显微组织有一定程度的改善;稀土Nd对ZM5合金的硬度影响不是很明显,ZM5+Nd与ZM5相比较,不同时效温度、时间与硬度关系曲线的起伏规律是相似的;稀土Nd的加入,减少了合金腐蚀贯穿性裂纹产生,降低ZM5合金腐蚀速率,提高合金抗腐蚀能力;固溶和时效处理对ZM5+Nd合金性能有很大的影响,合金经过适当时效处理后,硬度有所提高,抗腐蚀能力显著提高。

稀土Nd对铸造Al-Si合金低温拉伸断裂行为的影响

研究了稀土Nd元素对Al-7Si-0.3Mg合金的低温拉伸性能及其断裂行为的影响。结果表明拉伸温度对铸造Al-7Si-0.3Mg的拉伸性能有显著影响,在低温(-60℃)下拉伸,合金的强度提高但伸长率降低。随着Al-7Si-0.3Mg合金中Nd含量的增加,合金在低温(-60℃)下的屈服强度、抗拉强度和伸长率呈现先升高后降低的趋势。Nd元素含量为0.2wt.%时合金力学性能达到最高值,这是由于Nd对组织细化和Si相的变质作用;当合金中Nd含量分别大于0.4%和0.8%后,组织中会形成棒状Al4Nd相和片状Al2NdSi2相,这些脆性相在拉伸时割裂合金基体,使合金的低温拉伸性能降低。

添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面

目的添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面间的缺陷,抑制金刚石与铜之间的弱润湿性,增强复合材料的界面结合。方法采用放电等离子烧结(SPS)技术制备含有不同质量分数Nd的镀钛金刚石/铜复合材料,采用扫描电子显微镜观察界面处的微观形貌,采用X射线衍射仪和X射线能谱仪分析界面处组织,采用排水法测试复合材料的密度和致密度。结果添加稀土Nd后,金刚石-铜两相界面间促生了Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti等相。界面间的Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti、TiC填补了镀钛金刚石/铜复合材料界面处原有的空隙、孔洞等缺陷。未添加稀土Nd的镀钛金刚石/铜复合材料的密度为4.589 g/cm^3,致密度为81%;添加3wt%的Nd元素后,镀钛金刚石/铜复合材料的密度和致密度分别达到了5.569 g/cm^3和98%,密度较未添加Nd的复合材料提升了21%。随着Nd含量的增加,金刚石-铜界面间的缺陷逐渐减少,界面结合效果逐渐转好。结论稀土Nd极大地改善了镀钛金刚石/铜复合材料两相界面处的缺陷,很好地修饰了原本润湿性较差的金刚石-铜两相界面。添加Nd元素后,复合材料两相界面结合紧密。

Ti-48Al-3Nb-2V-(Nd,Pr)合金显微组织演化规律与结构调控

针对稀土元素在TiAl合金中的微合金化作用进行了研究,采用高真空电弧熔炼技术制备了Ti-48Al-3Nb-2V-X(Nd,Pr)(X=0,0.1,0.5,1.0,2.0)合金钮扣铸锭,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段表征了铸态、热等静压态、退火态合金的相组成及显微组织。结果表明:添加Nd、Pr后,铸态合金的显微组织明显细化,热等静压态合金在连续冷却转变过程中的组织变化不明显,但冷却速度对组织有显著影响。炉冷后形成双态组织,空冷后α→γm块状反应抑制片层结构形成,水冷后形成均匀的全层片组织。经过1400℃+20 min热处理,在冷速较低时易形成NdO氧化物,冷速较高时易形成Al2Nd、Al3Nd等铝化物,有望对TiAl合金进行高温强化。

稀土Nd掺杂Ti/RuO_2-Co_3O_4电极电催化性能研究

采用热分解法在400℃下制备了稀土Nd改性Ti/RuO2-Co3O4氧化物阳极,对稀土Nd掺杂量进行优化。利用SEM、EDX及XRD等分析方法对电极表面形貌、组成及结构进行了表征,通过开路电压、循环伏安、极化曲线及强化电解寿命等电化学方法研究了电极的析氧催化活性及稳定性。结果表明:稀土Nd掺杂使表面层晶粒细化,晶型饱满,且促进活性组分RuO2向电极表面富集,增加电极催化活性中心;掺杂量为20:1时,电极析氧性能最佳,伏安电荷容量高达686mC/cm2,反应活化能低至16.76kJ/mol,掺入稀土Nd后电极基体与涂层的结合力增强,电极强化电解寿命高达158h。

稀土元素Nd在铸造镁-锌合金中的晶粒细化作用

在铸造镁-锌合金中分别加入0.4%、0.8%、1.2%的稀土元素Nd,观察分析了试样的显微组织,测量了晶粒平均直径,并测定了合金的硬度和拉伸性能。研究结果表明,当镁锌合金中Nd加入量为1.2%时,其晶粒最细,力学性能最佳。晶粒平均直径由145μm减小到42μm,布氏硬度由76HB增加到87 HB,伸长率由5.3%提高到9.3%,抗拉强度由149 MPa提高到169 MPa。

稀土元素Nd对Sn3.8Ag0.7Cu焊点组织与抗剪强度的影响

研究了微量稀土元素Nd(0,0.05,0.5质量分数,%)的添加对Sn3.8Ag0.7Cu/Cu焊点再流焊与150℃时效条件下焊点组织与抗剪强度的影响.结果表明,适量Nd(0.05%)的添加可以明显增强微焊点的抗剪强度,改善焊点组织;降低时效过程中SnAgCu/Cu焊点界面化合物生长速率以及焊点内部基体中Cu6Sn5化合物的颗粒粗化速率,从而有利于提高微焊点长期服役过程中的可靠性.时效过程中,SAC-0.05Nd焊点力学性能下降速率较SAC焊点有所降低,而SAC-0.5Nd焊点由于稀土化合物NdSn3相的粗化,与SAC微焊点力学性能下降速率无明显差异.

稀土Nd对AE镁合金显微组织及硬度的影响

通过向AE合金中添加不同含量的Nd(0~5.54%),并对其进行固溶及时效处理后研究了稀土Nd对AE镁合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:在本试验范围内,随Nd含量的增加,AE合金晶粒逐渐细化,且当Nd含量为5.54%时,第二相数量最多,尺寸更加细小并呈团簇状分布。通过EDS面分析可知,不含Nd含量的合金第二相主要有Al、Ce、La复合化合物,加入稀土Nd的合金中第二相主要为Al、Ce、La、Nd形成的复合化合物。在本试验中,不添加Nb的AE44合金的硬度为16.8 HV;随Nd含量的增多,AE合金的硬度增大;Nd含量增加为5.54%的AE49B合金的硬度为45.2 HV。

稀土元素Nd对共晶成分镁铝合金组织的影响

模拟AZ91镁合金半固态液相凝固后期的成分,分析了共晶成分镁铝合金添加不同含量的稀土元素Nd后,铸态显微结构的变化。结果表明:Nd的加入明显改变了合金的组织,增加了初晶α相的含量,细化了β相并减少了β相的量。随着稀土Nd加入量的增加,在Nd的加入量为0.4%时,所得的组织最好;从0.8%Nd开始出现明显转折,随着Nd加入量的增加,细化效果反而变差。

冷却速度对含稀土元素Nd的共晶成分镁铝合金组织的影响

模拟AZ91镁合金半固态液相凝固后期的成分,分析了共晶成分镁铝合金添加1.0%wt含量的稀土元素Nd后,不同冷却速度下的凝固组织。结果表明:采用石墨型浇注得到的凝固组织相较砂型浇注的明显细小,其中树枝状初晶α相对发达,共晶组织相对致密,在砂型浇注的凝固组织中出现了高Al含量的树枝状初晶α相。

稀土Nd对AZ80镁合金显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜,研究了稀土Nd对AZ80镁合金组织和力学性能的影响。AZ80镁合金铸态组织由基体α-Mg和晶界处析出的粗大连续网状β-Mg_(17)Al_(12)相组成。添加Nd后,使原本粗大连续的β-Mg_(17)Al_(12)相转变为细小和断续分布,同时,合金中产生了形态分别呈杆状的Al_(11)Nd_3相和块状的Al2Nd稀土相。随着Nd元素添加量的增加,AZ80镁合金的铸态力学性能呈先提高后下降的趋势。当加入0.9%的Nd时,合金的铸态抗拉强度和屈服强度均达到最高,分别为205MPa和135MPa,伸长率达到7.5%。时效过程中稀土元素Nd抑制了片状β-Mg_(17)Al_(12)相的不连续析出,延迟合金达到峰时效的时间。T6处理后,AZ80-0.6Nd合金的抗拉强度和屈服强度最高,分别为221MPa和164MPa,伸长率为4.1%。

稀土元素Nd对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

通过制备Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xNd(x=0、1、2、3、4)系列合金,研究了稀土元素Nd对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等手段,观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能。结果表明:合金中添加稀土元素Nd后晶粒明显细化,随着Nd元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析可知,添加Nd元素后,合金中并没有出现新的含Nd的物相;扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Nd置换了部分Y,形成了Mg3(NdY)2Zn3、Mg3-(NdY)Zn6的相结构,Nd元素对Y的置换主要出现在Mg3(NdY)2Zn3结构中,在Mg3(NdY)Zn6相结构中出现较少;力学性能测试结果表明,随着Nd含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Nd含量为3%(质量分数)时达到最大,比未添加Nd元素时提高约25%以上。

稀土元素Nd对AM50镁合金金相组织和力学性能的影响

以镁合金AM50为研究对象,向其中加入分别加入0.5%,1.0%和1.5%的稀土Nd。AM50合金由金属型铸造方法制备。对AM50镁合金进行了微观组织观察、力学性能测试。结果表明,合金组织随着稀土的加入得到细化。合金的各项力学性能也得到显著提高,如抗拉强度σb、硬度HB、延伸率δ等。当合金中加入1%Nd的时候,合金表现出最好的显微组织和力学性能。