利用SMAT和SPS在纯铁表面制备铁镍合金层

利用放电等离子烧结(SPS)技术实现了镍粉在纯铁表面铁镍合金层的制备,通过纯铁表面机械研磨(SMAT)的预处理获得表面纳米层和梯度结构有效促进了铁镍的扩散,提升了合金层厚度和结合强度。通过XRD、SEM、EDS、硬度和摩擦磨损实验等,表征铁镍合金层形貌、组成,测试了力学性能。结果表明:纯铁试样经过SMAT预处理和SPS后,在表面获得了约50μm的铁镍合金层,沿着深度方向镍元素含量梯度变化,而在未经SMAT预处理的纯铁表面仅有25μm的合金层,本方法实现了合金层厚度明显增加。SMAT预处理后的SPS试样硬度提升,表面磨损量和犁沟槽深度减少,结合力增强,耐磨性提升明显。

脉冲电流作用下纯铁及RPV钢缺陷修复的正电子湮没研究

为探究电脉冲处理(Electropulsing Treatment,EPT)对金属材料缺陷的修复作用,设计了一套电脉冲处理设备和与其配套的处理方法,并对电子辐照样品与拉伸样品等含有缺陷的金属材料样品进行电脉冲处理。利用正电子谱学对原子尺度缺陷的十分灵敏的特点,对电脉冲处理后样品进行正电子寿命谱学等研究,获得纯铁及反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)钢辐照或形变产生的缺陷及通过电脉冲处理后的部分“修复”情况。结果表明:缺陷“修复”的效果既与样品初始状态有关,又与电脉冲处理参数有关,电脉冲处理样品的正电子平均寿命和维氏硬度变化趋势一致。正电子湮没作为新的无损检测方法有望给出脉冲电流作用下材料损伤或缺陷“修复”的判据,可方便、快速及高灵敏探测实际工况部件的缺陷状态。

磁控溅射AlCr涂层对电工纯铁防腐性能的影响

为了提高电工纯铁的耐腐蚀性能,基于磁控溅射技术,在电工纯铁表面制备了Al Cr涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对涂层表面形貌、结构和元素组成进行分析,并通过中性盐雾及电化学测试,分析了电工纯铁基体及Al Cr涂层的耐腐蚀性能。结果表明,适量Cr元素掺杂可以使涂层致密化,在Cr靶功率为75 W时效果最好。随着Cr的加入,Al Cr涂层呈现不同的化合物态,包括Al_(8)Cr_(5)、Al1_(3)Cr_(2)等相。中性盐雾及电化学测试结果均表明Cr-75涂层的耐腐蚀性能最好,在经过158 h的盐雾测试之后涂层依然没有被腐蚀;Cr-75涂层阻抗比纯铁高约2个数量级,腐蚀电流密度为7.4×10^(-9)A/cm^(2),相对于电工纯铁(1.6×10^(-6)A/cm^(2))降低了约3个数量级,点蚀电位与腐蚀电位之间的电位差最大(0.272 V),抗点蚀性能最好,保护效率高达98.8%。

脱碳退火温度对晶粒取向纯铁组织、织构及磁性能的影响

为促进晶粒纯铁制造过程获得更高的磁性能,以实验室自制晶粒取向纯铁冷轧板为研究对象,对其进行脱碳退火实验,利用金相显微镜、电子背散射衍射扫描电子显微镜、磁性能测量仪测试表征其组织性能,研究脱碳退火温度对晶粒取向纯铁初次再结晶组织、织构及高温退火样品磁性能的影响。结果表明:脱碳退火板中仍存在部分聚集分布的细小晶粒,多数集中在样品中心位置附近;脱碳退火2 min、退火温度为775,800℃时,部分聚集的细小晶粒导致平均晶粒尺寸分别为6.12,6.39μm,825℃时平均晶粒尺寸为6.85μm;不同温度脱碳退火板的主要织构类型基本相同,α取向线上主要织构分布在{112~223}<110>附近,γ取向线上主要织构分布在{111}<112>和{111}<110>附近,其中{111}<112>织构强度始终最高,其余织构强度随脱碳退火温度升高变化不大;825℃×2 min脱碳退火时,成品板表现出最佳的磁感应强度,其中B_(800)为2.00 T,B_(10000)为2.13 T;成品中存在“孤岛”,织构类型为{110}<112>~<115>,“孤岛”的产生与均热温度较低有关,铸锭中的抑制剂质点没有完全固溶,抑制能力不足,在高温退火过程中导致{110}<112>~<115>位向的晶粒不同程度长大。“孤岛”的存在侧面表明晶粒取向纯铁的磁感应强度有进一步提升的空间。

XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为

摩擦化学是微动磨损过程中不可避免产生的一种复杂的摩擦学行为,对材料的磨损性能及磨损机理具有重要的影响。基于原位XPS高精度切向微动磨损试验平台,系统性研究工业纯铁在真空(p=4 mPa)和大气环境下不同微动运行区域接触界面摩擦化学状态及其微动磨损行为。试验结果表明,工业纯铁在大气环境下未观察到微动混合区,然而真空环境下因接触界面发生了严重粘着效应,使得微动运行难以进入滑移区而具有较宽的混合区。随着位移幅值的增加,工业纯铁在真空环境下的微动磨斑具有更多的Fe基体暴露,并伴有以FeO为主的氧化物,整体表现出较高的磨损量;相对比,在大气环境下其磨斑表面产物为以FeO和Fe_(2)O_(3)为主的氧化物,特别在滑移区几乎没有Fe单质暴露,且磨斑表面主要以Fe_(2)O_(3)氧化物为主,表现出较真空环境下更轻微的磨损。磨损结果表明,FeO和Fe_(2)O_(3)具有较好的润滑保护作用,特别是Fe_(2)O_(3)氧化物能显著提高材料表面抗微动磨损性能。利用原位XPS技术可以实现表征材料接触表面真实的摩擦化学状态,且更加准确地揭示摩擦氧化反应对微动磨损行为的影响作用机理,对丰富和发展微动磨损基础理论具有科学意义。

在含U^(6+)模拟地下水溶液中pH对纯铁腐蚀行为和还原沉积U^(6+)的影响

采用电化学测试、浸泡腐蚀试验、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)、扫描电子显微镜/能谱分析(SEM/EDS)和X射线光电子能谱分析(XPS)等方法研究了pH对纯铁在含U^(6+)模拟地下水溶液中的腐蚀行为及还原沉积U^(6+)的影响。结果表明:随着pH的升高,纯铁的腐蚀速率逐渐减缓,腐蚀程度逐渐减轻;在初始72 h内,在pH为5.2的溶液中U^(6+)的还原沉积速率最快,随着pH的增大,U^(6+)的还原沉积速率逐渐减慢,在pH为9.2溶液中还原沉积速率最慢;纯铁表面的产物主要为Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)、Fe(OH)_(3)、FeOOH和UO_(2)。

高磷铁水条件下工业纯铁的炼钢工艺控制实践

对高磷铁水条件下生产工业纯铁的工艺流程进行研究,采用KR(脱硫)—LF(进一步脱硫)—转炉(脱碳脱磷)—LF(去磷升温)—RH(脱碳配铝保温)—连铸工艺,成功开发了高纯度的工业纯铁,冶炼工艺达到了国内原料级工业纯铁的一流水平。LF脱硫进一步稳定入转炉的S含量,转炉通过双渣、控碳和控温等方式降低P和Mn含量,RH的真空循环系统控制好C、Al和O等等一系列操作完成工业纯铁的冶炼。

纯铁性能与继电器软磁材料及其热处理工艺选择研究

纯铁的磁性能影响继电器的核心功能。主要探究在不同的热处理工艺下几种不同纯铁材料磁性能的差异,并仿真研究对继电器相关性能的影响。结合继电器的实际使用情况,提出了继电器纯铁材料以及热处理工艺选择的建议。

龙凤山高超纯铁新产品铁纯度提升至99.9992%

2024年11月5日,河北龙凤山集团在上海举行高超纯铁新产品首发仪式,该高超纯铁新产品铁的纯度提升至99.9992%(5N级)。河北龙凤山集团副总经理邢振国在首发仪式上进行高/超纯铁新材料(99.95%~99.9992%)产品推介发布,宣布上海大学、河北龙凤山集团在高超纯铁的制备技术方面取得了突破性进展(5N):(1)首创工业化火法制备4N级高纯铁生产技术,纯度达到99.96%。

纳米晶工业纯铁及其Ni镀层的性能

为了探究基体材料纳米化对镀层性能的影响,采用直流电沉积方法在纳米晶工业纯铁和粗晶工业纯铁上制备了不同厚度的Ni镀层.利用扫描电子显微镜与X射线衍射仪观察并分析了镀层的组织形貌和结构.采用电化学测试和静态浸泡方法对基体和镀层进行了耐腐蚀性能研究.结果表明,纳米晶工业纯铁的基体及其Ni镀层的耐腐蚀性能略优于相同厚度下粗晶工业纯铁的基体及其Ni镀层,但随着镀层厚度的增加,这种差异逐渐减小.同时随着镀层厚度的增加,镀层表面越来越平整致密.

用纯铁氧化法生长的铁氧化物样品的拉曼光谱研究

用显微拉曼光谱对纯铁氧化法生长的新铁氧化物材料进行了结构鉴认和成分分析。实验和分析清楚地证明样品的顶层长出了纳米结构的α Fe2 O3 ,中间层的主要成分是Fe3 O4,底层在测量时很可能是与α Fe2 O3

纯铁高温高应变率下的动态本构关系试验研究

利用带有加热装置和同步组装系统的分离式Hopkinson压杆装置对纯铁进行宽温度范围(293～1073K)、高应变速率(2000～8500s-1)下的动态力学性能测试试验,获得材料在不同温度和应变率耦合作用下的应力—应变曲线,从中探讨温度和应变率对纯铁塑性流动应力的影响机制。研究表明,纯铁具有明显的热软化效应、应变率强化效应和应变强化效应,流变应力随温度的降低和应变率的增加而提高;利用所测的应力—应变曲线拟合的Johnson-Cook本构模型可以较好地预测纯铁的塑性流变应力。

纯铁材料的冲击相变与“反常”层裂

采用VISAR、X射线衍射和金相处理联合测试分析技术,开展等厚对称碰撞实验,研究了纯铁材料的冲击相变与层裂行为特征。结果发现,冲击加载压力大于纯铁材料相变阈值(13GPa)时,等厚对称碰撞样品发生"反常"2次层裂。结合相关文献的实验结果,从应力波相互作用的角度分析了"反常"层裂形成的原因,指出纯铁材料的冲击相变和卸载逆转变及引发的稀疏冲击波是导致"反常"2次层裂的物理机制。

纳米化纯铁在干摩擦及油润滑条件下的磨损行为研究

利用往复摩擦磨损试验机研究了深度轧制纳米化纯铁及其退火态和普通轧态纯铁在干摩擦和油润滑下的磨损行为,采用冲击划痕法和声发射划痕法研究材料的塑性变形能力,并对纳米化影响纯铁磨损行为的原因进行初步探讨.结果表明,在干摩擦条件下深度轧制纯铁的抗磨粒磨损性能较普通轧态纯铁差,抗犁削能力也较弱;在油润滑条件下,深度轧制纯铁显示出优良的耐磨性;经深度轧制后,纳米化纯铁具有较高的表面活性,但同时由于塑性的丧失只能承受较小的剪切力.

纯铁γ—α转变机制求索

依据前人的实验数据 ,运用传统计算方法 ,对纯铁γ -α转变扩散机制进行了检验 ,结果表明 :完成转变需用时间的理论计算值与实验值有 3～ 4个数量级的差异。根据非切变相变大多存在非共格相界的特点 ,由相界原子参与相变的设想提出了存在非共格相界的非切变相变“相界与母相原子联动位移”机制。运用热力学基本原理对“联动”和新相连续长大的条件进行了简要分析。对固态相变的分类提出了质疑并建议把“扩散型相变”限定为新相与母相化学成分不同的相变。

深度轧制细化工业纯铁晶粒

利用常用的轧制设备,采用热轧与冷轧及热处理相结合,提出了深度轧制工业纯铁和制备块体纳米晶工业纯铁的方法.经X射线衍射(XRD)分析,深度轧制后的样品在300℃回复7h,表层晶粒尺寸为38.9nm;透射电镜(TEM)分析表明,板材内部的晶粒尺寸为87.5nm.采用该方法可制备出大块、无孔隙缺陷的纳米晶工业纯铁,且晶粒的热稳定性较好.

工业纯铁离子渗镍及其应用研究

采用不同的工艺参数对工业纯铁进行了离子渗镍试验。结果表明 ,渗镍层由白亮层和树枝状结构层组成 ,白亮层为Fe Ni合金奥氏体沉积层 ,扩散层为铁素体。渗层深度随加热温度的升高和保温时间的延长而增加。白亮层中的Ni浓度随渗层的深度变化不大 ,树枝状扩散层的Ni浓度呈较大梯度分布。加热温度的升高、保温时间的延长可使工业纯铁铁芯的磁性增强 ,渗Ni后样品的磁性均优于化学镀Ni样品。经离子渗Ni的样品具有良好的防腐蚀性能。

冷却润滑方式对纯铁车削表面完整性的影响

为提高纯铁材料精加工时的表面质量，在相同切削参数下进行了干切、水冷、菜籽油润滑和微量润滑（MQL）4种方式下的切削试验，分析冷却润滑方式对工件表面完整性的影响机理．结果表明：MQL和菜籽油润滑比水冷和干切更有利于提高表面粗糙度；4种冷却润滑方式下已加工表面显微硬度具有相同的变化趋势，硬化层深度为60—70岬；表层晶粒呈严重的扭曲拉伸状塑性变形，干切时塑性变形层深度最大，其次为菜籽油润滑和MQL，水冷时最小；工件表面切向和轴向均呈残余拉应力，且切向应力大于轴向应力。而且冷却润滑方式对表面残余应力影响不大．试验结果对纯铁精加工选择合适的冷却润滑方式以提高表面完整性具有重要意义．

激光熔凝处理对纯铁渗稀土层组织与耐蚀性能的影响

通过SEM观察、X射线光电子能谱分析、电化学阻抗谱测定和阳极极化曲线的测试 ,探讨激光熔凝处理对纯铁渗稀土层组织与耐蚀性能的影响。结果表明 ,在一定条件下 ,激光熔凝处理可进一步提高纯铁渗稀土层组织的致密性与均匀性 ,显著提高稀土渗层的耐蚀性。

工业纯铁表面自纳米化及其表征

利用高能喷丸(High energy shot peening,HESP)法在工业纯铁的表面获得一定厚度的纳米晶层,实现工业纯铁表面自纳米化。通过金相显微镜观测、扫描电子显微镜分析、显微硬度测试以及X线衍射计算分析,对工业纯铁表面自纳米化层的组织结构和性能进行研究分析。研究结果表明:采用HESP方法实现工业纯铁表面纳米化的主要工艺参数是:喷丸弹丸为直径1 mm的铸铁,喷丸压力为0.6 MPa,喷枪距离试样表面为5 cm,所获得的纳米晶的厚度随着喷丸时间的增加而增加;剧烈变形层由于晶粒得到了细化,其显微硬度大大提高,在距喷丸面10μm处,其显微硬度(HV)达到296.6,随着距喷丸面距离的增加,剧烈变形层的硬度不断减小;只要喷丸1 min,即可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为68.4 nm、微观畸变为0.050%的纳米晶层;随着喷丸时间的延长,晶粒粒径越来越小,而微观应变越来越大;喷丸14 min可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为28.5 nm、微观畸变为0.175%的纳米晶层。