Fe@Cu-Ni材料降解罗丹明B的机理与途径

文章采用直接还原法制备了Fe@Cu-Ni微电解材料,并探究了其对罗丹明B(Rh B)的降解效果。采用SEM、XRD和XPS对Fe@Cu-Ni进行了表征,分析了Fe@Cu-Ni对Rh B的降解机理和降解路径。Fe@Cu-Ni的枝晶结构为电子传递和富集提供了发散路径,有利于电荷转移。电子转移通道末端的Cu_(2)O和Fe与Ni掺杂对氧还原反应生成H_(2)O_(2)起着重要作用。由原位产生的H_(2)O_(2)催化生成的·OH是降解Rh B的关键活性物质。通过LC-MS/MS对Rh B的降解中间体进行了鉴定,结果表明,Rh B的降解主要来自于·H和·OH的协同作用。当pH=2、Fe@Cu-Ni催化剂用量为0.5 g/L、Rh B初始浓度为20 mg/L时,Rh B的降解效率可达98.7%。该研究强调了Fe@Cu-Ni复合材料在消除染料残留方面的潜力。

固溶处理及工艺路径对Cu-Ni-Si-Co合金板材性能的影响

目的系统探究了不同固溶温度及不同冷轧时效工艺对C7035合金力学性能与导电性能的影响规律。方法针对C7035合金进行了不同温度的固溶处理,并进行了冷轧以及不同温度的时效处理。对比一次时效的力学性能与电学性能差异性,并优化工艺路径。选择性能较为优异的样品观察其微观组织以及析出相。结果提高固溶温度可显著提升一次冷轧-时效合金的硬度、强度以及导电性,其中性能较为优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃时效3 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为241.2HV0.1、777 MPa、48.6%IACS。工艺优化后,较优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃预时效0.5 h、冷轧50%、450℃时效2 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为252.8HV0.1、787 MPa、41.2%IACS。结论固溶温度越高,溶质原子溶入基体的数量越多,固溶后能观察到的第二相越少。960℃固溶后一次冷轧-时效的强度较高,与880℃固溶后一次冷轧-时效后相比,强度提高了约100 MPa,二次冷轧时效后,强度有进一步的提升。

基于机器学习的Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理晶粒尺寸预测

Cu-Ni-Co-Si合金在固溶处理后的晶粒尺寸会影响其服役性能。采用3种不同的机器学习方法——BP神经网络、随机森林、长短期记忆网络,分别建立了Cu-Ni-Co-Si合金固溶温度和固溶时间对固溶后晶粒尺寸影响的机器学习预测模型。对比分析3种不同机器学习模型的预测精度,发现BP神经网络模型预测精度最高,其平均相对误差为8.55%。随后采用遗传算法优化BP神经网络。结果表明,所建立的BPGA模型平均相对误差比BP神经网络模型降低了6.47个百分点,其平均相对误差为2.08%,能够有效地为Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理工艺参数的选择提供指导。

形变热处理对Cu-Ni-Si合金组织性能的影响

借助扫描电镜、电子万能试验机、维氏硬度计和数字涡流金属电导仪等研究了冷轧变形量和时效对Cu-Ni-Si合金组织与性能的影响。结果表明:冷轧态合金变形量越大,显微组织中晶粒沿着轧制的方向被拉得越长和越扁。当时效温度或时效时间增加到一定程度时,冷变形晶粒发生了回复再结晶,时效时间继续延长再结晶晶粒逐渐长大。冷轧态合金主要以脆性断裂为主,时效态合金以韧性断裂为主。当冷轧变形量为80.0%及经500℃×1 h时效后合金的综合性能最佳,电导率为46.37%IACS,显微硬度为236.14 HV0.1,抗拉强度为638.24 MPa,屈服强度为581.55 MPa,伸长率为5.77%。

均匀化退火对Cu-Ni-P合金组织和性能的影响

对铸态Cu-Ni-P合金进行了不同温度(850、900和950℃)保温不同时间(1、2和3 h)的均匀化退火处理,以确定合理的退火温度;在确定的合理温度下进行了不同时间的均匀化退火处理,以确定最佳的保温时间,进而得到合金最优的均匀化退火工艺。对比分析铸态和均匀化退火后Cu-Ni-P合金的组织和性能。结果表明:铸态Cu-Ni-P合金偏析严重,树枝晶杂乱分布,一次枝晶臂长明显大于二次枝晶臂,在枝晶间隙中存在着大量的第二相颗粒;铸态下合金导电率为49.5%IACS,硬度为85.6 HV,抗拉强度为204 MPa。均匀化退火能够显著消除Cu-Ni-P合金中的枝晶偏析,温度对枝晶偏析的改善效果大于保温时间,合金的最佳均匀化退火工艺为900℃×4 h;经最佳工艺处理后合金的导电率为38.9%IACS,硬度为113.8 HV,抗拉强度为290 MPa,与铸态相比,导电率有所下降,但抗拉强度和硬度分别提高了42.2%和32.9%。拉伸断口分析表明均匀化退火处理前后合金均属于韧性断裂。

Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr合金组织和性能的影响

采用大气熔炼制备了Cu-Ni-Cr-xMn(x=0、1、3、5、7和9 mass%)合金,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金显微组织和性能的影响。结果表明:铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金的组织由富Cu相(γ1)、富Ni相(γ2)和富Cr相组成,Mn的添加显著改变了Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中第二相的偏聚形式。Mn的加入使Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中的Cr元素在富Ni区显著聚集,富Ni区的Cr含量显著增高。随着Mn含量的增加,基体上结节状富Ni相(γ2)和富Cr相尺寸减小,分布更加均匀,大量细小富Cr第二相的存在显著提升了合金的力学性能。当Mn含量为3%时,小尺寸富Cr第二相开始在晶界处偏聚形成链状结构,对合金的力学性能产生了不利影响。当Mn含量为7%时,Mn原子固溶强化及第二相细化效果显著,合金的力学性能最佳,其硬度和抗拉强度分别为195.06 HB和401 MPa。

轧制形变热处理对Cu-Ni-Si系合金性能和微结构的影响

对比了Cu-Ni-Si合金二次固溶态(790℃×120 min)和大变形冷轧(98.42%累积变形量)+二次时效态(420℃×480 min)的强度、硬度、导电率等性能的变化规律,分析了两种不同形变热处理工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明:大变形冷轧+二次时效工艺条件下制备的合金平均晶粒尺寸为4.28μm;析出相主要由Cr3Si与Ni2Si构成,平均尺寸分别为65 nm和11 nm,呈弥散分布,且合金内出现大量纳米孪晶。累积大变形产生的形变强化和弥散分布的纳米级析出相形成的析出强化,以及大量纳米孪晶的形成,是Cu-Ni-Si合金力学性能显著提升的主要因素。大变形冷轧+二次时效处理后的合金导电率、硬度、抗拉强度、屈服强度分别为27.2%IACS,HV 231.98,707 MPa,703MPa,较二次固溶态合金分别提升了32.60%,94.67%,204.74%,575.96%。二次固溶态合金断口形貌主要由大而深的韧窝组成,大变形冷轧+二次时效态合金断口形貌主要由小而浅的韧窝组成,数量较多,分布致密。

高性能Cu-Ni-Si系合金研究现状及发展趋势

先进铜基材料具有广阔的市场及良好的发展前景。相比于Cu-Be, Cu-Fe-P, Cu-Cr等合金而言,Cu-Ni-Si系合金具有高强度、较高的导电率、良好的抗高温软化、抗应力松弛性能及低廉的价格等优点,广泛应用于机械制造、航空航天、交通运输、电子和电气工程等工业领域。本文首先介绍了Cu-Ni-Si系合金的发展现状,并从产品性能及产业化方面论述了国内外存在的差异。该合金发展趋势主要是朝着先进高强高导弹性铜合金方向发展,核心挑战是在提升强度的同时保持甚至提高导电性能,并且由于服役环境的复杂化及服役时间的延长,对于材料服役性能的可靠稳定性也提出了更为严苛的要求。最后从成分设计、加工及形变热处理工艺、时效析出行为、服役性能等方面综述了CuNi-Si系合金的研究现状,并针对目前该材料存在的不足,展望了高强度高导电铜合金的未来发展趋势。

Si的添加对Cu-Ni-Al合金显微组织和性能的影响

Cu-Ni-Al合金作为一种超高强、导电的弹性铜合金,在电子工业、航空航天、仪器仪表等方面应用广泛。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描透射电镜(STEM)对Cu-6Ni-2.76Al和Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金时效后的显微组织进行了研究。结果表明:Cu-6Ni-2.76Al合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+500℃×8 h时效处理后的综合性能较好,硬度为279.5 HV0.3,导电率为16.14%IACS,合金的强化相为纳米级球状颗粒γ′-Ni3Al相;Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+450℃×2 h时效处理后的综合性能优异,硬度为313.2 HV0.3,导电率为13.24%IACS,合金的强化相为纳米级颗粒γ′-Ni3Al相和δ-Ni2Si相。Si元素的添加对合金的导电率影响不大,但显著地提高了其峰值硬度,且缩短了达到硬度峰值所需要的时效时间,但也使得合金抗过时效能力下降。γ′-Ni3Al和δ-Ni2Si强化相与Cu基体的位向关系分别为:[001]_(Cu)∥[001]_(Ni_(3)Al)∥[001]_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(100)_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(010)_(δ)。沉淀强化作用对合金性能的提升最显著。

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。

热处理对Cu-Ni-Cr-Si合金性能提升的机理研究

为了深入了解Cu-Ni-Cr-Si系列合金的综合性能,对比分析了Cu-Ni-Cr-Si合金热处理前后合金的显微硬度、拉伸性能以及显微组织等的变化规律。研究发现,热处理后的Cu-Ni-Cr-Si合金的拉伸性能明显提升,显微硬度也呈现出相同的变化趋势。Cu-Ni-Cr-Si合金是典型的沉淀时效强化合金,热处理过程中溶质原子扩散,从而形成析出相,细小、弥散的析出相分布在合金的晶界中会阻碍位错运动,从而提高了合金的力学性能。显微组织研究发现,热处理后晶粒的尺寸显著变大,与此同时热驱动力促使析出相生成,一般为Ni/Si相和Cr/Si相,析出相具有较高的硬度,合金的显微硬度在热处理之后也会有显著提升。电子背散射衍射(EBSD)分析发现,热处理之后小角度晶界转变为大角度晶界,局域取向差降低,推断位错密度降低。除此之外,溶质原子Cr、Ni、Si从基体中析出,对基体具有一定的净化作用,导电率由29.665%IACS提高到35.124%IACS。

行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响

研究了在凝固过程中行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响。结果表明,随着磁场电流强度的增加,在晶粒细化的同时,合金的组织形貌逐渐向等轴晶转变,树枝晶在磁场的作用下尺寸不断减小。磁场电流为90 A时晶粒细化效果最好,铸锭几乎全部由细小的等轴晶组成,晶粒尺寸降至(0.5±0.19) mm,相比于未加行波磁场的合金,晶粒细化了约94%。采用透射电子显微镜对显微组织进行观察,并对衍射花样进行标定,发现晶界处的析出相为δ-Ni2Si。在磁场电流为60 A的条件下,合金的拉伸性能最好,与未施加磁场的样品相比,屈服强度提高了41.8%,抗拉强度提高了12.9%,但合金的硬度不受行波磁场影响。本文通过行波磁场细化晶粒,为提高时效强化型铜合金的强度提供了一种可规模化生产的技术。

高溶质含量Cu-Ni-Si合金热压缩变形行为研究

电连接器用铜合金为目前5G通讯、新能源汽车等领域的重要材料,Cu-Ni-Si系合金因其优异的力学电学性能、良好的抗应力松弛性能成为该研究背景下广泛应用的材料。目前尚缺乏热变形制度对该合金显微组织影响机理的研究。本文研究了变形温度在600~950℃、应变速率在0.01~10.00 s-1条件下的高溶质含量Cu-Ni-Si合金铸锭的热变形行为,发现在高应变速率下,硬化和软化在变形过程中交替占据主导地位,流变应力呈“波浪形”变化。建立了合金的热变形本构方程和热加工图,获得了高溶质含量Cu-Ni-Si合金的热变形温度为900~950℃,探究了不同变形条件下合金热变形过程的软化机制。结果表明,在950℃低应变速率时,合金的再结晶主要以晶界弓出形核的不连续动态再结晶为主,而在应变速率较高时,主要发生位错转动合并形成新的大角晶界的连续动态再结晶。

粉末冶金法制备Cu-Ni-Si合金的组织和性能

以单质Cu粉、Ni粉和Si粉为原料,通过热压烧结方法制备Cu含量为94(质量分数,%),Ni、Si质量比为4∶1的Cu-Ni-Si合金。经过900℃固溶处理2 h和450℃时效处理4 h后,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射仪对合金的显微组织和相组成进行了分析。结果表明:合金中只有δ-Ni2Si相形成,且δ-Ni2Si相的组织形貌及分布状态对合金的力学性能和导电率起着决定性的作用;经过时效处理后,析出的δ-Ni2Si相使合金的导电率和维氏硬度都明显提高。

电沉积制备Cu-Ni-Mo三元电极及其析氢性能

目的制备一种在碱性溶液中具有高效、低成本等优点的铜基析氢阴极材料。方法在35℃下采用直流电沉积法,在泡沫镍(NF)表面分别沉积Cu-Ni、Cu-Ni-Mo镀层,制备Cu-Ni/NF、Cu-Ni-Mo/NF析氢电极。利用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)表征电极的表面形貌、结构元素含量及物相。通过电化学阻抗技术(EIS)、线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)测定电极的析氢性能和催化活性。结果经Mo掺杂后,Mo在Cu-Ni-Mo三元合金中以置换型固溶体的形式存在,与二元镀层相比,增大了镀层的晶格常数。Cu-Ni-Mo/NF三元电极在电流密度10 mV/cm^(2)下,过电位仅为116 mV,塔费尔斜率为104 mV/dec,电荷转移电阻为15.34Ω,电化学活性比表面积(ECSA)为22.33,相较于Cu-Ni/NF二元电极,分别降低了68 mV、27 mV/dec、15.48Ω,ECSA值提高了7.95,且循环稳定性较好。结论引入第3种元素Mo,改变了Cu-Ni二元电极的镀层形貌,使晶粒细化,表现为微粒紧密堆积而成的球胞状结构,从而提升了电极材料的比表面积,为析氢反应提供了更多的活性位点,有助于提高析氢反应效率。由于三金属间的协同作用,与Cu-Ni二元电极相比,Cu-Ni-Mo三元电极显示出更优异的析氢催化性能。

Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响

采用SEM、XRD和力学性能等测试手段研究了Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响,尤其是通过研究织构对Ni/Co质量比与弯曲成形性能的关系进行了分析。结果表明:较小的Ni/Co质量比能够促进合金发生回复和再结晶转变,并且可以细化铸态和峰时效态合金的晶粒。在RD方向上,Ni/Co质量比为1时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有R{124}〈211〉和Copper{112}〈111〉织构。在TD方向上,Ni/Co质量比为1.5时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有Copper{112}〈111〉、S{123}〈634〉和R{124}〈211〉织构。此外,Ni/Co质量比为1时合金具有最高的硬度、电导率和伸长率以及相对高的强度。通过理论计算发现,Ni/Co质量比为1时合金在RD方向上最容易发生塑性变形。弯折试验结果表明,Ni/Co质量比为1时合金具有最好的纵向(GW)弯曲成形性能,最小弯曲比为2.1,试验结果与计算结果一致。

钎焊温度对TA1/Ti-Zr-Cu-Ni-Ag/TA1接头界面组织性能的影响

采用Ti-Zr-Cu-Ni-Ag钎料进行TA1钛合金的连接,并使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分析测试手段对不同钎焊温度下获得的接头界面组织和断口形貌进行了分析。研究表明,TA1/Ti-Zr-Cu-Ni-Ag/TA1接头典型界面微观组织为α-Ti/α-Ti+β-Ti+(α-Ti+γ)/α-Ti。随着钎焊温度的升高,钎缝宽度呈先增加后减小的趋势,共析组织更加分散,α-Ti组织逐渐增多,α-Ti和(α-Ti+γ)的片层状结构也逐渐明显;剪切试验表明当钎焊温度为900℃,保温时间为20 min时,钎焊接头的抗剪强度达到172.04 MPa的峰值,接头的断裂模式为韧脆混合断裂;接头平均抗拉强度为260.04 MPa,达到了母材的65%。

纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸变形模拟

采用分子动力学对纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸性能进行了模拟研究,从微观尺度探究了Ni含量及温度对合金拉伸性能的影响规律。结果表明,当Ni含量为10%时,最大拉应力达21.70 GPa,位错之间的相互作用是造成拉伸性能提升的重要原因。从能量、位错和堆垛层错方面对Ni含量为10%合金的性能进行了验证,表明Cu-Ni合金符合固溶弱化规律。当温度为100 K时,存在最大拉应力为22.21 GPa;当温度为900 K时,最大拉应变为0.1045。晶界原子百分比随加载温度的升高而增加,晶内原子百分比随加载温度的升高而减少;温度升高导致晶界熔化,原子无序度增加,对位错的阻碍作用下降。拉伸过程中位错密度不断降低,由位错缠结而引起的强化作用不断减少,导致高温时合金的拉伸性能下降。

不同功率超声辅助电火花放电制备Cu-Ni合金粉体的微观结构和粒径分布

以铜、镍金属为正负电极,采用超声辅助电火花放电(EDM)法合成Cu-Ni合金粉体,研究了超声功率(0,500,1000,1500 W)对合金粉体晶体结构、微观形貌和粒径分布的影响。结果表明:不同功率超声辅助EDM合成的Cu-Ni合金粉体的物相均主要由Cu_(0.81)Ni_(0.19)、Ni、CuO、NiO和Fe_(2)O_(3)组成,主晶相Cu_(0.81)Ni_(0.19)为面心立方结构;随着超声功率的增加,Cu_(0.81)Ni_(0.19)相的衍射峰强度增大,半高宽变窄,粉体结晶性变好。引入超声辅助合成的Cu-Ni合金粉体中出现较大尺寸不规则颗粒,但球形颗粒的尺寸减小,粉体粒径分布范围变宽;随着超声功率的增大,平均粒径D50减小。

Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织调控及对高温拉伸性能的影响

应用JMatPro软件、金相显微镜、高温拉伸试验机和扫描电镜研究了浇注温度和模具温度对Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织及高温拉伸性能的影响。结果表明:Al-Si-Cu-Ni-Mg合金的凝固组织主要为α-Al和共晶硅,合金中的强化析出相主要为δ-Al_(3)CuNi、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)、γ-Al_(7)Cu_(4)Ni、ε-Al_(3)Ni和Mg_(2)Si相;当控制浇注温度710℃,模具温度150℃时,Al-Si-Cu-Ni-Mg合金中α-Al晶粒、共晶硅、富Ni相、Q相、Mg_(2)Si相尺寸最小,组织均匀程度和高温拉伸性能达到最佳。