氮掺杂三维多孔石墨烯的孔隙结构与锌-空气电池氧还原电催化性能的关系

氮掺杂石墨烯材料具有高效、低成本的优点,在燃料电池领域有着广阔的应用前景。通过水热法和高温热解法使用石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与石墨烯成功制备了含氮三维多孔石墨烯催化剂(H-N-Gr)。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与石墨烯在水热过程中通过氢键和π-π共轭键组装成稳定的复合前驱体,可以在不改变热处理石墨烯结构的情况下增加氮原子的掺杂。制备的H-N-Gr具有较高的比表面积(470.3 m^(2)/g),表面有大量催化活性的吡啶氮(25.4%)和石墨化氮(37.3%),具有较强的氧还原反应(ORR)催化活性。此外,制备的H-N-Gr具有比商用铂碳催化剂更强的催化稳定性和甲醇耐受性,其中稳定性超出商用铂碳催化剂19.7%,组装成的锌-空气电池表现出高功率密度(202.90 mW/cm^(2))和快速倍率性能。本研究为制备高性能ORR无金属催化剂提供了一种简单实用的方法。

预氧化对40CrNiMo钢离子渗氮渗速及组织的影响

利用光学显微镜、显微硬度计、XRD和SEM对40CrNiMo钢试样经不同预氧化工艺氧化后再进行离子渗氮的渗速和渗层组织进行研究,发现预氧化温度和时间与渗速存在抛物线关系;氧化工艺为300℃×1 h时,催渗效果最好,渗速提高了约20%;同时白亮层不均匀性得到明显改善,脉状氮化物由Ⅱ～Ⅲ级改善为Ⅰ级。如果提高氧化温度或延长时间,将出现渗速降低、渗层表面硬度下降等不良现象;当预氧化温度升高到400℃、氧化时间为1 h以上,反而会出现严重阻碍渗氮的现象。

装炉方式对40CrNiMo钢离子渗氮表面粗糙度的影响

将初始组织状态相同、表面粗糙度R_a为0.1μm的40CrNiMo试样,分别放置在距阳极不同距离的碳钢圆筒内外进行离子渗氮。随后利用光学显微镜、显微硬度计和三维表面形貌测量系统测定渗氮后各试样的表面硬度、渗层深度、显微组织及表面粗糙度。结果发现:各试样的表面硬度和渗层深度无明显差别,渗氮层显微组织也无明显区别。但渗氮后各试样表面粗糙度却有较明显的差别:当试样放置在圆筒外,距离阳极越远表面粗糙度越高;距阳极距离相同时,置于碳钢圆筒中的试样的表面粗糙度比置于筒外的试样小的多。渗氮层表面粗糙度的降低有利于降低零件的缺口敏感性,提高零件的疲劳性能。

38CrMoAl钢表面离子渗氮层剥落原因分析

在生产中发现不同形状38CrMoAl钢产品进行离子渗氮时,易出现渗氮层剥落的现象。通过对剥落处的外观观察、渗层硬度梯度测试、渗层金相OM和SEM观察,对剥落原因进行了分析。结果表明:在实际生产中,38CrMoAl钢产品由于氧化脱碳层较厚、淬火畸变较大、加工余量较小等原因,极易出现氧化脱碳层加工去除不完全现象,残余的氧化脱碳层会导致渗氮层表面硬度下降,并且在渗层内易产生大量微裂纹,情况严重时,还会导致渗层表面出现剥落现象。

富铈稀土加入量对离子渗氮催渗效果的影响

以40CrNiMo钢和38CrMoAl钢为研究对象,在保证其它工艺条件不变的情况下,通过添加不同量的富铈稀土,分析了渗氮层深度、硬度及微观组织,揭示稀土含量与离子渗氮催渗效果的对应关系。结果表明:富铈稀土对40CrNiMo钢和38CrMoAl钢的催渗效果与稀土放入量成抛物线关系:催渗效果随着富铈稀土加入量的增加先提高而后降低;并且适量富铈稀土的加入,可有效降低40CrNiMo和38CrMoAl钢渗氮层中白亮层的厚度及脉状渗氮物的数量。