Ti_2AlNb基合金电子束焊接头的显微组织

利用透射电子显微镜和能谱,研究电子束焊接过程中Ti2AlNb基合金显微组织演变过程以及焊缝区组成、焊后热处理对接头显微组织的影响。结果表明:焊接过程中焊缝区Al元素损失较为严重,这有利于B2相的形成而不利于O相的形成,使得接头焊缝区主要由B2和α2两相组成;在随后的热处理过程中,焊缝区的B2相转变为β相和板条状的O相,使焊缝区由α2、O和β相组成。

粘结碳化硼材料中子屏蔽性能及制备工艺研究

中子准直器在中国散裂中子源(CSNS)的谱仪上起着限制束流截面与发散度的作用,准直器的结构设计中通过在中子飞行管上间隔设置B4C阻挡块可以起到阻挡、吸收屏蔽杂散中子的作用,为此研制了粘结碳化硼中子阻挡块,并对其成型工艺进行了研究,确定了成型最佳粉体尺寸、粘结剂含量和固化温度.对该中子屏蔽材料的中子衰减系数计算结果表明,波长为0.1×10-10、1×10-10和15×10-10m中子通过该材料的线性衰减系数分别为3.42、30.4和449.9 cm-1.力学冲击和热重实验结果也表明该材料符合在CSNS谱仪中子束线屏蔽使用中的性能要求.

页岩油储层微纳米孔隙小角中子散射实验研究

随着页岩孔隙结构测量技术的发展,页岩孔喉结构测量也更加准确以及定量化。为明确中国不同类型页岩油储层纳米级孔隙分布特征,确定了不同层理方向取样对小角散射结果的影响,并提出结合小角中子散射技术及高压压汞法进行全尺度孔径表征方法,进一步研究不同地区闭孔率及孔径分布特征。结果表明,垂直于样品层理取样切片所测的页岩孔隙度一般大于平行于页岩样品层理取样所测的页岩孔隙度;小角中子散射能测量孔径在1~100 nm左右的孔径分布特征,且结合压汞法能很好地进行全尺度孔径表征。所研究三个地区按样品闭孔率大小排序依次为:鄂尔多斯盆地长7段(L组及C67)、大港岐口凹陷沙三段(F39-0)、松辽盆地青山口组(Q1);三个地区孔径分布特征差异明显,以下降型和波浪形为主。小角中子散射技术结合高压压汞法进行全尺度孔径表征方法对研究孔隙结构具有借鉴意义。

页岩和煤岩的孔隙结构差异及其天然气运移机理

页岩和煤岩作为非常规天然气储层,其孔隙结构控制着天然气的赋存状态与运移机理。为了定量表征两种储层孔隙结构特征及其差异,借助小角中子散射技术、高压压汞法、气体吸附法和场发射扫描电镜观察对下志留统龙马溪组和上二叠统龙潭组过成熟页岩以及上石炭统本溪组煤岩的储集性和孔隙结构进行对比分析,明确了页岩与煤岩的孔隙结构差异及其成因,并研究了甲烷在其储层中的赋存和运移机理。研究结果表明:①煤岩主要储集空间集中在小于5 nm的孔径范围内,其中甲烷赋存状态以吸附气为主,页岩中大于5 nm的孔径范围是主要的游离气储集空间;②基于小角中子散射与高压压汞实验结果的差异特征可以用于评价孔隙连通性,且本研究中煤岩的孔隙连通性要优于页岩;③重复压汞法显示高压对于过成熟的页岩和煤岩不会导致样品产生新的裂缝。结论认为,煤岩储层微孔中的吸附气解吸成为游离气是煤层气开发的关键,页岩储层中页岩气从基质储集空间运移到天然裂缝或人工裂缝中受孔隙连通性的控制;增加页岩中诱导裂缝,有效连通诱导缝和天然裂缝并且提高有机孔隙网络与外部的连通性是提高页岩气采收率的关键,该认识为后续两类非常规油气储层的科学评价提供了重要理论支撑。

碳化硼/聚四氟乙烯新型中子吸收复合材料的制备及性能研究

采用低温液相烧结法制备了碳化硼(B4C)/聚四氟乙烯(PTFE)新型无氢中子吸收复合材料,在380℃下实现了致密烧结。通过同步热分析仪(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对复合材料的烧结过程、结构组成和微观形貌进行了分析。此外,本文研究了B4C含量变化对样品力学性能和中子吸收能力的影响。研究结果表明:随着复合材料中B4C含量的降低,其相对密度和冲击韧性逐渐增大;硬度逐渐减小。复合材料中子吸收能力的中子输运蒙卡模拟计算(MCNPX)结果表明,随着B4C含量的减少,其慢中子吸收能力逐渐降低。在所研究的复合材料中,当B4C含量为70 wt%,厚度为5 mm时,其对1?波长中子的透射率为2.45 × 10?6,可满足中子散射谱仪束线吸收材料的通常应用要求。

利用小角中子核磁散射分离研究AerMet100钢中纳米析出相的形貌和成分

AerMet100超高强度钢以其优异的力学性能广泛应用于飞机起落架。其超高强度主要源于合金回火过程中产生的大量M_(2)C型针状析出相的二次硬化作用。由于AerMet100高强钢中的纳米析出相与马氏体基体共格且尺寸细小,无法进行萃取,很难采用传统成像手段对其尺寸和成分进行准确表征。本工作结合TEM和XRD的观测结果,采用小角中子散射(SANS)技术分别对454、482、486和498℃回火5 h的AerMet100合金钢中M_(2)C型针状析出相的尺寸、分布和含量进行了定量表征。通过在SANS实验时施加1.1 T横向磁场并对数据沿平行和垂直磁场方向按角度规约,实现了对数据的核、磁散射分离。对核散射曲线的模型拟合结果显示,合金中针状析出相平均长度为6~16 nm,平均直径为1~2 nm,针状碳化物相的体积分数随退火温度升高由0.54%逐渐提高至5.19%。磁散射数据得到的碳化物结构参数均大于核散射结果,说明在碳化物与马氏体基体相界面存在自旋错排的纳米磁畴区。此外,通过对碳化物和基体相中子核磁散射长度密度的对比计算,推断出针状碳化物的可能的化学组成和密度分别为:(Cr_(0.4)Mo_(1.6))C和8.55 g/cm^(3)。

小角中子散射原位研究镍基高温合金第二相析出演化行为

γ′和γ′′相是镍基高温合金中的重要强化相,为了阐明其在热处理中的析出演化机制,本工作以广泛使用的GH4169合金为对象,采用小角中子散射原位研究了固溶时效热处理中第二相的析出演化行为,并借助TEM对非原位样品进行验证分析。结果表明:合金中第二相主要在时效过程中析出,包括球状γ′相和γ′与γ′′复合相(以γ′′/γ′/γ′′三明治结构为主)。其中,球状γ′相数量随时效进行不断增多;复合相在一级时效中大量形成,但在二级时效中数量变化不大。此外,2类析出相尺寸均在一级时效时逐渐增大,在二级时效时几乎不变。在整个时效过程中,球状γ′相与基体相界面逐渐尖锐,而复合相越来越扁,其界面成分波动始终显著。由此可知,第二相的析出演化行为受控于界面元素扩散机制。

时效温度对SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料时效析出行为的影响

SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料力学性能的提升需要充分理解SiC颗粒的添加对Al基体时效析出行为的影响。但由于受到表征手段的限制,其内在机制尚不明确。本工作结合原位小角中子散射、透射电子显微术和拉伸实验等手段,研究了时效温度(100和160℃)对15%SiC(体积分数)增强Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu(质量分数,%)复合材料时效析出行为与沉淀强化机制的影响,并与Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu合金进行了对比。结果表明,100℃时效时,随着时效时间由0.5 h延长至3 h,复合材料中的析出相由GPI区演变为GPI区+GPII区,且尺寸明显增加。但由于该温度下时效动力学缓慢,析出相的体积分数仅略有增加。析出相尺寸和体积分数的增加均可以增大位错切过析出相的阻力,从而提升复合材料的沉淀强化能力。160℃时效温度下时效动力学加速,复合材料中析出相的尺寸和体积分数均随时效时间的延长而增加,析出相类型也由时效0.5 h的GPII区+η'相演变为时效3 h的η'相+η相。此时的沉淀强化机制以绕过型为主,尽管析出相体积分数的增加有利于提高复合材料的强度,但其尺寸的增大以及强化能力较差的平衡相η相的出现却会削弱强化效果,因此复合材料的屈服强度随时效时间的延长仅有小幅提高。与Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu合金相比,100与160℃时效3 h后复合材料的屈服强度均降低,但相关机制并不相同。100℃时效时2种材料中析出相的类型和尺寸大致相同,但复合材料由于SiC/Al界面反应消耗Mg导致析出相的体积分数减少,从而使得沉淀强化能力减弱。160℃时效时加速的时效动力学补偿了Mg消耗引起的析出相体积分数的减少,但复合材料中较低的空位浓度导致析出相粗化且平衡相η相占比增加,这也会削弱其沉淀强化能力。

纳米尺度非均匀性诱导自更新铁基非晶合金具有优异的长期反应活性（英文）

铁基非晶合金作为亚稳态新型零价铁,具有高活性亚稳态结构、较大的残余应力和高密度低配位点等特性,在催化和废水处理中引起了广泛的关注;但由于腐蚀产物沉淀覆盖活性位点,非晶合金的反应活性随着时间的推移而逐渐降低,导致耐用性差.腐蚀产物沉淀造成长期反应活性降低也是阻碍传统晶态零价铁技术在废水处理领域应用的主要问题之一.本文通过在铁基非晶合金中引入纳米尺度的化学不均匀性,有助于构成局部原电池效应,加速电子在降解过程中的转移,可以有效地克服这一问题.更重要的是,非晶合金中的零价铁被选择性腐蚀/脱合金,导致反应区域局部体积收缩和裂纹形成,裂纹扩展使沉淀腐蚀产物和反应区域自剥落.因此,可以连续提供新的低配位,消除质量传递和反应活性恶化的问题.本文所制备的具有成分不均匀的铁基非晶合金即使在中性溶液中也具有良好的长期反应活性和自更新性能.研究结果不仅为废水处理提供了一种新材料,而且为设计高活性零价铁材料提供了一种新思路.