铸态(Fe33Cr36Co15Ni15Ti1)96Al4高熵合金力学性能及腐蚀行为

利用经典高熵合金判据设计了一种非等摩尔比(Fe_(33)Cr_(36)Co_(15)Ni_(15)Ti_(1))_(96)Al_(4)高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、万能力学试验机和电化学工作站对合金的晶体结构、微观组织、元素分布、力学性能(压缩和拉伸性能)及腐蚀性能进行了研究。结果表明,(Fe_(33)Cr_(36)Co_(15)Ni_(15)Ti_(1))_(96)Al_(4)高熵合金为FCC+BCC双相结构,合金微观组织为枝晶组织,室温下合金抗压强度为743 MPa及超过50%的压缩应变,而拉伸屈服强度、抗拉强度、伸长率分别为591 MPa、984 MPa和15.8%,其断裂机制为韧性断裂。合金表现出优于304SS的耐蚀性,点蚀电位为846mV,约是304SS的三倍。

Ca含量对时效态Mg-6.5Al-xCa-1Sn-0.3Sr镁合金显微组织和性能的影响

通过XRD、SEM和性能测试研究了Ca含量的变化对时效态Mg-6.5Al-xCa-1Sn-0.3Sr(x=1,1.5,2,2.5)镁合金的显微组织和性能的影响。结果表明,时效态合金主要由α-Mg和Al_(2)Ca相组成,Al_(2)Ca相成网状分布。合金的抗拉强度和伸长率随着Ca加入量的增加而逐渐降低,当Ca含量为1%时合金的拉伸性能最佳,而合金的硬度随着Ca的加入而增加。在175℃、70 MPa下,Ca的添加使时效态合金的稳态蠕变速率降低。

铁基非晶合金和13Cr不锈钢在超临界CO_(2)环境的腐蚀行为

非晶合金由于其独特的结构、优异的耐磨耐蚀性能在海洋及CO_(2)地质封存领域展现出广阔的应用前景,有望成为超临界CO_(2)环境下钢构件的耐蚀涂层材料,但关于非晶合金在该环境下的腐蚀行为鲜有报道.利用高温高压反应釜对SAM2X5铁基非晶合金与13Cr马氏体不锈钢在温度80℃,压力10MPa的模拟环境下进行腐蚀行为对比研究.通过XRD、DSC、CLSM、SEM、XPS以及电化学Mott-Schottky测试等方法对两种材料的微观结构、腐蚀形貌以及表面膜成分及结构进行表征与分析.研究结果表明:在高温高压的超临界CO_(2)环境下进行168 h腐蚀试验后,13Cr不锈钢表面发生严重的点蚀,而铁基非晶合金表面无点蚀发生;非晶合金表面膜除Fe和Cr外,富含大量的Si元素,会促进形成稳定致密的钝化膜;13Cr不锈钢表面膜为p型半导体,非晶合金表面膜为n型半导体,13Cr不锈钢钝化膜载流子密度远高于铁基非晶合金.证实了在该环境下铁基非晶合金的耐蚀性能远优于13Cr不锈钢.

钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料及其塑性行为

采用渗流铸造法制备出了钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料,在压缩条件下复合材料表现出弹性-完全塑性的应力-应变行为,和未复合的大块非晶相比,总应变量提高600％以上.非晶复合材料塑性提高的原因是钨丝阻碍了非晶基体剪切带的滑移,诱发多个剪切带的产生,同时滑移的面积增大的结果.复合材料的破坏方式与钨丝体积分数有关,在体积分数小于40％时一般为剪切破坏,大于60％时为纵向劈裂破坏,介于（40-60）％之间时,在钨丝与界面结合良好的情况下,趋于剪切破坏,否则为劈裂的破坏方式.

用渗流铸造法制备Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶复合材料

用渗流铸造法制备出以Zr55Al10Ni5Cu30合金为基体,以W丝束为增强相的大块非晶复合材料.采用X-射线衍射分析了基体的相组成,在扫描电镜（SEM）下观察了反应界面的形貌,利用电子探针研究了元素的迁移情况.通过改变渗流温度和时间,研究了W丝和基体间界面的作用过程.选择适当的渗流温度和时间,可以制备出长65mm直径4.3 mm的大块W丝束增强Zr55Al10Ni5Cu30非晶复合材料.在一定范围内提高渗流温度降低渗流时间或降低渗流温度延长渗流时间能得到同样的效果在渗流铸造前,液态金属的过热有利于提高基体的非晶形成能力,降低渗流铸造时产生的缺陷.

镁合金汽车轮毂低压铸造数值模拟

为了预测镁合金轮毂低压铸造过程中可能产生的缺陷,利用三维建模软件对镁合金轮毂进行数值建模并通过Procast模拟软件对镁合金轮毂的充型和凝固过程进行模拟分析。由于加压速度的快慢,对铸件充型的平稳性有很大影响,并且热节及孤立熔池部位极易产生缩孔缩松缺陷,因此对镁合金轮毂铸造过程的加压速度及温度场、流场进行研究。研究结果表明,通过降低加压速度能够很大限度地减少在浇注过程中所产生的气孔和缩孔缩松及氧化夹杂缺陷,对于轮辐处产生的热节,可以对该部位进行激冷处理,使其优先凝固,进而改善了铸件的质量。

铸态Mg-Sn-Si-Sr合金的显微组织与力学性能

采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和光学显微镜(OM)分别研究Mg-5Sn-xSi-0.5Sr(x=1,2)和Mg-5Sn-ySi-2Sr(y=1,2)合金的相组成和显微组织,采用力学性能试验机测定合金的拉伸性能。结果表明:Mg-Sn-Si-Sr系合金组织由α-Mg、MgSnSr、Mg2Sn、Mg2Si相所组成。Mg2Si相含量随Si元素的增加而增加,加入Sr元素会促进MgSnSr相的形成,抑制相界上Mg2Sn相的析出。Sn和Sr均能够细化Mg2Si相。当Sr含量由0.5%提高到2%(质量分数)后Mg2Si和Mg2Sn相均能得到显著细化,从而显著提高合金的抗拉强度与屈服强度。

大尺寸衍射光学元件的扫描离子束刻蚀

总结了大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀技术的研究进展。针对自行研制的KZ-400离子束刻蚀装置,提出了组合石墨束阑结构和多位置分步刻蚀策略来提高离子束刻蚀深度的均匀性,目前在450mm尺寸内的刻蚀深度均匀性最高可达±1%。建立了针对多层介质膜光栅的衍射强度一维空间分布在线检测系统以及用于透射衍射光学元件离子束刻蚀深度的等厚干涉在线检测系统,实现了对大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀终点的定量、科学控制,提高了元件离子束刻蚀工艺的成功率。利用上述技术,成功研制出一系列尺寸的多层介质膜光栅、光束采样光栅、色分离光栅以及同步辐射光栅等多种衍射光学元件。

Cu_(66)Ti_(34)非晶合金凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了二元合金Cu66Ti34的凝固过程。原子间作用采用GEAM势,利用偶关联函数,均方位移(MSD)等分析方法,研究Cu66Ti34合金在4×1013 K/s冷却速度下的玻璃化转变温度、原子的扩散行为。结果表明,通过偶分布函数第一谷的最小值与第一峰最大值之比获得的玻璃转变温度为600 K,与相近成分Cu50Ti50的实验值接近;在800 K时,Cu和Ti的MSD最大值均小于1×10?2 nm2,合金熔体很粘稠;在600 K时,曲线的斜率降低,在动力学上合金熔体已经凝固。定压比热容与温度成二次分布关系,存在一个峰值温度为892 K的热力学玻璃转变温度,证明了用动力学方法和用热力学方法获得的玻璃转变温度之间的差异。

Mg-Zn-Ca合金的非晶形成能力及力学性能

利用铜模铸造制备直径为1~4 mm的Mg72-xZn28Cax（x=1~6）合金,采用XRD、DSC、SEM和力学性能试验机分别对合金的非晶形成能力、相组成、断口形貌和力学性能进行研究。结果表明：在x为3、4和5时,Mg72-xZn28Cax合金的非晶形成能力（以直径表示）分别为2、3和2 mm;而当x为1、2和6时,Mg72-xZn28Cax合金的非晶形成能力低于直径为2 mm的;当x为3和5时,直径为2 mm的非晶态合金的屈服强度分别为591 MPa和662 MPa,塑性变形量分别为0.5%和0.2%;直径为3、2和1 mm的Mg68Zn28Ca4非晶合金的屈服强度分别为540、611和610 MPa,塑性变形量分别为0.48%、1.28%和6.2%,Mg68Zn28Ca4非晶合金是目前所报道的塑性变形量最大的镁基非晶合金;单位剪切面上弹性能的减少及其分布均匀性的改善是样品尺寸减小促使塑性应变量提高的主要原因。

Cu对Mg-Zn-Ca合金非晶形成能力与力学性能的影响

采用铜模铸造制备直径为3mm的Mg70-xZn25Ca5Cux(x=1,2,3.5,5)系列合金。分别采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、力学性能试验装置研究合金的显微组织、相组成和铸态样品的压缩性能,并对断口形貌进行分析。结果表明:Mg69Zn25Ca5Cu1可以形成直径为3mm的非晶合金,其强度和塑性应变分别为690MPa和1.7%。与Mg-Zn-Ca合金相比,其非晶形成能力和塑性应变均有提高。同时这也是目前在直径大于2mm的Mg基非晶合金中所发现的最大塑性应变量。

流变铸造亚共晶白口铸铁组织结构的演变

利用电磁搅拌方法研究了亚共晶白口铸铁半固态浆料凝固组织的演变结果表明，在等温搅拌 过程中，球形颗粒半固态组织的形成是一种渐变过程，经历了一次技晶与二次校晶的分离、枝晶的弯曲和 粒化阶段．搅拌温度、激磁电流和搅拌时间三者恰当的配合会导致较为理想的球形颗粒组织．由温度降低 造成的搅拌力或搅拌速度的突然降低导致颗粒簇聚的现象在连续冷却过程中，流变铸造组织出现了枝晶 断裂迹象。

Zr基非晶合金多孔材料的制备与性能

采用液态金属渗流法制备直径为6mm的Zr基块体多孔非晶合金，采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析多孔材料的结构、形貌、断口特征和相组成，同时对多孔非晶合金的孔隙结构和力学特点进行分析。结果表明：采用CaC2作为孔隙支撑材料，能够制备出孔隙分布均匀、孔隙直径为0．2-0．8mm的多孔非晶合金，其密度和孔隙率分别为3．57g/cm^3和47％。压缩力学性能实验表明：该多孔非晶合金的应力-应变曲线具有锯齿状变化规律，应力逐渐降低，其最大强度和应变分别为383MPa和18．6％，应变量远大于单相非晶合金的应变量。

Nd_(60)Fe_(30)Al_(10)大块非晶的制备及其热稳定性

采用熔渣包覆水淬法获得了直径为 ６ ｍｍ，长度为 ５０ ｍｍ的非晶 Ｎｄ６０Ｆｅ３０Ａｌ１０合金，并对其非晶形成能力进行了研究．在三元系非晶合金中，除 Ｐｄ基合金外，这是目前所报道的采用水淬法所能获得的最大尺寸的非晶合金 对 Ｎｄ７０Ｆｅ２０Ａｌ１０，在同样的条件下可获得直径为 ３ ｍｍ，长度为 ５０ ｍｍ的部分非晶组织 与普通铜模铸造方法所获得的临界直径相比，前者提高了 ２ ｍｍ，而后者降低了 ４ ｍｍ．利用 ＤＴＡ 和 ＤＳＣ 对 Ｎｄ６０Ｆｅ３０Ａｌ１０合金的熔点和形成能力进行了分析，所计算的临界冷却速率为０．５５Ｋ／ｓ，表明该合金具有较大的非晶形成能力．表观晶化能计算结果和 ＤＳＣ曲线分析表明。

Mg-Zn-Ca块体非晶合金及其强度可靠性

针对Mg-Ln-TM块体非晶合金脆性大、强度可靠性差等特点,研究了新型Mg-Zn-Ca非晶合金的性能并考察了成分变化对其热稳定性的影响.采用铜模铸造法制备出直径为2mm的Mg70-xZn25+xCa5(x=1、2、3、4)系列非晶合金,利用扫描电镜(SEM)、x射线衍射仪(XRD)、差分扫描量热仪(DSC)以及电子万能试验机分别研究了铸态样品的组织、相结构、热稳定性以及力学性能.实验结果表明:该系列非晶合金的晶化过程分3～4步完成,初始晶化温度随w(Mg)的提高而降低,同时对应较高的强度和一定的塑性应变.经Weibull统计分析表明:这4种非晶合金断裂强度的再现性存在差别,其中具有脉络纹断口的合金具有较高的Weibull模量,对应着良好的断裂强度再现性.

Sr对Mg-7Al-2Ca-2Si-0.8Zn-0.4Mn铸造合金热裂倾向性的影响

为了考察Sr对Mg-7Al-2Ca-2Si-0.8Zn-0.4Mn铸造合金热裂倾向性的影响,利用等长度金属型制备了含Sr分别为0、0.5%、1.0%和1.5%四组,每组八个尺寸的圆柱试样,采用热裂棒临界直径尺寸和热裂敏感系数评价合金的热裂倾向性。借助光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDX)分析合金的组织、热裂行为和相成分。结果表明,Sr的添加改善了合金的流动性,细化了合金的组织。在Sr含量为1.0%时,热裂棒临界直径尺寸和热裂敏感系数均最低,同时α-Mg枝晶的断裂面积为零,共晶相的断裂面积为100%。共晶相在裂纹形成过程中,具有向裂纹富集的趋势,形成了可以填充裂纹缝隙的能力,从而使合金的热裂倾向性降低。试棒在热裂倾向较低时,对应较高的拉伸强度。

Mg_(75)Zn_(20)Ca_5非晶条带对氧乐果农药废水的降解作用

为了有效降低有毒农药废水对环境造成的危害,以Mg_(75)Zn_(20)Ca_5非晶条带为催化剂,采用类Fenton法研究了模拟氧乐果农药废水的pH值、H_2O_2用量和反应时间对化学需氧量(COD)的影响.结果表明,与传统Fenton法要求废水为酸性溶液的特点相比,当类Fenton法中的废水为中性溶液时,有利于提高废水的COD去除率.当H2O2的体积分数为2%时,COD去除率可以达到最大值.COD去除率随反应时间的延长而提高,在最初的10 min内,COD去除率高达47.32%,而当反应进行30 min后,COD去除率可以达到58.46%.虽然Mg_(75)Zn_(20)Ca_5非晶条带表面形成了少量MgO,但其非晶结构基本不变.与氧乐果废水的单一降解方法相比,该类Fenton法具有一定的优越性.

铁基非晶合金的形成能力与力学性能

采用工业用原材料在铜模铸造条件下研究Fe48-xCr15Mo14C15B6Y2Mx(M为Ni和Nb;x=0,1,2,3)合金的非晶形成能力与力学性能。TEM和XRD分析表明:当M为Nb和x=2时,可获得直径为7 mm的块体非晶合金,而x=0合金形成非晶的直径小于5 mm。DSC分析表明:Fe48-xCr15Mo14C15B6Y2Nix(x=0,1,2,3)非晶合金过冷液相区的温度分别为38.1、43.7、46.0和35.8℃;而Fe48-xCr15Mo14C15B6Y2Nbx(x=1,2,3)非晶合金过冷液相区的温度分别为44.4、47.1和34.4℃,过冷液相区的大小与合金非晶形成能力具有良好的对应关系。压缩实验表明:Fe48-xCr15Mo14C15B6Y2Nix(x=1,2,3)和Fe48-xCr15Mo14C15B6Y2Nbx(x=1,2)合金的压缩断裂强度分别为2 997.9、2 881.9、2 850.7、3 645.7和3 018.9 MPa。而x=0合金的压缩断裂强度为2 518.5 MPa。

低纯度材料制备块体铁基非晶合金

采用工业用原材料在铜模铸造条件下制备了Fe48Cr15MO14C15B6Y2和Fe46-xNi2Cr15Mo14C15B6Y2Nbx（x=1，2，3）块体非晶合金，研究了y（Ni）=2％和y（Nb）=1％～3％元素对合金非晶形成能力与力学性能等方面的作用．采用X射线（XRD）仪、差分扫描量热计（DSC）、万能材料力学实验机和扫描电镜（SEM）对铸态样品的相组成、非晶合金的热稳定性、合金的断裂强度及其断口形貌进行了研究．实验结果表明：Fe45Ni2Cr15Mo14C15B6Y2Nb1可以形成直径超过5mm的大块非晶合金，与Fe48Cr15Mo14C15B6Y2相比，非晶形成能力获得了较大的提高．并且Fe48Cr15Mo14C15B6Y2和Fe46-xNi2Cr15Mo14C15B6Y2Nbx（x=1，2）非晶合金的约化玻璃转化温度和过冷液相区的大小与合金的非晶形成能力有良好的对应关系，但合金的力学性能有所降低．合金断口均表现为典型的脆性断裂特征．

快冷Mg-Ni-Zn-Y合金的组织与力学性能

采用铜铸型铸造了直径为3mm的Mg77Ni12Zn9-xY2+x(x=0,2,4,6)快冷合金,通过扫描电镜、X射线衍射、能谱仪、差分扫描量热计以及压缩试验对合金的组织、相组成、非晶特性以及力学性能进行了研究。结果表明,Mg77Ni12Zn9-xY2+x(x=0,2,4,6)系列合金可以形成以非晶为基体的一种复相材料。当x≥2时合金具有明显的玻璃转变温度和过冷液相区,同时在非晶合金基体上开始形成具有长周期结构(LPOS)的针状Mg相;在x≥4时,非晶基体上存在均匀分布的LPOS相,表现出合金具有较佳的力学性能。Mg77Ni12Zn3Y8和Mg77Ni12Zn5Y6合金的强度和塑性应变量分别为720MPa、5.0%和630MPa、10.8%。合金的力学性能与组织中晶态相的形貌特征有关。