Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

Zr对Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织和性能的影响

通过模拟计算、组织观察以及力学性能测试,研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织及力学性能的影响。结果表明,随着Zr含量增加,合金凝固路径存在显著差异,晶粒由初期树枝晶逐步演变为等轴晶;175℃时效7 h条件下,Zr的加入显著提高合金硬度。Zr的加入促使析出相在更低时效温度析出,这可能是Zr细化了晶粒从而提高了扩散效率。峰值时效时合金主要析出相为β″相和Q′相。

50W800无取向硅钢中Al_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)-MnS夹杂物的腐蚀行为研究

采用无取向硅钢退火样进行原位腐蚀实验,对试样表面腐蚀形貌进行OM表征、SEM表征、EDS分析、拉曼光谱表征。结果表明,无取向硅钢的腐蚀源自夹杂物的局部腐蚀,其中包含金属氧化物夹杂Al_(2)O_(3)、金属氧硫化物夹杂Al_(2)O_(3)-MnS。无取向硅钢初期腐蚀时圆形锈斑内腐蚀产物主要为γ-FeOOH和α-Fe_(2)O_(3),且γ-FeOOH含量高于α-Fe_(2)O_(3)。随着腐蚀产物的颜色加深,α-Fe_(2)O_(3)含量逐渐增多。

熔体保温和超声振动对Al-Cu-Mn合金组织与性能的协同作用

含特定Cu/Mn比的铝合金能够形成稳定的二十面体准晶相(I-Al_(65)Cu_(20)Mn_(15)),但是在常规凝固组织中准晶含量较低且尺寸粗大。本文以Al-Cu-Mn准晶合金为研究对象,研究在准晶I相形成温度区间进行熔体保温和超声振动对I相形貌与尺寸的影响规律。结果表明,随着熔体保温时间的延长,准晶I相尺寸呈先减小后增大的趋势,特别是保温时间为20 min时,准晶颗粒呈细小的花瓣状;对保温20 min后的合金熔体施加600 W功率的超声振动,准晶尺寸发生细化,但继续增大功率会导致I相粗化。

Ni-Mn基多晶铁磁形状记忆合金的韧化

固态制冷技术由于具有环保、高效、节能的特点,因而有望取代传统的气体压缩式制冷技术。在各种有竞争力的制冷剂中,Ni-Mn基铁磁形状记忆合金由于具有磁热效应、弹热效应、压热效应、磁阻、磁致应变等多功能特性而受到了人们的广泛关注。近年来,材料工程师及科学家们对Ni-Mn基磁形状记忆合金的热效应开展了一列深入的研究并取得了众多研究成果,但Ni-Mn基合金韧性较低,导致性能衰减快、循环稳定性差,限制了Ni-Mn基合金的应用。综述了传统的过渡族元素、稀土元素和类金属元素掺杂引起的固溶强化、第二相强化、细晶强化和晶界净化与修饰对Ni-Mn基合金韧性的影响规律,比较了不同方法在Ni-Mn基合金韧性增强方面的优缺点,归纳了近年来受到重视的尺寸效应和全d轨道杂化等强韧化机理,分析了轨道杂化途径存在的主要问题,展望了Ni-Mn基合金的研究和发展方向,对促进Ni-Mn基合金在功能器件等领域的应用具有重要的意义。

采用高压固溶制备具有均匀腐蚀行为的高强度抗菌Zn-4Ag-Mn合金

采用高压固溶(HPS)法制备Zn-4Ag-Mn合金,获得高强度、可均匀降解、抗菌的植入材料。显微组织表征表明,HPS处理使Zn-4Ag-Mn合金晶粒比铸态(AC)合金的细化57.9%,其第二相平均尺寸减小到10.2μm。压缩、维氏硬度和磨损摩擦试验表明,HPS合金具有较高的力学性能,抗压屈服强度为333.5MPa,维氏硬度为Hv 89.5。电化学腐蚀和浸泡腐蚀试验表明,HPS处理优化合金的耐蚀性,使其腐蚀均匀。此外。经抗菌实验测试,HPS处理的Zn-4Ag-Mn合金具有优异的抗菌性能,抗菌率为71.6%。这些结果表明,HPS处理的Zn-4Ag-Mn是一种很有前途的生物可降解植入材料。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

Na-W-Mn/SiO_(2)催化剂上不同含量WO_(4)活性位点在甲烷氧化偶联中的催化行为

甲烷氧化偶联(OCM)作为生产C_(2)(C_(2)H_(6)和C_(2)H_(4))的直接途径受到了广泛关注.在传统催化剂中,Mn/Na_(2)WO_(4)/SiO_(2)(Na-W-Mn/SiO_(2))类催化剂具有甲烷转化率高、C_(2)选择性高且在高温下也能保持相对高的稳定性等优点.本文利用硅钨酸作为前驱体,制备了一系列不同W载量的Na-nW-Mn/SiO_(2)催化剂,并进行了X射线粉末衍射、透射电子显微镜、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子能谱表征以及甲烷氧化偶联活性的评价.研究发现,所有催化剂上的Na_(2)WO_(4)、Mn_(2)O_(3)和α-方英石晶相之间均存在较强的相互作用,并通过协同催化作用来提高催化剂的OCM性能.随着W载量的持续增加,以硅钨酸作为前驱体制备的催化剂表面的W物种一直保持以四面体WO_(4)的形式存在,而构效关系分析揭示了四面体WO_(4)是此系列催化剂上OCM反应的活性中心.具有高含量四面体WO_(4)的Na-10.0%W-Mn/SiO_(2)催化剂有较低的W^(6+)→W^(4+)还原温度和较高的表面晶格氧占比,这可能是其获得最佳甲烷转化率和C_(2)产率的主要原因.当温度为775℃时,Na-10.0%WMn/SiO_(2)催化剂上CH_(4)的转化率为44.2%,C_(2)的产率为24.1%,其中乙烯的产率为18.7%.

激光粉末床熔融成形高性能Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的显微组织演变及力学性能

系统研究时效温度对激光粉末床熔融成形Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,成形态合金组织致密且无裂纹,平均晶粒尺寸为3.51μm,屈服强度为(547±3)MPa。经300℃时效后,合金组织中析出大量尺寸为2~3 nm且与基体共格的Al3Sc纳米颗粒。时效样品的屈服强度提升至(616±4)MPa,这得益于合金中的析出强化、固溶强化和晶界强化。当时效温度超过300℃时,部分Mn和Zr从固溶体中析出,形成Al6Mn和Al3(Sc,Zr)相。经500℃时效后,合金中Al6Mn相和Al3(Sc,Zr)相分别粗化至约600和30nm。此,合金的屈服强度下降至(372±3) MPa。

Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹热制冷效应的研究现状

弹热制冷不仅具有大而可逆的温度变化,而且其驱动方式更为简单,同时兼具环保、高效、节能的特点,平衡了成本、制冷量、效率以及可行性,有望成为替代传统蒸汽压缩冷却技术的候选之一。本文综述了Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹性热效应的研究进展,从掺杂合金元素、热处理方法以及制备工艺等多个方面,总结了近年来对Ni-Mn基合金弹性热效应进行改进优化的研究成果。然而,目前Ni-Mn基合金弹热制冷材料的研究仍处于探索阶段,实现其实际应用还需进一步深入研究。未来的研究重点应集中在降低驱动能耗、提升疲劳寿命和循环稳定性、提高绝热温变以及优化传热效率等方面。

含硫气氛中Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)低温催化氧化CO性能研究

为了解决Cu-Mn催化剂在含硫气氛中催化氧化CO时快速失活的问题,以Cu-Mn为活性组分、Ce改性的γ-Al_(2)O_(3)为载体制备了Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附测试(BET)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征,结果表明:CeO_(2)的加入提高了活性组分的分散度,降低了Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的还原温度,增加了Cu^(2+)、Mn^(3+)及氧空位的含量。测试了Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的CO催化氧化活性及抗硫中毒性能,发现Ce的加入可以提高催化剂的CO催化氧化性能,采用浸渍法改性(Ce)/Al_(2)O_(3)载体(Ce负载量为2%)制备的催化剂(10Cu_(1)Mn_(2)/2(Ce)/Al_(2)O_(3))的催化性能较高,可以在130℃下实现CO完全氧化;添加Ce后催化剂的抗硫中毒性能有一定提升,在160℃下通入SO_(2)后5 h,催化剂10Cu_(1)Mn_(2)/2(Ce)/Al_(2)O_(3)能够维持57%左右的CO转化率,在300℃下测试25 h该催化剂的活性没有下降。

热处理对压铸Mg-Zn-Al-Mn合金组织及性能的影响

采用压铸成形工艺制备Mg-Zn-Al-Mn合金,研究不同热处理工艺对压铸Mg-Zn-Al-Mn合金力学性能和显微组织的影响。结果表明,压铸态合金采用直接时效处理时,在190℃下直接时效5 h,合金强度达到峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为236 MPa,149 MPa和7.3%。经过固溶处理后,过饱和固溶度提升,大部分第二相颗粒在固溶过程中溶解进镁基体中,即有更大的第二相脱溶析出驱动力。335℃×4 h+190℃×5 h时合金力学性能达到最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为243 MPa,167 MPa和5.1%。浸泡试验表明,经过T6处理后的合金具有最好的耐浸泡腐蚀性能,电化学试验结果显示,T6处理合金具有最小的腐蚀电流密度和最大的高频阻抗弧半径,表明其具有最优的耐腐蚀性能。

Fe-C-Mn-Si-Al双相钢两相区加热过程中的奥氏体相变行为研究

采用Dictra软件模拟与实验验证相结合,研究了不同加热条件下铁素体+渗碳体向奥氏体的相变过程,重点分析了渗碳体溶解规律及其对奥氏体相变动力学的影响规律,借助场发射电子探针对不同加热路径下的铁素体及马氏体组织形貌及元素分布进行观测,使用透射电镜对渗碳体和残余奥氏体进行了表征。结果表明,慢速加热至740℃长时间等温与加热至780℃较短时间等温对比发现,虽然渗碳体刚溶解完全时的奥氏体分数相差不大,但在渗碳体溶解的过程中,奥氏体相变的方式不尽相同。在慢速加热条件下,铁素体晶界处为奥氏体优先形核地点;快速加热条件下,由于形核驱动力提高,铁素体晶粒内部的渗碳体处同样可以形核。740℃等温结合快速加热,获得了马氏体与残余奥氏体的“壳-核”组织结构。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

电力金具表面电沉积Zn-Mn合金镀层及其耐蚀性能研究

Zn镀层是一种常见的防腐涂层,可作为牺牲阳极为电力金具提供良好的阴极保护。电沉积制备的Zn合金镀层可进一步提高镀层的耐蚀性,为电力金具提供更为有效的防护。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、动电位极化曲线和电化学阻抗谱分别对Zn-Mn合金镀层的物相、微观形貌和耐蚀性能进行了表征,研究了镀液中MnSO_(4)·H_(2)O的含量对Zn-Mn合金镀层的影响。结果表明,Zn-Mn合金镀层在3.5 wt.%NaCl溶液中具有明显的钝化特征,其腐蚀电流密度低于纯Zn镀层,电化学阻抗值大于纯Zn镀层。当镀液中的MnSO_(4)·H_(2)O的含量为33.8g/L时,所制备的Zn-Mn合金镀层(Zn-Mn Ⅱ)具有平整致密的表面形貌和较高的Mn含量,其耐蚀性能最好。

Cu-Mn-Si催化剂的制备及其在仲丁醇脱氢反应中的应用

分别采用共沉淀法和溶胶凝胶法制备Cu-Mn-Si催化剂,考察其在仲丁醇脱氢制甲乙酮反应中的催化性能。通过X射线衍射、程序升温还原、N_(2)吸附-脱附和程序升温氧化对两种方法制备的催化剂进行表征。结果表明,不同方法制备的催化剂,其中的铜锰络合物(CuMn_(2)O_(4))晶相结构不同。共沉淀法、溶胶凝胶法制备的催化剂中CuMn_(2)O_(4)晶相分别归属于JCPDS 71-1142和JCPDS 34-1400。溶胶凝胶法制备的催化剂晶粒小、分散性好、比表面积大,因而活性较高,Mn的加入没有提高催化剂的性能。Mn的加入可以降低共沉淀法制备的催化剂的还原温度,提高催化剂中Cu组分的分散程度,因而提高了催化剂的性能。溶胶凝胶法所制备的催化剂中,Cu SiO_(2)催化剂具有最高的仲丁醇转化率、甲乙酮选择性和甲乙酮收率,分别达99.26%,99.19%,98.45%;共沉淀法制备的催化剂,当n(Cu)∶n(Mn)∶n(Si)=0.8∶0.2∶1.0时,具有最高的仲丁醇转化率,可达94.92%,其甲乙酮选择性略低于Cu SiO_(2)催化剂,为98.53%,甲乙酮收率为93.52%。

Cr对Al-Cu-Mn合金显微组织及力学性能的影响

为了提高Al-Cu-Mn合金的力学性能,采用了扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散X射线谱仪及电子万能试验机研究了不同Cr含量的Al-6.5Cu-0.5Mn-xCr合金铸态和热处理态的显微组织及室温拉伸力学性能。结果表明,Cr的添加可以细化α-Al枝晶组织。经T6热处理后,粗大的Al_(84.6)Cr_(15.4)和网状θ-Al_(2)Cu相基本消失;基体中析出很多细小、弥散的纳米θ′-Al2Cu相,Cr促进了θ′-Al_(2)Cu相的析出与细化。铸态和热处理态合金抗拉强度都随Cr添加量增加呈先升后降的趋势,当Cr质量分数为0.6%时,2种合金抗拉强度均最高,分别为191.98 MPa和373.5 MPa,分别比基体合金提高15.7%和20.09%。铸态合金力学性能的改善主要是因为Cr的引入对α-Al枝晶和晶粒的细化作用,而热处理态合金力学性能的提高主要是因为Cr能使时效过程纳米θ′-Al_(2)Cu相细化并增加其析出数量。

Y元素对铸态 Mg-Al-Ca-Mn合金组织与耐腐蚀性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、XRD分析、腐蚀试验和电化学测试等研究了Mg-4Al-3Ca-0.7Mn-xY(x=0、0.8、1.5)铸态合金的微观组织与耐腐蚀性能。结果表明:未添加Y的Mg-4Al-3Ca-0.7Mn合金组织由α-Mg、Al2Ca相、Mg2Ca相组成。添加0.8wt%Y后,合金组织中晶粒得到明显细化,析出相变得细小,Al2Ca相、Mg2Ca相数量减少,并有Al2Y相生成。Y含量增加到1.5wt%时,合金晶粒细化效果不明显,大量Al2Y相聚集在晶界处呈网状分布。添加适量的Y可提高Mg-4Al-3Ca-0.7Mn-xY合金的耐腐蚀性,Y添加量为0.8wt%时,该合金的耐腐蚀性最佳。

累积连续流变挤压对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织性能影响

目的研究多道次累积连续流变挤压变形对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织演化和力学行为的影响,为高性能细晶Al-Mg(-Mn-Fe)合金的制备提供借鉴与参考。方法采用连续流变挤压方法制备Al-Mg(-Mn-Fe)合金,对流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金进行多道次累积连续流变挤压变形,研究多道次变形前后Al-Mg(-Mn-Fe)合金的微观组织和力学性能变化,讨论变形过程中Al_(6)(Mn,Fe)相对动态再结晶的影响,揭示累积连续流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金的强化机制。结果经3道次累积连续流变挤压变形后,Al-Mg合金和Al-Mg-Mn-Fe合金的平均晶粒尺寸分别减小至21.5μm和2.8μm,细化效果显著;在多道次变形过程中,Al-Mg-Mn-Fe合金内的Al_(6)(Mn,Fe)相逐渐破碎细化并趋于均匀分布,再结晶驱动力增加,阻碍再结晶晶粒长大;经3道次变形后,Al-Mg合金杆材的抗拉强度和伸长率同步提高至267.4 MPa和52.2%,而Al-Mg-Mn-Fe合金杆材的抗拉强度提高至364.2 MPa,伸长率降低至31.7%,该合金的强化机制主要包括细晶强化、位错强化和第二相强化。结论累积连续流变挤压变形可有效细化合金内的晶粒及第二相,提高Al-Mg(-Mn-Fe)合金的综合力学性能。

Al-Mn-Sc合金的选区激光熔化工艺优化及室温与高温力学性能研究

通过探究能量密度对Al-4.5Mn-1.5Mg-0.6Sc-0.2Zr(wt.%)合金致密度的影响,优化其成形工艺,并进一步分析该合金在时效过程中组织变化及其室温与高温力学性能。结果表明:随着能量密度增大,合金致密度先增后减。当能量密度为77.6 J/mm^(3)时,即激光功率275 W、扫描速率985 mm/s、扫描间距0.12 mm、层厚0.03 mm,可获得致密的、缺陷少的合金材料。沉积态合金显微组织由等轴晶和柱状晶组成,周围分布着细小富Mn相;300℃/5 h时效后,晶内析出大量纳米Al_(3)(Sc,Zr)相。同时,时效后合金表现出优异的室温与高温力学性能,其室温屈服强度、抗拉强度和伸长率分别是500 MPa、536 MPa和12.3%,高温(250℃)屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为224 MPa、299 MPa和11.5%。