WC-Ni基硬质合金的基础研究进展

WC-Ni基硬质合金可应用在磁性材料成形模具和核主泵机械密封关键部件等极端工况领域。由于材料体系的本征特性,WC-Ni基硬质合金的高性能化和质量稳定性控制一直面临挑战。两相区碳窗口、固液转变温度、液相烧结过程中的润湿行为,以及合金组元在黏结相中的固溶特性,是硬质复合材料成分及其制备工艺设计的关键参数。本文以制备工艺体系最完善的WC-Co基硬质合金为参比对象,从上述4个方面对WC-Ni基硬质合金的本征特性及其研究进展进行综述,旨在强化对WC-Ni基硬质合金本征特性的理解,为高性能WC-Ni基硬质合金新材料高效开发提供参考。

一种新型Ni-Fe基高温合金的微观组织演化与蠕变行为

采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射技术,研究了GH4070P合金在725℃/180 MPa和725℃/150 MPa条件下的蠕变行为,分析了合金在不同条件下蠕变后的微观组织和晶体学特征,揭示了合金蠕变过程中析出相的演变规律及断裂机制。结果表明:在725℃/180 MPa和725℃/150 MPa蠕变条件下,位错通过Orowan机制绕过γ′析出相;725℃/150 MPa蠕变合金由于γ′相的粗化产生位错塞积。蠕变期间,合金晶界应力集中较为明显,产生了蠕变孔洞和微裂纹,最终导致沿晶断裂。

Ni基催化剂对苯乙酮选择加氢性能的影响

以六水合硝酸镍和九水合硝酸铝为前驱体,采用共沉淀法制备了以氧化铝为载体、Ni为活性组分的催化剂粉末;经过催化剂挤条、干燥、焙烧得到相应的固体催化剂。同时采用固定床反应器对该催化剂性能进行了评价。考察了催化剂焙烧温度、反应液体空速、反应压力、反应温度对苯乙酮选择加氢的影响,并利用XRD、BET、H_(2)-TPR、压汞仪对催化剂进行表征。结果表明,催化剂焙烧温度为400℃、反应温度为70℃、反应液体空速为2.5 h^(-1)、反应压力为5 MPa时,苯乙酮转化率和α-苯乙醇的选择性均高于95%。

含Ag@Ni核壳结构粉体镍基复合涂层的多循环高温摩擦学性能

为了抑制Ag的扩散,采用化学镀方法制备Ag@Ni核壳结构粉体,并利用大气等离子喷涂技术制备NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层,详细研究核壳结构设计对涂层在高温循环工况下的力学及摩擦学性能的影响。研究结果表明:Ag的核壳结构设计可以提高镍基涂层中Ag与NiCrAlY的界面结合强度,进而显著提高复合涂层的硬度。Ni覆层有效地抑制了Ag在高温摩擦过程中的扩散与耗散。800℃时NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层的摩擦因数仅为0.25,磨损率仅为1×10^(-5)mm^(3)/(N·m),显著低于NiCrAlY-Mo-Ag涂层。同时,Ag的核壳结构设计使得涂层在高温多循环工况下始终保持良好的自润滑性和耐磨性。

泡沫基材-Ni-石墨烯复合镀层制备及电催化析氢性能研究

目的 采用电沉积技术在泡沫基材上沉积制备Ni-石墨烯复合镀层,期望借助泡沫基材的三维多孔结构和石墨烯的超高比表面积来改变复合材料的表面状态,进而获得高镀层的电催化析氢性能。方法 采用电沉积技术将石墨烯作为第二相粒子沉积,制备了泡沫基材-Ni-石墨烯复合电极,通过SEM和EDS研究了其微观形貌及成分,并利用电化学工作站完成了镀层电极的极化曲线、交流阻抗和电解水稳定性测试,使用控制变量法探究了镀层厚度、镀液石墨烯浓度和基材形貌对镀层电催化析氢活性的影响。结果 SEM和EDS表征发现,镀层表面形貌受镀液中石墨烯浓度影响较大,石墨烯作为第二相嵌入镀层后,明显改变了复合镀层的表面形貌,其存在形态为颗粒状,在150 mg·L^(–1)时颗粒堆积最多。进一步利用电化学分析技术探究了镀层厚度、镀液石墨烯浓度和基材形貌对电极电催化析氢性能的影响,发现在一定范围内,不同厚度镀层的电催化析氢活性基本相同;石墨烯质量浓度为150mg·L^(–1)时制得的电极的电催化析氢性能最优,析氢过电位为211.2m V(vs.RHE),且电解水稳定性良好;泡沫基材镀层的电催化析氢活性明显优于平板基材镀层。结论 石墨烯的引入和泡沫基材三维多孔结构均增大了复合镀层的比表面积,是电极表现良好的电催化析氢活性的关键。

轧制压下率、路径对NiCoCr合金微观结构和力学性能的影响

通过开展不同轧制压下率和路径的轧制实验,制备了具有不同比例和尺寸的纳米孪晶和纳米晶结构NiCoCr合金。透射电镜表征结果表明,单向轧制压下率50%样品中微观结构特征以纳米孪晶和高密度位错为主。当压下率达到90%,由于剪切带在纳米孪晶片层结构中的开动,孪晶体积分数下降,同时剪切带内形成大量尺寸为35 nm的纳米晶结构。多方向轧制样品中微观结构以纳米晶结构为主,平均尺寸为27 nm,略小于单向轧制压下率90%样品中的纳米晶尺寸。拉伸实验结果表明:相比于轧制前固溶态粗晶合金,单向轧制压下率50%纳米孪晶镍基合金强度大幅提高,合金屈服强度和抗拉强度分别达到1312 MPa和1396 MPa。压下率90%轧制样品屈服强度高达1599 MPa,变方向轧制样品屈服强度更是高达1705 MPa。同时拉伸试验数据表明,晶粒细化可以有效地提高材料强度,但是材料的延伸率显著下降。

NiCoCrAlYTa粘结层与镍基高温合金基体的界面高温互扩散行为

采用真空等离子体喷涂技术(vacuum plasma spraying,VPS)在镍基高温合金GH3128基体表面沉积NiCoCrAlYTa粘结层,并在1100℃进行不同时间的热处理。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等分析NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面元素的互扩散行为。结果表明,在热处理过程中,互扩散区(interdiffusion zone,IDZ)和二次反应区(secondary reaction zone,SRZ)的厚度随着热处理时间延长而增大,且在SRZ中明显观察到拓扑密堆(topological close-packed,TCP)相晶粒的生长。Al、Ta、Co元素由NiCoCrAlYTa粘结层向GH3128高温合金扩散,Ni、W、Mo元素由GH3128高温合金向NiCoCrAlYTa粘结层扩散。依据EDS检测的粘结层/基体界面处元素成分,计算出上述元素在界面处的扩散系数,掌握了各元素在高温热处理过程中的扩散速率,揭示了VPS制备的NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面处元素在高温下的互扩散规律。

WC-Ni基硬质合金的光固化增材制造

采用光固化增材制造(3D打印)技术制备WC-Ni基硬质合金,研究了浆料配比和增材制造工艺参数对浆料流变性能和固化性能的影响以及WC-Ni基硬质合金的性能。结果表明:当浆料固含量为40%(体积分数)、分散剂为ZN-1344且加入量为粉体质量的2%时,WC-Ni浆料的流变性能满足增材制造工艺需求,当剪切速率为100 s^(-1)时,浆料黏度为2.718 Pa·s;该浆料的最大单层固化厚度可达144μm,对应工艺参数为0.01 mm线间距、90%激光功率和2 000 mm/s扫描速度;采用响应曲面法拟合数据获得的浆料单层固化厚度计算模型,计算值与实际值误差为3.4%,可起理论预测作用;光固化增材制造WC-15%Ni硬质合金的密度和相对密度最高,分别为13.51 g/cm^(3)和96.5%,加入1%晶粒长大抑制剂Cr_(3)C_(2)后,硬质合金维氏硬度显著提高,达到945 HV_(30),接近同等Ni含量但不含有Cr_(3)C_(2)的传统硬质合金硬度。

Ni/CeO_(2)@ZIF-8核壳结构催化剂的制备及其RWGS反应性能研究

利用液相浓度控制成核法制备了ZIF-8包覆的Ni/CeO_(2)核壳结构催化剂,通过一系列表征技术,研究了ZIF-8壳层对催化剂物理化学性质的影响,并进一步探究引入ZIF-8对于催化剂上的RWGS反应性能与路径的影响。结果表明,ZIF-8壳层能够增大催化剂的比表面积,减弱加氢能力和对CO的吸附强度,在300℃,0.1 MPa,GHSV=6 L/(g·h)和CO_(2)∶H_(2)=1∶3的反应条件下,核壳结构催化剂上的CO选择性提升了60.3%。ZIF-8包覆前后的Ni基催化剂上的反应中间物种不同,生成CO的主要中间体为羧酸盐而CH_(4)则为甲酸盐,ZIF-8壳层的存在抑制了羧酸盐进一步加氢转化为甲酸盐,从而抑制了甲烷化副反应进行,提高了RWGS反应的CO选择性。

Ce改性Ni/MnO_(x)催化剂用于甲烷干重整的研究

采用氧化还原沉淀法制备了系列xCe(100-x)MnO_(x)(简记为xC(100-x)M,x分别为0、10%、30%、50%、80%、100%)复合氧化物,通过浸渍法负载Ni制备Ni/xC(100-x)M系列催化剂。以CH_(4)干重整反应制合成气为模型反应,研究Ce与Mn质量比对Ni/CeMnO_(x)催化剂活性的影响。结果表明,在Ni/MnO_(x)催化剂中引入Ce助剂,提高了催化剂的比表面积和表面碱性位点数量,改善了催化剂的还原能力。在系列Ni/CeMnO_(x)催化剂中,Ce与Mn质量比对反应活性有着显著的影响,Ce质量分数的增加有利于提高CH_(4)和CO_(2)转化率,在反应温度为700℃和V(CH_(4))/V(CO_(2))=1∶1的条件下,Ni80C20M催化剂的CH_(4)和CO_(2)转化率相对较高,CH_(4)转化率为73.90%,CO_(2)转化率为79.38%。

时效处理对Fe-Ni基奥氏体合金耐点蚀性能的影响

针对Fe-Ni基奥氏体合金在740℃时效处理后的析出相随时效时间的演变进行探究;并通过电化学腐蚀试验以及Mott-Schottky分析,研究了时效处理对合金耐腐蚀性能的影响。结果表明:740℃时效处理可以促进γ′沉淀强化相[Ni_(3)(Al,Ti)]在合金中的析出;随时效时间的增加,γ′析出相的密度和尺寸增加;同时,时效处理会增加合金表面点缺陷数量,降低合金钝化膜致密性,从而导致合金耐点蚀性降低;通过恒电位阳极极化处理能够有效降低合金表面点缺陷数量,提高合金耐点蚀性。

煅烧温度对钠离子电池P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料性能的影响

层状氧化物材料因其容量高被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料,其中,锰基P2型层状氧化物因成本低、稳定性好,是具有发展前景的钠离子电池层状正极材料。本文采用固相烧结法制备一种P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料,研究煅烧温度对正极材料性能的影响。结果表明:在875℃下获得的Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料具有结晶良好的P2纯相,表现出优异的电化学性能。在1.5~4.3 V的电压范围内,0.05C下所制备正极材料的初始放电容量为232 mA·h/g,且循环100次后,正极材料的容量保持率为69.5%。

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。

镁含量对Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂甲烷干重整反应性能的影响

本研究采用溶剂蒸发自组装法制备了不同Mg含量的镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))载体,随后负载了金属Ni,并将该催化剂(Ni/x-MAO)应用于甲烷干重整制合成气反应。结合X射线衍射、氮气物理吸附-脱附和透射电镜等表征对催化剂的结构性质进行了分析,发现适量Mg的加入(10%-15%)有利于提高载体的比表面积,并形成耐高温的有序介孔结构。该结构可以将Ni颗粒限域在孔道内,有利于形成高分散、小晶粒的活性物种,其在高温反应下不易烧结。同时,H2-TPR和XPS结果表明,10%-15%的Mg含量有利于增强Ni与MgAl_(2)O_(4)的金属-载体相互作用,有效抑制Ni烧结,且其表面的活性氧物种有效抑制了积炭生成。在性能评价中,10%-15%Mg含量的Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂呈现出优异的CH4和CO_(2)转化率,在180 h的长周期活性评价期间,Ni/15-MAO催化剂的CH4和CO_(2)转化率分别保持在92.6%和92.5%左右,同时积炭量仅为0.89%,且反应后的Ni颗粒尺寸变化不大。

吸收强化甲烷水蒸气重整制氢Ni基复合催化材料的研究进展

阐述了吸收强化甲烷水蒸气重整制氢(SESMR)反应机理及其影响因素,重点从活性中心Ni,助剂(铝、镧、锆、镁、钴)掺杂和构型调整方面综述了SESMR工艺中Ni基复合催化材料的研究进展,还介绍了SESMR复合催化剂在应用中的再生、以及其他复合催化剂的研发情况。并指出:易积炭和高温烧结是Ni/CaO复合催化剂大规模应用于SESMR工艺的技术阻碍,如何降低复合催化剂在脱碳再生过程中的高温、高能耗是SESMR工艺应用的主要瓶颈,开发更加低成本、高活性、高稳定性的高效能SESMR复合催化材料是今后研究的核心。

Dual-System Activation of Ni-Base Superalloy under High Strain and High Temperature

Due to their superior combination of heat resistance, high temperature corrosion resistance, toughness and strength, nickel-based superalloys have become of extensive use in the aerospace industry. This research aims to explain why the fatigue life of Inconel-718 in preconditioned samples had larger fatigue lives than pristine samples. The hypothesis is that preconditioning at 700°C and 1.0% strain could lead to thermal activation of the {100} cubic slip plane alongside the {111} octahedral slip plane, potentially improving fatigue life. Using SEM and EBSD imaging, the microstructure of Inconel-718 samples were characterized before and after preconditioning. The directions of the slip bands that formed following the preconditioning were determined. The result was that the existence of both the cubic and octahedral slip systems was confirmed, leading to the thermal activation hypothesized. The existence of both slip planes was considered to be the reason behind the improved fatigue life due to better strain accommodation within the microstructure. It is suggested that focuses for future research includes conducting in-situ observation of slip activation and the application of preconditioning as a manufacturing method.

固体氧化物燃料电池Ni基阳极抗积碳的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种缓解能源危机的新兴能源技术,具有效率高、可持续、无污染等优势。Ni基金属陶瓷由于兼具高电子电导、高离子电导和对碳氢燃料极佳的催化活性等优势,成为目前商业化SOFC阳极材料的最佳选择。然而,Ni基阳极SOFC在使用含碳燃料时,由于碳沉积而容易导致其失活,造成电池性能衰减。针对于此,首先,分析Ni基阳极在含碳燃料中积碳的机理,阐明Ni基阳极积碳的原因、过程、类型以及危害,并介绍探测积碳常用的表征方法;然后,归纳总结当前国内外对于改善Ni基阳极抗积碳的机制和策略;最后,对Ni基阳极抗积碳策略的发展方向提出展望。

CO甲烷化Ni基催化剂研究进展

CO甲烷化被认为是煤制合成天然气最核心的反应,而该反应的关键在于催化剂的开发。Ni基催化剂由于其性能优异、价格低廉等特点而受到广泛的关注。针对应用于CO甲烷化反应的Ni基催化剂,着重论述了载体和助剂对催化剂的影响以及Ni基催化剂表面CO甲烷化反应机理,最后对未来的研究方向进行了展望。

激光熔覆Ni基涂层组织性能研究

以17-4PH沉淀硬化马氏体不锈钢叶片的激光再制造修复技术为背景,选取镍铬合金与WC-Co复合粉末作为熔覆材料,采用激光熔覆技术在17-4PH不锈钢表面制备复合涂层,通过调整激光功率和送粉速度两个工艺参数进行实验。通过观察试样熔覆层的微观组织,并对熔覆层的力学性能进行测试,结果表明:当激光功率为1700 W时,涂层的组织均匀致密。涂层的硬度和摩擦磨损性能均高于基体。最优的工艺参数激光功率为1700 W,送粉速度为30 mg/s,此工艺参数下制备的复合涂层可以有效提高17-4PH不锈钢的硬度和耐摩擦磨损性。

油脂脱氧反应用负载型Ni基无硫催化剂研究进展

生物油脂脱氧制备第二代生物柴油具有绿色环保、可再生、热值高、可与石化柴油任意比例混合使用等优势。针对当前在该领域研究较热的Ni基无硫负载型催化剂,从反应性能角度出发对近年来的研究进展进行分析论述,具体包括提高产物碳收率、提高催化剂稳定性以及优化反应条件3个方面,得出当前Ni基负载型催化剂取得的进展和存在的问题,以期为高性能油脂脱氧催化剂的设计提供参考。