联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

预炭层对ZrC浸渍C/C复合材料微观结构和力学性能的影响

采用化学气相浸渗法在炭纤维表面制备出不同厚度的预炭层,以ZrOCl2溶液浸渍法将锆化物引入含预炭层的预制体中,经热处理、致密化和石墨化等工艺处理,制备出一种含预炭层的ZrC-C/C复合材料。借助X射线衍射仪、扫描电镜以及能谱等手段,对材料的微观结构进行表征,采用三点弯曲实验研究材料的力学性能,并探讨预炭层厚度对材料微观结构及其力学性能的影响。结果表明,当预炭层厚度为1.5-1.7μm时,复合材料的平均抗弯强度可达256.85 MPa,与不含预炭层试样相比,增加了67.01%;抗弯试样表现出脆性断裂模式;材料的抗烧蚀性能略有提高。

C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的微观结构及氧化机理

为提高C/C复合材料在高温富氧环境中的抗氧化性能,采用两步刷涂+化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备含Si_3N_4、MoSi_2、TaC等添加剂的ZrB_2-SiC基多层复合陶瓷涂层。利用XRD和SEM等分析测试手段研究涂层的物相组成和微观结构,并分析讨论涂层在900和1500℃的等温抗氧化机理。结果表明:利用两步刷涂+化学气相沉积法制备的ZrB_2-SiC基复合陶瓷涂层整体厚度约为200μm。Si3N4、MoSi_2可很好地促进ZrB_2-SiC基氧阻挡层的高温烧结,使涂层致密化,并提高涂层在900℃的抗氧化性能;与之相比,TaC则不能很好地发挥致密化作用,对涂层在900℃时抗氧化性能的提高有限。在900℃时,ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的氧化过程主要受氧在涂层孔隙等缺陷中的扩散所控制,添加剂主要通过改变涂层的致密化程度来影响涂层的抗氧化性能。在1500℃氧化过程中,涂层抗氧化性能恶化,但致密的化学气相沉积SiC封填层的引入可显著改善涂层在1500℃时的抗氧化性能,涂层表面生成了完整的含有ZrO_2和ZrSiO_4等高熔点颗粒的SiO_2玻璃态氧化膜,为基体提供有效的氧化防护。

Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理

通过采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等对Al-Ti-Zr-C与Al-Ti-Zr-B试验合金中Al3Zr、Al3Ti、TiC或TiB2等第二相粒子结合情况的观察,研究晶粒细化剂的Zr中毒机理。结果表明:两种实验铝合金的凝固组织中Al3Zr均容易与Al3Ti结合形成聚积体,从而抑制了Al3Ti异质形核、细化晶粒的作用,出现所谓晶粒细化剂的Zr中毒现象;而TiC、TiB2粒子基本不与Al3Zr结合,但受Al3Zr的影响出现了团聚现象。根据边-边匹配晶体学模型(E2EM)计算表明:Al3Zr与Al3Ti、α-Ti具有多种可能的共格位向关系,而与TiC/TiB2粒子均只有一种可能的共格位向关系。母相-新相的共格位向关系的多少可作为晶粒细化剂设计的晶体学理论参考。

Zr/C纳米自蔓延反应薄膜制备及表征

目的研究物理气相沉积技术制备Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜的可行性,以及多层膜的结构和反应特征。方法利用扫描电镜法(SEM)、透射电镜法(TEM)、能谱分析法(EDS)、X射线衍射法(XRD)、差示扫描量热法(DSC)等手段,对薄膜的微观形貌、周期结构、成分组成、晶体结构及反应特征等进行表征,分析了薄膜的沉积时间、结构周期、层间结构、反应温度等工艺参数对多层膜结构和性能的影响。结果 Zr层的沉积速率为27 nm/min,C层的沉积速率为11.8 nm/min。薄膜中存在单质Zr(002)和Zr(101)峰,C以非晶形态存在。Zr/C多层膜的表面形貌呈"菜花状",Zr层与C层结构清晰,分布均匀。透射电镜观察Zr层与C层界面,发现两者之间存在一定厚度的界面反应层,表明沉积过程中两者之间发生了轻微扩散或是预先反应。DSC发现,600℃时Zr/C多层膜发生放热反应,但反应前后多层膜质量未发生明显变化。结论利用物理气相沉积技术可制备较纯的Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜,自蔓延反应时,Zr层与C层之间发生快速的剧烈放热反应,并有Zr C生成,无其他产物生成。

SiC/ZrC前驱体配比对C/C-SiC-ZrC复合材料烧蚀性能的影响

以不同质量比Si C/Zr C有机前驱体混合溶液为浸渍剂,采用前驱体浸渍裂解法(PIP)制得C/CSi C-Zr C复合材料。对C/C-Si C-Zr C复合材料的组成、微观结构及烧蚀性能进行了分析和测试,探讨了Si C/Zr C前驱体配比对复合材料烧蚀性能的影响。结果表明,随着Zr C含量的增加,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率呈现出先减小后增大的趋势。采用质量比为1∶3的Si C/Zr C前驱体混合溶液制备的C/C-Si C-Zr C复合材料具有相对较好的烧蚀性能,试样在氧乙炔焰下3 000℃烧蚀20 s,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.65 mg/s和21μm/s。Si C-Zr C复相陶瓷中Zr C含量过低或过高均不利于提高其氧化稳定性,而Zr C含量适中的Si C-Zr C复相陶瓷具有较好的氧化稳定性。

Zr,Nb,V在a-Fe(C)中的占位、电子结构及键合作用的第一性原理研究

采用第一性原理的方法计算了Zr,Nb,V固溶于α-Fe(C)后形成晶胞的体积变化率、晶胞总能、结合能、态密度、电荷布居数及力学性能,并由此研究了Zr,Nb,V与α-Fe(C)的微观作用机理.结果表明,V优先置换α-Fe(C)晶胞中顶角位置的Fe原子,而Zr,Nb优先置换α-Fe(C)晶胞中体心位置的Fe原子.Zr,Nb降低了铁素体的稳定性,Zr比Nb更难固溶于α-Fe(C).V固溶后增加了晶胞结合能,对晶胞主要起到提高韧性的作用.Zr,Nb,V固溶于铁素体后,Zr,Nb仅与Fe原子形成金属键,而V与铁素体晶胞中的Fe原子形成了金属键和Fe V离子键,其离子键的作用均强于Zr,Nb原子与铁素体晶胞中的键合作用,是晶胞结合能增加的主要因素.Zr,Nb主要是通过弥散强化的方式改善钢铁材料的力学性能,V固溶能在一定程度上提高铁素体的韧性,是提高力学性能的主要原因.

粉末熔渗制备C/C-ZrC-Cu复合材料的组织结构

以Cu-Zr混合粉末为熔渗剂,密度为1.4 g/cm3的多孔C/C复合材料为坯体,采用反应熔渗法制备C/C-ZrC-Cu复合材料,研究了复合材料的组织结构及物相组成,并对复合材料组织结构的形成机理进行了分析。结果表明:熔渗剂中Zr含量不同时,制备的复合材料均主要由C,ZrC和Cu相组成。随熔渗剂中Zr含量由50%增加到70%(质量分数),制备的复合材料中Cu含量逐渐降低,熔渗剂中Zr含量为60%时复合材料中ZrC含量最高(43.2%)。C/C复合坯体内的孔隙被反应生成的ZrC相及残余Cu相充分填充,炭纤维周围存在一层较致密的ZrC层,在远离炭纤维处,ZrC颗粒与Cu相呈混合分布状态。ZrC与C和Cu均有良好的界面结合状态,在ZrC颗粒长大和粗化过程中,形成了部分含内嵌Cu晶粒的较大ZrC颗粒。

Zr-C质浸入式水口侵蚀机理的研究

针对Zr-C质浸入式水口易侵蚀现象,选取某钢厂被侵蚀的Zr-C质水口试样,采用扫描电镜对试样的侵蚀物进行检测,并在实验室进行验证,研究Zr-C质浸入式水口的侵蚀机理。结果表明:现场Zr-C质浸入式水口的侵蚀机理是机械冲刷和化学侵蚀,以SiO2和CaO为主要成分的结晶器保护渣对Zr-C质浸入式水口的侵蚀作用较大,且有新的化合物生成,产物为Ca0.15Zr0.85O1.85。

Zr(HPO_4)(C_6H_5PO_3)/Cr_2O_3选择性催化合成苯酚的研究

报道了以Zr(HPO4 ) (C6 H5PO3) /Cr2 O3为苯选择性氧化为苯酚的催化剂 ,对苯氧化制备苯酚的反应条件进行了研究。实验表明 :最佳条件为n(C6 H6 )∶n(H2 O2 ) =1∶0 .75 ,催化剂用量为反应反应物料总质量的 1 .0 % ,反应时间为 1 2h ,反应温度为 55℃。在上述条件下 ,苯的转化率可达到 45 .1 % ,苯酚的收率可达到 42 .8% ,催化剂Zr(HPO4 ) (C6 H5PO3) /Cr2 O3的氧化苯制备苯酚的选择性达到 94.9%。

DB18C6/SiO_2复合材料对Zr(Ⅳ)和Hf(Ⅳ)吸附性能研究

通过溶液p H值、吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学试验,考察了DB18C6/SiO2复合材料对水溶液中Zr(Ⅳ)和Hf(Ⅳ)的吸附行为。结果表明,25℃下,溶液p H值为1.5时该吸附材料对Zr(Ⅳ)和Hf(Ⅳ)的吸附量最大,且吸附过程符合准二级动力学方程;DB18C6/SiO2对Zr(Ⅳ)的吸附行为属于放热自发过程,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型;而对Hf(Ⅳ)的吸附行为属于吸热自发过程,吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。此外,文中还通过元素分析和N2吸附分析确定了该复合材料的冠醚键合量和比表面积。

等离子体加热脱SiO_2制取ZrO_2的C-N-O图

在１５０ｋＷ等离子体装置中，制取脱硅锆（ＺｒＯ２８８６０％～９６９０％）和稳定型氧化锆（ＺｒＯ２９１５４％、ＭｇＯ５３９％），探讨了温度、时间和配碳量等对脱ＳｉＯ２率的影响建立了Ｓｉ－Ｃ－Ｎ－Ｏ系和Ｚｒ－Ｃ－Ｎ－Ｏ系相平衡图，从理论上说明不具备生成Ｓｉ３Ｎ４的热力学条件。

C/C-ZrC-Cu复合材料的微观结构与抗烧蚀性能

采用低温反应熔渗工艺,以Zr 2Cu合金为熔渗金属,在密度为(1.25±0.05)g/cm^(3)的毡基C/C复合材料中引入ZrC+Cu组分,以提高其抗氧化烧蚀性能。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM),分析C/C-ZrC-Cu复合材料的相组成与微观结构,在氧-乙炔环境下考核材料的抗烧蚀性能。结果表明,C/C-ZrC-Cu复合材料形成了三维网络状(热解碳+ZrC+Cu)混合基体结构,热解碳可以有效防护高温金属熔体对碳纤维造成的损伤,ZrC和Cu的引入有效改善了抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀120 s后,线烧蚀率从毡基C/C复合材料的9.0×10^(-3)mm/s降低为-1.0×10^(-3)mm/s,主要归因于材料表面形成了相对完整的ZrO 2保护层和Cu的发汗冷却作用,对应的氧化烧蚀机制主要为ZrC、C等氧化引起的热氧化烧蚀和Cu熔化、挥发等引起的热物理烧蚀。

Zr-C过共晶合金的显微组织

采用SEM和XRD对Zr-C过共晶合金的显微组织进行了研究。低倍下Zr-C过共晶合金的显微组织为在α-Zr基体上分布着树枝晶状和颗粒状的ZrC,而不是在共晶组织基体上分布着ZrC先共晶相。在高倍下树枝晶状的ZrC呈层片状结构。背散射电子相表明,ZrC层片间存在α-Zr。

C_(0．6)M_(0．4)Zr_4(PO_4)_6涂层的料浆性能的研究

采用料浆法和浸渍涂覆工艺在低膨胀致密碳化硅基体上制备高温耐碱腐蚀低膨胀的Ca_(0.6)Mg_(0.4)Zr_4(PO_4)_6(C_(0.6)M_(0.4)ZP)涂层,研究了形成稳定C_(0.6)M_(0.4)ZP料浆的工艺参数及影响因素。研究结果表明,通过调整C_(0.6)M_(0.4)ZP的pH值、PVA加入量、固含量后,C_(0.6)M_(0.4)Z料浆具有很好的涂覆性能,涂覆后与基体结合紧密,基体的耐碱腐蚀性能得到改善。

高强高导Cu-Cr-Zr合金的微观组织与性能

Cu-Cr-Zr合金是电气化铁路接触网装备的重要材料,其抗拉强度和导电率性能要求较高。采用高频熔炼、铜模快冷、固溶处理、冷轧和退火处理制作了Cu-Cr-Zr合金样品,分析了其显微组织、抗拉强度和导电率之间的关系。在铜晶粒内部和晶界上析出的第二相Cu5Zr和其他多元化合物是Cu-Cr-Zr合金获得高强度的主要原因。固溶体中的Cr、Zr溶质含量是影响合金电阻率的主要因素,纳米及亚微米级的第二相可使合金获得较好的强度和导电性。冷轧后试样经过450℃、550℃退火处理,发现550℃退火处理后Cu-0.7Cr-0.4Zr合金的抗拉强度可达550MPa,导电率达82.5%IACS。

抗Zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金对7050铝合金力学性能的影响

通过场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射仪(XRD),能量色谱仪(EDS)分析Al-5Ti-1B,Al-4Ti-1C和Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金的微观组织与物相组成,比较研究3种中间合金对7050铝合金晶粒尺寸与力学性能的影响。结果表明:Zr的存在削弱了Al-5Ti-1B和Al-4Ti-1C中间合金的细化效果,而对Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金细化效果影响较小。含掺杂型TiC粒子的Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金具有较好的抗Zr"中毒"能力,加入量为0.2%(质量分数,下同)时,含Zr7050铝合金平均晶粒尺寸由200μm细化至(60±5)μm,室温极限抗拉强度由405MPa提高到515MPa,提高了27.2%,伸长率由2.1%提高到4.1%。而加入0.2%的Al-5Ti-1B或Al-4Ti-1C中间合金时晶粒尺寸较粗大且分布不均匀,表现出明显的细化"中毒"。

反应熔渗法制备C/C-ZrC-Cu复合材料的组织结构与力学性能

用多孔C/C复合材料作骨架,以Zr-Cu混合粉末作为熔渗剂,通过反应熔渗制备C/C-ZrC-Cu复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱分析等分析材料的组织结构,采用三点抗弯试验测定材料的弯曲性能,并研究Zr-Cu熔渗剂中的Zr含量对C/C-ZrC-Cu复合材料组织与力学性能以及断裂行为的影响。结果表明:C/C-ZrC-Cu复合材料的物相组成为ZrC,Cu,Zr和C相,其中ZrC和Cu相在材料中连续分布,炭纤维周围包裹ZrC层;随Zr-Cu熔渗剂中Zr含量增加,复合材料中ZrC的含量先增加后减少,而Cu的含量一直降低;熔渗剂组成为Cu-50%Zr时,材料具有最高的弯曲模量和韧性因子,采用Cu-60%Zr熔渗剂时,材料具有最高的硬度(HV)和抗弯强度,分别为169.4和267.4 MPa;C/C-ZrC-Cu复合材料的断裂方式为假塑性断裂,断裂机理与ZrC相、富Cu相的含量和分布以及材料的致密度有关。

Zr-4铸锭中C元素均匀性控制的研究

针对Zr-4铸锭中添加C元素后化学成分均匀性难以控制的技术难点,研究了合金元素添加方式和熔炼工艺参数对铸锭成分均匀性的影响。结果表明:以中间合金的形式加入C元素,采用常规Zr-4铸锭生产的熔炼工艺,即可将C元素在铸锭中的分布控制在理想状态。

Zr-Mo-Si-C四元复合涂层抗氧化烧蚀性能研究

目的提高C/C复合材料高温抗烧蚀性能。方法通过低压等离子喷涂技术,在石墨基体表面制备出Zr-Mo-Si-C四元复合涂层,采用氧-乙炔火焰烧蚀试验对涂层的抗烧蚀性能进行测试,并通过SEM、EDS、XRD分析了烧蚀前后涂层的物相组成和微观形貌,分析了涂层的抗烧蚀机理。结果涂层在1800℃烧蚀60、180、300 s后均保持良好的涂层状态,线烧蚀率分别为1.2×10^(-3)、0.4×10^(-3)、0.3×10^(-3) mm/s。烧蚀300 s后,涂层截面呈现三个区域,分别为表面烧蚀区、阻挡层和未烧蚀区。结论通过添加Mo Si2作为第二相可显著提高ZrC涂层的抗烧蚀性能,涂层在烧蚀过程中形成三个区域,其中表面烧蚀区和阻挡层能够有效地阻隔烧蚀的进行,未烧蚀区发生的烧结致密化进一步提高了涂层的抗氧化烧蚀性能。