ZrO_(2)粒径对盐助燃烧合成纳米ZrC微观结构的影响

采用盐助燃烧合成工艺制备了纳米碳化锆(ZrC)粉体,研究了原料氧化锆(ZrO_(2))粒径对纳米ZrC粉体微观结构的影响规律和作用机制。结果表明,在ZrO_(2)-Mg-C体系中,随着ZrO_(2)原始粒径减小(200→10 nm),碳锆体系反应活性增强,ZrC中的游离碳含量逐渐减少,ZrC粉体的平均粒径随ZrO_(2)粒径的减小而减小,当加入粒径为10 nm的ZrO_(2)时,ZrC粉体的平均粒径为48 nm,且类球形形貌更加均匀。原料ZrO_(2)粒径减小,比表面积增大,提高了反应活性和渗碳速度,从而减小了反应时间、反应温度对晶粒生长的影响,获得了分布均匀的高纯纳米ZrC粉体。

混合盐辅助燃烧合成纳米ZrC粉体及影响机制

采用新型的盐助燃烧合成工艺,在ZrO_(2)-Mg-C体系中,加入NaCl-KCl混合盐作为稀释剂,宏量制备出纯相的纳米级ZrC粉体,中位径D 50=46 nm。通过计算该体系下的自由能和绝热温度,结合热力学和动力学分析,探究NaCl-KCl的加入量对ZrC粉体的纯度和粒度的影响规律及其作用机制。结果表明,当稀释剂含量w在0~30%(质量分数,下同)范围内,稀释剂NaCl-KCl的加入有利于获得纯相的ZrC,但在颗粒表面会吸附少量的游离碳,产物ZrC的纯度在90%以上。当NaCl-KCl的加入量为30%时,ZrC的纯度为97.26%。另外,随着NaCl-KCl含量的增加,ZrC颗粒的平均粒径从476 nm降至46 nm。其中较小的颗粒尺寸更容易被氧化,在颗粒表面形成2.9 nm的Zr(C_(x)O_(y))壳层。NaCl-KCl的作用机理主要是相变吸热和加速形核,通过相变吸热降低绝热温度和体系的冷却速率,增加过冷度,从而增加了晶体的形核速率。另外,熔融盐提供液相环境加速物质传输,有利于生成纯相ZrC。

Ni-P-纳米ZrC化学复合镀的结构与性能

采用化学镀技术,在AZ31镁合金表面制备出Ni-P-纳米Zr C复合镀层。使用扫描电镜、显微硬度计和磨损试验机研究了不同纳米Zr C浓度对复合镀层微观形貌、镀速、硬度和磨损性能的影响。结果表明,复合镀层为胞状结构,镀液中添加适量的纳米Zr C颗粒能细化镀层胞状结构的尺度,提高镀速,增加镀层厚度;而且显著提高镀层的硬度和耐磨性。镀液中的纳米Zr C颗粒添加量为1.5g/L时,所得Ni-P-纳米Zr C复合镀层的胞状结构较细小,镀速最快,硬度达到最高值892 HV,耐磨性比Ni-P镀层更高。

ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料的微观结构和烧蚀性能

为改善C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能,以ZrC纳米粉体和Si粉为反应渗料,采用反应熔渗(reactive melt infiltration,RMI)法制备ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等研究ZrC纳米粉体含量对C/C-SiC复合材料微观结构和烧蚀性能的影响。结果表明:随ZrC纳米粉体含量增加,复合材料的孔隙率增大,而密度变化不大。ZrC纳米粉体一部分弥散分布在SiC基体中,一部分则发生了团聚。烧蚀30 s后,ZrC纳米粉体摩尔分数为6%时,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率最低,分别为2.0 mg/s和3.9μm/s。随ZrC纳米粉体含量增加,烧蚀过程中形成的ZrO_(2)含量增多,对SiO_(2)的钉扎作用明显增强,能有效提升C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。

ZrC/ZrB_2纳米多层膜的结构和机械性能研究

选择ZrC和ZrB2作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统,在室温条件下制备了ZrC,ZrB2及一系列具有纳米尺寸的ZrC/ZrB2多层薄膜.通过XRD,SEM和表面轮廓仪以及纳米力学测试系统,分析了调制周期和工作气压对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明:多层膜的界面清晰,调制周期性较好,大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材料混合相的值,在调制周期为27.5 nm,气压为0.8 Pa时,多层膜体系的硬度、应力以及弹性模量值均达到最佳,多层膜机械性能改善明显与其调制层结构和工作气压相关.

ZrC/ZrB_2纳米多层膜的微结构和耐磨性

采用射频磁控溅射方法在Si(100)基底上制备了一系列ZrC/ZrB2纳米多层膜和ZrC,ZrB2单层薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM),MS-T3000摩擦磨损仪及表面轮廓仪(XP-2)研究了薄膜的微结构和耐磨性.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,周期为3.52 nm的多层膜摩擦系数最小,约为0.24;ZrC/ZrB2纳米多层膜的耐磨性优于ZrC和ZrB2单层薄膜;ZrC/ZrB2多层膜耐磨性提高的主要原因是,调制结构中大量界面的存在,提高了薄膜的韧性,从而增强了薄膜的耐磨性能.

球磨时间对ZrC-FeCrAl粉末特性及合金力学性能的影响

为进一步提高FeCrAl合金的力学性能,采用机械球磨和放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)技术制备了纳米ZrC颗粒弥散强化FeCrAl(ZrC-FeCrAl)合金,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、氧含量分析、粒度分析、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、硬度测试、拉伸性能测试等方法,研究了球磨时间对粉末特性及合金力学性能的影响。结果表明,延长球磨时间有利于粉末颗粒细化,但氧含量过高会导致烧结材料力学性能恶化。当球磨时间为30 h时,粉末平均粒径为72.88μm,氧含量最低,为0.14%(质量分数);球磨30 h的ZrC-FeCrAl合金具有较好的力学性能,其放电等离子烧结样品的极限抗拉强度、延伸率和维氏硬度分别为1046 MPa、12.1%和HV 349.9。结果证实,添加纳米ZrC可以有效强化FeCrAl合金,为其在耐事故燃料包壳材料中的应用提供了数据支撑。

ZrC/ZrB2纳米多层膜的微观结构与机械性能的研究

选择ZrC和ZrB2为个体层材料,利用射频磁控溅射系统在室温下制备具有纳米尺寸的ZrC/ZrB2多层膜.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、俄歇电子能谱、表面轮廓仪及纳米力学测试系统研究了调制周期与ZrC,ZrB2单层厚度比例(tZrC:tZrB2)对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材混合相的值,在调制比例tZrC:tZrB2=1:1.7、调制周期为32 nm时,薄膜显示出很强的ZrC(111)择优趋向和较弱的ZrB2(001)及ZrB2(002)结构,同时产生硬度异常升高的超硬效应,其硬度达到42 GPa.多层膜的机械性能改善明显与其调制结构和多晶结构有着直接的联系.

锆掺杂C/C复合材料的制备及微观结构研究

以醋酸锆溶液和石油沥青为原料,通过浸渍法制备出锆掺杂C/C复合材料,并研究了其致密化规律和高温下的抗氧化性能,利用XRD和SEM分析了锆在C/C复合材料中的存在形式和分布状态。结果表明,C/C复合材料中掺杂的锆经1000℃和1600℃处理后完全转化为单斜纳米ZrO2晶体和立方纳米ZrC晶体,纳米ZrO2均匀分布于材料的基体中和碳纤维表面。1500℃下锆掺杂C/C复合材料的氧化速率仅为0.0054wt%/s,较纯C/C复合材料的抗氧化性能得到明显提升。

模拟PEMFC环境下纳米晶ZrC涂层钛合金双极板的性能研究

采用双阴极等离子溅射沉积技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备了厚度为10μm、平均晶粒尺寸为12 nm的ZrC纳米晶涂层。研究了改性前后钛合金双极板在质子交换膜燃料电池环境中的耐腐蚀性能、导电性能以及憎水性能。结果表明:在模拟PEMFC阴/阳极环境中,纳米晶ZrC涂层的腐蚀电位明显高于Ti-6A1-4V合金,而腐蚀电流密度较Ti-6A1-4V合金降低约4个数量级。在+0.6 V阴极工作电极电位下,纳米晶ZrC涂层具有更快的成膜速率以及更高的钝化膜稳定性;而在–0.1 V阳极工作电极电位下,ZrC纳米晶涂层则呈现出阴极保护特征。