超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

基于密度泛函理论及虚晶近似的(PrxSm1?x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17 (x = 0~0.2)磁性研究

Sm2Co17作为第二代高磁密度材料得到广泛关注,研究表明,基于Sm2Co17的镨(Pr)、铜(Cu)、铁(Fe)四元掺杂能显著提升其磁性能,为研究不同镨掺杂浓度对Sm2Co17磁性影响,本文基于第一性原理密度泛函理论、平面波赝势及虚晶近似法,结合CASTEP软件包,使用LDA + U并进行自旋极化计算,研究了镨(Pr)、铜(Cu)、铁(Fe)元素替位掺杂Sm2Co17体系:(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17的体系能量、分态密度、波尔磁矩等性质,研究表明,(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17体系的总态密度在−40 eV附近主要由S轨道贡献,总态密度在−20 eV附近主要由P轨道贡献,镨(Pr)掺杂对D轨道和F轨道贡献最大,铜(Cu)、铁(Fe)元素掺杂对S轨道、P轨道和F轨道贡献较大,而F轨道贡献则来自于镨(Pr)且其自旋向下的密度远高于其自旋向上的密度,同时,随着镨元素掺杂比例的提高,体系总能量在逐步降低,说明体系更加稳定,同时,随着掺杂比例的不断变化,体系的波尔磁矩结果呈现波动特性,在x = 0.1时,(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17呈现出更低的体系总能量和更高的波尔磁矩,说明镨(Pr)掺杂比例10%时(PrxSm1−x)2(Co0.7Cu0.2Fe0.1)17体系具有更优的磁性能,本文的研究有助于优化钐钴四元掺杂永磁体的设计。

冷变形及时效处理对Cu-0.3Zr-0.2Cr合金组织与性能的影响

采用真空熔炼法制备Cu-0.3Zr-0.2Cr合金,将其热锻后在900℃进行固溶处理,随后进行轧制量30%与60%的冷轧处理,之后再对合金进行(400~550℃,0~360 min)的时效处理;对时效处理后合金进行性能测试及显微组织观察。结果表明:固溶后的合金再经过60%的冷轧+450℃时效120 min后拥有较好的性能,硬度可达179HV,抗拉强度为467 MPa,导电率为88.5%IACS,伸长率为12.1%,此时合金主要存在Copper织构;在450℃时效360 min后合金的主要织构转变为Brass织构,织构的转变对合金的延展性有一定的影响;时效处理后,基体析出大量纳米尺寸的Cr相,这导致合金的强度与导电率大幅升高。

异质双碳源对LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^(-1),达到其理论比容量的87%;在5C下最大的放电比容量为133 mAh·g^(-1);在2C倍率下经过300次循环后比容量维持在127 mAh·g^(-1),衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

基于BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)电解质的电流型NO_(x)传感器

氮氧化物(NO_(x))传感器是选择性催化还原(SCR)系统的重要组件之一。为了降低传统NO_(x)传感器的工作温度,使用2%质量分数的NiO作为烧结助剂制备了质子导体BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZY)电解质,研究了NiO烧结助剂对BZY电解质的相结构、微观形貌的影响。制备了基于BZY电解质的电流型NO_(x)传感器。实验结果表明:该传感器在400℃时,对体积分数范围在10×10^(-6)~250×10^(-6)的NO_(2)显示出良好的线性响应。同时,也表现出较高的灵敏度、良好的选择性和重复性。

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料球磨-喷雾法再生研究

为了改善再生锂离子电池材料的电化学性能,提出了一种球磨-喷雾法对废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)进行回收再生。该方法是通过对预处理后的废旧正极材料进行球磨细化,经过喷雾干燥迅速制备再生材料的前驱体,并结合高温煅烧制备再生NCM523材料。采用SEM、EDS、XRD、HRTEM、FT-IR、XPS、TG-DSC等对再生过程中材料的形貌、成分、物相及化学变化等进行了分析,且对再生NCM523组装的电池进行了电化学性能分析。结果表明,再生材料具有多孔结构,锂镍混排程度降低,电化学性能得到改善。在实验条件下得到的再生NCM523材料在0.11 C下的首圈放电比容量为159.053 mA·h/g,循环100圈后放电比容量为145.615 mA·h/g,容量保持率为91.55%,具有良好的容量保持率;电流密度为5 C的首圈放电比容量为126.974 mA·h/g。相较于传统的直接再生方法,球磨-喷雾再生法制备的NCM523的电化学性能得到明显改善。

热轧变形量对Al0.4Mg0.2Mn0.1Sn阳极合金电化学性能的影响

添加适量的Mg、Mn和Sn等合金元素制备了性能良好的Al0.4Mg0.2Mn0.1Sn阳极合金。采用析氢速率测试、电化学测试、恒流放电测试、显微组织和腐蚀形貌观察,分析不同热轧变形量对该阳极合金活性的影响。结果表明:适当的热轧变形量使阳极合金组织均匀,晶粒宽度变小,晶粒细化;适当的热轧变形量提升了该阳极合金的电化学性能,降低了腐蚀速率,改善了腐蚀形貌。Al0.4Mg0.2Mn0.1Sn阳极合金在60%热轧变形量下,自腐蚀速率最低,为0.167 mL(min·cm^(2));在60 mA/cm^(2)电流密度下的放电电压达到1.27 V,最大功率密度为53.65 mW/cm^(2)。

自蔓延高温合成V_(1.8)Nb_(0.2)AlC 固溶体研究

文章以钒粉、铌粉、铝粉、石墨粉为原料,按照V∶Nb∶Al∶C=1.8∶0.2∶1∶1(物质的量比)配制原料混合物,采用自蔓延高温合成技术制备了V_(1.8)Nb_(0.2)AlC固溶体。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析仪(EDS)等分析技术对合成产物的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,随着Nb元素的引入,V2AlC的(002)和(110)的特征峰分别从13.62°和63.92°向下移动到13.24°和63.36°,表明V_(1.8)Nb_(0.2)AlC形成了固溶体,V_(1.8)Nb_(0.2)AlC固溶体具有典型MAX相的页岩层状形貌。

轧制变形量对AlFeSi0.2Sc0.2Zr合金组织与性能的影响

在室温下对采用熔炼浇铸法制备的AlFeSi0.2Sc0.2Zr合金进行轧制,研究了轧制变形量(45%,55%,65%,75%,85%,90%)对其微观结构、拉伸性能及导热性能的影响。结果表明:轧制前后AlFeSi0.2Sc0.2Zr合金均主要由基体铝相、α-AlFeSi、AlZr_(2)和AlZr_(3)组成;铸态合金中存在大量缩孔缺陷,同时沿晶界分布着大量呈鱼骨状或短棒状α-AlFeSi初生相,在轧制过程中,随着轧制变形量的增加,合金中的缩孔闭合,晶粒细化,初生相枝晶破碎且分布变得均匀,合金的抗拉强度和热导率同步增大,塑性降低。当轧制变形量为90%时,合金的断后伸长率为7.4%,断裂方式仍为韧性断裂。

Nd_(2)O_(3)对(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)微波介质陶瓷结构和性能影响

以(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)为基,通过研究Nd_(2)O_(3)(0~0.20 mol%)掺杂(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)微波介质陶瓷对物相结构、形貌和介电性能的影响,发现随着Nd_(2)O_(3)掺杂量的增加,(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)介质陶瓷的晶格参数、晶粒尺寸变化微弱,Nd^(3+)几乎不影响(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)陶瓷阳离子有序生长,而是在(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)介质陶瓷的晶界形成钉扎,通过降低介质外在损耗,有效提高陶瓷材料的Q×f值至45000(@15 GHz),并提高容量温度稳定性。

固溶和时效处理后Cu-0.41Cr-0.2Zr合金的相分析

以Cu-0.41Cr-0.2Zr合金为研究对象,在真空熔铸和固溶与时效处理的工艺条件下,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDXS)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射分析(SAED)对其进行相分析,结果表明:980℃×2 h固溶,水淬,450℃×20 h时效,空冷处理后的Cu-0.41Cr-0.2Zr合金中有三种组成相,分别为:铜基体相、富铬相和富锆相,不存在铬和锆的中间相,且相的大小呈双峰分布:粗大相的尺寸在微米数量级,细小相的尺寸在纳米数量级,均为单质铬和Cu5Zr。析出相与基体共格时,合金的抗拉强度为432 MPa,屈服强度为335 MPa,伸长率为31%,硬度为(HV0.2)131,导电率为81%IACS,部分Cr析出相与基体呈N-W的位向关系。

钠离子电池正极材料NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)的制备与储钠性能

钠离子电池作为可替代锂离子电池的下一代电池,具有独特优势,然而要开发出低成本、良好可逆性和长循环寿命的电极材料仍然存在许多技术难题。本文通过简单的共沉淀法合成Ni_(0.4)^(Ⅱ)Fe_(0.2)^(Ⅱ)Mn_(0.4)^(Ⅱ)(OH)_(2)前驱体,再在空气气氛下加入碳酸钠进行煅烧,制备得到用于钠离子电池的NaNi_(0.4)Fe_(0.2)Mn_(0.4)O_(2)正极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料的物相结构,结果表明制备的材料是典型的层状斜方六面体结构,部分材料呈现单晶特征。采用恒流充放电的测试方法表征材料的电化学性能。在0.1 C的电流密度下,该材料的初始充电容量可达141.9 mAh/g,放电容量为140.0 mAh/g,首次库仑效率高达98.7%。此外,在0.2 C、0.5 C、1 C、2 C和3 C的倍率下,该材料的放电比容量分别为129.5 mAh/g、112.6 mAh/g、97.8 mAh/g、82.9 mAh/g和72.8 mAh/g,且在0.5 C下循环100圈后的容量保持率约为70.0%,具有良好的倍率性和一定的循环稳定性。

Mo掺杂La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(1-x)Mo_(x)O_(3-δ)的电催化析氧、析氢性能研究

电解水制氢是一种清洁、高效和安全的技术,极具发展潜力的制氢手段。电解水制氢过程中,阳极析氧(OER)和阴极析氢(HER)动力学缓慢,需要较高的过电位突破能量壁垒,导致耗能较高。高效OER和HER催化剂的使用是提高电解水效率的关键,开发高活性、高稳定性和低成本的OER和HER双功能电催化剂,可极大促进电解水制氢的产业化发展。钙钛矿氧化物(结构式ABO_(3))电催化剂具有储量丰富、结构与成分易调控等优点,在电催化水分解制氢催化剂的研究中广受关注。钙钛矿氧化物的B位离子掺杂是增强其电催化活性的常见策略,合理选择B位掺杂元素的种类和含量,不仅可调控钙钛矿氧化物的晶体结构、获得更高的催化活性,还可赋予其双功能催化性能。以La_(0.8)Sr_(0.2)CoO_(3-δ)钙钛矿氧化物为原料,通过高价Mo离子掺杂,采用固相合成法制备了La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(1-x)Mo_(x)O_(3-δ)(LSCM,x=0、0.05、0.1、0.2)系列钙钛矿材料,研究了Mo掺杂量(质量分数)对钙钛矿材料电催化析氧和析氢性能的影响。结果表明,掺杂少量Mo元素,不会改变LSCM的物相和微观形貌,但可有效提升OER和HER的催化活性,其主要原因是Mo掺杂改变了Co的价态、氧空位和晶体结构对称性。适量Mo元素掺杂对LSC钙钛矿氧化物的析氢和析氧性能均有提高,但随着Mo掺杂量增多,LSCM的OER和HER催化活性均开始下降。当Mo质量分数为5%时,La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.95)Mo_(0.05)O_(3-δ)(LSCM-5)具有最优异的OER和HER催化活性,在10 mA·cm^(-2)电流密度下,OER和HER过电位分别为457和320 mV,Tafel斜率分别为89和32 mV·dec^(-1)。本研究证明,B位Mo掺杂,对开发低成本、高性能的析氢和析氧双功能钙钛矿氧化物电催化剂具有一定实用价值。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

规定塑性延伸强度Rp0.2值测定的异常曲线修正

屈服强度在金属材料的研发生产过程中已经成为至关重要的力学性能标,同时这也是一些机械零部件设计的力学依据。本文首先分析了规定塑性延伸强度Rp0.2测定结果的主要影响因素,针对金属材料出现异常问题的拉伸曲线,通过合理的方法对异常拉伸曲线进行修正。通过对拉伸曲线的平移、线性拟合以及在弹性段多次取点遍历等手段,以此来剔除失效弹性段,得到规定塑性延伸强度Rp0.2准确数值。除此之外,弹性段初始点与终止点应该覆盖在拉伸曲线弹性段的30%~70%,并且成功落在有效区域内,才能使得Rp0.2的取值更加真实有效。

0.2 mm不锈钢薄板焊接工艺研究及仿真分析

分别采用激光焊和微束等离子弧焊开展0.2 mm奥氏体不锈钢薄板的对焊加工,并选用圆锥体热源模型对2种焊接工艺进行模拟研究。结果表明:激光焊和微束等离子弧焊均可实现0.2 mm厚的不锈钢薄板对焊加工;采用圆锥体热源能准确勾勒出不锈钢薄板在2种焊接工艺下焊缝截面的熔池轮廓;选取相同的仿真参数,激光焊和微束等离子弧焊出现类似的变形场和应力场,微束等离子弧焊的总体变形和整体应力略大于激光焊的。

扫描间距对选区激光熔化成形CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金微观结构及性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)制备CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金,研究扫描间距对合金微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:SLM成形的合金具有由熔池、柱状晶和胞状晶等组成的多层级结构。随着扫描间距增加,试样的相对密度先增加后减小,当扫描间距为0.15 mm时,合金的相对密度最高,达到99.7%。随着扫描间距增加,胞状晶的尺寸逐渐减小,合金的织构逐渐减弱。当扫描间距为0.05 mm时,胞状晶尺寸约为0.99μm,试样沿建造方向呈现较强的[001]织构;当扫描间距增加至0.20 mm时,胞状晶尺寸减小至0.36μm,织构基本消失。当扫描间距为0.15 mm时,合金的综合性能最佳,其屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率分别达到696 MPa、945 MPa和31%,较传统的熔铸CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金强度提高了约60%。SLM成形的合金中由熔池、柱状晶和胞状晶等组成的多层级结构(尤其是纳米胞状晶结构)是合金性能优异的主要原因。

Li_(2)ZrO_(3)原位包覆提升LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)三元材料电化学性能研究

高镍三元LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM60)因其具有较高的放电比容量以及能量密度,是一种非常有发展潜力的锂离子电池正极材料。然而由于较为严重的结构/界面恶化现象(如微裂纹,界面副反应等),NCM60材料的电化学性能及循环寿命受到严重的限制。采用单晶化策略,成功合成出了微米级单晶NCM60正极材料;并以Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_(2)前驱体为基体,采用预包覆和共锂化的方法,在单晶正极材料NCM60表面均匀包覆Li_(2)ZrO_(3)快离子导体层。一方面,表面均匀包覆Li_(2)ZrO_(3)层改善了材料充放电过程中锂离子的扩散动力学,有助于降低电极极化程度;另一方面,Li_(2)ZrO_(3)具有稳定的晶体结构,通过与NCM60材料紧密结合,提高材料机械稳定性,有效抑制微裂纹的产生并减轻界面副反应程度。正如预期,适量Li_(2)ZrO_(3)改性的材料(LZO@NCM60)展现出优异的电化学性能,在1 C(170 mA/g)电流密度,2.95~4.6 V电压范围内循环150次后仍有158.5 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达86.7%。深入研究了表面修饰对材料界面机制的影响,对下一代高能锂离子电池正极材料的开发具有一定借鉴意义。

Fe-0.2C-7Mn中锰钢的单道次热压缩变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Fe-0.2C-7Mn中锰钢进行单道次等温压缩试验,研究了该钢在不同变形温度(950~1150℃)和应变速率(0.001~1 s^(-1))下的热变形行为,通过计算应变速率敏感指数、功率耗散效率以及失稳参数建立该钢的热加工图,并获得最佳的热加工工艺窗口。结果表明:随着应变速率的增加和变形温度的降低,该钢的流变应力增大;高变形温度和低应变速率有利于动态再结晶的发生,动态再结晶程度的差异会对应变速率敏感指数产生很大的影响;不同真应变下的失稳区均出现在高温高应变速率区域,并且基本与功率耗散图中的低功率耗散效率区域重合。试验钢的最佳热加工工艺窗口为变形温度975~1100℃、应变速率0.006~1 s^(-1)。