复合纳米金属间化合物Ag_2Al的制备及其结构表征

采用自悬浮定向流法制备出Ag2Al复合金属间化合物的纳米微粉,通过透射电子显微镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪对纳米微粉的显微结构、粒度、相组成和成分构成进行研究。结果表明：所制备出的复合金属间化合物纳米颗粒呈规则球形,粒径分布在20~110 nm之间;纳米合金颗粒的主要组成相为Ag2Al,并伴有少量的Al;样品中的Ag,Al原子数比约为66.5∶33.5,金属间化合物纳米颗粒中Ag2Al晶粒尺寸约为33 nm,Al的约为21 nm。

复杂金属间化合物Al_(3)Mg_(2)相的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了立方晶系高温相β-Al_(3)Mg_(2)和六方晶系低温相β’-Al_(3)Mg_(2)的力学性质及电子结构。弹性常数的计算结果表明:β-Al_(3)Mg_(2)的晶体结构在力学上是不稳定的,β’-Al_(3)Mg_(2)具有力学稳定性结构。体模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比v、弹性各向异性指数A^(U)和硬度H的计算结果表明:在弹性范围内,β-Al_(3)Mg_(2)抵抗形变的能力远大于β’-Al_(3)Mg_(2);β-Al_(3)Mg_(2)为硬脆性相,β’-Al_(3)Mg_(2)为韧性相;β’-Al_(3)Mg_(2)的弹性各向异性指数A^(U)=0.01,接近各向同性。电子结构的计算结果表明:低温相β’-Al_(3)Mg_(2)具有典型的金属特性,在其费米能级附近未发现赝能隙的存在。铝合金和镁合金异种金属的连接应在合适的焊接条件下进行,有助于形成具有韧性的低温相β’-Al_(3)Mg_(2),为改善铝镁异种金属焊接接头的力学性能提供了一定的理论依据。

Mg-Al-Zn三元金属间化合物对采用Al/Zn/Cu/Zn复合中间层的MB8/2024超声辅助钎焊接头的增强作用

研究采用Al/Zn/Cu/Zn复合中间层的MB8/2024超声辅助钎焊接头的显微组织演变规律。结果表明,在MB8母材与铜箔之间添加铝箔可实现这两者界面上的金属间化合物由Al_(3)Mg_(2)向AlMg_(4)Zn_(11)的转变。这个转变增强接头的力学性能,并且在超声作用22 s时获得最高剪切强度为85.26 MPa的接头。热力学分析表明,Al_(3)Mg_(2)和AlMg_(4)Zn_(11)的吉布斯自由能分别为-31.94 kJ/mol和-38.65 kJ/mol,这为该转变提供热力学基础。由于空化效应的影响,首次在超声辅助钎焊中发现Mg32(Al,Zn)_(49)准晶。

有富电子镍位点的耐酸金属间化合物CaNi_(2)Si_(2)催化剂用于不饱和有机酸酐/酸的水相加氢

顺酐水相加氢制备下游产物丁二酸,是一种合成生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯的重要单体.在水相体系中,顺酐迅速水解生成顺丁烯二酸,表现出较强的酸性,对催化剂耐酸稳定性要求较高.贵金属催化剂通常表现出较高的顺酐加氢活性,但由于其与底物分子结合能力较强,容易生成深度加氢或氢解产物,并且贵金属高昂的价格也限制了其进一步应用.此外,工业上常用的负载型Ni基催化剂的活性和稳定性也有待进一步提高.因此,在顺酐水相直接加氢生成丁二酸的过程中开发高活性和高稳定性的非贵金属基催化剂具有重要意义.金属硅化物作为一种新型的金属间化合物催化材料,常作为非均相催化剂应用,尤其对涉氢反应表现出较高的活性和选择性,并且由于硅原子的掺入,调变了活性位点的几何和电子结构,使其展现出较好的催化活性、耐酸碱腐蚀性和热稳定性,有望用于顺酐直接水相加氢反应制备丁二酸.本文采用新型低温熔盐技术成功制备了一种单相的、元素分散均匀以及高比表的CaNi_(2)Si_(2)金属间化合物纳米催化剂,并将其应用于顺酐连续水相加氢制备丁二酸的反应体系中,可以有效解决该体系存在的瓶颈问题.采用X射线衍射Rietveld精修技术、X射线光电子能谱深度剖析、紫外光电子能谱和态密度分析等手段对CaNi_(2)Si_(2)催化剂的几何和电子结构进行剖析.并采用模型化合物丙烯酸原位漫反射傅里叶变换红外光谱、原位程序升温脱附/表面反应及密度泛函理论计算等研究了CaNi_(2)Si_(2)催化顺酐加氢反应机理,并剖析构效关系.结果表明CaNi_(2)Si_(2)催化剂中电子由Ca向Ni和Si发生转移,并证明了这种富电子Ni活性位点的协同作用有利于其对底物分子中C=C键选择性吸附和H_(2)的活化,从而使其展现出较好的目标产物丁二酸的选择性.在3 MPa,120℃,接触时间5.4 gcat/(mmolreactant·min^(‒1))条件下,丁二酸产率可达到100%.此外,相比于负载型Ni/SBA-15催化剂(51.90 kJ/mol),CaNi_(2)Si_(2)展现出更低的表观活化能(46.39 kJ/mol),从本征活性证明了其作为顺酐水相加氢催化剂的优势.稳定性测试结果表明,与Ni/SBA-15相比,由于CaNi_(2)Si_(2)中Ni特殊的配位环境和电子结构抑制了羧酸盐的形成,有效减少了活性金属Ni位点的流失,从而有效的提高了其在顺酐水溶液(2 wt%,pH=1.51)中的耐酸腐蚀性能,使其表现出高活性的同时具有较好稳定性,在一定程度上可替代贵金属催化剂.同时,底物扩展实验也证明了CaNi_(2)Si_(2)作为一种催化新材料在不饱和链状或环状有机酸/酸酐的加氢性能反应中均能展现出较好的活性,说明了CaNi_(2)Si_(2)作为非贵金属催化剂在酸酐加氢领域具有巨大潜力.总之,金属硅化物的精细设计和结构调控将为顺酐加氢催化剂的可控优化提供重要参考,并为设计高效稳定的苛刻反应中选择性加氢催化剂提供新的思路.

L1_2-Al_3Li金属间化合物点缺陷浓度的第一原理计算

运用第一原理平面波赝势方法计算L12-Al3Li金属间化合物点缺陷的形成焓,并结合Wagner–Schottky模型,研究L12-Al3Li金属间化合物在523、673、823和1 000 K时点缺陷浓度与成分之间的关系。结果表明:在这4个温度下,L12-Al3Li金属间化合物中Al空位浓度最小,Li空位浓度次之,Al反位和Li反位的缺陷浓度较大。Al反位和Li反位缺陷浓度在理想金属间化合物Al3Li化学计量比成分处基本相同,不过两种反位的缺陷浓度随着合金成分相对于化学计量比成分的偏离而变化显著,在富Al端Al反位缺陷浓度较大,在富Li端Li反位缺陷浓度较大。运用Arrhenius方程计算点缺陷的有效形成焓,结果显示Al反位和Li反位的有效形成焓较小且基本相同,Li空位次之,Al空位最大。

快速凝固Sn2.5Ag0.7Cu钎料中金属间化合物的形态及对焊点性能的影响

利用SP009A型半自动非金属系制造器,通过铜制单辊快淬工艺制得快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,采用JSM-5610LV扫描电镜及能谱仪,研究快速凝固态钎料合金的微观形貌及金属间化合物(IMC)特征;通过钎焊接头组织与剪切断口分析,研究IMC对钎焊接头韧性的影响机制。结果表明:快速凝固态钎料合金焊点界面处形成的排列紧密的小尺寸β-Sn能有效抑制界面处IMCCu6Sn5的长大;在钎焊过程中,钎料中过饱和固溶体析出大量尺寸细小、弥散分布的金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn,凝固时可作为第二相粒子与初生相混杂在一起,形成细小共晶组织分布于钎缝中,改善了焊点韧性。

(Al,Mn)_3Ti-2V金属间化合物的热腐蚀研究

研究了(Al,Mn)3Ti-2V和TiAl在900℃的(Na,K)_2SO_4以及850℃的Na_2SO_4+NaCl熔盐中的热腐蚀行为。结果表明,(Al,Mn)_3Ti～2V在(Na,K)_2SO_4中的耐蚀性很好,腐蚀产物膜很薄,外层是保护性的Al_2O_3,内层是Al_2O_3+TiO_2+TiS的混合膜。当熔盐中存在NaCl时,(Al,Mn)_3Ti-2V的耐蚀性极差,腐蚀产物的厚度比在(Na,K)_2SO_4中大100多倍,且具有分层结构,最外层富MnO(含少量Al+2O_3和TiO_2),第二层为Al_2O_3+少量TiS,第三层为TiO_2+TiS,由于不能形成保护性的Al_2O_3层,腐蚀产物极易剥落。

熵调控的Gd_(2)Co_(17)金属间化合物的结构与室温磁性能

熵调控材料因其独特的设计理念和优于传统合金的性能而受到广泛关注.本文将熵调控的设计理念引入金属间化合物中,设计并通过真空电弧熔炼的方法制备了一系列熵调控的Gd_(2)Co_(17)金属间化合物,期望通过熵调控的方法来稳定其结构,改善其磁性能.应用热力学理论预言熵调控的Gd_(2)Co_(17)系列金属间化合物具有稳定的单相,其单相性被X射线衍射实验所证实.通过组态熵调控原子尺寸因素,获得了菱方和六方两种晶体结构.熵调控改善了Gd_(2)Co_(17)系列金属间化合物的室温磁性能,过渡族金属位的熵调控使磁各向异性发生由基面到易轴的转变,稀土位的熵调控有助于提高其矫顽力,所有熵调控样品室温时的饱和磁矩均比二元Gd_(2)Co_(17)显著提升,可能是稀土或过渡族金属子晶格磁矩无序取向削弱了金属间化合物中稀土的4f电子与过渡族金属的3d电子磁矩之间的反平行交换作用所导致.磁价模型研究表明:熵调控设计导致Gd_(2)Co_(17)系列金属间化合物中Nsp↑(未极化sp导带中的电子数目)增加,增加了导带电子作为媒介引发过渡族金属子晶格的3d电子与稀土的4f电子之间强磁交换作用的概率,形成以游动的s电子为媒介,使磁性原子中局域的4f电子自旋与其近邻磁性原子的3d电子自旋产生交换作用,进而表现出饱和磁矩增大.本研究有助于提高熵调控的Gd_(2)Co_(17)的潜在应用性.

金属间化合物/Al_2O_3陶瓷基复合材料的研究进展

Al2O3陶瓷的脆性本质极大的限制了其使用范围。在提高氧化铝陶瓷韧性的研究中,利用金属间化合物作为第二相来增韧氧化铝陶瓷已成为研究热点之一。本文从金属间化合物的基本性质出发,综述了金属间化合物/Al2O3陶瓷基复合材料的最新进展,在此基础上总结了增韧机理,并提出了今后的发展方向。

TiB_2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2 金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验 ,研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时 ,连接界面处生成了Ti(Cu ,Al) 2 金属间化合物 ,采用Ni为中间层进行扩散连接时 ,界面处生成了单层TiAlNi2 金属间化合物层和两层Ti,Al,Ni扩散层共三层结构。直接扩散连接时 ,连接温度T =12 2 3K ,时间t=1.8ks,压力p =80MPa时接头强度为 10 3MPa ;采用Ni为中间层时 ,连接温度T =12 73K ,时间t=1.8ks,压力p =80MPa时接头强度为 110MPa。

Al_(67)Mn_8Ti_(24)Nb_1金属间化合物亚稳态粉末热压成形后的组织结构及性能

铸态复相Al67Mn8Ti24Nb1合金经10h高能球磨转变为弱有序的fcc结构，该正稳态粉末在热压成形过程中发生重有序化转变，恢复至复相结构．成形合金显微组织由Ll2基体和弥散分布的DO22结构Al3（Ti，Nb）第二相组成，第二相主要沿基体颗粒周围分布，一部分分布于基体内部，与铸态组织相比，成形合金晶粒明显细化,热压合金具有高的压缩强度，从室温至500℃基本稳定，高于500℃强度虽明显下降，但800℃时其屈服强度仍有531MPa，约为室温时的60％；成形合金室温压缩塑性为16．8％，退火后达20％，塑性随变形温度升高而提高，700℃以上试样受压时不断变形压扁。

B_2型Fe_3Al金属间化合物的高温氧化行为

研究了Ｆｅ３Ａｌ、Ｆｅ３Ａｌ（Ｃｒ））两种合金在６００℃、７５０℃、９５０℃的静态氧化行为及其７５０℃的周期氧化行为，分析了相应的氧化膜结构和形貌，探讨了氧化膜的成长机理。结果表明，由于高温下Ｆｅ３Ａｌ基金属间化合物表面形成一层致密的Ａ１２Ｏ３氧化膜而具有优良的抗氧化性能。在９５０℃高温时，具有比１Ｃｒ１３不锈钢好得多的抗氧化性能。２ａｔ％Ｃｒ的加入有利于稳定的α－Ａｌ２Ｏ３的形成。７５０℃以下，Ｆｅ３Ａｌ（Ｃｒ）合金的氧化增重低于Ｆｅ３Ａｌ，前者的氧化膜为纯α－Ａｌ２Ｏ３，而后者的还含有少量的γ－Ａｌ２Ｏ３及α－Ｆｅ２Ｏ３。温度提高到９５０℃，Ｆｅ３Ａｌ的氧化膜则变成全部由α－Ａｌ２Ｏ３所组成。氧化膜剥落后新的致密氧化膜在基体上又迅速形成是优良抗氧化性能在高温得以维持的重要原因。

微观相场模拟B2-FeAl金属间化合物有序畴界的形成和迁移

基于微观相场动力学理论,建立B2型金属间化合物的沉淀动力学方程,研究Fe-Al合金时效处理时B2-FeAl有序畴界的形成和迁移。结果表明:B2-FeAl金属间化合物有序畴的形核孕育期随时效温度的升高而延长,随Al含量的增加而缩短;有序畴的长程序参数随时效温度的升高而降低,随Al含量的增加而先增大后减小;有序畴界始终向其曲率中心运动,且在曲率较大的地方其运动速率较大;有序畴界的迁移遵循Rm(t)-Rm(0)=kt(m≈2),m受合金成分和时效温度的影响很小,但k的绝对值随着Al含量的降低而减小,随时效温度的升高而增大。

Ti_3Al-Nb金属间化合物CO_2激光焊工艺

针对高Nb含量的Ti3 Al -Nb基合金Ti -2 3Al-17Nb进行激光焊工艺研究 ,了解影响钛铝金属间化合物激光焊质量和焊缝成形的工艺因素。研究结果表明 ,2 .5mm厚的Ti-2 3Al-17Nb合金采用大功率CO2 激光焊不产生焊接裂纹 ,焊缝气孔是主要的焊接缺陷。采用合理的焊前表面处理工艺、全熔透焊接可获得无气孔的焊缝。在所研究条件下 ,合金具有良好的熔透性 ,部分熔透和临界熔透时焊缝截面呈钉头型 ,而稳定的全熔透焊缝则呈“沙漏”形 ,焊缝熔深并不是完全随焊接热输入的增大而增大 ,还取决于激光功率密度。接头显微硬度分布呈马鞍形 ,焊缝的硬度高于母材 ,近缝区出现峰值 。

Q235钢材表面等离子重熔制备Fe-Al金属间化合物

在Q235钢试样上刷涂Al粉,并应用等离子表面重熔技术在试样上制备Fe-Al金属化合物覆层。用X射线衍射仪分析了覆层的相组成。用金相显微镜观察组织结构。用显微硬度计测试了Vickers硬度。实验结果得出,覆层中的主相为Fe3Al,次为Fe,含有少量的Al2O3和微量的SiO2;覆层中的Fe3Al呈针状和短棒状分布;覆层的Vickers硬度达10000MPa,较基体的硬度有大幅提高。在Q235钢部件上熔覆Fe3Al金相化合物后提高了耐磨性,耐腐蚀性,并增加部件的结构强度。

Ti-Al金属间化合物中原位生成Al_2O_3晶须机理分析

以金属钛粉、铝粉和五氧化二铌粉末压制成预制体,通过石墨与氧化铝混合粉对预制体的覆埋实现气氛保护并进行热处理,使其发生化学反应原位合成氧化铝晶须增韧钛铝金属间化合物复合材料。通过XRD、EDS和SEM测试,分析了材料最终晶相组成及内部显微结构特点。XRD分析显示,主晶相为Ti-Al金属间化合物,次晶相为α-Al2O3;且根据原料中钛、铝粉配比不同,主晶相为钛铝比不同的金属间化合物。SEM结合EDS测试表明,钛铝质量比为3:7时,材料中包含α-Al2O3晶须、颗粒两种增强相;钛铝比较低(5:5)时,增强相为α-Al2O3颗粒。颗粒增强相主要为Al与Nb2O5反应生成;α-Al2O3晶须由铝液与氧气反应而成,按VLS机制生长。

θ-Al_(2)Cu金属间化合物中氢原子占位的第一性原理研究

氢原子溶入θ-Al_(2)Cu晶胞时可能占据八面体间隙,也可能占据四面体间隙。采用第一性原理方法分析了氢的溶入对θ-Al_(2)Cu晶胞结构、系统总能量、形成能以及间隙结构近邻原子键Mulliken集居数和键长的影响,研究了氢原子在θ-Al_(2)Cu中的占位倾向。结果表明:当氢原子占据八面体间隙时,系统能量最低,形成能最小且为负值,产生的晶格畸变也最小,近邻原子之间键集居数为正值,键长最短,键合力最强。因此,氢原子占据θ-Al_(2)Cu八面体间隙位置时更稳定。

不锈钢表面铝涂层中Fe—Al金属间化合物的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算方法研究了不锈钢表面铝涂层中Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)的化学稳定性、电子结构、弹性性质及各向异性。形成能和结合能的计算结果表明Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)都是热力学稳定相,但Fe_(2)Al_(5)的相结构稳定性强于FeAl_(3),在涂层中也更容易形成。态密度、赝能隙、布居分析结果表明两者的成键特征都主要为金属键和共价键,但FeAl_(3)的共价键特征强于Fe_(2)Al_(5)。弹性常数和各向异性计算结果表明Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)的弹性常数符合力学稳定条件且都为脆性相。普遍各向异性计算结果表明Fe_(2)Al_(5)的整体各向异性高于FeAl_(3)。通过弹性常数绘制的单晶体模量的三维表面图表明Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)的体模量各向异性程度微小。

NiCoCrAl-Y_2O_3涂层对TiAl金属间化合物高温抗氧化性的影响

分别用等离子喷涂和等离子-激光复合工艺,在TiAl金属间化合物表面制备NiCoCrAl-Y2O3涂层,对其进行高温氧化试验,并用XRD、SEM检测试样相组成及表面形貌,通过氧化动力学曲线、氧化物的组织结构形貌,分析两种不同工艺制备的NiCoCrAl-Y2O3涂层的高温氧化机理。

Ti_3Al金属间化合物在熔融LiCl-Li_2O中的热腐蚀行为

采用浸没法研究了Ti_3Al金属间化合物在750℃熔融LiCl-3%Li_2O中的热腐蚀行为。结果表明：Ti_3Al的耐腐蚀性能优于SS310不锈钢。Ti_3Al在腐蚀初期出现了较快的腐蚀,而后腐蚀速率减慢并趋于平缓。Ti_3Al经腐蚀后,形成了双层结构的腐蚀膜,外层较厚,由铝的氧化物(LiAlO_2,Al_2O_3)构成；内层较薄,由钛的氧化物(Li_2 TiO_3,TiO_2)构成。铝的选择氧化导致了Ti_3Al腐蚀初期快速腐蚀,而腐蚀后期腐蚀速率较慢是由于钛的氧化物构成的内层具有较好的保护性。