Co-Cr3C2-WC/Al2O3太阳能选择性吸收涂层制备与性能研究

目的研究不同比例的Co-Cr3C2-WC吸收层的光谱发射与吸收性能,并在吸收层表面制备Al2O3减反膜,进而得到一种新型中高温金属-陶瓷型太阳能选择性吸收涂层。方法采用超音速火焰喷涂法(HVOF)在不锈钢基底制备Co-Cr3C2-WC吸收层,并对其成分比例进行优化,再通过溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在吸收层表面制备Al2O3减反膜。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等,对涂层的物相、元素价态、微观形貌进行表征分析。采用表面粗糙度仪测量涂层的表面均方根粗糙度。利用傅里叶红外光谱仪和紫外可见分光光度计分别测量涂层在远红外波段和紫外可见近红外波段的光谱反射率。结果90Co-5Cr3C2-5WC(wt.%)吸收层具有最高的品质因子(吸收率/发射率α/ԑ=0.805/0.308),且表面增加Al2O3减反膜后的涂层吸收率增加至0.903,发射率降低至0.278。涂层表面均匀致密,表面粗糙度Ra降低到1.109μm。在750℃大气环境下热处理100 h后,涂层吸收率增大到0.910,发射率为0.315,选择吸收性能稳定。结论90Co-5Cr3C2-5WC吸收层在保持较高的吸收性能下,有效地改善了热喷涂涂层的表面状态,降低了吸收层的发射率。Al2O3减反膜通过增大短波段光的透过作用以及封孔作用,进一步增大了复合涂层的吸收率,提高了涂层的选择吸收性能和高温服役性能。有望作为中高温太阳能集热系统中的选择吸收涂层材料。

铝热剂法原位合成农机刀具Al_2O_3-Ti(C,N)复合涂层组织结构及性能

为了提高旋耕刀、犁铧等农机触土刀具表面强度,以铝热剂的放热反应提供内在热源、等离子弧作为外在热源,采用反应等离子熔覆技术在Q235钢表面原位合成了Al_2O_3-Ti(C,N)复合材料涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、金相显微镜等对复合涂层的微观结构及强质硬化相的成分、组织及性能进行了分析。结果表明:涂层与基体呈冶金结合,涂层主要由网状、嵌套、球状等3种结构组成,硬质相Al_2O_3、Ti(C,N)与粘结相Fe-Ni之间相互包裹、互相嵌套,构形成空间网状骨架结构;涂层硬度最高可达HV_(0.5)2160,平均硬度HV_(0.5)1870,约为基体Q235钢的7.7倍;涂层摩擦系数约为0.372,其磨损量约为65Mn钢及Q235钢的1/7和1/17,与基体相比,复合涂层具有较高的硬度和较好的摩擦磨损性能,可以为农机材料表面强化提供参考。

富氧条件下Cu/Al_2O_3催化剂上C_3H_6选择性还原NO的研究

以 Cu/Al2 O3 为催化剂 ,对富氧条件下 C3H6 为还原剂选择性催化还原 NO反应进行了研究 .活性评价结果表明 ,与高活性的 Ag/Al2 O3 催化剂相比 ,Cu/Al2 O3 催化剂选择性还原 NO的活性较低 ,N O的最高转化率仅为 4 0 % .在所考察的温度范围 ( 473～ 72 3K)内 ,红外谱图中不存在有机含氮化合物 ( R— ONO和R— NO2 )的特征振动吸收峰 .作为反应中间体—NCO的前驱体 ,有机含氮化合物在 Cu/Al2 O3 催化剂表面难以生成是造成催化剂选择性还原 NO活性低的直接原因 .在 Cu/Al2 O3 催化剂上 ,N O2 吸附能够优先发生 ,并以 NO3-物种的形式覆盖在大部分催化剂表面 .动态原位红外光谱实验发现 ,这种 NO3-表面物种与C3H6 的反应性较差 ,使生成有机含氮化合物的关键反应难以发生 ,但此时的催化剂表面有利于 C3H6 和 O2的完全氧化反应 ,这是导致 Cu/Al2 O3 催化剂选择性较低的根本原因 .

纳米Al_2O_3对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔致密刚玉、碳化硅、沥青等为主要原料,研究了加入纳米Al_2O_3对Alpha-bond结合的Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响。随着细粉预混法引入的纳米Al_2O_3的增加,流动值相近时,浇注料加水量有所增加,常温抗折强度和耐压强度变化趋势不明显;高温抗折强度在纳米Al_2O_3加入量为0.5%(质量分数,下同)时最高,提高幅度为4%,但随着加入量的继续增加,呈降低趋势。静态坩埚抗渣实验表明:含纳米Al_2O_3的浇注料,其抗渣侵蚀性没有得到改善;在加入1.0%纳米Al_2O_3时,抗渣渗透性得到提高。引入的纳米Al_2O_3使得材料在高温处理后更易生成莫来石相。

B_4C加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响

以电熔棕刚玉为骨料,碳化硅、白刚玉、硅粉、球沥青、硅微粉、氧化铝微粉及高铝水泥为细粉,按大颗粒、中颗粒、细粉的质量比为55∶15∶30配料,分别外加0、0.2%、0.4%、0.6%的碳化硼细粉,加水和少量减水剂共混后,振动成型为160 mm×40 mm×40 mm的试样。自然干燥24 h脱模后,再自然干燥24 h,在空气气氛中分别于800、1 000、1 200、1 550℃下热处理3 h。检测各温度热处理后试样的线变化率、显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度以及抗氧化性,高温抗折强度是在空气气氛中于1 400℃0.5 h进行检测,并利用XRD分析部分试样经高温抗折试验后的物相组成。结果表明:由于B4C在较低温度下氧化产生少量液相,一方面促进了材料的烧结,增大了中温强度;另一方面在材料表面形成防氧化膜,阻碍了炭素材料的氧化,利于次生β-SiC的形成,因而增大了浇注料的高温抗折强度。在本试验条件下,B4C加入量为0.4%时,浇注料的力学性能最好。

SiC晶须和Ti(C,N)颗粒协同增韧Al_2O_3陶瓷刀具的研究

采用热压工艺烧结制备了SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷刀具复合材料。研究了不同烧结温度(16 0 0～ 175 0℃ )下 ,材料的致密度和力学性能 (断裂韧性KIC ,维氏硬度HV和抗弯强度σf)随晶须含量 (10 %～4 0 % )的变化关系 ;探讨了SiC晶须和Ti(C ,N)颗粒对Al2 O3基体的协同增韧机理。同时与SiCW Al2 O3陶瓷及Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷作对比研究。结果表明 :SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷材料在 175 0℃ ,晶须含量为 2 0 %时获得最佳的综合力学性能 :KIC =7 11MPa m1 2 ,HV =2 1 16GPa ,σf=82 0MPa ;明显高于SiCW 含量为 2 0 %的SiCW Al2 O3陶瓷和不加晶须的Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷。第三相Ti(C ,N)颗粒的加入与晶须一起产生明显的迭加增韧效果 ,而且对SiCW 的各种增韧机制起到了促进作用。

轻质高强度C/Al_2O_3复合气凝胶的制备及表征

采用溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥工艺制备RF/Al2O3复合气凝胶,再经高温热处理过程得到轻质高强度C/Al2O3复合气凝胶,研究了不同热处理温度对气凝胶结构的影响,利用氮气吸附、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对气凝胶的结构和性能进行了分析并且测试了不同热处理温度样品的压缩强度。实验结果表明:C/Al2O3复合气凝胶具有均匀的三维网络结构且成块性好,随着热处理温度的升高,气凝胶比表面积和强度均先增大后减小,当1 400℃时,C/Al2O3复合气凝胶比表面积最高,为831 m2.g-1,压缩强度最大,为9.5 MPa。

Al_2O_3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料的显微结构

使用纳米、亚微米级的α-Al2O3粉体和微米级的(W,Ti)C粉体为原料,采用热压烧结工艺制备了Al2O3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料。对热压后材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析,利用透射电镜、扫描电镜及X衍射仪对Al2O3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料的微观组织和结构进行了研究。结果表明,增强相(W,Ti)C与基体Al2O3互相穿插、包裹,界面结合良好,形成了典型的骨架结构;球磨后的(W,Ti)C颗粒粒度分布广泛,热压烧结后与基体材料形成了内晶/晶间型结构;断裂模式的改变、内部残余应力场、位错机制、裂纹分叉和偏转等促进了材料强度和韧性的提高。

Al_2O_3/Cr_3C_2/(W,Ti)C陶瓷抗弯强度的研究

热压烧结制备了Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料,对其抗弯强度及组织形貌进行了研究,分析了Cr3C2与(W,Ti)C对抗弯强度的影响。结果表明:添加(W,Ti)C与Cr3C2有利于阻止晶界迁移,延缓晶粒长大,提高材料强度,但每一相的添加量以10%内为宜,两者添加总量在20%左右时Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合材料抗弯强度较佳。铬、钨、钛离子在Al2O3基体晶粒中的固溶起强化作用,网状结构是降低材料抗弯强度的重要原因。

原位生成SiAlON增强Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能

根据热力学计算 ,在还原气氛下 ,通过引入Si3N4 和提高Si的加入量等途径原位合成制备出SiAlON增强Al2 O3-SiC -C浇注料是完全可行的。实验研究了Si3N4 的加入量和Si的加入量对Al2 O3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响。结果发现 :随着Si3N4 加入量的提高 ,材料的力学性能先增大 ,后减小 ,加入量为 6 %时材料力学性能最佳 ;Si的加入量对材料性能的影响较为显著 ,材料的力学性能随着其加入量的增多而逐渐提高 ,其最佳加入量为 5 %。XRD及SEM分析结果表明 ,SiAlON增强Al2 O3-SiC -C铁沟浇注料性能优良的根本原因是由于Si3N4 、Si与Al2 O3原位反应生成的SiAlON改变了材料基质结合形式 ,提高了基质的固

Fe含量对钛铁矿原位反应合成Al_2O_3-Ti(C,N)-Fe复合材料的影响

利用钛铁矿通过碳热铝热原位还原反应、采用热压工艺制备了致密的Al2O3-Ti(C,N)-Fe复合材料,使钛铁矿两种主体成分Ti和Fe得到充分有效的利用。研究了Fe含量对制备过程、合成产物组织和性能的影响。结果表明,Fe含量的增加降低了碳热反应的温度;随Fe含量的增加,Fe相开始团聚,材料的组织都变得粗大;同时,随Fe含量的增加,Al2O3-Ti(C,N)-Fe复合材料的硬度稍有下降,抗弯强度明显降低。

Al_2O_3/Cr_3C_2/(W,Ti)C陶瓷模具材料研究

应用热压技术制备了添加不同含量Cr3C2和(W,Ti)C的Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料。利用光学显微镜、环境扫描电镜、透射电镜和能谱分析仪等对Al2O3/30%Cr3C2、Al2O3/30%(W,Ti)C、Al2O3/20%Cr3C2/10%(W,Ti)C三种复合陶瓷材料的显微组织结构进行了观察分析。研究表明:同其它两种材料相比,Al2O3/20%Cr3C2/10%(W,Ti)C陶瓷复合材料组织细化均匀,有连续骨架结构生成。Cr3C2和(W,Ti)C颗粒的共同加入有利于晶粒生长的制约,裂纹分枝与偏转、晶粒拔出、以及纳米相等等,有效提高了氧化铝陶瓷材料的力学性能。

复合材料Al/Al_4C_3/Al_2O_3的组织结构与力学性能

采用机械合金化（ＭＡ）球磨和热压烧结工艺制备了复合材料Ａｌ／Ａｌ４Ｃ３／Ａｌ２Ｏ３，对其组织结构和力学性能进行了研究。结果表明，发育良好的Ａｌ４Ｃ３棒状单晶体和等轴状γＡｌ２Ｏ３均匀分布在铝晶界或晶粒内部，二者体积含量约为６６ｖ％。Ａｌ／Ａｌ４Ｃ３和Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３界面洁净，为直接的原子结合，但不存在确定的位向关系。复合材料的室温、高温强度及刚度比粉末冶金纯铝（Ｐ／ＭＡｌ）显著提高。

B_4C/Al_2O_3/TiC复合陶瓷的力学性能和微观结构

利用热压烧结工艺成功制备了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷。探讨了TiC含量对B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷力学性能和显微结构的影响,并研究了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的增韧机制。结果表明,在烧结过程中B4C与TiC发生原位反应,生成了TiB2。发生原位反应有效的降低了B4C/Al2O3复合陶瓷的致密化烧结温度;B4C/Al2O3复合陶瓷烧结温度为2150℃,B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的烧结温度为1900℃。而且,原位反应提高了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷相对密度和力学性能。裂纹偏转和裂纹钉扎是B4C/Al2O3/TiC复合材料主要增韧机制。

纳米Al2O3对Ti(C，N)基金属陶瓷性能的影响

研究了纳米Al2O3对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响,探讨了微米/纳米金属陶瓷的增韧机制。对断裂模式的改变、显微结构的变化、多条裂纹的产生等进行了分析。

Al_2O_3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷刀具的切削性能

研究了Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合刀具对淬硬35CrMo合金钢进行连续干切削时各切削参数对切削力的影响.结果表明:切削深度对切削力的影响最显著,切削速度的影响最小.对比研究了Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷刀具的耐磨性能和磨损形态:后者的耐磨性能明显优于前者,其中Al2O3/Ti(C,N)-5%(Ni,Ti)的耐磨性能最高.Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti刀具的磨损形态主要表现为后刀面的磨粒磨损和疲劳磨损,由于这种材料具有较高的弯曲强度和断裂韧性,能有效防止前刀面出现崩刃破损现象,因此具有较高的可靠性,适用于高速切削.在高速切削条件(ap=0.06 mm,vc=254.9 m/min,vf=0.09 mm/r)下,Al2O3/Ti(C,N)-5%(Ni,Ti)刀具的切削耐用度为150 min.

Ni和Ti的添加对Al_2O_3-Ti(C,N)复合材料性能的影响

研究了Ni和Ti的添加对真空热压烧结方法制备的Al2O3-Ti(C,N)陶瓷基复合材料的显微组织和力学性能的影响.发现添加Ni和Ti的复合材料主要由Al2O3、Ti(C,N)和Ni组成,没有发现存在金属Ti.Ti由于非常活泼,在热压烧结过程中可能与石墨模具产生的含C气氛反应生成TiC,或与高温下Ti(C,N)的少量分解产生的N2气氛反应生成TiN,这有利于减少复合材料中的气孔.适量添加Ni可通过液相烧结促进复合材料的致密化,提高复合材料的相对密度,并能通过产生裂纹偏转和裂纹桥联提高复合材料的断裂韧性.热压温度为1550℃、等摩尔比的Ni和Ti混合粉末添加量为5vol%时,Al2O3-Ti(C,N)-Ni-Ti复合材料的相对密度为99.6%,硬度为21GPa,抗弯强度为818MPa,断裂韧性为8.1 MPa.m1/2.

Al_2O_3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料的力学性能与强韧化机理

采用纳米和亚微米级的α-Al2O3,以及微米级的(W,Ti)C粉体为原料,制备了Al2O3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料.在基体Al2O3含有体积分数为11%的纳米Al2O3时复合材料的抗弯强度和断裂韧性达到最优,其抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为840 MPa,6.55 MPa.m1/2和20.1 GPa.TEM实验表明,纳米颗粒的加入明显抑止了基体晶粒的长大,形成了典型的骨架结构,材料的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂的混合.内晶型和晶间型第二相颗粒产生的残余应力场、断裂模式的改变和晶粒细化强化促进了复合材料抗弯强度和断裂韧性的提高.