Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

导电(Cu,Mn)_(3)O_(4)接触层在SOEC阳极侧的应用

固体氧化物电解池(SOEC)中铁素体不锈钢合金连接体和电解池阳极之间存在界面接触、连接体表面氧化以及氧电极“铬毒化”等问题,是导致电解堆性能衰减的重要影响因素之一。本工作利用反应烧结工艺在连接体与阳极之间制备了多孔的(Cu,Mn)_(3)O_(4)导电接触层,形成了粘结强度高的连接体/接触层/电解池界面结构。所得试样在750℃下表现出优异的电性能,整个500 h测试过程半电池的面比电阻(ASR)值稳定保持在20.13~20.32 mΩ·cm^(2)。通过微观结构表征技术证实,多孔(Cu,Mn)_(3)O_(4)接触层与相邻的电解堆部件具有良好的兼容性,并可以抑制连接体表面的氧化薄膜增长,同时阻止铬元素的迁移。(Cu,Mn)_(3)O_(4)接触层也降低了电解池与集流体之间的接触电阻,提高了电池电化学输出性能。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

含硫气氛中Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)低温催化氧化CO性能研究

为了解决Cu-Mn催化剂在含硫气氛中催化氧化CO时快速失活的问题,以Cu-Mn为活性组分、Ce改性的γ-Al_(2)O_(3)为载体制备了Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附测试(BET)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征,结果表明:CeO_(2)的加入提高了活性组分的分散度,降低了Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的还原温度,增加了Cu^(2+)、Mn^(3+)及氧空位的含量。测试了Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的CO催化氧化活性及抗硫中毒性能,发现Ce的加入可以提高催化剂的CO催化氧化性能,采用浸渍法改性(Ce)/Al_(2)O_(3)载体(Ce负载量为2%)制备的催化剂(10Cu_(1)Mn_(2)/2(Ce)/Al_(2)O_(3))的催化性能较高,可以在130℃下实现CO完全氧化;添加Ce后催化剂的抗硫中毒性能有一定提升,在160℃下通入SO_(2)后5 h,催化剂10Cu_(1)Mn_(2)/2(Ce)/Al_(2)O_(3)能够维持57%左右的CO转化率,在300℃下测试25 h该催化剂的活性没有下降。

Cu-Mn-Si催化剂的制备及其在仲丁醇脱氢反应中的应用

分别采用共沉淀法和溶胶凝胶法制备Cu-Mn-Si催化剂,考察其在仲丁醇脱氢制甲乙酮反应中的催化性能。通过X射线衍射、程序升温还原、N_(2)吸附-脱附和程序升温氧化对两种方法制备的催化剂进行表征。结果表明,不同方法制备的催化剂,其中的铜锰络合物(CuMn_(2)O_(4))晶相结构不同。共沉淀法、溶胶凝胶法制备的催化剂中CuMn_(2)O_(4)晶相分别归属于JCPDS 71-1142和JCPDS 34-1400。溶胶凝胶法制备的催化剂晶粒小、分散性好、比表面积大,因而活性较高,Mn的加入没有提高催化剂的性能。Mn的加入可以降低共沉淀法制备的催化剂的还原温度,提高催化剂中Cu组分的分散程度,因而提高了催化剂的性能。溶胶凝胶法所制备的催化剂中,Cu SiO_(2)催化剂具有最高的仲丁醇转化率、甲乙酮选择性和甲乙酮收率,分别达99.26%,99.19%,98.45%;共沉淀法制备的催化剂,当n(Cu)∶n(Mn)∶n(Si)=0.8∶0.2∶1.0时,具有最高的仲丁醇转化率,可达94.92%,其甲乙酮选择性略低于Cu SiO_(2)催化剂,为98.53%,甲乙酮收率为93.52%。

Cu含量对多孔Ti-5Mn合金微观结构及力学性能的影响

以质量分数为50%的碳酸氢铵颗粒为造孔剂,使用粉末冶金工艺经真空烧结制备出多孔Ti-5Mn-xCu(x=0,3,5,10)合金,并研究了Cu含量对多孔Ti-5Mn合金微观结构及力学性能的影响。研究结果显示,制备得到的多孔Ti-Mn-Cu合金的孔隙率随着Cu含量的增加而逐渐降低,其大孔孔径略为减小,大孔壁上微孔数量逐渐减少。多孔Ti-Mn-Cu合金中出现了Ti_(2)Cu相,并且其相对含量随着Cu含量的增加逐渐增多。多孔Ti-Mn-Cu合金的弹性模量和抗压强度均随Cu含量的增加而提高。含3%~10%Cu和5%Mn的多孔Ti-Mn-Cu合金具有合适的孔结构和与人体骨相近的力学性能,具有作为抗菌骨科植入材料的潜力。

湿法制备Cu基Mn-Ce改性甲醇重整制氢催化剂及其催化性能研究

为了提升Cu基催化剂的高温稳定性和使用寿命,并研究过渡金属Mn及轻稀土金属Ce对Cu基甲醇重整催化剂的影响,本文采用新型湿法制备了Cu基Mn-Ce改性催化剂,并在气-固相固定床催化反应装置上评价了其甲醇重整制氢的性能。甲醇转化实验结果显示,Cu基Mn-Ce改性催化剂的甲醇转化率达到98.77%,产出的(H2+CO)含量达到92.5%。高温碳化性能对比实验结果表明,相比未改性的催化剂,Mn-Ce改性催化剂的高温稳定性更强,使用寿命更长。高温碳化后,205℃下的甲醇转化率均在40%以上,未改性催化剂的转化率仅为20%左右。催化剂性能评价实验结果表明,催化反应温度与其制氢性能呈正相关,高温下催化剂有更优异的制氢表现。Mn、Ce的加入可以有效提高Cu基催化剂甲醇重整制氢的性能。

Improved Corrosion Behavior of Biodegradable Mg-4Zn-1Mn Alloy Modified by Sr/F co-doped CaP Micro-arc Oxidation Coatings

The Sr/F co-doped CaP(Sr/F-CaP)coatings were prepared by micro-arc oxidation(MAO)under different voltages to modify the microstructure and corrosion behavior of Mg-4Zn-1Mn alloy.The surface and interface characteristics investigated using scanning electron microscopy(SEM)and energy dispersive X-ray spectrometer(EDS)showed that the MAO coatings displayed uneven crater-like holes and tiny cracks under lower voltage,while they exhibited relatively homogeneous crater-like holes without cracks under higher voltage.The thickness of MAO coatings increased with increasing voltage.The corrosion behavior of Mg-4Zn-1Mn alloy was improved by the MAO coatings.The MAO coatings prepared under 450 V and 500 V voltages possessed the best corrosion resistance with regard to the electrochemical corrosion tests and immersion corrosion tests,respectively.The MAO coatings fabricated under 450-500 V could provide a better corrosion protection effect for the substrate.

旋转磁场对Al-Cu-Mn-Zr-V合金组织和性能的影响

以Al-Cu-Mn-Zr-V合金为研究对象,在合金凝固过程中进行旋转磁场处理,研究不同强度的磁场电流对Al-Cu-Mn-Zr-V合金凝固组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着磁场电流的增加,合金的凝固组织呈现先细化后粗化的趋势,力学性能呈现先增大后减小的趋势,但均优于未处理的合金。旋转磁场处理后的合金晶界处的第二相分布更加密集,综合性能显著提升。当磁场电流为160 A时,Al-Cu-Mn-Zr-V合金凝固组织和力学性能的改善效果最为显著,其平均晶粒尺寸为90.5μm,抗拉强度和伸长率达到峰值,分别为243.16 MPa和11%。

热处理工艺对Al-Cu-Mn-Mg合金微观组织与力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计和电子拉伸试验机等研究了热处理工艺对Al-5Cu-0.7Mn-0.35Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:铸态合金的微观组织主要由α-Al基体、Al_(2)Cu(θ)相、θ+T(Al_(20)Cu_(2)Mn_(3))和θ+S(Al_(2)CuMg)共晶组织构成。在固溶处理过程中,晶界处的初生θ相溶解,在后续的淬火过程中,T相析出;随着固溶温度的升高,合金的硬度曲线呈现双峰现象,随着固溶时间的延长,显微硬度先增大后减小。时效温度越高,到达峰时效的时间越短,峰值硬度越高;在时效处理过程中,显微硬度值先快速增加达到硬度峰值,之后缓慢下降逐渐趋于稳定。Al-Cu-Mn-Mg合金的最佳热处理工艺为525℃固溶处理12 h+175℃时效处理6 h,此时合金的显微硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为145.6 HV0.2、498.2 MPa、325.4 MPa和18.5%。

Ni元素对Al-Cu-Mn合金组织及力学性能的影响

为研究添加Ni元素对Al-5.0Cu-0.6Mn合金组织及力学性能的影响,通过硬度试验、拉伸力学试验及摩擦磨损试验对合金力学性能进行研究;采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜及透射电子显微镜对合金微观组织进行检测分析。结果表明:向Al-5.0Cu-0.6Mn合金中添加Ni元素后,由于Al3CuNi相析出的强化作用,并且与基体结合良好的增强相颗粒能均匀分布于合金中,使得合金硬度和强度大幅提高,摩擦磨损深度显著降低,综合力学性能得到有效的提升。当Ni元素的添加量为0.3%(质量分数)时,由于T相(Al_(20)Cu_(2)Mn_(3))和Al3CuNi相分布比较均匀,合金综合性能较为理想,其HV硬度、抗拉强度、摩擦磨损系数分别为126.4 MPa、395.2 MPa、0.12。

Cu/CuCrZr钎焊用Cu-Mn基多元固溶体钎料和接头结构

为了解决CFC与Cu Cr Zr合金的冶金连接问题,以二元合金Cu_(62)Mn_(38)(at.%)为基础成分,采用低熔点Ga作为主要合金化元素和微合金化元素Cr和Si,设计了系列固溶体钎料合金Cu_(62)Mn_(37-x)Ga_(x)Cr_(0.5)Si_(0.5)(x=0~10,at.%)。利用电弧熔炼、铜模吸铸和冷轧制备了100μm厚的钎料箔带。采用Cu_(62)Mn_(31)Ga_(6)Cr_(0.5)Si_(0.5)钎料在不同工艺条件下(875~900℃,保温15~25min)制备了无氧铜和Cu Cr Zr合金钎焊接头。通过热分析和X-射线衍射分析了钎料熔化行为和相组成;采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和力学性能拉伸机对接头的组织形貌、成分分布和力学性能进行了分析。结果表明,在880℃/保温25min钎焊工艺下可获得无缺陷CFC/Cu Cr Zr接头结构,焊缝的Cu固溶体基体内有少量不连续分布的粒状纳米Cr_(3)Si析出相;在室温抗拉试验中,此接头的抗拉强度为215MPa,断后延伸率40%,断裂模式为韧性断裂。该钎料和焊接工艺已应用于HL-2M偏滤器制造中碳纤维复合材料和Cu Cr Zr合金的连接加工。

激光熔化沉积成形Cu-Al-Mn-Ti形状记忆合金组织与性能研究

采用激光熔化沉积(laser melting deposition,LMD)成形Cu-Al-Mn-Ti形状记忆合金,研究其组织、冶金缺陷与性能特点。研究表明,LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的显微组织具有各向异性特征:建造面为柱状晶组织,扫描面为等轴晶组织。这是由于LMD成形过程沉积方向存在较大的温度梯度导致的。LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的基体组织为β相板条马氏体,并存在大量Cu2AlMn颗粒状析出相。孔隙缺陷是LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金中主要的冶金缺陷,严重影响了合金的力学性能。热处理可提高LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的力学性能及形状记忆性能。固溶、时效处理后,LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的抗拉强度可由453.6 MPa提高至519.5 MPa,形状回复率可由68%提高至97%;当时效温度为500℃时,在晶界上开始析出网状α相导致Cu基体中的Al含量增加,使合金的力学性能和形状回复率下降。

连续流变挤压参数对Al-Cu-Mn合金组织和性能的影响

采用连续流变挤压机、光学显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机探究了不同工艺参数对Al-Cu-Mn合金组织和性能的影响。分析了连续流变挤压杆材的断裂机制,得到了最佳的流变挤压工艺参数。结果表明:在浇注温度690℃,工作辊转速15 r/min,冷却水流量3 m~3/h下进行连续流变挤压成形的直径9.5 mm杆材力学性能最好,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为340 MPa、250 MPa、28%。730℃,12.5 r/min,3 m~3/h连续流变挤压铸造比相同浇注温度(730℃)下的重力铸造的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了43.8%、52%、700%。连续流变挤压铸造成形的Al-Cu-Mn合金的断裂形式为延性断裂,而重力铸造的Al-Cu-Mn合金断裂形式为脆性+延性的混合断裂。

负载型Cu-Mn-Ce苯类催化燃烧催化剂的研制及活性研究

采用浸渍法,以TiO_(2)、ZrO_(2)、Al_(2)O_(3)为载体负载Cu-Mn-Ce复合氧化物,成功制备Cu-Mn-Ce、Cu-Mn-Ce/TiO_(2)、Cu-Mn-Ce/ZrO_(2)、Cu-Mn-Ce/Al_(2)O_(3)四种催化剂,探究不同载体催化剂对甲苯气体的催化性能及催化剂稳定性能,并利用XRD、SEM对四种催化剂进行表征分析。结果表明,以TiO_(2)为载体所制催化剂可使甲苯气体自然降解温度降低约400℃,且其处理效果为所制催化剂中最好。XRD和SEM表征结果表明,所制催化剂比表面积较大,利于活性中心的分散。纯Cu-Mn-Ce催化剂通过金属-载体相互作用调控界面电子结构从而具有优良活性,TiO_(2)的引入更好地保持了其活性并提高了热稳定性。

Cu-7Mn-0.5Ag-0.2Ce-0.2Zr电阻合金的制备及性能研究

通过熔炼、机械加工和热处理制备了铜锰电阻合金带材,研究了固溶温度、冷轧变形量、退火温度及退火保温时间对合金电阻率和电阻温度系数的影响。试验结果表明,最佳试验方案为固溶温度900℃、冷轧变形量90%、退火温度350℃及退火保温时间1 h,获得的合金电阻率和电阻温度系数均较低,分别为24.1μΩ·cm和60×10^(-6)/℃。

杂质Fe和Si对Al-Cu-Mn-Mg合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了杂质Fe和Si对Al-Cu-Mn-Mg合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:当合金含有0.20 mass%的杂质Fe时,凝固过程中形成的富Fe相为Al_(7)Cu_(2)(FeMn),与不含杂质Fe时相比,合金的力学性能略有下降,但仍具有良好的塑性。当合金含有0.20 mass%的Fe和0.20 mass%的Si时,热处理后合金中存在两种富Fe相,Al_(7)Cu_(2)(FeMn)和Al_(15)(FeMn)_(3)(SiCu)_(2)相,但Al_(7)Cu_(2)(FeMn)相居多。此外,含有杂质Fe和Si的合金凝固终了时在晶界处形成低熔点共晶组织(Al+Al_(2)Cu+Mg_(2)Si),导致合金在热处理过程中发生过烧现象。与仅含杂质Fe元素的合金相比,同时含有Fe和Si时合金的抗拉强度变化不大,但屈服强度增加了51.6 MPa,伸长率由15.4%大幅下降至6.0%。

Mn含量对Fe-Cu-Mn-Ni合金中富Cu相析出影响的相场法研究

通过耦合CALPHAD热力学数据库建立了一个模拟多元合金固态相变过程中微观组织演变的相场模型,并以Fe-Cu-Mn-Ni合金为例,从动力学角度揭示了Mn含量对富Cu相析出机制的影响。结果表明:随着富Cu相的析出,Mn和Ni原子在富Cu相的中心发生偏聚,导致在富Cu相界面形成B2环。Mn含量变化会改变富Cu相的形貌和析出机制。在Mn含量较低时,富Cu相仅发生Ostwald粗化,其形貌为球形;而在Mn含量较高时,富Cu相的粗化机制包括Ostwald粗化和合并长大,其形貌从球形转变为棒状。提高Mn含量会促进富Cu相的析出,其体积分数和半径也增大,但数量减少。

(Si+Mn)/Fe对Al-5Cu合金铸态组织及力学性能的影响

在Al-5Cu-0.3Fe高强铸造合金中添加Mn和Si,采用OM、SEM、EDS及DSC等分析方法研究(Si+Mn)/Fe质量比(K=3、4、5和6)对其铸态组织及力学性能的影响。结果表明:随着K值的增大,富Fe相形貌的变化趋势为针状→汉字状→粗大汉字状富Fe相聚集,富Fe相由针状Al 3FeMn向汉字状Al 6FeMn转变。Al-5.0Cu-0.3Fe-1Si-x Mn合金,K=4时,拉伸断口展现良好的塑性特征,合金的综合力学性能最佳,比K=3时抗拉强度和延伸率分别提高了22%和65%。Si和Mn元素对Al-5.0Cu-0.3Fe合金的富Fe相有良好的变质作用。适当减少Mn的添加量,而增加Si的含量,保持(Si+Mn)/Fe=4,有助于减少合金的孔洞缺陷,降低热裂敏感性,较好地调控富Fe相形貌和尺寸。

Ni-Cu掺杂诱导制备两类截角八面体LiMn_(2)O_(4)材料及其电化学性能

结合元素掺杂和晶面调控策略制备了同时包含(111)、(110)和(100)三个晶面和包含(111)和(100)两个晶面的两类截角八面体形貌的LiNi_(0.03)Cu_(0.06)Mn_(1.91)O_(4)正极材料,并研究了其电化学性能。结果表明:Ni-Cu共掺杂有效抑制了尖晶石LiMn_(2)O_(4)的Jahn-Teller效应,促进了其晶体发育和晶面的择优生长,但部分晶面发育较不完善,与一般情况不同的是Ni-Cu共掺后LiNi_(0.03)Cu_(0.06)Mn_(1.91)O_(4)正极材料的颗粒粒径显著增大;形成的截角八面体形貌中高暴露(111)面降低了Mn的溶解,少部分(110)和(100)晶面增加了Li^(+)的扩散通道。恒电流充放电测试结果表明:在5 C和10 C倍率下,LiNi_(0.03)Cu_(0.06)Mn_(1.91)O_(4)样品的首次放电容量分别为107.4和98.2 mAh/g,循环1000次,其容量保持率分别为72.5%和76.3%。而LiNi_(0.03)Mn_(1.97)O_(4)在相同的电流密度下其首次放电比容量为99.5和72.7 mAh/g,容量保持率为67.2%和73.2%。甚至在20 C下,LiNi_(0.03)Cu_(0.06)Mn_(1.91)O_(4)样品1000次循环后容量保持率高达89.3%。循环伏安和电化学阻抗测试表明:LiNi_(0.03)Cu_(0.06)Mn_(1.91)O_(4)材料有较高的Li^(+)的传输速率和较低的锂离子脱/嵌能垒。