(Mn,Fe)_(2)(P,Si)化合物的单晶生长及其磁性

Fe_(2)P型一级相变材料因其巨磁热效应和原材料丰富且低廉等特点,在室温磁制冷和磁热泵等新兴绿色环保技术领域具有良好的应用前景。在高能球磨和固相烧结法制备(Mn,Fe)_(2)(P,Si)多晶样品的基础上,通过助溶剂法生长(Mn,Fe)_(2)(P,Si)单晶,研究Fe_(2)P型(Mn,Fe)_(2)(P,Si)系列化合物的单晶生长工艺。利用扫描电镜(SEM)观察单晶微观形貌,用电子能谱(EDS)对单晶的化学成分进行定量分析,研究其化学成分对经过一级磁相变之后的微观组织结构的影响。结果表明,通过优化初始成分和制备工艺,可生长具有不同Mn∶Fe和P∶Si成分比例的单晶;发现Mn_(0.7)Fe_(1.31)P_(0.72)Si_(0.30)单晶在发生一级相变时的内应力最小,经过三次一级磁相变后仍保留原有形状。磁性测量结果表明,通过改变Si和Fe含量,可将一级相变引起的热滞从60 K降到10K左右,成功调控了(Mn,Fe)_(2)(P,Si)单晶的一级相变和微观组织结构。

Tb_2Fe_(17)和Tb_2(Fe,Si)_(17)磁性单晶的生长和相图

R2 Fe17(R为稀土 )是一大类稀土金属间化合物 ,具有硬磁特性。本工作生长了Tb2 Fe17和以Si部分替代Fe的Tb2 Fe17-xSix(x =1 ,2 ,3)的单晶 ,并研究了单晶的磁性和该化合物的相图。实验发现 ,该材料单晶生长的择优方向为其基本结构 ,六方Th2 Ni17的c轴方向 ,有Si替代和无Si替代均能同成分生长。这一结果与最新版本所载的Tb Fe二元相图中Tb2 Fe17为强烈的包晶反应是不一致的。为此做了Tb2 Fe17成分附近各种成分的差热分析。证明了这一化合物的同成分熔化性质 ,确定了其熔点和附近的一个共晶点 ,修正了以往的相图。物性研究发现 ,当Si替代Fe达到x =3时 ,化合物结构出现基本的Th2 Ni17和另一种三角结构Th2 Zn17的混合。化合物的居里温度随Si含量增加而上升。Si的替代产生了低温下c轴方向的矫顽力 ,认为是Si取代Fe位引起的能垒变化对磁畴的钉扎所致。在无Si替代的单晶样品中 ,难磁化的c轴样品出现一级磁化过程 (FOMP) ,其起始磁场为 2 .5T ,比以往报道的 3.5T降低很多 ,表明较高的完整性和较低的缺陷密度降低了磁畴的钉扎势垒。

氢在Zr(Cr,Fe)2第二相晶体中扩散的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算氢原子在Zr(Cr,Fe)2(Fe/Cr=1∶7)晶体中的稳定间隙形成能.采用基于过渡态搜索理论的CI-NEB(climbing image nudged elastic band)方法预测氢原子在该晶体中的扩散路径及扩散势垒.研究结果表明,间隙氢原子在Zr(Cr,Fe)2(Fe/Cr=1∶7)晶体中存在7种四面体间隙位(分别定义为ABCDEFG),7个间隙位均可稳定占据,其中G位点系统最稳定;最可能的扩散路径为B→C→D→E→F→G.

锆合金第二相研究述评(Ⅱ):Zr-Sn-Nb-Fe系合金

对国内外关于Zr-Sn-Nb-Fe系新锆合金中第二相粒子的研究情况进行评述,并重点探讨不同种类Zr-Nb-Fe析出相的成分、晶体结构及其形成机制和条件。合金中的Zr-Nb-Fe析出相有两种:一种为六方结构的MgZn2型Zr(Nb,Fe)2Laves相,其形成与合金中作为杂质存在的Cr元素有关;另一种为立方结构的Ti2Ni型(Zr,Nb)2Fe相,与合金中普遍含有的O元素有关。对大量不同成分的Zr-Sn-Nb-Fe系合金的检测证实,可以用一个由合金中Nb和Fe含量确定的R*参数来分析其成分变化时合金中可能出现的析出相类型。

Zr-4合金中氢化物析出长大的透射电镜原位研究

用透射电子显微镜拉伸试样台原位研究了应力、电子束辐照以及第二相对Zr-4合金中氢化物析出和长大的影响。结果表明,在拉应力作用下,裂纹易于沿氢化物扩展,并在裂尖垂直于拉应力方向析出新的氢化物。氢化物在拉应力诱发下的析出、开裂、再析出·····过程,导致了氢致延迟开裂。在较强的会聚电子束辐照下,Zr-4合金中的氢化物会分解,新的氢化物会围绕着附近的Zr(Fe,Cr)2第二相粒子析出,新析出的氢化物为面心立方结构的δ相。

Zr-Sn系合金在过热蒸气中的腐蚀吸氢行为

研究第二相大小和种类对Zr-2和Zr-4合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为的影响。结果表明:吸氢量的多少和耐腐蚀性能的好坏之间并不一定存在严格的对应关系,而是与第二相大小和种类密切相关。在相同腐蚀增重下,含粗大第二相样品的吸氢量均大于含细小第二相样品;第二相比较粗大的Zr-2样品的吸氢量比Zr-4样品大得多;而第二相比较细小的Zr-2和Zr-4样品的吸氢量差别却很小。对Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)金属间化合物及纯锆进行的PCT和吸放氢动力学测试表明,前两者可自由吸放氢,且吸放氢速度快,而纯锆只能吸氢难以放氢。据此,Zr-Sn系合金在400℃,10.3MPa过热蒸气中腐蚀吸氢行为可以用提出的"在金属/氧化膜界面处Zr和OH-反应生成的氢可以优先被镶嵌在金属/氧化膜界面处的可逆吸放氢能力强于Zr的Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe,Ni)第二相捕获,它们可作为吸氢的优先通道"的吸氢模型得到合理解释。

热轧温度对Zr-Sn-Nb合金中第二相粒子的影响

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),对于不同热轧温度下,优化N18合金(Zr-Sn-Nb系合金)中第二相粒子的分布、尺寸、成分和物相进行了研究。结果分析发现,当热轧温度在α单相温度区间时,热轧后板材内部为单一的α相组织,第二相粒子发生明显粗化,同时存在FCC和HCP两类Zr(Nb,Cr,Fe)2第二相粒子。当热轧温度在α+β两相温度区间时,板材中会同时存在α相组织和β相时效组织。在α相组织中,第二相粒子较大,数量较少;β相时效组织中第二相颗粒较小且团聚,数量较多。当热轧温度在α+β两相温度区间时,随着热轧温度升高,α相组织中第二相尺寸会明显减小,同时FCC结构的Zr(Nb,Cr,Fe)2第二相逐渐向更稳定的HCP结构的第二相转变。β相时效组织中第二相中Nb的含量远高于α相组织中第二相,主要的原因是在α+β两相温度区间热轧时,β相中Nb的固溶度远高于Fe和Cr的固溶度。