Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

基于Fe-Ga合金丝的柔性触觉传感器阵列设计与输出特性

基于生物皮肤的触觉感知机理和维拉利效应,以铁镓(Fe-Ga)合金丝为核心传感元件,设计了一种新型的触觉传感单元和柔性触觉传感器阵列,可用于测试机械手的接触力。根据线性压磁方程和电磁学理论,建立了触觉传感单元的接触力检测模型,制作了触觉传感单元和柔性触觉传感器阵列样机,并通过实验对其输出特性进行了验证。结果表明:触觉传感单元在0~3 N范围内,灵敏度为127 mV/N,且动态性能良好。将2个2×2柔性传感器阵列安装于机械手的柔性指节处,夹取具有柱面特征和球面特征的物体,全部触头均接触到目标物体,实现了在智能机械手的曲面装载和精确感知要求。

超声波电沉积制备Fe-Ni-Co合金箔

Fe-Ni-Co合金箔是过渡金属合金的一种重要类型,在储氢和磁性材料领域具有巨大的应用前景。本研究在氨基磺酸盐-氯化物电镀液体系中,采用电沉积法在纯钛基底上制备出铁基Fe-Ni-Co合金箔,考察pH值、温度、电流密度、超声波功率对Fe-Ni-Co合金箔的形貌、化学成分、晶体结构的影响。结果表明,当pH=2.0、温度为60℃、电流密度为50 mA/cm^(2)、超声波功率为45 W时,合金箔表面平整且气孔较少,杂质元素含量低,截面成分分布较均匀;合金是以Ni为溶剂、Fe和Co为溶质的置换型固溶体,为面心立方的γ-(Fe, Ni)相,硬度及耐腐蚀性能均较好。

基于高磷铁矿制备Fe-P合金催化剂用于高效全解水反应

本工作首次报道了一种高磷铁矿协同纯Ca_(3)(PO_(4))_(2)熔融还原并结合单辊旋淬技术制备Fe-P合金带材催化剂的短流程冶金工艺,该工艺具有成本低、产品附加值高、易于工业化的优点。针对电催化析氢合金催化剂低成本高效制备难题,国内外学者进行了重点研究。因此,通过短流程冶金的方法制备Fe-P合金带材催化剂并将其用于电催化制氢(HER)领域,一方面降低了冶金过程中二氧化碳和其他大气污染物的排放,另一方面为冶金资源实现“大型化、清洁化、连续化、自动化”再利用平台搭建提供了指导方案,有望解决催化剂技术在发展中存在的“卡脖子”问题。

Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织与性能的影响

研究Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织及性能的影响。采用电火花等离子烧结、冷轧以及时效处理工艺制备4种不同铁含量(5%、10%、20%和40%,质量分数)的Cu-Fe合金。研究结果表明,随着Fe含量从5%(质量分数)增加到40%(质量分数),Fe相由离散球形分布演变为连续交错分布,Fe相尺寸从0.29μm增加到1.20μm;时效态的Cu-Fe合金的屈服强度从411.5 MPa提高到788.8 MPa,电导率从62.5%(IACS)降低到42.0%(IACS)。在以上结果的基础上,提出一种混合法则计算Cu基体、初级Fe相和次级Fe相对屈服强度的贡献,可较好地预测Fe含量高于10%(质量分数)合金的力学性能。

淬火温度对气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢组织和力学性能的影响

为了优化一种气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢的淬火工艺,采用SEM,TEM,EBSD和拉伸、冲击等观察和检测手段,研究了淬火温度对一种气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,不同淬火温度处理后的合金钢,均呈现为板条马氏体组织,其碳化物析出和板条亚结构基本保持不变,而原始奥氏体晶粒则随淬火温度的提高而出现明显的粗化,由800℃的4.3µm长大到930,1200℃的29.6,371.1µm,同时有效晶粒尺寸(EGS)也逐渐增加,800,930,1200℃的EGS分别为0.60,1.20,3.22µm。淬火温度对合金钢的室温抗拉、屈服强度和断后伸长率影响较小,而随着淬火温度的提高,冲击吸收能量则出现了显著的下降,由800℃的119 J,下降到930,1200℃的68,38 J。EGS增大导致冲击断裂时出现解理断裂,是较高淬火温度合金钢冲击吸收能量下降的主要原因。淬火温度为800~860℃时,Fe-Cr-Ni-Mo钢具有良好的强韧性匹配,该研究结果对Fe-Cr-Ni-Mo钢制气瓶的工业化生产具有指导意义。

Ni-Mn-Ga-Fe合金纤维的马氏体相变与超弹性

通过高真空电弧熔炼炉和熔体抽拉液态成形设备制备Ni-Mn-Ga和Ni-Mn-Ga-Fe纤维,并对纤维进行阶梯式有序化热处理。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、射线衍射仪(XRD)对其微结构和相结构进行表征;利用差示扫描量热仪(DSC)对纤维的马氏体相变过程进行分析;利用动态机械分析仪对纤维的超弹性进行测试。结果表明:有序化热处理后纤维内部原子排列有序性提高,相邻孪晶间沿近90°大角度晶界方向生长,晶界处平直。Fe掺杂使得纤维内部晶粒细化,晶格体积缩小,纤维整体致密性提高。Fe掺杂使得晶格内自由电子数量增多,电子浓度升高,致使马氏体相变(martensitic transformation,MT)的相变温度(M s)明显提高;通过有序化热处理,高温下的自由电子自由排列,形成有差异性的新布里渊区,构成新的孪晶界,进一步提高晶格内部的致密程度。同时Fe具备耐高温、抗拉强度高的特性,Fe掺杂的Ni-Mn-Ga纤维降低了其本征脆性。超弹性曲线显示了热弹性马氏体相变的两个基本特征:完全超弹性(superelasticity,SE)和低温恢复特性。在超弹性实验中,Ni_(50)Mn_(25)Ga_(20)Fe 5纤维在355 K测试温度时达到完全SE;在测试温度T test>M_(s)+8 K时,达到100%的应变恢复率(strain recovery rate),较Ni-Mn-Ga纤维(≈90%)有所提高。与其他合金(如Ti-Ni和Cu-Al-Ni合金)相比,Ni-Mn-Ga-Fe纤维显示出更大的临界应力值和更宽的SE温度空间。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

冷却方式对Cu-10Fe合金铸态组织和性能的影响

采用不同铸造冷却方式(石墨模、水冷铜模)制备Cu-10Fe合金,研究了冷却方式对Cu-10Fe合金铸态组织和性能的影响。结果表明,冷却方式对Cu-10Fe合金抗拉强度和电导率影响显著。采用石墨模时,Fe元素在基体中固溶度降低,促进Fe相析出,对提高合金的电导率有利。采用水冷铜模时,合金组织明显细化,Fe元素在基体中固溶度增加,合金的抗拉强度、硬度显著提高,而电导率小幅下降,其抗拉强度为299.1 MPa,硬度为103.6 HV,电导率49.58%IACS,综合性能良好。

Ce掺杂对Fe_(81)Ga_(15.5)A1_(3.5)合金微观结构和磁性能的影响

以Fe_(81)Ga_(15.5)Al_(3.5)合金为基体向其中掺杂Ce元素,研究(Fe_(81)Ga_(15.5)Al_(3.5))_(100-x)Ce_(x)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)合金微观结构和磁性能的变化。结果显示:Fe_(81)Ga_(15.5)A1_(3.5)合金的晶粒形状为柱状晶,加入Ce元素后,晶粒形状变为树枝晶。少量Ce元素加入时,(Fe_(81)Ga_(15.5)Al_(3.5))_(100-x)Ce_(x)合金的相结构仍以A2相为主;当x>0.8%时,合金的相结构由A2相和CeCa_(2)相组成。Ce元素的加入可以改变合金[100]晶向的取向性;合金的晶格常数随着Ce含量的增加而逐渐减小。在扫描电镜下,可以观察到Fe_(81)Ga_(15.5)Al_(3.5)合金基体内有深色的点状析出物呈无序分布,随着Ce元素加入,有白色析出物分布在基体内和晶界处。EDS成分分析表明,Ce元素难溶于基体相内,Ce元素会以CaCe_(2)相的形式存在晶界处,对(Fe_(81)Ga_(15.5)Al_(3.5))_(100-x)Ce_(x)金的磁致伸缩性能产生影响。在x=0.2%时,合金平行磁致伸缩系数(λ//)达到182×10^(-6),相比Fe_(81)Ga_(15.5)Al_(3.5)合金有小幅提升。并且作为软磁材料,该成分的合金兼备高饱和磁化强度(Ms)和低矫顽力(Hc)的特性,适合实际生产应用。

导流管参数对真空紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末的影响

采用真空紧耦合气雾化法制备Fe–Cr合金粉末,研究了导流管直径与导流管伸出长度对Fe–Cr合金粉末粒度分布、收得率、中位粒径(D_(50))的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,当导流管直径从4.5 mm增大到6.0 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线右移,中位粒径增大,细粉收得率减小,粉末流动性减小,松装密度减小;当导流管伸出长度由2.0 mm增加到2.5 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线左移,中位粒径减小,细粉收得率增加,粉末流动性增加,松装密度升高。综上所述,雾化压力3.8 MPa,过热度250℃,导流管直径4.5 mm,导流管伸出长度2.5 mm,制备得到的Fe–Cr合金粉末综合性能最优。

双尺度Fe_(3)Si相调控对Cu-2.5Fe-0.2Si合金组织和性能的影响

通过在铜铁合金中添加微量Si元素,并利用组合形变热处理工艺对亚微米级Fe_(3)Si相和纳米级Fe_(3)Si相的析出行为进行调控。结果表明:处理后的Cu-2.5Fe-0.2Si合金中形成了大量细小的再结晶晶粒,其抗拉强度、电导率和伸长率分别为401MPa、69.25%IACS和12.50%。合金中纳米级Fe_(3)Si析出相与铜基体的位向关系为[011ˉ]Cu//[11ˉ1]Fe_(3)Si。双尺度Fe_(3)Si相对合金屈服强度的提高均有贡献。其中,纳米级析出相对屈服强度的贡献值更大,约为亚微米级第二相的6倍。相比于Cu-2.5Fe合金,Si的添加促进了合金基体中铁相的析出及细化,降低了动态再结晶温度,进而实现了合金强度、电导率和塑性的协同提高。

静电纺丝法制备SnSbCuFeZn高熵合金/碳纳米纤维复合负极材料

采用静电纺丝技术,结合煅烧工艺,将SnSbCuFeZn高熵合金纳米颗粒均匀地锚定在导电互联的碳纳米纤维中,成功制备了SnSbCuFeZn@CNFs锂离子电池复合负极材料。结果表明,煅烧温度对材料的物相组成和形貌特征有重要影响,且直接影响SnSbCuFeZn高熵合金纳米颗粒的晶相、尺寸和分布,决定SnSbCuFeZn@CNFs电极的电化学性能。其中SnSbCuFeZn@CNFs-900电极展现出优良综合性能:0.1 A/g时,初始放电比容量达1232.8 mA/g,循环200次后可逆放电比容量保持在786.0 mA/g;1.0 A/g时,循环500次后放电比容量仍有433.8 mA/g;2.0 mV/s扫描速度下,赝电容贡献率高达93.37%。

旋转锻造加工高比重W-Ni-Fe合金的退火工艺研究

使用粉末冶金工艺制备Ni/Fe为7∶3的W-Ni-Fe高比重钨合金,在使用旋转锻造方法进行形变强化后进行热处理。结果表明,锻造态W-Ni-Fe合金经过一定温度的锻后退火,强度有所提高,而塑性下降。样品的强度在一定的退火温度和保温时间范围内能得到提升,更高温度和更高时间的保温会使样品强度下降。不同钨含量的W-Ni-Fe合金,强度提升最大的退火温度和时间条件不同。SEM图像显示,退火前样品钨颗粒因旋转锻造变形呈现长条状织构,退火后钨颗粒的形状无明显变化。这些现象说明,锻造变形的合金样品经过锻后退火发生应变时效现象,使强度得到提升。研究明确了不同钨含量的W-Ni-Fe合金最佳的锻后退火工艺参数。

一种新型Ni-Fe基高温合金的微观组织演化与蠕变行为

采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射技术,研究了GH4070P合金在725℃/180 MPa和725℃/150 MPa条件下的蠕变行为,分析了合金在不同条件下蠕变后的微观组织和晶体学特征,揭示了合金蠕变过程中析出相的演变规律及断裂机制。结果表明:在725℃/180 MPa和725℃/150 MPa蠕变条件下,位错通过Orowan机制绕过γ′析出相;725℃/150 MPa蠕变合金由于γ′相的粗化产生位错塞积。蠕变期间,合金晶界应力集中较为明显,产生了蠕变孔洞和微裂纹,最终导致沿晶断裂。

Fe-Si-B非晶合金粉末的制备及吸波性能

采用正交试验法,利用硼氢化钠水溶液还原氯化亚铁和氟硅酸钠水溶液中的Fe和Si,制备出一种粒径为200~500 nm的球形粉末,采用X射线衍射仪、同步热分析仪、透射电子显微镜及选区电子衍射、X射线光电子能谱仪以及电感耦合等离子体光谱分析表明该粉末是成分为Fe87.6Si1.08B11.31的非晶态合金。利用矢量网络分析仪研究了该粉末的吸波性能,结果表明:该粉末在14.56 GHz处最小反射损耗为-44.8 dB,对应的匹配厚度为1.5 mm,有效带宽为6.16 GHz且为最大吸收带宽。对电磁波的损耗以磁损耗为主,介电损耗为辅,其中介电损耗以偶极极化为主,磁损耗以涡流损耗和自然共振为主。

可降解Fe@Fe-Zn骨组织工程支架体外生物相容性研究

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能。结果随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5%(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6%;复合材料的降解速率为0.44~0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25%(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5%时,材料的抗菌性能最好。结论通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高。随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高。Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料。

Ni替换Fe对FeNiSiB合金非晶形成能力和性能的影响

利用单铜辊甩带法制备(Fe_(1-x)Ni_(x))_(83)Si_(1)B_(16)(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)非晶合金带材,并进行退火处理。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)、直流/交流磁化特性自动测试分析仪(BH)、维氏硬度计、Instron机械试验机分析研究不同的Fe/Ni比例对于FeNiSiB合金带材的非晶形成能力、软磁性能和力学性能的影响。结果表明随着Ni元素不断替换Fe元素,FeNiSiB合金带材会有晶化的趋势,并且有α-Fe相析出,第一晶化温度T x1不断降低,力学性能有所提升,维氏硬度和抗拉强度分别高达770.0和2452 MPa。适当的Fe/Ni比例会使得材料的软磁性能显著提升,其中(Fe_(0.8)Ni_(0.2))83-Si 1B 16在退火处理后饱和磁感应强度Bs为1.62 T,矫顽力Hc仅为0.5 A/m,初始磁导率μi为33000。