Fe-Si合金系熔体结构的X射线衍射研究

利用X射线衍射仪,在1550℃研究了从纯Fe到纯Si共14个成分的合金熔体的结构,所选取合金包括某些在固态时的金属间化合物或有序固溶体,成分间隔大约为10％Si(原子分数).通过对结构因子第一峰高度、位置及其半高宽、偶相关函数第一峰位置、径向分布函数第一峰形状以及配位数等随成分变化的分析,认为Fe-Si合金系的熔体结构在整个成分范围内可以分成4个区间,它们的边界分别为纯Fe,Fe0.754Si0.246,R0.50Si0.50,Fe0.282Si0.718和纯Si,在边界合金的两边,结构呈现明显差别.液态Fe0.50Si0.50合金的结构保留了一些金属间化合物FeSi的特征,当Si含量大于50.0％时,Fe-Si合金熔体中开始出现Si-Si共价键.对其他研究者所使用的模型和结论进行了讨论.

Fe-Si合金相图中α_2相的结构及其电子理论分析

对Fe Si合金相图中α2 相的结构进行了模型构造 ,指出α2 相并非为B2 型简单体心立方结构 ,而是一种类似于B2 型结构的超结构 ,其中包含着以Fe原子和Si原子为中心的两种不同的结构单元。Fe原子和Si原子按照这种方式在空间交替排列时 ,位于中心的Si原子仍保持为正四面体结构 ,这与硅晶体的实际结构是相吻合的。利用固体与分子经验电子理论对其进行了价电子结构计算 ,结果表明 ,α2 相中的共价电子主要集中在最强的FeⅠ —Si和FeⅠ —FeⅡ 键上。对其脆性和强度进行了电子理论分析。

机械合金化在Fe-Si合金制备中的应用

机械合金化是一种新的材料制备方法,近年来在功能材料的制备中得到了广泛的应用。该文简要回顾了机械合金化的发展历史,阐述了机械合金化的原理及反应机制,介绍了机械合金化技术在过饱和固溶体、非晶、纳米晶及金属间化合物等领域的应用状况。指出机械合金化过程的热力学和动力学研究及合金相结构、性能与球磨工艺条件之间的规律是今后研究的重点,后续处理工艺的改进是产品实现从实验室向工业应用转变的重要保证。

Si含量对熔炼Fe-Si合金高温氧化行为的影响

为了揭示Si元素含量对合金高温氧化行为的影响机制，采用电弧熔炼（CA）方法制备3种成份的FOSi合金（CA Fe-0．5Si、CA Fe-1Si和CA Fe-3Si），采用Zry-2P综合热分析仪研究了它们在900-1000℃纯O2中的高温氧化行为．动力学分析表明：随着温度的升高，相同成份的Fe-Si合金氧化速度明显提高；相同温度下随着Si含量的增加，Fe—Si合金的氧化速度明显下降．X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明：3种成份的Fe-Si合金氧化后均形成了Fe2O3→Fe3O4＋FeO→FeO→FeO＋SiO2结构的氧化膜，均未形成连续的SiO2保护膜．

Fe-Si合金磁性能和力学性能的第一性原理计算

基于第一性原理方法计算了Si对α-Fe体系在稳定性,磁性能以及力学性能的影响。计算结果表明,Si可以稳定存在于α-Fe中,Fe-Si体系的稳定性大于α-Fe;Fe-Si体系的总磁矩小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的磁致伸缩系数小于纯Fe体系,且Si的掺杂使得态密度峰值整体左移,Fe-Si体系的导电性降低,电阻率增加,增加了体系的软磁性能;Si的掺杂使得体系的硬度增大,韧性减小,可加工性能降低,Fe-Si体系的平均键长小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的键能增强,这是Fe-Si体系硬度大于纯Fe体系的主要原因,Si的掺杂导致Si周围的电荷密度明显小于纯Fe体系,这是Fe-Si体系韧性减小的原因。

工艺方法对Cu-Si和Fe-Si合金高温氧化行为的影响

采用电弧熔炼(CA)和机械合金化(MA)方法制备了不同显微组织的二元Fe-Si和Cu-Si合金,并研究了它们在不同温度下纯O2中的高温氧化行为。动力学分析表明,制备工艺对两种合金高温氧化行为的影响结果截然不同,机械合金化方法提高了Cu-Si合金的抗高温氧化性能但降低了Fe-Si合金的抗高温氧化性能。X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明,两种方法制备的Fe-1Si合金氧化生成了Fe2O3→Fe3O4+FeO→FeO→FeO+SiO2结构的氧化膜;而Cu-1.3Si合金氧化后生成了CuO→Cu2O→Cu2O+SiO2→内氧化区结构的氧化膜;虽然两种合金氧化后均生成了富SiO2的混合氧化区,但未形成连续的SiO2保护膜。探讨了晶粒尺寸对合金高温氧化行为的影响机理。

基于Voronoi微观晶粒结构确定Fe-Si合金中硅的晶界扩散系数

铁基体中渗硅是生成高硅钢材料的主要方法,但现有的硅扩散过程分析往往只考虑整体的扩散效果,忽略了微观晶粒间与晶粒内的扩散差异。为了研究晶界对于扩散的影响,本文基于Voronoi图建立三维微观模型模拟了晶粒间与晶粒内的硅扩散行为。通过化学气相沉积实验、扫描电镜以及能谱元素分析测量计算得到材料微观结构参数和晶粒内的体扩散系数Dg。通过实验得到晶界宽度、晶粒尺寸等材料微观结构,在此基础上用有限元计算获得微观体积元中晶界的扩散系数Dgb。实验与模拟结果均表明硅在铁晶粒与晶界内的扩散存在明显差异,晶界扩散速率为3.3×10-3 mm2/s,大致是体扩散速率的103~104倍,通过晶界扩散入基体的硅通量达到总通量的近三分之一,因此增大晶界体积分数对提高CVD渗硅效率和渗硅量有着重要作用。

电脉冲孕育处理对不同Si含量Fe-Si合金凝固组织的影响

研究了电脉冲孕育处理对Si含量为2.5%、1.5%、1.0%、0.5%的铁硅二元合金凝固组织的影响。在一定过热度(1550℃)的情况下,对不同成分的Fe-Si合金进行电脉冲处理,比较其凝固组织,结果发现:经电脉冲孕育处理后,Si含量为2.5%和1.5%的铁硅合金凝固组织发生了明显的细化,中心等轴晶区扩大,柱状晶变短。Si含量为1.0%和0.5%的铁硅合金凝固组织变化不明显。分析认为,电脉冲处理使Si原子的外层电子发生了杂化,成键能力增强,在合金熔体中形成了较多数量的原子集团,促进凝固时的形核,使凝固组织发生了细化。当Si含量较高时,金属熔体对电脉冲处理的响应更为明显。

纳米晶Fe-Si合金粉末的微结构及磁性能研究

通过高能球磨法制备Fe75Si25纳米晶合金粉末,研究了高能球磨下的反应进程及产物,并讨论了合金粉末的微观结构和磁性能。结果表明:对于Fe75Si25粉末,合金化得到的是bcc晶体结构的-αFe(Si)固溶体。球磨84h以后,晶粒度达到了18nm,并且合金化程度较高。合金粉末具有良好的软磁性能,粉末的磁导率和比磁化强度,随着球磨时间的增加呈先减小后增大的趋势。热处理温度对粉末磁性能有着较大的影响,在380℃左右合金粉末的磁性能最好。

机械合金化法制备Cr掺杂Fe-Si合金

采用高能行星式球磨机制备了Cr掺杂Fe-Si混合粉,用X射线衍射（XRD）测试研究Cr掺杂Fe-Si合金的机械合金化过程,实验结果表明,随着球磨强度的增加,Fe、Cr、Si粉末通过原子扩散实现机械合金化,最佳的球磨工艺参数为：球磨时间35h、球磨机转速360r/min、球料比40：1。

基于人工神经网络预测Fe-Si合金层性能及工艺优化研究

采用Visual C# 2005计算机高级编程语言开发人工神经网络智能软件,应用此软件,建立了Fe-Si合金化工艺参数与合金层性能指标之间映射关系的模型。经过学习,可以验证或预测得出的饱和磁化强度和腐蚀电流密度,且与实际试验结果接近。建立合金化多指标综合性能评价模型,并建立合金化工艺参数对合金层各性能指标的影响,通过对合金层各性能指标权重的调整,根据需求确定出合金层的综合性能值,从而给出最优的工艺参数。从预测结果可以得出,合金化工艺为Si摩尔分数为0.23~0.35,温度在1000 ℃时,可得到最优性能,合金化样品的两项性能指标达到最优。

机械合金化法制备Fe-Si纳米晶合金

研究了机械合金化法制备Fe Si纳米晶合金 ,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对经不同机械合金化工艺条件处理的Fe3 3 Si67混合粉末进行了分析 ,结果表明 :Fe3 3 Si67混合粉末球磨 2 0h后可实现机械合金化。随着球磨持续进行 ,合金化的粉末和晶粒不断细化 ,最后可得到Fe

氯化物盐膜下Fe-Si合金加速腐蚀行为的研究

研究比较了Fe-10Si和Fe-22Si两种合金在600~700℃于ZnCl2-KCl盐膜下的氧化行为。结果表明,无盐膜下Fe-22Si合金表现出良好的抗氧化性能,而Fe-10Si合金表面生成了具有双层结构的氧化层,外层主要为Fe的氧化物,内层为Fe和Si混合氧化物。而在盐膜下两种合金均发生了加速腐蚀,表面生成了疏松多孔的腐蚀产物,并出现内腐蚀,尤其是Fe-22Si合金表面保护性膜发生退化。合金的腐蚀速率随Si含量的增加而降低,Fe-Si合金的加速腐蚀主要是由于金属表面保护膜与氯化物沉积盐发生反应所致,通过热力学相图预测了可能发生的腐蚀反应,并探讨了加速腐蚀机制以及Si的效应。

Si含量对Fe-Si合金渗碳处理组织和性能的影响

以Fe-Si二元合金为基体进行表面渗碳处理,研究了Si含量对渗碳层组织、硬度及耐磨性的影响。结果显示基体中的Si原子在渗碳过程中氧化形成SiO2沿奥氏体晶界分布,随Si含量增加,SiO2含量增加并呈连续网状分布。渗碳处理后Fe-Si合金表面硬度在64HRC以上,硅原子对渗碳过程产生阻碍作用,渗碳有效硬化层深度随Si含量增加显著降低。干摩擦条件下Fe-Si合金渗碳层抗平面滑动摩擦磨损性能随Si含量增加逐渐提高,Fe-3%Si合金耐磨性高于高铬铸铁。

Fe-Si合金钢氧化铁皮的结构对酸洗行为的影响

通过扫描电镜观测、拉曼光谱分析、电化学酸洗模拟等方法,研究了Fe-Si合金钢的氧化铁皮结构和酸洗动力学行为。结果表明,Fe-Si合金钢氧化铁皮-基体分界面上生成的Fe_2SiO_4层能提高Fe-Si合金钢的抗氧化性,使得其氧化铁皮厚度小于DC-03。Fe-Si合金钢的氧化铁皮存在贯穿至基体分界面的原始裂缝,HCl溶液通过原始裂缝渗入基体分界面,导致其酸洗过程跳过＂孕育期＂,直接进入＂加速期＂和＂平稳期＂,使得Fe-Si合金钢的酸洗时间比DC-03短。超声辅助酸洗和酸洗温度的提高,均能提高Fe-Si合金钢酸洗后的表面质量,减少＂红色氧化铁皮＂的残留。

Fe-Si合金在600℃不同气氛中的腐蚀

研究了Fe-5Si,Fe-9Si和Fe-13Si合金在600℃下H2-CO2和H2-CO2-H2S两种气氛中的腐蚀行为。结果表明:在两种气氛中,3种合金的腐蚀均遵循近似抛物线规律;并且合金在含S和不含S气氛中的抛物线速率常数数量级分别为10-8和10-10g2·cm-4·s-1。在H2-CO2气氛中合金氧化膜由Fe的氧化物外层、Fe与Si的混合氧化物内层及Si的内氧化区组成;在H2-CO2-H2S气氛中则由层状的FeS外层和FeS+SiO2混合内层组成。两种气氛中合金均没有生成连续的SiO2外氧化膜。气氛中S的加入使合金表面生成了大量的FeS,FeS中较高的离子缺陷浓度为Fe2+向外扩散提供了通道,从而明显增大了合金的腐蚀速率。Si氧化物的生成提高了Fe在两种气氛中的耐腐蚀性。

扁平化Fe-Si-Al合金粉末的磁特性

采用砂磨工艺对水雾化Fe—Si—Al合金粉末进行扁平化处理，分别采用扫描电镜、红外吸收光谱表征样品结构，用振动样品磁强计测试静磁参数，并在2～18GHz范围内测试复数磁导率．结果表明。砂磨处理时间增加，粉末的扁平率增大；粉末表面存在偶联剂包覆层，饱和磁化强度增大、矫顽力降低；微波特性方面，材料在测试频率范围内具有良好的频率响应特性，随着扁平率增大，样品在同频率下的复数磁导率实部和虚部均相应提高，自然共振频率向高频移动．

Fe-Si-Al系合金粉微波吸收特性

采用扁平化工艺以及绝缘包覆工艺对铁硅铝系软磁合金粉末进行改性。对实验样品进行扫描电镜分析，观察颗粒形貌对材料性能的影响；探讨球磨时间以及不同绝缘介质含量对于材料电磁性能的影响规律。根据单层吸波材料（含导电衬底）对电磁波的反射率公式的分析以及对不同样品反射率的计算可知，球磨扁平化工艺以及绝缘包覆工艺可有效地改善铁硅铝金属粉末的微波吸收性能。经改性后的铁硅铝系软磁金属粉末在1．0～3．5GHz频段具有较好的吸波性能，可应用于抗电磁干扰领域。

Fe-Si合金在落管中无容器凝固的组织形成规律

采用落管方法实现了Fe-66.7(原子百分数)Si 合金的无容器凝固, 得到直径0.1～1.0 mm的合金小球.XRD, EDS和SEM测试结果表明: 凝固组织均由初生α相和α+ε共晶组织组成.随液滴直径减小, 初生α相发生'小平面生长-非小平面生长'转变, 共晶组织形态也发生了改变.在(φ)0.2 mm小球中, 同一样品的不同位置凝固组织也发生了这种转变.并且随小球直径减小, 初生相宽度减小.采用Newton冷却定律计算出不同直径液滴在落管中自由下落时的冷却速率, 并分析了冷却速率对凝固组织形貌的影响.