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。

累积连续流变挤压对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织性能影响

目的研究多道次累积连续流变挤压变形对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织演化和力学行为的影响,为高性能细晶Al-Mg(-Mn-Fe)合金的制备提供借鉴与参考。方法采用连续流变挤压方法制备Al-Mg(-Mn-Fe)合金,对流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金进行多道次累积连续流变挤压变形,研究多道次变形前后Al-Mg(-Mn-Fe)合金的微观组织和力学性能变化,讨论变形过程中Al_(6)(Mn,Fe)相对动态再结晶的影响,揭示累积连续流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金的强化机制。结果经3道次累积连续流变挤压变形后,Al-Mg合金和Al-Mg-Mn-Fe合金的平均晶粒尺寸分别减小至21.5μm和2.8μm,细化效果显著;在多道次变形过程中,Al-Mg-Mn-Fe合金内的Al_(6)(Mn,Fe)相逐渐破碎细化并趋于均匀分布,再结晶驱动力增加,阻碍再结晶晶粒长大;经3道次变形后,Al-Mg合金杆材的抗拉强度和伸长率同步提高至267.4 MPa和52.2%,而Al-Mg-Mn-Fe合金杆材的抗拉强度提高至364.2 MPa,伸长率降低至31.7%,该合金的强化机制主要包括细晶强化、位错强化和第二相强化。结论累积连续流变挤压变形可有效细化合金内的晶粒及第二相,提高Al-Mg(-Mn-Fe)合金的综合力学性能。

Mn-Fe-V-C系热力学性质研究

实验测定了1450℃Mn-Fe熔体和Mn-Fe-V-C系中C的溶解度。Mn-Fe熔体自纯Mn到纯Fe浓度范围,C溶解度可用下式计算:-lnXC-9.6310XC=-1.6094XMn-0.3241或-lnXC-11.4624XC=1.4914XFe-1.9335。Mn-Fe-V-C系(XV=0.0041～0.0985,XFe=0.0036～0.0872),C溶解度,lgγC和lgfC的计算式分别是-lnXC-11.4624XC=1.4914XFe-6.0124XV-1.8335,lnγC=-1.8335+11.4624XC+1.4914XFe-6.0124XV和lgfC=0.1771犤%C犦+0.0066犤%Fe犦-0.0277犤%V犦+0.0594。通过热力学推导与计算,得到如下热力学数据:(1)Fe-C系和Fe-Mn-C系,lnγ0C=-0.3241,εCC=9.6310,eCC=0.1625,εMnC=0.5491,εMnC=1.6094,eMnC=0.0063;(2)Mn-C系和Mn-Fe-C系,lnγ0C=-1.9335,εCC=11.4624,eCC=0.1771,εFeC=0.3545,εFeC=1.4914,eFeC=0.0066;(3)Mn-Fe-V-C系,εVC=-6.0124,eVC=-0.0277。

Mn-Fe/TiO_2低温NH_3选择性还原NO催化活性及其反应机制

采用共沉淀沉积法制备了Mn-Fe/TiO2NH3选择性催化还原(SCR)NO催化剂,80℃时即获得了92.5%的NOx转达化率,在(H2O)=6%和(SO2)=0.01%条件下120℃时转达化率保持在95%以上。X衍射光谱(XRD)结果表明,Fe2O3与与MnO2存在相互作用,两者均匀地分散在载体TiO2表面。傅立叶转换红外(FT-IR)及原位红外(SituIR)光谱分析得出反应机理为:Fe2O3为助催化剂,NH3主要以-NH2形式吸附在MnO2的Lewis酸中心上,与NO生成中间产物NH2NO,再分解成最终产物N2和H2O;少量以NH4+形式吸附在Brnst酸中心上。O2能同时增加Lewis酸中心和Brnst酸中心形成中间产物的途径。

Mn-Fe-C熔体活度相互作用系数

实验测定了不同温度Mn-Fe-C熔体中C的溶解度,目的在于获得Mn-Fe-C熔体活度相互作用系数,用新的方法处理实验数据。通过热力学推导和计算,获得了Mn-Fe-C熔体某些重要热力学性质与温度(1350℃≤T-273≤1450℃)的关系式。

退火工艺对薄壁Al-Mn-Fe-Si翅片铝箔力学性能和组织的影响

研究了退火温度和保温时间对AlMnFeSi翅片铝箔力学性能和组织的影响。结果表明,该翅片铝箔H26在255℃保温7～22h退火,其内部仍为纤维组织,没有发生再结晶,此时可获得优良的综合力学性能;其完全再结晶退火温度为480℃,保温1～22h,能获得较好的综合力学性能和细小的等轴晶组织。285～330℃是该铝箔退火应该回避的温度区,特别是在330℃保温22h后,翅片铝箔晶粒粗大,强度和伸长率出现双低现象。

Mn-Fe熔体的脱Si过程及Mn-Fe熔体氧位研究

通过实验（１３５０℃ ）测定 Ｍｎ－ＭｎＯ２平衡体系 Ｍｎ液氧位，验证了 ＺｒＯ２（ＭｇＯ）固体电解质定氧探头可用于测定 Ｍｎ－Ｆｅ熔体和锰液氧位．电动势－氧位换算关系式为 ｌｎ ｐｏ２－３１．５６－（６９５４８．８＋４６４２７．７×Ｅ）／Ｔ．使用 ＢａＣＯ３７０％－ＭｎＯ２５％－（Ｆｅ２Ｏ３＋ＢａＦ２）２５％（质量分数）的熔剂对高炉 Ｍｎ－Ｆｅ脱 Ｓｉ时，与最高脱 Ｓｉ率（７５％）对应的 Ｆｅ２Ｏ３含量是１２％； Ｍｎ－Ｆｅ熔体中氧位和 Ｃ的活度关系式为 ｐｏ２× １０１２＝３５．８１２－０．１０６×ａｃ； Ｍｎ－Ｆｅ熔体中氧位和 Ｍｎ损（ ［Ｍｎ］）关系为ｐｏ２×１０１２＝６．２３８＋０．６７９× ［Ｍｎ］．使用 ＢａＣＯ３６０％－ＢａＦ２１０％－ＭｎＯ２１５％－Ｆｅ２Ｏ３１５％熔剂对高炉 Ｍｎ－Ｆｅ脱Ｓｉ时， 最高脱 Ｓｉ率（８８．９％）和最高氧位（８．３１×１０－１２ Ｐａ）对应的脱 Ｓｉ时间为 １５ ｍｉｎ．脱 Ｓｉ实验结果表明：脱 Ｓｉ过程中Ｍｎ－Ｆｅ熔体的氧位是由熔体中碳氧反应控制的；脱 Ｓｉ保 Ｍｎ的最高氧位是 ６．２３８×１０－１２ Ｐａ．

Zr-Mn-Fe/Al_2O_3的低温脱硝性能

采用浸渍法用ZrOCl2.8H2O,Mn(NO3)2.6H2O和Fe(NO3)3.9H2O制备了Zr-Mn-Fe/Al2O3复合催化剂.通过调节质量分数分别为2%,5%和10%金属元素锰和锆的负载量制备了不同的催化剂,测试了其在NH3条件下的低温脱硝活性,研究了不同组分配比和氧气含量对催化剂脱硝性能的影响.通过在载体上分别单独负载Mn,Fe和Zr来探究脱硝过程中起主要作用的催化活性组分.实验结果表明,在体积分数φ(NO)=0.05%,摩尔比n(NH3)∶n(NO)=1∶1和φ(O2)=3.6%的条件下,制备的催化剂5Zr-5Mn-10Fe/Al2O3表现出很高的催化活性,在180℃时脱除效率超过了98%,是一种良好的低温SCR催化剂.Mn在脱硝过程中是主要的活性组分,而Zr和Fe是助催化组分.此外,在反应过程中通入一定的氧气,可以明显提高NO的脱除效率,能促进NO的转化.

过共晶铝硅合金中Al-Si-Mn-Fe相的形态影响因素

在 Al- 2 2 % Si合金中分别加入 0 .96 % Fe,0 .6 7% Mn和 1% Fe,1.5 0 % Mn;用浇注不同厚度的试样并观察金相组织的方法 ,了解和比较了不同 Mn/ Fe比和不同冷却速度对于合金中 Al- Si- Mn- Fe相形态的影响。研究结果表明 ,随着 Mn含量和冷却速度的提高 ,针状铁相转变为粒状并得到细化。

碳在纯锰和纯铁熔体中的饱和溶解度及Mn-Fe-C熔体的热力学性质

根据不同温度下C在纯Fe和纯Mn熔体中的饱和溶解度数据 ,分别得到C的饱和溶解度与温度的关系式 ,利用两个关系式可以直接计算Fe C Mn和Mn C Fe三元熔体组元的热力学性质 ,同利用C在这两种熔体中的饱和溶解度实验数据计算出的熔体组元的热力学性质非常接近。

Mn-Fe/USY催化剂的低温脱硝和抗中毒性能研究

以USY为载体,Fe和Mn复合氧化物为活性组分,通过等体积浸渍法制备了不同比例粉末状的Mn-Fe/USY催化剂,应用于脱硫除尘后的低温SCR脱硝。考察了活性组分含量对催化剂活性以及抗SO2和H2O中毒性能的影响。采用比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等手段表征了反应前后催化剂的比表面积、固相结构、微观形貌及官能团结构。结果表明,7Mn-Fe/USY有较好的低温脱硝活性,在空速为10 000 h-1,氧气含量为5%(体积分数),反应温度为210℃时,脱硝效率可达到60%;有较好的抗水能力和抗SO2能力,但同时抗水抗SO2能力较差;同时H2O对催化剂的影响是可逆的,SO2对催化剂造成不可逆的失活。各种表征表明,Mn-Fe/USY催化剂有较大的比表面积,Mn Ox和Fe Ox呈无定形态均匀分散在载体USY上,载体表面有大量的Bronsted酸位和较多的活性中间产物。

CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金微观组织性能研究

目的研究冷金属过渡技术(Cold metal transfer,简称CMT)增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织成形规律。方法采用CMT电弧增材的方式制备了Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的薄壁试样件,研究了试样件在不同位置、不同方向的微观组织。结果 CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织分为3个区域,前3层的不稳定区域主要是由基材树枝晶到柱状晶的转变区域;第3层到最后一层的稳定区域主要是外延生长的柱状晶区;在最后一层靠近空气侧约360μm厚度范围内,出现转向枝晶。交替往复电弧增材的Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金,在每层顶部均会形成转向枝晶,但随后新一层电弧增材的熔池会熔化顶部形成的转向枝晶,最终在微观组织形貌上表现出柱状晶外延生长的形式。结论通过控制合适工艺参数,可以获得致密无缺陷的CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金薄壁试样,在试样的稳定区域,微观组织是外延生长的柱状晶,柱状晶的晶界上Al,Ni,Mn元素产生富集现象,质量分数高于平均值。在柱状晶的晶内,Cu元素高于均值,而Al,Ni,Mn元素质量分数均低于均值,这与柱状晶的形核顺序有关。

反铁磁Mn-Fe(Cu)合金在马氏体相变过程中的组织演化

采用电阻-温度曲线、X射线衍射分析仪(XRD)、调制示差扫描热分析仪(DSC)及原位透射电子显微镜(TEM)等,研究了的Mn-Fe(Cu)合金在马氏体相变过程中的组织演化。研究结果表明,Mn-Fe(Cu)合金孪晶面为{011}面的FCT板条状马氏体孪晶组织。原位TEM观察可见,板条状马氏体孪晶具有良好的可动性。在较高温度下降温时,会出现由于反铁磁畸变产生的"花呢"状组织,导致原有孪晶的位置与取向发生变化。Landau自由能方程的解可证明反铁磁转变对马氏体孪晶形貌的影响。

钛在Mn-Fe-Si合金中的赋存形态

对Mn-Fe-Si合金试样进行扫描电镜分析,并对TiN的生成进行了热力学分析。在低倍SEM照片中,TiN与碳混合在一起;在高倍SEM照片上发现Ti和N必定同时存在,其他元素均趋向于零。研究表明:在Mn-Fe-Si合金中,钛主要以TiN形式存在,并与C等多相共存;有少量的钛以金属钛的形式存在于母相中;TiN的形貌为不等边的多边形,与母相有平直的界面。

控制脱Si脱P过程Mn-Fe熔体氧位的反应

使用BaCO370%-MnO25%-(Fe2O3+BaF2)25%(质量分数)的熔剂对高炉Mn-Fe脱Si时,Mn-Fe熔体中氧位与C的活度和Mn损(Δ犤Mn犦)关系式分别是pO2×1012/Pa=35.812-0.106×aC和pO2×1012/Pa=6.238+0.679×Δ犤Mn犦。脱硅实验结果表明,脱Si过程中Mn-Fe熔体的氧位是由熔体中碳氧反应控制的;脱Si保Mn的最高氧位是6.238×10-12Pa。使用相同的熔剂对高炉Mn-Fe脱P时,Mn-Fe熔体中氧位与C的活度,Si的活度和Mn损的关系式分别为pO2×1012/Pa=-1.542+0.018×aC,pO2×1012/Pa=-1.284+1.366×aSi和pO2×1012/Pa=1.737+0.565×Δ犤Mn犦。脱P实验结果表明,脱P过程中Mn-Fe熔体的氧位是由熔体中硅氧反应控制的;脱P保Mn的最高氧位为1.737×10-12Pa。

研究Mn-Fe-P-C系热力学性质的新方法

用新方法处理了文献报道的1400℃C饱和的Mn-Fe-P-C系的实验结果。热力学推导与计算结果表明,Mn-Fe-P-C系(XFe=0.0785～0.1209,XP=0.0010～0.0085)中C的饱和溶解度、lnγC和lgfC的计算式分别是-lnXC-9.8543XC=1.2373XFe+17.2820XP-1.3754,lnγC=-1.4014+9.8543XC+1.2373XFe+17.2820XP+0.0260和lgfC=0.1532犤%C犦+0.0055犤%Fe犦+0.1153犤%P犦+0.0150。lnγC和lgfC计算式中的0.0260和0.0150分别是Wargner式中二次及二次以上的项对lnγC和lgfC的影响。

Mn-Fe熔体的脱P过程及Mn-Fe熔体氧位的研究

使用BaCO370%-MnO25%-(Fe2O3+BaF2)25%(质量分数)的熔剂对高炉Mn-Fe脱P时,最高脱P率(50%)对应的Fe2O3含量是8%;熔体中氧位和C的活度,Si的活度和Mn损的关系式分别为pO2×1012/Pa=-1.542+0.018×aC,pO2×1012/Pa=-1.284+1.366×aSi,pO2×1012/Pa=1.737+0.565×Δ犤Mn犦。使用BaCO370%-BaF210%-MnO25%-Fe2O315%熔剂对高炉Mn-Fe脱P时,最高脱P率(41%)和最高氧位(2.31×10-12Pa)对应的脱P时间为15min。脱P实验结果表明:脱P过程中Mn-Fe熔体的氧位是由熔体中Si-O反应控制的;脱P保Mn的最高氧位是1.737×10-12Pa。

Mn-Fe/γ-Al_2O_3的制备与NO催化氧化性能

以锰铁为活性中心,γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法合成了Mn-Fe/γ-Al2O3催化剂,考察了负载量、锰铁比及碱中和等对NO催化氧化活性的影响。结果发现,当反应温度为300℃、入口NO浓度为300 mmol/L、O2浓度为5%及空速为12 000 h-1时,以负载量为20%,Mn/Fe=1及(CH3)4NOH进行碱中和所制得的催化剂转化率最高,为66%,而其他制备条件所获得的催化剂都低于此值。通过对催化剂进行XRD、SEM表征,考察了负载量及碱中和对催化剂物相结构及表面形貌的影响。结果表明,随着负载量的增加,样品晶相不断分离,Fe2O3及MnO2的衍射峰逐渐尖锐,即活性组分进入载体孔道内部。另外,浸渍过程的碱中和操作有利于提高颗粒表面的分散度及形成无定形态。

新型Mn-Fe/ZSM-5催化剂的NH_3-SCR脱硝性能

采用氨水沉淀-化学蒸气沉积法制备Mn-Fe/ZSM-5催化剂,并考察其NH_3-SCR脱硝性能。结果表明:Mn-Fe/ZSM-5催化剂具有很好的低温活性和较宽的活性温度范围,在180~450℃的温度范围,NO的脱除率达到98%以上。在该催化剂上活性组分具有很好的分散度、较高的还原能力、较适中的酸性和较好的低温抗硫性,且活性组分Mn和Fe之间存在着协同作用。在SO_2存在的条件下,Mn-Fe/ZSM-5催化剂的活性在240~450℃的温度范围内具有很好的抗硫性,NO的脱除率均高于98%.

Mn-Fe熔体热力学性质与温度的关系

实验测定了1350,1375,1425,1450℃时C在Mn-Fe合金熔体中的溶解度。Mn-Fe合金熔体全浓度范围(从纯Mn到纯Fe)内,C溶解度计算式是XC=1.1231e(-2955/T)+0.1112XMn。通过热力学推导和计算,获得Mn-Fe合金熔体热力学性质与温度的关系式:(1)Fe-C系,lnγ0C=5515/T-3.4981,εCC=5796/T+6.2902,eCC=157.6/T+0.0717,lgXbC=-1283/T+0.0504和ΔG珚ΘC=45852-55.84T;(2)Fe-Mn-C系εMnC=-1447/T+0.2813,εMnC=-2301/T-0.2930和eMnC=-7.779/T-0.002。