基于应力分析Ni-Fe合金支撑固体氧化物燃料电池的结构稳定性研究

本文以NiO和Fe2O3为原料,应用流延、丝网印刷、高温共烧结和原位还原的工艺制备多孔金属支撑固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)。系统研究了支撑体中Fe含量对MS-SOFC的残余应力、抗弯断裂强度和电化学稳定性的影响。结果表明,在NiO中加入10at%Fe2O3,使得支撑体致密化开始温度提高到937℃,残余应力和变形翘曲度分别低至70MPa和0.15mm;电池还原之后,Ni0.9Fe0.1支撑SOFC骨架表面孔隙率为40.22%,抗弯断裂强度达到最大值62.34MPa;电化学测试过程中,Ni0.9Fe0.1支撑SOFC在650℃下,以H2为燃料,在400mA·cm^–2电流密度下可以稳定运行60h,主要因为电池具有较高的抗弯断裂强度,能够抵抗运行过程中的热应力。该研究工作为MS-SOFC结构设计和性能稳定性优化提供重要的理论依据。

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。

一种新型Ni-Fe基高温合金的冷变形及再结晶退火工艺研究

本文研究了一种新型Ni-Fe基高温合金在不同冷变形量下冷轧和退火处理对其组织演变和性能的影响。结果表明,在相同退火条件下,冷变形量为10%时,合金未发生显著的静态再结晶,仅表现出回复过程;冷变形量为30%和50%时,均发生了静态再结晶,生成了新的等轴晶粒,说明再结晶的临界变形量大于10%。合金的晶粒尺寸随退火温度和保温时间的增加而增大,但退火温度的影响显著大于保温时间的影响。不同变形量下再结晶退火后的合金硬度与平均晶粒尺寸均符合Hall-Petch关系式。通过显微组织和力学性能分析,确定冷变形量30%为最佳变形量,匹配的最佳热处理制度为1050℃、保温30min。研究结果为优化Ni-Fe基高温合金的加工工艺提供了理论依据和参考。

Ni-Fe合金电镀的研究进展

回顾了Ni Fe合金电镀的发展进程。总结了Ni Fe合金电镀工艺的优点。介绍了其镀液类型、各种电沉积方法的特点、常用体系(柠檬酸体系、BNF体系、Nylon工艺、葡萄糖体系和抗坏血酸体系)的实用工艺配方。综述了Ni Fe合金电沉积机理、晶体结构及其电沉积影响因素的研究现状,指出了今后的发展方向。

15Cr-25Ni-Fe基合金高温塑性变形行为的加工图

在Gleeble-1500热模拟机上对15Cr-25Ni-Fe基合金GH2674进行了热压缩实验,采用动态材料模型的加工图研究了其在950—1200℃和0．001—10 s^(-1)条件下的热变形行为,结果表明：GH2674合金在热变形时呈现两个微观机制不同的动态再结晶峰区,再结晶Ⅰ区：功率耗散效率峰值为38％,峰值对应的温度和应变速率分别为1040℃与10 s^(-1)；再结晶Ⅱ区：功率耗散效率峰值为40％,峰值对应的温度和应变速率分别为1075℃与0．04 s^(-1),在1075—1100℃温度区间内,可能是晶界相M_38_2的溶解造成该合金的晶粒粗化,这在一定程度上会影响合金的热加工性能,在应变速率小于0．01 s^(-1)、形变温度高于1050℃条件下,合金呈现晶粒急剧粗化现象,进而导致在热变形过程中楔形裂纹的产生；在应变速率高于0．1 s^(-1)、形变温度低于1000℃条件下,合金有出现剪切变形带的趋势,根据上述加工图对GH2674合金的热变形工艺进行了初步设计。

沉积时间对纳米晶Ni-Fe合金电沉积层耐蚀性的影响

采用直流电沉积法在黄铜基体上制备出纳米晶Ni-Fe合金,其成分为:Ni 76.6%±1.2%,Fe 23.4%±1.2%,晶粒尺寸约为9 nm。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,沉积时间为20 min时所得合金镀层的耐蚀性最好,自腐蚀电流密度约为0.453μA/cm2,涂层电阻约为80 110Ω;当沉积时间超过20 min后,所得镀层的耐蚀性显著下降;当沉积时间达到50min时,所得镀层的自腐蚀电流密度达到0.984μA/cm2,涂层电阻降低至22 280Ω。

热处理对新型Ni-Fe基高温合金烟灰/气腐蚀行为的影响

以针对700℃超超临界燃煤锅炉用高温耐热材料而开发的一种新型Ni-Fe基合金为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM),能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法分析合金组织结构、腐蚀产物形貌、元素分布和腐蚀产物物相,研究两种热处理制度对合金在模拟锅炉烟灰/气环境中高温腐蚀行为的影响。结果表明,750℃腐蚀500 h后,两种热处理试样表面氧化膜结构完整,腐蚀产物基本一致,主要为富Fe、Cr氧化物,另有少量Al2O3、Ti O2及Ti、Mo的内硫化腐蚀产物,但截面腐蚀形貌差异较大。由不同热处理造成的合金组织结构的变化影响了合金的腐蚀速率,腐蚀前400 h内,1#试样氧化膜较厚,腐蚀增重较大,400 h后,沿晶界内腐蚀现象的加剧导致2#试样的腐蚀增重曲线与1#趋于一致。

ChCl-urea-NiCl_2-FeCl_3离子液体电沉积Ni-Fe合金

以ChCl-urea-NiCl2-FeCl3离子液体为电解质在Fe基体上电沉积得到了Ni-Fe合金镀层。循环伏安测试表明电沉积过程中由于金属Ni的生成诱导金属Fe发生欠电位沉积,从而实现了Ni-Fe合金的共沉积。同时研究了电流密度对镀层成分、形貌和耐蚀性能的影响,结果表明:电流密度由2mA/cm2增加到5mA/cm2时,合金镀层中Fe含量从10.74at%升高到39.21at%。当Fe含量为24.89at%时,镀层最为平整致密,耐蚀性能最好。此外,镀层的组成主要为FeNi3固溶体和Ni,还存在FeNi和Fe0.64Ni0.36合金相。

15Cr-25Ni-Fe基高温合金的动态再结晶行为及机制

利用Gleeble-1500热/力模拟试验机对15Cr-25Ni-Fe基高温合金在950-1 200℃和0.001-10.000 s-1条件下进行了热压缩试验,采用热变形激活能模型研究了该合金两个动态再结晶区域的热变形表观激活能,结合再结晶的光学显微组织及透射电子显微组织分析该合金的动态再结晶机制.研究结果表明：应变速率0.010-0.100 s-1,温度1 050-1 200℃的动态再结晶区域受动态再结晶的形核过程控制,所得组织为等轴晶粒,尺寸分布较分散,晶界呈自然凹凸状.应变速率2.000-10.000 s-1,温度1 000-1 150℃的动态再结晶区域受动态再结晶的长大过程控制,晶粒为尺寸均匀的等轴晶粒,晶界平直,晶内有丰富的亚晶组织.

电沉积Ni-Fe合金镀层腐蚀性能研究

本文采用失重、阳极极化和电化学阻抗谱等方法研究了电沉积Ni-Fe合金镀层腐蚀性能和镀层的破坏过程。结果表明:Ni-Fe合金镀层具有良好的耐酸腐蚀性;在3.5%(质量)NaCl溶液中,腐蚀发生之前的镍铁合金镀层的电化学阻抗谱由一个高频容抗弧和一个低频的感抗弧组成;随着浸泡时间的延长,容抗弧半径快速减小,感抗弧减弱并消失。

热处理中电沉积Ni-Fe合金箔粘结过程与抑制方法

Ni-Fe合金往往经过热处理才能发挥其最佳性能,但是由于电沉积法制备的Ni-Fe合金箔厚度很薄,在批量化热处理过程中极易产生粘结现象,严重影响产品质量.为了深入研究粘结机理以解决粘结问题,本文通过电子显微镜分析了合金箔粘结部位微观形貌;通过超高温激光共聚焦显微镜,原位在线研究了热处理过程中合金箔表面微观形貌演变,推测了其与表面粘结的联系;同时也对电泳MgO涂层抑制粘结的效果进行了研究.结果表明:电沉积Ni-Fe合金箔在950~1 000℃开始发生粘结;在1 000℃以上时,合金箔表面发生软化,不仅促进合金箔间的粘附结合,而且加剧了合金箔粘附界面的原子扩散,使得合金箔界面间共生晶粒生成和长大,最终导致粘结.在合金箔表面电泳涂覆MgO,可获得均匀分布的MgO涂层,可以有效起到隔离合金箔的作用,从而达到抑制粘结的目的.

可溶性阳极电刷镀纳米晶Ni-Fe合金镀层的退火再强化

采用可溶性Ni阳极电刷镀方法制备纳米晶Ni-Fe合金镀层,利用XRD、SEM、TEM、显微硬度计等测试方法分析低温退火对镀层结构和性能的影响。结果表明:纳米晶Ni-Fe合金镀层的硬度随退火温度的升高而提高,在200℃时达到最大值,存在明显的退火再强化;继续提高退火温度导致镀层硬度降低;400℃退火后的镀层硬度与镀态的接近;纳米晶Ni-Fe合金镀层退火过程没有出现晶粒异常长大,表现出比纯Ni镀层更高的热稳定性。

电解法制取Ni-Fe合金箔工艺的回归正交设计

运用回归正交设计对影响硫酸盐溶液电解成型Ｎｉ－Ｆｅ合金箔质量的主要工艺因素进行了实验，建立了合金箔成分、电流效率和槽电压与工艺参数之间的二次回归方程，分析了各因素的影响规律，并在直径 ３５０ ｍｍ的辊式旋转阴极机列上进行了连续电解成型 Ｎｉ－２０Ｆｅ合金箔的实验验证，结果表明：制得的范材为 γ－Ｎｉ固溶体，成分稳定、厚度均匀、表面光滑，抗拉强度和延伸率分别为１０８０ ＭＰａ和０．５％．经热处理后抗拉强度和延伸率分别为３４５ ＭＰａ和１３％，电阻率为０．２６１μΩ·ｍ，Ｃｕｒｉｅ温度为 ８５３ Ｋ（５８０℃）；最大导磁率为 ２．１４８×１０－２ Ｈ／ｍ，磁感应强度为 １．１６９ Ｔ，矫顽力为 １１．８５７ Ａ／ｍ．

粒子群算法优化的人工神经网络预测Ni-Fe合金镀层的性能

建立了粒子群算法优化的人工神经网络预测模型。以工艺参数为输入变量,以单因素试验得到的Ni-Fe合金镀层的性能指标为输出变量,将粒子群算法优化的人工神经网络预测模型的预测结果与传统BP神经网络预测模型的预测结果进行了比较。结果表明:粒子群算法优化的人工神经网络预测模型具有更高的预测精度。通过建立模型得到了各个工艺参数对Ni-Fe合金镀层性能指标的评价指标权重。当电流密度为1.0～1.5A/dm2、镀液温度为45℃、搅拌速率为1 000～1 200r/min时,Ni-Fe合金镀层的表面粗糙度和腐蚀速率均处于较低水平。

火力发电机高温部件用Ni-Fe基高温合金焊接组织与性能的计算机模拟

以火力发电机高温部件用Ni-Fe基高温合金为研究对象,通过计算机模拟和实际测量得到Ni-Fe基高温合金的焊接热循环曲线,研究了Ni-Fe基高温合金的焊接组织和力学性能。结果表明,Ni-Fe基高温合金经焊接热循环后,其γ'相组织数量减少,导致其力学性能相对于母材明显降低,在室温和高温下拉伸断口形貌均具有穿晶断裂特征。

P对一种新型Ni-Fe基铸造高温合金组织和性能的影响

研究了P元素添加对一种700℃先进超超临界电站汽轮机气缸和阀体用新型Ni-Fe基铸造高温合金组织特征和力学性能的影响。结果表明:P元素的添加使合金枝晶组织粗化且合金元素偏析程度增大。经标准热处理后,合金的主要析出相为γ'相、M C型碳化物、M_(23)C_6型碳化物和Ti(C,N)型碳氮化物。P元素添加对析出相类型无明显影响,却增加晶界M_(23)C_6型碳化物的形核率并减小其尺寸。合金的拉伸强度随P元素的加入无明显变化,然而,700℃/400MPa条件下的持久寿命和塑性明显降低。合金力学性能的变化被归因于枝晶粗化和偏析程度增加引起的晶界和枝晶间强度降低。

退火处理对Ni-Fe合金镀层织构及应力的影响

利用电镀法在2024铝合金上制备了Ni-Fe合金镀层,随后对镀层在490℃进行2小时的退火处理。利用X射线ω扫描技术对退火前后镀层织构进行表征,结果表明:退火后Ni-Fe合金镀层织构类型由退火前的单一(200)织构变为(111)和(200)织构并存;采用掠入射X射线法(Grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD)测量薄膜的残余应力,发现未退火的Ni-Fe合金镀层中存在残余拉应力,退火后变为残余压应力,退火工艺对镀层残余应力有很大影响。

脱合金化制备纳米多孔Ni-Fe合金及其电催化性能

采用真空熔炼与固溶相结合的方法获得原子分数为Ni_(30-x)Fe_xMn_(70)(x=0,10,20)的前驱体合金,通过脱合金化方法制备纳米多孔Ni及Ni-Fe合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能。结果表明:加入Fe获得了片状结构的纳米多孔Ni-Fe合金,提高了纳米多孔Ni的表面积,且Fe与Ni产生协同效应,能够有效提高合金的析氢电催化活性。当Fe含量为10%(原子分数)时,脱合金化得到的纳米多孔Ni-Fe合金表面积最大,析氢电催化性能最好,在0.1A/cm^2电流密度下,析氢过电位仅56mV,经10h连续电解,表现出良好的电催化活性和电化学稳定性。

热处理对电沉积Ni-Fe合金箔组织和力学性能的影响

电沉积法制备Ni-Fe合金箔具有工艺简单,能耗低,产品规格不受限制等优点,但其塑性和弹性模量较低限制了其应用发展.为了改善电沉积Ni-Fe合金箔的力学性能并扩大其应用范围,本文通过高温热处理方法改善其力学性能,采用SEM,XRD,EBSD分析手段对电沉积Ni-Fe合金箔晶粒组织和结构进行了分析,通过高温热台显微镜进行原位在线观测晶粒组织的演变过程,并对热处理后的电沉积Ni-Fe合金箔进行力学性能分析.研究表明,热处理过程中电沉积Ni-Fe合金箔经历细晶组织阶段、混晶组织阶段和粗晶组织阶段,其中,在1 000~1 050℃容易发生晶粒异常长大.细晶组织阶段,电沉积Ni-Fe合金箔能够保证较高的强度,且塑性和弹性模量明显提高,综合性能较好;混晶组织阶段,强度和塑性较低,弹性模量有一定程度提高;粗晶组织阶段,强度很低,但塑性和弹性模量有较大程度提高.

热处理温度对电沉积纳米晶Ni-Fe合金箔的组织与性能的影响

在氢气气氛下对电沉积法制备的粒径10nm左右的纳米晶Ni-Fe合金箔进行中温热处理(200、300、400和500℃);利用扫描电镜观察合金箔的截面组织形貌;采用X射线衍射仪检测合金箔的晶体结构和粒径;利用软磁材料直流磁性测试装置测试合金箔的直流磁特性。结果表明:在氢气气氛中,300℃热处理保温1h后,合金箔的粒径维持在10nm左右,且直流磁性能最好,最大磁导率达到56.4mH/m,饱和磁感应强度为1.56T,矫顽力降至15.0A/m。