Macrosegregation and thermosolutal convection-related freckle formation in directionally solidified Sn−Ni peritectic alloy in crucibles with different diameters

Different from other alloys,the observation in this work on the dendritic mushy zone shows that the freckles are formed in two different regions before and after peritectic reaction in directional solidification of Sn−Ni peritectic alloys.In addition,the experimental results demonstrate that the dendritic morphology is influenced by the temperature gradient zone melting and Gibbs−Thomson effects.A new Rayleigh number(Ra_(P))is proposed in consideration of both effects and peritectic reaction.The prediction of Ra_(P) confirms the freckle formation in two regions during peritectic solidification.Besides,heavier thermosolutal convection in samples with larger diameter is also demonstrated.

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

保温时间对Ni-Sn复合钎焊接头组织性能的影响

针对Ni/Ni-Sn/Ni复合钎焊,提出采用界面金属间化合物(Intermetallic compound,IMC)层厚度及钎缝内部IMC含量(体积分数)分别表征钎焊过程中界面及钎缝内部组织演变进程,研究保温时间对Ni-Sn复合钎焊接头组织性能的影响。结果表明:接头内只生成一种金属间化合物Ni_(3)Sn_(4),主要分布在母材界面和钎缝内所有Ni颗粒周围;界面IMC层厚度及钎缝内部Ni_(3)Sn_(4)含量均随着保温时间的增加不断增加,当保温240 min时,金属间化合物含量高达83.23%,形成了由Ni_(3)Sn_(4)化合物以及残余Ni颗粒组成的耐高温钎焊接头;接头剪切强度随保温时间的增加呈先上升后缓慢下降的趋势,断裂位置由钎缝内部向界面转移,当保温180 min时,接头的剪切强度达到最大值28.47 MPa,此时断裂位置刚好发生在界面IMC层处。

Ni-Co-Mn-Sn-Gd磁性形状记忆合金微观组织、力学性能和耐腐蚀性能

Ni-Mn-Sn合金被认为是最具潜力的制冷工质、传感器、驱动器材料之一,但由于金属间化合物的本征脆性很大程度阻碍了其实际应用。采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、电子万能力学试验机和电化学工作站系统研究了Ni_(45)Co_(5)Mn_(38)Sn_(12-x)Gd_(x)(x=0.3,0.6,1,1.5,原子分数/%,下同)磁性形状记忆合金的微观组织、马氏体相变、力学性能和耐海水腐蚀性。结果发现,稀土元素Gd含量为0.3%时,出现了斑状析出相,同时在斑状析出相周围还发现一种颗粒状析出相,随着Gd掺杂量的不断增加,两种析出相逐渐增多并连接在一起呈网状分布。Gd的掺杂使合金基体价电子浓度升高,进而使得合金相变温度升高。同时,Gd含量增多会提高合金的力学性能,Gd含量为1.5%时,合金的压缩断裂强度可达1258 MPa,压缩断裂应变可达13.7%。此外,Ni-Co-Mn-Sn-Gd合金的耐海水腐蚀性能优于304不锈钢,而且随着Gd含量的增加,合金的耐腐蚀性能也逐渐增强。

相场法模拟中取向与热扩散参数对Ni-Sn合金枝晶形貌的影响

利用相场模型与温度场进行耦合的控制方程来模拟Ni-Sn二元合金凝固过程中的枝晶生长情况。依据热力学定律、自由能泛函与熵泛函原理,建立Ni-Sn合金相场和温度场耦合的模型。用相场法模拟合金在非均匀温度下枝晶生长过程和枝晶生长形貌的情况。对形成的图像进行对比,研究各向异性强度参数与热扩散参数对枝晶生长形貌和生长速度的影响。模拟研究表明:在非均匀温度场下,当各向异性强度参数增大时,枝晶的生长速度会随之增大,并且二次支臂的生长数量也会增加。此外,当热扩散参数增大时,枝晶的生长速度会随之减小,枝晶主干变细,并且二次支臂的生长数量会有明显减少。

Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢微凹痕表面的摩擦学性能

提高钨钢的摩擦学性能,对于提高钨基材料机械零部件使用精度与服役寿命,具有重要的意义。采用激光加工方法在钨钢表面加工微凹痕结构,通过高温熔渗的方式将Sn-Ni复合润滑剂熔渗到钨钢微凹痕结构中,制备Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样,利用球盘式摩擦磨损试验机对其减摩抗磨性能进行测试。结果表明:Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样具有优异的摩擦学性能,相比纯钨钢,摩擦因数降低19%以上,磨损率降低50%以上;在低载荷高频率下,Sn-Ni润滑剂与来自基体材料的磨屑实现了良好的协同作用,使得Sn-Ni复合润滑剂填充钨钢试样具有更好的减摩抗磨性能。

Zn−Sn−Cu−xNi无铅焊料合金的电化学腐蚀行为

通过铸造法制备Zn−30Sn−2Cu−xNi(x=0,0.5,1.0,1.5,质量分数,%)无铅焊料合金,并研究该合金的微观组织演化及在0.5 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为。采用电位动力学极化和电化学阻抗谱(EIS)技术研究其电化学行为,以此评估Ni元素含量对Zn−Sn−Cu合金腐蚀性能的影响。通过观察腐蚀过程中合金表面显微组织的演变,分析Zn−Sn−Cu−Ni合金的腐蚀机理。结果表明,添加0.5%Ni由于形成致密而均匀的腐蚀层从而有效提高Zn−30Sn−2Cu合金的耐腐蚀性能,且其主要腐蚀产物为ZnO,Zn(OH)_(2)和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O。当Ni含量达到1.0%和1.5%时,Zn−30Sn−2Cu合金的耐腐蚀性能下降,主要是由于(Ni,Cu)5Zn21金属间化合物与富Zn相之间的电偶腐蚀加速富Zn相的溶解。因此,Zn−30Sn−2Cu−0.5Ni焊料合金具有最佳的耐腐蚀性能。

Ni-Sn-Ni焊点界面金属间化合物的微观形貌演变研究

【目的】研究Ni-Sn-Ni微焊点在固液反应条件下界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)的生长及形貌变化。【方法】采用精密夹具调控的Ni-Sn(20μm)-Ni作为样品,通过SEM观察等温条件下Ni-Sn-Ni不同时间点横截面的微观组织结构,并通过EDX对界面处生成的IMCs进行分析。【结果】在Ni-Sn反应的界面处仅生成一种单相IMCs,为Ni_3Sn_4,该界面IMCs的生长速度由快变慢最后趋于平缓。此外,界面IMCs的形貌随时间由针状转变为棒状后再转变为块状。【结论】在Ni-Sn固液反应中,界面IMCs的生长速度及形貌随键合时间的增加发生显著变化。

电沉积法制备自支撑Ni-Sn-B电极的显微结构与电催化析氢性能

为开发高效稳定的析氢电催化剂,采用恒电流电沉积法在镍网基底上制备自支撑的Ni-Sn-B析氢电极,通过扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪和电化学工作站等对电极的形貌结构、元素组成与电催化析氢性能进行表征和测试。结果表明,Ni-Sn-B电极表面由粗糙的胞状颗粒紧密堆积而成,具有非晶态特征结构。在碱性电解质中,Ni-Sn-B电极表现出优异的催化析氢活性和稳定性,在10 mA/cm2电流密度下过电位仅为63 mV,比Ni-Sn和Ni-B电极的过电位分别降低38.2%和59.1%。电极的电荷转移电阻为1.56Ω,经过5000次CV循环和72 h电解后,仍保持非常高的析氢活性。粗糙的表面形貌及非晶态结构使电极的电化学活性表面积和催化活性位点显著增加,同时B和Sn对Ni电子结构的调控,可有效降低电荷转移阻力,从而提升电极的电催化析氢性能。

强磁场下Ni-Co-Mn-Sn合金近平衡凝固的组织调控

利用先进材料处理技术持续优化Ni-Mn-Co-Sn记忆合金(Heusler合金)性能是智能材料领域的研究热点,其磁控记忆性能和机械性能的协同提升强烈依赖于合金凝固得到的微观结构。本文探究了磁场强度对Ni42Co8Mn39Sn11合金近平衡条件下凝固组织演变的影响规律。结果表明,在无磁场条件下,合金凝固组织主要由D03型粗大枝晶及L21枝晶间Heusler相组成,在枝晶间上还析出蠕虫状γ相,其中γ相富Co贫Sn,D03相富Sn贫Co,L21相的成分接近名义配比;D03结构由L21结构产生的成分偏析区域形成,析出γ相并非低温下L21相的固态反应得到。施加10 T强磁场后,合金的相组成、成分及其形貌未发生明显变化,各相间由于热流作用大于磁场引起的取向排列作用而未产生明显择优分布特征,但因偏析产生的D03相含量减少,L21相含量增加,这与强磁场促进Heusler相元素分布均匀化,减少偏析有关。

Cu/Sn/Ni焊点界面金属间化合物的生长及演变

【目的】研究Cu/Sn/Ni焊点在265℃下键合过程中界面金属间化合物的生长趋势及形貌演变。【方法】使用扫描电镜对焊点进行观察和分析。【结果】随着键合时间的增加,界面金属间化合物总厚度不断增加。在Cu-Ni的交互作用下,界面金属间化合物在Cu/Sn和Ni/Sn两侧表现出不同的界面形貌演变和生长速度。在等温回流的四个时间节点中,Cu/Sn侧的金属间化合物生长速率呈先快后慢的趋势,而Ni/Sn侧则为先慢后快。此外,在Cu/Sn/Ni焊点等温回流的四个时间节点中,Cu/Sn侧和Ni/Sn侧金属间化合物的微观形貌存在明显差异。【结论】本研究为深入理解焊点界面金属间化合物的生长规律提供了有价值的参考。

沉积电压对Ni-Fe-Sn镀层组织结构及析氢性能的影响

氢能是一种清洁高效的可再生能源,通过电解水技术低成本、高效率地制备氢气,是当前国际科研的热点之一.发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是电解水技术目前面临的主要挑战.文中采用恒电位电沉积法在泡沫镍表面合成了菜花状结构的Ni-Fe-Sn镀层.研究了不同沉积电位对镀层的物相、形貌及析氢性能的影响规律.结果表明:随着沉积电位的减少,Ni-Fe-Sn镀层表面逐渐生成了菜花状结构,镀层中Sn含量逐渐增加,而Fe含量则逐渐减少.当沉积电位为-0.9 V时,Ni-Fe-Sn镀层获得最佳的析氢性能,其在10 mA·cm^(-2)电流密度时的析氢过电位仅为62 mV.同时,该镀层表现出良好的电化学稳定性.Ni-Fe-Sn镀层优良的析氢性能归因于菜花状结构提供了较大的电化学活性面积,能够提供更多的反应活性位点;同时适量的Sn和Fe含量减小电荷转移电阻,加快电荷转移速率,增强了镀层的析氢性能.

Cu-Ni-Sn合金精加工表面残余应力有限元仿真研究

为研究Cu-Ni-Sn合金精加工后表面残余应力层深分布及大小,根据室温和高温下Cu-Ni-Sn合金流动应力—应变曲线数据,构建了试验条件下Cu-Ni-Sn合金的J-C本构模型,采用有限元分析法研究了切削参数和刀具几何角度对Cu-Ni-Sn合金加工表面残余应力的影响规律,并采用正交试验法和极差分析法对表面残余应力进行了优化分析。分析结果表明:Cu-Ni-Sn合金精车加工后,表层残余应力呈现“勺型”分布,表层残余拉应力沿深度方向转变为压应力;表层最大残余拉应力和最大残余压应力与切削速度和切削深度呈正相关,最大残余拉应力随刀具前角增大而减小;表层残余拉应力与最大残余压应力随刀具后角的增大而减小;采用正交试验法和极差分析法得到对表层最大残余拉应力的影响显著性排序为切削速度>刀具前角>刀具后角>切削深度。

Ni-Sn-P三元镀层的制备与海洋防腐

以四氯化锡为锡盐,以十二烷基硫酸钠为表面活性剂,通过控制镍盐硫酸镍、还原剂次亚磷酸钠、缓冲剂乙酸钠、络合剂柠檬酸钠和稳定剂硫代硫酸钠的用量,在温度为90℃、pH值为4.5~5.5的条件下,采用正交法制备Ni-Sn-P三元镀层,并优化其制备工艺条件。通过扫描电子显微镜观察发现,三元镀层表面致密无针孔,具有优异的耐中性盐雾性能,可拓展其在海洋防腐领域的应用。

温度与镀层对Sn-Cu-Ni无铅钎料润湿性能的影响

采用润湿平衡法测定了在不同试验温度下Sn-Cu-Ni无铅钎料在Cu,Au/Ni/Cu,SnBi/Cu三种基板上的润湿时间和润湿力,研究了钎焊温度对Sn-Cu-Ni无铅钎料在不同基板上润湿性能的影响。结果表明,温度升高使Sn-Cu-Ni无铅钎料的表面张力减小,能显著缩短钎料在铜片上的润湿时间,提高润湿力;Ni/Au或SnBi等镀层能显著降低钎料/基板界面张力,因此Sn-Cu-Ni无铅钎料在Au/Ni/Cu或SnBi/Cu基板上的润湿性能优于在Cu基板上的润湿性能。

氮气保护对Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料润湿性的影响

基于润湿平衡原理测定了不同温度与不同气氛下Sn-Cu-Ni-Ce钎料在Cu基板上的润湿行为，研究了气氛、温度以及微量稀土元素Ce对其润湿性能的影响。结果表明。采用氮气保护时，Cu基板表面张力提高，钎料表面张力降低，润湿时间缩短了20％～50％，润湿力也显著提高；温度升高使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的表面张力减小，显著缩短了钎料在Cu基板上的润湿时间；稀土元素Ce可显著降低熔融钎料的表面张力和钎料，基板间的界面张力，从而使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的润湿性能较Sn-Cu-Ni钎料有了显著的改善。

钢铁表面Ni-Sn-P合金镀层组成及其耐蚀性

研究了在稳定剂存在条件下，采用多元配体在钢铁表面进行复合化学镀ＮｉＳｎＰ合金，讨论了镀液成分、沉积条件等对镀层的影响． 检验了镀层的耐蚀性，并运用ＳＥＭ、ＡＥＳ和ＸＰＳ对镀层的形貌和组成进行分析． 结果表明，镀层厚度可达２１ μｍ ，镀层表面光亮、致密、孔隙率低、耐腐蚀能力强，镀层原子数分数为：Ｎｉ６７－０３ ％ ，Ｓｎ ０－５０ ％ ，Ｐ３０－４０ ％ ，Ｆｅ ２－０４ ％ ．

锂离子电池用Sn-Ni合金负极的研究

以机械合金法制备了Sn Ni合金粉,并对合金电极的电化学性能进行了研究。结果发现:当合金的颗粒度小到纳米级,团聚现象很明显,但它对合金电极循环性能没有太大的影响;电极的热处理温度在200℃以下对电极的循环性能提高没有多大作用,而经300℃热处理2h的电极具有良好的循环性能;电极压制的压力对电极的循环性能有不同的影响,经5MPa压制的电极循环性能最好。

Cu-15Ni-8Sn-0.4Si合金铸态组织结构及成分偏析研究

用金相、扫描电镜及电子能谱微区成分分析等方法对添加少量Si的Cu 15Ni 8Sn合金的铸态组织结构及成分偏析进行了研究。结果发现 :Cu 15Ni 8Sn 0 .4Si合金的铸态组织分为三层 ,除具有明显的枝晶外 ,还有块状的 (Cu、Ni) 3Sn相和溶有少量Cu的Ni2 Si和Ni3Sn相组成的第二层 ,在两层之间为组织形态复杂的过渡区。宏观上铸态组织存在Sn的反偏析 ,Sn的含量从外到内呈现下降趋势。与非真空熔铸相比真空熔铸能明显改善Cu 15Ni 8Sn 0 .4Si合金反偏析现象。均匀化退火对改善Sn的反偏析作用不大 ;枝晶组织可基本消除 ,但Ni、Si元素形成的化合物仍难以完全溶解。添加少量Si的Cu 15Ni 8Sn合金由于Ni2 Si和Ni3Si相的形成 ,通过阻碍晶粒长大和时效沉淀而强化合金。

Sn-Cu-Ni-Ce钎料对激光钎焊焊点力学性能的影响

采用Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料,研究了半导体激光软钎焊和红外再流焊方法对QFP48器件和0805矩形片状元件两种典型元器件的钎焊性能,针对使用不同成分钎料所得到的钎焊焊点,采用微焊点强度测试仪研究了其焊点力学性能的分布规律。结果表明,使用Sn-Cu-Ni-Ce钎料时,最佳激光输出电流显著高于Sn-Ag-Cu钎料或Sn-Pb钎料。Sn-Cu-Ni-Ce钎料成分相同时,半导体激光软钎焊得到的焊点力学性能显著优于红外再流焊焊点的力学性能;稀土元素Ce的加入能够改善Sn-Cu-Ni无铅钎料焊点的力学性能,Ce含量达到0.03%时,焊点的力学性能最佳。