铌基低温电池关键材料研究进展

社会科技的进步也推动了锂电池技术快速发展。锂离子电池的性能受温度影响较大,在低温条件下工作时其性能衰减严重,因此,提高锂离子电池的低温性能成为研究热点。本文综述了基于铌基电极材料的低温锂离子电池近年的研究进展以及影响其低温性能的因素,从电极材料和电解液两个方面总结了改善锂离子电池低温性能的方法。电极材料方面主要介绍了铌基材料的晶体结构和电化学性质、烧结对于铌基材料结构及性能的影响、铌基材料的修饰改性研究以及含铌氧化物低温电化学性能,结果说明了铌基材料独特的赝电容结构能促进离子和电子传导,异质原子的掺杂及其他材料的复合能够使其结构更加稳定,带隙变窄,载流子密度增加,使倍率性能得到提高,从而提高了材料的低温性能;电解液方面从溶剂、添加剂以及锂盐三方面介绍了匹配铌基负极的低温电解液的研究进展,提出采用多元溶剂体系与多种添加剂协同作用可以改善电解液对锂离子电池低温性能的影响,并且大部分线性羧酸酯类溶剂熔、沸点较低,蒸气压较大,能有效改善电池的低温性能。本综述可为设计在低温下具有优异性能的锂离子电池负极材料提供指导。

RuO_(2)-IrO_(2)-TiO_(2)/NbO_(x)-TiO_(2)/Ti复合阳极的制备及性能

以Ti/Nb的质量比为100、75、50、25和10配制了中间层溶液,以原子比Ir∶Ru∶Ti=1∶3∶3配制了活性层溶液,采用热分解法制备了钛基铌-钛中间层的涂层电极。对其在酸性析氧条件下的改性性能进行研究,并分析其失效机理。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析其失效前后的物相和形貌变化,通过强化电解寿命实验、电化学分析等研究了RuO_(2)-IrO_(2)-TiO_(2)/NbO_(x)-TiO_(2)/Ti电极在酸性体系中的性能。结果表明:在酸性体系下,电极失效主要是由活性层的溶解脱落以及电极表面生成不导电的钛氧化物造成的;中间层铌-钛比为1∶10的涂层电极寿命更佳,较未掺杂中间层的涂层阳极寿命提升明显,但电压增加;综合考虑能耗与服役时间,中间层铌-钛比为1∶25的电极更符合实际生产的需求。

川南地区晚二叠世铌—稀土—钛多金属富集层成因机制及对峨眉山地幔柱成矿系统的补充

近年来,在川南沐川地区晚二叠世宣威组底部发现了厚度大、高度富集、层位稳定、分布面积广的新类型Nb—REE—Ti多金属富集层,该富集层中超常富集Nb、REE、Ti、Ga、Sc、Zr等多种关键金属元素,此6种战略性关键金属矿产是我国急缺重要的高科技矿产,且找矿潜力较大。近30年来,地质工作者广泛关注了晚二叠世峨眉山玄武岩组与宣威组之间的平行不整合界面之上的黏土岩层中“三稀”富集特征与成因.

无人潜航器锂电池安全设计及测试验证

为有效解决无人潜航器密闭环境下大规模锂电池上艇存在的安全性问题,将“磷酸铁锂正极-固态电解质-铌钛氧负极”本质安全性锂电池技术引入无人潜航器锂电池设计中。对无人潜航器锂电池的功能定位进行分析,提出“磷酸铁锂正极-固态电解质-铌钛氧负极”本质安全性锂电池。在联调试验中和船舶上实际应用该锂电池,结果表明:“磷酸铁锂正极+固态电解质+钛铌氧负极”锂电池的电压平台、能量密度、功率密度等功性能指标满足上艇需求,循环寿命可提高至数千次,热失控、短路、跌落、低气压、非正常充电和海水浸泡等试验测试过程中均未发生热失控,且具有良好的环境适应性、适装性和匹配性,能提升无人潜航器的安全性。

Titanium-niobium pentoxide composites for biomedical applications

The strength of titanium scaffolds with the introduction of high porosity decreases dramatically and may become inadequate for load bearing in biomedical applications.To simultaneously meet the requirements of biocompatibility,low elastic modulus and appropriate strength for orthopedic implant materials,it is highly desirable to develop new biocompatible titanium based materials with enhanced strength.In this study,we developed a niobium pentoxide(Nb2O5)reinforced titanium composite via powder metallurgy for biomedical applications.The strength of the Nb2O5 reinforced titanium composites(Ti-Nb2O5)is significantly higher than that of pure titanium.Cell culture results revealed that the Ti-Nb2O5 composite exhibits excellent biocompatibility and cell adhesion.Human osteoblast-like cells grew and spread healthily on the surface of the Ti-Nb2O5 composite.Our study demonstrated that Nb2O5 reinforced titanium composite is a promising implant material by virtue of its high mechanical strength and excellent biocompatibility.

钛合金生产用铌铝合金制备工艺的研究

文章以铝热还原法制备铌铝合金,研究了不同渣系配比的可行性,单位反应热量对产品收率的影响,不同原材料对产品中Fe、Si的影响,合金中存在“高铌相”的原因及控制方法。结果表明:采用Al_(2)O_(3)-CaO渣系,当mole Al_(2)O_(3)/(Al_(2)O_(3)+CaO)=0.703时,实践可行;单位反应热量控制在3200~3400 kJ/kg,产品的收率在95%左右;铝粒中的Si含量控制在0.05%,铝粒中的Fe含量控制在0.10%,CaO中的Si含量控制在0.40%以内,就可制备出Si、Fe含量合格的铌铝合金产品;采用铝热还原+真空感应熔炼,可制备出成分均匀、无夹杂的高端铌铝合金产品。

高级别汽车桥壳钢Q460QK的生产

驱动桥桥壳是中重型商用汽车的重要零件之一,既是承载零件,也是传力部件,同时又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置的外壳,因而要求汽车桥壳钢除具备综合力学性能外,还应具备一定的耐低温疲劳服役性能。由于汽车桥壳零件采用冲压工艺,且零件形状较为复杂,要求桥壳钢具备一定的成型性能。本文根据汽车桥壳钢加工方式及服役工况,采用低碳锯钛微合金成分体系细化晶粒尺寸,通过高纯净度双联冶炼工艺降低钢水中非金属夹杂物,采用TMCP控轧控冷工艺控制带钢组织类型,生产出了高韧性耐低温Q460QK桥壳钢。采用室温拉伸试验、折弯试验、夏比摆锤冲击试验、光镜检验、扫描电镜检验等检验手段,经检测,该桥壳钢在-60℃温度下冲击功>300J且无明显的韧脆转变点,断后延伸率>24%,冷弯d=a折弯合格,微观组织为铁素体+贝氏体,其中的针状铁素体在改善强度的同时,还能显著提高带钢低温韧性,晶粒度评级达11.5级,带状组织评级1级,具备较优异的综合性能。

用N503从低浓度铌溶液中萃取铌试验研究

研究了用N503从低浓度铌溶液中萃取铌,再用水反萃取载铌有机相,制备五氧化二铌,确定了最佳萃取及反萃取条件。结果表明:控制含铌溶液中氢氟酸浓度2.5 mol/L、硫酸浓度2 mol/L,在萃取剂为25%N503+75%磺化煤油、萃取时间3 min、萃取相比V_(o)/V_(a)=1/1.5条件下进行5级逆流萃取,铌萃取率大于90%;在反萃取相比V_(o)/V_(a)=3/1、反萃取时间7 min、反萃取温度30℃条件下,用水单级反萃取载铌有机相,铌反萃取率大于95%。用N503萃取—水反萃取低浓度铌溶液可制得纯度大于95%的五氧化二铌产品。

铌中间层对钛与Q235低碳钢电阻点焊接头组织和性能的影响

以100μm厚的铌箔为中间层,改变中间层的层数对钛与Q235低碳钢进行电阻点焊,利用扫描电镜对接头熔核区域的微观组织进行观察,研究了焊接电流和焊接时间对接头熔核直径和抗剪力的影响。结果表明:随着铌中间层层数的增加,可采用的焊接参数范围逐渐增大。但随着铌中间层层数的增加,焊接接头的抗剪力呈先增加后降低的变化趋势,在铌中间层层数为3层时,焊接电流为14 kA时达到最大,为6.29 kN。当中间层未熔断时,熔核区域组织主要由α-Fe和Fe_(2)Nb相组成;当中间层熔断时,熔核区域组织主要由TiFe、TiFe_(2)和残余Nb中间层处的FeNb金属间化合物组成。

电感耦合等离子体发射光谱法测定γ-钛铝铌合金中铝、铌、钨、硼

建立电感耦合等离子体原子发射光谱法测定γ-钛铝铌合金中铝、铌、钨、硼的分析方法。采用10 mL盐酸+2 mL氢氟酸+1 mL硝酸消解γ-钛铝铌合金,以基体匹配法建立系列校准曲线,选择铝394.401 nm、铌269.706 nm、钨207.912 nm、硼249.772 nm为分析线,采用左右两点离峰背景扣除方法校正背景光谱的重叠干扰和漂移干扰,各元素质量分数的线性范围分别为:铝30%~40%,铌10%~25%,钨0.015%~1.0%,硼0.003%~0.10%。测定结果的相对标准偏差均不大于4%(n=10),加标回收率为93%~108%。该方法能够满足Ti-(30~40)Al-(15~20)Nb-x W-y B中主量铝、铌和微量钨、硼的同时、快速检测需求。

Ti-Nb合金中β/α″相界面的研究

本文用高分辨透射电子显微镜研究了β型Ti-Nb基合金中变形带内部的β/α″相界面,还用马氏体相变拓扑模型(TM)估算了α″相惯习面附近的弹性应力场。结果表明,α″相惯习面附近的弹性应力太小,以至于不会引起应力诱发β→ω相变。此外,{332}<113>_(β)孪晶是在应力诱发的α″相内部产生的,并且孪晶和{110}_(β)/{00-1}_(α")相界面有关。

ICP-OES法测定钽铌矿石中钨铜钛含量

钽铌矿石样品加入氢氟酸、硝酸、盐酸,通过高压密闭装置消解样品,采用ICP-OES同时测定钽铌矿石中钨铜钛元素。探讨了基体对被测元素的影响,选择了合适的溶样时间和分析谱线。结果表明:此方法同时测定钽铌矿石中的铜钨钛元素,在0.050%~1.0%范围内,各元素测定工作曲线线性关系良好,线性相关系数≥0.9997;元素检出限分别为:钨0.013%、铜0.0020%、钛0.0021%;加标回收率在96.0%~107.5%之间,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)不大于1.93%。该方法适用于钽铌矿石中钨铜钛元素的同时测定。

鞍钢钒、钛、铌微合金钢的应用与开发

对钒、钛、铌在钢中的微合金化作用作了全面阐述 ,并介绍了鞍钢在开发钒、钛、铌微合金钢方面所进行的工作及前景。

电感耦合等离子体质谱法测定硅钢中痕量铝钼钒钛铌

研究了应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时测定硅钢中痕量铝、钼、钒、钛、铌元素的分析方法。通过条件试验对测量参数进行了优化,确定RF功率1 400 W,泵速30rpm,采样深度140,雾化压力0.90。样品采用硝酸分解,以Be、Y混合内标校正了测量过程中高基体引起的信号漂移。根据测量时存在的质谱干扰情况,选择同位素27 Al、98 Mo、51 V、47 Ti和93 Nb作为测定同位素,同时通过调节仪器参数使得双电荷离子和氧化物离子的产率最低,以减少其带来的干扰。采用基体匹配法配制校准溶液,以标准加入法建立工作曲线,并扣除试剂空白。该方法各元素的测定下限均可达到1μg/g。用于硅钢标准样品的测定,所得结果与参考值完全吻合,各元素的RSD小于5.2%。

电感耦合等离子体质谱法测定钕铁硼中铝、钴、铜、镓、锆、铽、钛、铌

建立了电感耦和等离子体质谱法测定钕铁硼中微量元素的方法。通过实验选择了测定质量数,测定Nb、Zr时,选择了氢氟酸加入量,并进行了测定酸度和基体效应实验。考察了以Rh、In、Cs和Tl为内标元素对仪器信号漂移和基体效应的校正,根据实验结果选择Cs为最佳校正内标。各元素测定下限为0.095-0.56 ng/mL,回收率为（n=20）为96%-108%。用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）进行样品对照分析,结果一致。实际样品测定的RSD在2.7%-7.3%之间。

生物医用无Ni超弹性β钛形状记忆合金研究进展

概述了以TiNi合金和β钛合金为代表的生物医用金属材料的使用特性,包括生物相容性和生物力学适应性,介绍了形状记忆和超弹性TiNb基β钛合金医用材料的研究发展状况和最新进展,指出了生物医用钛合金应用技术的研究发展方向。开发不含Ni的低弹性模量、优异生物相容性和生物力学适应性的TiNb基形状记忆和超弹性β钛合金成为生物医用材料发展的一个重要方向。

钛铌锆β钛合金低弹性模量内固定材料的生物相容性研究

[目的]通过体内实验的方法对新型β型钛合金(Ti-Nb-Zr)骨折内固定材料的生物相容性进行评价。[方法](1)改良的鼠气囊模型(the air pouch model):健康成年SD大鼠24只,皮下充气造模后将钛铌铣β型钛合金(Ti-Nb-Zr)颗粒混悬液注入气囊,收集囊内液体采用ELISA方法测定IL-6和TNF-α,用囊壁组织学切片进行炎症细胞反应分级和囊壁厚度测量,并与传统的钛铅钒合金(Ti-6Al-4V)进行比较。(2)接骨板植入模型:将Ti-Nb-Zr做成接骨板固定在兔的胫骨上,于手术后4、8、12、24、36周分别观察接骨板周围的纤维膜形成情况和Ti-Nb-Zr-骨界面骨结合情况,并与不锈钢接骨板比较。[结果](1)Ti-6Al-4V、Ti-Nb-Zr两种颗粒注入气囊48h后都能引起TNF-α分泌量显著升高(P<0·05),两组比较,Ti-6Al-4V组明显高于Ti-Nb-Zr组(P<0·05)。两种材料均不能引起IL-6分泌的显著增加(P>0·05)。Ti-Nb-Zr组气囊囊壁厚度明显小于Ti-6Al-4V组(P<0·001)。(2)Ti-Nb-Zr接骨板周围软组织反应与不锈钢相近。植入后4周,新生骨痂开始覆盖Ti-Nb-Zr接骨板的两侧,8周时骨痂甚至部分覆盖接骨板和螺钉的表面形成"骨盖板"现象。12周时,骨与Ti-Nb-Zr接骨板的界面为直接接触,中间无软组织间隔。螺钉与骨也能形成较为牢固的钉-骨直接接触。[结论]低弹性模量Ti-Nb-Zrβ钛合金具有优良的体内组织相容性,是一种有前途的骨折内固定材料。

低弹性模量骨科植入物材料-β钛合金的研制与实验研究

[目的]研制一种低弹、高强、生物相容性更好的新型β型钛合金骨科植入物材料。[方法]采用国内先进工艺将合金元素(钛、铌、锆)熔炼、浇注成铸造态合金。在高温区锻造,得到锻造变形合金。共制备了四种元素比例不同的合金。采用X线衍射分析、扫描电镜和透射电镜观察合金的微观晶体结构,采用拉伸实验初步研究其低弹、高强的力学性能。[结果]X线衍射分析证实四种合金均为单一的β相。合金抗拉强度:706～874Mpa,弹性模量:59～66Gpa,延伸率:5.4%～20%。时效处理提高了合金的强度,对合金的弹性模量无明显影响。[结论]钛铌锆β合金是一种有前途的骨科植入物材料。

钛铌锆β钛合金生物相容性的体外实验研究

[目的]通过体外实验对自行研发的低弹性模量、高强度新型β型钛合金人工关节假体材料生物相容性进行评价。[方法](1)采用L-929细胞(小鼠成纤维细胞)对合金进行细胞毒性试验,将细胞相对增殖率(RGR)转换成6级材料毒性进行评级。(2)将1μm左右的钛铌锆合金(Ti-Nb-Zr)颗粒与J774A.1巨噬细胞体外共同培养24～48h后,采用倒置相差显微镜和透射电镜观察细胞变化、RT-PCR方法测定IL-6和TNF-α表达、ELISA法测定细胞培养上清TNF-α等方法对Ti-Nb-Zr的生物相容性进行评价,并与传统的人工关节假体材料进行比较。[结果]Ti-Nb-Zr的细胞毒性为0级。吞噬了Ti-Nb-Zr颗粒的J774A.1巨噬细胞形态改变明显轻于钴铬钼颗粒组和钛铝钒颗粒组。巨噬细胞与钛铝钒合金颗粒、钴铬钼合金颗粒和Ti-Nb-Zr颗粒共同培养48h后都有IL-6和TNF-αmRNA表达的增加,钴铬钼颗粒和钛铝钒颗粒引起增加更加明显。ELISA方法测定显示:巨噬细胞吞噬Ti-Nb-Zr颗粒48h后分泌TNF-α的量明显低于钛铝钒和钴铬钼(P<0.05)。[结论]低弹性模量Ti-Nb-Zr钛合金具有优良的体外组织相容性,是一种有前途的骨科内植物材料。

Ti-Nb微合金化对低碳高强度钢组织和性能的影响

0.153Ti-0.038Nb和0.080Ti-0.062Nb两种Ti-Nb微合金化低碳钢(/%:0.061～0.075C、0.22Si、1.76～1.77Mn、0.002～0.003S、0.006P、0.003Als、0.003 8～0.004 2N、0.004 0～0.004 5O)由50 kg真空感应炉冶炼,轧成10 mm板,终轧温度880℃,水冷至630℃。试验结果表明,两种Ti-Nb微合金化钢的析出物均为(Nb,Ti)(C,N)复合析出物;当Ti含量由0.080%增加至0.153%,同时Nb含量由0.062%降至0.038%时,钢屈服和抗拉强度分别从558 MPa和653 MPa提高至633 MPa和756 MPa,屈强比、伸长率和断面收缩率变化较小。表明,添加Ti代替部分Nb进行复合微合金化可提高钢材强度,降低生产成本。