聚变用V-Cr-Ti合金的研究现状与展望

综述了核聚变用结构材料V-Cr-Ti系合金的低活化特性、高温强度、耐液态金属腐蚀、抗中子辐照肿胀等性能的研究现状。概括了H,O与中子辐照对合金力学性能的影响,同时介绍了目前V-Cr-Ti合金的研究热点和发展趋势。

聚变用V-Cr-Ti合金的研究进展

V-Cr-Ti合金与其他合金相比具有很多优良的性能,是重要的聚变反应堆候选结构材料。介绍了VCr-Ti合金的力学性能、高温性能、中子辐照的影响等,并阐述了氢对V-Cr-Ti合金力学性能的影响和产生氢脆的原因以及其他微量元素对V-Cr-Ti合金性能的影响。最后指出了目前V-Cr-Ti合金的研究热点和应用中存在的问题,并对今后V-Cr-Ti合金的研究重点进行了分析。

聚变堆用V-Cr-Ti合金的制备方法研究进展

V-Cr-Ti合金具有低活化性、高热传导率、高蠕变强度、低热膨胀性、优良的机械性能和抗辐照肿胀性等优点,成为聚变能反应堆的候选结构材料。文章介绍了V-Cr-Ti合金的成分设计,综述了V-Cr-Ti合金的主要制备方法,介绍了每种制备方法的特点及V-Cr-Ti合金未来发展方向。

电感耦合等离子体质谱法测定天然水体中19种元素

建立STD/KED模式-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定天然水体中铍、硼、钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜、锌、钼、镉、锑、钡、铊、铅、铁、砷和硒19种元素的分析方法。仪器调谐校准后,样品在线加入锂、钪、铑、铋校准溶液校正,以标准曲线内标法定量分析。标准曲线相关系数均大于0.999,样品加标回收率为92.6%~103.6%,质控样品测定值相对标准偏差为0.20%~2.6%(n=6),方法检出限为0.01~0.70μg/L。该方法灵敏度高,操作简便,节省人力,能满足天然水体中19种元素的同时检测需要。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钒铬钛合金中11种元素

以V2O5、Cr2O_3和TiO_2直接还原熔炼钒铬钛合金的新工艺具有显著降低生产成本优势,但需解决原料、还原剂以及熔炼设备所引入杂质对产品品质的影响,为此,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定V-4Cr-4Ti合金中Al、As、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、P、K、Na等11种微量杂质元素分析方法。方法重点考察了在V、Cr、Ti三元合金组分共存体系下,基体效应、光谱干扰和连续背景叠加等影响因素,归纳了基体及共存组分对待测元素高灵敏分析谱线的光谱干扰情况,优选了待测元素的分析谱线、背景校正区域以及光谱仪工作条件等参数。采用基体匹配和同步背景校正法消除高V、高Cr和高Ti共存基体的影响。结果表明:Al、As、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、P的检测范围为0.001%～0.25%,K、Na的检测范围为0.002%～0.25%;校准曲线线性相关系数不小于0.999 5,方法的测定下限为0.001 2%(K)、0.001 5%(Na)、0.000 3%～0.000 9%(其余元素)。按照实验方法测定4个V-4Cr-4Ti合金样品中Al、As、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、P、K、Na,0.x%水平测定结果的相对标准偏差(RSD,n=8)小于5%,0.0x%～0.00x%水平测定结果的相对标准偏差(RSD,n=8)小于10%,即使低于方法检测下限0.001%水平测定结果的相对标准偏差(RSD,n=8)也小于15%。按照实验方法对4个V-4Cr-4Ti合金样品中Al、As、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、P、K、Na进行加标回收试验,回收率为90%～114%。实验方法用于测定3个V-4Cr-4Ti合金样品中Al、As、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、P、K、Na,与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定结果相吻合。

水钢钒钛铁水冶炼82B铬成分控制工艺优化

水钢从2022年9月开始高炉钒钛矿冶炼,铁水含[Cr]、[V]、[Ti]成分增加,用钒钛铁水冶炼82B钢种时,存在转炉终点余[Cr]波动大,转炉供精炼部分炉次[Cr]成分过低,精炼处理过程多次调Cr成分,造成精炼后期补加高碳铬铁,加入高碳铬铁时间短不能充分熔化,用户拉拔脆断杯锥状断口比例由正常约0.5%增加到2%以上。通过研究吹炼过程铁水[Cr]收得率与转炉冶炼造渣工艺、终点氧化性的关系,转炉开展供精炼钢水配铬成分一次到位攻关,有效减少了杯锥状断口的产生,取得了一定的效果。

高度稳定化β型阻燃钛合金Ti40的氧化和氧化层剥落机理

对高度稳定化β型阻燃钛合金 Ti40的氧化机理和氧化层剥落机理进行研究表明 :合金氧化增重随温度升高明显增加 ,至 10 5 0℃反而降低 ;6 0 0℃的氧化膜主要为 Ti O2 和 V2 O5 ,高于 70 0℃氧化 ,因 V2 O5 的挥发 ,氧化膜主要为 Ti O2 ,随温度升高 ,氧化物晶粒粗化 ,氧化膜疏松多孔 ,与基体黏附性降低 ,不低于 90 0℃时开裂和剥落 ,不低于 80 0℃氧化 ,氧化层疏松处还存在 Si O化合物 ,温度升高 ,Si O数量增多 ,由圆球形变为星形 ,至 10 5 0℃随氧化层剥落而消失 ;剥落后的基体氧化层仍为疏松状 ,有不连续分布的 Cr2 O3膜存在。同时还分析了 Ti40合金不抗氧化的原因及氧化机理 ,提出了氧化机理模型。在分析氧化膜内应力产生及内应力释放机制基础上 ,提出了 Ti40合金氧化层开裂、剥落机理。

V-Ti-Cr-Fe合金吸放氢性能的研究

通过均匀设计法对Ti/(Cr +Fe)比的优化控制以及对Cr/Fe比的调整,研究了V Ti Cr Fe系四元贮氢合金。结果表明:Ti/(Cr+Fe)比对合金的吸放氢性能产生重要影响。Ti/(Cr+Fe)比为1时,Cr/Fe比越偏离2 .5 ,合金有效吸氢量越小,放氢平台压随Fe含量增多而升高。Ti/(Cr +Fe)比为1,Cr/Fe比为2 .5的V30 Ti35Cr2 5Fe1 0 合金拥有最理想的吸放氢性能。

TiV1．35Cr1．35-x．Mnx（x=0～0．45）合金的相结构及储氢特性

系统研究了TiV1.35Cr1.35-Mnx(x=0,0.15,0.25,0.35,0.45)合金的相结构及储氢性能。XRD分析表明,所有合金x均为体心立方(b.c.c.)结构的单一固溶体相,其晶胞常数随Mn含量的增加而逐渐减小。储氢性能测试表明,用Mn部分取代Cr后,合金的活化性能变差,25℃最大吸氢量有所下降,但合金的吸放氢压力滞后减小,放氢压力平台变得平坦,100℃有效放氢量和放氢率也随着Mn含量的增加先升后降,并在x=0.35时达到最大值。

微波消解等离子体发射光谱法测定铁矿石中14种元素的研究

报道用ICP光谱法测定铁矿石中14种指标元素。铁矿石试样在高压密闭容器中微波消解,砷等易挥发元素避免了损失,从而可以被同时测定。优化了微波溶样条件及ICP的工作参数,试验了共存元素影响和基体效应。校准用的标准溶液中加入铁作基体匹配。用该法分析了12个国内外有证标准物质,分析结果与证书值一致,从而验证了方法的准确度和精密度,满足铁矿石日常检验分析的要求。与现行的单元素分析方法相比,该法缩短了分析周期,适合大批量试样的分析,并已用于实际的检验工作中。

MgO在含铬型钒钛烧结矿制备中的迁移及作用

研究在含铬型钒钛矿烧结过程中MgO对烧结矿转鼓强度（TI）及低温还原粉化指数（RDI）的影响,采用熔点熔速仪和SEM-EDS研究MgO对含铬型钒钛矿熔化特性的影响,并探讨MgO在烧结过程的迁移行为。结果表明：当MgO含量为1.95%-2.63%（质量分数）时,MgO含量的提高对含铬型钒钛矿熔化特性未产生不利影响;当MgO含量由1.95%增加到2.63%时,烧结矿转鼓强度由50.33%提高到53.40%,RDI＋3.15由80.57%上升到82.71%;MgO的迁移主要以Mg2＋的形式通过类质同象形式取代Fe^2＋而形成含镁磁铁矿（Fe,Mg）O·Fe2O3,Mg^2＋的含量随着MgO含量的提高而增多,其迁移历程为：Fe O·Fe2O3→（Fe,Mg）O·Fe2O3→（Mg,Fe）O·Fe2O3→MgO·Fe2O3。

V_(55)Ti_(20.5)Cr_(18.1)Fe_(6.4)合金的吸放氢循环性能研究

对V55Ti20.5Cr18.1Fe6.4(原子分数,下同)贮氢合金进行了155次吸放氢循环性能实验研究。结果表明:随循环次数的增加,合金吸放氢量减小,放氢量的衰减呈减缓趋势,放氢平台区缩短,平台压力增大,合金表面有影响吸放氢性能的化合物生成,合金结构呈bcc与fcc的双相结构,合金颗粒由于微裂纹的不断累积而逐渐粉化。

球磨改性对(Ti Cr)_(0.497)V_(0.42)Fe_(0.083)/30%(w)(LaRMg)(NiCoAl)_(3.5)合金复合电极材料储氢和电化学性能的影响

以钒基合金(Ti Cr)0.497V0.42Fe0.083为基体,添加30%(w)稀土系A2B7型合金(LaRMg)(NiCoAl)3.5为电催化活性材料,采用机械球磨改性制备了储氢合金复合电极材料,研究其储氢特性和电化学性能.X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析结果表明,随球磨时间增加(t=0,0.5,1,3,5,10h),复合材料颗粒逐渐细化,A2B7型合金颗粒分散并包覆在钒基合金表面上;当球磨时间t≥5h时,复合材料形成明显的复合纳米晶组织并伴有部分非晶化倾向,同时钒基合金BCC相结构的晶胞参数a和晶胞体积V均明显减小.合金储氢特性及电化学性能分析测试结果表明,铸态纯钒基合金的吸氢量为3.11%(w),而球磨复合材料的储氢量随球磨时间增加呈减小的规律,其最大储氢量为2.47%(w);球磨改性后,复合材料电极的电催化性能得到明显改善,当球磨时间t≥3h时最大放电容量达到425.8mAh·g-1,经100次充放电循环后该电极的容量保持率(C100/Cmax)为97%,表现出良好的电极循环稳定性.

V取代TiCr基储氢合金中部分Cr对储氢性能的影响

研究了以V取代TiCr基储氢合金中的部分Cr对合金的吸氢平台压力、储氢容量以及储氢性能的影响。X射线衍射分析表明, 合金的相组成随着合金中V含量的增加由单一的Laves相经由两相混合共存逐渐转变为单一的体心立方相; 压力-温度-组成测试结果表明: V取代TiCr1.8合金中的部分 Cr可以有效降低合金的吸氢平台压力, 提高合金的最大储氢量, 同时合金吸氢反应的焓变也有很大的增加。

(Ti-Cr)_(40)V_(55)Zr_5储氢合金的热处理改性

研究了(Ti-Cr)40V55Zr5储氢合金在真空热处理(1473 K下保温2 h和6 h)改性前后的相结构及储氢性能。XRD及SEM分析表明,(Ti-Cr)40V55Zr5铸态合金由BCC结构的固溶体主相和ZrCr2基第二相组成;经过热处理后,合金的BCC主相的晶胞体积有所增大,除了BCC主相和ZrCr2基第二相外,还出现微量的富Ti第三相。储氢性能测试表明,热处理后(Ti-Cr)40V55Zr5合金的动力学性能和活化性能均得到改善,室温最大吸氢量略微降低,但P-C-T曲线放氢压力平台倾斜度降低,平台宽度稍有增大,80℃有效放氢量增大。研究表明,在1473 K下经2 h热处理改性的(Ti-Cr)40V55Zr5合金具有较好的综合性能,首次吸氢即可活化,室温吸氢量为401 ml.g-1,80℃有效放氢量达到240 ml.g-1。

电热还原法制备V-Ti-Cr-Fe储氢合金

采用电热还原热法制备了V-Ti-Cr-Fe合金,考察了CaO加入量、Al-Ca还原剂用量及精炼剂成分对制备效果的影响。结果表明,CaO和Al-Ca合金用量对Ti的收得率和合金中杂质含量影响显著,m(CaO)/m(Al)为0.9、m(Al-Ca)/m(Al)为0.5时的熔炼效果较好,Ti的收得率可达66%,Al、O杂质含量可分别达到3.66%和0.75%(质量分数)。以90%(3CaF_2-CaO)-10%V_2O_5(质量分数)渣体为精炼剂,采用喷吹造渣的精炼方法,可较有效地去除合金中的Al杂质,并能起到一定的预脱O作用,精炼后Al和O含量可分别降到1.23%和0.59%(质量分数)。SEM分析表明,未精炼的合金除了含有固溶体主相外,还含有很多氧化物夹杂相,而通过喷吹造渣精炼,夹杂相明显减少。

高温退火对V_(30)Ti_(33)Cr_(27)Fe_(10)贮氢合金性能与结构的影响

研究了高温退火处理对V30Ti33Cr27Fe10贮氢合金性能与结构的影响。结果表明高温退火使放氢平台变平,平台压降低,减小了合金吸放氢后的体胀,改变了合金晶粒的形态,改善了合金基体的组织均匀性。随保温时间延长,合金晶粒长大,晶胞体积减小,吸放氢量降低,BCC主相中析出越来越多的富Ti相,富Ti相中Fe含量随保温时间延长而减少。1523K保温30min的合金具有最大的室温吸放氢量,分别为3.67%和2.14%(质量分数);保温3h的合金具有最好的室温吸氢动力学性能,5min内就能达到其饱和吸氢量的80%。

V含量对低钒Ti-V-Cr储氢合金储氢性能的影响(英文)

研究了V含量由5at%升高到35at%时,Ti-V-Cr储氢合金组织、相结构及储氢性能的变化。SEM及XRD结果显示:V含量为5at%的Ti-V-Cr合金由Cr1.97Ti1.07相和Cr2Ti相及很少量的Ti相组成;V含量为10at%的Ti-V-Cr合金除了包含前述的3相外还出现了一定量的V基bcc固溶体相;而V含量为35at%的Ti-V-Cr合金转变为以V基bcc固溶体为主相的固溶体储氢合金。随着V含量的升高和组织结构的变化,Ti-V-Cr合金最大吸氢量升高,放氢率也增大,但是吸氢速率显著减小,活化性能变差。室温下,V含量为35at%的合金具有最大的吸氢量并且放氢率也最高,最大储氢量和放氢率分别是2.86%(质量分数)和61%。

Ti_(17)Cr_(23)V_(55-)xZr_5Fe_x(x=11～16)合金的相结构及储氢特性

系统研究了Ti17Cr23V55-xZr5Fex（x=11～16）合金的相结构以及储氢特性。XRD及SEM分析表明，所有合金的主相均为体心立方（bcc）结构的钒基固溶体，并含有σ-FeCr和Cr2Zr等第二相；随着Fe含量的增加，合金中的bcc主相含量和晶胞体积逐渐降低，σ-FeCr相含量逐渐增多，而Cr2Zr相含量几乎恒定。储氢性能测试表明，该系列合金的活化性能和动力学性能都很好，在20℃和4MPa初始氢压条件下首次吸氢即可活化，并且无需氢化孕育期就能快速吸氢。当Fe含量从x=11增加至x=16时，合金的室温最大吸氢量从268ml／g逐渐降低至25lml／g，80℃有效放氢量从153ml／g逐渐降低至137ml／g。研究表明，为了改善合金的有效储氢能力，必须消除合金中不吸氢的σ-FeCr相或者抑制σ-FeCr相的生成。

Fe—C—j(j=Ti,V,Cr,Mn)熔体的热力学性质规律

利用本文提出的热力学性质方法，根据Ｆｅ－Ｃ－ｊ（ｊ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ）熔体中的Ｃ溶解度与温度及第三组元ｊ之间的关系式，研究了Ｆｅ－Ｃ－ｊ熔体中第三组元ｊ对Ｃ溶解度的影响因子ｋｉ；ｍｊ以及组元的活度相互作用系数与第三组元ｊ原子序数间的关系，探讨了 Ｆｅ－Ｃ－ｊ（ｊ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ）熔体中不同组元热力学性质的变化规律．