高含量Zn对Al-Mg-Si合金微观组织、力学性能及晶间腐蚀性能的影响

【目的】可热处理强化Al-Mg-Si合金由于高的比强度、良好的成形性、优异的耐腐蚀性和良好的焊接性能,广泛应用于交通运输,是车辆轻量化的首选材料之一。然而,高含量Zn对合金组织和晶间腐蚀性能的影响有待进一步研究。【方法】采用室温拉伸和晶间腐蚀试验,结合SEM/EDS、EBSD和TEM表征,分析Zn元素对Al-Mg-Si合金微观组织、力学性能及晶间腐蚀性能的影响。【结果】添加Zn合金的晶粒尺寸比不添加Zn合金的大。室温拉伸性能表明,添加Zn合金的强度明显高于不添加Zn合金,但添加Zn合金的断后伸长率降低。晶间腐蚀结果表明,添加Zn合金的最大晶间腐蚀深度大于不添加Zn合金。【结论】添加Zn元素有利于减少第二相颗粒的数量,减弱对晶界的钉扎作用,增大合金的晶粒尺寸。添加Zn元素增加细小β"相的数量密度,同时促进少量的η'相析出,提高合金的强度。添加质量分数为4%的Zn能够促进晶界析出相由β相向富Zn相转变,减小晶界析出相的间距,增大PFZ的宽度,降低合金的抗晶间腐蚀性能。

热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的 为详细研究热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下的腐蚀行为及作用机理,同时为热浸镀Zn-Al-Mg镀层在湿热海洋大气环境中服役提供数据参考。方法 采用腐蚀失重、XRD、SEM、电化学等测试方法对热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境下的腐蚀行为进行研究。结果 腐蚀产物主要由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O组成,腐蚀一段时间后,发现少量ZnO、Zn_(5)(OH)_(6)CO_(3),腐蚀产物具有与锌腐蚀类似的层状结构,1 848 h呈“三明治”型,相比于上下两层暗色物质,中层亮色腐蚀产物富集更多的Cl元素。热浸镀Zn-Al-Mg镀层腐蚀速率大体随时间延长呈上升趋势,只在672~840 h腐蚀速率下降,对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气中表现出较好的耐蚀性。结论热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下腐蚀产物演变与腐蚀过程中Mg的参与有关。腐蚀672~840h阶段腐蚀速率下降的原因与腐蚀产物中ZnO的减少和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O占比增加有关。对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,预测热浸镀Zn-Al-Mg镀层在严酷湿热海洋大气中仍具有较高的耐蚀性,可以优先考虑作为湿热海洋环境的建设用材。

Ce对Zn-Al-Mg合金镀层组织和耐腐蚀性能的影响

为了考察Ce含量对热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层的组织和耐腐蚀性能的影响,采用SEM、EDS、XRD等方法对镀层的形貌、组织成分及物相进行了观察分析,结合盐雾试验对腐蚀产物形貌、组成及含量以及去除腐蚀产物后的镀层形貌进行了分析,并进一步通过电化学测试考察了不同镀层在3.5%NaCl溶液中的电化学行为。结果表明,Zn-5Al-1.5Mg-xCe (x=0, 0.05, 0.10, 0.25,质量分数,%)合金镀层的组织由富Zn相、富Al相和Zn/Al/MgZn_(2)(或Mg_(2)Zn_(11))三元共晶组织组成,少量Ce的加入增加了镀层中三元共晶组织的比例。Ce可以减薄镀层,细化富Al相,提高镀层的均匀性。当Ce添加量为0.10%时,细化效果最好。另外,Zn-5Al-1.5Mg-0.10Ce合金镀层的耐腐蚀性能最好,是Zn-5Al-1.5Mg合金镀层的2.6倍左右。Ce提高了镀层的均匀性,减少了局部腐蚀,提高了Zn_5(OH)_8Cl_(2)·H_(2)O腐蚀产物保护层的均匀性和致密性,从而提高了镀层的耐腐蚀性能。

不同预时效挤压态Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金的再结晶行为和强化机制

通过控制预时效时间制备3种不同状态的试样,研究不同预时效状态对挤压态Mg−9.5Gd−4Y−2.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金的动态再结晶行为(DRX)和性能的影响。结果表明,欠时效挤压(UAE)样品的细晶体积分数为17.4%,而峰时效挤压(PAE)和过时效挤压(OAE)样品的细晶体积分数分别达到89.7%和50.4%。在晶粒内部和晶界处分布的致密、细小的β颗粒相通过粒子激发形核机制显著提高了形核位点和位错密度。然而,致密针状γ'相抑制位错滑移,延迟DRX形核。PEA和OAE样品中细小晶粒的差异归因于原始颗粒相的数量和尺寸的不同,而其拉伸性能的差异归因于不同的显微组织。由于晶界强化和析出强化机制的贡献更大,PAE样品具有更优异的拉伸性能。

Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响

铝镁合金是轻量化材料应用领域中一种重要的金属材料,属于中高强度铝合金,具有较高的塑性、良好的耐蚀性以及优良的焊接性等优势,目前在航空航天、交通运输和军工制造等领域具有广阔的应用前景。笔者综述了铝镁合金力学性能特点以及用途,介绍了Al-Mg系合金中的强化机制,重点阐述了Al-Mg系合金中主合金化元素Mg及其含量对合金微观组织和力学性能的影响规律及机理,详细论述了Mn、Zr、Ti、Sc、Er、Y等微合金化元素的作用以及对Al-Mg系合金微观组织和力学性能的影响规律。最后,结合Al-Mg系合金当前研究现状,提出了今后值得研究的方向。

氢氟酸处理InP/GaP/ZnS量子点的光学性能及其发光二极管应用

采用氢氟酸(HF)原位注入法制备了InP/GaP/ZnS量子点。通过紫外/可见/近红外光谱、光致发光光谱、透射电镜、球差校正透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试手段分析了HF对InP量子点的发光性能影响。实验结果表明,HF刻蚀减少了量子点表面氧化缺陷状态,有效控制了InP核表面的氧化,并且原子配体形式的F-钝化了量子点表面的悬挂键,显著提升了量子点的光学性能。HF处理的InP/GaP/ZnS量子点具有最佳的发光性能,PLQY高达96%。此外,用HF处理InP/GaP/ZnS量子点制备的发光二极管,其发光的电流效率为6.63 cd/A,最佳外量子效率(EQE)为3.83%。

ZnS@CdS/HAP复合微球的SILAR法制备及光催化性能

以酵母模板法制备的中空羟基磷灰石(HAP)微球为基底,通过连续离子层吸附反应法(SILAR)制备ZnS@CdS/HAP复合微球,利用XRD、SEM、UV-vis等表征手段分析材料的晶体结构、微观形貌和光吸收能力等,同时结合亚甲基蓝的光催化降解实验探讨复合微球的光催化机理.结果表明:利用SILAR法成功实现了ZnS@CdS/HAP复合微球的制备,ZnS@CdS/HAP复合微球的直径约为3~5μm且分散性良好,在可见光区有良好的吸收性能,具有优异的光催化活性,在催化剂添加量1g/L、pH=7、温度为25℃的条件下,对50mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液可见光催化100min时去除率高达93%.机理分析证实,ZnS@CdS/HAP光催化可能存在的Z型电荷迁移机制在有效抑制光生载流子复合的同时有效抑制光生腐蚀的发生,提升了ZnS@CdS/HAP复合微球的光催化活性和稳定性.

碳纳米管增韧Al-Mg合金复合材料的制备与性能研究

选择碳纳米管为增强相,通过搅拌铸造法制备了碳纳米管增韧Al-Mg合金复合材料,研究了碳纳米管的添加量对复合材料力学性能、微观组织以及韧性的影响,并探究了碳纳米管对Al-Mg合金的增韧机理。结果表明,掺入适量的碳纳米管后细化了Al-Mg合金复合材料的晶粒,晶粒尺寸约为80μm,当碳纳米管的添加量为0.8%(质量分数)时,复合材料的断口形貌最均匀。随着碳纳米管添加量的增大,复合材料的抗拉强度、断裂伸长率、硬度均表现出先增大后降低的趋势,当碳纳米管的添加量为0.8%(质量分数)时,抗拉强度、断裂伸长率和硬度均达到了最大值,分别为208.6 MPa、15.8%和53.1 HB。适量碳纳米管的添加显著改善了Al-Mg合金的韧性,使断裂延伸率逐渐增大,屈服阶段延长,韧性得到提高,这是因为适量的碳纳米管添加后能够与合金发生较好的结合,并贯穿于合金的裂纹中,发挥出了桥联作用,阻碍了裂纹的萌生和扩展,从而改善了Al-Mg合金复合材料的韧性,延缓了合金的失效过程,延长了合金的屈服阶段。综上分析可知,碳纳米管的最佳添加量为0.8%(质量分数)。

GaSe/ZnS异质结的结构和界面性质的第一性原理研究

本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了GaSe/ZnS vdWH界面性质中的平面平均电子密度差和平均静电势。结果表明,GaSe/ZnS vdWH是一种直接带隙为2.19 eV,载流子迁移率较高的异质结构。其中,沿x方向的电子迁移率可达1394.63 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),而沿y方向的电子迁移率可达1913.18 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),性能优异,有望应用于电子纳米器件。

豫西熊耳山蒿坪沟Ag-Au-Pb-Zn多金属矿床闪锌矿矿物学和微量元素组成特征及其成矿启示

蒿坪沟银金铅锌多金属矿床是豫西熊耳山地区重要的铅锌多金属矿床之一,矿体主要赋存在蚀变破碎带和断裂带内,成矿与区内岩浆活动关系密切。目前该矿床的研究集中于同位素地球化学、成矿时代和成矿物质来源等方面,但从矿物角度示踪成矿过程的报道较少。本文以矿石中不同世代闪锌矿为研究对象,开展电子探针和LA-ICP-MS原位主微量元素分析,查明不同世代闪锌矿的矿物学和微量元素组成特征,以反演矿床成矿物理化学条件进而约束矿床成因类型。结果表明,该矿床中闪锌矿主要存在两个世代:第一世代闪锌矿(Sp1)呈黑褐色或浅褐色,常与黄铁矿和黄铜矿共生,相对富集Fe、Mn、Cd、Cu和In;第二世代闪锌矿(Sp2)呈黄褐色或暗褐色,与大量方铅矿共生,裂隙被它形黄铁矿和碳酸盐充填,相对富集Co、Ge、Sn和Pb。闪锌矿中主要富集的元素为Fe、Co和In,其中Fe、Mn、Cd、Co和In等元素基本是以类质同象的形式赋存在闪锌矿的矿物晶格中,而Ag、Sb、Cu和Pb可能是以子矿物或显微包裹体的形式赋存。此外,Zn/Cd、Zn/Fe和Ga/In比值以及Fe温度计指示闪锌矿形成于中低温(沉淀时流体温度为229~259℃)和低硫逸度(lgƒ(S_(2))=-12.0~-10.1)的环境下,由成矿阶段II(Sp1到成矿阶段Ⅲ(Sp2其成矿温度可能发生了显著变化,结合面扫描分析结果,指示闪锌矿从核部到边缘温度逐渐降低。通过与国内外典型铅锌矿床闪锌矿微量元素特征对比,结合本矿床闪锌矿中低的Ga/In和Ge/In比值及Ge含量的特征,指示蒿坪沟银金铅锌多金属矿床成矿过程有岩浆活动的参与。综合认为蒿坪沟银金铅锌多金属矿床可能属于岩浆期后热液蚀变岩型和脉型矿床。

垃圾焚烧飞灰水洗脱氯及重金属Zn的浸出特性研究

以生活垃圾焚烧飞灰为原材料,通过单因素实验和响应面优化实验研究了飞灰脱氯的最佳水洗条件以及飞灰中Zn的最佳浸出条件。结果表明,在最佳水洗条件(水洗温度35℃、水洗时间10 min、水洗液固比10 mL/g)下,飞灰氯离子洗脱率为73.4%,二次水洗后,氯离子洗脱率可达96.8%。酸浸实验中,不同种类酸对飞灰中Zn的浸出效果为盐酸>硝酸>单宁酸(TA)>二乙烯三胺五乙酸(DTPA)>乙二胺四乙酸二钠(EDTA)。采用响应面优化法确定飞灰中Zn的最佳盐酸浸出条件为:浸出液固比10 mL/g,盐酸摩尔浓度2.0 mol/L,浸出时间8 h,此时Zn浸出率可达到70.48%。

生物可降解挤压态Mg-Sn-Zn-Zr合金组织与腐蚀性能的研究

采用气体保护法制备了高强塑性Mg-Sn-Zn-Zr(TZK)合金,然后在不同温度(300、350、400℃)对其进行挤压变形,并对合金的微观组织、物相组成和体外降解行为进行研究。结果表明:300℃挤压后合金的组织为均匀细小的等轴晶,晶粒尺寸最小,为6.57μm;析氢量和腐蚀速率最低,耐腐蚀性能最好。随挤压温度升高,合金的晶粒长大,组织中出现孪晶,导致其耐腐蚀性能变差。

超声处理对可降解Zn-0.5Sr合金组织及腐蚀性能的影响

以Zn-0.5Sr合金为对象,研究了不同超声功率(0、300、600、900 W)对Zn-0.5Sr合金显微组织及腐蚀性能的影响.结果表明:Zn-0.5Sr合金经过超声处理后,铸态组织中SrZn13相由粗大的多边形转变为细小的块状,与未处理的合金相比较,对合金进行600 W超声处理后,合金的电化学腐蚀速率由2.078±0.141 mm/a增加至5.747±0.390 mm/a.当超声功率为600 W时,Zn-0.5Sr合金15、30 d的浸泡腐蚀速度分别为0.090±0.0021、0.074±0.0019 mm/a,是未经超声处理的1.88、1.95倍.

电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层耐腐蚀性能研究进展

通过在钢基体表面制备涂层可以很好地延长钢铁材料的服役时间,减少因腐蚀造成的重大事故和人员伤亡。相较于传统的纯Zn涂层、纯Al涂层以及Zn-Al合金涂层,Zn-Al伪合金涂层能够为基体材料提供长久有效的腐蚀防护,在钢铁材料的腐蚀防护中具有巨大的应用潜力。简述了Zn-Al伪合金涂层电弧喷涂制备工艺的特点;介绍了Zn、Al、Zn-Al合金及Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀防护原理;在此基础上从组分、喷涂工艺参数(喷涂距离、喷涂电流和喷涂电压)、元素掺杂(Mg、Si及Re)及后处理工艺(封孔、激光重熔)等角度,论述了其对Zn-Al伪合金涂层耐蚀性的影响;讨论了Zn-Al伪合金涂层防腐体系在桥梁、海洋钢结构件、地下运输管道中的应用现状;最后总结了目前研究工作中存在的挑战,提出了电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层尚需深入研究的重点问题,为提高钢铁材料使用寿命提供了参考。

通过不同热挤压方式制备具有较优强塑性组合的新型Mg-5Sn-2Al-1Zn合金

制备新型Mg-5Sn-2Al-1Zn(TAZ521)合金。为提高合金的强度与塑性,采用正挤压(DE)和挤压-剪切(ES)两种工艺对该合金进行变形处理。通过XRD、SEM、TEM、EBSD和拉伸试验等方法研究均匀态和挤压态合金的显微组织演变、织构演变及强化机制。结果表明,正挤压态合金的力学性能得到改善;然而,合金表现出由粗晶和细小动态再结晶(DRXed)晶粒组成的双峰组织。经过挤压-剪切变形后的合金组织变得更加均匀,并且实现更好的强韧性结合,变形后合金的屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和伸长率(EL)分别达到212 MPa、303 MPa和21.7%。晶粒细化和Mg2Sn析出物的钉扎效应对强度的提高起到重要作用,此外,延展性的提高归因于基面纤维织构的弱化和非基面滑移系的激活。

高强Al-Zn-Mg-Cu合金静态再结晶模型及组织演变

采用Gleeble 3800热模拟试验机对航空用Al-Zn-Mg-Cu合金的热变形行为进行了测试,对变形后的微观组织进行了表征,系统分析了静态软化行为,建立了静态再结晶动力学模型。结果表明:实验用航空Al-Zn-Mg-Cu合金的静态再结晶激活能为129162 J·mol^(-1),静态再结晶体积分数受变形温度、变形程度、变形速率的影响,且变形温度对静态再结晶影响最明显;变形速率一定时,变形温度越高,道次停留时间的影响越不明显;350℃低温变形后,α-Al基体晶粒内部仍存在大量的位错缠结;400℃中温变形后,位错运动能够充分进行,部分晶粒发生了再结晶;450℃高温变形后,基体晶粒基本全部完成了再结晶,基体晶粒内部发现5~25 nm尺寸范围的Al-Zn-Mg-Cu四元相粒子;对于不同热变形条件,模型预测值的误差在0.008~0.0625范围内,动力学模型的计算结果精确度较高。

铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为及本构模型的建立

利用Gleeble-3500型热力模拟试验机对铸态Mg-6Zn合金在变形温度500,520,540℃,应变速率0.1,1,5 s^(-1)下进行半固态压缩试验,得到了真应力-真应变曲线;基于真应力和真应变试验数据及Arrhenius模型,建立该合金的半固态压缩本构模型,并进行试验验证。结果表明:Mg-6Zn合金的半固态压缩变形过程主要分为类弹性变形、应变硬化变形和流变黏塑性变形3个阶段;峰值应力随变形温度的升高或应变速率的减小而降低。利用建立的本构模型计算得到的真应力与试验结果之间的相关性很好,相关系数为0.947,平均相对误差为5.57%,说明该本构模型能够较准确地预测铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为。

ZnS/BiVO_(4)纳米复合材料的制备及其光催化性能研究

以BiVO_(4)纳米棒为载体,采用室温共沉淀法制备了BiVO_(4)负载ZnS量子点的纳米复合材料,利用SEM、TEM、XRD和FT-IR等对其组成、结构、形貌进行表征;以四环素(TC)为污染物,考察了ZnS/BiVO_(4)复合材料的光催化性能。结果表明,与纯ZnS和BiVO_(4)相比,ZnS/BiVO_(4)复合材料对TC光催化降解的性能显著增强,其中,Zn/Bi摩尔比为2/1的ZnS/BiVO_(4)-2/1样品对TC的降解效果最佳,1 h内TC(20 mg/L)清除率达到83.5%。自由基猝灭实验证实光生空穴(h^(+))、超氧自由基(·O_(2)^(-))及羟基自由基(·OH)均在ZnS/BiVO_(4)-2/1样品光催化降解TC过程中发挥作用,初步阐述了ZnS/BiVO_(4)-2/1光催化TC降解的Z型异质结机理。

Pt NPs增强ZnO@ZnS核-壳异质纳米棒光催化产氢性能研究

采用原位光沉积方法将铂纳米颗粒(Pt NPs)负载在核-壳异质纳米棒ZnO@ZnS表面,制备出ZnO@ZnS/Pt复合光催化剂。调控Pt NPs在ZnO@ZnS表面的负载量,探究了不同质量的Pt NPs对光催化产氢气性能的影响。结果表明,当贵金属Pt的负载量为2%(ZnO@ZnS/Pt-2)时,复合光催化产H_(2)性能最好,产氢速率为4.52 mmol/(g·h),是ZnO@ZnS的1.8倍,催化剂表现出优异的催化稳定性。在此复合材料中,贵金属Pt纳米颗粒作为助催化剂,Pt对H~+具有较低的吸附能,优先吸附H~+,光生电子转移到Pt纳米粒子表面,H^(+)在其表面得到光生电子,被还原为氢气,成功地抑制了光生电子和空穴的复合,有效地提升了催化剂的催化性能。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。