Fe/BN催化剂的制备及其费托合成性能

为开发基于高热传导性载体的催化剂,提高费托合成反应性能,以高比表面积的球磨氮化硼(BN)为载体,通过溶剂热法(溶剂热温度分别为120℃、160℃和200℃)制备了系列Fe/BN催化剂(Fe/BN-120、Fe/BN-160和Fe/BN-200),并研究了催化剂对费托合成的催化性能(温度为280℃、压力为2.0 MPa、合成气V(H2):V(CO):V(Ar)=16:8:1且空速为3000 mL/(g·h),以48h时的反应结果计)。采用N_(2)吸/脱附、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线电子能谱(XPS)和H_(2)/CO程序升温还原(H_(2)/CO-TPR)等对催化剂进行了表征。结果表明,与Fe/BN-120相比,Fe/BN-160、Fe/BN-200中γ-Fe_(2)O_(3)的平均粒径分别由7.2 nm增加至13.6 nm、14.7 nm,同时Fe 2p结合能逐渐向低结合能方向偏移。与Fe/BN-120和Fe/BN-160相比,在电子效应和尺寸效应的作用下,Fe/BN-200的还原、碳化得到明显促进。在费托合成的CO_(2)和H_(2)O气氛中,还原得到的α-Fe、Fe_(3)O_(4)和球磨氮化硼表面的BOx在高温条件下发生反应生成硼酸铁。随着溶剂热温度的升高,催化剂的碳化程度逐渐升高,与Fe/BN-120相比(CO转化率为39.1%、CH_(4)选择性为24.3%和C_(5+)选择性为37.8%),Fe/BN-200的CO转化率提高至68.9%,CH_(4)选择性降至12.9%,C_(5+)选择性增加至51.1%。在Fe/BN催化剂上,通过改变溶剂热温度可以调控催化活性和产物分布,这为提高氮化硼负载的Fe基催化剂的费托合成反应性能提供了思路。

高硼铁基耐磨合金的研究进展

高硼铁基耐磨合金具有硬度高、价格低的特点,熔覆于部件表面,可以有效地减少磨损。以硼化物代替传统耐磨材料中的碳化物作为耐磨硬质相,虽具有良好的耐磨性能,但由于硼化物的脆性问题,导致合金存在韧性不足的缺点。本文综述了高硼铁基耐磨合金的分类和研究进展,重点分析亚共晶和过共晶高硼铁基合金的耐磨性,以及不同工艺对于合金韧性的改善,并对高硼铁基耐磨合金的研究进行了展望。

CeO_(2)添加量对铁基粉末冶金材料表面渗硼层组织与摩擦磨损性能的影响

在渗硼剂中添加CeO_(2),采用固体粉末渗硼法对Fe-2%Cu-0.4%C铁基粉末冶金材料进行950℃×5 h渗硼处理,研究了CeO_(2)添加量(0,2%,4%,质量分数)对渗硼层显微组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明:不同CeO_(2)添加量下的渗硼层均形成单一Fe_(2)B相;随着CeO_(2)添加量的增加,渗硼层的表面粗糙度增大,厚度、硬度及耐磨性能呈先增大后减小趋势;当CeO_(2)添加质量分数为2%时,渗硼层的厚度和硬度均最大,分别约为144μm和58.0 HRC,此时渗硼层的表面完整性相对较好,磨损量最小,约为0.008 g,耐磨性能最佳。

高硼铁基合金在不同铸型中凝固的组织与力学性能

高硼铁基合金在熔模壳型和金属铸型中凝固时,铸态组织部是由树枝状基体和共晶硼化物Fe2B组成．随熔体冷却速率增加,枝晶晶粒尺寸减小,硼化物形态从熔模壳型时的鱼骨状变为金属铸型时的筛网状,硼化物在组织中分布的均匀性增加,但其化学组成没有改变．经1030℃保温2 h,水淬以及200℃回火1 h后,两种铸型铸造试样的基体大部分转变为板条状马氏体;熔模壳型铸造试样的硼化物形态基本保持不变,而金属铸型铸造试样的硼化物粒化．热处理后,金属铸型铸造试样的力学性能高于熔模壳型铸造的试样,其硬度提高5．9％,抗拉强度提高17．5％,冲击韧度提高60％．

硼、碳含量对高硼铁基合金组织和性能的影响

高硼铁基合金是一种新型耐磨材料。硼、碳分别是决定硼化物和基体的重要元素，其含量对组织和性能起决定作用。采用正交实验法研究了硼的质量分数为1.5％～2．5％、碳的质量分数为0．2％～0．5％时高硼铁基合金组织的变化及其对硬度和冲击韧度的影响，为此类材料的研究提供了基础。

含硼触媒对合成的金刚石晶体结构和热稳定性的影响

人造金刚石的热稳定性越来越受到金刚石生产者和使用者的重视,成为国际上评价金刚石内在质量和性能好坏的重要指标。本文在铁基触媒的基础上加入不同含量的硼铁粉,用静压法合成了含硼金刚石。利用光学显微镜、X射线衍射仪和差热分析仪对不同金刚石的晶形、晶体结构和抗氧化性能进行了研究,并与同样工艺条件下合成的不含硼金刚石进行对比,对某些实验现象做了讨论。实验证明,这种方法能够得到抗氧化性好的金刚石,而且生产成本低、操作方便,便于推广。

铜对高硼铁基合金性能的影响

高硼铁基合金中由于硼的存在,加入的锰、铬等用来增加淬透性的元素大部分形成了硼化物,影响了材料的淬透性。而且由于高硼铁基合金中的硼化物导热性能不好,也会影响到材料的淬透性。本文通过添加铜来研究其提高材料淬透性的效果。铜在钢中的作用与镍类似,可以提高钢的淬透性,含量适当时可以提高钢的冲击韧度。在硼钢中,铜的加入可以提高硼在钢中的溶解度,从而可以改善硼钢晶间硼化物的形态,提高钢的力学性能。在高硼铁基合金中,铜不与硼反应,而且不溶于硼化物中,可以充分发挥其增加淬透性的作用。实验结果表明,铜可以有效的增加高硼铁基合金的淬透性,并且可以提高其冲击韧度。

稀土镁对高硼铁基合金的影响

高硼铁基合金是一种新型的耐磨材料,其特点是以组织中硬脆的共晶硼化物作为材料的耐磨相。但是,由于共晶硼化物在晶界处呈网状分布,破坏了基体的连续性,导致材料韧性偏低。提高该种材料韧性的有效途径便是改善硼化物的形态,文中采用稀土镁对高硼铁基合金进行变质,在热处理条件下,改善了硼化物的形态,将材料的冲击韧度提高了34.6%。

稀土镁变质处理对高硼铁基合金组织和性能的影响

为提高高硼铁基合金的性能,研究了两种变质处理方法对Fe-0.45C-1.5B高硼铁基合金的凝固组织与性能的影响。结果表明:高硼铁基合金的组织主要由铁素体、少量马氏体以及硼碳化合物组成,硼碳化合物呈网状沿晶界分布。经稀土镁合金变质后的基体组织较稀土硅铁合金变质后更加细化,且共晶组织中层片状硼碳化合物变短、变细,出现了多处明显颈缩和断网现象,导致部分硼碳化合物的团球化。经稀土镁合金变质处理后材料的硬度提高,冲击韧度和耐磨性能明显提高。

碳化硼对粉/丝复合堆焊高硼铁基合金组织结构的影响

为了探讨合金元素B,C对高硼铁基堆焊合金组织结构、裂纹敏感性的影响,采用粉/丝复合堆焊技术配合不同B4C含量合金粉体制备高硼铁基堆焊合金,通过显微组织结构、微区成分、显微硬度及宏观硬度试验检测,分析不同B,C元素含量及配比的堆焊合金组织与性能.结果表明,高硼铁基堆焊合金由α-Fe,Fe2B,Fe3(C,B)相组成,随着B4C的添加,初晶岛状α-Fe消失,菱形初晶Fe2B、粒状Fe3(C,B)析出,鱼骨状、条状共晶状组织α-Fe+Fe2B体积分数趋于减小并消失,菊花状α-Fe+Fe2B+Fe3(C,B)包晶组织成为堆焊合金的主体.高硼铁基合金中硼、碳的含量及配比是影响堆焊合金组织结构、裂纹敏感性的原因之一,约30%合金粉体(含35%硼铁粉、5%B4C)配合约70%H08Mn2Si焊丝获得的堆焊层,可有效抑制堆焊裂纹的出现,并可获得稳定的高硬度值66 HRC.

采用不同含硼化合物合成Ⅱb型金刚石的试验研究

按照添加等量硼元素的原则,在粉末冶金铁基触媒中加入不同的含硼化合物(硼铁、碳化硼和六方氮化硼),在六面顶压机上进行金刚石合成试验。对合成出的含硼金刚石单晶进行表面形貌、磁化率、冲击韧性以及热重等综合质量对比。结果表明,不同的硼源会相应影响金刚石的生长区间,并进而直接影响金刚石晶体的质量及其主要性能。以六方氮化硼为硼源,可以实现对金刚石的硼、氮复合掺杂,合成出的金刚石晶体质量较高,性能较为优异。碳化硼次之,而用硼铁合成的金刚石晶体因杂质较多,导致质量和力学性能降低,合成效果较差。

采用六方氮化硼合成Ⅱb型金刚石单晶的试验研究

在铁基触媒原材料中添加不同含量的六方氮化硼,采用粉末冶金方法制备片状触媒,在六面顶压机上进行金刚石合成试验。通过对比主要的合成参数发现,掺杂适量的六方氮化硼能够提高触媒的电阻,虽然对金刚石的成核有一定的抑制作用,但是有利于降低合成功率,同时有利于金刚石的粒度增粗。对合成出的金刚石的性能检测发现,适量的六方氮化硼掺杂有利于净化金刚石晶体,减少杂质与包裹体的数量,有利于降低磁化率,提高晶体的静压强度和冲击韧性。

基于气基直接还原-熔分的硼铁矿高效利用新工艺

实验室条件下,以含硼铁精矿为原料制备氧化球团,对含硼铁精矿气基竖炉直接还原-电炉熔分新工艺进行了研究.结果表明,含硼铁精矿是良好的造球原料,1 200℃下焙烧20 min后,成品球团抗压强度可达2 500 N以上,满足气基竖炉直接还原工艺要求.在H2与CO体积比大于2/5且温度在850~1 000℃条件下,含硼铁精矿氧化球团还原率达到95%的时间为15~60 min,还原膨胀率不高于15%.在高温下电热熔化DRI后硼和铁可以高效分离,硼、铁收得率均可达到98%以上,富硼渣中B2O3的质量分数在21%以上,活性可达89%左右,是“一步法”生产硼酸的优良原料.含硼铁精矿气基竖炉直接还原电炉熔分新工艺可以实现硼铁高效分离和清洁利用.

Ti对Fe-B-C-Ti系堆焊层组织及耐磨性的影响

采用CO2气体保护实心焊丝堆焊与喷射送粉的方法在Q235钢表面制备了具有一定耐磨性且无缺陷的韧化Fe-B-C-Ti堆焊涂层,通过金相组织观察,XRD, SEM,硬度测试和磨损试验研究了Ti含量对高碳高硼铁基合金堆焊层的组织及耐磨性的影响。结果表明:Ti元素可抑制过共晶高碳高硼堆焊合金组织中Fe2B相的形态,能细化初生硼化物和共晶硼化物晶粒,使组织分布均匀,提高堆焊层的韧性。堆焊层以Fe2B初生相和Fe2B+(α-Fe)共晶组织为主,同时含有少量的Fe3(B,C),此组织硬度在HRC63以上,有利于提高堆焊层耐磨性。随着Ti含量的增加,析出相尺寸减小、数量增多、且分布均匀,添加Ti元素可有效提高堆焊层的综合性能。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定二硼化钛增强铸铝复合材料中钛硼硅镁锌铁

采用氢氧化钠溶解样品，硝酸酸化，电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定二硼化钛增强铸铝复合材料中钛、硼、硅、镁、锌、铁。分别采用逐级稀释法、标准溶液系列使用基体匹配和无基体匹配这两种方法，考查铝的基体效应。结果表明，样品质量浓度在5O～500ug／mL范围内，铝基体对测定基本无影响。仪器选定的实验条件下，以无基体匹配的标准溶液系列绘制校准曲线，待测元素的线性方程相关系数均大于O．9996。方法中各元素的检出限在0．0009％～O．O1O％之间。将方法应用于TiB2／A1Si复合材料实际样品中钛、硼、硅、镁、锌、铁的测定，结果的相对标准偏差（RSD，n=11）均小于3％，回收率在94％～113％之间；按照实验方法测定两个铸铝标准样品中硅、镁、锌和铁，测定值与认定值一致。

添加剂硼对合成细颗粒金刚石单晶的影响

实验在国产六面顶压机上利用高温高压方法,在铁基粉末触媒中添加硼粉,合成出了细颗粒金刚石单晶,找到了合成含硼细颗粒金刚石单晶的最佳添加比例。实验结果表明:随着硼添加量的增加,晶体的颜色逐渐加深,合成细颗粒金刚石单晶的最低压力点呈动态变化趋势。在铁基粉末触媒中添加硼粉,合成的金刚石单晶容易出现包裹体,且颗粒细化后依旧没有大的改善,原因与硼的电子结构有关。

Ti-Al和Ti-Al-Ce复合改性剂对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响

研究Ti-Al和Ti-Al-Ce两种复合改性剂对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度测试仪和摩擦磨损试验机等分析合金的组织结构和性能,结果表明:Ti-Al和Ti-Al-Ce的添加都能很好地破坏共晶硼化物的连续网状结构,改善硼化物的形貌、尺寸和分布情况,其中Ce添加后改善效果更加明显。热处理后合金硬度出现小幅度的减小,但硬度都在60HRC以上,改性处理显著提高高硼铁基耐磨合金的冲击韧性和耐磨性能,冲击韧性最高可达15.2 J/cm^2,并表现出很好的耐磨性能。

多种硼源的复合添加对含硼金刚石单晶的影响

本文使用碳化硼、六方氮化硼和硼砂三种硼源材料复合添加的铁基触媒在高温高压下合成含硼金刚石,通过对金刚石结构与性能的表征,探讨多种硼源复合添加对含硼金刚石的影响。实验发现,采用多种硼源复合添加的铁基触媒合成金刚石可以有效地稳定金刚石的硼源供给,提高金刚石的含硼量。随着硼含量的增加,金刚石的结晶习性逐渐以(111)晶面为主,主要的机械性能和热稳定性得到了明显的提高。实验结果充分说明,多种硼源复合添加更有利于提高含硼金刚石的品级。

锰在高硼钢凝固中的合金化作用

铁和硼结合生成硼化物Fe2B,使得合金具有良好的耐磨性。研究了高硼耐磨合金钢的凝固过程,还对锰对其组织及力学性能的影响进行了研究。结果表明:高硼耐磨合金由枝晶组织和共晶组织组成,凝固时前者为初生奥氏体枝晶,后者是(γ+硼化物)共晶体;在冷却过程中这些奥氏体转变为马氏体+铁素体+残余奥氏体;随着锰量的增加,枝晶组织体积分数下降,硼化物的变化不大;Mn主要富集在硼化物和枝晶的边缘,合金中有残留奥氏体,但其耐磨性可达NM500耐磨钢的10.8倍。

聚乙二醇介质中纳米铁基催化剂上的费托合成

采用化学还原法在纯水中制备了纳米铁基催化剂,将其直接分散到液态聚乙二醇(PEG)中进行费托合成(FTS)反应.透射电子显微镜、X射线衍射、穆斯堡尔谱和X射线光电子能谱等结果表明,还原态催化剂粒径在30～65nm,主要由无定形的Fe-B和α-Fe组成,其中B部分电子向Fe转移.反应过程中,无定形的Fe-B首先快速转变为α-Fe,而α-Fe很容易发生碳化或氧化,最终转变为Fe3O4和碳化铁.PEG能有效抑制纳米粒子的聚集长大,反应后催化剂粒径减小为20～55nm.在3.0MPa,V(H2)/V(CO)=2和200oC的反应条件下,该催化剂表现出优异的FTS低温活性和较高的稳定性,反应后产物和催化体系很容易实现分离.