低Nb含量的CoCrFeNiNb_x合金退火后的组织演变和性能

在FCC型CoCrFeNi合金中添加少量Nb可起到固溶强化和第二相强化效果,但目前对Nb在FCC相中的溶解度及其对合金组织和性能的影响还不够了解。为此,本文基于热力学计算相图,实验研究了含1%~5%Nb(摩尔分数)的铸态CoCrFeNiNb_x合金在800~1200℃真空退火前后的显微组织和显微硬度。结果表明:即使添加1%Nb,铸态CoCrFeNiNb_x合金中仍存在约3%的FCC+C14共晶组织。后凝固的FCC相中Nb含量可高达2.4%~3.1%,在800℃退火后可析出针状纳米级Mg_(3)Cd型τ相,使合金硬度提高约30HV。经1000℃或1200℃退火后,FCC相的成分均匀,Nb含量分别为1.6%和3.1%,与热力学计算结果一致。退火后,共晶组织中的C14 Laves相球化长大,层片组织消失,合金硬度降低。因此,添加少于3.1%Nb后再进行固溶及时效处理以析出τ相是提高FCC型CoCrFeNi合金强度的有效途径。

600~1000℃退火处理对FCC型Co_(x)FeMnNi_(3-x)合金组织演变及耐蚀性的影响

在CoCrFeMnNi合金及不锈钢中,Cr对合金的耐蚀性起到关键作用,但目前对无Cr的Co-Fe-Mn-Ni合金的组织演变及耐蚀性影响的研究较少。本工作使用电弧熔炼法制备了一系列FCC型Co_(x)FeMnNi_(3-x)合金,并在600℃、800℃、1000℃真空退火120 h,实验研究不同退火温度下Co_(x)FeMnNi_(3-x)合金的组织演变及耐蚀性变化规律。结果表明,铸态下这些合金均为枝晶组织,Co含量的增加使得枝晶更加发达。合金的耐蚀性随着Co含量的增加(Ni含量的降低)而逐渐降低。600℃退火后,合金组织整体仍为编织网状枝晶,但枝晶明显淡化,开始向等轴晶演变,晶粒间距增大,耐蚀性降低。600℃退火后的Co_(1.0)FeMnNi_(2.0)合金自腐蚀电流密度(2.19×10-^(6)A·cm^(-2))比铸态时提高了一倍。800℃退火后,Co_(1.0)FeMnNi_(2.0)合金的组织由大量等轴晶组成,其余合金组织仍有枝晶未完全消退。较为稳定的等轴晶使得合金的耐蚀性能提升,自腐蚀电流密度降低至0.68×10^(-6)A·cm^(-2)。退火温度提高到1000℃,合金完全由粗大的等轴晶组成,晶粒间结合紧密。1000℃退火后,Co_(1.0)FeMnNi_(2.0)合金自腐蚀电流密度为0.22×10^(-6)A·cm^(-2),拥有比304L不锈钢更高的耐蚀性。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

Fe和Ce含量对Galfan合金力学性能及耐蚀性的影响

将真空熔炼的Zn-Fe-Ce中间合金加入到Zn-Al熔池中,制备Zn-5Al-0.1Ce-xFe和Zn-5Al-yCe-0.1Fe合金,分析了Fe和Ce含量对合金显微组织及力学性能的影响,并使用电化学工作站测试了合金的电化学性能。结果表明,在Zn-5Al-0.1Ce合金中Fe含量大于0.02%后会形成颗粒状的FeAl3Znx相。随着Fe含量的增加,FeAl3Znx相和先共晶的η-Zn相增加,Zn-Al共晶组织由层片状向点状转变。添加0.1%以下的Fe可提高Galfan合金的抗拉强度。但随着Fe含量的增加,合金的抗拉强度略有降低,Zn-5Al-0.1Ce-0.02Fe合金的综合力学性能最好。添加0.04%以下的Fe会提升合金耐蚀性。此外,随着Ce含量的增加,Zn-5Al-yCe-0.1Fe合金的抗拉强度有所降低,耐蚀性变化不明显。因此,在生产中需要根据镀层性能要求,严格控制合金液中的Fe和Ce含量。

CoxMn2-xCrFeNi高熵合金的相稳定性

本工作通过磁控电弧炉制备了一系列Co x Mn 2-x CrFeNi(x=0.25—1.75)高熵合金,并利用XRD、SEM、EDS、DSC等手段研究了这些合金在铸态、800℃和1000℃退火720 h后的相稳定性。研究发现,Co含量不低于15%(原子分数)的Co x Mn 2-x CrFeNi合金在铸态及800℃和1000℃退火720 h后均为FCC单相。铸态Co 0.25 Mn 1.75 CrFeNi为FCC+BCC两相,但经800℃或1000℃退火720 h后,该合金中的BCC相消失,Cr元素富集,转变为FCC+σ相。在800℃退火720 h后的Co 0.5 Mn 1.5 CrFeNi不仅从FCC基体中析出了σ相,还析出了富Cr的BCC相。DSC测试表明,FCC相的开始熔化温度随Co含量的增加而升高;σ相将在1097~1120℃分解。此外,基于TCFE数据库的热力学计算结果表明,虽然通过计算可以较准确地预测FCC相的稳定性,但是不能准确地预测BCC相和σ相的稳定性。也就是说,Co-Cr-Fe-Mn-Ni体系中σ相和BCC相的热力学模型参数还需要进一步优化。

退火处理对Co_(x)CrFeMnNi_(2-x)高熵合金显微组织和耐蚀性的影响

通过电弧熔炼法制备了一系列fcc型Co_(x)CrFeMnNi_(2-x)(x=0.25~1.5)高熵合金,并于600~1000℃真空退火120~360 h,进而研究了Co和Ni含量、退火温度及时间对合金显微组织和耐蚀性的影响。结果表明,这些铸态合金均由fcc单相组成。600~1000℃退火后,除x=1.5的合金中会形成少量的hcp相外,其他合金没有相变。铸态Co_(x)CrFeMnNi_(2-x)合金主要由粗大的树枝晶组成,合金的耐蚀性随Co含量的增加而逐渐降低。600~1000℃退火会明显改变合金的金相显微组织。600℃退火后,由于晶界迁移截断枝晶主干,合金组织得到了细化;同时,由于粗大的晶界增多,合金耐蚀性明显降低。800℃退火120 h后,合金中形成了曲折的等轴晶界,但晶内仍有明显的网状编织的亚晶;此时,合金的耐蚀性得到大幅提升。进一步延长退火时间或升高退火温度可使晶界变得平滑细小,晶内的编织网状亚晶逐渐消失,合金的耐蚀性也将进一步提升。这些结果将为fcc型高熵合金的成分设计及组织调控提供依据。

电致变色器件中聚丙烯酸酯类电解质的研究

利用分光光度计研究了不同的复合改性丙烯酸酯(紫外固化胶)的雾度和透光率等性质,确定了可适用于电致变色器件的聚丙烯酸酯类电解质基体。用电化学工作站测试恒定含量增塑剂条件下不同LiClO_4含量的聚丙烯酸酯类电解质的离子电导率,以此确定电解质的最佳配比参数。利用磁控溅射技术制备氧化钨和氧化镍薄膜导电玻璃,和电解质组装成电致变色器件(ECD),并测试了不同配比的电解质在相同电压下的变色时间、循环稳定性以及透光率变化等性质。结果表明,LiClO_4∶增塑剂碳酸丙烯酯∶紫外固化胶UV63.07(质量比)为0.246 3∶0.595 2∶2.008 9时,常温下聚丙烯酸酯类电解质的最大离子电导率可达9.06×10^(–4) S/cm。在100次着褪色循环后,光密度变化为0.392 7,可见光范围内的平均透光率变化为29.4%,且具有较好的稳定性,表现出优异的实际应用性能。

磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯复合膜的制备及其性能

合成了磺化聚醚醚酮(SPEEK),以溶液浇铸法制备了磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯(SPEEK/PVDF)复合膜。详细表征了复合膜的微观形貌、电导率、机械性能等,以SPEEK/PVDF20和SPEEK膜组装的全钒液流电池,并对其性能进行了对比研究。结果表明,PVDF的添加能够有效降低复合膜的吸水率、溶胀度和钒离子渗透率,同时有效提高复合膜的弹性模量和拉伸强度。以SPEEK/PVDF20组装了全钒液流电池,电池的库伦效率为87.35%,电压效率为85.76%,能量效率为74.91%,其综合性能优于纯SPEEK膜组装的电池。

锌铝池中Si含量对渣相形成的影响

采用Thermo-Calc软件分别计算硅在不同温度Zn-50%Al-x Fe-y Si(原子数分数)熔池液相中的溶解度及不同温度Zn-30%Al-2%Fe-x Si(质量分数)熔池中开始形成τ5渣相和Fe Al3渣相消失时该熔池中硅含量,采用平衡合金法测定Zn-50%Al-x Fe-y Si合金液相中硅的溶解度和不同硅含量的Zn-30%Al-2%Fe-x Si合金的相平衡关系.当温度分别为540、560、580、600和620℃时,硅在Zn-50%Al-x Fe-y Si体系液相中的溶解度(原子数分数)计算值分别为0.82%、0.95%、1.11%、1.28%和1.47%,实验结果与计算结果吻合很好.当熔池温度分别为580、600和620℃时,在Zn-30%Al-2%Fe-x Si合金中刚开始出现τ5相时所对应硅质量分数的计算值分别为0.6%、0.72%和0.84%,发生Fe Al3相消失对应的锌池中硅质量分数的计算值分别为1.12%、1.22%和1.34%,实验结果与计算预测结果基本一致.

铁酸盐-还原石墨烯复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

以氯化铁(FeCl_3·6H_2O)、氯化锰(MnCl_2·4H_2O)、氯化锌(ZnCl_2)、氯化钴(CoCl_2·6H_2O)、氯化镍(NiCl_2·6H_2O)和氧化石墨烯(GO)为原料,制备了4种铁酸盐与还原氧化石墨烯(RGO)的复合材料(RGO-MFe_2O_4,M=Mn,Zn,Co或Ni),通过扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、拉曼光谱仪进行了表征,系统研究了4种材料对亚甲基蓝的吸附。结果发现,RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附能力最好,而对吸附起主要作用的是RGO。随着温度升高、染料初始浓度的增加和吸附时间的延长,RGO-NiFe_2O_4吸附量逐渐增大。RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附动力学拟合符合伪二级动力学模型。吸附等温线模型拟合结果表明,Langmuir方程可以很好地描述其对亚甲基蓝的吸附。热力学参数ΔG^0在不同温度下均为负值,ΔH^0为正值,ΔS^0为正值说明吸附过程是自发的吸热反应。

磁控溅射法制备氧化钨薄膜的膜层微观结构对电致变色性能的影响

利用磁控溅射法,在不同工作压强下制备了氧化钨(WO_3)薄膜,研究了工作压强对WO_3膜层微观结构的调控作用,并研究了WO_3膜层微观结构对其电致变色性能的影响。研究结果表明,制备的WO_3薄膜属于非晶相,表面呈峰状结构;随着工作压强的增大,WO_3薄膜膜层微观结构变疏松,电致变色响应时间和循环寿命均减短;在最佳膜层微观结构下,WO_3薄膜光学密度可达0.64,循环寿命达1500周。