过渡金属掺杂TaN硬质涂层的力学性能和电子结构的第一性原理研究

通过第一性原理计算,研究过渡金属(transition metal,TM)元素掺杂氮化钽(Ta7TMN8,TM=Ti、V、Cr、Y、Zr和Hf)的结构稳定性、力学性能和电子结构。根据对结构和稳定性的计算结果可知,所有的掺杂化合物均能量稳定,Ta7TiN8在能量上比其他掺杂化合物更有利;Y、Zr和Hf的掺入使得TaN晶格和体积膨胀,而Ti、V和Cr则相反。通过对力学性能的计算可知,Ti和V的掺入对TaN的剪切模量、弹性模量和理论硬度有较明显的提升,掺Cr对TaN的体积模量有一定的提升,但是会大幅降低理论硬度。基于Ta7TMN8总态密度和分态密度计算结果,费米能级附近存在态密度,表明所有化合物都具有金属性质,由于Ti-3d、V-3d和Cr-3d轨道在费米能级上的贡献比其他TM原子大得多,使得Ta7TiN8、Ta7VN8和Ta7CrN8具有更高的金属性。

Ni10Mo/CF复合材料的制备及析氢性能研究

采用电化学沉积技术在泡沫Cu(CF)表面沉积Ni10Mo薄膜制备Ni10Mo/CF电极。通过改变沉积时间,得到具有不同Ni10Mo含量及不同表面形貌的电极。探究沉积时间对Ni10Mo/CF电极表面形貌及电化学析氢性能的影响。通过SEM分析研究Ni10Mo合金颗粒的形态,利用EDS和XRD分析研究Ni10Mo的组成。通过线性扫描伏安法(LSV)、电化学双层电容测试以及稳定性试验来综合评估电极的电化学活性。结果表明,当电沉积电流密度保持不变时,催化剂的形态取决于电沉积时间。随沉积时间延长,Ni10Mo合金颗粒的电催化析氢(HER)活性先增大后减小,其中,当电流密度为10 mA/cm^2,沉积时间为6 min时,电极的过电势为227 mV,并展现出优异的稳定性。

高纯铼及其化合物的制备与应用研究进展

铼具有耐高温、耐腐蚀等优异特性,在高温合金、航空航天、石油化工等领域得到广泛应用。本文介绍高纯铼及其化合物的各种制备技术,并分析沉淀结晶法、离子交换法、溶剂萃取法等制备高纯高铼酸铵的优缺点及发展趋势,论述氢还原法、等离子体法、电解法和气相沉积法制备高纯铼粉的研究进展,展望铼在合金中的应用前景。

热处理对PAN基炭纤维微观结构和力学性能的影响

在1 000～1 800℃温度范围内热处理PAN基炭纤维,采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、单纤维拉伸等测试手段对炭纤维的微观结构和力学性能进行表征。结果表明:随热处理温度升高,炭纤维中的氮元素含量不断下降,炭纤维的表面粗糙度先减小后增大。石墨微晶由乱层结构逐渐转变为三维有序结构,相邻石墨微晶的合并导致石墨微晶的连续性明显提高。炭纤维表皮区域的微观结构和缺陷控制着炭纤维裂纹的萌生和扩展。由于石墨微晶之间交联作用的改善,1 200℃和1 400℃处理后,炭纤维的拉伸强度分别为4.68GPa和4.59GPa,高于原始炭纤维的拉伸强度。炭纤维的拉伸强度主要受炭纤维表皮区域缺陷数量,石墨微晶之间的交联作用和相界面残余应力的影响。

层状MnO2纳米带的插层质子化及其与氧化石墨烯复合材料的电化学性能

利用KMnO4和MnCl2在高浓度KOH溶液中发生氧化还原反应,再经200℃保温48 h后合成K^+插层的α-MnO2纳米材料,之后利用过硫酸铵进行质子化,并以氧化石墨烯水溶液作为溶剂制备氧化石墨烯(GO)复合物/层状MnO2(GO/MnO2)。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对制备的材料进行物相和形貌表征,并将其作为超级电容器的电极材料在1M KOH溶液中进行循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)等电化学性能测试。结果表明:K^+插层的MnO2具有纳米带形貌,长度可达5~12μm,宽约500 nm。质子化后仍可保持较高的结晶度和带状形貌。此外,通过复合GO,可显著提高MnO2的电化学性能,层状MnO2纳米带/GO复合物在0.5 A/g的电流密度下比电容高达750 F/g。

粉末冶金Fe-13Cr-0.5Mo-3Nb透气钢的制备及其模具应用性能

以一种高碳含铌不锈钢Fe-13Cr-0.5Mo-3Nb合金粉末为原料,通过粉末冶金法制备多孔透气钢,研究粉末粒度、压坯密度和烧结温度对透气钢的结构与性能的影响。并研究该透气钢在注射成形模具制备中的应用性能。结果表明:采用粒径96~120μm的粉末,在平均压坯密度5.6g/cm3,烧结温度1280℃条件下制备的透气钢具有高的强度、良好的透气性以及优异的耐蚀性能,其屈服强度为295MPa,腐蚀速率为0.016mm/y,该透气钢用于注射模具可明显地改善注塑产品的表面质量。与进口同类材料相比,在保证良好的透气性与耐蚀性基础上,可明显提高模具的力学性能。

喷射成形7055铝合金锻件的高温力学性能

对喷射成形7055铝合金挤压棒材进行自由锻造及T74热处理(450℃/3 h+475℃/3 h固溶,120℃/8h+160℃/24 h时效),然后分别在室温下、以及加热到100,125,150,175和200℃下保温30 min后进行拉伸试验,待试样冷却到室温后,测定其电导率,观察其金相组织与拉伸断口形貌,研究7055铝合金锻件的室温与高温力学性能以及温度对合金组织的影响。结果表明,热处理后的7055铝合金锻件组织均匀、晶粒细小,并且具有较好的高温稳定性。合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为632 MPa和607 MPa,伸长率为14.5%。随温度从100℃升高到150℃,合金电导率基本不变,合金的强度小幅下降;当加热温度从150℃升高到200℃时,电导率显著降低,强度大幅下降。合金的伸长率随温度升高而提高。在200℃下合金的抗拉强度和屈服强度分别为349MPa和335 MPa,伸长率为20%。在100~200℃温度范围内表现出塑韧性断裂特征。

纳米复合W-Cu FGM的致密性及界面结合特征

以溶胶-喷雾干燥-热还原制备的纳米晶W-Cu复合粉末为原料,通过球磨改性、叠层压制和一步液相烧结分别制备3种两层梯度复合细晶W-Cu材料(W-10Cu/W-30Cu,W-20Cu/W-30Cu和W-30Cu/W-50Cu),对其致密度、组织成分特征及界面结合性能进行研究与分析。结果表明:3种梯度材料各均质层都达到高致密(相对密度>98%);梯度材料具有明显的梯度组织,界面结合完好,Cu相呈连续网状结构,包裹在均匀分布的细小W晶粒周围;成分呈阶梯式变化,各层成分因Cu相的迁移和流失与初始设计值有一定的偏差;材料力学性能呈现梯度性,界面显微硬度处在两层显微硬度之间,结合强度高于各自富Cu层的拉伸强度,表明纳米复合W-Cu功能梯度材料各成分层之间有着优良的结合性。

水热合成纳米SnO_2的制备与表征

以四氯化锡和氨水作为原料,采用水热合成法制备SnO2纳米粉体。探讨反应溶液浓度、水热合成温度、水热合成时间和初始溶液p H值对纳米SnO2粉体性能及形貌的影响规律,并确定最佳工艺参数,同时对水热合成过程中出现的SnO2纳米棒异常现象进行初步分析。结果表明：采用水热合成法制备的SnO2纳米粉体均为四方晶系金红石型结构,粉末粒径为5~12 nm,呈近球形。在反应溶液浓度0.5~2.0 mol/L条件下,随反应溶液浓度升高,制备的粉体晶粒平均粒径呈线性增长;在水热合成温度160~220℃范围内,随温度升高,SnO2粉体的平均粒径从5.1 nm增大到9.8 nm,在200℃时会出现降低;在水热合成时间6~30 h条件下,随反应时间延长,SnO2粉体的平均粒径增大,在20 h时降低;随溶液p H值升高,制备的粉体晶粒平均粒径减小。在1.0 mol/L、p H值10的反应溶液中,在200℃保温20 h的工艺条件下进行水热合成反应,所制备的粉体平均粒径为5.5~8.5 nm,粉体均匀性和分散性良好。

金刚石含量与粒度对钛铝氮结合剂/金刚石复合材料组织的影响

采用Ti、Al、TiN、石墨和金刚石粉体为原料,通过自蔓延高温烧结制备Ti_2AlN结合剂/金刚石复合材料,研究金刚石颗粒的含量和粒度对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。结果表明,原料粉末发生自蔓延反应,生成Ti_2AlN基体相,同时亦生成TiN、Al N和Al3Ti相,金刚石表面生成致密的TiC或Ti_2AlC。当金刚石粒度较粗(30/40,80/100目)时,金刚石表面反应程度较差,形成不连续的TiC与Ti_2AlC组织,基体的主相为Ti_2AlN。当金刚石粒度较细(W20)时,金刚石表面C元素与Ti充分反应生成TiC,基体主相变成TiC和TiN,未形成Ti_2AlN。当金刚石粒度为170/200目时,随金刚石含量增加,金刚石与基体元素的反应程度增加,基体中TiC和Al含量随之增加,而Ti_2AlN含量相应减少。

共沉淀法制备球形LiCr_(0.1)Ni_(0.45)Mn_(1.45)O_4正极材料及性能表征

采用共沉淀和固相烧结工艺制备LiNi0.5Mn1.5O4和LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4正极材料,对其比表面积、振实密度、倍率性能、高低温循环性能等性能指标进行测试,并利用SEM、XRD对所制材料进行形貌观察及物相分析。结果表明:添加微量Cr元素可稳定材料结构,降低比表面积,改善LiNi0.5Mn1.5O4材料电化学性能;LiCr0.1Ni0.45Mn1.45O4正极材料振实密度可达到2.32 g/cm3,比表面积可达到0.51 m2/g,25℃下1.5C充放电,最高容量达到127.2 m A·h/g,300次循环后容量保持率为94.9%;50℃下1.5C充放电,初始容量达到128.5 m A·h/g,200次循环后容量保持率为88.7%。经XRD分析,循环完成后材料尖晶石的结构没有变化。

铁镍替代钴硬质合金的微观结构与性能

以Fe与Ni部分或全部替代Co作为粘结相,制备硬质合金WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co,测试和分析合金的性能与微观结构,并与WC-20Fe合金和传统WC-20Co硬质合金进行对比。结果表明:WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co合金的致密度都达到99%以上,抗弯强度比WC-20Fe合金(1 850 MPa)和WC-20Co合金(2 720 MPa)都高,其中以Fe与Ni部分替代Co的WC-13Fe-3Ni-4Co合金,其抗弯强度和硬度都最大,分别为2 880 MPa和1 066.3 MPa。WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co合金粘结相中W的溶解量较少,平均晶粒尺寸小,晶粒形貌多为边界圆滑的多面体,Ni和Co固溶于Fe中,起到固溶强化作用;这2种合金的弯曲断口存在明显的粘结相塑性变形撕裂,自腐蚀电流密度分别为4.26×10^(-4) A/cm^2和1.86×10^(-4) A/cm^2,均接近WC-20Co合金的自腐蚀电流密度3.27×10^(-5),比WC-20Fe合金的自腐蚀电流密度(4.34×10^(-2) A/cm^2)低2个数量级。

封装条件对气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V的影响

通过改变封装阶段氩气压力及粉末粒径,制备不同类型致密化的预制坯,并进行不同温度下20 h等温发泡实验。运用阿基米德原理对发泡后坯料孔隙率进行测量,通过SEM对坯料内部微观特征进行观察,并对大孔孔径及单位截面积内孔洞数量进行统计,研究封装氩气压力及粉末粒径对预制坯等温发泡行为的影响。研究结果表明：适当增加封装氩气压力可以使预制坯发泡后孔径增大及孔洞数量增多,但过高的封装氩气压力及过大的粉末粒径均不利于预制坯发泡。较理想的初始封装条件为：氩气压力0.4 MPa,粉末粒径75~150μm。其经过980℃/100 MPa/4 h热等静压后制备的预制坯在950℃/20 h等温发泡后能够得到平均孔隙率达到29.2%的泡沫Ti-6Al-4V,大孔孔径平均值达到143μm,基体内孔洞成球形且弥散分布。

超音雾化中喷嘴结构对气体流场与雾化性能的影响

雾化喷嘴是喷射成形技术的关键部件，为验证喷嘴结构对雾化性能的影响，采用计算流体动力学方法研究不同Laval喷管喉口结构、导流管锥顶角和突出长度对喷射气体流场及导流管顶端静压强（ΔP）的影响规律。结果表明在设计紧耦合Laval喷嘴中：圆角过渡式喉口形状比尖角及柱体过渡更利于获得高速气流；较小的锥顶角可以减小导流管出口静压值，但速度衰减较大；导流管突出长度在7~8 mm时可以获得较好的气动效果。最后选定圆角过渡Laval形出气口形状，导流管锥顶角β=45°以及突出长度h=8 mm加工雾化喷嘴并进行雾化实验，在雾化压强0.8 MPa时7055合金粉末以球状或类球状形态存在，质量中径为42.3μm。

热处理工艺对Cu-Ni-Si合金组织与性能的影响

采用3种不同的工艺(直接在450℃下进行时效处理;80%冷轧,然后在450℃下进行时效处理;600℃/8 h高温预时效+80%冷轧+780℃/2 min+450℃/16 h终时效)对固溶处理后的Cu-2.0Ni-0.34Si-Mg合金进行形变热处理,研究形变热处理工艺对该合金的组织与硬度及电导率的影响。结果表明:采用第3种工艺对合金进行形变热处理,由于其中的短时高温预处理可以获得溶质原子充分固溶的过饱和固溶体,因此终时效后的合金具有最佳的综合性能,显微硬度为180 HV,相对电导率为49.8%IACS,伸长率为13%。合金的平均晶粒尺寸约为20μm,主要析出强化相为δ-Ni2Si。

凝胶注模法制备碳纤维/氮化硅复合材料的微观结构与力学性能

通过化学气相沉积在短碳纤维表面制备C/Si C复合涂层,然后采用凝胶注模法制备纤维体积分数分别为2%和4%的Cf/Si3N4复合材料,利用X射线衍射与扫描电镜对该材料的物相与组织结构进行分析,研究短碳纤维对Si3N4陶瓷力学性能的影响。结果表明:随碳纤维体积分数增加,Cf/Si3N4复合材料的密度和抗弯强度降低,但断裂韧性明显提高。当纤维体积分数为4%时,材料的断裂韧性达到8.91 MPa·m1/2,比氮化硅陶瓷提高1.6倍,材料主要由长柱状的β-Si3N4基体、C/Si C涂层及碳纤维组成,碳纤维表面的C/Si C双涂层可防止高温下碳纤维与氮化硅基体发生反应,使碳纤维与氮化硅基体界面结合良好,以提高材料韧性并保证有合适的强度,满足功能材料在一定条件下的使用要求。

氮气雾化T15M高速钢粉末的组织特性

采用氮气雾化法制备 T15M 高速钢粉末，分析4个不同粒度段（100～150、60～100、38～60及≤38μm）粉末的氧、氮含量，用扫描电镜（SEM）观察粉末的表面形貌和内部组织，通过X射线衍射（XRD）和小角X射线散射（SAXS）对化学分离出的碳化物进行物相分析和粒度分析。结果表明，所制备的T15M高速钢粉末呈球形，气体含量低，表面相对光滑。不同粒级粉末的氧含量均在10＾-4以下，氮含量在4×＾10-4左右，随粒径减小，氧氮含量略有升高。粉末截面组织主要为枝晶组织，150μm以下粒径的粉末中未发现莱氏体共晶相。粉末基体为体心立方相和残余奥氏体，有少量的MC型和M2C型碳化物。从粉末中萃取的碳化物的中位径在100 nm左右，随粉末粒径减小而略微减小。

锂硼合金与气体的相互作用

通过测定气压随温度的变化,研究从室温至600℃温度范围内锂硼合金在氩气、氢气、氮气气氛及真空环境中与气体的相互作用。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究不同环境中锂硼合金的物相和表面形貌变化。结果表明,锂硼合金在250～350℃有放气现象,450℃以上温度下对H2、N2、水汽有很强的吸收能力;不同温度下锂硼合金对N2、H2的吸收能力与气体在金属锂中的溶解度变化趋势相对应;在氢气和氮气气氛中加热的合金表面分别有疏松的LiH颗粒和致密矿物态Li3N生成。

化学法去除废旧硬质合金表面TiN涂层过程中的腐蚀行为

采用3D高景深显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析,观察和分析废旧硬质合金表面的TiN涂层在K2C2O4+H2O2+NaOH介质中的腐蚀形貌和腐蚀产物,并研究TiN涂层的腐蚀类型及腐蚀机理。结果表明,废旧硬质合金试样在草酸钾和双氧水的碱性溶液中的反应时间超过2 h后,合金表面的TiN涂层能完全去除干净,去除时存在点腐蚀、缝隙腐蚀和均匀腐蚀等腐蚀类型。涂层中的钛以Ti(C2O4)22的形式溶解在溶液中,氮则以NH3的形式从溶液中释放出来。