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电压对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料微弧放电析出气体成分的影响

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1529-1540页

作者：廖燚钊王兴平万旭敏杜建成薛文斌兰州交通大学材料科学与工程学院兰州730070 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875 北京市科学技术研究院辐射技术研究所北京100875

在硅酸盐溶液中,对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料进行不同电压下的微弧氧化试验。通过分析微弧放电过程中复合材料析出气体的组成,评估电压对阳极析出气体成分的影响,并阐释其产生机制。结果表明:不同电压下阳极析出的气体均由H_(2)、O_... 详细信息

在硅酸盐溶液中,对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料进行不同电压下的微弧氧化试验。通过分析微弧放电过程中复合材料析出气体的组成,评估电压对阳极析出气体成分的影响,并阐释其产生机制。结果表明:不同电压下阳极析出的气体均由H_(2)、O_(2)及少量CO组成,不同于传统电化学理论认为的阳极析出氧气。在360~440 V范围内,随着电压的升高,放电火花强度增大,微弧氧化膜生长速率加快,H_(2)含量随之增加,O_(2)含量相应降低;电压超过440 V后,H_(2)含量约为80%(体积分数),O_(2)含量约为20%,两者含量保持稳定。阳极火花放电区水热分解释放大量H_(2)和O_(2),且放电越剧烈,水分解量越多。放电区中铝和水氧化反应及高能电子轰击电离水分子也是过量H_(2)析出的重要原因。此外,SiC增强体参与成膜过程,并在放电区高温环境中被氧化,生成了少量的CO气体。

关键词：微弧氧化铝基复合材料碳化硅增强体气体析出气相色谱

60%SiCp/2009铝基复合材料表面等离子体电解氧化膜的生长和表征

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 435-452页

作者：廖燚钊王兴平高川力周茜徐驰金小越杜建成薛文斌张永忠北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875 北京市科学技术研究院辐射技术研究所北京100875 中国有研科技集团有限公司北京100088

在硅酸盐溶液中采用等离子体电解氧化技术在60%SiCP(体积分数)/2009铝基复合材料表面制备陶瓷膜。研究氧化膜的显微组织、成分、润湿性及其耐腐蚀性能,探讨SiC颗粒表面火花放电的产生机理。结果表明,来自硅酸盐溶液的不溶性化合物(SiO_(... 详细信息

在硅酸盐溶液中采用等离子体电解氧化技术在60%SiCP(体积分数)/2009铝基复合材料表面制备陶瓷膜。研究氧化膜的显微组织、成分、润湿性及其耐腐蚀性能,探讨SiC颗粒表面火花放电的产生机理。结果表明,来自硅酸盐溶液的不溶性化合物(SiO_(2))使SiC颗粒表面产生火花放电,Al-Si-O化合物中的缺陷为SiC颗粒表面放电电流的传导提供优先路径。1200s时铝基复合材料表面形成5.5μm厚的均匀膜层,膜层的表面自由能在40s时达到最大值37.10 m J/cm^(2),并在1200 s时下降到25.95 m J/cm^(2)。此外,等离子体电解氧化处理可以显著提高复合材料的耐蚀性。

关键词：等离子体电解氧化铝基复合材料 SiC增强颗粒火花放电润湿性耐蚀性

15-15Ti ODS奥氏体钢晶粒组织与纳米粒子的透射电镜表征

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材料导报 2024年第10期38卷 190-195页

作者：龚翱翔徐驰安瞻佟振峰华北电力大学核科学与工程学院北京102206 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875

15-15Ti奥氏体不锈钢由于其优异的耐腐蚀性能和高温力学性能成为钠冷快堆包壳的候选材料,其高温力学性能和抗辐照肿胀能力可以通过氧化物弥散强化(ODS)进行增强。本工作对通过机械合金化以及锻造工艺制备的15-15Ti ODS奥氏体钢和作为参... 详细信息

15-15Ti奥氏体不锈钢由于其优异的耐腐蚀性能和高温力学性能成为钠冷快堆包壳的候选材料,其高温力学性能和抗辐照肿胀能力可以通过氧化物弥散强化(ODS)进行增强。本工作对通过机械合金化以及锻造工艺制备的15-15Ti ODS奥氏体钢和作为参比材料的15-15Ti奥氏体钢的微观结构进行研究,对ODS钢中氧化物颗粒的分布以及强化机制有了较为深入的认识。研究发现氧化物弥散粒子分布总体均匀但有成团聚集倾向。Y-Zr-O粒子的平均粒径为(9.97±0.04) nm,平均粒距为(17.25±0.68) nm,数密度约为4.49×10^(22)m^(-3)。在透射电镜明场像下观察到ODS样品中氧化物颗粒对位错的钉扎作用。扫描透射(STEM)结合能谱分析显示ODS样品中有两种氧化物,分别为占比较少的Al_(2)O_(3)以及占比较多的Y_(4)Zr_(3)O_(12)。高分辨电镜表征发现第二相粒子与基体之间出现共格或半共格界面的迹象,并且少数粒子周围出现非晶化界面。

关键词： 15-15Ti 奥氏体钢微观结构氧化弥散强化颗粒透射电子显微镜

电压对15% SiC/2009铝基复合材料微弧放电析出气体成分的影响

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中国有色金属学报 2024年

作者：廖燚钊王兴平万旭敏杜建成薛文斌北京市科学技术研究院辐射技术研究所北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室兰州交通大学材料科学与工程学院

金属/电解液界面火花放电及异常气体析出现象是微弧氧化工艺的典型特征。本文通过分析硅酸盐溶液中不同电压下，15% SiCp/2009铝基复合材料微弧放电过程中析出气体的组成，来评估电压对阳极析出气体成分的影响，并阐释其产生机制。结果... 详细信息

金属/电解液界面火花放电及异常气体析出现象是微弧氧化工艺的典型特征。本文通过分析硅酸盐溶液中不同电压下，15% SiCp/2009铝基复合材料微弧放电过程中析出气体的组成，来评估电压对阳极析出气体成分的影响，并阐释其产生机制。结果表明，不同电压下阳极析出的气体均由H2、O2及少量CO组成，不同于阳极析出氧气的传统电化学理论认识。在360～440 V范围内，随着电压升高，放电火花强度增强，微弧氧化膜生长速率加快，H2含量随之增加，O2含量相应降低；电压超过440 V后，它们的含量保持稳定，H2含量约为80 vol.%，O2含量约为20 vol.%。阳极火花放电区水热分解释放大量H2和O2，且放电越剧烈，水分解量越多。放电区中铝和水氧化反应及高能电子轰击电离水分子也是过量H2析出的重要原因。此外，SiC增强体参与成膜过程，并在放电区高温环境中被氧化生成少量的CO气体。

关键词：微弧氧化铝基复合材料碳化硅增强体气体析出气相色谱

15-15Ti奥氏体不锈钢中D、He、Ne离子辐照损伤的TEM表征

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材料导报 2024年

作者：安瞻徐驰龚翱翔佟振峰北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室华北电力大学核科学与工程学院

15-15Ti奥氏体不锈钢因其优异的力学性能、高温稳定性能、耐腐蚀性能和抗辐照性能作为商用快堆包壳材料的候选材料之一。目前国内对于15-15Ti奥氏体不锈钢的辐照损伤研究仍然较少，且辐照实验多采用较低的辐照剂量，与商用快堆内极高的... 详细信息

15-15Ti奥氏体不锈钢因其优异的力学性能、高温稳定性能、耐腐蚀性能和抗辐照性能作为商用快堆包壳材料的候选材料之一。目前国内对于15-15Ti奥氏体不锈钢的辐照损伤研究仍然较少，且辐照实验多采用较低的辐照剂量，与商用快堆内极高的辐照剂量所对应的实验数据更为欠缺，为探究商用快堆内极高的辐照剂量对15-15Ti奥氏体不锈钢的辐照损伤影响，对15-15Ti奥氏体不锈钢的抗辐照性能提供实验数据补充，选用D+、He+以及Ne+对15-15Ti在较高与较低的辐照剂量下进行离子辐照实验，对辐照后样品的微观结构进行了TEM表征，统计分析了位错环、气泡等辐照缺陷的尺寸与密度。结果表明，随着辐照剂量的增加，位错环与空洞的尺寸明显长大，且数密度降低；在晶界与析出物边界附近有明显的空洞聚集现象；纳米压痕实验显示有明显的辐照硬化现象。

关键词： 15-15Ti奥氏体不锈钢透射电子显微镜纳米压痕辐照损伤

制备工艺参数对超大颗粒石墨/铜基复合材料结构及相对密度的影响

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中国有色金属学报 2022年第2期32卷 406-415页

作者：张铭君刘培生宋帅北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875

石墨/铜基复合材料可以同时具有良好的导热性和润滑性。本文尝试采用超大粒度(粒度约为1500μm)的石墨颗粒制备石墨/铜基复合材料,以获得更加简便高效的制备工艺方法以及性能优良的复合制品。采用粉末烧结工艺探讨了不同工艺参数对复合... 详细信息

石墨/铜基复合材料可以同时具有良好的导热性和润滑性。本文尝试采用超大粒度(粒度约为1500μm)的石墨颗粒制备石墨/铜基复合材料,以获得更加简便高效的制备工艺方法以及性能优良的复合制品。采用粉末烧结工艺探讨了不同工艺参数对复合材料内部组织结构及相对密度的影响。结果发现:影响该复合材料组织结构的主要因素为石墨添加量及其颗粒的粒度,石墨颗粒粒度为1500μm的复合材料相对密度较大,1000℃烧结2.5 h时相对密度高达0.67;采用等质量的较小粒度石墨颗粒时,同样条件下烧结所得的复合材料相对密度较小,石墨颗粒粒度为120μm的复合材料相对密度仅为0.43。

关键词：石墨/铜基复合材料组织结构相对密度

基于Voigt函数拟合的离子激发发光光谱分峰方法

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光谱学与光谱分析 2022年第11期42卷 3512-3518页

作者：赵国强仇猛淋张金福王庭顺王广甫北京师范大学核科学与技术学院射线束教育部重点实验室北京100875 北京市辐射中心北京100875

离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术,由于其对样品内部结构的敏感性,给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心,提出了一... 详细信息

离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术,由于其对样品内部结构的敏感性,给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心,提出了一种利用Voigt函数,通过L-M(levenberg-marquardt)非线性最小二乘算法对100和200 K温度时ZnO的IBIL能谱中深能级发射(DBE)峰进行分峰的方法。通过对比Gauss函数和Voigt函数对能谱拟合后峰位随注量的波动情况,发现使用Voigt函数拟合得到的峰位更加稳定,并且收敛速度更快。同时通过对使用Voigt函数拟合后得到的峰中心位于1.75,1.95和2.10 eV三个子峰的高斯函数半高宽与洛伦兹函数半高宽比较,发现洛伦兹函数半高宽约为高斯函数半高宽的1/10,而且100 K时的1.95 eV峰,200 K时1.75和1.95 eV峰,其洛伦兹峰半高宽数值为10^(-10)量级以下,说明其中非均匀展宽(高斯展宽)仍然是谱峰展宽的主要机制;而电子与声子散射作用是洛伦兹展宽的主要机制。对于涉及导带中大量电子的2.10 eV子峰,其在200 K时洛伦兹函数半高宽明显大于100 K时,由于在温度较高时,由于晶格热振动加剧,且电子热运动加强,增大了散射概率,导致电子与声子的散射作用加强,从而对洛伦兹谱线进一步展宽。而峰中心位于1.75 eV的红光,其主要与V_(Zn)相关,在100 K时其子峰的洛伦兹半高宽为0.02 eV,但在200 K时变得极小,这可能是由于100 K时V_(Zn)束缚的电子或激子在200 K获得足够的热动能摆脱了V_(Zn)束缚,减弱了与周围的晶格的散射作用,从而使得洛伦兹展宽变得极弱。实验结果表明Voigt函数更加适用于IBIL能谱拟合分峰,这也为以后IBIL技术应用于其他材料内部结构能谱分析提供了可借鉴的依据。

关键词：离子激发发光 Voigt函数拟合谱线展宽光谱学

氢气在γ-U(100)/Mo表面吸附行为的第一性原理研究

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物理学报 2022年第22期71卷 230-241页

作者：李俊炜贾维敏吕沙沙魏雅璇李正操王金涛清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 西安高科技研究所西安710025 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875

铀及铀合金贮存环境中的水分子与铀反应会产生氢气(H_(2)_(2)),进而对铀表面产生腐蚀作用.基于密度泛函理论,本文开展了H_(2)在钼(Mo)涂层γ-U(100)表面(U(100)/Mo)吸附行为的第一性原理研究,建立了γ-U(100)及U(100)/Mo表面模型,计算了... 详细信息

铀及铀合金贮存环境中的水分子与铀反应会产生氢气(H_(2)_(2)),进而对铀表面产生腐蚀作用.基于密度泛函理论,本文开展了H_(2)在钼(Mo)涂层γ-U(100)表面(U(100)/Mo)吸附行为的第一性原理研究,建立了γ-U(100)及U(100)/Mo表面模型,计算了H_(2)在不同吸附位点下的结构参数、吸附能、Bader电荷、表面功函数、电子态密度.研究结果表明, H_(2)在γ-U(100)和U(100)/Mo表面的吸附主要为物理吸附,在空位平行吸附构型下, H_(2)完全解离成两个H_(2)原子,化学吸附于基底表面. Bader电荷分布结果表明,此时净电荷的变化量大于物理吸附时对应的净电荷变化量. H_(2)在U(100)/Mo表面最稳定吸附构型下(H_(Mo)-Hor)的吸附能小于γ-U(100)表面最稳定吸附构型(H_(U)-Hor)的吸附能,相比于H_(2)在γ-U(100)表面的吸附, H_(2)在U(100)/Mo表面的吸附更稳定.本文为铀合金及其Mo涂层表面氢化腐蚀研究提供了理论依据,为未来开展铀合金表面抗腐蚀研究提供理论基础和实验技术支持.

关键词：铀合金第一性原理化学吸附涂层

钼掺杂γ-U(100)表面上H_(2)分子解离、H原子和O原子扩散的第一性原理研究

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物理学报 2023年第14期72卷 172-184页

作者：李俊炜贾维敏魏雅璇吕沙沙王金涛李正操清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 西安高科技研究所西安710025 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875

铀钼合金在贮存、运输等过程中,易受到小分子的表面腐蚀作用,其中影响最大的是氢蚀和氧化作用.为进一步探究该反应机理,基于密度泛函理论和过渡态计算程序,本文开展了H_(2)分子在Mo原子掺杂和Mo涂层γ-U (100)的解离吸附,H和O原子在上... 详细信息

铀钼合金在贮存、运输等过程中,易受到小分子的表面腐蚀作用,其中影响最大的是氢蚀和氧化作用.为进一步探究该反应机理,基于密度泛函理论和过渡态计算程序,本文开展了H_(2)分子在Mo原子掺杂和Mo涂层γ-U (100)的解离吸附,H和O原子在上述表面的表面扩散、体相扩散的第一性原理研究.主要计算了H_(2)分子在上述表面解离的最小能量路径;开展了H和O原子在最稳定吸附位点间扩散的过渡态研究;分析了H和O原子体相扩散中吸附能与吸附高度的联系.研究结果表明,当H_(2)分子在顶位平行吸附后,需跨越能量势垒,诱发H—H键断裂,之后体系能量降低,两个氢原子与近邻原子成键,稳定吸附在表面的桥位,同时H_(2)在Mo涂层表面解离所需能垒高于Mo原子掺杂表面;O原子在Mo-U表面扩散所需的能垒较低,能够在铀钼合金表面迅速吸附、解离、扩散,进而在表面形成氧化膜;H原子和O原子向体相内扩散首先均需要跨越能垒,进而与体相原子形成化学键,最后稳定吸附于体相中.本文利用理论模拟方法,较为全面地分析了铀钼合金氢蚀和氧化初始阶段的相关机理,完备了小分子在铀钼合金表面吸附的研究.研究结果为从理论上探究铀钼合金表面腐蚀机理奠定基础,为探究铀钼合金腐蚀老化、预估极端环境和特殊环境下铀钼合金的材料性能提供理论支持,并为进一步指导铀合金的抗腐蚀研究提供参考和帮助.

关键词：铀钼合金表面腐蚀过渡态解离扩散