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Ni/TiO_(2)-VO纳米线自支撑薄膜的界面工程与电催化产氢性能

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高等学校化学学报 2023年第8期44卷 120-128页

作者：赵环宇米洪田常月琪周冬雪张立国杨穆北京科技大学新材料技术研究院材料科学与工程实验教学中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

将采用水热法合成的钛酸钠纳米线自支撑薄膜通过离子交换及高温H_(2)/Ar(H_(2)的体积分数5%)混合气还原,构筑了负载Ni纳米颗粒的富氧空位的TiO_(2)纳米线自支撑薄膜材料(Ni/TiO_(2)-VO NFFs).在H_(2)/Ar混合气高温还原过程中,TiO_(2)纳... 详细信息

将采用水热法合成的钛酸钠纳米线自支撑薄膜通过离子交换及高温H_(2)/Ar(H_(2)的体积分数5%)混合气还原,构筑了负载Ni纳米颗粒的富氧空位的TiO_(2)纳米线自支撑薄膜材料(Ni/TiO_(2)-VO NFFs).在H_(2)/Ar混合气高温还原过程中,TiO_(2)纳米线产生的大量氧空位和低配位的Ti^(3+)可以调节TiO_(2)的电导率.Ni与TiO_(2)在界面的强相互作用优化了电子结构,促进了电化学析氢反应(HER)活性的提升.密度泛函理论(DFT)计算结果显示,Ni/TiO_(2)-VO NFFs具有更优的氢吸附吉布斯自由能(ΔG_(H)^(*)).在1 mol/L KOH溶液中,Ni/TiO_(2)-VO NFFs在10 mA/cm^(2)电流密度下的过电位为67 mV,且具有优异的稳定性,在电催化HER领域中显示出巨大的应用潜力.

关键词：二氧化钛电催化电化学析氢反应界面工程

相场法研究Al_(x)CuMnNiFe高熵合金富Cu相析出机理

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物理学报 2023年第7期72卷 313-327页

作者：王凯乐杨文奎史新成侯华赵宇宏中北大学材料科学与工程学院太原030051 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 太原科技大学材料科学与工程学院太原030025

BCC(体心立方)和FCC(面心立方)结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能,Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变.本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程,建立Al_(x)CuMnNiFe高熵合金三维相场模型,模拟了Al_(x)CuMnN... 详细信息

BCC(体心立方)和FCC(面心立方)结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能,Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变.本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程,建立Al_(x)CuMnNiFe高熵合金三维相场模型,模拟了Al_(x)CuMnNiFe高熵合金(x=0.4,0.5,0.6,0.7)在823 K等温时效时纳米富Cu相的微观演化过程.结果表明,Al_(x)CuMnNiFe高熵合金时效时会产生两种复杂核壳结构:富Cu核/B2_(s)壳以及B2_(c)核/FeMn壳,通过讨论分析发现形成的B2_(c)对纳米富Cu相的形成起到抑制作用,这种抑制作用随着Al元素的增加而变大;结合经验公式做出Al_(x)CuMnNiFe高熵合金富Cu相的屈服强度随时效时间的变化曲线,得到峰值屈服强度的时效时间和合金体系,可以为时效工艺提供参考.

关键词：相场法高熵合金富Cu相弹性能

Ti预处理的SiC_(f)/SiC与镍基高温合金复合铸件的界面组织与强度

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材料工程 2024年第2期52卷 164-171页

作者：林国标朱付虎赵斯文北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_... 详细信息

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_(f)/SiC与K403镍基高温合金的一体化成形和界面的牢固结合。结果表明:Ti预处理层平均厚度为17μm左右,Ti向SiC_(f)/SiC渗透、扩散和反应,形成含TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3Cx,SiC相的显微组织;经过与高温镍基金属液复合铸造后,预处理层演变成厚约120μm的界面反应层,其典型界面组织为Ni2Si+C+Al4C3+MC(M主要含Ti及少量的Cr,Mo,W)。预处理层的存在减轻Ni与SiC的有害石墨化反应,缓解高温金属液对SiC_(f)/SiC的热冲击,形成的界面反应层降低热膨胀系数失配造成的热应力,使得SiC_(f)/SiC与K403一体化铸件结合界面的室温剪切强度达到63.5 MPa。

关键词： SiC_(f)/SiC K403 镍基高温合金一体化铸造复合铸造 Ti预处理层

初始组织及冷轧压下量对工业低牌号电工钢相变织构及磁性能的影响

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金属学报 2024年第3期60卷 377-387页

作者：杨平马丹丹顾晨顾新福北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

有相变的低牌号电工钢连铸坯中普遍存在的{100}柱状晶显示了连铸过程中强烈的相变滞后及相变被抑制的特性。这时,热轧加热温度的变化会造成热轧组织与织构的多样性,并对后续冷轧退火组织与织构产生影响。本工作在前期初步考察热轧工艺... 详细信息

有相变的低牌号电工钢连铸坯中普遍存在的{100}柱状晶显示了连铸过程中强烈的相变滞后及相变被抑制的特性。这时,热轧加热温度的变化会造成热轧组织与织构的多样性,并对后续冷轧退火组织与织构产生影响。本工作在前期初步考察热轧工艺对工业低牌号电工钢相变织构影响的基础上,结合连铸坯中柱状晶相变滞后现象,提出了亚稳态铁素体热轧保留{100}织构从而提高磁性能的思路,进一步考察了冷轧前不同初始组织及冷轧压下量对相变织构的影响,并探索了织构遗传的规律。结果表明,低温加热热轧的热轧板中存在较多{100}取向的形变晶粒,冷轧及相变退火后显示了明显的{100}织构遗传规律,有效改善了磁性能。压下量的提高削弱了{100}相变织构。分析认为,虽然工业低牌号电工钢中的Al、P元素阻碍了表面效应诱发的{100}相变织构,但低温热轧产生有利的初始{100}织构促进了最终遗传型相变织构。此外,高退火温度下得到的相变织构仍优于低退火温度下得到的再结晶织构。

关键词：低牌号电工钢相变柱状晶织构磁性轧制

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典型镍基高温合金的再结晶机理

稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 63-73页

作者：史宸伊张麦仓郭晶北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

研究了GH4760、GH4738和AD730典型镍基高温合金在热变形过程中的动态和静态再结晶行为,并进行了压缩热变形和固溶退火实验。结果表明,动态和静态再结晶的成核机制以涉及晶界凸起的不连续机理为主。在动态和静态再结晶过程中,普通晶面向... 详细信息

研究了GH4760、GH4738和AD730典型镍基高温合金在热变形过程中的动态和静态再结晶行为,并进行了压缩热变形和固溶退火实验。结果表明,动态和静态再结晶的成核机制以涉及晶界凸起的不连续机理为主。在动态和静态再结晶过程中,普通晶面向低指数晶面转变,产生了不同类型的台阶晶界,这种转变将使更多的晶界具有较低的能量。Σ3晶界上阶梯边界的形貌大多分解为{111}_(1)/{111}_(2)和90°{112}_(1)/{112}_(2)小平面。台阶状晶界促进了晶界迁移,加速了再结晶过程。再结晶完成后,部分台阶晶界保留,界面能降低,促进了后续晶粒生长。

关键词：镍基高温合金台阶状晶界再结晶成核机制

O原子对高温合金基体Ni、Co和NiCr晶界作用的理论计算分析

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金属学报 2023年第2期59卷 309-318页

作者：李昕江河姚志浩董建新北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

利用第一性原理计算方法对高温合金基体元素Ni进行了不同氧浓度下的晶界理想拉伸实验,并结合理想分离功和差分电荷图给出了氧弱化Ni晶界的内在原因。对Co和NiCr晶界进行了类似的对比分析,给出了高温合金不同基体晶界氧化弱化的程度差异... 详细信息

利用第一性原理计算方法对高温合金基体元素Ni进行了不同氧浓度下的晶界理想拉伸实验,并结合理想分离功和差分电荷图给出了氧弱化Ni晶界的内在原因。对Co和NiCr晶界进行了类似的对比分析,给出了高温合金不同基体晶界氧化弱化的程度差异以及弱化原因。结果表明,O原子较大的电负性使得晶界处Ni—Ni金属键因电荷缺失而弱化;在拉伸过程中,当拉伸应变达到0.10,含氧Ni晶界应变完全由含氧晶界处的Ni—Ni键提供,氧的存在明显加速了Ni晶界的断裂失效过程;钴基合金晶界氧化后强度更高,比Ni有更好的抗氧化弱化性能,但断裂应变较小;NiCr基晶界强度最低,但氧化后力学性能较稳定;Ni晶界氧化弱化的原因在于O原子带来的结构畸变,而Co和NiCr基晶界氧化弱化现象主要来自电荷密度分布的改变。

关键词：高温合金晶界氧化第一性原理

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激光增材制造高温合金复合材料研究进展

稀有金属材料与工程 2023年第10期52卷 3617-3629页

作者：任庆国姚志浩董建新叶献文北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析。在此基础上,分... 详细信息

对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析。在此基础上,分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展,并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变、疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望。希望对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。

关键词：增材制造高温合金复合材料强化机制显微组织材料性能

高合金化GH4151合金复杂析出相演变行为

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金属学报 2023年第6期59卷 787-796页

作者：王法江河董建新北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

利用OM、SEM及热力学计算等方法研究了GH4151合金在热处理过程中的组织演变行为。结果表明,高合金化导致合金的铸态组织复杂,包括Laves相、γ/γ′共晶、η相等低熔点相。由于各析出相的初熔温度不同,制定了三段式热处理,有效地消除了... 详细信息

利用OM、SEM及热力学计算等方法研究了GH4151合金在热处理过程中的组织演变行为。结果表明,高合金化导致合金的铸态组织复杂,包括Laves相、γ/γ′共晶、η相等低熔点相。由于各析出相的初熔温度不同,制定了三段式热处理,有效地消除了合金中的有害相。铸态GH4151合金中偏析元素Nb和Ti含量对低熔点相初熔温度的影响较大,Mo含量的影响相对较低,W含量的影响不明显。降低Ti含量,提高Nb、Mo含量可降低η相的初熔温度;提高Ti、Mo含量,降低Nb含量可降低Laves相的初熔温度。高含量的γ′相形成元素导致γ′相的组织演变行为具有冷却速率敏感性。15℃/min是GH4151合金中γ′相发生不规则生长的临界冷却速率。与低含量γ′相形成元素的合金相比,GH4151合金冷却速率高于15℃/min时,γ′相尺寸更大;冷却速率低于15℃/min时,γ′相不规则程度更高。高合金化的特点导致GH4151合金呈现复杂的组织演变行为。

关键词： GH4151合金热处理温度冷却速率组织演变

镍基高温合金疲劳裂纹急速扩展敏感温度及成因

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金属学报 2023年第9期59卷 1190-1200页

作者：江河佴启亮徐超赵晓姚志浩董建新北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

对3种粉末高温合金FG4096、FGH4097和FGH4098,2种变形高温合金GH4720Li和GH4738等典型镍基高温合金,在550~800℃的宽温度范围内开展疲劳裂纹扩展实验,明确了合金在服役温度范围内的高温段存在疲劳裂纹急速扩展的敏感温度。综合考虑合金... 详细信息

对3种粉末高温合金FG4096、FGH4097和FGH4098,2种变形高温合金GH4720Li和GH4738等典型镍基高温合金,在550~800℃的宽温度范围内开展疲劳裂纹扩展实验,明确了合金在服役温度范围内的高温段存在疲劳裂纹急速扩展的敏感温度。综合考虑合金的高温组织演变和力学性能衰减对疲劳行为的影响,发现2者并非高温疲劳裂纹急剧扩展敏感温度存在的主因。不同温度下疲劳断口和裂纹扩展路径的对比以及氧化损伤分量的计算表明,高温下晶界氧化损伤是疲劳裂纹急剧扩展敏感温度存在的主要原因。采用分子动力学计算分析了不同温度下O对Ni和NiCr体系晶界强度的影响规律。通过实验和理论计算阐述了镍基高温合金疲劳裂纹扩展的高温敏感性现象和本质原因。

关键词：镍基高温合金疲劳裂纹扩展敏感温度疲劳寿命