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Nd-Fe-B速凝合金晶界相组成与组织结构研究

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中国稀土学报 2024年第2期42卷 236-244,I0002页

作者：李彦儒李安华冯海波李卫钢铁研究总院有限公司功能材料研究院北京100081

钕铁硼烧结磁体中的晶界相组成、微结构及化学成分对其矫顽力有重要的影响,为了阐明钕铁硼烧结磁体中晶界相组成和微观组织结构的演变机制,有必要对其先驱体材料Nd-Fe-B速凝合金片中晶界富Nd相的相组成和微结构特点进行研究。采用速凝... 详细信息

钕铁硼烧结磁体中的晶界相组成、微结构及化学成分对其矫顽力有重要的影响,为了阐明钕铁硼烧结磁体中晶界相组成和微观组织结构的演变机制,有必要对其先驱体材料Nd-Fe-B速凝合金片中晶界富Nd相的相组成和微结构特点进行研究。采用速凝工艺制备Nd-Fe-B速凝合金片,重点对速凝合金的晶界区域进行TEM研究。研究发现:在富Nd三角晶界存在两种衬度明显不同的区域,衬度均匀一致的区域为非晶微晶相,在衬度明暗对比的区域发现有双六方结构的Nd相(dhcp-Nd)、低熔点共晶相"Nd+Nd_(2)Fe_(14)B"和和少量非晶微晶相存在。晶界线扫描结果表明,晶界区域的Nd:Fe原子比并非恒定值,晶界非晶微晶区的Fe含量较高,其Fe含量平均值大于60%(原子分数);而晶界晶化区的成分波动较大,这可能是因为该区域是dhcp-Nd相、"Nd+Nd_(2)Fe_(14)B"共晶相以及少量非晶微晶相的混合物。在钕铁硼合金的晶界处普遍存在非晶相,是因为Nd-Fe-B合金体系属于深共晶体系,合金熔液在冷却过程中提早凝固,无序状态亚稳到室温造成的。

关键词： Nd-Fe-B速凝合金晶界相组成组织结构

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加氢站氢压缩机用静态氢压缩材料研究进展

稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 894-901页

作者：阎有花周少雄江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司江苏常州213002 创明(韶关)绿色能源材料技术研究院有限公司广东韶关512000

加氢站是氢能产业建设的关键环节,氢压缩机是加氢站的核心关键单体设备之一,高密度安全氢压缩材料是加氢站氢压缩机大规模实用化的基础。本文综述了基于优势资源的高密度AB_(2)型储氢材料研究进展,指出了平台压高度匹配的静态氢压缩材料... 详细信息

加氢站是氢能产业建设的关键环节,氢压缩机是加氢站的核心关键单体设备之一,高密度安全氢压缩材料是加氢站氢压缩机大规模实用化的基础。本文综述了基于优势资源的高密度AB_(2)型储氢材料研究进展,指出了平台压高度匹配的静态氢压缩材料,低于100℃下初级、中级和终极放氢平衡压分别达25、45和85 MPa,满足长管拖车、Ⅲ型瓶乘用车和Ⅳ型瓶商用车应用需求。高效氢压缩材料的多级压力匹配,兼容现有加氢系统,促进加氢站氢压缩机工程化应用。

关键词：氢压缩机金属氢化物 Ti基AB_(2)型材料吸放氢平台压

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燃料包壳铬涂层中氧和氢扩散行为研究

核技术 2024年第9期47卷 135-140页

作者：龚恒风严俊李思功刘洋陈蒙腾任啟森薛佳祥廖业宏中广核研究院有限公司核燃料与材料研究所深圳518033

在压水反应堆中,锆合金包壳与水发生腐蚀化学反应,会对包壳的机械性能产生不利影响,从而限制燃料元件的使用寿期。为了减缓包壳氧化速率,防止氢气燃爆风险的发生,人们提出了事故容错燃料的概念设计。金属铬具有优异的抗腐蚀氧化性能,作... 详细信息

在压水反应堆中,锆合金包壳与水发生腐蚀化学反应,会对包壳的机械性能产生不利影响,从而限制燃料元件的使用寿期。为了减缓包壳氧化速率,防止氢气燃爆风险的发生,人们提出了事故容错燃料的概念设计。金属铬具有优异的抗腐蚀氧化性能,作为包壳涂层已备受核电领域的广泛关注。目前,铬涂层耐高温腐蚀氧化行为微观机理研究尚不清楚,亟须开展相关研究。本文采用第一性原理方法从电子尺度探索了铬晶体中氧和氢的扩散机理。研究表明,氧的最稳定占位是八面体间隙,氢更倾向于占据四面体间隙。氢的溶解度远低于氧的溶解度。氧在间隙的溶解能为负值,表明氧与近邻铬之间存在较强的相互吸引。进一步采用弹性带方法计算氧和氢的反应扩散路径和迁移能垒。氧沿着四面体间隙至八面体间隙的反应路径扩散,迁移能垒为0.18 eV,而氢更容易沿着四面体间隙至第一近邻的四面体间隙的反应路径扩散,迁移能垒为0.79 eV。同时,氧沿着四面体间隙至第一近邻八面体间隙的反应路径扩散,迁移能垒为0.65 eV。这表明氧倾向于沿着四面体间隙至八面体间隙的反应路径扩散。氢在铬中的迁移能垒为0.17 eV。进一步结合阿伦尼乌斯扩散方程,拟合出温度与扩散系数的变化关系,为涂层高温腐蚀性能实验研究提供理论支持。

关键词：密度泛函理论溶解能反应路径迁移能垒

Zr-1Nb-xFe合金在模拟LOCA下的高温蒸汽氧化行为

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金属学报 2024年第5期60卷 670-680页

作者：王金鑫姚美意林雨晨陈刘涛高长源徐诗彤胡丽娟谢耀平周邦新上海大学材料研究所上海200072 中广核研究院有限公司深圳518031

为探究Fe对核燃料包壳锆合金抗高温蒸汽氧化性能的影响,利用配置蒸汽发生器的同步热分析仪模拟失水事故(LOCA)下的高温蒸汽氧化环境,对Zr-1Nb-xFe(x=0、0.05、0.2、0.4,质量分数,%)合金进行了800~1200℃下恒温3600 s的高温蒸汽氧化行为... 详细信息

为探究Fe对核燃料包壳锆合金抗高温蒸汽氧化性能的影响,利用配置蒸汽发生器的同步热分析仪模拟失水事故(LOCA)下的高温蒸汽氧化环境,对Zr-1Nb-xFe(x=0、0.05、0.2、0.4,质量分数,%)合金进行了800~1200℃下恒温3600 s的高温蒸汽氧化行为研究。采用金相显微镜、Vickers硬度仪观察分析了氧化前后样品横截面的显微组织和硬度。结果表明,在800~1100℃蒸汽中氧化时,添加Fe使Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能变差,且影响复杂,不随Fe含量的增加呈单一变化规律;在1200℃蒸汽中氧化时,添加Fe对Zr-1Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能影响甚微;随氧化温度升高,4种合金的氧化动力学规律发生变化,总体由抛物线→直线规律转变,还会发生多次转折,这与锆合金基体的α↔β和氧化膜的单斜(m)↔四方(t)相变过程密切相关。

关键词：锆合金失水事故高温蒸汽氧化显微组织相变

涂层厚度对Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机制的影响

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表面技术 2024年第12期53卷 147-157,251页

作者：严俊高思宇杨钟毓李思功王占伟彭振驯薛佳祥廖业宏中广核研究院有限公司核燃料与材料研究所广东深圳518000

目的研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类。采用高温... 详细信息

目的研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据。方法以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类。采用高温蒸汽氧化设备开展试验,氧化温度为1200℃,等温氧化时间为500~3000 s,系统研究模拟反应堆失水事故(LOCA)工况下涂层厚度对该材料体系高温蒸汽氧化行为及氧化动力学的影响。试验后,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪等表征各样品氧化膜微结构特征、氧化层厚度、元素分布及物相组成等,基于氧化膜层厚度构建Cr涂层氧化动力学模型,同步探讨涂层原始厚度对其高温蒸汽氧化-失效微观机理的影响。结果涂层厚度为10μm时,其对锆合金基体保护作用有限,等温氧化2000 s时其表面Cr_(2)O_(3)氧化膜和残余Cr涂层已完全丧失保护功能,锆合金基体被连续氧化。涂层厚度为15μm时,第一阶段,生成保护性能较好的Cr_(2)O_(3)氧化膜,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律;第二阶段,Cr涂层的氧化行为发生转变,氧化膜及其残余涂层保护性能衰退,但锆合金基体始终未被氧化。涂层厚度为20μm时,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律,但氧化行为未发生转变,表面氧化膜及残余Cr涂层保护性能较好。结论Cr涂层厚度增加可在一定程度上提升其抗高温蒸汽氧化性能,进而提高反应堆事故工况下燃料包壳抵御事故的能力,从而在一定程度上延长不干预时间。

关键词：涂层锆合金高温蒸汽氧化涂层厚度氧化动力学氧化机制

微量合金元素对Zn-Cu-Ti合金显微组织与性能的影响

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 787-796页

作者：王云鹏王同波杨春秀孙燕莫永达娄花芬中铝科学技术研究院有限公司北京102209 中铝材料应用研究院有限公司北京102209

通过在Zn-Cu-Ti合金中同时添加微量Cr、Mg和Cr、Ni元素,获得了Zn-1.0Cu-0.1Ti、Zn-1.0Cu-0.1Ti-0.05Cr-0.05Mg、Zn-1.0Cu-0.1Ti-0.05Cr-0.05Ni(质量分数,%)合金,并通过熔铸、热轧和冷轧处理制备了合金板材,对合金的显微组织、力学性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能进行分析。结果表明:Zn-Cu-Ti合金中同时添加Cr、Mg和Cr、Ni元素后,合金力学性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能均明显提高。Zn-1.0Cu-0.1Ti-0.05Cr-0.05Mg合金抗拉强度达到343 MPa,伸长率达到40%,蠕变速率为1.38×10^(−9)s^(−1),腐蚀电位为−1.076 V,腐蚀电流密度为8.306×10^(−6)A/cm^(2),表现出最优的综合性能。合金的强化机制主要为固溶强化与析出弥散强化,细小弥散第二相有利于提高合金的抗蠕变性能,添加合金元素后,合金表面形成的致密钝化层和无粗大析出相提高了合金耐蚀性。同时,减少单道次冷轧变形率可抑制CuZn5相的形变诱导析出。

关键词：锌铜钛合金力学性能抗蠕变性能耐腐蚀性强化机制

热处理工艺对Ti-5Ta-5V-8Cr-1Al合金耐沸腾硝酸腐蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1992-1998页

作者：吴俊宇徐建平刘后龙李欢西安稀有金属材料研究院有限公司陕西西安710016

后处理工业所涉及的关键设备如溶解器、蒸发器等长期处于高浓度、高放射性的沸腾硝酸中,保证设备安全可靠运行是首要目标。本工作采用全浸腐蚀和电化学腐蚀实验手段研究了热处理工艺对Ti-5Ta-5V-8Cr-1Al(Ti5581)合金在6 mol/L沸腾硝酸... 详细信息

后处理工业所涉及的关键设备如溶解器、蒸发器等长期处于高浓度、高放射性的沸腾硝酸中,保证设备安全可靠运行是首要目标。本工作采用全浸腐蚀和电化学腐蚀实验手段研究了热处理工艺对Ti-5Ta-5V-8Cr-1Al(Ti5581)合金在6 mol/L沸腾硝酸溶液中的腐蚀行为的影响。结果表明,仅固溶和460℃时效时Ti5581合金具有较低的腐蚀速率,腐蚀240 h后腐蚀速率为0.022 mm/a。进一步采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法分析了Ti5581合金腐蚀后表面钝化膜的结构和成分,表明腐蚀后表层钝化膜平滑且致密,表层钝化膜为Ti和Ta的混合氧化物。研究发现Ti5581合金表层钝化膜的形成与α相的数量和形态相关:与550℃高温时效相比,460℃低温时效时α相尺寸较小且Ta元素质量分数较高,腐蚀均匀性更好,易于形成致密钝化膜且钝化膜更稳定。

关键词： Ti-Ta-V-Cr-Al合金耐硝酸腐蚀热处理钝化膜 α相

平行沟槽织构对TB6钛合金表面润湿性、摩擦学性能和耐腐蚀性的改善

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 617-624页

作者：郭嘉梁王芳刘俊杰刘玉怀郑州大学电气与信息工程学院电子材料与系统国际联合研究中心河南省电子材料与系统国际联合实验室河南郑州450001 郑州大学智能传感研究院河南郑州450001 郑州大学产业技术研究院有限公司河南郑州450001 郑州唯独电子科技有限公司河南郑州450001 北方民族大学电气与信息工程学院宁夏银川750001

提出了一种快速制备具有超疏水性、耐磨性和耐腐蚀性的Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)钛合金表面的方法。通过纳秒激光器对抛光的钛合金进行精确烧蚀,构筑了具有平行微沟槽阵列特征的织构表面。随后,利用紫外线灯照射和十八烷基三氯硅烷溶液浸渍... 详细信息

提出了一种快速制备具有超疏水性、耐磨性和耐腐蚀性的Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)钛合金表面的方法。通过纳秒激光器对抛光的钛合金进行精确烧蚀,构筑了具有平行微沟槽阵列特征的织构表面。随后,利用紫外线灯照射和十八烷基三氯硅烷溶液浸渍进行化学改性,进一步增强了表面的疏水性。从表面形态和化学组分的角度分析了微沟槽间隔对织构表面润湿性的影响。结果表明,在干滑动、水润滑和油润滑条件下,所制备的超疏水表面相较于原始亲水表面,平均摩擦系数分别降低了34%、56%和59%。此外,分析了相关摩擦系数变化的机理。通过动电位极化测试验证,所制备的超疏水表面展现出优异的耐腐蚀性,为钛合金基体提供了有效的长期保护。

关键词：激光织构钛合金超疏水性摩擦学性能耐腐蚀性

Zr-xNb-yCr合金在模拟失水事故下的高温蒸汽氧化行为

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1666-1676页

作者：张风胡丽娟林雨晨陈刘涛高长源徐诗彤谢耀平姚美意周邦新上海大学材料研究所上海200072 中广核研究院有限公司广东深圳518022

锆合金在失水事故(loss of coolant accident,LOCA)下的高温蒸汽氧化行为是需要重点关注的问题之一。采用非自耗真空电弧炉熔炼了Zr-x Nb(x=0.5、1.0、1.5,质量分数,%)和Zr-1.0Nb-y Cr(y=0.05,0.2,质量分数,%)合金并制备成板状样品。采... 详细信息

锆合金在失水事故(loss of coolant accident,LOCA)下的高温蒸汽氧化行为是需要重点关注的问题之一。采用非自耗真空电弧炉熔炼了Zr-x Nb(x=0.5、1.0、1.5,质量分数,%)和Zr-1.0Nb-y Cr(y=0.05,0.2,质量分数,%)合金并制备成板状样品。采用同步热分析仪研究了5种锆合金在模拟LOCA工况下900~1200℃蒸汽中的氧化行为,利用金相显微镜观察分析了氧化样品横截面的显微组织,使用显微硬度仪测试氧化前后样品的显微硬度。结果显示:在900~1100℃蒸汽中氧化时,Zr-x Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能不随Nb含量变化呈单一变化规律,且随温度的升高发生变化,添加0.05%和0.2%(质量分数)的Cr使Zr-1.0Nb合金的抗高温蒸汽氧化性能变差;在1200℃蒸汽中氧化时,添加Nb和Cr对锆合金的抗高温蒸汽氧化性能影响不大;5种合金的氧化动力学规律随温度升高发生变化,总体由抛物线→直线规律转变,还会发生多次转折。从O在Zr基体中的固溶含量以及Zr基体α↔β和氧化膜单斜(m)?四方(t)相变的角度探讨了Nb和Cr影响锆合金高温蒸汽氧化行为的机制。

关键词：锆合金失水事故高温蒸汽氧化显微组织相变