改进的M-MIVM在镍基固态合金中的应用

合金的热力学性质在材料科学和工程中起着重要的作用。因此,对于复杂体系,利用灵活可靠的热力学模型进行理论计算具有重要价值和科学意义。改进的M-MIVM能够同时表达分子构型的微观状态数（熵）和分子相互作用（焓）对过量吉布斯自由能的贡献,具有坚实的物理基础,可预测实际固溶体的热力学性质。该模型的一个显著优点在于仅利用二元无限稀释活度系数或二元活度数据就可以描述和预测多元固溶体的热力学性质。利用改进的M-MIVM对Au-Ni、Co-Ni、Cr-Ni、Cu-Ni、Fe-Ni、Ni-Pd、Ni-Pt、Ni-V、Co-Fe、Cr-Fe、Co-Fe-Ni、Cr-Fe-Ni、C-Co-Fe-Ni系等镍基固溶体合金的活度进行了预测。研究结果表明：除Cr-Ni、Ni-V两个二元非连续固溶体外,其余体系的活度模型预测值与实验数据吻合较好,13个体系总的相对平均偏差仅为4.75%,且预测效果优于MIVM,能够满足工程计算要求。改进的M-MIVM在镍基固态合金应用中具有一定的准确性、稳定性和适用性,可为镍基合金设计提供较为可靠的热力学数据。     

钾长石热力学特征参数的计算方法

本文主要推荐了计算钾长石热力学特征参数（T、P、△Gf，Ge，He）的一般公式，并介绍了其物理意义。实例表明钾长石热力学能量参数（生成吉布斯函数，过剩混合吉布斯自由能，过剩混合焓）彼此存在着良好的相关性。     

锌阳极泥-硫化锌精矿焙烧过程热力学分析

通过热力学理论分析, 计算出锌阳极泥-硫化锌精矿混合焙烧过程可能发生的各反应吉布斯自由能; 同时运用X射线衍射技术研究了焙烧过程中主要矿物物相的变化。理论和试验结果均表明: 锌阳极泥-硫化锌精矿混合焙烧过程中, 硫化锌首先发生氧化反应, 生成ZnO和SO₂, 之后MnO₂与SO₂反应生成MnSO₄。 经混合焙烧工艺, 有利于下一步的锰浸出工艺。     

Fe2 O3 逐级还原顺序起源分析

通过分析铁氧化物的分解反应热力学及其与铁氧化物的还原反应热力学之间的联系,得到了铁氧化物还原反应标准摩尔吉布斯自由能变化的更为合理的表达式,由此揭示了Fe₂O₃逐级还原顺序的起源。分析得出：Fe₂O₃的逐级还原顺序源自其分解顺序。铁氧化物的还原反应具有与其分解反应完全平行的热力学规律。以570 ℃为温度界限,铁氧化物各还原反应的摩尔吉布斯自由能变化值的大小顺序发生变化,导致各还原反应间的耦合模式也发生变化,从而产生Fe₂O₃的两种逐级还原顺序及Fe₂O₃的两种还原方式。     

铵型斜发沸石脱除Pb~(2+)离子的热力学研究

通过实验测定铵型天然斜发沸石对铅离子全交换容量为80.07mmol/100g沸石.用Langmuir吸附等温方程和Freundlich吸附等温方程拟合了吸附等温数据,绘制NH4--pb2+离_子交换等温线以及Kielland图.依据热力学平衡原理,计算出该过程的焓、吉布斯自由能和熵变化.研究表明天然斜发沸石NH4--pb2+离子交换过程可自发进行,且为吸热反应,高温有利于铅离子的交换.     

MgO含量对高炉渣性质影响的理论解析

采用热力学计算方法, 分析了不同混合原料组成对高炉炉渣成分的影响, 探讨了MgO含量变化对炉渣性质的作用, 并以CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-FeO五元系终渣为研究对象, 应用FactSage热力学软件, 理论解析综合炉料终渣中MgO对其熔化温度和粘度的影响, 得出了渣成分组成变化时高炉渣适宜的MgO含量。     

机械活化铁氧化物的碳热还原热力学

为了从理论上揭示机械活化对铁氧化物碳热还原的影响规律,分析了机械活化铁氧化物的储能构成,并建立了铁氧化物机械力储能与碳热还原热力学之间的联系。研究结果表明：对铁氧化物碳热还原热力学产生显著影响的机械力储能形式是位错吉布斯自由能和无定形化吉布斯自由能;铁氧化物的碳热还原温度随机械力储能的增加而降低（其中Fe₂O₃的碳热还原温度降低不显著）;另外,Fe₃O₄从按照1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂发生还原转为按照Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂发生还原的转折温度随Fe₃O₄机械力储能的增加而线性下降。     

应变速率对Al0.4CoCrFeNi高熵合金绝热剪切敏感性的影响

在室温下利用分离式霍普金森压杆对Al_0.4CoCrFeNi高熵合金帽型试样进行动态加载,研究了不同应变速率下Al_0.4CoCrFeNi高熵合金的绝热剪切敏感性。结果表明,动态加载前后Al_0.4CoCrFeNi高熵合金的晶粒尺寸分别约为100 μm、100 nm,相差约3个数量级,动态加载后细小的晶粒尺寸使Al_0.4CoCrFeNi高熵合金具有更低的绝热剪切敏感性; Al_0.4CoCrFeNi高熵合金绝热剪切敏感性随应变速率增加而增加,在实验范围内,应变速率3 360 s^-1时绝热剪切敏感性最高,产生了与动态加载方向成45°、宽约2 μm的绝热剪切带,此时临界应变值和单位体积绝热剪切形成能也最小。Al_0.4CoCrFeNi 高熵合金在高应变率变形过程中晶粒发生明显细化。Al_0.4CoCrFeNi高熵合金在动态加载下的绝热剪切归结为材料的热-黏塑性本构失稳。     

物理气相沉积高熵合金涂层/薄膜性能研究进展

高熵合金多主元素混合会导致高混合熵、严重的晶格畸变、缓慢扩散效应及鸡尾酒效应等,因此表现出迥异的特性,如具有优异的力学性能、热稳定性、耐蚀性、耐磨性、抗氧化性、抗压强度等。将高熵合金的设计理念同表面涂层/薄膜技术相结合制备高熵合金涂层/薄膜,这种薄膜通常展现出同块体高熵合金的相似性能,甚至优于块体高熵合金,在诸多领域具有巨大的应用潜力。重点总结了典型高熵合金涂层/薄膜的的硬度、弹性模量、热稳定性、耐腐蚀性能及耐磨性能的研究进展,并展现了提高高熵合金涂层/薄膜的性能方法及其机理,最后对高熵合金涂层/薄膜的光能吸收涂层、辐射耐受性、生物腐蚀、电子、耐磨性等未来发展方向进行了一定的展望。     

Sb2S3?ZnO?C体系热力学分析及应用

对Sb₂S₃-ZnO-C低温焙烧体系进行了热力学分析,首先分析了Sb-S-O和Sb-Zn-S-O系的优势区图,表明硫化锑直接转化为金属锑是可行的,且随着温度升高,Sb和ZnS的共存稳定区对氧分压和硫分压的要求降低;计算了在500～1 000 ℃下体系中各反应的标准吉布斯自由能变 (ΔG^θ),表明Sb₂S₃与ZnO交互反应极易首先进行,而后发生Sb₂O₃直接还原;对Sb₂O₃和ZnO的还原平衡CO含量计算表明,Sb₂O₃较ZnO易还原。高低品位两种硫化锑精矿的焙烧试验证实了热力学分析的准确性,锑生成率和固硫率分别达90%以上和89%左右,并有进一步提高的空间。     

Al—Sc合金热力学性质的研究

以Ｍｉｅｄｅｍｍａ二元合金生成热模型为基础,结合一些基本热力学关系式,利用元素的基本性质计算了１７３３Ｋ下Ａｌ－Ｓｃ合金中组元钪的活度及合金的部分热力学函数。结果表明,在１７３３Ｋ下,溶液中钪的行为相对拉乌尔定律存在较大的负偏差;混合焓,过剩自由与过剩熵在整个浓度范围内均匀负值;     

基于铝热反应多主元合金的成分调控研究

近年来,多主元高熵合金由于其组织、结构和性能可调性受到了广泛的研究,目前高熵合金常用的制备方法有熔炼法和粉末冶金法,而本文基于一种快速高效的高熵合金制备方法-铝热法,对多主元合金的成分调控进行研究。采用Fe3O4、Co3O4、Ni2O3、CrO3和MnO2五种氧化物经铝热反应后获得10种二元合金、10种三元合金、5种4元合金和1种5元合金,利用SEM、EDS等表征技术对多主元合金进行显微组织观察与元素分析,探究了多种不同氧化物铝热反应的负焓值与铝热还原产物成分之间的对应关系,进而推广到多种氧化物铝热反应的负焓值与反应后成分之间的一般规律,并提出对应的函数关系式,并基于此制备了近似等摩尔比的CoCrFeNiMnAl高熵合金,从而实现对铝热法制备多主元高熵合金的成分的调控。并对CoCrFeNiMnAl高熵合金的性能进行研究,该合金硬度为508.1 HV0.5,摩擦系数和磨损率分别为0.73和4.78×10-5 mm3/N·m,在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为1.097×10-6 A·cm?2和-0.347 V。     

Cu含量对CoCrFeNiMnAlCux高熵合金微观组织及性能的影响

采用铝热反应法制备了CoCrFeNiMnAlCux（x=0.2、0.4、0.6和0.8）高熵合金,研究了不同Cu含量对CoCrFeNiMnAlCux高熵合金的微观结构、硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果表明: CoCrFeNiMnAlCux高熵合金结构由体心立方结构（BCC）和面心立方结构（FCC）组成,且FCC相随着Cu含量的增加而增加。在Cu0.2合金中Cu元素分布均匀且未发生偏析,组织分布较为均匀;随着Cu进一步增加,富Cu相逐渐在Cu0.4和Cu0.6合金中偏析。当x=0.8时,Cu由于与合金中其他元素之间的正混合焓,而大量在晶界处析出。当Cu含量从0.2增加至0.8时,硬度、耐磨性和耐蚀性先升高后下降,磨损机制由最开始的磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损,最后又转变为磨粒磨损。其中CoCrFeNiMnAlCu0.6合金展示了最佳的性能,硬度、磨损率和腐蚀电流分别为564HV0.5、4.187×10-5 mm3/N·m和1.17×10-6A·cm2。     

Ag添加对Fe基中熵合金组织与腐蚀性能的影响北大核心

采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼和负压铜模吸铸法制备双相FCC结构的铁基中熵合金,研究Ag元素微量添加对合金的组织结构以及在不同介质中腐蚀行为的影响。结果表明,合金中主要组元与添加的Ag元素的二元混合焓为正值,由于相分离在枝晶间富集形成FCC2相。随着Ag含量的增加,合金的腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流密度减小,容抗弧半径增大,合金耐蚀性能明显得到提升。其中,合金Fe_(60.8)Mn_(13.4)Si_(8.7)Cr_(9.4)C_(3.7)Ag_(4)在PBS溶液中的腐蚀电流密度可达2.139×10^(-8) A/cm^(2),耐腐蚀性能最优。     

激光引燃自蔓延烧结AlCrFeNiSix多孔高熵合金材料组织及性能研究

为探究Si含量的变化对AlCrFeNiSi系高熵合金组织及性能的影响规律,采用激光诱导自蔓延烧结制备AlCrFeNiSi_x(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)多孔高熵合金。利用金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、硬度测试等表征分析了不同Si含量的AlCrFeNiSi_x多孔高熵合金材料显微组织、物相结构、合金密度和孔隙率、维氏硬度及耐磨性能。结果表明,合金组织内部均匀分布微观孔隙,x=0.4时,合金孔隙分布最为均匀。x≤0.4时,合金由BCC相构成,x超过0.6时,合金在BCC相结构的基础上出现FCC相。AlCrFeNiSi0.6高熵合金硬度最大,为522.3 HV0.5;磨损率最小,为73.41mg/cm2;密度最大,为4.354g/cm3;孔隙率最低,为17.1%。x=0.2时,合金孔隙率最大,为39.92%。     

Al、Ti、V和Cr促进高熵合金BCC相形成能力的研究

定量研究了Al、Ti、V和Cr促进CoFeMnNi基高熵合金形成BCC相的添加量,结合元素周期表分析了相关规律。使用真空熔炼炉炼制了CoFeMnNi基高熵合金,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计分析了合金的组织结构和硬度。结果表明,CoFeMnNi合金为单一FCC相结构,Al、Ti、V和Cr四种元素单独添加到合金中出现BCC相的添加量分别是0.6、0.6、1和2 mol;促进BCC相形成能力的顺序是Al>Ti>V>Cr;对于元素周期表第4周期的过渡族元素,序号小于25的元素是BCC形成元素,序号越小越有利于在高熵合金中形成BCC相。当合金有BCC相形成时,合金的硬度升高;随BCC相的增加,硬度增加,合金脆性变大。合金含钛2 mol后,合金抗腐蚀能力提升明显,即使在王水腐蚀120 s仍然没有明显的腐蚀痕迹。     

感应重熔合成AlCo_(x)CrFeNiCu高熵合金涂层的组织与耐腐蚀性能北大核心

采用冷喷涂辅助感应重熔合成不同Co含量的AlCo_(x)CrFeNiCu(x=0、0.5、1、1.5、2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、电化学工作站等设备检测分析了不同Co元素含量AlCo_(x)CrFeNiCu高熵合金涂层的相结构、微观组织、耐腐蚀性能等。结果表明:高熵合金涂层的相结构为FCC+BCC双相混合结构,微观组织形貌为枝晶+枝晶间组织,随着Co含量的增加,AlCo_(x)CrFeNiCu系高熵合金涂层中的枝晶数目增加,并明显粗化。面扫描分析表明显微组织中枝晶内富集Fe、Cr、Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中。在3.5%NaCl腐蚀介质中,AlCo 0.5 CrFeNiCu高熵合金涂层更耐腐蚀,比其他比例Co含量涂层有较正的自腐蚀电位(E_(corr)=-0.37 V)和较小的自腐蚀电流密度(I_(corr)=4.9×10^(-6)A/cm^(2))。     

混合熵对定向凝固锰铜基阻尼合金组织与性能的影响北大核心

使用动态热机械分析仪、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了不同成分梯度的定向凝固锰铜基合金的微观组织、阻尼行为以及力学性能特征。结果表明,在定向凝固过程中,随着合金元素的添加,枝晶间距逐渐减小,成分偏析程度增加,物相组成变为单一的母相,熵增引起的成分过冷使得枝晶易于断裂。添加镍与铁元素可以提高低温端孪晶的内耗值,而在加入锌元素后,MnCuNiFeZn合金在673 K下的内耗升高至0.023。随着混合熵的增加,三种不同成分梯度的定向凝固锰铜基合金的抗拉强度与伸长率均线性增加,合金应变硬化率的平稳保持段的斜率与混合熵呈正相关。