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研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.     

Si对TiAl合金高温抗氧化性能的影响

利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪等手段研究了TiAl-Si(原子数分数为0~20%)合金在1 173 K大气中24 h的恒温氧化.结果表明:Si元素可以有效地提高TiAl合金的高温抗氧化性能;随着Si含量的增加,氧化膜厚度依次减薄,TiO₂的含量逐渐减少,Al₂O3的含量逐渐增加,添加到10%左右时就有连续致密的Al₂O₃保护膜形成;Si在0~20%的添加过程中并没发现Si的氧化物生成.分析表明:Si对抗氧化性能的贡献可归结于Si与Ti有很好的亲和力,可以有效地降低Ti离子的活度、阻碍Ti离子的向外扩散, 相对来说增强了Al离子的活度,促进连续致密的Al₂O₃保护膜生成.      

含SiO2,ZrO2微粒复合镀镍层抗高温氧化性能

通过对含有SiO₂,ZrO₂微粒复合电沉积的研究,在Cu合金表面分别获得了含量(原子数分数)为11.3％ SiO₂,5.31％ ZrO₂微粒的Ni基复合镀层.通过在800℃、900℃条件下的高温氧化和热震循环试验,研究了这种复合镀镍层的高温氧化性能和界面结合特性.结果表明:经过40?h的高温氧化,2种复合镀镍层的抗氧化性能均达到抗氧化级,而且含SiO₂微粒的复合镀镍层的抗氧化性能优于含ZrO₂微粒的复合镀镍层;经过55次冷热循环,含SiO₂微粒的复合镀镍层与铜基体结合良好.     

γ-TiAl基自生复相材料的显微组织特征

研究了添加硼、硅、碳的 γ-TiAl基自生复相材料的显微组织特征.在压力4?GPa、温度1?273?K、反应合成时间60?min的条件下,通过粉末间的原位置换放热反应制备了样品.研究发现:Ti-Al-B三元合金含有TiAl相、Ti₃Al相和TiB₂相;Ti-Al-Si三元合金含有TiAl相、Ti₃Al相和Ti₅(Al,Si)₃相;Ti-Al-C三元合金含有TiAl相和Ti₃AlC相;Ti-Al-B-Si四元合金含有TiAl相、Ti₃Al相、TiB₂相和Ti₅(Al,Si)₃相;Ti-Al-B-C四元合金含有TiAl相、Ti₃AlC相和TiB₂相;Ti-Al-B-Si-C五元合金含有TiAl相、Ti₃AlC相、TiB₂相和Ti₅(Al,Si)₃相,其组织非常相似于预先设计的组织.在此基础上就不同相对性能的影响进行了分析.     

钛合金的离子束改性

钛合金是航空航天工业常用的结构材料,它具有重量轻、强度高、抗腐蚀强等优良性能,但耐磨性较差.为提高其耐磨性,对TC4、TA7航材试件,采用溅射方法在其表面镀上钛膜,并用(N^＋＋N^＋₂)混合离子束进行动态反冲注入及单元素C^＋离子束注入两种方法,进行表面改性.精密摩擦、磨损试验及显微硬度测量结果,试件表面的滑动摩擦系数降低了64%~77%;磨损率减少了22%~48%;显微硬度提高0.3~1.4倍.证明离子注入有效地改善了合金表层的摩擦、磨损性能.对注入样品进行X射线光电子能谱(XPS)分析,发现注入后的钛合金表层,生成了大量的TiO₂,并析出TiN,TiC等金属化合物,这是降低摩擦系数,提高耐磨性的主要因素.添加C^＋离子注入的试件,其力学性能并无进一步改善,原因有待分析.     

Nb/α-Ti3Al体系的互扩散行为

采用反应扩散偶的方法,研究了Nb元素在α-Ti₃Al中的扩散行为.反应扩散偶经过120 h扩散退火,在高温(1 573 K)下生成了均匀的β-(Ti,Nb)扩散层;低温(1 273,1 423 K)下生成不均匀的扩散区,相组成为Ti₃Al(Nb),β-(Ti,Nb)及Nb₂Al.采用Dayananda方法计算了体系的扩散系数,即根据一个扩散偶的浓度分布曲线计算体系的扩散系数.采用平均扩散系数来表征体系的扩散系数,得出扩散模型和相关扩散机理.结果表明:Ti和Al的主扩散系数比Nb的主扩散系数大5个数量级;Ti的主扩散系数约是Al的2倍.Nb通过占据Ti的空位进行扩散,Nb的掺入阻碍了Ti元素扩散,从而提高了α-Ti₃Al体系的高温抗氧化性能.     

氧化物涂层对航天器材料原子氧剥蚀的防护

采用磁控溅射方法在航天器常用材料聚酰亚胺(Kapton)表面沉积无机氧化物涂层(TiO₂和SiO₂),来提高材料的抗原子氧剥蚀性能.通过选择试验材料和参数,优化了沉积涂层的工艺,以克服容易产生裂纹的缺点.对材料进行了原子氧效应地面模拟试验,结果表明,在Kapton上沉积涂层后,质量损失下降了2个数量级.另外,有涂层的Kapton表面基本没有变化并且没有出现裂纹.其中,TiO₂由于热膨胀系数更接近Kapton,比SiO₂的防护效果更好.     

钛合金表面低氧压熔结Al-Si涂层及抗氧化能力

采用低氧压高温快速熔结技术在Ti-6Al-4V合金表面成功地制备出抗高温氧化的Al-Si熔结涂层.与Si改性渗涂层相比,这种工艺相对简单,不需要经过长时间的扩散就能形成足够厚度的Al-Si熔结涂层,省时节能,且涂层中抗氧化元素铝、硅的浓度可通过调整粉末的混合比例来进行控制.X射线检测表明涂层主要由Ti₅Si₃和TiAl₃组成.在923K空气中52h循环氧化试验结果表明:低氧压熔结Al-Si涂层在前10h的氧化过程中氧化增重较快,而在随后的氧化过程中氧化增重较为缓慢,而Si改性渗涂层在氧化过程中一直保持着较高的氧化速率.      

Ti对Nb基合金高温抗氧化性能的影响

氧化物的体积与形成该氧化物消耗的金属的体积之比(PBR,Pilliing-Bed-worth Ratio),是判断氧化膜完整性的一个重要判据,是氧化膜内产生生长应力的主要因素之一.基于合金氧化行为建立了一个简化的氧化模型,给出计算合金单一氧化膜PBR的计算式,估算了Nb2O5,Ti2Nb10O29,TiNb2O7,TiO2的PBR.研究表明:在Nb基合金中加入合金化元素Ti,合金的高温抗氧化性能得到改善.实验表明:随着Ti含量的增加,合金氧化膜中氧化产物的种类和含量发生变化,致使氧化膜的PBR发生改变.随着Ti含量的增加,氧化膜的PBR值逐渐减小,致使氧化膜的完整性提高.     

热处理对粉末冶金TiAl双态组织与性能的影响

对粉末冶金制备的Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)(at%)合金在1 280 ℃进行直接热处理,通过3种不同冷却速度获得了不同的双态组织.当冷却速度为50℃/min时,组织中的α晶粒通过析出γ片形成片层团,获得主要由片层团和γ相组成的双态组织,组织中过高片层体积分数导致拉伸延长率不高;而冷却速度为10℃/min 和5℃/min时,形成了主要由α₂晶粒和γ相组成的双相组织,α₂晶粒的存在进一步降低了材料室温延长率.     

W掺杂对TiO2中氧空位形成能的影响

为研究Ti合金中常用的基体强化元素W对合金抗氧化性的作用,利用第一性原理方法计算了W掺杂对Ti合金氧化产物金红石TiO₂中氧空位形成能的影响。计算发现,W可以显著增大其近邻位置的氧空位的形成能,使其增大将近0.7 eV,这将有效抑制氧空位的产生以及环境中氧的渗透,对Ti合金的抗氧化性是有益的。同时研究了2个氧空位组成的不同构型的空位对,发现W同样可以增大氧空位对的形成能,但增加的数值平均到每个氧空位只有0.2 eV,即随着氧化的加剧和氧空位浓度的增加,W对抗氧化性能提高的效果减弱。电子态密度分析表明,对于不同构型的氧空位对,体系内的未配对电子分布在不同的能级水平,这导致了不同的空位形成能。     

PEEK/ZrO2固体合金的探索研究

在聚醚醚酮(PEEK)玻璃化转变温度以下,用外动式高能旋转球磨机使PEEK和二氧化锆(ZrO₂)混合物反复变形、断裂和结合,并形成新的相,即形成PEEK/ZrO₂固体合金.通过扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、红外光谱(FT-IR)和动态热力学分析装置(DMTA)对PEEK/ZrO₂=1/2和2/1固体合金的结构及性能进行研究;并与纯PEEK对比,探讨PEEK与ZrO₂形成固体合金的可能性;讨论固体合金化工艺对PEEK/ZrO₂固体合金性能的影响,分析PEEK/ZrO₂固体合金的形成机理.     

等离子喷涂纳米TiO2涂层及其光催化性能

原始喷涂粉末经过喷雾干燥法造粒,采用等离子喷涂工艺在普通载玻片上制备了纳米TiO₂涂层,并对涂层在300℃,400℃,500℃进行热处理.采用X射线衍射(XRD)方法对TiO₂涂层进行了相结构分析;用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察涂层的微观形貌;用压汞方法测量涂层的孔隙率.结果表明,喷涂后锐钛矿型TiO₂含量大约在30%~50%,粒径10~30nm,孔隙率小于6%,热处理后涂层更致密,孔隙率降低.喷涂电流为400A且未经过热处理的TiO₂涂层具有最佳光催化效果.     

溶胶-凝胶法提高树脂抗原子氧性能的试验

为提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能,将正硅酸乙酯(TEOS,Tetraethyl Orthosilicate)加入环氧树脂溶液中,采用溶胶-凝胶法,制备出SiO₂／环氧杂化材料.在空间环境原子氧效应地面模拟设备中,对材料试样开展了抗原子氧剥蚀性能评估试验,总结了试验前后试样的质量、表面形貌和表面成分的变化特点,并分析了溶胶-凝胶所得杂化材料抗剥蚀性能提高的机理.分析认为:溶胶-凝胶反应过程中在树脂基体内生成的聚硅氧烷和SiO₂,以及原子氧作用下杂化材料表面生成的SiO₂保护层,是杂化材料抗剥蚀性能得以提高的主要原因.     

等离子体处理对非晶态合金镀层表面改性研究

通过微波等离子体处理方法对Ni-W、Ni-W-B非晶态合金镀层表面进行改性的研究,测量了表面改性对非晶态镀层耐蚀性、表面成分及结构的影响.结果表明,经过微波等离子体处理过的Ni-W、Ni-W-B非晶态合金镀层,提高了在H₂SO₄、HNO₃溶液中的耐蚀性以及在700℃环境下的抗氧化性能;微波等离子体处理过的非晶态合金镀层表面含W量和含O量相对提高了;镀层结构仍然是非晶态.     

Nb／α-Ti Al体系的互扩散行为

采用反应扩散偶的方法,研究了Nb元素在a-Ti3 Al中的扩散行为.反应扩散偶经过120 h扩散退火,在高温（1 573 K）下生成了均匀的阶（ Ti , Nb）扩散层;低温（1273,1 423 K）下生成不均匀的扩散区,相组成为Ti3Al（ Nb） ,β-（Ti , Nb）及Nb2Al.采用Dayananda方法计算了体系的扩散系数,即根据一个扩散偶的浓度分布曲线计算体系的扩散系数.采用平均扩散系数来表征体系的扩散系数,得出扩散模型和相关扩散机理.结果表明：Ti和A1的主扩散系数比Nb的主扩散系数大5个数量级;Ti的主扩散系数是Al的2倍.Nb通过占据Ti的空位进行扩散,Nb的掺入阻碍了Ti元素扩散,从而提高了a-Tip A1体系的高温抗氧化性能     

对锐钛矿相TiO2的第一原理计算

用TiO₂作为阳极的光电化学电池的工作以来,对TiO₂的光催化机理的研究已发展成为一个热门研究领域.从第一原理计算的角度,用基于密度泛函理论的全电势线性缀加平面波法,对锐钛矿相TiO₂的晶格结构和电子结构作了比较系统的计算.通过使总能量和原子受力达到最低,得到晶格的优化结构,结果与实验符合得很好.由晶格优化结构得到电子结构,包括能带结构、X射线吸收谱等.其中能带结构间接跃迁能隙为2.12?eV,价带的较高态宽度与X射线衍射谱(XPS)实验值完全一致.     

二甲醚部分氧化重整制氢热力学分析及实验

用元素势能法对二甲醚(DME)部分氧化重整制氢进行了热力学分析与计算,在定压绝热条件下计算了产物中各组分的体积分数随空醚比(0.5~4)和压强(0.1~0.5MPa)的变化关系.结果表明:H₂的体积分数随压强的增大而减小;在标准大气压和空醚比为3的条件下,由二甲醚部分氧化反应得到的氢气体积分数最大,约为35%;H₂的体积分数随空醚比的增大先增后减,CO的体积分数变化不明显,CO₂和CH₄的体积分数随空醚比的增大而减小.最后,在自制实验台上进行二甲醚等离子体重整制氢的实验,将该实验结果与热力学分析结果进行了对比分析,结果证明用元素势能法分析得到的H₂,CO,CH₄和CO₂的体积分数随空醚比的变化趋势与实验结果较为一致.      

AZ91D镁合金低压交流氧化成膜机制

基于一种低的交流电压条件(10 V),在NaOH和Na₂SiO₃的混合溶液体系中,对AZ91D镁合金进行电化学阳极氧化处理.利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、电化学测试技术等手段研究了AZ91D镁合金表面阳极氧化的成膜过程、膜层生长的特点以及氧化工艺参数对膜层性能的影响规律.试验结果表明:在10 V这样低的交流电压下,在镁合金表面获得的氧化膜层表面均匀,为无孔洞的平层状膜层,其生长过程呈叠加式特点;获得的氧化膜层的主要成分为Mg₂SiO₄;在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,经过电化学阳极氧化的镁合金的耐蚀性优于未经处理的镁合金.