共晶高熵合金十年发展回顾(2014—2024):设计、制备与应用

摘要:共晶合金是以凝固过程发生共晶反应命名的一类多相合金,具有悠久的历史,是应用最广的铸造合金。高熵合金是多主元的新型合金,自2004 年提出以来取得了迅速发展。共晶高熵合金结合了共晶合金和高熵合金的优点,于2014 年首次公开报道。经历十年发展,共晶高熵合金已经快速经历了成分设计、组织/性能调控、大规模制备与应用几个阶段。共晶高熵合金独特的微观组织特征和优异的综合性能使其在多个领域展现出广阔的应用前景,成为近年来备受关注的新型合金材料。本文对过去十年共晶高熵合金的成分设计、制备和应用进展进行了回顾,并对未来发展趋势进行了展望。

高铁含量2∶17型钐钴永磁材料研究进展

摘要:新能源汽车和轨道交通等领域的快速发展对永磁材料的耐温能力和最大磁能积提出了更高要求。基于2∶17型钐钴(SmCo)磁体的高居里温度优势,适当增加铁对钴的替代量,是开发耐高温磁能积磁体的重要途径。然而,当铁的质量分数超过20%时,磁体中结构缺陷大幅增加,退磁曲线方形度和矫顽力急剧恶化,制约了最大磁能积的提升。基于高铁含量 2∶17型 SmCo永磁材料的研究现状及问题,本文从晶内和晶界两个方面概述了磁体中常见的结构缺陷,并总结了结构优化与磁性能提升的新进展,最后对高铁含量 SmCo永磁材料的研究趋势进行了展望。

新型ECAP工艺制备超细晶材料研究进展

摘要:等径角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)因可制备出超细晶材料而受到界内广泛关注。其制备出块体超细晶材料具有优异的力学性能与耐腐蚀性能,目前已在航空航天、生物医疗、机械电子等领域得到率先应用,成为国内外材料学者研究的热点。然而, ECAP技术在发展和应用过程中仍然受到多重限制。对ECAP工艺进行优化与改进已成为发展趋势。初期,诸多学者通过实验研究证明:新型ECAP可达到“一次挤压,多次应变”的效果,晶粒细化更加明显,可制备出力学性能优异的材料。近年相关学者采用有限元模拟方法,探究新型ECAP技术的影响因素,从而对生产进行指导。本文评述了近年来国内外新型ECAP制备超细晶材料相关研究进展,从工艺原理出发,将新型ECAP工艺分为工艺优化与模具改进两大类,重点对7种不同新型ECAP工艺及研究现状进行归纳总结,对不同ECAP工艺后超细晶材料的显微组织、力学性能进行深入分析, 最后对新型ECAP制备超细晶材料过程中存在的问题与今后的研究方向进行总结与展望,以期为开发晶粒细化效果更佳、生产效率更高的剧烈塑性变形技术提供参考。

真空蒸馏提纯金属镱的理论及实验研究

摘要:采用Miedema模型研究了真空蒸馏提纯金属镱过程中Ca、Mg、Mn等杂质的分离特性及分离规律,并根据理论分析结果开展了不同温度下镱的真空蒸馏提纯实验。计算结果表明:在1000℃以下杂质Fe、Al、Cu、Ni与Yb的饱和蒸气压差值Δp* 极大,而杂质Mg、Ca、Mn与Yb的Δp* 很小;随着温度降低,分离系数βCa,Yb逐渐增大,而分离系数βMg,Yb和βMn,Yb保持稳定,杂质Mg、Ca、Mn的挥发速率急剧下降。实验结果表明,在700℃下真空蒸馏可有效去除金属镱中的杂质Mg、Ca、Mn。

基于机器学习的激光粉末床熔融工艺参数优化、过程监测和服役寿命预测的方法论

摘要:激光粉末床熔融工艺(LPBF)因成形精度较高、制造周期短,成为增材制造的主流方法之一,但其制造工艺的可重复性、生产过程的可解释性和成形构件的可靠性仍面临重大挑战。LPBF成形过程涉及的参数众多袁不同工艺参数的选择会导致构件内部产生不同类型的微观/宏观缺陷,进而影响构件的服役性能。因此明确工艺参数、缺陷和性能三者之间的联系是当前激光粉末床熔融制造的热点与难点。作为大数据与人工智能发展到一定阶段的必然产物,机器学习方法为有效处理高维物理量之间的复杂非线性关系提供了契机,在增材制造过程中工艺参数优化、缺陷监测和性能预测等方面得到持续关注。本文介绍了常用的机器学习(ML)模型,总结了LPBF中ML的输入信息,重点分析了数据驱动和物理驱动ML模型在LPBF各领域的应用,最后指出当前ML的局限性,并探讨了其发展趋势和技术前景。

高温高压处理增强化学气相沉积多晶金刚石的光学性能

摘要:增强化学气相沉积(CVD)金刚石的光学性能是学术界和工业界长久以来的 追求。然而,CVD技术的壁垒限制了金刚石的应用领域。文章通过高温高压处理方法成功提高了CVD多晶金刚石的光学性能。使用光学显微镜、紫外-可见光吸收光谱和红外吸收光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对 CVD多晶金刚石在高温高压处理前后的微观结构进行了表征。结果表明,在 10 GPa下,CVD金刚石的透明度随着处理温度的升高而显著增加,从最初的不透明提升到几乎完全的光学透明。通过光谱和微观结构分析,提出了高温高压条件下 CVD多晶金刚石的改性机理。高温高压处理改善初始CVD多晶金刚石光学性能的同时降低了合成具有纯sp3键合的高透明度金刚石材料的技术难度,具有科学及应用上的双重意义。

化学计量比对钇-镍基储氢合金结构和储氢性能的影响

摘要:采用磁悬浮感应熔炼和分步退火的方法制备了YNix(x=1.9,2.1,2.3,2.5)合金,通过X射线衍射(XRD)电子显微探针(EPMA)和Sieverts方法研究了化学计量比x对合金相结构和储氢性能的影响。结果表明,随着x从1.9增加至2.5,合金中YNi相消失,Y0.95Ni2相含量逐渐减小,YNi3相出现,且含量逐渐增加,当x=2.5时,YNi3相含量达到92.85%。储氢性能测试结果表明,随着化学计量比x的增加,合金前4周储氢容量衰减率逐渐减小,稳定吸氢容量逐渐增加,YNi2.5合金在循环后容量不发生衰减,具有最大的稳定吸氢容量,为1.716%。吸放氢前后结构变化研究表明,YNix(x=1.9,2.1,2.3,2.5)合金容量衰减主要来源于Y0.95Ni2相的歧化,而YNi3相结构在吸放氢后不发生改变。化学计量比x的增大能够显著改善钇-镍基合金的吸放氢容量和可逆储氢容量。

PtCo合金电催化剂在燃料电池氧还原催化中的研究现状与进展

摘要:质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效、低温、环保等优点,是解决能源短缺和环境污染双重问题的潜在方案。然而,其阴极氧还原反应(ORR)中迟缓的动力学过程不得不依赖稀缺昂贵的Pt基催化剂,这阻碍了PEMFC技术的进一步发展和应用。为了降低成本并保证高效的催化性能,近年来研究人员已开发了多种技术策略,引入过渡金属与Pt合金化为主要策略之一,特别是PtCo双金属催化剂,它表现了更优异的ORR催化性能。本文综述了PtCo合金催化剂在PEMFC氧还原催化中的最新进展和现状,总结了催化剂组分控制、粒径调控、晶面调控、掺杂等调控策略对燃料电池催化活性的影响,详细介绍了最有前途的PtCo合金结构,如多面体、核壳、纳米框架、有序金属间结构等PtCo合金催化剂,并对催化剂载体研究进行了讨论,最后指出了PtCo合金催化剂在其应用中存在的挑战以及未来前景。

铬铁矿无钙焙烧渣中铬的绿色提取

摘要:铬铁矿无钙钠化氧化焙烧—水浸提取是目前铬盐生产的主流工艺,提取剩余的铬渣中仍然存在一定量未反应完全的铬及新生成的含铬矿物。开展从铬渣中深度提取铬的绿色工艺研究,对于资源综合利用具有十分重要的意义。以铬铁矿无钙焙烧铬渣为原料,提出了一种铬渣烧碱焙烧—水浸提铬绿色工艺。研究结果表明:无钙焙烧铬渣通过烧碱焙烧—水浸提铬绿色工艺,不仅降低焙烧反应温度,还可以消除传统焙烧过程中产生的 CO2,实现铬的绿色提取;铬的提取率达到 92%以上,经过焙烧—浸出产生的铬渣中 Cr(Ⅵ)含量降低至 3.85 mg/L;铬的氧化焙烧动力学由内扩散控制,频率因子 A 为 0.39 s-1,反应表观活化能 Ea为 15.22 kJ/mol。该研究结果可为无钙焙烧铬渣的深度绿色提铬及铬渣资源化处理提供新的技术思路。

高纯钼粉的制备技术及研究进展

摘要:随着电子行业的精细化发展,高纯钼因其薄膜应力小、高温稳定性好,导电性能良好,比阻抗低广泛应用于电子行业。本文系统概述了高纯钼粉的制备技术,包括高纯钼原料(钼酸铵、MoO3、MoCl5、Mo(CO)6、MoS3等)清洁化还原分解技术和普通钼粉电子束熔炼及等离子球化提纯技术,重点讨论了沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、结晶法等提高钼酸铵纯度的方法,指出了不同提纯方法存在的优势与不足,并就高纯钼粉制备技术及应用前景进行了总结与讨论。