铁捕集铂族金属合金的电化学回收工艺研究

摘要:低温铁捕集技术是一种从废催化剂中富集铂族金属(PGMs)的有效技术。然而,铁捕集得到的铁-铂族金属合金具有硬度大、惰性高的特点,导致溶解缓慢。此外,废催化剂中的Mn,Ni,Cr等杂质元素也会进入到合金中,造成后续分离困难。本文以铁-铂族金属合金为原料,利用金属间的电化学性质差异,研究直流电解回收铁、阳极泥酸浸和电沉积分离提纯铂族金属。结果表明,Fe2+的氧化以及阴极析氢反应是电解阶段主要的副反应。在电压为1.0 V, 初始Fe2+浓度为0.7mol·L−1,温度为60℃条件下,经2 h电解,铁-铂族金属合金质量损失和阴极电流效率分别达到34.78%和62.97%。合金中的碳等杂质形成外层抑制了离子扩散,阻碍铁溶解。电解后,PGMs由于高电负性难以氧化- 络合溶解, 被富集在阳极泥中。阳极泥经酸浸、过滤后进行直流恒压电沉积, 当电压为0.45 V时,沉积物主要为Pd,微观形貌呈枝状;随着电压的增加,阴极析出Pt和Rh, 沉积层呈块状堆积。在0.65 V下电沉积3h可回收61.83%的Pt,77.28%的Pd以及55.20%的Rh,实现了杂质的去除;动力学研究表明Pd的电极反应速率受扩散过程控制。本文研究为废催化剂中铂族金属的高效、环保回收提供了可靠的新方法。

高熵合金粉体研究进展

摘要:【目的】为了推动高熵合金粉体领域的创新发展提供参考,对高熵合金的概念与分类、制备技术与应用现状进行总结和阐述。【研究现状】综述由4、5种或者更多金属元素以近等原子比例构成的混合熵高于1.6 R(R为气体常数)的高熵合金,也被称为多主元合金或复杂组元合金;与传统合金相比,高熵合金具有诸多性能优势,例如,优异的高、低温力学性能,良好的耐腐蚀性能和抗辐照性能等;概括高熵合金粉体制备技术,包括机械合金化、雾化法(水雾化、气雾化、等离子旋转电极雾化法)、射频等离子球化法、等离子电弧法、化学还原法等;总结高熵合金粉体在粉末冶金块体材料、增材制造、涂层(薄膜)、催化、储氢等领域的应用。【结论与展望】认为经过近10 a的发展,高熵合金粉体的制备和应用研究均取得了较好的进展,并已初步探索高熵合金粉体的市场化生产与应用的可行性;提出未来研究应聚焦于适用于难熔高熵合金粉体制备的新方法、新技术、批量化制备、性能优化与机制等问题。

铂银与铂金合金纳米材料研究进展

摘要:Pt-Ag和Pt-Au合金具有高强度、高弹性、高催化活性、高稳定性等优点,在现代化学工业、电气和电子工业等领域有重要的应用。近年来,Pt-Ag和Pt-Au 合金特别是纳米材料在新能源、信息技术、环境保护和生物医药领域的应用研究有了飞速发展。本文介绍了Pt-Ag合金在电催化技术、光催化技术、环保、生物医药、化工等领域和Pt-Au合金在新能源、传感器技术、环保、生物医药、化工等领域的应用研究进展,并展望了其发展方向。

基于图像处理的高熵合金图像定量分析技术

摘要: 扫描电子显微镜( scanning electron microscope,SEM) 在材料表征领域具有广泛的应用前景,然而所获得的图像通常难以直接提取定量信息。针对一种共晶高熵合金的扫描电镜图像,提出了一种基于机器学习和图像分割技术的自动化、定量化分析方法,该方法能够有效测量共晶高熵合金板条状区域的面积、长度、宽度、周长以及不同组分的占比。实验结果表明,本研究所提出的方法在高熵合金图像上具有良好的鲁棒性和准确性,为研究高熵合金材料的表面结构提供了重要的技术支持。

选择性激光熔化制备难熔高熵合金研究进展

摘要:旨在系统梳理选择性激光熔化(SLM)技术在难熔高熵合金(RHEAs)制备领域的研究现状,明确工艺参数-微观结构-性能之间的关联机制。揭示SLM 技术解决传统铸造RHEAs 晶粒粗大、成分偏析等问题的有效性,并探讨其在工程应用中的关键瓶颈与发展前景。研究表明:SLM 技术通过极端非平衡凝固实现了RHEAs 的微观结构创新,其独特的晶粒细化效应和原位纳米强化机制为开发高性能RHEAs 提供了新途径。通过统计分析近年国际权威文献中SLM 制备RHEAs 的工艺参数,系统研究能量密度对难熔高熵合金致密度、缺陷特征及元素分布的影响规律。结合文献中电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等表征,阐明快速凝固条件下亚稳态相形成机制,定量分析晶粒细化与力学性能提升的对应关系。进一步阐明了如NbC、TiC 等纳米析出相通过晶界钉扎效应抑制晶粒粗化及提高材料抗氧化性能的机理。然而,尽管SLM-RHEAs 在复杂构件成形方面展现出显著优势,但残余应力分布不均及成分均匀性控制仍是制约其工业化应用的核心瓶颈。最后展望了其在生物医用植入物和航空航天部件等领域的潜力。

WC含量对激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金涂层组织及耐腐蚀性能的影响

摘要:为了延长脱硫浆液循环泵叶轮的寿命,采用激光熔覆技术在脱硫浆液循环泵叶轮的母材30CrMnSiA钢表面制备了WC增强CoCrFeNiTi-WCx(x=0,5,10,15,20,质量分数,%)高合金涂层,研究了WC含量对涂层的显微组织、力学和耐蚀性能影响。研究发现 CoCrFeNiTi高熵合金涂层相组成为fcc(Fe-Ni)、bcc(Fe-Cr)、Laves(CoTi2)和AB-type(Ti的化合物),随着WC含量增加,Laves相衍射峰强度增强,且生成了新相碳化物(WC、TiC、Cr7C3和Fe3C)。CoCrFeNiTi高合金涂层主要组织为底部的胞状晶和顶部的等轴枝晶,随着WC含量增加,涂层组织主要为等轴枝晶,且晶粒尺寸逐渐细化。WC的加入提高了涂层的性能,其中CoCrFeNiTi-20%WC涂层硬度(HV0.2)最大,为6419MPa,且摩擦系数(0.664)和磨损率(1.3×102μm(s-N)-1)最小,耐磨性能最好,磨损机制主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损。此外,随着WC含量的增加,涂层表现出更低的腐蚀速率和腐蚀电流。其中,CoCrFeNiTi-20%WC涂层腐蚀电流最小,耐腐蚀性能最好。

镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展

摘要:为满足不断攀升的两机涡轮动力系统的快速发展,表面冲击强化技术在涡轮转子用高温合金表面强化的应用及相应机制的研究受到了广泛关注。然而,高温合金表面硬化层在高温服役环境下的回复、再结晶行为难以避免,由此引起的表面强韧化、抗疲劳效果的退化,成为制约表面冲击强化技术在先进高温合金关键部件深入应用的瓶颈。本文总结了近年来镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展,分析了表面冲击强化对镍基高温合金表面强韧性及抗疲劳的作用规律,探究了高温合金表面冲击硬化层在高温及长期时效过程中的显微组织、微结构演化及其对高温稳定性的作用机理。以期为发展镍基高温合金表面冲击强化、提高两机涡轮转子疲劳抗力提供基础。

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。

镍基单晶高温合金的研发进展

摘要:单晶高温合金是先进航空发动机、燃气轮机的核心热端材料,单晶叶片要求高、制造工艺复杂、容错空间小,在高温、复杂应力、氧化和热腐蚀等苛刻环境下工作。本文概述了近几年镍基单晶高温合金在合金研制、组织性能演化和表征、近服役环境下力学行为评价以及叶片制造工艺等方面的研发进展,并简单介绍了难熔高熵合金等“下一代”新型高温结构材料的研发情况。

锆合金表面复合陶瓷涂层的制备与性能表征

摘要:目的解决核反应堆锆合金包壳在高温水蒸气环境下的氧化腐蚀问题,采用原位陶瓷化技术构建复合陶瓷涂层,以提高锆合金的抗高温氧化性、耐水汽腐蚀性能及事故容错能力(ATF)。方法采用微弧氧化(MAO)与大气等离子喷涂(APS)相结合的工艺制备复合陶瓷涂层,并优化MAO 底层膜结构。通过筛选不同微弧氧化电源模式,包括单向脉冲(UP)、双向脉冲(BP)、两步脉冲(TS),调整氧化膜的微观结构和成分。利用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)等表征手段,分析MAO 膜的微观形貌、物相组成及化学成分。同时,通过划痕试验、高温水汽腐蚀试验等测试复合陶瓷涂层的结合强度和抗高温氧化性能,以评估其服役性能。结果采用两步脉冲(TS)模式制备的MAO 底层膜由ZrO2 和Al0.52Zr0.48O1.74 混合相组成,形成了梯度致密结构,显著降低了裂纹密度。基于TS 模式制备的涂层的结合强度达到16 MPa,相较于UP(7 MPa)和BP(4 MPa)模式,分别提高了128%、300%。高温水汽腐蚀测试(1 200 ℃、4 000 s)结果表明,厚度为30 μm 的涂层的氧化增量速率最低,且结构完整,而80μm 的涂层因热应力的累积,出现了剥落现象。结论通过调控微弧氧化过程中的电源模式,可优化MAO 底层膜的结构和性能,实现喷涂沉积层与氧化膜的有效结合,从而在锆合金表面获得结合牢固、结构致密且厚度可控的复合陶瓷涂层,提高了它在核反应堆环境中的服役稳定性。