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。

粉末冶金铌合金的研究进展

摘要:粉末冶金铌合金因其组织均匀、晶粒细小、力学性能优异,是航空航天、国防军工及核工业等领域不可或缺的高温结构材料。本文综述了铌合金粉末制备、成形与烧结、增材制造工艺及其组织性能调控方面的最新进展,重点介绍了氢化-脱氢、等离子旋转电极雾化、电极感应气雾化、电子束雾化法及近球形粉末改性处理等先进粉体制备技术,分析了金属注射成形、热等静压、外场辅助烧结和增材制造粉末冶金铌合金的发展现状,对比了不同合金体系及制备工艺下粉末冶金铌合金的力学性能,指出粉末冶金铌合金未来在低成本粉体高效制备、强韧化新途径、黏结剂辅助3D 打印和高性能复杂构件制备等方面的发展方向。

矿用硬质合金摩擦、腐蚀行为研究进展

摘要:硬质合金是一种包括硬质相(WC)和软粘结相(Fe、Co、Ni、HEA等)的金属陶瓷,其耐摩擦、高硬度、热硬性好等优良特性的组合使得硬质合金被广泛应用于矿山、隧道、钻井等地质工程。由于实际服役环境复杂,矿用硬质合金常面临极端恶劣的工况,存在诸多失效机制,例如摩擦、腐蚀和热冲击等一种甚至几种共同作用都会造成硬质合金材料的失效。因此,了解矿用硬质合金的失效机理,对不同环境下选用和改进硬质合金材料具有重要意义。本文对矿用硬质合金的摩擦、腐蚀行为进行了综述,重点涉及环境和热应力对硬质合金失效的影响,此外,由于成分对硬质合金的微观结构和力学性能具有重要的影响,还综述了粘结相和添加剂的加入对硬质合金摩擦、腐蚀行为的影响。旨在为后续硬质合金的选择、改进和新型硬质合金开发提供参考。

湿法工艺回收钕铁硼废料的研究现状及发展方向

摘要:钕铁硼在生产加工过程中,有超过30%的稀土金属转移到废料中,导致钕铁硼废料未能得到有效利用,而随着新能源汽车行业的快速发展,钕铁硼废料的绿色回收已成为该领域的研究热点。综述了目前国内外回收钕铁硼废料的湿法工艺研究现状,包括酸浸法、沉淀法、溶剂萃取法、碱分解法、离子液体回收法、水解法及微生物分解法等多种方法的原理及优缺点,同时指出了当前研究面临的技术难点,最后提出了未来钕铁硼废料回收利用的主要研究方向,为稀土资源二次利用提供有价值的参考。

钴基高温合金氧化行为研究进展

摘要:钴基高温合金因其优异的抗热腐蚀性、抗热疲劳性能和焊接性能,在航空航天、能源动力和核工业等领域具有重要应用。然而,高温氧化会导致合金性能退化,成为限制其服役寿命的关键因素。本文综述了钴基高温合金的氧化性能研究进展,重点分析了氧化过程的不同阶段及其机理,探讨了合金元素和温度对氧化层形成及演变的影响,并分析了现有研究的不足与挑战。最后指出新型钴基高温合金成分设计与协同机制优化、氧化层调控与相转变控制以及开展动态环境下的氧化行为研究并结合智能方法加速材料优化是未来的重点研究方向。

自钝化钨合金高温氧化性能研究现状

摘要:钨因具有高熔点、高硬度和优良的抗离子溅射性能,被选为聚变堆面向等离子体第一壁的重要候选材料。但是钨的抗氧化性能较差,严重限制了其工程应用。通过添加钝化元素制备自钝化钨合金,可形成保护性氧化膜改善其抗氧化性能。与纯钨相比,自钝化钨合金的抗氧化性能提高了2~4个数量级。近年来,研究者从成分设计和成分优化对自钝化钨合金开展了大量研究, 取得了丰硕成果。通过添加Si或Cr制备的W-Si或W-Cr二元自钝化钨合金,因可形成SiO2 或Cr2O3 保护膜,其抗氧化性能明显提高。在二元自钝化钨合金基础上,通过添加活性金属元素如Y,Zr改善氧化产物与合金基体的结合力,发展了三元和四元自钝化钨合金,进一步改善了其抗氧化性能。总结归纳了自钝化钨合金的研究进展,从氧化前后显微结构、物相分析、氧化增重等方面论述了其氧化过程及机制。在此基础上,指出了自钝化钨合金面临的问题并对其发展前景进行了展望。

耐腐蚀性化学镀镍基镀层的研究进展

摘要:化学镀镍基镀层因其优异的耐腐蚀性能,在电子信息、能源石化及航空航天等工业领域得到广泛应用。然而,传统二元合金镀层受限于成分单一性,其耐蚀性难以满足复杂工况需求。近年来,通过引入多元合金元素与微纳米颗粒构建新型复合镀层成为重要的研究方向。系统梳理了镍基化学镀复合镀层的耐蚀性优化策略及其防护机制。研究表明,合金元素的引入通过各合金元素间的相互作用细化晶粒尺寸及调控钝化行为来提升耐蚀性;微纳米颗粒则基于孔隙填充效应与腐蚀路径延展机制增强耐腐蚀性能。此外,多元颗粒的协同作用可优化界面结合强度与应力分布等,从而突破单一增强相的性能局限,延长使用寿命。在工艺革新层面,微波退火与超声辅助镀覆通过抑制晶界缺陷形成,提高镀层致密性,而响应面法等数据处理技术为工艺参数精准调控提供了新思路。上述研究进展为耐腐蚀镍基镀层的开发与应用提供了系统的理论支撑。

砷化镓废料回收再生研究进展

摘要:随着科技的进步与发展,以砷化镓为代表的二代半导体材料已逐渐取代硅材料应用于电子通讯、国防、航空航天等领域。每年在砷化镓晶体制备、设计加工、产品应用环节都会产生大量废料函待处理。砷化镓废料作为含砷有毒废弃物,蕴藏着品位高、存量大的碑、资源,近年来砷化镓废料的清洁、高效回收受到广泛关注。从砷化镓产业链角度出发,总结了上、中、下游产生的砷化镓废料来源与成分间的差异,详细综述了砷化晶体切割废料、砷化镓加工废料、废旧砷化镓电子器件这3类砷化镓废料二次资源的回收工艺与现状,归纳了不同方法的技术指标及工艺特点,重点对真空热分解法处理砷化废料的相关研究进行了探讨,并展望了砷化废料回收技术的未来发展方向。

铼在镍基单晶高温合金中的作用

摘要:镍基单晶高温合金因其优异的高温强度和良好的组织稳定性,广泛应用于航空航天领域。为了提高其承温能力,自第二代开始镍基单晶高温合金中便加入了铼(Re)。经过几十年的发展,镍基单晶高温合金已经发展到第七代,Re已经成为了先进镍基单晶高温合金中不可缺少的元素。简述了镍基单晶高温合金的发展历程,综述了Re对镍基单晶高温合金显微组织、蠕变性能、高温氧化性能和热腐蚀性能的影响,分别从直接作用和间接作用两个角度对Re作用机制进行了着重探讨,并分析了Re在γ基体中的分布形式、Re对γ/γ'两相界面错配度的影响、Re对合金元素分配比的影响以及氧化热腐蚀环境下Re对氧化膜粘附性、氧化膜致密性以及元素活度的影响。最后,对镍基单晶高温合金的成分优化、新材料研发手段等进行了展望,以期为新型镍基单晶高温合金的研发以及含Re镍基单晶高温合金的应用提供理论依据。

铂族金属循环利用技术开发现状及展望

摘要:铂族金属(PGMs)是汽车、石化、能源、国防装备等领域不可或缺的战略性金属资源,但PGMs矿产资源极度匮乏,供需矛盾突出;开展PGMs循环利用是保障PGMs安全供应、支撑关联产业高质量发展的重要举措。本文分析了PGMs的供给和应用情况,明确了当前PGMs市场的供需态势;全面梳理了PGMs湿法回收(含氰化法、盐酸+氧化剂工艺),火法回收(含铅捕集、铜捕集、锍捕集、铁捕集工艺)的技术特征与应用情况;着重从焙烧‒浸出、铁捕集‒酸浸、低温铁捕集‒电解‒离心萃取工艺等方面阐述了PGMs火法‒湿法联合回收技术的研发与应用进展。其中,低温铁捕集‒电解‒离心萃取成套工艺延续了低温铁捕集研究思路,通过低熔点渣型设计将铁捕集温度由1800℃以上降至约1400℃,富集得到Fe-PGMs合金后经电解进一步富集PGMs,再经离心萃取提纯依次得到Pd、Pt、Rh,实现了短流程分离提纯PGMs,具有绿色、高效、低成本的诸多优点。着眼PGMs循环利用产业高质量发展,建议围绕“PGMs富集、分离提纯、污染防控”全流程开展基础研究和技术攻关,加快建设PGMs循环利用全链条标准体系和绿色低碳的产业生态环境,全面开展业务流程的“互联网+”能力建设以实现“回收‒处理‒再利用”全流程的智能化。