Mg,Ca,Y,La和Ce在Ni_3Al中的合金化行为
几种微量元素在高温合金中的作用与机理
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｍ ｉｎｏｒ ｅｌｅｍ ｅｎｔｓ ｏｎ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ
ＧＵ Ｏ Ｊｉａｎ—ｔｉｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＭｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００１６，Ｃｈｉｎａ）
郭建亭
（中国 科 学 院 金 属 研 究 所 ， 沈 阳 １１００１６１
摘 要 ：研 究 几 种 微量 元 素对 高 温 合 金 力 学 性 能 和微 观 组 织 结 构 的影 响 ；从 晶界 结 合 力 、 晶界 沉 淀 和 凝 固 偏 析 等 方面对微量元素的不 同作用进行讨论 。结果表 明：适量的 Ｂ、Ｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ和 Ｍｇ明显 改善高温合金的持 久性能；ｓｉ和 Ｓ则明显 降低高温合金的持 久性 能；而 Ｐ对 一些 高温合金特别是变形高温 合金表现 出有益作用，而 对 另 一 些 高温 合 金 特 别 是 铸 造 合 金表 现 出有 害 作 用 。 关 键 词 ： 高温 合 金 ；微 量 元 素 ； 作用 机 理 ：力 学 性 能 ； 微 观 组 织 中图 分 类 号 ：ＴＧ１ １３．２５，ＴＧ１３２．２ 文 献标 志 码 ：Ａ
１ 有益 的微 量 元 素
１．１ Ｂ在 高 温 合 金 中 的作 用 Ｂ 是 高温 合 金 中应 用 最 广 泛 的微 合 金 化 元 素 。绝
大 多数变 形高温合 金和铸 造高 温合金 中都 加入微 量 Ｂ。Ｂ对高温合金 的持久性能和蠕变性 能影响最 明显 ， 通常都有一最佳含量范围 。本文作者 在 ２０世纪 ７０
中国科学 院金属研 究所高温合金与金属 间化合物 研究组先后研究 了 Ｂ、Ｃ、Ｙ、Ｌａ、ｃｅ、Ｚｒ、Ｍｇ等有 益 微 量元 素 在 高 温 合 金 中 的作 用 ， 以及 Ｓｉ、Ｓ等 有 害 元 素 对 高温 合 金 力 学 性 能 和 组 织 结构 的影 响 ， 同时 还 研究 了 Ｐ在高温合金中的双重作用 。
稀土金属合金化考核试卷
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.下列哪个元素不属于稀土金属？（）
A.铕
B.钕
C.铬
D.铈
7.稀土金属合金的耐腐蚀性可以通过____和____等方法来提高。
8.稀土金属合金在汽车尾气净化方面的应用，主要是利用其____性能。
9.稀土金属合金在生物医学领域的应用，其优势在于____和____。
10.稀土金属合金在核工业中可以作为____和____材料。
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
C.耐高温性能
D.高强度性能
15.以下哪个因素会影响稀土金属合金的焊接性能？（）
A.合金成分
B.合金结构
C.焊接工艺
D.以上都对
16.下列哪个方法不适用于稀土金属合金的表面处理？（）
A.阳极氧化
B.电镀
C.磷化
D.喷涂
17.以下哪个稀土金属元素在玻璃和陶瓷工业中应用较广？（）
A.镧
B.铈
C.钕
D.镨
3.稀土金属合金在汽车尾气净化方面的作用是通过催化转化减少有害排放，有助于改善空气质量和环境保护。
4.稀土金属合金在生物医学领域的应用包括制造骨替代材料和抗菌材料，优势在于良好的生物相容性和抗菌性，但需面对生物降解性和长期稳定性的挑战。
8. B
9. D
10. D
11. C
12. A
13. A
14. A
15. D
Ni3Al基础知识
Ni3Al基金属间合金的研究S1******* 陈义高温结构材料起源于40年代军用飞机的需要, 目前已成为军用和民用高温燃汽轮机不可代替的关键性材料。
高温结构材料在高温下具有高强度, 以保证发动机的油耗不致过高; 具有很强的抗腐蚀能力, 在高温燃气的冲刷及腐蚀性介质的侵蚀下保持其性能; 还能长期安全可靠地工作。
而金属间化合物以其耐高温, 抗腐蚀和耐冲刷等特性成为航空航天、交通运输、化工机械等行业重要的结构材料, 并在近20年受到广泛研究。
由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存, 同时兼有金属韧性和陶瓷的高温性能, 因此具有很大的发展潜力。
由于金属间化合物Ni3Al 基高温结构材料在室温下具有优异的抗腐蚀性能, 受到工业界的注意, 但其晶间脆断是制约其工程化应用最大障碍, 表明这类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定缺陷。
1. Ni3Al 金属间化合物的特性Ni3Al 是一种具有L12 型晶体结构的长程有序金属间化合物( 表1) , 当接近其熔点时还能保持高度有序, 其晶格常数a= 0. 3561nm, 熔点为 ,杨氏模量, 电阻率为，热导率为, Ni3Al 金属间化合物熔点高, 抗高温氧化性能好, 有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点, 而且在一定的温度范围内, 其屈服强度反而随温度的上升而提高, 这些特点都是高温结构材料所希望的。
2.合金元素在Ni3Al 金属间化合物中的作用2.1合金元素对力学性能的影响2.1. 1对强度的影响Ni3Al 在室温下通常强度不是很高。
但是大多数有序合金特别是那些具有L12 结构的大部分合金, 其塑性变形的一个显著特点是流变应力随温度升高而急剧增加。
Ni 基高温合金主要包括两相,固溶相 ( 无序的面心立方相, 具有A1结构)和中间化合物 ( 有序的面心立方相,具有L12 结构)。
通常,与无序或部分有序合金相比, 长程有序合金具有高的应变硬化速率。
W和Mo 的添加可大幅度地提高材料的高温抗拉强度和持久性能,W和Mo 同时加入要比单独添加Mo的强化效果好,但W和Mo 的加入降低了合金的塑性。
机械合金化金属间化合物Ni3Al研究现状
ｒ ｖｅ ｄ Ｔｈ ｉ ｔ ｒ ｇ ｔｃ ｎｑ ｅ ｏ ｃ ａ ｉａｌ ｌ ｙ ｄ ｐ ｗｄ ｒ ｎ ｒ ｐ ｒｉｓ ａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｅ ｉｗｅ ． ｅ ｓｎ ｅ ｉ ｅ ｈ ｉ ｕ ｆ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ａｌ ｅ ｎ ｙ ｏ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔ ｒ ｒ ｖｄ ｄ． Ｔｈ ｕ ｕ ｅ ｏ ｅ ｅ ｆ ｔ ｒ ｆ
散 强化 材料 、 磁性 材 料等 方 面取得 很 大 的进 步 ， 且 并 已应用 到 实际 的工 艺过程 中。其 中应 用机 械合 金化
层 氧化铝 层 ， 从而 使合 金在 不含 ｃ 的条 件下仍 然 具 ｒ 有较 佳 的抗 高温氧 化 和碳 化 等 性 能 。此 外 ， 系金 Ａｌ 属 间化 合物 还具 有更 高 的熔点 、 低 的密度 等特 点 。 更 目前制备 Ａｌ 系金 属 间化 合 物 的 方 法 主要 有 熔 炼 熔 铸法 、 末 冶金 法 、 烧 合 成 法 及 机 械合 金 化 法 等 。 粉 燃
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｆ ｒ ｔ ｎ ｏ ３ ｎ ｅ ｍｅ ａｌ ｏ ｏ ｎ ｓ ｂ ｃ ａ ｉａ ａｌｙ ｎ ｒ ｅｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｅ ｍｅ ｔｏ ｏ ｍａ ｉ ｆＮｉＡＩ ｔ ｒ ｔ ｌｃ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｙ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｌ ｉ ｇ ａ ｅ ｏ ｏ ｉ ｉ ｏ
ｐｅｅ ｅ ｒ ｓ ｎｔｄ． Ｍ ｅ ｈ ｎｉａ ａｌｙｉｇ ｆ ｃ ａ ｃ ｌ ｌ ｎ ｏ ＮｉＡＩ ｎｄ ｈｅ ｎｆｕ ｎ ｅ ｏ ３ ａ ｔ ｉ ｌｅ ｃ ｐａａ ｅ ｅ ｓ ｏ ｒ ｍ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｈ ｍ ｉｒ ｓｒ ｔ ｅ ｎ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ａ ｅ ｃ ｏ ｔｕｃｕｒ ａ ｄ ｒ ｐ ｒ ｉ ｓ ｒ
钛和钛合金基本知识集锦ppt课件.ppt
3.2 纯钛 耐蚀性能：
钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低， 故钛容易钝化。
常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它 在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性。
在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和 大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀 性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。
3.2 纯钛
物理性能：
属ⅣB族元素，原子序数为22，原子量为47.9。 有两种同素异晶体，其转变温度为882.5℃。
低于882.5℃，为密排六方α-Ti： 点阵常数(20℃)为： a＝0.295111 nm，c＝0.468433nm，c／a=1.5873
882.5℃～熔点，为体心立方β-Ti：点阵常数在25℃时， a=0.3282nm；900 ℃时a=0.33065nm。
3.1 概述
1791年英国化学家格雷戈尔研究钛铁矿和金红石时发现了钛。1795年， 德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的金红石时也发现了这种元素。格雷 戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。到 1910年美国化学家亨特第一次制得纯度达99.9%的金属钛。
钛在地壳中的丰度占第七位，0.42%，金属占第四位（铝、铁、镁、钛）。 以钛铁矿或金红石为原料生产出高纯度四氯化钛，再用镁作为还原剂将四 氯化钛中的钛还原出来，由于还原后得到钛类似海绵状所以称为海绵钛，最 后以海绵钛为原料生产出钛材和钛粉。 1947年才开始冶炼，当年产量只有2吨。 1955年产量2万吨。 1975年产量7万吨。 2006年产量14万吨 钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积钢铁的一半，钛虽然 比铝重，它的硬度却比铝大2倍。在宇宙火箭和导弹中，已大量用钛代替钢铁。 极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。
镁及镁合金在核废料处理中的应用与挑战考核试卷
A. AZ31
B. AZ91
C. WE43
D. QE22
16.镁及镁合金在核废料处理中需要考虑的环境因素包括：（）
A.温度
B.辐射
C.化学腐蚀
D.氢脆
17.以下哪些方法可以用于改善镁及镁合金在核废料处理中的导热性能？（）
A.增加铝含量
B.增加稀土元素含量
C.优化熔炼工艺
D.表面处理
18.镁及镁合金在核废料处理中的挑战包括：（）
A.高温下的力学性能下降
B.辐射导致的性能退化
C.耐腐蚀性能不足
D.加工难度大
19.以下哪些镁合金在核废料处理中具有较好的耐腐蚀性能？（）
A. AZ31
B. AZ91
C. Mg-Al-Mn
D. QE22
.质量轻
B.熔点低
C.导热性好
D.抗辐射能力强
5.下列哪种方法可以有效地提高镁及镁合金在核废料处理中的耐腐蚀性能？（）
A.增加铝含量
B.增加锌含量
C.表面处理
D.提高熔炼温度
6.在核废料处理中，镁及镁合金作为中子吸收剂的主要作用是：（）
A.控制核反应
B.提高燃料利用率
C.降低放射性污染
D.减少冷却水消耗
3.耐腐蚀性能影响镁及镁合金在核废料处理中的使用寿命和稳定性。提高耐腐蚀性的方法包括合金化、阳极氧化、涂层保护等。
4.氢脆问题产生于熔炼过程中氢的吸收。通过控制熔炼气氛、使用脱氢剂和优化合金成分可缓解氢脆问题。
A.控制核反应
B.提高燃料利用率
C.降低放射性污染
D.增加冷却水的消耗
10.以下哪些镁合金具有良好的焊接性能？（）
稀土元素对镁合金力学性能的影响
稀土元素对镁合金力学性能的影响镁及其合金作为现阶段最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度和比刚度、高阻尼性、良好的导热性、优良的机加工性、稳定的零件尺寸、易回收等优点，在航空、航天、汽车工业、运输、电子、通讯、计算机等行业有广泛的应用。
镁合金由于力学性能不够高、耐蚀性差等不足，限制了镁合金在生产生活中的广泛应用，而当添加少量稀土后，镁合金各种性能可得到大幅提升。
稀土元素位于元素周期表的Ⅲ B族，原子的最外层电子结构相同，都是2个电子，次外层电子结构相似，倒数第3层4f轨道上的电子数从0～14各不相同；化学性能相差不大，化学性质都很活泼。
镁合金和稀土元素都是密排六方晶体结构，因此稀土元素在镁合金中都有较大的固溶度。
稀土元素中除了Sc以外，其余的16个元素都可以与Mg组成共晶相，大多数的稀土元素在Mg中的固溶度都是很大的，表1列出了稀土元素在镁中的最大固溶度及与镁基固溶体共存的化合物相。
表1 稀土元素在镁中的最大固溶度及与镁基固溶体共存的化合物相稀土元素对Mg合金净化和细化晶粒的影响镁元素化学性质活泼，易与O2和H2O反应形成MgO，使得镁合金中含有氧化夹杂物，降低了镁合金的质量和使用性能。
氧化夹杂物一般存在于镁合金铸件的基体或晶界上，导致合金产生疲劳裂纹，且降低了力学性能和耐腐蚀性能等。
而稀土元素的添加，不仅可以减少夹杂物的数量，还能细化晶粒，提高合金的性能。
当稀土元素Ce添加到AM50镁合金中，Ce起到净化合金的作用，减少了如Fe、Ni等杂质。
Y的添加能够减小挤压Mg-Zn-Zr合金的晶粒尺寸，晶粒尺寸从不含Y的14.2μm减小到3%（质量分数）的3.2μm，降幅高达77%。
稀土元素对Mg合金力学性能的影响01 Mg-Al-RE系Mg-Al系镁合金是目前牌号最丰富、应用最广的镁合金系列，添加到Mg-Al系镁合金的稀土元素主要有Ce、Y、Nd等。
不含稀土的Mg-Al基合金主要有α-Mg枝晶和分布于枝晶间的金属间化合物β-Mg17Al12相；而当Mg-3%Al基合金添加稀土元素后，α-Mg枝晶变细，金属间化合物β-Mg17Al12相由Al11RE3和Al2RE所替代。
Ni3Al基础知识
Ni3Al基金属间合金的研究S1******* 陈义高温结构材料起源于40年代军用飞机的需要, 目前已成为军用和民用高温燃汽轮机不可代替的关键性材料。
高温结构材料在高温下具有高强度, 以保证发动机的油耗不致过高; 具有很强的抗腐蚀能力, 在高温燃气的冲刷及腐蚀性介质的侵蚀下保持其性能; 还能长期安全可靠地工作。
而金属间化合物以其耐高温, 抗腐蚀和耐冲刷等特性成为航空航天、交通运输、化工机械等行业重要的结构材料, 并在近20年受到广泛研究。
由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存, 同时兼有金属韧性和陶瓷的高温性能, 因此具有很大的发展潜力。
由于金属间化合物Ni3Al 基高温结构材料在室温下具有优异的抗腐蚀性能, 受到工业界的注意, 但其晶间脆断是制约其工程化应用最大障碍, 表明这类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定缺陷。
1. Ni3Al 金属间化合物的特性Ni3Al 是一种具有L12 型晶体结构的长程有序金属间化合物( 表1) , 当接近其熔点时还能保持高度有序, 其晶格常数a= 0. 3561nm, 熔点为 ,杨氏模量, 电阻率为，热导率为, Ni3Al 金属间化合物熔点高, 抗高温氧化性能好, 有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点, 而且在一定的温度范围内, 其屈服强度反而随温度的上升而提高, 这些特点都是高温结构材料所希望的。
2.合金元素在Ni3Al 金属间化合物中的作用2.1合金元素对力学性能的影响2.1. 1对强度的影响Ni3Al 在室温下通常强度不是很高。
但是大多数有序合金特别是那些具有L12 结构的大部分合金, 其塑性变形的一个显著特点是流变应力随温度升高而急剧增加。
Ni 基高温合金主要包括两相,固溶相 ( 无序的面心立方相, 具有A1结构)和中间化合物 ( 有序的面心立方相,具有L12 结构)。
通常,与无序或部分有序合金相比, 长程有序合金具有高的应变硬化速率。
W和Mo 的添加可大幅度地提高材料的高温抗拉强度和持久性能,W和Mo 同时加入要比单独添加Mo的强化效果好,但W和Mo 的加入降低了合金的塑性。
镍基单晶高温合金研究进展
镍基单晶高温合金研究进展孙晓峰，金涛，周亦胄，胡壮麒（中国科学院金属研究所，沈阳 110016）摘要：单晶高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。
由于采用定向凝固工艺消除了晶界，单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温度范围进行固溶和时效处理，其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高。
经过几十年的发展，单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。
本文从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面，简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。
关键词：单晶高温合金；强化机理；定向凝固；各向异性Research Progress of Nickel-base Single Crystal SuperalloysSun Xiaofeng, Jin Tao, Zhou Yizhou, Hu Zhuangqi(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)Abstract:Single crystal superalloys have been widely used to make turbine blades and guide vanes for aero-engines and industrial gas turbines because of improved strength, creep-rupture, fatigue, oxidation and hot corrosion properties as well as stable microstructure and reliability at high temperature environments. After removal of grain boundary by using directional solidification technique, grain boundary elements which decrease the incipient melting temperature were reduced remarkably in single crystal superalloys. Consequently, the solution and aging treatment of single crystal superalloys can be done at higher temperature due to the enhanced incipient melting temperature, and then the high temperature strength of single crystal superalloys is higher than that of equiaxed and directionally solidified superalloys. There were great progress on approach of alloy design, relationship between structure and mechanical performances, process of pure smelting and processing of directional solidification in the last decades. The present work reviews these progress from compositions of alloys, role of elements, mechanism of strengthening, anisotropy of mechanical properties, procedure of solidification, control of defects and processing of single crystal superalloys.Key words：single crystal superalloy；mechanism of strengthening；directional solidification；anisotropy of properties——————————————————基金项目：国家973计划项目（2010CB631206）通讯作者：孙晓峰，男，1964年生，研究员，博士生导师1引言高温合金（Superalloy）是以铁、镍、钴为基体的一类高温结构材料，可以在600℃以上高温环境服役，并能承受苛刻的机械应力。
Ru合金化Ni／Ni3Al相界断裂功的第一原理计算
中 图分 类号 ：Ｔ ３ ．３ Ｇ １２３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｆｉ ｓ － ｉ ｃ ｐ ｅ ａ ｃ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｕ ｅｗｏ ｋ ｏ ｒ ｔｐｒ ｎ ｉ ｌ ｓｃ ｌｕｌ ｔｏ ｎ ｒ ｐｔ ｒ ｒ ｆ
Ｎｉ ３ ｎ ｅ ｆ ｃ ｔ ｄｄ ｔｏ ／ ＡＩ ｔ ｒ ａ ｅｗｉｈ Ｒｕ ａ ｉｉ ｎ Ｎｉ ｉ
文章编号 ：１ ０ ．６ ９２ ０ ）５０ ９ ．７ ４０ ０ （０ ８０ ．８ ００ ０
Ｒ ｕ合金化 ｉ ｉ Ｉ Ｎ／ ３ Ｎ Ａ 相界断裂功 的第一原理计算
陈 律 一，彭 平 ，湛建平 ２ 田泽安 。 ，韩绍 昌
（． 南大学 材料科学与工程学院，长沙 ４ ０ ８ ； １湖 １０ ２ ２ ．长沙航空职业技术学院 航 空装备工程系 ，长沙 ４ ０ ２ ） １ １４
ｄ ｍｏ ｓ ａ ｅｔ ａ ｅ ｓ ｂ ｔ ｕ ｉ ｎ ｏ ｕ ａｏ ｆ ｒｅｔ ｅ ｔ ｍ ｒ ｔ ｍ ｒ ｆ ａ ｌ ｒ ｖ ｅｒ ｐ ｕ ｅ ｓ ｅ ｇ ｈ ｏ ｅ ｎ ｔ ｔ ｔ ｈ ｕ ｓ ｔ ｔ ｆＲ ｔｍ ｏ ｉ ｒ ｒ ｈ ｔ ｉ ｏ ｈ Ｎｉ ｏ ｏ ａ ｏ ｉ ｐ ｏ ｔ ｂ ｅｔ ｉ ａ ＡＩ ｓ ｉ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｕ ｔ ｒ ｔ ｎ ｔ ｆ ｈ ｒ ｈ ｎ ｅ ｃ ． ｔ ｅ ｉｔ ｒａ ｅ Ａｍ ｏ ｇ ｗｈ ｃ ｅ ｒ ｐ ａ ｅ ｎ ｆＲ ｏ ｔｔ ｅ Ｎｉ ３ ｎ ｅ ｆ ｃａ ａ ｅ ｓｔ ｅ ｂ ｓ． ｅ ａ ａｙ ｉ ｏ ｆ ｎ ｉｈ ｔ ｅ ｌｃ ｍｅ ｔｏ ｕ ｆ ｒＡＩａ ／ ＡＩ ｔｒａ ｉ ｌｌｙ ｒｉ ｅ ｔ Ｔｈ ｌ ｓｓ ｆ ｈ ｈ Ｎｉ ｉ ｈ ｎ
不同错配度下Cr和O在Ni-Ni3Al体系中的占位行为的第一原理研究
安徽工业大学硕士学位论文论文题目：First-principles study on the occupation behavior of Cr andoxygen in Ni-Ni 3A1 system and oxygen with misfit作 者： 高千 学院： 分子工程与应用化学研究所 指 导 教 师： 吴玉喜 单位： 安 徽 工 业 大 学论文提交日期：2016年 05月 24日学位授予单位：安 徽 工 业 大 学安徽马鞍山243002独 创 性 说 明不同错配度下Cr 和O 在Ni-Ni 3Al 体系中的占位行为的第一原理研究I不同错配度下Cr 和O 在Ni-Ni 3Al 体系中的占位行为的第一原理研究摘要虽然Cr 被公认为能提高Ni-Ni 3Al 高温合金的抗氧化性，但Cr 在高温合金中的抗氧化机理仍未有定论。
本文使用第一原理计算方法，通过研究不同错配度下Cr 在Ni-Ni 3Al 合金体系中的占位行为及其对O 的占位行为的影响，来初步探究Ni-Ni 3Al 合金体系中的Cr 的抗氧化机制。
结果如下：（1）对无Cr 和含Cr 体系的结合能以及对Cr 的替换能的分析均显示，在我们所研究的（-8%,7%）错配度范围内，错配度的存在会降低Ni-Ni 3A1合金体系的稳定性。
（2）体系的结合能结果显示iCr1 ≈ iCr2 < iCr3 ≈ iCr4 < iCr0，表明Cr 可以稳定存在于Ni-Ni 3Al 合金体系中的任一区域，提高Ni-Ni 3Al 合金体系的稳定性，其中Ni 相区域中的Cr 的稳定作用最强。
（3）Cr 的替换能分析表明Ni 相和Ni 3Al 相共存时Cr 更倾向于偏聚到Ni 相中而非Ni 3Al 相，这使得在Ni-Ni 3Al 体系中Cr 进入Ni 3Al 相中占据Al 原子点阵的几率很小；而当Cr 进入Ni 3A1相时，Cr 则倾向于占据Ni 原子点阵而非Al 原子点阵。
钢的合金化原理
M23C6型 复杂立方，Cr, Mn形成旳K：Cr23C6
M7C3型 复杂六方，Cr, Mn形成旳K：Cr7C3, Mn7C3
M3C型 正交晶系，Fe形成旳K：Fe3C
3）Fe-M-C形成旳三元K
M6C型
复杂立方，W、Mo旳K： Fe3Mo3C, Fe4Mo2C, Fe3W3C, Fe4W2C。
二. 碳化物（K）
1. 构造
1）rc/rM<0.59 简朴密排构造 V, Nb, Ta, Zr, Hf, Mo, W
MC型 面心立方，V, Nb, Ta，Zr, Hf， 如 VC，ZrC 等。 六方点阵，Mo, W， 如 MoC, WC。
M2C型 六方点阵，Mo,W，如：Mo2C, W2C
2）rc/rM>0.59 ，间隙化合物
rc/rMe > 0.59 —复杂点阵构造，如Cr、Mn、Fe ， 形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式旳K；
rc/rMe < 0.59 —简朴构造相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2）相同者相溶
一. 铁基固溶体
1. 置换（代位）固溶体 Ni, Co, Mn与γ-Fe形成无限固溶体。 Cr, V 与α-Fe形成无限固溶体。 其他置换原子与γ- Fe或α- Fe形成有限固溶体。
2. 间隙固溶体 间隙原子：B，C，N，O，H 间隙原子总是部分占据溶剂金属点阵旳八面体或四面体间
隙; 均为有限固溶体。
2、淬火态 Me分布与淬火工艺有关。溶入A体旳元素 淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。
Mg-Al和Mg-Y合金的第一性原理计算及实验研究
中文摘要摘要镁合金是工业应用中最轻质的金属结构材料，具有低密度和高比强度等突出优点，在多种领域中具有重要的应用价值和广阔的应用前景。
由于镁合金的密排六方结构，室温条件下独立的滑移系少，塑性变形能力差，加工成形困难，故其应用受到极大限制。
室温条件下，既要保证镁合金的强度达到预期要求，又要使其塑性得到改善，是目前镁合金研究中最重要也是最急需解决的问题之一。
本文采用第一性原理计算、实验测试分析和粘塑性自洽模拟三种手段综合分析了合金元素Al和Y对镁合金力学性能及塑性变形机制的影响规律。
首先基于第一性原理方法，以广义层错能为基础，研究合金元素Al和Y对镁各滑移系临界剪切应力的影响规律，为实验研究提供指导。
其次，采用实验手段研究分析了合金元素Al和Y对镁合金的微观组织和室温力学性能的影响规律，可验证第一性原理的计算结果。
最后，使用粘塑性自洽模型对合金的塑性变形过程进行了拟合分析，与第一性原理计算结果共同分析讨论了合金元素对镁塑性变形机制的影响。
本文从微观和宏观层次研究合金元素对镁合金力学性能的影响机理，为高性能镁合金成分设计提供理论基础和依据，进一步为新型高性能镁合金材料的研发提供一定参考。
主要结果如下：①理论计算与实验结果均表明，尺寸较小的Al原子使镁的晶格常数减小，尺寸较大的Y原子使镁的晶格常数增大，但二者都能降低镁的c/a轴比，有利于晶格对称性的提高，有助于改善镁的塑性。
②对于基面和非基面滑移系，合金元素Al和Y均能使广义层错能降低，对提高材料的塑性具有积极贡献。
对于锥面{112̅2}<112̅3>滑移系，Al元素使稳定层错能与非稳定层错能的比值升高，则<c+a>位错趋向以全位错形式存在；Y元素使该比值降低，则<c+a>位错趋向分解为可动的不全位错，有利于塑性变形的进行。
③根据P-N模型，从各滑移系的广义层错能可推导得出相应的临界剪切应力。
合金元素Al和Y可降低镁基面与非基面的临界剪切应力，尤其是Y元素能显著降低柱面滑移系的临界剪切应力。
MCrAlY_金属黏结层高温失效行为研究进展
第 3 期第 22-32 页材料工程Vol.52Mar. 2024Journal of Materials EngineeringNo.3pp.22-32第 52 卷2024 年 3 月M CrAlY 金属黏结层高温失效行为研究进展Research progress in high -temperature failure behavior of M CrAlY metal bond -coat刘佳琪1，2，王超会1，2*，林蔚1，2，由园1，2，程伟东1，2，董美伶1，2，王铀3，王宇航1，2，朱忠宇1，2，刘金泉1，2（1 齐齐哈尔大学 材料科学与工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2 黑龙江省聚合物基复合材料重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150001）LIU Jiaqi 1，2，WANG Chaohui 1，2*，LIN Wei 1，2，YOU Yuan 1，2，CHENG Weidong 1，2，DONG Meiling 1，2，WANG You 3，WANG Yuhang 1，2，ZHU Zhongyu 1，2，LIU Jinquan 1，2（1 College of Materials Science and Engineering ，Qiqihar University ，Qiqihar 161006，Heilongjiang ，China ；2 Heilongjiang Provincial KeyLaboratory of Polymeric Composite Materials ，Qiqihar 161006，Heilongjiang ，China ；3 College of Materials Science andEngineering ，Harbin Institute of Technology ，Harbin 150001，China ）摘要：随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高，M CrAlY （M =Ni ，Co 或NiCo ）包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点，成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。
TiAl_基合金微合金化技术的研究进展
第14卷第6期2023年12月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.6Dec. 2023TiAl 基合金微合金化技术的研究进展张宏伟*（北京佰能电气技术有限公司，北京 100096）摘要：TiAl 基合金具有质轻、高强、优异的抗高温氧化及抗蠕变性能等特点，在航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用价值。
在TiAl 基合金的发展历程中，微合金化技术一直是研究的核心和关键。
为此，本文综述近年来关于合金化元素对TiAl 基合金显微组织、力学性能和高温抗氧化性能的影响及作用机理的研究进展，并对进一步的研究工作提出建议。
关键词：TiAl 基合金；显微组织；力学性能；高温抗氧化性能中图分类号：TG146.23 文献标志码：AResearch progress on the microalloyed technologyof TiAl-based alloysZHANG Hongwei *（Beijing Baineng Electrical Technology Co.， Ltd.， Beijing 100096， China ）Abstract: TiAl-based alloys have important application value in the fields of aerospace and automotive manufacturing due to their lightness, high specific strength, and excellent resistance to oxidation and creep at high temperatures. During their development process, microalloyed technology has always been the key to the research. Thus, this paper presented the effects of alloying elements on the microstructure, mechanical properties, and high temperature oxidation resistance of TiAl-based alloys in recent years, and put forward some suggestions for further research.Keywords: TiAl-based alloys ； microstructure ； mechanical properties ； high temperature oxidation resistanceTiAl 基合金因具有轻质、高强、优异的抗高温氧化及抗蠕变性能等优良特性，成为一类介于镍基、钴基高温合金和高级陶瓷材料之间的理想高温结构材料。
人教版高中化学必修一第3章第3节
第三章第三节一、选择题1．(2013·阳泉市高一期末)合金是一类用途广泛的金属材料，下列关于合金的描述正确的是()A．合金的硬度比组成它的成分金属小B．合金的熔点一般比组成它的成分金属高C．在我国，使用最早的合金是青铜D．目前用量最大、用途最广泛的合金是铝合金【解析】目前用量最大、用途最广泛的合金是钢。
【答案】 C2．(2014·经典习题选萃)下列关于金属的叙述中正确的是()A．所有的金属都是固态的B．金属具有导电性、导热性和延展性C．金属元素在自然界中都是以化合态存在的D．活泼的金属或较活泼的金属能与酸反应，但不能与碱反应【解析】金属元素的单质往往有一些特例，它们的通性也不是所有金属都具备的，学习中自己要善于积累，加强记忆才行。
金属汞是液态；特别不活泼的金属像金、铂在自然界中以游离态存在，绝大多数金属是以化合态存在；铝、锌等可以与碱溶液反应。
【答案】 B【小结】在化学的学习中，要学会归纳总结，但同时也要明确任何知识都不是一成不变的，要注意一些特例情况的积累。
3．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。
下列关于金属的说法不正确的是()A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同B．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D．越活泼的金属越难冶炼，冶炼方法与其活泼性有关【解析】工业上金属Mg是用电解熔融的氯化镁制得的，Al是用电解熔融的氧化铝制得的。
【答案】 B4．合金有许多特点，如Na －K 合金为液体，而Na 和K 的单质均为固体。
据此，试推测：生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是( )A ．纯铁B ．生铁C ．碳D ．无法确定【解析】 一般来说，合金的性质并不是各成分金属(或非金属)性质的“平均值”。
合金的性能在许多方面优于各成分金属(或非金属)。
例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般比它的各成分金属的低。
备战高考化学镁及其化合物推断题综合经典题附答案
备战高考化学镁及其化合物推断题综合经典题附答案一、镁及其化合物1．镁铝合金在交通、航空、电子等行业有着广泛的应用。
某化学兴趣小组试对镁铝合金废料进行回收利用，实验中可将铝转化为硫酸铝晶体，并对硫酸铝晶体进行热重分析。
镁铝合金废料转化为硫酸铝晶体实验流程如下：试回答下列问题：（1）在镁铝合金中加入NaOH溶液，写出反应的化学反应方程式，固体B的化学式。
（2）操作Ⅱ包含的实验步骤有：蒸发浓缩、、、洗涤、干燥。
（3）操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤，选用无水乙醇的原因是。
（4）若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00 g，得到固体A的质量为4.95 g，硫酸铝晶体的质量为49.95 g（假设每一步的转化率均为100%，合金废料中不含溶于碱的杂质）。
计算得硫酸铝晶体的化学式为。
（5）取上述硫酸铝晶体进行热重分析，其热分解主要分为三个阶段：323K-523K，553K-687K，1043K以上不再失重，其热分解的TG曲线见下图,已知：。
根据图示数据计算确定每步分解的产物，写出第一阶段分解产物的化学式，第三阶段反应化学方程式。
【答案】（1）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑（2）Al(OH)3（3）冷却结晶（4）过滤减少晶体的溶解（5）洗去晶体表面杂质（6）有利于晶体的干燥（7）Al2(SO4)3·18H2O（8）Al2(SO4)3·3H2O （9）Al2(SO4)3Al2O3+3SO3↑【解析】【分析】向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液，发生反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，镁不反应，固体A为Mg，采用过滤的方法进行分离，向滤液中通入二氧化碳，发生反应：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3，再通过过量进行分离，固体B为氢氧化铝，氢氧化铝与硫酸反应得到硫酸铝溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体（1）Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠，镁不反应；（2）从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；（3）用乙醇洗涤，可以减少晶体的溶解，有利于晶体的干燥；（4）Al的质量为9g-4.95g=4.05g，设硫酸铝晶体化学式为：Al2（SO4）3·nH2O，根据Al元素守恒计算硫酸铝晶体的物质的量，再计算硫酸铝晶体的相对分子质量，进而计算n的值，确定化学式；（5）根据（4）中计算可知，晶体中结晶水的质量分数，低温加热，首先失去结晶水，高温下，最终硫酸铝分解，根据失重%计算判断各阶段分解产物，再书写化学方程式；【详解】（1）在镁铝合金中加入NaOH溶液，Al可以与强碱溶液发生反应，而Mg不能反应，该反应的化学反应方程式是2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；所以固体A是Mg；向滤液中通入过量的CO2气体，由于酸性H2CO3＞Al(OH)3,会发生反应：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3；所以固体B是Al(OH)3；（2）用硫酸溶解该固体，发生反应：2Al(OH)3+3H2SO4=Al2(SO4)3+6H2O；得到的溶液C是Al2(SO4)3溶液；由于其溶解度随温度的升高而增大，所以从溶液中获得晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；（3）操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤，来洗去表面的杂质离子，选用无水乙醇的原因是减少晶体的溶解；洗去晶体表面杂质；有利于晶体的干燥；（4）若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00 g，得到固体A的质量为4.95 g，金属发生反应，而镁不反应，减少的质量为金属铝的质量，则m(Al)= 9.00g—4.95 g=4.05g，n(Al)=4.05 27/gg mol=0.15mol，硫酸铝晶体的质量为49.95 g，硫酸铝晶体中含有SO42-的物质的量为n(SO42-)=32n(Al3+)=32×0.15mol=0.225mol, Al2(SO4)3的质量是m(Al2(SO4)3)= (0.15mol2)×342g/mol=25.65g，则含有的结晶水的物质的量是n(H2O)=49.95g25.65g18g/mol）（=1.35mol，则n(Al2(SO4)3)：n(H2O)= (0.15mol2)：1.35mol=1： 18，所以该结晶水合物的化学式是：Al2(SO4)3·18H2O。
La-Ni-Al合金中镍的测定
La-Ni-Al合金中镍的测定王玉英【摘要】镍离子本身具有鲜艳的兰绿色,这一特性可用于镍的测定.文章结合La-Ni-Al合金中镍的测定方法研究,重点考察了本色光度法测镍的相关条件,设计了La-Ni-Al合金中镍的分析方法.方法具有高选择性、准确、简便、快速、经济的优点.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2007(023)004【总页数】3页(P53-55)【关键词】离子本色光度法;常量镍分析;测定方法【作者】王玉英【作者单位】湖南稀土金属材料研究院,湖南,长沙,410014【正文语种】中文【中图分类】O657.3La－Ni－Al合金中含有常量的镍、镧、铝。
常量镍的测定普通采用EDTA滴定法，用该法测定镍，共存的镧、铝有严重干扰。
消除镧、铝干扰的方法有二：一是分离；二是掩蔽。
为此，考察了氨水沉淀分离和以氟化物掩蔽消除干扰的方法。
试验结果表明分离效果不好、测定结果偏低。
镍离子本身具有鲜艳的兰绿色，其吸光度与离子浓度成正比，而共存的镧、铝离子无色，不干扰镍的测定。
为此，本文较全面地考察了本色光度法测镍的条件，根据试验结果，制定了储氢材料中镍的分析方法。
1.1 主要试剂1.镍标准溶液：用NiCl2·6H2O配成含 Ni约 10 mg／m L浓度，准确浓度用标准EDTA溶液标定。
2.铝标准溶液：用金属铝（99.95%）配制，1.0 mg／m L。
3.镧标准溶液：5 mg／m L。
4.钕标准溶液：5 mg／m L。
5.混合稀土标准溶液：5 mg／m L。
1.2 仪器仪器为UV—2100型分光光度计。
1.3 试验方法1.按试样中各组分含量，配制人工合成试样进行氨水沉淀分离镧、铝后，EDTA滴定镍。
2.以氟化物掩蔽镧、铝，EDTA滴定镍。
3.以本色光度法测定合成试样的镍。
2.1 分离法试验结果按试验方法 1进行试验，发现镧、铝沉淀不完全，滤液放置后出现沉淀，镍的测定结果严重偏高。
用钕、混合稀土代替镧配制人工试样进行试验，镧、铝定量沉淀，但沉淀吸附 2%左右的镍，镍的测定结果偏低。
精选2019-2020年高中选修1 化学与生活化学第三章 探索生活材料第一节 合金人教版习题精选六十九
精选2019-2020年高中选修1 化学与生活化学第三章探索生活材料第一节合金人教版习题精选六十九第1题【单选题】X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，Z和Y组成原电池时，Z为电池的负极．X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )A、X＞Y＞ZB、X＞Z＞YC、Y＞X＞ZD、Y＞Z＞X【答案】：【解析】：第2题【单选题】硬铝是制造飞机和宇宙飞船的理想材料，下列哪一项不应该是硬铝的性能( )A、加工性差B、强度高C、抗腐蚀D、密度小【答案】：【解析】：第3题【单选题】下列生产、生活中的事实不能用金属活动性顺序表解释的是( )A、铝制器皿不宜盛放酸性食物B、电解饱和食盐水阴极产生氢气得不到钠C、铁制容器盛放和运输浓硫酸D、镀锌铁桶镀层破损后铁仍不易被腐蚀【答案】：【解析】：第4题【单选题】Al、Fe、Cu都是重要的金属元素．下列说法正确的是( )A、三者对应的氧化物均能溶于水B、三者的单质放置在空气中均只生成氧化物C、制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法D、电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al 【答案】：【解析】：第5题【单选题】下列说法正确的是( )A、工业上生产水泥和玻璃都要用石灰石做原料B、玻璃钢是一种合金材料C、除去氨气中的水蒸气可用无水氯化钙可做干燥剂D、溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物【答案】：【解析】：第6题【单选题】A、AB、BC、CD、D【答案】：【解析】：第7题【单选题】化学在生产和生活中有着广泛的应用。
下列说法错误的是( )A、用聚乙烯塑料作食品包装袋B、SiO2是制备光纤导线的主要材料C、用铝锅炒菜比用铁锅好D、用明矾作净水剂除去水中的悬浮物【答案】：【解析】：第8题【单选题】有A，B，C，D四块金属片，进行如下实验：①A，B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A极为负极；②C，D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C；③A，C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡；④B，D相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应．据此，判断四种金属的活动性顺序是( )A、A＞B＞C＞DB、A＞C＞D＞BC、C＞A＞B＞DD、B＞D＞C＞A【答案】：【解析】：第9题【单选题】有A,B,C,D四块金属片，进行如下实验：①A,B用导线连接后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C,D用导线连接后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A,C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极上产生大量气泡，但质量无明显变化；④B,D用导线连接后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极上发生氧化反应．据此，判断四种金属的活动性顺序是( )A、A＞B＞C＞DB、A＞C＞D＞BC、C＞A＞B＞DD、B＞D＞C＞A【答案】：【解析】：第10题【单选题】铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因是铝具有( )A、两性B、导电性好C、熔点低D、还原性强，且反应放出大量热【答案】：【解析】：第11题【单选题】X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池．X、Y相连时，X为负极；Z、W 相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应．据此判断四种金属的活动性顺序是( )A、X＞Z＞W＞YB、Z＞X＞Y＞WC、X＞Y＞Z＞WD、Y＞W＞Z＞X【答案】：【解析】：第12题【单选题】化学与生产、生活密切相关。