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机械合金化+热压制备Laves相TaCr2合金的物相演变及热力学分析①

更新时间:2009-03-28

在 Laves相 XCr2铬化物(X 为 Ti,Nb,Ta,Zr和 Hf等) 合金的研究中,Cr⁃TaCr2 合金系[1-4] 显示出高熔点、高温拉伸强度和抗蠕变性能,并拥有高达1 100℃的抗氧化温度,引起了国内外学者的关注。

不同元素形成稳定的合金组态,须组元间化学势差作为热力学驱动力,而且不同制备工艺对元素混合时的热动力学性质也会产生影响。机械合金化(MA)能将两种或以上非互溶相均匀混合,实现平衡固溶体的扩展或者合成新相,从而制备固溶体、非晶、准晶、纳米晶或金属间化合物等。粉末的热压烧结(HP)则是通过互扩散、塑性和蠕变变形等作用使粉末孔隙闭合、密度增加或伴随物相的改变。

在预测二元合金热力学性质的各种模型中,Miedema模型计算量小且预测性能好[5]。本文采用Miedema模型研究MA+HP过程中Cr⁃Ta粉无序化、非晶化和有序化过程,从热力学上解释MA+HP法制备Laves相TaCr2合金过程的物相演变规律。

1 实 验

1.1 实验原料及设备

实验所用Ta和Cr元素粉纯度都大于99.9%,粒径小于0.15 mm。

机械合金化(MA)在 QM-3SP2型行星式高能球磨机中进行。不锈钢球磨罐容积500 mL,球磨介质为Φ8 mm和Φ 5 mm的不锈钢珠。球料比13∶1,转速24 000 r/h,球磨时间 0~ 50 h。 热压(HP)合成在ZRYS-2000真空热压炉中进行。球磨粉末试样和热压块体试样结构检测在D8 Advance型X射线衍射仪上进行,CuKα辐射。

当A、B发生合金化形成不同相(固溶体、非晶和金属间化合物)时,A、B元素的近邻结构及元胞之间的接触面积将发生变化,因此对于给定的合金体系,Miedema引入浓度函数fAB来计算形成不同相时形成焓与合金浓度 cAcA=0.33,cB=0.67)的关系,则式(1)可改写为:

1.2 实验方法

Ta和Cr元素粉按TaCr2的化学计量比混合,即Ta粉与Cr粉按摩尔比1∶2进行配制。将Cr⁃33.3%Ta混合粉与球磨介质装入球磨罐后,先抽真空,然后充氩气,并重复进行该过程数次,确保球磨罐内处于真空状态。球磨过程中未采用过程控制剂。为保证球磨效率,每球磨10 h开罐松粉,再重新按上述步骤装罐球磨,直至累计球磨时间达到预定值,取样送检。球磨Cr⁃33.3%Ta粉末放入石墨模具中预压后,置于真空热压炉中。当炉内真空度低于0.1 Pa时再加热,到1 350℃和1 400℃后加压保温。保温(时间1~3 h)结束后卸载,待炉冷至室温后取出试样打磨送检。

2 热力学模型及计算结果

关于合金生成焓的计算,Miedema模型预测结果较准确,且计算相对简便。模型提出以后,经众多研究者修正模型参数,预测结果精度不断提高。

根据 Miedema 理论[6-7],对于 A⁃B 二元体系:

 

式中ΔHAinB为A元素融入B元素中时产生的摩尔形成能,kJ/mol;VA 为 A 元素的摩尔体积,cm3nws为纯组元电子浓度,d.u;Δφ为两种金属元素的电子化学位差,V;PQR均为通过总结大量实验结果得到的经验值,对于 Ta⁃Cr体系:P=14.1,Q/P=9.4;R/P 为不同种类金属合金化时的修正系数,对于Ta⁃Cr体系,R/P=0。

易错点提示:①标准状况下,Vm=22.4L·mol-1的含义是,在0℃、101kPa时,1mol任何气体所占的体积均约为22.4L,即Vm=22.4L·mol-1适用范围为标准状况下的气体。②注意在标准状况下非气态的物质,如 H2O、SO3、戊烷、CHCl3 等。③在标准状况下为气态的常见有机物有1到4个碳原子的烃、CH3Cl、HCHO等。④物质的质量、摩尔质量、微粒个数不受外界条件的影响。

托尔斯泰的《安娜·卡列尼娜》问世于1877年,由于作品中的人物形象皆饱满鲜活,栩栩如生,加之每位读者的人生阅历、价值观、世界观都存在很大差异,因此人们对这部传世经典褒贬不一,但作为一部描绘社会种种现象以期达到讽刺目的的现实主义小说来讲,这部作品无疑是人类文学史上一座不朽的丰碑。本文尝试从不同角度简要分析作品女主人公安娜形象,并解读这一形象存在的矛盾性。

 

同理

此外,西班牙、意大利等欧洲国家的延迟退休年龄政策也具有弹性,延迟退休的主要手段是以提高国民缴纳养老保险的时间来延迟本国的退休年龄,主要的养老保险缴纳年限为35-37年不等[5]。

式中为A元素表面浓度,可表示为:

对于有序化合物

 

对于无序固溶体

美国本轮对伊朗制裁的最大影响是对伊朗的国际金融封锁及其所带来的一系列问题。由于美国是目前全球的金融中心,美元更是在国际金融体系中占据了绝对的主导地位,所有以美元为货币进行的交易,都需要在美国完成清算等程序,必然会同美国银行或金融机构发生直接或间接的联系。因此在2018年11月4日之后,一方面,同伊朗之间进行的能源交易几乎不再可能通过美元来完成,否则相关银行和金融机构将会面临重大的被制裁风险;另一方面,相关银行或金融机构几乎不可能不开展以美元为基础的业务,出于规避自身风险的考虑,也会主动切断在伊朗地区的业务。

无序固溶体形成自由能:ΔG=ΔHformTΔS

形成焓ΔHform包括化学项ΔHchem、弹性项ΔHelastic和结构项ΔHstruct,即:

 

其中ΔHchem可计算得出;ΔHstruct 贡献较小,忽略不计;ΔHelastic是主要的:

 

式中kμ分别为溶质的体弹性模量和剪切模量。

 

对于有序金属间化合物,若以晶态纯组元为标准态,可以不考虑组态熵和弹性错配的影响,则有:

人力资源社会保障部 食品药品监管总局关于表彰全国食品药品监督管理系统先进集体和先进工作者的决定》影印件

 

若为非晶态时,Miedema理论模型估算形成焓为:

 

MA处理30 h后的Cr⁃33.3%Ta粉末发生了非晶转化,当退火温度提高到900℃,部分Cr⁃33.3%Ta粉由非晶态转化为稳定的有序金属间化合物态,生成Laves相TaCr[10]2

1) Cr⁃33.3%Ta粉在机械合金化(MA)+热压(HP)过程中发生了无序化、非晶化及形成有序化合物的转变。 MA处理50 h仅形成了 Cr(Ta)和 Ta(Cr)过饱和固溶体。升温过程中形成了非晶和Laves相TaCr2金属间化合物。

 

计算所需参数见表1[6],计算结果见表2。

 

表1 Ta⁃Cr合金计算参数

  

元素 φ/V n1/3 ws V2/3/(d.u)1/3/(cm2·mol-1V k μTm/(cm3·mol-1) /(×1011N·m-2) /(×1011N·m-2) /K Ta 4.05 1.63 4.9 10.90 2.051 0.686 3 269 Cr 4.65 1.73 3.7 7.23 1.641 1.153 2 130

 

表2 计算结果

  

合金化相态 ΔH/(kJ·mol-1) ΔG/(kJ·mol-1)有序金属间化合物 -27.07 -27.07无序固溶体 -18.52 -22.92非晶 9.92 5.19

Miedema模型计算结果显示:ΔG有序<ΔG无序<ΔG非晶。无序固溶体和有序金属间化合物的自由能为负值,Cr⁃33.3%Ta体系能以这两种状态稳定存在,而ΔG非晶为正值,非晶态不能稳定存在。

3 实验结果及讨论

为了进一步证实Cr⁃33.3%Ta粉合金化过程中的物相演变,用X射线衍射方法研究了MA和HP过程中产物的物相。

图1为Cr⁃33.3%Ta粉经0~50 h球磨后的X射线衍射图谱。 球磨后,Ta(110)和 Cr(110)峰宽化,向低角度偏移。在50 h的球磨过程中没有生成Laves相TaCr2等其他新物相,仅形成 Cr(Ta)和 Ta(Cr)过饱和固溶体。Ta⁃Cr体系属于延性⁃脆性金属体系,磨球的碰撞、碾压向粉体植入高能,使粉体发生塑性变形、破碎或焊合,晶内留存大量缺陷。球磨初期元素粉形成交融的复合颗粒,利于Ta、Cr相互扩散。随着球磨时间延长,产生加工硬化的复合颗粒被破碎,粉体被细化。球磨时间累积超过20 h后,粉体细化和团聚达成动态平衡,粉体细化进程趋缓[8]。由图1可见,球磨时间达到50 h,粉末XRD图谱峰形与25 h峰形相近,粉体细化方面没有明显进展,也没有新的物相产生。并且球磨时间越长,进入Cr⁃Ta体系的Fe元素数量会增加,因此没有再延长球磨时间。

回到家里,紫云拿出那个黑色公文包,里面有一张调令文书。所有的手续都办好了,新的工作单位是华夏出版社。她把房子卖了,带着儿子,到上海去了。

在此次研究中,观察组的血液样本共有51例出现了异常,假阴率是14.57%。对照组共有174例出现了异常,假阳率是46.40%。两组的血涂片检测结果对比具有统计学差异性(P<0.05)。结果表明,血液分析设备来完成血常规检验容易发生误差,其检测是对细胞体积和排布情况来进行分析判断,对病变血细胞的全面掌握程度不够高,因此对患者的病变类型无法给予较好的检测结果。

  

图1 Cr⁃33.3%Ta粉MA过程X射线衍射图谱

图2为Cr⁃33.3%Ta粉末球磨25 h后的形貌。可见粉体细化呈等轴状,并伴有团聚。

随后将MA处理25 h的Cr⁃33.3%Ta粉在1 350℃和1 400℃真空热压3 h,热压试样XRD分析见图3。可见试样物相以Laves相TaCr2为主。

  

图2 Cr⁃33.3%Ta粉经25 h球磨后形貌

  

图3 MA处理后热压试样X射线衍射图谱

根据表2计算结果,非晶状态不稳定,形成过程伴随吸热。这与文献[9]研究结果一致。

将MA处理25 h的Cr⁃33.3%Ta粉分别在不同温度下进行真空退火,图4为MA处理25 h后的Cr⁃33.3%Ta粉在700℃下真空退火1 h的X射线衍射图。

  

图4 MA处理25 h后700℃退火3 h试样X射线衍射图谱

式中ΔTm为合金组元的平均熔点温度。ΔHc与无序固溶体形成焓相同,可通过计算得到。对于浓度为CA的合金非晶相形成自由能ΔG为:

4 结 论

原始数据包含有众多描述场地和地震动情况的变量,本文暂只取两个关键变量进行研究。一个是地震作用下修正到震级M为7.5级,有效覆土压力为1个大气压的循环应力比另一个为等效标准化净砂锥尖阻力qc1Ncs。前者可视作使得土体液化的地震荷载,后者为土体抵抗液化的能力。

2)采用Miedema模型计算了Cr⁃33.3%Ta体系化合物、固溶体和非晶态的自由能,计算结果与试验结果相符。

近年来,扬州市食品药品监督管理局稽查处勇于担当,积极作为,成功查处了一批在全国有影响的大案要案,5次受到国家总局表彰,8次受到省局表彰,稽查工作在全国位居前列。央视《焦点访谈》先后2次进行专题报道,该处被群众赞誉为保障食品药品安全的“钢刀利剑”。

参考文献:

[1]Liu C T, Zhu J H, Brand M P, et al.Physical metallurgy and me⁃chanical properties of transition⁃metal Laves phase alloys[J].Interme⁃tallics, 2000(8):1119-1129.

[2]Brand M P, Zhu J H, Liu C T, et al.Intermetallic reinforced Cr al⁃loys for high⁃temperature use[J].Materials at High Temperatures,1999,16(4):189-193.

[3]Brand M P, Zhu J H, Liu C T, et al.Oxidation resistance and me⁃chanical properties of Laves phase reinforced Cr in⁃situ composites[J].Intermetallics, 2000,8(9-11):1111-1118.

我是说到做到。清明前后,种瓜点豆。我在自家菜地种了黄瓜、丝瓜、南瓜、方瓜、冬瓜、瓠子,还有西瓜,这是别呦呦特别叮嘱不要忘了的。我还去司大愣子家借水牛和铁犁。司大愣子问:“你借这个干什么?”我说:“替虱长老家点豆子。”司大愣子说:“太阳打西边出来了!你会耕地吗?”

[4]He Y H, Liaw P K, Lu Y, et al.Effects of processing on the micro⁃structure and mechanical behavior of binary Cr⁃Ta alloys[J].Materi⁃als Science and Engineering A, 2002(329-331):696-702.

[5]聂小武,鲁世强,王克鲁.机械合金化 Nb⁃Cr粉末的热力学分析[J].特种铸造及有色合金, 2007,27(6):477-479.

[6]Miedema A R, Chatel P F, Boer F R.Cohesion in alloys⁃Fundamen⁃tals of a semi⁃empirical model[J].Physica, 1980,100B:1-28.

[7]雷若姗.高强度Cu⁃Nb纳米弥散强化铜合金的制备及其相关基础问题的研究[D].长沙:中南大学材料科学与工程学院,2011.

[8]Yao J, Lu S Q, Xiao X.Microstructural evolution of Cr⁃Ta powder in the process of mechanical Alloying[J].Advanced Materials Research,2015,1094:300-304.

[9]雷学海,肖 璇,胡孔生,等.球磨时间对Cr⁃33Ta混合粉末结构与形貌的影响[J].特种铸造及有色合金, 2014,34(1):9-11.

输电铁塔属于格构式塔架结构,在风载荷或地震载荷作用下,塔架结构中的主材主要受剪力、弯矩和扭矩作用,斜材承受轴力、剪力、弯矩和扭矩,辅材主要受轴向的拉压力.因此,建立铁塔有限元模型时,将主材和斜材简化成梁结构,辅材简化成桁架结构最为合适[16].图2所示为耐张塔的局部结构.为了与实际相吻合,塔架模型的主材和斜材使用梁单元T3D2,辅材使用杆单元B31.

[10]姚 敬,鲁世强,肖 璇.机械合金化对Laves相TaCr2固相合成的影响[J].矿冶工程, 2017,37(3):136-139.

 
姚敬,鲁世强,肖璇,邓莉萍
《矿冶工程》 2018年第02期
《矿冶工程》2018年第02期文献

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