Nonequilibrium microstructures and their evolution in a Fe-Cr-W-Ni-C laser clad coating

The laser-solidified microstructural and compositional characterization and phase evolution during tempering at 963 K were investigated using an analytical transmission electron microscope with energy dispersive X-ray analysis. The cladded alloy, a powder mixture of Fe, Cr, W, Ni, and C with a weight ratio of 10:5:1:1:1, was processed with a 3 kW continuous wave CO2 laser. The processing parameters were 16 mm/s beam scanning speed, 3 mm beam diameter. 2 kW laser power, and 0.3 g/s feed rate. The coating was metallurgically bonded to the substrate, with a maximum thickness of 730 mu m, a microhardness of about 860 Hv and a volumetric dilution ratio of about 6%. Microanalyses revealed that the cladded coating possessed the hypoeutectic microstructure comprising the primary dendritic gamma-austenite and interdendritic eutectic consisted of gamma-austenite and M7C3 carbide. The gamma-austenite was a non-equilibrium phase with extended solid solution of alloying elements and a great deal of defect structures, i.e. a high density of dislocations, twins, and stacking faults existed in gamma phase. During high temperature aging, in situ carbide transformation occurred of M7C3 to M23C6 and M6C. The precipitation of M23C6, MC and M2C carbides from austenite was also observed.

铁基抗高温磨损激光熔覆涂层强韧设计和研究II:Fe-Cr-C-W-Ni激光熔覆层的微观组织及性能

本文以对热工模具进行失效分析的基础上，利用激光熔覆技术，在５ＣｒＭｎＭｏ基础上设计并制备强韧兼备的抗高温磨损涂层。

铁基抗高温磨损激光熔覆涂层强韧设计和研究 Ⅱ:Fe-Cr-C-W-Ni激光熔覆层的微观组织及性能

利用ＯＭ、ＳＥＭ、ＴＥＭ研究了Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ－Ｗ－Ｎｉ激光熔覆涂层熔覆态及其高温时效态的微观组织结构。结果表明激光熔覆层组织细小，具有强韧两相组成（奥氏体和Ｍ_７Ｃ_３碳化物）的微观结构特征，高温时效处理组织中有Ｍ_（２３）Ｃ_６、Ｍ_６Ｃ、Ｍ_２Ｃ等新碳化物形成。显微硬度和冲击磨损实验证实了激光熔覆态和峰值时效态熔覆层均具有良好的力学性能。

Fe/Cr氧化还原电池的铬负极和Cr(III)氧化过程的研究

氧化还原液流电池是近十几年来发展起来的一种大容量的贮能电池，目前研究比较成熟功率，容量较大的是盐酸体系Fe/Cr氧化还原电池。但是对于该体系的铬负极，仍然存在着氢气的伴随发生和铬盐溶液的时效陈化问题，此外，作为隔膜的离子交换膜也不能满足电池的性能要求。本文用循环伏安法、恒电流法、紫外可见分光光度法、交流阻抗法研究了铬负极的性质和溶液的时效陈化问题；探讨了三价铬离子的电化学还原过程；组装了试验型氯化铵体系的Fe/Cr氧化还原液流电池，测试了电池的性能；为降低隔膜的离子选择性的要求，对Cr(III)/Cr(VI)电对的氧化还原反应进行了探讨。讨论了三价铬离子在银离子存在下氧化成铬酸盐的反应机理。用循环伏安法研究了金、银、铜、石墨等电极材料对Cr(III)/Cr(rIII)电对氧化还原可逆性和析氢速度的影响。金电极能催化Cr(III)/Cr(II)电对的氧化还原反应，在溶液中含有Pb~(2+)离子时，具有较高的氢过电位。银、铜电极在电位扫描过程中不断地进行溶解和沉积，电极性能不稳定，而石墨电极上Cr(III)/Cr(II)电对的可连性较差。因此选择金作工作电极。研究了电解液中加入Pb、In、Tl的作用，结果表明，同时添加Pb-In、Pb-Tl比添加Pb、Tl等单一添加剂更能有效地提高氢过电位。电子探针分析表明，Pb、In、Tl在金基底上是均匀分布的。文献上尚未见到在这一电池体系中应用上述复合添加物的报导。在盐酸溶液中，存在着如下平衡：[Cr(H_2O)_4Cl_2] Cl·2H_2O <-> [Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2·H_2O<->[Cr(H_2O)_6]Cl_3利用各级络合物的稳定常数计算了不同浓度的Cr(III)离子溶液中，上述三种络合物的浓度。以循环伏安曲线上Cr(III)的还原峰值电流i_p对Cr(H_2O)_4Cl_2~+和Cr(H_2O)_5Cl~+的浓度和作图，得到通过原点的直线。恒电流法研究发现，电位－时间曲线相继在-550mv·vs·scE和-660mv·vs·scE出现二个电位平阶，其电量比与Cr(H_2O)_4Cl_2~+、Cr(H_2O)_5Cl~2+的浓度比相当。据此认为参加电化学反应的活性离子是Cr(H_2O)_5Cl~(2+)和Cr(H_2O)_4Cl_2~+。利用循环伏安法比较了盐酸、氯化铵、醋酸、醋酸铵作电解液时Cr~(3+)离子的反应活性。盐酸体系中氢气的伴发生极为严重。醋酸、醋酸铵体系析氢电流较小、Cr~(3+)离子的反应活性也不高。相对来说，氯化铵体系对Cr(III)/Cr(II)电对的氧化还原反应有较高的活性，而且氢的析出电流也较小。紫外可见分光光度法对盐酸。氯化铵作电解液时铬络离子稳定性的研究表明，在溶液久置过程中，铬络离子在氯化铵体系中比在盐酸体系中稳定。循环伏安法的研究也符合这一结论。由于氯化铵体系的优点，组装了以氯化铵为电解液的铁铬单体电池。当充、放电电流密度为20mA/cm~2时，库仑效率达99％，瓦时效率在60％以上，电池的开路电压可达1.18V。与以盐酸为电解液的电池相比，具有电池开路电压高、放氢量小库仑效率高等优点。由于溶液的酸度低，也延缓了溶液对电池壳体及其附件的腐蚀。看来，它是一种很有希望的电解液体系。为了降低电池对离子交换膜的离子选择性要求，一种有效的方法是采用全铬电池体系，即正负极活性物质分别为Cr(III)/Cr(VI)和Cr(III)/Cr(II)。本文在Pt、石墨、钛电极上在硫酸溶液中对Cr(III)/Cr(VI)电对的氧化还原过程进行了探讨。循环伏安法表明，Cr(III)的氧化与氧的发生同时进行，加入Pb~(2+), Co~(2+)离子使Cr(III)离子的氧化电位负移。加入Ag~+时，在循环伏安曲线上出现Cr(III)离子的氧化峄。表明Ag~+对Cr(III)的氧化过程有较好的催化作用。在Cr(III)离子浓度0.1m时，峰值电位φ_P与扫描速度的对数logV呈线性关系，2ψ_p/2logv=100mv；峰值电流i_p与扫描速度v成正比。浓度在0.07M以下时，峰电位与扫描速度无关，峰电流与扫描速度平方根成正比，表现为扩散控制的过程。银离子存在下，Pt电极上Cr(III)离子的氧化过程的交流阻抗谱图呈现二个半圆，可以认为电极过程包括中间吸附物的生成。

超微LaMO_3（M＝Fe，Cr，Mn，Co）的导电性与粒度的关系

用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法合成了ＬａＭＯ＿３（Ｍ＝Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ）超微粉末．Ｘ射线衍射分析表明，不同焙烧温度下所合成的化合物均为单相．ＳＥＭ分析表明，粒子呈球形，室温电阻率测量表明，电阻率随粒度的变化呈两种类型：ＬａＦｅＯ＿３，ＬａＣｒＯ＿３随粒度的增大，电阻率增加；而ＬａＭｎＯ＿３，ＬａＣｏＯ＿３随粒度的增大，电阻率减小．

[PMMA-b-PAN］-Fe络合物制备有机一无机杂化薄膜

本论文通过聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚丙烯睛嵌段共聚物同铁（III）离子络合物（［PMMA-b-PAN］-Fe）制备有机一无机杂化薄膜，并利用妨M对薄膜的表面形态进行了表征。结果表明，通过控制［PMMA-b-PAN］-Fe络合物溶液热处理时间（T=120℃）及络合物溶液中精基同铁＜III）离子的摩尔比率，可以得到不同表面形态的有机一无机杂化薄膜。并借助抑S对［PMMA-b-PAN〕-Fe络合物配位作用进行了研究，发现铁（III）离子与PMMA-b-PAN嵌段共聚物中的睛基配位。此外，对掺杂有FeSO4·7H2O 的均聚甲基丙烯酸甲酷（PMMA）溶液、均聚丙烯睛(PAN)溶液和FeSO4·7H2O（溶解在DMF中）溶液经不同时间热处理（T=120℃）后的薄膜表面形态进行了研究，结果发现，掺杂有FeSO4·7H2O 的PMMA 溶液经20in热处理后，薄膜的表面形态与FeS04·7H2O。溶液经20in热处理后薄膜的表面形态基本相同，而掺杂有FesO4·7H2O的PAN溶液经不同时间热处理后，薄膜的表面形态没有明显的变化。与此同时，对匡[PMMA-b-PAN]-Fe络合物高温热解制备碳材料进行了初步的研究，研究结果表明，利用PMMA-b-PAN］-e杂化薄膜炭化制备具有纳米尺寸孔洞的碳薄膜是可能的，但控制好热解条件至关重要。

层状钙钛矿结构化合物的合成、电性和磁性的研究

近年来，随着金属多层膜，磁隧道结和钙钦矿锰氧化物等材料中磁阻现象的发现，以研究磁阻效应的机理和应用为目的的磁电子学迅速发展。这其中钙钦矿结构的稀土锰氧化物以其超大的磁阻值和丰富的物理内涵而备受瞩目。尽管人们对此已做了大量的工作，但是对这类氧化物的深入认识直至超大磁电阻效应物理机制的合理解释仍需做艰苦细致的努力。本论文选择层状钙钦矿稀土锰氧化物作为研究对象，系统地研究了A位，B位的变化和B位原子之间的相互作用对氧化物的结构、磁性和磁阻性质的影响。希望得到钙钦矿中磁、电性质和磁阻与结构之间的关系，能对该系列化合物中电、磁性质的变化规律和相互作用机理作出合理的解释。基于LaSr2Mn2O7的结构特殊性，我们选择了它作为母体化合物。并通过过渡金属离子Cr，Ti，Ni，Fe对Mn离子取代来研究B位原子的变化对性质的影响。结果发现，Cr3＋因为与Mn4＋具有相同的电子形态而能够参与双交换作用，使掺杂Cr3＋的系列样品的磁化强度随cr含量的增加而增加。而掺杂讨＋，Ni2＋，Fe3＋离子的化合物虽然与Mn离子之间的相互作用各不相同，但引起的磁性变化却是相同的。这四种元素的掺杂都提高了体系的磁阻和电阻率。通过对这几种过渡金属取代的比较，发现在LaS2Mn2O7中对Mn离子进行取代的离子和Mn离子之间的交换作用对磁性质的影响并不起主要作用，掺杂引起的主要作用是致使Mn位的无序度增加和对双交换作用的稀释和阻碍。值得注意的是每个系列样品中都有一个样品的磁阻在高温时出现较大的正值，且随着温度的降低转变为负值。例如，在Fe掺杂的系列样品中，只有x＝0.2的样品表现出正磁阻，且MR在28OK时达到74％。这可能是因为掺杂导致的结构变化引起的。这种正磁阻对材料的应用意义重大。电荷有序对磁阻材料是一种很重要的状态，为了提高LasrZMn2O7的电荷有序温度，我们选择了具有孤对电子的Bi3+来取代Sr2+。结果发现，单相样品只能持续到x≤0.2。样品的电荷有序温度并没有象预想的那样有所提高。这是因为体系的二维结构抑止了Bi3＋离子的作用，同时由于体系中Bi3＋的含量较少没有达到提高电荷有序温度的程度。但Tco降低的程度相对于其它离子的取代效果（如Gd）要低。目前n=3的层状钙钦矿研究较少，但是由于该化合物具有结构可变性和理论上可以解释磁转换机理，我们对（La，ca）4kMn3O10进行了深入的研究。在La3-3xCa1＋3xMn3O10（0.5≤x≤1.0）中随La3＋含量的减少，该系列化合物经历了从铁磁性到顺磁性再到反铁磁性的转变，同时在磁阻上也经历了由负磁阻（x＝0.5～0.7）到正磁阻（x=0.8-1.0）的转变。根据磁性和电性的变化规律，我们认为这种正负磁阻的转变是由于体系中超交换和双交换作用的相互竞争引起的。La3＋含量多时，Mn3十离子含量较多，双交换作用占主导地位，产生负磁阻；随着Mn3+离子含量的减少，双交换作用逐渐减弱，Mn4+离子之间的反铁磁性超交换作用逐渐增强，产生了正磁阻。在低掺杂浓度时LaxCa4-xMn3O10（x＝0-0.9）经历了顺磁性到反铁磁性的转变，为了了解其磁性变化过程，我们进一步研究了富含Mn4＋的这一区间。发现磁化强度在x≤0.2的范围内随x增加而增强，在高于0.2的掺杂范围后随x的增加而逐渐降低。这是因为这一区间的磁结构由基态时的G型-AFM向x＝0.9时的C型-AFM的转变。而且这种转变与载流子浓度密切相关。

Microstructure and wear properties of laser clad Fe based amorphous composite coatings

A FeNiSiBV amorphous composite coating was developed by laser cladding of metallic powders on AISI 1020 low carbon steel substrate. The coatings were studied using X-ray diffraction, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. The coating reveals different microstructures along the depth of the coating. The transition zone exhibits good metallurgical bonding between the substrate and the coating. The layer consists of amorphous phase in majority and nanocrystalline phase/crystalline phase in minority. Accompanied with the nanocrystalline phase, the amorphous phase is concentrated in the middle of the coating. The crystalline phase in the coating is identified as Fe2B. A gradient distribution of the microhardness ranges from 1208 HV0.2 to 891 HV0.2 in the coating along the depth. The coating shows higher microhardness and better wear property than the substrate.

Microstructural features of an iron-based laser coating

A high toughness wear resistant coating is produced by laser clad Fe-Cr-W-Ni-C alloys. The microstructural and compositional features of the laser-solidified microstructures and phase evolutions occurring during high temperature tempering at 963 K were investigated by using analytical electron microscopy with energy dispersive X-ray analysis. The clad coating possesses the hypereutectic microstructure consisted of M7C3 + (Y + M7C3) Du ring high temperature aging, the precipitation of M23C6 and M2C in austenite and in situ transformation of dendritic M7C3 to M23C6 and eutectic M7C3 to M6C occurred. The laser clad coating reveals an evident secondary hardening and superior impact wear resistance.