耐热Mg-Gd基合金的研究和应用

本研究从二元Mg-Gd体系出发，研究了添加不同稀土元素对Mg-Gd基合金的组织、时效行为和力学性能的影响。优化出多种力学性能优异、加工性能良好和耐热性突出的新型Mg-Gd-RE-Zn-Zr系合金。在探讨Mg-Gd基合金强化机理的同时，提出了强化模型，并进行了定量分析。 在Mg-Gd二元体系中，通过对不同Gd含量的合金组织，时效行为和力学性能的研究，发现Gd不仅可以细化晶粒，还可以细化枝晶。合金中Gd的含量大于8 wt.%开始表现出时效硬化现象，Gd含量超过12wt.％时效硬化效果显著。在二元体系研究结果的基础上，选用Mg-8Gd基合金，研究了不同轻稀土元素LRE(La, Ce和Nd)和重稀土元素HRE (Y, Dy, Ho 和Er)对合金组织和性能的影响。结果表明，轻稀土中Nd的作用效果最好，其次为Ce和La。重稀土中Y和Dy的作用效果较好，其次为Ho和Er。将轻、重稀土综合考虑，在Mg-8Gd-3RE(Nd+Y)-Zr合金中，变化Nd和Y的添加量，发现Nd和Y的添加量分别为1 和2或2和1时，能够明显改善合金的综合力学性能。 研究了Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn和Mg-8Gd-1Dy-0.3Zn压铸合金的组织和性能。研究表明，两种合金的铸造性能好，而且具有优异的抗拉性能和蠕变性能，可以满足在250℃~275℃环境下使用。进一步研究了挤压变形Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn合金。合金成形性能好，抗拉强度和伸长率明显提高，而且改善了合金的高温抗蠕变性能，比压铸合金提高了近一个数量级。 发明了一种新型的分步固溶处理方法——振荡热处理方法，这种方法比传统的T6热处理方法更加有效，振荡热处理的主要作用是改变了凝固过程中析出相的尺寸和分布。 研究了Mg-Gd基合金凝固过程中的相析出和相转变。在合金的凝固过程中，容易生成块状的化学组成为Mg5RE（fcc结构）的共晶相；加入Zn后，凝固中容易出现片状的Mg3RE（14H型）沉淀；时效强化的主要原因是在过饱和固溶体时效过程中析出针状的50 nm~100 nm的Mg15RE3相，它与基体具有半共格的位相关系，能够有效阻止位错滑移。但随着时效时间的延长，针状析出相长大，共格关系被破坏，导致强化作用降低。而对于压铸和挤压变形合金，合金析出相的种类不变，主要的不同是挤压变形合金析出化合物的分布更加均匀，尺寸更小。 开发了高强度耐热Mg-12Gd-4Y-2Nd-0.4Zn-0.6Zr合金，这种合金经过热处理后，力学性能优良，热稳定性突出。在300 ℃的抗拉强度约为300 MPa，400 ℃的抗拉强度在100 MPa以上。本合金流动性能良好，适合于砂型铸造，在具有高温、高强度要求的镁合金制品方面极具潜力。 从金属材料强化原理出发，建立了Mg-Gd基合金的强化模型，并进行了定量分析。结果表明，析出强化是Mg-Gd基合金的主要强化方式，但实际试验值和理论值略有偏差，分析认为主要是由于β'相体积分数的变化区间较宽，且合金制备过程中不可避免地产生一些微观缺陷所致。 采用新型合金制备出了一些工业用品部件，探索了该类合金在机械、汽车和高技术等工业领域中的潜在应用

Mg-Al-Mn-RE系合金组织与性能研究

利用金属型铸造制备了Mg-5Al-0.3Mn-xRE (x = 0~4, wt%，RE = Ce, Nd, Sm, Y和(CeLa)混合稀土)系列合金，研究了铸态合金的组织和力学性能。利用轧制和挤压技术对优化出的合金进行了变形加工处理，并研究了合金加工后的组织和力学性能。 对于铸态合金，稀土元素不仅可以细化合金的晶粒，而且形成不同类型的Al-RE化合物，含Ce的合金中生成Al11Ce3相，含Nd或Sm的合金中，主要生成Al11Nd3 (Al11Sm3)相和少量的Al2Nd (Al2Sm)相，含Y的合金中生成Al2Y相。另外，添加稀土可以改变Mg17Al12相的形貌，使其变得更加细小、弥散。添加适量的稀土可以明显提高铸态合金在室温和150℃下的力学性能，Mg-5Al-0.3Mn-1.5Ce, Mg-5Al-0.3Mn-2Nd和Mg-5Al-0.3Mn-2Sm合金在各自的体系中具有最佳的综合力学性能。合金力学性能提高的主要原因是细晶强化、Al-RE化合物第二相强化以及减弱Mg17Al12相对合金高温力学性能的不利影响。 对Mg-5Al-0.3Mn-(1.0, 1.5, 2.0)Ce，Mg-5Al-0.3Mn-2Nd，Mg-5Al-0.3Mn-1.5(CeLa)和Mg-5Al-0.3Mn-3Y合金在300-400℃下进行了热轧制或挤压变形，与铸态合金相比，轧制和挤压合金具有更高的力学性能。轧制合金的室温抗拉强度为290-340 MPa，较铸态合金提高约50％，屈服强度约为210-260 MPa，较铸态合金提高约2倍。挤压态合金的抗拉强度为260-270 MPa，屈服强度为160-190MPa，伸长率为20-22％；150℃的力学性能也得到了明显改善。 结合热力学计算、合金化元素之间的电负性差、化合物相的生成焓数据以及相图计算，阐述了稀土化合物相的生成机制，稀土元素与Al元素之间的电负性差大于其与Mg之间的电负性差，且Al-RE相的生成焓远低于Mg-RE和Mg-Al相的生成焓，因此在Mg-Al合金中加入RE后，RE优先与Al形成Al-RE化合物。从晶粒细化、化合物强化相的生成和演变、变形加工处理的位错交互作用等方面讨论了合金的强化机制，认为细晶强化、第二相强化及形变强化是提高合金力学性能的主要机制。

新型绿色荧光体ABLa(PO_4)_2:Ce, Tb研究(A = K, Na; B = Mg, Zn)

本工作完成了磷酸盐化合物ABLa(PO_4)_2的合成，这些磷盐均可在900 ℃左右合成；对其进行了结构测试与表征，发现这些磷酸盐属于单斜晶系独居石结构，与LaPO_4同构，具有很相近的晶胞参数；系统地研究了RE~(3+)离子(RE = Ce,Tb,Dy)在ABLa(PO_4)_2基质中的发光与能量传递规律，研究了Ce~(3+)、Tb~(3+)离子发光中心与基质晶格之间的相互作用，计算了这些稀土离子之间能量传递的临界距离Rc(dd)，结果表明ABLa(PO_4)_2基质中Ce~(3+)离子与基质晶格之间的相互作用属于中等程度耦合，Tb~(3+)离子与基质晶格之间的相互作用属于无辐射多声子过程，Ce~(3+)→Ce~(3+)、Ce~(3+)→Tb~(3+)能量迁移临界距离均与LaPO_4中相近，Ce~(3+) → Ce~(3+)相对于Ce~(3+) → Tb~(3+)属于快过程，Ce~(3+) → Ce~(3+)能量传递对ABLa(PO_4)_2:Ce,Tb荧光体的Tb~(3+)绿色发光起了重要的作用，ABLa(PO_4)_2基质是Ce~(3+)，Ce~(3+)-Tb~(3+)，Ce~(3+)-Dy~(3+)的优良发光基质；最后探讨了绿色荧光体ABLa(PO_4)_2:Ce，Tb的调制途径，主要研究了Ce~(3+)、Tb~(3+)离子的浓度效应，掺杂B_2O_3、Dy~(3+)、SiO_2对荧光体发光的影响及NH_4Cl的作用，结果表明Ce~(3+)、Tb~(3+)离子的适宜浓度分别为0.2～0.5和0.08～0.2，掺杂适量的B_2O_3、Dy~(3+)能很好地提高荧光体的发光，掺杂SiO_2、NH_4Cl不利荧光体发光。

COMPARISONS OF PHASE TIMES WITH TUNNELING TIMES BASED ON ABSORPTION PROBABILITIES

The times spent by an electron in a scattering event or tunnelling through a potential barrier are investigated using a method based on the absorption probabilities. The reflection and transmission times derived from this method are equal to the local Larmor times if the transmission and reflection probability amplitudes are complex analytic functions of the complex potential. The numerical results show that they coincide with the phase times except as the incident electron energy approaches zero or when the transmission probability is too small. If the imaginary potential covers the whole space the tunnelling times are again equal to the phase times. The results show that the tunnelling times based on absorption probabilities are the best of the various candidates.

Absorption and luminescence of the surface states in ZnS nanoparticles

A broad absorption band around 500 nm is observed in ZnS nanoparticles. The absorption becomes more intensive and shifts to the blue as the particle size is decreased. The absorption energy is lower than the band gap of the particles and is considered to be caused by the surface states. This assignment is supported by the results of the fluorescence and of the thermoluminescence of the surface states. Both the absorption and the fluorescence reveal that the surface states are size dependent. The glow peak of the semiconductor particles is not varied as much upon decreasing size, indicating the trap depth of the surface states is not sensitive to the particle size. Considering these results, a new model on the size dependence of the surface states is proposed, which may explain our observations reasonably. (C) 1997 American Institute of Physics.