刘海龙
,
吴波
,
黄超然
,
王敏
,
周泽友
,
赵春凤
,
熊远鹏
,
吴育锋
稀有金属材料与工程
采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了Ll2结构的Co3Ti基金属间化合物中元素的占位有序化行为.结果表明,Co3Ti化学计量比合金呈现完全有序化;对于xco/xTi为3:1的Co72Ti24M4合金,第3合金组元M为Si或Ta时,M与Ti共同占据la位置,M为Cu、Ni、Pd、Rh、V或W时,M与Co占据3c位置,而当M为Al、Cr、Ge、Mn、Sc或Y时,M在la和3c位置的占位分数相同,这些元素的占位行为均不受温度影响;而当M为Fe、Hf、Mo、Nb、Ru和Zr的占位情况随温度发生变化.随原子核外层电子的增加,原子占位逐渐倾向于从la亚晶格转向3c位置.亦预测了xCo/xTi偏离3∶1的部分合金的占位分数随合金成分和温度的变化细节,预测结果与文献进行了比较,并澄清了文献上的分歧.
关键词:
Co3Ti基金属间化合物
,
有序化行为
,
亚晶格模型
,
合金热力学
,
第一性原理计算
王敏
,
吴波
,
刘海龙
,
黄超然
,
付金彪
,
赵春凤
,
吴育锋
,
熊远鹏
,
周泽友
硅酸盐通报
铝掺杂氧化锌(ZAO)透明导电膜兼具电阻率低和透光性好的特点,在光学与光电子领域具有广阔的应用前景.本文以微米级的高纯超细ZnO和Al2O3粉体为原料,通过控制适当的素坯成型压力,烧结前增加冷等静压环节,优化烧结工艺,制备出了高致密度和低电阻率的ZAO靶材.在16 MPa的成型压力,120 MPa冷等静压,1350℃×1h的烧结工艺下,制备出了高致密度和低电阻率的ZAO靶材,其致密度达98.0％,电阻率为1.8 × 10-2 Ω·cm,接近于热等静压所制备出的ZAO靶材.利用自制靶材,通过射频磁控溅射法,进一步制备出了ZAO薄膜,透光率达到88.6％,最低电阻率达到2.1×10-3 Ω·cm.
关键词:
透明导电氧化物
,
常压烧结法
,
射频磁控溅射
,
显微组织
,
光电性质
黄超然
,
吴波
,
刘海龙
,
王敏
,
程国龙
,
魏文新
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2013.01.007
Ni-Cr系合金靶材在溅射镀膜工业中应用广泛,结合材料计算模拟和少量关键实验,定量化地研究了Ni-Cr系合金材料在热处理过程的相结构、相转变和显微组织特征,以及离子束溅射中入射离子与Ni-Cr系合金靶材固体之间的相互作用,考察了溅射镀膜工艺中的影响因素,确定了离子束溅射的最佳工艺条件.通过真空感应悬浮熔炼技术,获得纯净、均匀的合金锭,结合相图分析,确定了一系列合金的热处理工艺,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射分析仪,分析了合金试样的显微组织和物相结构.结果表明:Ni-Cr系合金的微观组织和微区成分对热处理工艺较为敏感,在1000～1200℃的范围内,BCC相中Ni元素的原子含量从5％变为30％.提出了适宜的均匀化热处理工艺,以便获得组织和成分比较均匀的高品质Ni-Cr系合金靶材.当Ni元素的原子含量在20％～ 70％时,均匀化热处理在1200～1300℃之间比较适宜,而均匀化退火时间随退火温度的选取高低而不同,在2～24h的范围内变动.基于随机级联碰撞理论和蒙特卡洛方法,对离子束溅射中入射离子与Ni-Cr系合金靶材固体之间的相互作用进行模拟的结果表明,由于Ni和Cr的原子表面能较为接近,Ni-Cr系合金靶材的溅射产物成分与靶材成分不发生明显偏差,有利于靶材成分的选择和薄膜成分的控制.
关键词:
Ni-Cr系溅射靶材
,
显微组织
,
均匀性
,
离子束溅射
,
材料设计与模拟
谢涛
,
林海
,
许杰
,
窦蓬
,
陈毅
,
刘海龙
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.01.034
目的 不同管材的CO2腐蚀行为存在差异,为优选经济型抗CO2腐蚀材质油套管,探究不同腐蚀条件下常规管材的CO2腐蚀特征.方法 以实际油田的地层水样为腐蚀介质,在高温高压的条件下,对不同材质的油套管进行模拟实验.利用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀试样表面腐蚀产物的形貌特征,研究CO2分压、温度、测试时间对油套管腐蚀速率的影响规律.结果 随着CO2分压的增加,普通碳钢和低Cr钢的腐蚀速率显著变化,当CO2分压为0.3 MPa时,普通碳钢腐蚀速率为2.2021 mm/a,而13Cr的腐蚀速率很低,仅为0.1052 mm/a,未表现出明显的规律;腐蚀速率随着温度的升高呈先增加后降低的变化规律,N80,1Cr钢的腐蚀速率远高于13Cr钢;在较短的测试周期内,N80,1Cr,3Cr油套管钢的腐蚀速率略有增加,随着测试周期持续增加,油套管钢的腐蚀速率明显下降;从腐蚀形貌来看,普通碳钢试样的腐蚀程度严重,以均匀腐蚀为主,1Cr,3Cr钢表面存在少量的局部浅斑,以局部腐蚀为主;13Cr材质钢的表面平整,有光泽且无点蚀,腐蚀程度轻微.结论 普通碳钢的腐蚀速率对CO2分压的影响比含Cr合金材质钢更敏感,温度和测试周期均对金属表面的腐蚀产物产生影响,随着温度和测试周期的持续增加,金属表面形成FeCO3保护膜,含Cr钢表面因铬的富集形成钝化膜,抑制油套管的腐蚀速率,研究成果对CO2腐蚀环境中的油套管选材具有理论指导意义.
关键词:
CO2腐蚀
,
腐蚀速率
,
腐蚀形貌
,
影响因素
,
耐腐蚀性
,
油套管
刘海龙
,
黄志威
,
康海笑
,
夏春谷
,
陈静
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61080-4
生物质是唯一可再生的有机碳资源,开发清洁高效稳定的催化剂体系,将富氧的生物质及其平台化合物高选择性的C–O键氢解转化为可供石化行业利用的高附加值产品成为当前的研究热点.糠醛可由农林副产物如玉米芯,甘蔗渣和秸秆等中富含的半纤维素经酸水解而得.采用便宜的糠醛及其衍生物糠醇和四氢糠醇为原料,通过温和条件下一步选择氢解合成高附加值的1,2-和/或1,5-戊二醇的研究受到了越来越多的关注,但目前的研究主要集中在Ru, Rh, Pt和Ir等贵金属催化剂,对无铬非贵金属催化剂的研究甚少；此外,目前文献报道催化剂的活性和选择性还有待提高.开发清洁高效的非贵金属催化剂在温和条件下选择氢解糠醇或糠醛是目前面临的一项难题.我们的最新研究发现采用以水滑石为前驱体制备的弱碱性Cu-Mg3AlO4.5双功能催化剂在糠醇选择氢解反应中表现出优异的催化性能,在413 K和6 MPa的温和条件下可取得约80%的戊二醇总收率.虽然碱性载体有利于稳定糠醇氢解中间体并抑制羟基脱水从而提高戊二醇选择性,但也有文献报道酸性载体或助剂同样对呋喃衍生物的选择氢解制二元醇有促进作用.为了研究固体酸负载的双功能催化剂在糠醇氢解中的催化性能,我们采用共沉淀法制备了酸性Al2O3载体分散的不同Cu含量(2–30 wt%)的纳米双功能催化剂,并对比考察了其他不同载体(SiO2, TiO2, ZrO2, MgO和ZnO)负载的催化剂, Al2O3负载的Ni, Co和Pt催化剂及商业Cu-Cr催化剂的糠醇氢解性能.研究发现,在金属负载量相同时, Cu-Al2O3催化剂表现出最优异的糠醇氢解性能,而Cu-Al2O3催化剂的转化率随Cu铜含量的升高先增高后降低,在20 wt%时达最高,而戊二醇的总选择性在10 wt%时达最高.
为了揭示Cu-Al2O3催化剂在糠醇氢解反应中的构效关系,采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM), N2物理吸附, N2O化学吸附和NH3/CO2程序升温脱附(NH3/CO2-TPD)等多种物理化学手段对催化剂的结构和表面性质进行了表征. XRD, TEM和N2O化学吸附的表征结果说明,共沉淀法制备的Cu-Al2O3催化剂中Cu颗粒高分散于Al2O3载体上,且两者结合紧密. NH3/CO2-TPD表征发现, Cu-Al2O3催化剂中酸性位占主导地位,随铜含量的升高表面酸量递减.由于不同Cu含量的Cu-Al2O3催化剂中Cu颗粒尺寸,酸碱量和Cu与载体之间相互作用等因素的差异,在催化糠醇选择氢解中表现出不同的催化性能.
通过关联催化剂中Cu颗粒尺寸与戊二醇生成TOF发现,该反应为结构敏感性反应,催化剂的TOF受Cu颗粒尺寸控制, Cu颗粒尺寸在1.9–2.4 nm范围内时取得最高的催化活性.催化剂的表面酸碱性也是影响Cu-Al2O3催化性能的另一重要原因,适当增加Cu-Al2O3催化剂的表面酸性可以提高糠醇氢解活性和戊二醇选择性,但是采用强酸性载体时,反应副产物急剧增加而降低戊二醇选择性,增加催化剂的碱性同样对催化活性和选择性不利.通过比较不同制备方法合成的Cu-Al2O3催化剂的糠醇氢解性能发现,催化剂中高分散的Cu与酸性Al2O3载体之间的高效紧密接触是取得高戊二醇收率的关键,同时催化剂中Cu不同的电子状态,可能也会影响催化性能.在考察催化剂的循环使用过程中发现,催化剂的结构稳定,使用多次后催化剂织构结构未发生明显变化,性能未发生明显下降.
此外,我们还考察了反应温度,氢气分压,催化剂量和反应时间等动力学条件对Cu-Al2O3催化剂性能的影响,发现催化剂活性和产物的选择性均受反应条件明显影响,在优化条件(413 K,8.0 MPa H2)下,采用共沉淀法制备的10Cu-Al2O3催化剂可以取得约70%戊二醇的选择性和60%的总收率.结合对实验结果的分析及相关文献报道,我们还推测了Cu-Al2O3双功能催化剂上糠醇氢解的反应路径.
关键词:
糠醇
,
1,2-戊二醇
,
1,5-戊二醇
,
选择氢解
,
铜铝催化剂
