纯镍纳米晶体的晶格膨胀

【CN110205540A】一种抗应力的纳米晶软磁合金、合金制备方法以及铁芯的处理方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910354428.9 (22)申请日 2019.04.29 (71)申请人 天津三环奥纳科技有限公司 地址 301914 天津市蓟州区天津专用汽车 产业园蓟运河大街20号 (72)发明人 安海路　梁学艺　 (74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 代理人 赵熠 (51)Int.Cl. C22C 38/02(2006.01) C22C 38/12(2006.01) C22C 38/16(2006.01) C22C 38/08(2006.01) C21D 1/04(2006.01) H01F 1/147(2006.01) (54)发明名称一种抗应力的纳米晶软磁合金、合金制备方法以及铁芯的处理方法(57)摘要本发明提供了一种抗应力的纳米晶软磁合金，合金包括铁、硅、硼、铌、铜和镍，各元素的原子比为：67～80:10～15:5～8:4～7:0.5～1.5:0.5～1.5。本发明中，对各组分的选择以及含量的配比进行了优化的调整，实现了细化晶粒、优化内部结构的作用，再通过特殊热处理工艺使材料内部的磁致伸缩弹力能和热处理产生内应力与铁芯受到的外应力基本抵消，从而保证了铁芯性能的稳定。在实际使用时，能使铁芯在受到外应力环境下使用时磁导率变化率控制正负2％以内，即使铁芯在运动环境下进行工作，受到外应力作用时仍然能保持稳定的性能，使电子元器件 工作稳定。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 110205540 A 2019.09.06 C N 110205540 A

Nimonic90镍钴合金(对应牌号UNS No7090)

Nimonic90 Nimonic90特性及应用领域概述： 该合金是时效强化钴镍基变形高温合金，含有较高量的钴及多种强化元素，该合金在815～870℃有较高的抗拉强度和抗蠕变能力、良好的抗氧化性和耐腐蚀、在冷热反复交替作用下有较高的疲劳强度以及良好的成形性和焊接性。用于涡轮发动机涡轮盘、叶片、高温紧固 件、卡箍、密封圈及弹性元件等。 Nimonic90相近牌号： 美国：UNS No7090 英国：Nimonic90 中国：GH90 Nimonic90 化学成份： 合金牌号% 镍 Ni 钴 Co 铬Cr 铁 Fe 锆Zr 硼 B 碳 C 锰 Mn 硅 Si 硫 S 磷 P 铜 Cu 铝 Al 钛 Ti GH90 最 小余 量 15.0 18.0 1.0 2.0 最 大 21.0 21.0 1.5 0.15 0.02 0.13 0.4 0.8 0.015 0.02 0.2 2.0 3.0 Nimonic90物理性能： 密度g/cm3 熔点 ℃ 热导率 λ/(W/m·℃) 比热容 J/kg·℃ 弹性 模量 GPa 剪切 模量 GPa 电阻率 μΩ·m 泊松 比 线膨胀系数 a/10-6℃-1 8.2 1400 21.76(100℃) 225 12.71(20~100℃) Nimonic90力学性能：(在20℃检测机械性能的最小值) 热处理方式抗拉强度 σb/MPa 屈服强度 σp0.2/MPa 延伸率 σ5 /% 布氏硬度 HBS 固溶处理820 590 8 Nimonic90 金相组织结构： 该合金主要强化相是γ'-Ni3(Ti、Al),在晶内以大小不同的方形颗料关析出，在晶界上也可以见到这种形状的γ'相，碳化物在晶界上呈不连续的链状析出。

晶体缺陷习题及答案解析

晶体缺陷习题与答案 1 解释以下基本概念 肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。 2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。 3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大? 4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2a b =，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ 242 Gb s d ≈(G 切 变模量，γ层错能)。 5 已知单位位错]011[2a 能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明： （1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错? 6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。 (1)]001[]111[]111[22a a a →+ (2)]211[]112[]110[662a a a +→ (3)]111[]111[]112[263a a a →+ 7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时， 能否通过交滑移转移

晶格振动与声子

2.4 晶格振动与声子 绝热近似下，固体的运动近似地简化为两个相对较小的子系统：电子和核（或原子实）的运动问题。前面对电子体系的运动状态作了讨论，现在对第二个问题，即核（或原子实）子系统的运动作一简要回顾。如2.1中所述，对给定的电子系 状态n ，原子实系统 感受到的 有效势场 ()()() N LL n V V E =+R R R ， 原子实间的库伦相互作用() LL V R + 依赖于核构型的电子能() n E R 描述原子实系统运动的哈密顿方程为： ()()()()() 2 2 12I n LL S I I X E V X E X M ??-?++=??∑R R R R R （2.4-1） 2.4.1 简谐近似和正则振动模 上述方程涉及大量粒子的运动，数学上很难求解。需要一个好的近似作为讨论的出发点。我们感兴趣的是：有效势有极小值（即具有稳定平衡构形），原子偏离平衡位置不太远的情形。 设晶体包含N 个原胞，每个原胞有υ个原子，采用周期性边界条件。 第n 个原胞中，第α个原子的平衡位置为 n n R R R αα=+， n R 和R α分别为原胞（代表点）位置和原子α在原胞中相对代表点的位置。 原子相对平衡位置的瞬时位移的直角坐标分量为()n i s t α （1,2,3i =）。 将有效势场() N V R 在平衡核构形{}0n R α=R 处作泰勒展开： ()() 201......2N N N n i n i n in i n i n i V V V s s S S αααααα''''''''' ?=++??∑R R （2.4-2） 取常数项为零，一次项在平衡构型下恒等于零，展开式中第一个不为零的项就是二次项。考虑原子实围绕平衡位置作小振动的情形，高次项可忽略，这就是所谓的 简谐近似。可以证明，由这样的简谐势联系在一起的N υ个粒子构成

材料化学 第二章 缺陷与扩散

第二章 缺陷与扩散 §2。1 扩散的基本知识 扩散系数与温度的关系可以用 )exp()exp(00kT h D kT g D D ?-?=?- ?= 式2-1-1 来描述。其中的h ?为晶格中的原子从一个稳定位置移动到另一个相邻的稳定位置之间要克服的能垒。扩散系数的单位是sec /2 cm ，它反映了某物质在一定情况下扩散的难易程度。 反映扩散规律的基本公式为菲克第一和第二定律： 菲克第一定律：C D J → → → ??-=，式中的→ J 是扩散通量，单位为sec)/(2 ?cm g 或 sec)/(2?cm mol ；C 是扩散物质的浓度；负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。第一定 律适用于稳态扩散的情况，对三维扩散，)(z C D y C D x C D J z y x ??+??+??-=→ ；对一维扩散，x C D J x ??-=→ 。 菲克第二定律：A R C V C D t C +???-???=??→→)(2 ，描述了浓度随时间的变化规律。式中右边的第一项表示直接和物质的扩散性质有关的影响；第二项表示体系运动的影响；第三项表示体系中化学反应的影响。 晶体中的扩散路径为： 1）表面扩散 2）晶界扩散 3）位错扩散 4）晶格扩散 若用l d g s Q Q Q Q ,,,分别代表单独通过这四种路径扩散所需能量，用l d g s D D D D ,,,分别代表这四种扩散途径的扩散系数，则有：l d g s Q Q Q Q <<<，l d g s D D D D >>>。可见扩散由1）到4）是由易到难的，故一般情况下晶体内的扩散以晶格扩散为控速环节。 §2。2 扩散驱动力 扩散的驱动力是体系中存在的化学位梯度。从微观角度考虑：体系中的A 物质沿x 方向扩散时，作用在每一个原子上的力为： x G N F A a ???- =1 式2-2-1 其中的A G 是体系中某位置A 原子的摩尔化学位，a N 是阿佛加德罗常数。 用A B 表示A 原子的迁移率或称“淌度”，定义A 原子的运动速度：

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金 磁性材料 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。 剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。 矩形比：br∕bs 矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低， 磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mw）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。设计者必须熟知材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何外形及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶

电沉积镍钴纳米合金的制备及性能_迟玉中

第22卷 第3期 2007年9月 V ol.22 No. 3 Sep. 2007 收稿日期：2006-10-23；修回日期：2007-04-12 基金项目：天津科技大学自然科学基金资助项目（20040225）作者简介：迟玉中（1971—），男，河北邯郸人，讲师，硕士. 电沉积镍钴纳米合金的制备及性能 迟玉中，刘雁红，王新庄 （天津科技大学理学院，天津300457） 摘 要：采用直流电沉积方法在镀液中加入有机添加剂制备出镍钴纳米合金镀层．采用扫描电镜分析了镀层的微观形貌及晶粒尺寸，研究了电流密度、pH 等工艺条件以及有机添加剂和稀土钐对镀层中钴含量的影响，采用加热实验法测定了镀层的结合力．实验结果表明，镀层表面致密、平整，结合性能优良． 关键词：电沉积；镍钴纳米合金；有机添加剂；稀土 中图分类号：TQ153.2 文献标识码：A 文章编号：1672-6510（2007）03-0040-04 Preparation and Properties of Electrodeposited Ni -Co Nanocrystalline Alloys CHI Yu -zhong, LIU Yan -hong，WANG Xin -zhuang （College of Science, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457,China ） Abstract ：Electrodeposited of nickel -cobalt nanocrystalline alloys were obtained by direct current with addition of organic additives in the bath under. Morphology and grain size of alloys were analysed by SEM. The effect of current density, pH value,organic additives and rare earth samarium on cobalt content were studied, the adhesion of the film were tested by heating. The test results show that the nickel -cobalt film obtained has fine and leveled surface and good adhension. Keywords ：electrodeposition；Ni -Co nanocrystalline alloys；organic additives；rare earth 镍钴合金镀层具有亮白色金属外观，硬度高，有良好的耐磨性、耐蚀性和化学稳定性[1]，因此，该镀层可广泛用作防护装饰性镀层．目前的研究主要针对镍钴合金镀层的结构、电催化性和磁学特性．如姚素薇[2]等人研究发现镍钴合金镀层结构主要受钴含量的影响，当镀层中钴含量（质量分数）在76％以下时，镀层由两种面心结构的两种固溶体组成；钴含量在76％~ 90％时，面心立方结构的钴发生同位素异构转变，成为六方密排结构，此时镀层由面心立方和六方密排两种结构的固溶体组成；当镀层中钴含量高于 90％时， 仅存在一种以钴为溶剂的六方密排结构固溶体．1984年Spasojevic 等研究了以钛和铁作基体制备的镍钴合金镀层，发现镍钴合金镀层具有极高的电催化活性[3]，比纯钛电极其析氢电势可降低500 mV ．在铝合金基体上，电镀高钴含量的镍钴合金广泛用作计算机的磁鼓和磁盘的表面磁性镀层，以达到体积小、重量轻和存储密度大的要求[4] ． 本文研究了目前没有引起足够重视，但是对镀层 的性能影响较大的因素，如电流密度、 pH 等工艺条 件，并且研究了对镍钴合金中镀层的晶粒尺寸影响很大，目前很少研究的添加剂，如糖精、十二烷基硫酸钠、稀土等，通过控制添加剂的加入量，制备出镍钴纳米合金． 1 材料与方法 1.1 实验材料 阳极为纯石墨，阴极为1cm 2的紫铜片． 1.2 镀液基本成分与工艺条件 1.2.1 镀液基本成分（g ·L -1 ） NiSO 4· 6H 2O 142；CoSO 4·6H 2O 20；H 3BO 3 30；糖精 1~4；十二烷基硫酸钠 0.8． 1.2.2 工艺条件 镀液pH 1.0~7.0；镀液温度 45~50℃；电流密度10~70mA/cm 2．

晶体缺陷

3.6 晶体缺陷 理想完美的晶体结构在实际晶体中并不存在，格点上的原子在一定的温度下总在其平衡位置附近振动，除此之外，实际晶体相对于理想的晶体周期结构的平衡位置还存在着偏离，如原子占位的错乱，这种偏离被称作晶体缺陷。晶体缺陷对晶体材料的物理、化学以及机械性能具有非常重要的影响。 晶体缺陷可以根据其特征进行分类，最常见的分类方法是把缺陷分成 (a) 点缺陷，包括空位、间隙原子、置换原子以及杂质原子和色心等; (b) 线缺陷，主要指各类位措; (c) 面缺陷，包括各种晶面、晶界、相界和畴界等; (d) 体缺陷，包括包裹物、夹杂及异相等。 以下就各类缺陷的结构特点进行详细叙述。 3.6.1点缺陷 点缺陷只涉及晶格中个别格点的缺陷，是固体中最简单的结构不完整性，在晶体中可以呈热力学平衡状态存在。1926年弗兰克尔（Frankel）为了解释离子晶体的导电现象而首先提出，其后也在阐明扩散机制等方面起了重要作用。本节将着重介绍点缺陷的种类、形成及研究方法等。 3.6.1.1空位 从晶体的周期结构点阵中的原子位置取走原子，则在周期点阵中就形成了一个空位缺陷，有时简称空位。如取走的原子移动到晶体表面所形成的空位叫肖脱基（Schottky）缺陷；当移动的原子进入晶格的间隙位置时，所留下的空位叫弗兰克尔（Frankel）缺陷，如图3.6-1所示。在离子型晶体中，为保持化学计量组成和电中性，常出现空位对（见图3.6-1）。晶体中的空位可能结合起来，形成空位对、三空位以及空位群。 图3.6-1 晶体中的空位，肖脱基缺陷、弗兰克尔缺陷以及空位对 晶体中出现空位后，将对晶体结构产生影响，如破坏晶体的周期点阵排列，使晶体体积增大

MP35N镍钴合金分析与研究-午虎特种合金技术部

MP35N镍钴合金分析与研究-午虎特种合金技术部 MP35N MP35N合金是无磁性的镍钴合金, 强度高达300ksi (2068MPa), 延展性好,韧度好, 耐腐蚀性能优异。该材料展现了特别优秀的耐硫化，耐高温氧化和耐氢脆性能 MP35N AMS5758、 AMS5844、 AMS5845、ANSI/ASTM F562 MP35N合金是一种无磁性的镍钴合金, 强度高达300ksi (2068MPa), 延展性好,韧度好, 耐腐蚀性能优异。该材料展现了特别优秀的耐硫化，耐高温氧化和耐氢脆的性能。 MP35N合金的独特性能来自加工硬化，马氏体相变和时效处理。如果材料处于完全加工硬化的状态，建议的工作温度可达399°C。 *MP35N是SPS Technologies, Inc.的注册商标。 应用 MP35N可用于制造紧固件，弹簧，医疗，海水，油气

井，化学和食品加工行业所用的无磁电气部件和仪表零件。 化学成分 碳(最大值) 0.02% 磷(最大值) 0.015% 硅(最大值) 0.15% 锰(最大值) 0.15% 硫(最大值) 0.01% 钛(最大值) 1.00% 铁(最大值) 1.00% 镍 33.0~37.00% 硼 0.01% 铬 19.00~21.00% 钼 9.00~10.50% 钴余量 耐腐蚀性能 MP35N合金耐硫化，高温氧化，氢脆，盐溶液和绝大多数矿物酸。 该合金高强度的严苛环境下展现出非常优秀的耐应力腐蚀开裂的性能，而在同等严苛环境下，绝大多数

传统合金都会出现裂纹。同时，MP35N抗点蚀和裂纹腐蚀的性能也非常好。 在海水环境，不论强度水平和材料状态，MP35N对一般的裂纹腐蚀和应力腐蚀具有免疫能力。 MP35N是一种惰性金属。如果和比它活泼的金属，例如碳钢，316不锈钢，蒙乃尔K系列金属连接在一起并通电，容易产生电化学腐蚀。 MP35N合金有NACE MR-01-75状态，最高硬度为Rockwell C35（通过特殊的冷轧加时效处理，最高硬度可达Rockwell C48）。（NACE MR-01-75是关于油田设备所用金属材料的硫化物应力开裂耐受能力的标准） 物理性能 比重： 8.43 密度： 0.304 lb/in3 平均CTE 70-200°F 7.10*10-6in/in/°F 70-400°F 7.6*10-6in/in/°F 70-600°F 8.20*10-6in/in/°F 70-800°F 8.30*10-6in/in/°F

第七章晶体缺陷

第七章晶体缺陷 第一章所述的晶体结构是理想晶体的结构，但是在实际应用的金属中，总是不可避免地存在着不完整性，即原子的排列都不是完美无缺的。实际金属中原子排列的不完整性称为晶体缺陷。按照晶体缺陷的几何形态特征，可以将其分为以下三类： (1)点缺陷（point defect）其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位（vacancy）、间隙原子（interstitial atom）、置换原子（substitional atom）等； (2)线缺陷（line defect）其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类缺陷的主要是位错（dislocation）； (3)面缺陷（interfacial defect）其特征是在一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界（subgrain boundary）等。 7-1 点缺陷 常见的点缺陷有三种，即空位、间隙原子和置换原子，如图2.11所示。 间隙原子 空位 置换原子 图2.11 晶体中的点缺陷 一、空位 在实际晶体的晶格中，并不是每个平衡位置都为原子所占据，总有极少数位置是空着的，这就是空位。由于空位的出现，使其周围的原子偏离平衡位置，发生晶格畸变（distortion），所以说空位是一种点缺陷。 二、间隙原子 间隙原子就是处于晶格空隙中的原子。晶格中原子间的空隙是很小的，一个

原子硬挤进去，必然使周围的原子偏离平衡位置，造成晶格畸变，因此间隙原子也是一种点缺陷。间隙原子有两种，一种是同类原子的间隙原子，另一种是异类原子的间隙原子。 三、置换原子 许多异类原子溶入金属晶体时，如果占据在原来基体原子的平衡位置上，则称为置换原子。由于置换原子的大小与基体原子不可能完全相同，因此其周围临近原子也将偏离其平衡位置，造成晶格畸变，因此置换原子也是一种点缺陷。 由上可知，不管是哪类点缺陷，都会造成晶格畸变，这将对金属的性能产生影响，如使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀等。此外，点缺陷的存在，还将加速金属中的扩散过程，从而影响与扩散有关的相变化、化学热处理、高温下的塑性变形和断裂等。 7-2 线缺陷 晶体中的线缺陷就是各种类型的位错。位错是一种极重要的晶体缺陷，它是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的位错现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。位错有多种类型，其中最简单、也是最基本的有两种：刃型位错（edge dislocation ）和螺型位错（screw dislocation ），如图2.12所示。 一、刃型位错 刃型位错如图2.12(b)所示。由图可见，晶体的上半部分已经发生了局部滑移，左边是未滑移区，右边是已滑移区，原子向左移动了一个原子间距。在已滑移区和未滑移区之间，出现了一个多余的半原子面，好象一片刀刃插入晶体，中止在内部。沿着半原子面的“刃边”，晶格发生了很大的畸变，这就是一条刃型位错。如图2.13所示，晶格畸变中心的联线就是刃型位错线（图中画“⊥”处）。位错线并不是一个原子列，而是一个晶格畸变的“管道”。 (a)完整晶体 (b)刃型位错 (c)螺型位错 图2.12 完整晶体和位错

晶体中的缺陷

§4-2 热缺陷的数目统计 1、肖脱基缺陷数目统计 热缺陷数目与晶体的原子数目相比是一个很小的数，但其绝对数目也是很大的。对于讨论数目巨大的热力学系统，热力学统计方法是一个简单明了的方法。 热力学系统的自由能为： F =U -T S ……………………………………………………………………………………………（4-2-1） 其中U 为晶体的内能，S 代表熵，S=k B lnW ，这里W 是微观状态数。热力学系统中任一因素的变化，都将引起自由能的变化。但是，不论变化如何，当系统达到平衡时，其自由能为最小。 因此，可由平衡时系统的自由能取最小值的方法来可求出热缺陷的数目，即： 0T F n ???= ????……………………………………………………………………………………（4-2-2） 对于肖脱基缺陷的数目统计，我们以由一种原子组成的晶体为例来分析。设晶体有N 个原子，平衡时晶体中存在n 个空位，令w 是将晶格内部一个格点上的原子跳到晶体表面上去所需要的能量，即形成一个空位所需的能量，则晶体中含n 个空位时，内能将增加 U nw ?=…………………………………………………………………………………………（4-2-3） 晶格中N 个原子形成n 个空位的方式数，即此时的微观状态数为W ： ()! !! n N N W C N n n == -…………………………………………………………………………（4-2-4） 所以，由热力学理论可知，熵增加： ! ln ()!! B N S k N n n ?=-………………………………………………………………………（4-2-5） 结合（4-2-1）（4-2-3）和（4-2-5）得到，存在n 个空位时，自由能函数将改变： ()! ln !! B N n F U T S nw k T N n +?=?-?=-…………………………………………………（4-2-6） 应用平衡条件（4-2-2），考虑到只有ΔF 与n 有关，以及斯特令公式： ln !ln N N N N ≈- 则可得到， ![ln ]ln 0()!!B B F N N n w k T w k T n n N n n n ???-?? =-=-= ???-?? ……………………………（4-2-7） 由于实际上一般只有少数格点为空位，n<

电镀镍钴合金项目方案书

重钢集团机制公司结晶器铜板电镀镍钴合金项目 方 案 书 烟台电镀技术研究所 2009.7

前言：结晶器镍钴合金电镀层，是冶金连铸机结晶器铜板表面强化材料，应用在连铸生产线上的第一关键工序，是决定整台结晶器的实际拉钢坯寿命的最重要因素之一，电镀修复不仅可以消除钢坯因铜屑产生的星状裂纹缺陷，同时可以延长结晶器的拉坯寿命2—6倍，既提高了生产效率，还能有效延长维修更换周期。 几年来，公司一直有专业的设备和公艺人员对铜板电镀修复这项新技术进行研究。在广泛研究国内外先进技术和自己的实验，研究人员克服了诸多困难。在实验室和相关厂家的大力配合下，经过不断提取合理的电镀配方，优化工艺参数，经过几十次的反复试验后，终于提取出了镀层和铜板结合力、镀层应力都符合条件的试验配方。并以此为依据，制定出了一套完整的生产加工工艺方案。此项产品研发成功后，可对任意规格、不同类型的铜板进行施镀，可为各大钢铁公司节约大量外购资金，为钢铁公司备品备件自产化奠定基础。 我公司的工艺及设备已在国内各大钢铁公司和结晶器铜板的专业厂家使用（鞍山钢铁公司、秦皇岛长白机械厂、烟台首钢东星集团，莱芜钢铁集团，首都钢铁公司） 概述：本方案是集工艺—设备—安装—调试—生产指导—售后服务—人员培训为一条龙的服务工程。本工程为彻底交钥匙工程。 一、工艺说明：结晶器铜板电镀镍钴合金技术，属于现阶段先进技术，即在铜板上电镀1-3mm镍钴合金层，在拉钢时，钢水不断摩擦合金层。镍钴合金层耐磨，耐热，具有自润滑功能，拉钢量大幅提高，我们的工艺是全国最好工艺，过钢量可达12万吨以上还可根据客户要求提高过钢量。现在最新技术为上海宝钢的工艺技术，但我们通过消化吸收宝钢，鞍钢，莱钢的铜板电镀技术，工艺已经领先。 二、设备说明： 按照每月生产60块铜板，同时留有一定扩大生产能力而设计。生产线要求整体排线整齐美观；设备运转正常，满足工艺要求；给排水通畅无泄漏；操作灵活可靠；槽体无变形、无泄漏现象；线路布置合理；排风效果良好。 全线设置液位保护装置，凡是需要加热并带有抽风的工作槽均 配置液位保护装置，低液位自动补加，超限报警并记录。 工装夹具的结构、规格由乙方在合同签订后安排工程师到需方

非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介

非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介 非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为超微晶或纳米晶材料. 纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感(1.2Ｔ)、高初始磁导率(8万)、低Hc(0.32A/M）, 高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg）,电阻率为80 微欧厘米，比坡莫合金(50-60微欧厘米)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs). 是目前市场上综合性能最好的材料;适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz.广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯.等． 非晶合金的特点及分类 非晶合金是一种导磁性能突出的材料，采用快速急冷凝固生产工艺，其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列，它与硅钢的晶体结构完全不同，更利于被磁化和去磁。典型的非晶态合金含80%的铁，而其它成份是硼和硅。非晶合金材有下列特点：（1）非晶合金铁芯片厚度极薄，只有20至30um，填充系数较低，约为0．82。（2）非晶合金铁芯饱和磁密低。（3）非晶合金的硬度是硅钢片的5倍。（4）非晶合金铁芯材料对机械应力非常敏感，无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能。（5）非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高约10％，而且不宜过度夹紧。非晶合金具有的高饱和磁感应强度、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低矫顽力、低激磁电流、良好的温度稳定性等特点。 非晶合金可以从化学成分上划分成以下几类： （1）铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys) 铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较：磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯,适合于10kHz 以下频率使用。 （2）铁镍基、钴基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy) 铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损。空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线。价格比1J79便宜30－50％。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应,但低铁损和高的机械强度远比晶态合金优越；代替1J79，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。 （3) 铁基纳米晶合金（Nanocrystalline alloy） 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8×104)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg），电阻率为80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市场上综合性能最好的材料；适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz 与传统材料的比较

镍钴铁镀层

镍钴铁镀层（代硬铬，装饰铬） 电沉积镍钴铁系列合金或纳米晶合金镀是一种电沉积代替电镀硬铬的技术， 以硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸钴、硬化剂为主要原料，电沉积出镍钴铁系列非晶合金或纳米合金镀层。本技术主要是通过使用镍钴铁合金非晶态镀层替代铬镀层，消除了六价铬污染问题。耐蚀性是铬层的2.5倍。成本减少三分之一。 自主研发 推广阶段目前结晶器铜管电镀镍钴铁，活塞杆电镀镍钴铁已批量生产 该技术不使用六价铬，采用该技术每平方米覆盖层可减少六价铬排放55.4 克，减少含铬污泥278 克；以年产10 万平方米覆盖层示范企业为例：可减少六价铬排放5540 千克；减少含铬污泥27800 千克。 该技术主要用于石油开采领域，目前普及率为20%，潜在普及率90%。预计2015 年普及率可到50%左右，可减少铬酸酐消耗量约1500 0吨/年。 该技术也可用于工程机械部件领域，例如活塞杆、油缸、阀块，减震器杆，油缸轴，飞机起落架，连铸结晶器铜管等。各种装饰镀层 比硬铬降低成本三分之一。可替代硬铬，耐蚀性是铬层的2.5倍，能降低电镀件的表面粗糙度，高的分散能力和覆盖能力，可用于挂镀，滚镀。 镍钴铁纳米合金镀层，性能优越，稳定性好。不含有毒有害物质，通过SGS检测认证，符合欧盟EVP,WEEE,ROHS指令环保型产品要求。 Dw-030镍钴铁三元合金代铬镀层添加剂 我公司开发的最新一代的取代镀铬的电镀层，该镀层以镍钴铁合金为主体性能优越，工艺简单；镍钴铁合金的物化性：耐蚀性由于微晶构造，合金镀层具有优良的耐蚀性，在氯化钠溶液体系(I S03768)中该合金镀层的耐蚀性 2.6倍于铬镀层。耐磨性由于N i3Fe和N iC03 金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。外观通过 调节合金镀层中镍和铁的含量，可以获得类似于铬层的光泽和色调。硬度镍基固溶体中铁和钴可以增加合金镀层的硬度和热力学稳定性，该合金具有相当高的硬度， 镀态硬度达750H V在300～500℃进行热处理，硬度将会进一步提高。硬度为 1300(H v)，明显高于硬铬。优异的耐磨性，镀态硬度HV750～1300（HRC63～67），耐磨性比镀铬层高2～3倍；磨擦系数比镀铬层低1.5倍； 具有接近铬的颜色与光泽，同时光亮度、整平性好，可达镜面光亮，镀层没有孔隙，镀层没有裂纹； 一次镀厚能力，一次镀厚能力可达1500微米；表面光滑闪亮； 沉积速度快，电流密度5安培/分米，镀速为60微米/小时； 适合于普通金属和合金如钢、铸铁、铝、铜、黄铜、青铜等大多数金属与合金； 镀层具有低的内应力好的韧性和优异的深度能力，；深度能力是镀铬的16～18倍。 尤其适合结晶器铜管电镀层，结晶器铜板镀层。抽油杆电镀 基础电解液为：

晶体缺陷

对晶体缺陷的统计热力学研究指出，在任何高于0K温度下，每一种固体化合物均存在着组成在一定范围变动的单一物相。现代晶体结构理论和实验更证明非整比化合物的存在是很普遍的现象。所有固体都有产生点缺陷的热力学趋向，这时因为缺陷的出现能使固体由有序结构变为无序，从而使嫡值增加，有缺陷的固体样品的Gibbs自由能来自嫡和熔两方面的贡献（G=H-TS），由于嫡是体系无序度的量度，因而任何实际固体（其中总有一些原子不处在它们应该出现的位置上）的嫡值都高于理想晶体。这就是说，缺陷对固体Gibbs自由能的贡献为负项。缺陷的形成通常是吸热过程（因而缺陷固体的H值较高）；但只要T＞0, Gibbs自由能在缺陷的某一浓度下将会出现极小值，即缺陷会自发形成，而且温度升高时，G的极小值向缺陷浓度更高的方向移动。这就意味着温度升高有利于缺陷的形成。 crystal defects 实际晶体中原子偏离理想的周期性排列的区域称作 。晶体缺陷在晶体中所占的总体积很小，也就是说，实际晶体中的绝大部分区域，原子排列于周期性位置上。因此，晶体缺陷是近完整晶体中的不完整性。但晶体缺陷对固体的许多结构敏感的物理量（如引起形变的临界切应力、扩散系数等）有极大的影响，晶体缺陷的研究对材料的强度、热处理等问题的研究有很重要的作用。 晶体缺陷分为：①点缺陷，包括空位、自填隙原子、代位原子、异类填隙原子等；②线缺陷，如位错；③面缺陷，如堆垛层错、孪晶界、反相畴界等，面缺陷还可以包括晶体表面、晶界和相界面（见界面）。 点缺陷图1[点缺陷的示意]是点缺陷的示意图,表示各种点缺陷的形式。热平衡状态下点缺陷浓度遵从统计物理规律 ＝exp(－/)这里[kg2]是玻耳兹曼常数;[kg2]是绝对温度;是点缺陷形成能。常用金属铁、铜、铝等的室温平衡空位浓度很小，接近熔点时的空位浓度约为10。自填隙原子形成能是空位形成能的3～4倍，其平衡浓度极小。代位原子和异类填隙

镍钴合金

根据钴发展协会的（以下简称“CDI”）统计数据，2006-2010年主要钴生产企业产量、钴消费和钴市场供需情况如下表1、2和3。 表1 2006 ～ 2010年主要钴生产企业产量单位：吨 资料来源：CDI.安太科 数据来源：CRU，Roskill，OMG，安太科 表3 2006～2010年世界钴市场供需平衡单位：吨 数据来源：CDI，GFMS，安太科

未来5年内，世界钴市场的供应仍要依赖于刚果和赞比亚铜钴矿和一些镍项目副产的钴，但是钴原料的结构可能会发生变化。随着海运费的提高，长期大量出口钴矿是不经济的，未来在刚果将钴矿初步加工成中间产品或者电解钴再出口的趋势越来越明显。 从钴的主要消费领域发展趋势来看，预计2011-2015年，全球的钴消费量有望从6.9万吨增至9.7万吨，年均递增8.8%。而钴的产量将随消费量的增加保持适当过剩状态，预计2015年全球原生钴产量将达到10万吨。因此全球钴价在未来5年里将呈逐渐下降趋势。钴价下降将有利于其消费市场的扩大，尤其是在电池市场。 表4 2011～2015年世界钴市场消费结构单位：吨 数据来源：CRU，安太科 2006-2010年，我国主要钴冶炼企业生产现状见表6所示。需要说明的是，这些企业的产量中包括了利用废杂钴生产的金属量以及企业之间互相加工造成的重复计算的产量。

数据来源：安太科 中国钴化学品生产厂家众多，产能较大的有金川、华友、凯力克和南通新玮。主要钴化学品包括四氧化三钴、氧化钴、氢氧化钴、氯化钴、硫酸钴、碳酸钴、草酸钴等，且企业之间互为加工的现象时有发生。 2006-2010年期间，我国原生钴消费量从1.2万吨增加到2.1万吨，年均增速达到14.5%，其中电池行业用钴从5474吨增加到1.33万吨，增速达到24.8%。 表7 2006～2010年我国主要企业四氧化三钴产量单位：吨金属量 资料来源：安泰科 备注：（1）含企业之间的加工产量；（2）四氧化三钴自用生产钴酸锂

晶体缺陷

晶体缺陷

2 晶体缺陷，固溶体合章 1、说明下列符号的含义： V Na，V Na’，V Cl?，.(V Na’V Cl?)，CaK?，CaCa，Cai?? 解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 2、写出下列缺陷反应式： (1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体； (2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体； (3)NaCl形成肖脱基缺陷； (4)AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙)。 解：（1）NaCl Na Ca’+ Cl Cl + V Cl· （2）CaCl2CaNa· + 2Cl Cl + V Na’ （3）O?V Na’ + V Cl· （4）AgAg?V Ag’ + Ag i· 3、弗仑克尔缺陷：晶体内部质点由于热起伏的影响,质点从正常位置位移到晶体内部的间隙位置上,正常位置上出现空位。 4、什么是肖特基缺陷、弗兰克尔缺陷？他们属于何种缺陷，发生缺陷时位置数是否发生变化？ 答：肖特基缺陷：晶体的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的表面而正常位置上出现了空位，这种缺陷即是。位置数增殖，体积增大。 弗兰克尔缺陷：晶体结构中的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的间隙位置上，而正常位置上出现了空位，这种缺陷即是。位置数不增殖，体积不增大。 5、什么是非化学计量化合物：化合物原子数量的比例,不符合定比定律,即非简单的固定比例关系。 6、ZrO2中加入Y2O3形成置换固溶体，写出缺陷反应式？ 答：Y2O3 -(2ZrO2)-> 2Yzr‘+3Oo+Vo，Y2O3 -(2ZrO2)-> 2YZr3++2e+3Oo+Vo。。 7、试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷方程。（a）判断方程的合理性。（b）写出每一方程对应的固溶式。 解：3MgO2++3OO （1） 2MgO2+ +2O O（2） YF3Y?Ca+F?i+2F F （3） 2YF32Y?Ca++6F F （4） （a）书写缺陷方程首先考虑电价平衡，如方程（1）和（4）。在不等价置换时，3Mg2+→2Al3+；2Y3+→3Ca2+。这样即可写出一组缺陷方程。其次考虑不等价

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

磁性材料地基本特性 . 磁性材料地磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成地，在外加磁场作用下，必有相应地磁化强度或磁感应强度，它们随磁场强度地变化曲线称为磁化曲线（～或～曲线）.磁化曲线一般来说是非线性地，具有个特点：磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度足够大时，磁化强度达到一个确定地饱和值，继续增大，保持不变；以及当材料地值达到饱和后，外磁场降低为零时，并不恢复为零，而是沿曲线变化.材料地工作状态相当于～曲线或～曲线上地某一点，该点常称为工作点. 文档来自于网络搜索 . 软磁材料地常用磁性能参数 饱和磁感应强度：其大小取决于材料地成分，它所对应地物理状态是材料内部地磁化矢量整齐排列. 剩余磁感应强度：是磁滞回线上地特征参数，回到时地值. 矩形比：∕ 矫顽力：是表示材料磁化难易程度地量，取决于材料地成分及缺陷（杂质、应力等）. 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应地与地比值，与器件工作状态密切相关. 初始磁导率μ、最大磁导率μ、微分磁导率μ、振幅磁导率μ、有效磁导率μ、脉冲磁导率μ. 居里温度：铁磁物质地磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作地上限温度. 文档来自于网络搜索 损耗：磁滞损耗及涡流损耗∝，ρ 降低，文档来自于网络搜索 磁滞损耗地方法是降低矫顽力；降低涡流损耗地方法是减薄磁性材料地厚度及提高材料地电阻率ρ.在自由静止空气中磁芯地损耗与磁芯地温升关系为：文档来自于网络搜索 总功率耗散（）表面积（） . 软磁材料地磁性参数与器件地电气参数之间地转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路地要求确定器件地电压～电流特性.器件地电压～电流特性与磁芯地几何形状及磁化状态密切相关.设计者必须熟悉材料地磁化过程并拿握材料地磁性参数与器件电气参数地转换关系.设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯地几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯地工作状态得到相应地电气参数. 文档来自于网络搜索 二、软磁材料地发展及种类 . 软磁材料地发展 软磁材料在工业中地应用始于世纪末.随着电力工及电讯技术地兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中地电感线圈地磁芯中使用了细小地铁粉、氧化铁、细铁丝等.到世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器地效率，降低了损耗.直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位.到年代，无线电技术地兴起，促进了高导磁材料地发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从年代到年代，是科学技术飞速发展地时期，雷达、电视广播、集成电路地发明等，对软磁材料地要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料.进入年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业地发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统地晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金. 文档来自于网络搜索 . 常用软磁磁芯地种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料地基本组元. 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： () 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（）、坡莫合金粉芯（）、铁氧体磁芯文档来自于网络搜索 () 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三常用软磁磁芯地特点及应用 (一) 粉芯类 . 磁粉芯