1 辽宁科技大学理学院, 辽宁 鞍山 114051
2 辽宁科技大学材料与冶金学院, 辽宁 鞍山 114051
激光熔覆是一种先进的表面改性技术, 具有对基体材料热影响区作用小、组织细密和基体的变形程度小等特点, 被广泛应用于再制造领域。稀土元素能够改善镍基合金涂层组织, 使熔覆层晶粒细小, 同时净化晶界。总结稀土氧化物在激光熔覆镍基合金涂层研究中的进展, 概述稀土氧化物的种类和性质, 结合稀土氧化物的作用机制研究其对镍基合金涂层的晶粒尺寸、稀释率、裂纹的影响, 分析涂层硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能, 同时讨论其对涂层中硬质相的影响。最后对目前阶段稀土氧化物对激光熔覆镍基合金涂层研究中存在的问题和未来的发展方向进行了展望。
稀土氧化物 激光熔覆 镍基合金涂层 研究进展 rare earth oxide laser cladding nickel base alloy coating research progress
1 国标(北京)检验认证有限公司, 北京 100088
2 国家轻金属质量监督检验中心, 河南 郑州 450041
从赤泥中提取稀土金属, 开发高附加值产品, 对保护环境特别是提高矿产资源的综合利用率以及实现可持续发展有着重要的意义。 赤泥中的稀土元素含量较低(0.001 0%~0.050%), 且存在大量的铝和铁等基体元素, 如何掩蔽基体元素对稀土元素的干扰是准确定量的关键。 传统酸溶法会造成部分元素消解不完全, 难以准确定量, 回收率低, 碱熔法则会由于引入大量的碱熔剂造成严重的基体干扰, 同时还会堵塞雾化器。 采用氢氧化钠熔融赤泥, 熔融物用热水浸取, 三乙醇胺溶液掩蔽铝和铁, 乙二胺四乙酸二钠溶液络合钙、 镁等干扰元素, 稀土氢氧化物留存于沉淀中, 沉淀经盐酸溶解进入待测液, 从而将稀土元素与熔剂和基体元素分离。 实验结果表明: 标准溶液无需基体匹配, 各稀土氧化物校准曲线的线性相关系数均不小于0.999 9, 检出限在0.000 2%~0.001 5%之间; 按照实验方法分析实际样品中稀土氧化物的含量, 测定结果的相对标准偏差(RSD, n=6)为2.5%~7.2%, 回收率为85.0%~105.0%; 本方法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)相比, 两种方法的测定结果无显著性差异。 ICP-OES实现了赤泥中稀土氧化物的同时测定, 为今后分析赤泥中的稀土氧化物奠定了基础。
赤泥 稀土氧化物 氢氧化钠 基体分离 电感耦合等离子体发射光谱法 Red mud Rare earth oxide Sodium hydroxide Matrix interference Inductively coupled plasma optical emission spectrometry 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3130
1 泰州学院船舶与机电工程学院，江苏 泰州 225300
2 江南大学机械工程学院，江苏 无锡 214122
利用激光熔覆同轴送粉技术在TC4合金表面制备了不同CeO2含量的Ni60A复合涂层，以此提高TC4合金的耐腐蚀性。通过XRD、SEM、EDS等对CeO2/Ni60A复合涂层进行了表征与测试，结果表明：适量的稀土氧化物CeO2可以细化晶粒，改善涂层内部的组织分布，并且促进NiTi、Ti2Ni和TiC等增强相的生成；在电化学检测中，CeO2的质量分数为3%时CeO2/Ni60A涂层表现出较为优异的耐腐蚀特性，其自腐蚀电流密度Icorr为2.110×10-7 A·cm-2，极化阻抗Rp为190674.0 Ω·cm-2；稀土氧化物CeO2在Ni60A涂层中主要聚集在晶界处，以减小涂层与腐蚀介质的接触面积，降低涂层内部的残余拉应力，从而保护钝化膜，最终提升涂层的耐腐蚀性。
激光光学 稀土氧化物CeO2 Ni60A涂层 组织结构 耐腐蚀性能 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114007
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471099
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471099
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
红外整流罩位于导弹的最前端,是红外导弹的主要部件之一。根据其工作环境的要求,红外整流罩应具有良好的光、机、热等性能。目前,中波红外导弹的红外整流罩主要采用氟化镁、蓝宝石、尖晶石、ALON和纳米复相陶瓷等材料制造。本文提出了一种高强稀土氧化物稳定的ZrO2纳米红外透明陶瓷整流罩,通过对陶瓷材料的特性进行研究,证明了该种材料可以用于中波红外导弹。同时,采用该种材料完成了红外整流罩样件的研制,并对样件进行了导弹服役环境下的适应性试验和模拟动态抛罩试验,验证了该材料的性能。
材料 纳米红外陶瓷 红外导弹 红外整流罩 稀土氧化物
1 国网电力科学研究院, 江苏 南京 211106
2 国网电力科学研究院 武汉南瑞有限责任公司, 湖北 武汉 430074
3 西安电子科技大学 先进材料与纳米科技学院, 陕西 西安 710071
采用传统固相法制备稀土氧化物La2O3掺杂的ZnO压敏陶瓷。采用X线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和压敏电阻直流参数仪对样品的物相、显微组织及电性能进行分析。结果表明, 随着La2O3掺杂量的增加, ZnO压敏陶瓷电位梯度单调递增, 非线性系数先增加后减小, 而漏电流呈现先减小后增大的变化趋势。综合衡量ZnO压敏电阻的各项性能指标发现, 在1 000 ℃烧结温度下, La2O3的质量分数为0.25%时, ZnO压敏电阻的综合性能最好, 其电位梯度为532.2 V/mm, 非线性系数为41.6, 漏电流为3.3 μA。
ZnO压敏陶瓷 稀土氧化物La2O3 电位梯度 电性能 ZnO varistor ceramics rare earth oxide La2O3 potential gradient electric property
1 中国民航大学工程技术训练中心, 天津 300300
2 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
3 中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti811表面制备了CeO2质量分数分别为0,1%,3%的TC4+Ni45+CeO2多道搭接激光熔覆层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析了熔覆层的微观组织和物相,利用显微硬度计、摩擦磨损试验机和白光轮廓仪测试分析了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层中的物相包括TiC、TiB2、TiB、Ti2Ni和α-Ti;随着CeO2加入量增加,熔覆层中的物相未发生改变;当CeO2添加量为0时,熔覆层内部组织粗大,显微硬度为590~640 HV,磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损;当添加CeO2的质量分数为1%时,熔覆层组织逐步细化,枝晶的方向性减弱,显微硬度为625~655 HV,磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损;当添加CeO2的质量分数为3%时,熔覆层中的增强相由树枝晶状、长条状、须晶状向颗粒状、层状、短棒状转变,且均匀弥散地分布于熔覆层中,显微硬度为560~575 HV,磨损机制主要为磨粒磨损。
激光技术 激光熔覆 稀土氧化物 微观组织 显微硬度 摩擦磨损
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春130033
利用飞秒激光烧蚀方法合成了Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒并对其上转换发光性质进行了研究。对合成产物的形貌分析显示, 在一定的激光烧蚀功率密度下, 即可制备出小尺寸的纳米颗粒, 提高激光功率密度可以得到更高的纳米颗粒产量, 所获得的纳米颗粒尺寸小于50 nm。荧光测试结果表明, Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒具有510 nm为中心的上转换发光带, 上转换发光随纳米颗粒数量的增加而增强。
激光烧蚀 上转换发光 稀土氧化物 laser ablation up-conversion rare earth oxide
利用光声光谱方法对几种常见的稀土氧化物粉末样品在紫外-可见、近红外, 以及中红外波段的光声光谱进行了测量与分析。根据光声光谱图和稀土离子的能级图, 对稀土离子的激发态电子的辐射和无辐射跃迁进行了探讨。与传统的透射谱和吸收谱相比较, 光声光谱具有分辨率高、快速、无损检测等优点, 特别适合于研究不透明、高反射和高散射粉末样品的光学性质。
光声光谱 稀土氧化物 粉末样品 紫外-可见 红外 photoacoustic spectroscopy (PAS) rare earth oxide power sample UV-VIS IR
针对目前生物活性陶瓷涂层存在的问题, 设计了一种梯度涂层, 采用宽带激光熔覆技术, 通过加入不同含量的稀土氧化物 Nd2O3来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物相容性, 在 Ti-6Al-4V合金表面制备了含 HA+茁-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。利用 SEM、XRD对活性涂层组织结构进行了研究。采用体外人成骨细胞与材料共培养的方法, 对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明: Nd2O3含量的不同, 对涂层催化效果不一样, 使得复合涂层呈现形态各异的表面特征, 但涂层表面都具有一定的粗糙度, 将增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物相容性; 稀土氧化物 Nd2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有催化合成 HA+茁-TCP的作用, 当 w(Nd2O3)＝0.6豫时, 诱导合成 HA+茁-TCP的数量最多; 含稀土氧化物 Nd2O3的涂层对成骨细胞无毒副作用, 当 w(Nd2O3)＝0.6豫时染色呈正常梭形状态的细胞数目最多, 具有最佳的生物相容性。
稀土氧化物 Nd2O3 宽带激光熔覆 梯度涂层 涂层形貌 生物相容性 rare earth oxide Nd2O3 wide-band cladding gradient bioceramic coating coating morpholgies biocompatibility
1 贵州大学 贵州省光电子技术与应用重点实验室， 贵阳 550025
2 贵州大学 材料学院, 贵阳 550003
为了改善金属卷筒的组织性能，采用Mo+Y2O3制成合金粉末，将粘接剂均匀涂覆在40Cr钢基材表面，用CO2激光器对材料表面进行了激光合金化处理。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机研究了Mo+Y2O3对合金化层的硬度、耐磨性、组织结构、形成机理的影响。结果表明，在加入稀土氧化物Y2O3后，合金层晶粒显著细化，晶界得到强化，增加了显微组织的均匀性、致密性，硬度、耐磨性得到显著提高，有利于提高金属卷筒表面的硬度和耐磨性
激光技术 40Cr钢 激光表面合金化 稀土氧化物Y2O3 laser technique 40Cr steel laser surface alloying rare earth oxide Y2O3
