Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
(Ga,Fe)Sb is a promising magnetic semiconductor (MS) for spintronic applications because its Curie temperature (TC) is above 300 K when the Fe concentration is higher than 20%. However, the anisotropy constant Ku of (Ga,Fe)Sb is below 7.6 × 103 erg/cm3 when Fe concentration is lower than 30%, which is one order of magnitude lower than that of (Ga,Mn)As. To address this issue, we grew Ga1-x-yFexNiySb films with almost the same x (≈24%) and different y to characterize their magnetic and electrical transport properties. We found that the magnetic anisotropy of Ga0.76-yFe0.24NiySb can be enhanced by increasing y, in which Ku is negligible at y = 1.7% but increases to 3.8 × 105 erg/cm3 at y = 6.1% (TC = 354 K). In addition, the hole mobility (μ) of Ga1-x-yFexNiySb reaches 31.3 cm2/(V?s) at x = 23.7%, y = 1.7% (TC = 319 K), which is much higher than the mobility of Ga1-xFexSb at x = 25.2% (μ = 6.2 cm2/(V?s)). Our results provide useful information for enhancing the magnetic anisotropy and hole mobility of (Ga,Fe)Sb by using Ni co-doping.
magnetic semiconductor molecular beam epitaxy Fe-Ni co-doping magnetic anisotropy hole mobility Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012101
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院，广东 湛江 524088
2 广东省智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心广东 湛江 524088
3 广东海洋大学 机械与动力工程学院，广东 湛江 524088
为进一步提高316L钢材的显微硬度，拓宽其使用范围，采用激光熔覆的方法，在316L钢材表面制备出不同比例的Fe60-WC熔覆层。研究不同比例的WC对熔覆层的截面组织、显微硬度、晶相构成的影响及原因。经过试验分析可知，当WC的质量分数为3%时，其与Fe60形成了硬质合金结构，增加了熔覆层的显微硬度。当WC的质量分数提升至5%时，熔覆层的微观结构发生了较大的改变，此时WC的质量分数虽然更多，但是熔覆层的显微硬度有所下降。结果表明，当WC的质量分数为3%时，熔覆层保持树形胞状晶，此时的显微硬度明显高于基体。x
激光熔覆 Fe-WC合金 多层熔覆 316L基材 laser cladding Fe-WC eutectic multilayer cladding 316L substrate
1 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实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为实现焦耳级大能量中红外4~5 μm波段激光输出，基于波长为2.94 μm的Er∶YAG激光泵浦源和液氮恒温控制器，搭建了固体Fe∶ZnSe激光器实验装置，研究了温度和晶体参数对Fe∶ZnSe激光器输出时域波形及能量的影响。闪光灯泵浦的Er∶YAG泵浦激光时域波形展现出固体激光典型的弛豫振荡现象，Fe∶ZnSe激光脉冲波形与泵浦激光波形保持强相关性，且单个尖峰脉冲宽度随温度的升高而变小。在低温79 K条件下，当Er∶YAG泵浦能量为2.75 J时，实现了Fe∶ZnSe激光1.04 J大能量输出，对应的斜率效率和光光转换效率分别为36.4%和37.8%，激光中心波长为4.1 μm。在热电致冷可达的240 K温度条件下，当泵浦能量为500 mJ时，Fe∶ZnSe激光的能量输出为50 mJ，激光中心波长为4.4 μm。研究结果为焦耳级大能量中红外固体激光器的研制提供了参考。
激光器 中红外固体激光器 Fe∶ZnSe激光器 低温 大能量 时域波形 中国激光
2023, 50(22): 2201001
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用专业技术创新中心，辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869
为增强304不锈钢表面性能，利用激光熔覆技术在其表面制备了TiC颗粒增强Fe基复合涂层，研究了激光功率对涂层几何特征、组织特征及硬度的影响规律和原因，引入灰关联分析综合表征熔覆层的组织特征，并推测出激光熔覆过程中TiC颗粒的熔解机制。结果表明，随激光功率的增加，熔覆层高度、气孔率、未熔TiC颗粒含量降低，宽度、深度、稀释率、析出TiC的二次枝晶臂间距增加，析出TiC含量先增加后降低、基体的二次枝晶臂间距先降低后升高且在1800 W时分别达到最高和最低。当激光功率为1800 W时，熔覆层表面成形良好，其组织特征均衡发展且灰关联度达到最大，平均硬度为801.5 HV0.5，达到基体的4.5倍左右。另外，TiC颗粒在激光熔覆中共有两种熔解机制，其特征分别为由外向内和整体分解，两种机制共同作用导致TiC颗粒的完全熔解。
激光技术 激光熔覆 Fe-TiC复合涂层 激光功率 微观组织 硬度 灰关联分析 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1914002
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
3 湖北三峡实验室, 宜昌 443007
研究了一种固废基自发泡烧胀陶粒的设计方法, 利用赤泥中的赤铁矿高温分解产生气体实现自发泡。固废含量95%(质量分数)的原材料在1 200 ℃煅烧60 min得到了性能优异的轻质高强陶粒, 陶粒的颗粒强度为4.86~6.75 MPa, 吸水率为0.72%~1.11%, 堆积密度为0.53~0.71 g/cm3。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法, 研究了不同赤泥掺量对烧胀陶粒的物理性能、微观结构、物相组成和化学结构的影响。结果表明, 当赤泥的掺量由10%增至25%(质量分数)时, 骨料的膨胀率和吸水率呈下降趋势, 堆积密度提高, 颗粒强度先增后降。赤泥中的赤铁矿高温分解产生的气体被液相包裹是固废基烧胀陶粒自发泡的主要原因。
固体废弃物 烧胀陶粒 拜耳法高铁赤泥 赤铁矿 膨胀率 自发泡 solid waste expanded ceramsite Bayer Fe-rich red mud hematite expansion index self-foaming
强激光与粒子束
2023, 35(5): 055004
1 上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与材料改性重点实验室，上海 200240
2 上海航天动力技术研究所，上海 100047
为实现耐磨性、耐蚀性、抗开裂性能的良好平衡，采用激光熔覆制备了4种不同元素配比的Fe‐Cr‐C‐Si‐Ni‐Mo‐Mn‐（Nb，V）复合涂层。4种铁基涂层的组织均为马氏体基体、晶间M3C/M23C6型碳化物和晶内MC型碳化物的组合，最优涂层在此基础上以残余奥氏体作为马氏体与晶界碳化物的过渡区。4种涂层的硬度均超过了基体42CrMo的两倍，且均高于600 HV。摩擦磨损试验结果显示，4种涂层的磨损量相较于基体降低了70%以上；1500 h的盐雾腐蚀测试结果表明，4种涂层的腐蚀失重均低于基体，其中最优涂层失重仅为0.25 g；进一步的电化学腐蚀试验结果表明，最优涂层的腐蚀电流密度低至0.017 mA/cm2，表现出最佳的耐蚀性。最优熔覆涂层通过晶界碳化物和残余奥氏体的平衡以及晶内碳化物的弥散强化，获得了适中的抗开裂性能以及耐磨性和耐蚀性，有望应用于多种工程机械零部件表面。
激光技术 激光熔覆 铁基涂层 成分设计 微观组织 耐磨性 耐蚀性 中国激光
2023, 50(12): 1202210
1 上海应用技术大学 化学与环境工程学院 上海 201400
2 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
3 上海大学 材料科学与工程学院 上海 201900
包埋渗铝技术是制备阻氚涂层常用工艺，其中形成的Fe-Al渗层微观组织对最终形成Al2O3涂层的阻氚性能有重要影响。选取AlCl3（1 wt%）为催化剂，在316L不锈钢基体表面上开展了粉末包埋渗铝工艺试验，采用扫描电镜、X射线能谱分析、X射线衍射等测试手段，分析了渗铝温度和保温时间对基体表面Fe-Al渗层的相结构、微观结构、成分组成的影响，并建立了渗铝过程的动力学模型。试验结果表明：渗铝层由铁铝相组成，存在一定量的铁铝铬、铁铝镍析出物；高的渗铝温度有利于渗铝层的生长，1 023 K以上渗铝层出现明显分层现象；延长渗铝时间能够提高Fe-Al渗层的厚度，但对其物相组成没有影响。根据以上结果，对Fe-Al渗层形成过程进行动力学分析，发现渗铝温度对渗层生长速率的影响符合Arrhenius关系，获得了316L不锈钢包埋渗铝的Arrhenius活化能约为79.23 kJ·mol-1。同时，拟合出了渗铝时间与涂层厚度的关系式为h=14.585t1/2+19.514。
阻氚涂层 包埋渗铝 Fe-Al渗层 催化 扩散动力学 Tritium permeation barrier Pack aluminizing Fe-Al layer Catalysis Diffusion kinetics
1 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083
2 珠海市巨海科技有限公司,珠海 519110
本文通过调整Fe-Co-Cu-Sn中石墨烯的含量来探究石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等测试了铁基金属结合剂金刚石磨具的显微结构、物相结构、力学性能和物理性能。结果表明: 结合剂中石墨烯的含量仅对晶相含量有影响; 当石墨烯含量为0.4%(质量分数)时, 磨具的抗弯强度最高, 为256.0 MPa, 较无石墨烯磨具提高了17.4%; 随着石墨烯含量增加, 石墨烯由片状均匀分布转变为逐渐团聚, 断口组织由脆性断裂转变为韧性断裂, 磨具的热膨胀系数逐渐降低, 导热系数逐渐提高; 磨具的磨耗比呈先增加后减少的趋势, 当石墨烯含量为0.4%时, 磨耗比最高, 为199.8, 较不添加石墨烯的磨具提高了约21%。
石墨烯 铁基金属结合剂 金刚石磨具 抗弯强度 热膨胀系数 磨耗比 graphene Fe-based metal binder diamond abrasive tool bending strength thermal expansion coefficient abrasive ratio
1 武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
2 青海大学化工学院，西宁 810016
多孔骨料是对耐火材料进行轻量化设计的关键。以轻烧菱镁矿、氢氧化铝和铁红为原料，采用原位分解合成法，成功制备了多孔镁基镁铁铝复合尖晶石耐火骨料，在分析烧成温度(1 000~1 600 ℃)对显微结构与强度影响的基础上，研究了多孔骨料的合成机理。研究表明：当烧成温度为1 000~1 300 ℃时，试样内气孔来自微颗粒内和微颗粒之间，基本没有颈部连接；当烧成温度升高到1 400~1 600 ℃时，微颗粒内气孔合并长大、迁出，颈部显著长大，强度提高；镁铁铝复合尖晶石的形成过程分为2步，一是在氢氧化铝假象表面生成MgAl2O4后，再与Fe3+反应生成环状镁铁铝复合尖晶石，二是在MgO位置生成MgFe2O4，再与Al3+反应生成粒状和条状镁铁铝复合尖晶石；当烧成温度为1 550 ℃时，试样具有优异的综合性能，其显气孔率为24.4%，中位孔径为25.89 μm，导热系数为2.79 W/(m·K)(1 000 ℃)，耐压强度为74.4 MPa，与市售烧结镁砂相比，导热系数降低了64.7%。
多孔耐火骨料 镁基镁铁铝复合尖晶石 原位分解合成法 显微结构 强度 porous refractory aggregates magnesia based composite spinel (Mg(Fe, Al)2O4) In-situ decomposition synthesis method microstructures strengths
