电感耦合等离子体原子发射光谱法测定镍基单晶高温合金中Mo、W、Ta、Re、Ru时元素之间相互干扰的消除与校正的研究

称取镍基单晶高温合金0.100 0g于聚四氟乙烯烧杯中,先令其与盐酸9mL和硝酸1mL加热反应,待反应缓慢时滴加氢氟酸2mL并继续加热使样品完全溶解。加入500g·L^-1酒石酸溶液2mL,冷却至室温,在塑料容量瓶中加水定容至100.0mL。按仪器工作条件采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定其中5种合金元素(Mo、W、Ta、Re、Ru)的含量,选择分析谱线依次为204.598,207.911,240.063,197.312,240.272nm。结果发现:除了Re外,其余4种元素的测定中均受共存元素的光谱干扰,严重影响了测定结果的准确性。为克服其干扰,除了采用基体匹配法消除镍的基体干扰外,试验采用混合校正系数矩阵法对测定结果进行校准。通过一系列试验计算得到混合校准系数矩阵K,并应用于模拟样品的分析。结果表明:经过矩阵K的校准,所测定的5种元素的准确度显著提高,达到了消除共存元素之间光谱干扰的目的。通过精密度试验,测得上述5种元素测定值的相对标准偏差(n=11)均在1.5%以下,并通过标准加入法进行回收试验,测得5种元素的回收率为97.0%~105%。     

Mo、W金属氧化物对CH4/CO2重整Ni基催化剂性能的影响

用XRD、XPS、元素分析、TEM和活性评价等方法研究过渡金属氧化物MoO3和WO3对SiO2负载的Ni基催化剂物理化学性质和CH4/CO2重整制合成气催化性能的影响.结果表明,在负载型的镍催化剂中,MoO3和WO3的添加一方面提高了Ni的核外电子密度,减弱了对CH4深度裂解积炭;另一方面使催化剂表面镍的相对浓度降低,结构上起到了隔离、分散金属颗粒的作用,氧的相对浓度升高,有效提高了催化剂的抗烧结和抗积炭能力,显示出较好的催化稳定性.     

Ni基催化剂催化燃油重整耦合选择性催化还原NOx反应

分别以La₂O₂CO₃, CeO₂, ZrO₂和Al₂O₃为载体, 采用浸渍法制备了Ni基重整催化剂, 并以正十二烷模拟车载燃油进行催化重整反应以同时制备小分子碳氢化合物(HCs)和H₂, 考察了其在4wt%Ag/Al₂O₃上选择性催化还原(HC-SCR)氮氧化物(NO_x)的性能. 采用N₂吸附-脱附、X射线粉末衍射、H₂程序升温还原和热重等手段对Ni基催化剂进行了表征. 结果表明, 随着重整催化剂氧化还原性能增强, 产物中H₂浓度增加, 可参与SCR反应的HCs含量减少, 从而导致重整-SCR耦合体系上NO_x净化活性温度窗口向低温移动, NO_x最高转化率降低. Ni/ZrO₂+Ag/Al₂O₃耦合体系中H₂/HCs符合SCR反应所需的最优比例, 在柴油车典型排气温度范围内表现出良好的NO_x净化能力. 同时, 在Ni/ZrO₂+Ag/Al₂O₃耦合体系上考察了其燃油重整-SCR的活性稳定性. 结果显示, 重整催化剂的耐久性有待进一步提高.     

Ni基乙烷脱氢催化剂的性能及其改进

过渡金属Ni是地球上储量丰富的金属元素, 在加氢脱硫、重整制氢等催化领域应用非常广泛, 但是关于Ni基催化剂在烷烃脱氢方面的研究较少; 因此, 本工作采用不同的方法, 制备了三种结构的Ni基负载催化剂, 即尖晶石分解型、浸渍型和钙钛矿析出型, 并在700 ℃、C₂H₆-N₂气氛中和50 mL•min^-1气体流速下, 探索了它们的乙烷脱氢性能. 结果表明: 尖晶石分解型催化剂Ni_1-xCu_xCr₂O₄还原后在Cr₂O₃表面形成Ni-Cu合金颗粒, 能有效钝化Ni的C—C键断裂活性, 提高乙烯的选择性. Ni含量过高时, Ni不能有效地分散而形成大的金属团簇, 造成乙烷过度裂解, 乙烯选择性较低. 浸渍负载型催化剂Ni_xM_y/Al₂O₃ (M为Cu或Ag) 比表面积大, 表面活性位点分散, 但活性金属与载体结合力弱, 在高温下不稳定; Cu或Ag与Ni形成合金, 可有效提高乙烯选择性, Ag较Cu的效果更佳. 钙钛矿析出型催化剂LaCr_1-xNi_xO₃(LCNi-100x)在还原气氛中析出均匀细小的Ni颗粒, 其与基体结合力强, 抗积碳性能和稳定性较高; 含15% Ni的LCNi-15还原后(R-LCNi-15)表现出最好的催化性能, 乙烯产率最高(24%), 同时具有较好的抗积碳性能和稳定性以及氧化再生性.     

Theoretical investigation of the crystallographic structure,anisotropic elastic response,and electronic properties of the major borides in Ni-based superalloys

ABSTRACT

In Ni-based superalloys, it is usually found that borides can strengthen the grain boundaries, thereby resulting in an increase in mechanical strength and high-temperature creep properties. Due to their importance and prevalence in Ni-based superalloys, this study employs first-principles methods to investigate the crystallographic structure, anisotropic elastic response, and electronic properties of the major borides, such as M₂B, M₅B₃ and M₃B₂ (M: Cr, Mo, W), respectively, which is necessary for the assessment of complex mechanical responses of Ni-based superalloys. The results demonstrate that the studied borides are all thermodynamically and mechanically stable. Among the M _x B _y binary borides analysed, Cr _x B _y exhibits the largest shear modulus, Young’s modulus, and Vicker hardness values, and these properties increase with the increase of B contents. The studied borides display nearly isotropic elastic properties except for W₅B₃ and W₃B₂. The electronic structure analysis of M _x B _y shows that the strong hybridisation between M-d and B-p orbitals leads to these borides exhibiting higher theoretical hardness, and the overlapping peaks of M-d and B-p orbitals move to a lower energy area with the increase of B contents, which leads to the increase of shear and Young’s moduli of M _x B _y . Furthermore, for M₃B₂ borides, the Cr-B bonds and Cr–Cr bonds are much stronger than the W-B & Mo-B bonds, and W-W & Mo-Mo bonds, respectively, which leads to Cr _x B _y yielding the largest values of elastic moduli.     

Ni-M/SiO2催化1,4-丁炔二醇加氢的金属助剂效应

以SiO₂气凝胶为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO₂及不同金属助剂改性的Ni-M/SiO₂（M=Fe、Co、Cu）催化剂,利用ICP、BET、XRD、H₂-TPR、H₂-TPD等手段对催化剂进行了表征,考察了不同第二金属对催化剂结构与1,4-丁炔二醇加氢性能的影响.结果表明,第二金属与Ni物种具有不同程度的双金属协同效应,其中Cu的加入不仅能够提高Ni活性物种的分散度,而且Ni-Cu双金属间的相互作用改善了NiO物种的还原性能及氢活化能力,有利于氢和1,4-丁炔二醇在活性位点的快速转化.在反应温度50℃,氢压1 MPa,反应时间3 h的加氢评价条件下,15Ni5Cu/SiO₂催化剂不仅可以实现1,4-丁炔二醇的完全转化,而且能够有效降低难分离副产物2-羟基四氢呋喃的含量,具有最优的加氢活性和对1,4-丁烯二醇的选择性.     

氧化锆担载镍甲烷干重整催化剂的载体形貌效应

煤层气是储量十分丰富的煤炭伴生资源,也是煤炭开采中最大的安全隐患之一,同时还是重要的温室气体.研究煤层气的高效、清洁资源化利用具有资源和环境双重意义.因此,世界主要产煤国均十分重视煤层气的开发和利用.煤层气的主要成分是甲烷,目前主要通过两种方式实现其资源化利用:(1)直接转化,主要通过氧化偶联、催化氧化官能团化或脱氢芳构化等途径将其转化为高碳烃、含氧化合物及芳烃等;(2)间接转化,甲烷首先经催化重整反应制取合成气,而后再经Fischer-Tropsch合成、甲醇化和氢甲酰化等过程来合成饱和烃、烯烃、甲醇及其他含氧化物.对于前者,由于热力学限制,反应收率很低,应用前景较差,而经由合成气这一平台产物的间接转化路线被认为是一条甲烷资源化利用颇具工业前景的转化路线.因此,甲烷催化重整制合成气备受关注.研究表明,贵金属具有较好的甲烷重整催化性能,但其储量有限、价格昂贵的内在缺陷不利于甲烷大规模转化和资源化利用.Ni基催化剂具有与贵金属可比的催化活性和选择性,且其储量丰富,价格低廉,因此在甲烷重整反应中备受青睐.但是,相对于贵金属,Ni基催化剂易于积碳和烧结失活,这已成为制约其大规模工业化应用的瓶颈.迄今,大量文献报道关注如何提高Ni基催化剂的催化稳定性.而载体形貌调控是调节负载型催化剂的有效途径.本文开展了用作载Ni催化剂的氧化锆载体的形貌调控研究,以期可以有效调节载Ni催化剂的物化性质,进而调控载Ni催化剂的甲烷重整催化性能.采用水热法成功制备了松球状和鹅卵石状的单斜相氧化锆载体,进一步负载镍,制备了载镍催化剂,用于甲烷重整制合成气反应.具有分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂(Ni/ZrO2-ipch)展示出比鹅卵石状氧化锆和常规氧化锆纳米粒子载Ni催化剂显著好的催化活性和稳定性.采用XRD、N2吸附、TEM、H2-TPR、CO化学吸附、CO2-TPD、XPS和TGA等手段研究了松球状氧化锆载Ni催化剂高催化活性和稳定性的原因和机制.发现,其较高的催化活性主要归因于高的Ni分散度、改善的可还原性、促进的氧流动性以及较多的碱性位和较强的碱性,这些物化性质依赖于氧化锆载体的独特形貌.分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂高的甲烷重整催化稳定性主要源于催化剂的高抗烧结、抗积碳性能.加强的金属载体效应和介孔限域效应可以阻止金属Ni的高温烧结,而优良的抗积碳稳定性主要源于催化剂良好的氧流动性、较多的碱性位、较强的碱性以及小的Ni粒子尺寸.鉴于分级结构松球状氧化锆载Ni催化剂高的催化活性和优良的抗积碳、抗烧结稳定性,该催化剂用于甲烷重整制合成气具有广阔前景.而所制备的分级结构松球状氧化锆由于具有独特的结构和优良的热稳定性,可以作为性能优良的载体用于其他反应,尤其对于高温转化过程可望表现出明显优势.     

Effect of H impurity on misfit dislocation in Ni-based single-crystal superalloy： molecular dynamic simulations

The effect of H impurity on the misfit dislocation in Ni-based single-crystal superalloy is investigated using the molecular dynamic simulation.It includes the site preferences of H impurity in single crystals Ni and Ni 3 Al,the interaction between H impurity and the misfit dislocation and the effect of H impurity on the moving misfit dislocation.The calculated energies and simulation results show that the misfit dislocation attracts H impurity which is located at the γ/γˊinterface and Ni₃ Al and H impurity on the glide plane can obstruct the glide of misfit dislocation,which is beneficial to improving the mechanical properties of Ni based superalloys.     

Analytical Electron Microscopy Examination of the γ′/γ Interfaces in a Ni-Based Superalloy

The investigation of microstructure and chemical composition of the and phases were performed in a Ni-base superalloy by means of analytical electron microscopy. The distribution of particular elements in the alloy was revealed using X-ray mapping in a transmission electron microscope. The detected concentration profiles of alloying elements at the / interface were relatively sharp in the case of cuboidal shape of the phase while they resembled the classical diffusion profile for the oval phase. The quantitative analysis of the phase revealed much higher content of Al and lower of Ti, W, Co and Mo in the oval precipitates compared to cuboidal ones. This result is attributed to the different solidification paths, which is eutectic for the cuboidal precipitates and peritectic for the oval precipitates.