钢中残余元素在连铸坯和热轧板中的富集行为

通过扫描电镜和X射线能谱分析仪(X-EDS)分析,对低合金钢种连铸板坯和热轧板中Cu、As和Sn的富集行为进行了研究.实验结果表明:连铸坯中氧化层和氧化层/基体层界面存在Cu、As和Sn元素同时富集现象;热轧板氧化层/基体层界面存在Cu、As和Sn元素富集相,基体层中Cu、As和Sn含量高于氧化层;热轧板晶界处Cu、As和Sn含量明显高于热轧板晶内;Cu、As和Sn在γ晶界偏聚和Fe的优先氧化造成连铸坯中Cu、As和Sn富集,加热炉的二次加热加剧Cu、As和Sn的富集程度,引起Cu、As和Sn向钢材基体渗透扩散,使钢的塑性恶化,导致中板大量表面微裂纹缺陷.分析了Cu、As和Sn富集相对表面微裂纹的影响机理.     

含Cu低合金钢表面氧化及热脆

用冷、热弯试验及光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线微区分析仪分析研究了含0.3％～0.7％Cu的低合金钢表面氧化层结构及热脆机理。结果表明,Cu的表面富集与表面奥氏体晶界氧化是造成热脆的主要原因。     

多硫化钠法表征纯铜带表面清洁度

利用多硫化钠(Na_2S_x)溶液与纯铜带反应,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)和X线光电子能谱仪(XPS)对反应后表面层的形貌、物相和元素进行分析,考察硫指数x和反应时间对表面层形貌的影响,并对多硫化钠法表征纯铜带表面清洁度的可行性进行探讨。研究结果表明:与多硫化钠反应后,纯铜带的表面层主要由黑色或灰黑色Cu_2S组成的析出层,Cu_2S的形貌不随时间而变化,保持均匀、光滑的颗粒状。随硫指数的增加和反应时间的延长,纯铜带的表面层形貌变化规律一致,均为Cu_2S析出层逐渐加厚,Cu_2S小颗粒聚集形成短棒或大颗粒,然后析出层出现开裂,最后是裂纹的扩展和脱落。多硫化钠法可以用于定量表征纯铜带的表面清洁度,反应后纯铜带表面黑色区域面积占整个纯铜带表面面积的百分比即为纯铜带的表面清洁度。     

不同硫化温度下铜锌锡硫薄膜的微观组织结构表征

在覆盖Mo层的钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积后续硫化处理方式制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高角环形暗场像和X射线能谱仪等表征技术,研究不同硫化温度下CZTS薄膜形成过程中微观组织结构的变化.结果表明:硫化温度升高到400℃以上形成CZTS四元结晶相组成的薄膜,在400～550℃之间,随硫化温度的升高CZTS相增多且尺寸增大,600℃硫化时,CZTS相出现分解现象.硫化温度对薄膜影响显著,近钼层颗粒尺寸较小,表层颗粒尺寸较大.温度较低时薄膜的表层中Cu和S富集形成CuS,近钼层中Zn和Sn含量较多.随着温度升高,Cu、Zn、Sn和S不断扩散,分布更加均匀,形成的CZTS相结晶性愈好,晶粒不断长大成等轴晶,且CZTS晶粒出现孪晶.     

氧化锌、氧化亚锡的复合化学镀铜

研究了氧化锌、氧化亚锡两种固体微粒复合化学镀铜的工艺条件。重点探讨了镀液温度、p H值、Zn O及 Sn O浓度对黑碳钢表面复合化学镀铜层耐磨性的影响。结果是 :对 Cu- Zn O镀层 ,当镀液温度为 6 5°C、p H值为 1 2 .5、Zn O含量为 1 0 g/ L时镀层质量最好 ;对 Cu- Sn O镀层 ,当镀液温度为 70°C、p H值为 1 2 .5、Sn O含量为 5g/ L时镀层质量最好。同时 ,本文对 Cu、Cu- Zn O及 Cu- Sn O三种不同镀层的抗氧化性、耐磨性、镀层与基体的结合力作了比较 ,发现三种镀层与基体材料的结合力很强 ,而以 Cu- Sn O镀层抗氧化性及耐磨性为最佳。     

烧结氛围对铜锌锡硫硒薄膜性质的影响

Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜太阳能电池吸收层的质量,受薄膜的烧结氛围影响,进而影响其电池器件的性能。利用溶液法,分别在氮气和空气两种氛围下制备Cu_2ZnSn(S,Se)_4吸收层薄膜,系统地研究烧结氛围对Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜性质的影响。首先,采用甲胺水溶液和硫代乙醇酸的混合溶液为溶剂,依次溶解S、Sn、Zn和Cu单质,配制Cu_2ZnSnS_4前驱体溶液;然后,通过旋涂/烧结的方法,分别在氮气气氛和空气中制得Cu_2ZnSnS_4预制薄膜,进一步对预制薄膜进行高温硒化处理,得到两种氛围的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜;最后,经过XRD、Raman、SEM、C-AFM和I-V特性曲线等测试表征。结果发现:氮气气氛的Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜晶粒尺寸较大、表面形貌更均匀、结晶性和导电率较高,薄膜质量相对更佳,说明氮气氛围更有利于制备适合于高性能电池器件的Cu_2ZnSn(S,Se)_4吸收层薄膜。     

镁合金表面Ni(P)-Sn界面扩散层研究

对AZ91D镁合金表面进行化学镀Ni(P)以及热浸镀纯锡,从而获得了Ni(P)-Sn双层镀膜.220℃进行2 h热扩散处理后,研究镀层界面的结构和腐蚀性能.通过SEM、能谱仪分别进行界面结构检测和元素分析,采用XRD对Ni(P)-Sn镀层表层相结构进行分析,利用动电位极化曲线检测了镀层热处理前后的的耐腐蚀性能.研究结果表明:沿界面连续分布的Ni-P化合物层能有效地阻止Sn向Ni层的扩散,化合相Ni3Sn4呈"块状"漂浮在Sn层中,该相的产生和生长破坏了镀层的单一相区,从而导致热处理后镀层耐腐蚀性能下降.     

铜溅射时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用磁控溅射方法制备铜溅射时间分别为1.5 h和2 h的Cu/Sn/ZnS前驱体薄膜,然后利用双温区高温管式炉对两种薄膜进行硫化处理制备Cu_2ZnSnS_4.利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪和紫外—可见分光光度计对薄膜的结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征.结果表明:溅射1.5 h的Cu制备的薄膜表面存在大量杂质,表面很不平整;溅射2 h的Cu的薄膜表面呈现均匀致密的颗粒状薄膜,且具有更大的晶粒尺寸;溅射2 h的Cu的薄膜为单一CZTS相,其化学成分原子比更接近Cu_2ZnSnS_4化学计量比.     

连铸坯表面网状裂纹

对连铸坯和热轧厚板表面网状裂纹附近的化学成分及其组织进行了分析,发现裂纹附近存在Cu和Cr元素,裂纹沿着晶界延伸.可见裂纹形成的原因为:结晶器镀铬层磨损导致铜板与连铸坯粘结,液态铜通过奥氏体晶界向铁基体内渗透.富集在奥氏体晶界的铜极大地恶化了钢的塑性是导致裂纹形成的主要原因.在此基础上提出了控制连铸坯和热轧厚板表面网状裂纹的措施.     

铜锡合金热弹马氏体金相形貌研究

本文研究了Cu——Sn合金系列热弹马氏体的金相组织形貌,并研究了不同配比成分及不同热处理工艺参数对马氏体形貌和热弹效应的影响。提出了两类不同马氏体β′与γ′按成分的区域划分并非固定不变的,随着冷却速度加大,区域将左移。     

两种镍基合金喷焊层的相分布与热疲劳性能

利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及透射电子显微镜观察分析了含Cu和Mo(Ni-A)、不含Cu和Mo(Ni-B)两种镍基合金喷焊层样品的组织、相分布和成分分布,分别测定了基体部位、热影响区、结合区及涂层内的显微硬度. 利用高频加热炉对两种喷焊层进行了热疲劳实验,对经热疲劳实验后喷焊层微观组织进行了观察,分析了喷焊层内的相分布和成分分布状态,探讨了热疲劳裂纹产生和扩展的过程及规律. 结果表明:两种喷焊层内均有针状富Cr第二相弥散分布,具有较好的热疲劳性能. Ni-A样品喷焊层可以分成两个区域:在靠近基体的区域均匀地分布着块状富Cr第二相;在离表层200μm左右的区域内分布有针状富Cr第二相,体积比块状富Cr第二相小几十倍. Ni-B样品喷焊层内只有针状富Cr第二相,在整个喷焊层内均匀分布. Ni-A样品喷焊层由于过渡区域的存在,具有比Ni-B样品喷焊层更好的热疲劳性能. 热疲劳实验前后样品的EDS分析结果表明两种喷焊层内的各相有较好的热稳定性.     

电沉积合金预制层后退火制备铜锌锡硫薄膜及其光伏特性

采用电沉积铜锌锡(Cu-Zn-Sn,CZT)合金预制层后退火制备薄膜太阳电池用吸收层材料铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)。利用扫描电镜、X线能量色散谱仪、X线衍射仪、拉曼光谱等检测方法对不同预制层成分下制备的CZTS薄膜的表面形貌、成分和物相结构进行表征与分析。研究结果表明:随着预制层中铜摩尔分数的增加,CZTS薄膜(112)面衍射峰半峰宽呈现先减小后增大的趋势,在物质的量比n(Cu)/n(Zn+Sn)=0.83和n(Zn)/n(Sn)=1.31的条件下获得半峰宽最小、结晶性能最好的CZTS薄膜;贫铜贫锌条件下制备的薄膜中存在SnS_2二次相,贫铜富锌条件下制备的薄膜中存在少量ZnS二次相;富铜富锌条件下制备的薄膜中存在Cu-S二次相;二次相对薄膜光电响应具有重要影响,贫铜富锌的样品光电响应性能较好,无光电流衰减现象,光电流密度最大可达到0.6 mA/cm~2;最优成分下制备的CZTS太阳电池在100 mW/cm~2光照条件下获得光电转换效率为3.27%。     

磁控溅射法制备大晶粒铜锌锡硫薄膜的研究

采用磁控溅射Cu、Sn、Zn金属单质靶制备铜锌锡(CZT)金属预制层,在220℃下合金,然后在高温610℃硫化配合低速升温工艺对CZT前驱体进行退火,制备出晶粒尺寸为1~2μm的Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对薄膜样品进行结构、表面形貌和组分表征.最后沉积缓冲层、ZnO窗口层,蒸镀Al电极,制备出CZTS薄膜太阳电池,测量得到电池开路电压(V_(oc))为574 mV,短路电流密度(J_(sc))为8.98 mA/cm~2,填充因子(FF)为37.8%,电池转换效率为1.95%.     

不同含量Cd掺杂对Cu_2SnS_3薄膜结构和性能的影响

通过溶液法合成了Cu_2SnS_3(CTS)薄膜,并研究了不同Cd含量对CTS薄膜晶体结构和性能等方面的影响.研究发现通过Cd掺杂可以有效调节CTS的光学带隙(Eg).不添加Cd时,样品为面心立方相的CTS(C-CTS),带隙为0.82 eV.当Cd含量在4.18%~13.38%的范围内时,立方相的CTS逐渐转变为立方结构固溶体(C-CTS:Cd)和四方结构固溶体(T-CTS:Cd).通过改变制备样品的Cd掺杂含量,可实现带隙从0.82~1.26 eV的调节.XPS测试结果表明,CTS(即未掺杂Cd的CTS)样品中,Cu、Sn和S元素的价态分别为+1,+4和-2价.SEM形貌结果显示所有的Cu-Sn-S-Cd(CTSC)合金薄膜都表现出光滑和紧凑的表面形态并没有观察到明显的孔或裂纹.所制备的单一相的C-CTS和T-CTS:Cd薄膜可以作为太阳能电池的吸收层材料.     

铸轧高磷钢薄带表面磷富集层形成的探讨

为了更好地利用铸轧薄带表面溶质富集层,对高磷钢薄带表面磷富集层的成因进行了初步的分析和研究.实验结果表明,通过控制工艺参数,磷含量较高的铸轧薄带表面附近将有一个磷富集层出现,但在相同条件下磷含量较低的铸轧薄带中磷的分布基本均匀.通过理论分析得出,铸轧力驱使枝晶间富磷的液相回流到薄带表面附近,导致了磷富集层在铸轧薄带中的产生;表面磷富集层形成的前提条件是当源于铸轧辊表面的两凝固层相遇时Kiss点位于辊缝之上,且其下方附近区域横截面上的温度均处于液固线之间.     

化学镀Ni-P层对铜焊接性能的影响

铜具有良好的导电导热性,在电子工业上已得到广泛的应用,但过高的导热率会导致焊接时出现焊接缺陷。通过表面处理,可以改善铜的焊接性能。由化学镀技术在纯铜导线表面沉积Ni-P层,研究镀层对铜材焊接性能的影响。结果表明,化学镀Ni-P层含Ni和Ni3P相,微观组织均匀致密。Ni-P镀层的存在改善了锡层与铜基材的结合性能,Sn/Cu界面无明显缺陷。经化学镀Ni-P处理后,铜的抗氧化能力得到了提高,改善了锡焊料在铜表面的润湿性。     

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能

借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和微剪切试验等手段,研究了镀镍还原氧化石墨烯(Ni-rGO)增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能。研究结果表明:在恒温120℃、电流密度1×10~4 A/cm~2条件下,随着通电时间的增加,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区金属间化合物(IMC)层Cu_6Sn_5和Cu_3Sn平均厚度增大,阴极区界面IMC层Cu_6Sn_5平均厚度减小、Cu_3Sn平均厚度先增大后减小。Ni-rGO的添加,明显抑制了Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区Cu_6Sn_5的生长及阴极区微空洞的生成,提高了钎焊接头剪切强度。通电72 h后,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头的剪切强度较未添加Ni-rGO的提高了47.8%。复合钎料/Cu钎焊接头电迁移剪切断裂,由阴极钎缝区呈以韧窝为主的韧性断裂,向界面IMC由解理、准解理和少量韧窝组成的混合型断裂转变。     

氮化处理钢表面化合物薄层X线定量相分析

本文用近似方法计算了氮化钢表面化合物居中ε-Fe(?)N相的X光反射本领,并采用配有晶体单色器的Cu幅射,有效地降低了X线对化合物层的穿透深度,对厚度只有10μm左右的化合物簿层进行了逐层的定量相分析,测得了各铁氮化合物相的含量——层深分布曲线。     

Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头在热循环下的电迁移行为

自主设计了热循环下钎焊接头电迁移试验装置,探究了热循环下电流密度对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅钎焊接头界面及组织性能的影响。研究结果表明:在电流密度达到7.0×10~3A/cm~2时,出现明显的电迁移现象。随电流密度增加,钎焊接头阳极区金属间化合物(IMC)厚度显著增加,增厚的化合物主要是Cu_6Sn_5;阴极区IMC厚度呈幂指数缓慢增加,主要表现为Cu_3Sn的生长,且在阴极区与钎缝过渡区域出现裂纹和孔洞。钎焊接头发生电迁移后剪切强度降低50%,断裂发生在阴极界面IMC上,剪切断口呈脆性断裂。     

低碳钢表面氧化过程中铜的富集

采用低碳钢的氧化速度和铜的扩散速度,通过模型计算了钢材表面高温氧化过程中铜在钢材铁鳞界面处的富集情况·实验在空气中,分别在1000,1100和1200℃温度下氧化试样,用扫描电镜的EDX分析了界面处铜的含量,并用BSE分析了界面附近富集相的图像·结果表明,随温度的升高,铜在界面处的富集程度降低,界面不规则程度增强,铁鳞对铜富集相的阻断作用加强,因而有利于防止铜富集造成的危害