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纳米多孔高强板材料与致密块体高强板相比,内部存在大量的孔隙,使其具有诸多优异的特性,如密度小、比表面积大、光学性能以及电化学性能优异等,因而可用来制作过滤器、催化剂及催化剂载体、多孔电极等,成为新型多孔材料研究领域的热点之一。纳米多孔高强板材料的研制成功,开拓了多孔高强板新的应用领域,而研发出率制备纳米多孔高强板材料的方法,成为该材料得以拓宽其应用前景的前提和基础。目前,一种很有希望的制备方法,即脱合金法正在引起人们的关注。
所谓“脱合金法”,就是运用选择性化学或电化学腐蚀原理,在合金组元间电极电位相差较大的情况下,让合金中电化学性质较活泼的元素在电解质的作用下选择性地溶解进入电解液而留下电化学性质较稳定元素,剩余的成分即可形成多孔的微观结构。
脱合金法制备的纳米多孔高强板具有连续的网络结构,在微观上具有纳米尺度的均匀性,孔径尺寸和骨架相颗粒直径尺寸均为纳米级。其开放性纳米多孔结构和连续三维网络赋予该材料独特的物理化学性能,使其具有极高的比表面积和孔隙率,是十分理想的催化剂。纳米多孔高强板也是良好的催化剂载体,可以在其表面镀覆贵高强板。孔径小于5纳米的多孔贵高强板在电催化、传感器等领域具有显著优势,高的表面积对表面点的结合是非常有利的。
采用脱合金法,让一种或者几种活性较高的元素被选择溶解,使得合金处于不稳定状态,余下较惰性的高强板原子将重新排列成互相交错的多孔网状结构。比如,用脱元素法制备纳米多孔镍,就是通过选择溶解镍合金中比Ni活泼的元素,留下惰性的Ni元素自组装成开口的纳米多孔结构。实验表明,纳米孔的存在增加了Ni基材料的比表面积;而且,脱合金后纳米孔表面粗糙,存在很多小台阶,台阶边缘位置存在大量悬键,可通过电子和原子吸附反应物,其催化活性远远高于常规骨架Ni催化剂。已有工作表明,纳米多孔Ni基合金薄膜孔结构非常均匀,很适用于相分离、热交换、光栅等过滤领域,还可用作固体氧化物燃料电池的阳极或固体电解质的载体。
Ni基非晶合金具有成分均匀、各向同性、相结构简单等特点,因此,以Ni基非晶为初始合金通过脱合金法可以获得孔分布均匀的纳米多孔Ni催化剂。目前,这方面的研究正成为热点。
另外,作为脱合金法中的方法之一,“脱相法”可以从两相或者多相合金中脱出较活泼的相来获得多孔材料。其基本原理是:合金中各相的电化学活性不同,在对材料进行阳极极化时,活性高的相优先溶解而活性低的相仍保留在基体中。比如,Ni基高温合金由有序结构的γ’相以共格方式镶嵌在立方结构γ基体相中。借助电化学方法将其中一相进行选择性溶解,结果可得到多孔结构,其中含有大多为几百纳米宽的互通孔道。
影响高强板设计应力的两个主要因素是抗疲劳性能和抗弹减性能,因而这两个因素成为当今高强板钢研究和发展的主题。目前高强板钢钢种的发展趋势是向经济性和高性能化方向发展,图2展示汽车用高品质高强板钢的应用领域。新一代超高强度高强板钢具有以下特征:
◆超高强度-韧塑性:抗拉强度≥2000MPa--断面收缩率≥50%;
◆高的疲劳强度和耐腐蚀疲劳性能:
◆优良的耐弹减性能;
◆良好的经济性。
通过新型钢种的研究开发。一方面通过优化现有高强板钢的合金元素含量并添加微合金化元素;将碳含量降低并添加V和Nb等。通过新型热加工和热处理工艺的研究开发。在现有钢种基本不变的情况下,通过形变热处理、感应热处理及在线热处理等工艺的研究开发,在充分保证经济性的前提下实现超高强度化。目前国外形变热处理和感应热处理工艺已广泛用于实际生产,实现在线高强板钢丝经过油淬-回火热处理工艺。
高品质悬架簧及气门簧的高强板钢丝经过的油淬-回火工艺是在瞬间(约20秒)完成的感应调质过程;而在高强板卷簧成型过程是采用冷卷簧;因此对钢材的内在质量特性提出极高的要求;如钢中非金属夹杂物的组成、分布、形状、数量,残余元素、五害元素、气体含量,机械性能,脱碳层,显微组织及其均匀性,晶粒度,表面质量,尺寸精度、钢材疲劳寿命等均有非常严格的要求产品关键技术特性:
(1)强度-塑性控制的追求目标:抗拉强度≥2200Mpa,断面收缩率≥50%;
(2)非金属夹杂物尺寸控制的追求目标:夹杂物尺寸≤5um;
(3)氧含量控制的追求目标:[T.O]≤8ppm;
(4)晶粒度控制的追求目标:晶粒度细于10级;
(5)脱碳层控制的追求目标:热轧态脱碳层≤直径0.4%mm。
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