本發(fā)明涉及新型材料領域，特別涉及一種含bi的晶須材料及其制備與抑制生長方法。

背景技術：

1、在申請人前期的研究中發(fā)現(xiàn)，一定cr、b含量的fe-cr-b鑄鋼的組織中會生成(cr,fe)2b這種硼化物，其與鋁液反應時會在固-液界面上生成周期性層片結構(pls)。該pls由feal3和cr-al-b?mab相交替排列組成。鋁液中的zn、si、sn等元素都會顯著影響cr-al-bmab相的組成，并分別部分置換cr-al-b?mab相中的al原子從而形成固溶體。mab相是一類特殊的原子層狀排列的化合物，其中，m為過渡族金屬元素，a為13-16族元素，b為硼元素。其中，熱浸鍍al-sn合金時還會在形成的cr-(al,sn)-b?mab相固溶體區(qū)域自發(fā)生長sn晶須。mab相與另一種三元層狀化合物max相(x為c、n元素)有一定的相似性，但mab相的結構、組分更顯復雜。事實上，max相自發(fā)生長a位晶須的報道較多，但主要集中在sn、in晶須。

2、對于mab/max相來說，bi也是一種a位置元素。然而，有關合成含有bi的mab/max相(尤其是mab相)的報道較少，且主要集中在max相與pb-bi共晶熔體反應時發(fā)生的a位置部分置換而生成a位置含bi的max相固溶體。但未見含bi晶須的生長。另外，對于sn電鍍層等鍍層來說，bi也可用來抑制sn晶須的生長，但也有相反的報道，即bi不能抑制sn晶須生長?？傮w來說，bi對電鍍sn層及max相的影響較為復雜。同時，bi對mab相的影響未見報道。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種含bi的晶須材料及其制備與抑制生長方法。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

3、一種含bi的晶須材料，其上端與下端成分不同，上端為bi時，下端為sn；上端為sn時，下端為bi。該晶須生長在周期性層片結構中的cr-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體區(qū)域。

4、一種含bi的晶須的制備與抑制生長方法，包括以下步驟：

5、(1)熱浸鍍鋁

6、將含有硼化物(cr,fe)2b的fe-cr-b鑄鋼進行熱浸鍍al-10sn-4si-xbi(質量百分數(shù)，下同；2＜x＜60)合金，鋁合金熔體溫度為750℃，熱浸鍍時間為30分鐘，達到設定時間后取出空冷至室溫；

7、(2)擴散熱處理

8、將步驟(1)制備的試樣放入馬弗爐進行擴散熱處理，在750℃保溫1小時，達到設定溫度后隨爐冷卻至室溫。將獲得的試樣含有鍍層的任意一個表面進行研磨、拋光后，即可利用掃描電子顯微鏡觀察到含bi的晶須隨機生長在周期性層片結構中的“發(fā)白”的cr-al-b相區(qū)域上。

9、一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，熱浸鍍al-10sn-4si-xbi合金中的x值在(2,60)范圍內。

10、一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，含bi的晶須能否生長與x值密切相關：當x小于15時，可生長含bi的晶須；當x大于15時，則不能晶須生長。

11、一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，上端為bi、下端為sn的晶須與上端為sn、下端為bi的晶須的生長具有隨機性，且與小于15的x值的大小無關。

12、一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，熱浸鍍鋁-擴散熱處理過程中，先發(fā)生(cr,fe)2b與al液反應并生成由cr-al-b?mab相和feal3交替組成的周期性層片結構，隨后才發(fā)生sn、bi同時對cr-al-b?mab相al原子的部分置換并轉變?yōu)閏r-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體。

13、一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，當x小于15時，還在cr-al-b?mab相的晶界上生成納米級的純sn相和純bi相。

14、一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，當x大于15時，在cr-al-b?mab相的晶界上只生成納米級的純bi相。

15、一種含bi的晶須的制備與抑制生長方法，熱浸鍍al-10sn-4si-xbi合金中的al和si元素不參與晶須的組成。

16、一種含bi的晶須材料，cr-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體中的bi可增大sn原子的空位形成能。

17、本發(fā)明提供的一種成分復雜的晶須材料及其制備方法，具有以下有益效果：

18、1、通過fe-cr-b鑄鋼熱浸鍍al-10sn-4si-xbi合金及后續(xù)擴散熱處理后，可制備出cr-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體，即可使得pls中的cr-al-b?mab相轉變?yōu)閏r-(al,sn,bi)-bmab相固溶體，并且，經(jīng)研磨、拋光后即可方便地觀察到含bi的晶須隨機生長在cr-(al,sn,bi)-bmab相固溶體區(qū)域上；

19、2、含bi的晶須的成分可分為兩種：(2)上端為bi，下端為sn的晶須；(3)上端為sn，下端為bi的晶須；

20、3、生長晶須的行為與熱浸鍍時的al-10sn-4si-xbi合金熔體中的bi含量有關，當鋁合金熔體中的bi含量大于某一臨界值時，上述晶須生長行為會被抑制，不再生長晶須；

21、4、通過一種簡易方法制備了cr-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體；

22、5、生長的晶須成分與al-10sn-4si-xbi合金熔體中的si元素無關；

23、6、拓展了mab相的種類，還豐富了晶須生長的類型。

技術特征：

1.一種含bi的晶須材料，其特征在于，含bi的晶須的上端與下端成分不同，上端為bi時，下端為sn；上端為sn時，下端為bi。該晶須生長在周期性層片結構中的cr-(al,sn,bi)-bmab相固溶體區(qū)域。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種含bi的晶須的制備與抑制生長方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，其特征在于，熱浸鍍al-10sn-4si-xbi合金中的x值在(2,60)范圍內。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，其特征在于，含bi的晶須能否生長與x值密切相關：當x小于15時，可生長含bi的晶須；當x大于15時，則不能晶須生長。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，其特征在于，上端為bi、下端為sn的晶須與上端為sn、下端為bi的晶須的生長具有隨機性，且與小于15的x值的大小無關。

6.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，其特征在于，熱浸鍍鋁-擴散熱處理過程中，先發(fā)生(cr,fe)2b與al液反應并生成由cr-al-b?mab相和feal3交替組成的周期性層片結構，隨后才發(fā)生sn、bi同時對cr-al-b?mab相al原子的部分置換并轉變?yōu)閏r-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體。

7.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，其特征在于，當x小于15時，還在cr-al-b?mab相的晶界上生成納米級的純sn相和純bi相。

8.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須材料的制備與抑制生長方法，其特征在于，當x大于15時，在cr-al-b?mab相的晶界上只生成納米級的純bi相。

9.根據(jù)權利要求2所述的一種含bi的晶須的制備與抑制生長方法，其特征在于，熱浸鍍al-10sn-4si-xbi合金中的al和si元素不參與晶須的組成。

10.根據(jù)權利要求1所述的一種含bi的晶須材料，其特征在于，cr-(al,sn,bi)-b?mab相固溶體中的bi可增大sn原子的空位形成能。

技術總結
本發(fā)明屬于新材料及新材料制備技術領域，具體涉及一種含Bi的晶須材料及其制備與抑制生長方法，所述的含Bi的晶須的上端與下端成分不同，上端為Bi時則下端為Sn，上端為Sn時則下端為Bi。該晶須生長在周期性層片結構中的Cr?(Al,Sn,Bi)?B?MAB相固溶體區(qū)域。所述的制備與抑制生長方法為Fe?Cr?B鑄鋼熱浸鍍Al?10Sn?4Si?xBi合金(質量百分數(shù)，2＜x＜60)及后續(xù)擴散熱處理，經(jīng)研磨、拋光后即可利用掃描電子顯微鏡觀察，當x小于15時，可隨機生長含Bi的晶須；當x大于15時則無晶須生長。本發(fā)明通過一種簡單的工藝，即可制備出多元MAB相固溶體，并調控含Bi的晶須的生長與抑制方法，不僅拓展了MAB相固溶體的種類，還豐富了晶須的種類。

技術研發(fā)人員：張先滿,符任,劉百川,羅洪峰,劉世豪
受保護的技術使用者：海南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2