一、金属锰氮化的动力学研究(英文)(论文文献综述)
郭慧欣[1](2020)在《基于Fe-Mn双金属载氮体的化学链合成氨反应特性研究》文中提出氨能源是一种清洁无污染的新型能源,同时也是氢能的理想载体,拥有广阔的发展前景。然而现有工业合成氨技术带来的高能耗及高排污问题,不可避免的限制了氨能源的进一步发展和应用。化学链合成氨技术是解决传统工业合成氨技术对反应条件要求严苛(高温高压)、转化率低、排污严重等问题的有效手段,该技术将传统的合成氨反应拆分为氮化及氨化两步反应,借助载氮体在两个反应间传递N及热量来完成氨的合成。其中,载氮体的性能研究是化学链合成氨技术的研究重点,本文以Fe基、Mn基及Fe-Mn双金属载氮体为研究对象,采用理论分析与实验研究相结合的方法分析了化学链合成氨反应的可行性,并对载氮体的氮化反应性能进行了详细的分析。首先,依据HSC Chemistry 6.0的化学反应热力学分析结果,采用热重质谱(TG-MS)联用的实验方法分析了Fe基、Mn基及Fe-Mn双金属载氮体参与的化学链合成氨反应可行性,研究结果表明Mn基载氮体的氮化性能较好而氨化性能较弱,Fe基载氮体与之相反,氮化性能较弱但氨化性能良好。从产物NH3生成的角度来看,Fe-Mn双金属载氮体的应用有利于提高化学链合成氨技术的反应性能。其次,在化学链合成氨反应中,载氮体的氮化反应性能十分重要,氮化性能良好的载氮体可以为氨化反应提供充足的反应原料,对化学链合成氨反应性能产生积极的影响。因此,本文采用固定床实验的方法,利用XRD和SEM的表征方法对Fe基、Mn基及Fe-Mn双金属载氮体的氮化反应性能进行了详细的实验分析,结果表明温度是影响载氮体氮化反应性能的关键因素。Mn基载氮体氮化后的生成物始终为Mn4N和Mn2N0.86,其最佳氮化温度约为800℃,此时Mn基载氮体的载氮量显着高于其在700℃和900℃氮化时的载氮量。Fe基载氮体的氮化反应很难发生且受温度影响较小,仅在氮化温度为800℃时有Fe N的生成。而对于Fe-Mn双金属载氮体来说,Fe与Mn之间的相互作用主要促进了Fe的氮化,此时Mn的氮化反应产物仍为Mn4N和Mn2N0.86,但800℃时Fe-Mn双金属载氮体氮化后产物中检测到了Fe2N和Fe3N,由于Fe-N化合物是后续氨化反应阶段的关键反应物,因此提高Fe-N的种类和产量对化学链合成氨反应有着重要的意义。最后,为了缓解金属的烧结阻碍载氮体的氮化反应,在各载氮体中加入惰性载体材料分散载氮体颗粒,优化载氮体的氮化反应性能。本文中采用Al2O3载体通过机械混合的方式制备Fe-Al2O3/Mn-Al2O3/Fe-Mn-Al2O3载氮体材料,并调节Al2O3载体的质量分数(2wt%、5 wt%、10 wt%、20 wt%、50 wt%),采用固定床实验的方法,利用XRD和SEM的表征方法详细分析了Al2O3载体对载氮体氮化性能的影响。结果表明Al2O3载体材料的质量分数较小(2wt%~5 wt%)时对载氮体烧结的缓解作用较为明显,Al2O3在各载氮体中主要起到了增大反应物与气体之间气固接触面积的作用,添加Al2O3载体材料并未改变生成氮化物的种类。在以上对载氮体氮化反应研究的基础上,利用程序升温还原实验(H2-TPR)对Mn基载氮体的还原性能进行了简要的分析,Mn基载氮体在中温段出现了两个H2还原峰,分别位于300℃及450℃,根据氮化物的组成成分分析应为Mn2N0.86的H2还原峰,该实验结果为后续Mn基载氮体的氨化反应实验提供了依据。
张金柱,徐楚韶,赵跃萍,于松[2](2004)在《金属锰氮化的动力学研究(英文)》文中研究指明应用真空电阻炉高温渗氮、X射线衍射、惰气熔融法氧氮分析等实验测试方法,研究了金属锰在1173K含氮气氛中的氮化及动力学规律。渗氮时间愈长,试样的氮化量愈多。除有微量的MnO生成外,随渗氮时间的延长,金属锰可全部氮化为Mn4N和ζ-(Mn2N)。建立了金属锰氮化的动力学模型,与实验结果基本符合,能较好地反映氮化规律。
张金柱[3](2004)在《锰铁渗氮的热力学和动力学研究》文中指出以丰富的锰矿资源为依托,自五十年代开始,贵州已经在遵义建成中国最大的锰系铁合金生产基地。遵义铁合金有限责任公司已成为全国唯一拥有采矿、选矿、烧结和冶炼一条龙生产工艺的大型铁合金企业,也是我国冶金行业的重点铁合金企业。主要产品有高碳锰铁、中低碳锰铁、金属锰、锰硅合金、硅铁、铬铁等。年设备生产能力22万吨,其中年产中低碳锰铁2.42.5万吨,年产金属锰0.450.50万吨。对锰制品破碎时产生的粒度小于10 mm的中低碳锰铁和金属锰碎粒和粉末进行综合利用和产品升级,研究开发氮化锰铁和氮化锰制品,既有利于满足钢铁生产对锰氮制品的需求,又有利于进一步将资源优势转化为经济优势。同时,通过对中低碳锰铁和金属锰在不同条件下渗氮过程的研究,可进一步掌握锰氮之间的交互作用,以及氮在锰中的扩散行为和主要影响因素。在对国内外锰铁氮化及Mn-N系研究状况进行分析的基础上,应用真空电阻炉高温渗氮、X射线衍射、惰气熔融法氧氮分析等实验测试方法,实验研究了粒度、温度、时间等因素对锰铁氮化的影响。通过理论分析和热力学计算,探讨了渗氮过程的相关规律。在合理假定的基础上,提出了金属锰氮化的数学模型。主要获得如下结论。在以工业用氮气为主的渗氮气氛中,中低碳锰铁和金属锰在1 1231 223 K范围内高温加热72小时,可同时发生氧化和氮化,生成氧化物MnO和氮化物Mn4N。渗氮试样的粒度愈小,试样的增重率愈高。此外,随渗氮温度的增高,试样的增重率提高,含氧量显着增高。工业用气态氮的含氧量较高,氮化的同时不可避免地要发生锰的氧化。在以工业用氮气为主的渗氮气氛中配加20%的氨气,也未能有效消除或抑制锰的氧化。为此,使用工业用氮气作为渗氮气体,应在氮气进入真空渗氮炉之前采用合适的脱氧方法将其脱除。通过对锰铁在渗氮过程中可能发生的化学反应进行热力学分析表明,生成锰氧化物的平衡氧分压极低,即使采用高纯氮气作为渗氮气体,也不可能避免锰氧化物在渗氮过程中生成,如果体系的残氧量较高,低价锰氧化物可进一步氧化为高价锰氧化物。热力学分析表明,在渗氮气体中添加一定量的氢气,可以有效避免金属锰和铁及其氮化物在渗氮过程中发生氧化,但在845 K以下的升温过程中金属锰仍然可以发生氧化,在729 K以下的降温过程中氮化物Mn4N同样可以发生氧化。应用规则溶液模型和有关热力学数据分别推导了锰氮化合物???-Mn4N和<WP=6>???-Mn4N的标准生成自由能表达式,并对合理性进行了简要分析。在以高纯氮气为主,配加少量高纯氢气的渗氮气氛中,通过对不同粒度的JMn97和DJMn-A两种金属锰试样分别在不同的温度和时间范围内进行高温渗氮研究,可得到如下结论。渗氮试样的粒度愈小,渗氮速度愈快,试样的增重率愈高。试样的增重率与时间的二分之一次方近似呈直线关系。粒度为0.37 mm的金属锰JMn97在1 173 K时高温加热6小时,就可使金属锰全部发生氮化,生成氮化物Mn4N和少量的Mn6N2.58。渗氮时间愈长,生成高价氮化物Mn6N2.58的相量愈多。粒度为0.33 mm的金属锰DJMn-A在1 173 K高温加热4小时,金属锰全部发生氮化,生成氮化物Mn4N和微量的Mn6N2.58。在温度较低的1 163 K高温加热4小时,金属锰全部生成氮化物Mn4N。试样的粒度较大和高温加热时间比较短的情况下,渗氮试样中均有未发生氮化的金属锰残余。在同样的渗氮条件下,随粒度的增大或加热时间的缩短,金属锰的残余量相应增多。检测分析表明渗氮试样中均有一定的氧含量,渗氮试样的含氧量愈低,单位时间的增氮率愈高。氧含量是影响金属锰渗氮的重要因素之一。基于原子在晶体中的扩散机理,借鉴氮原子在金属硅粉末中的扩散模型和内扩散控制的未反应核数理模型,通过合理假定,建立了氮在金属锰中的扩散模型。在上述渗氮条件下,各试样的渗氮结果均可较好地用扩散模型反映其相关规律。应用扩散模型导出了不同温度时氮原子的有效扩散系数,建立了有效扩散系数与温度间的关系,同时也导出了氮原子的扩散激活能。
刘廷军[4](2003)在《氮化锰制取机理及工艺研究》文中指出为了发展含氮钢,需要提供某种含氮的合金。本文介绍了在实验室中,采用电解金属猛粉通过固态氮化法生产氮化锰合金的工艺原理和方法。此工艺是在高温下利用纯氮(≥99.99%)和氨分解氮对电解金属锰粉进行氮化,获得氮化锰合金。 通过试验,得出了最佳技术参数:氮气氮化法为粒度(60目)、温度(700℃)、氮化时间(4h)等,获得了含氮量达6.94%的氮化锰合金;氨气氮化法为粒度(40目)、温度(700℃)、氮化时间(8h),获得含氮量达6.88%氮化锰合金。此外,通过物相分析和扫描电镜形貌分析,得出氮化锰合金有Mn3N2、Mn2N和Mn4N,以及观测出氮化锰合金的形貌。 文中详细介绍了氮化锰的研究现状、氮化机理、实验可行性、设备及过程、影响因素、氮化锰结构、化学分析方法、X射线衍射物相分析方法和批量生产的技术经济效益。
二、金属锰氮化的动力学研究(英文)(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、金属锰氮化的动力学研究(英文)(论文提纲范文)
(1)基于Fe-Mn双金属载氮体的化学链合成氨反应特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 氨能源利用现状 |
1.1.1 氢能源的应用及其发展 |
1.1.2 氨能源的应用及其发展 |
1.2 合成氨技术概述 |
1.2.1 工业合成氨技术简介 |
1.2.2 工业合成氨技术发展趋势 |
1.2.3 合成氨新技术简介 |
1.3 化学链合成氨技术概述 |
1.3.1 化学链技术原理 |
1.3.2 化学链合成氨技术及发展 |
1.3.3 载氮体的选择 |
1.4 本文研究目的及内容 |
第二章 化学链合成氨反应热力学分析及实验研究 |
2.1 引言 |
2.2 化学链合成氨反应热力学分析 |
2.2.1 化学反应机理 |
2.2.2 化学反应热力学分析 |
2.3 化学链合成氨反应可行性实验研究 |
2.3.1 热重-质谱联用(TG-MS)实验方法 |
2.3.2 氮化温度及氨化温度对化学链合成氨反应性能的影响 |
2.3.3 载氮体种类对化学链合成氨反应性能的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 Fe/Mn基载氮体氮化反应性能实验研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料及方法 |
3.2.1 实验材料及载氮体制备方法 |
3.2.2 升温热重实验装置及方法 |
3.2.3 固定床实验装置及方法 |
3.2.4 载氮体表征方法 |
3.3 单金属载氮体氮化反应实验结果及讨论 |
3.3.1 氮化温度对Fe基、Mn基载氮体氮化反应性能的影响 |
3.3.2 载氮体种类对Fe基、Mn基载氮体氮化反应性能的影响 |
3.3.3 Fe基、Mn基载氮体表面微观形貌分析 |
3.4 双金属载氮体氮化反应实验结果及讨论 |
3.4.1 载氮体组成成分对Fe-Mn双金属载氮体氮化反应性能的影响 |
3.4.2 氮化温度对Fe-Mn双金属载氮体氮化反应性能的影响 |
3.4.3 Fe-Mn双金属载氮体表面微观形貌分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 Al_2O_3负载的载氮体氮化反应性能实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料及方法 |
4.2.1 实验材料及载氮体制备方法 |
4.2.2 固定床实验装置及方法 |
4.2.3 Al_2O_3负载的载氮体表征方法 |
4.2.4 程序升温还原实验方法 |
4.3 Al_2O_3负载的载氮体氮化反应性能实验结果与讨论 |
4.3.1 氮化温度对Al_2O_3负载的单金属载氮体氮化反应性能的影响 |
4.3.2 氮化温度对Al_2O_3负载的Fe-Mn双金属载氮体氮化反应性能的影响 |
4.3.3 Al_2O_3负载的载氮体表面微观形貌分析 |
4.4 Al_2O_3负载的Mn基载氮体氨化反应性能分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结及展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 本文主要创新点 |
5.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间的学术成果 |
(2)金属锰氮化的动力学研究(英文)(论文提纲范文)
1 Introduction |
2 Experiment |
3 Results and Discuss |
3.1 Appearance and pick-ups of nitrided samples |
3.2 Phase structures of nitrided samples |
3.3 Mechanism of metal manganese nitriding |
3.4 Kinetic model of manganese nitride layer growth |
4 Conclusions |
(3)锰铁渗氮的热力学和动力学研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪 论 |
1.1 引言 |
1.2 锰资源及锰产品简况 |
1.2.1 国外锰资源概况 |
1.2.2 国内锰资源概况 |
1.2.3 贵州锰制品及锰业发展简况 |
1.3 锰氮制品的应用及研究现状 |
1.3.1 氮在钢中的作用及渗氮方法 |
1.3.2 铁合金氮化概况 |
1.3.3 锰铁渗氮研究概况 |
1.4 锰氮系研究综述 |
1.4.1 氮在锰中的溶解度研究 |
1.4.2 相组成和相结构研究 |
1.4.3 氮在锰中的溶解热力学研究 |
1.4.4 锰氮化合物的生成焓和熵的研究 |
1.4.5 锰氮系相图的研究 |
1.5 本研究的目的和意义 |
1.5.1 本研究的目的 |
1.5.2 本研究的意义 |
1.6 本研究的创新点 |
1.7 本章小结 |
2 锰铁渗氮的实验研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料及处理 |
2.2.1 组成成分 |
2.2.2 工艺简介 |
2.2.3 试样制备 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 实验装置 |
2.3.2 实验方案 |
2.3.3 试验方法 |
2.4 结果和讨论 |
2.4.1 渗氮试样的增重率 |
2.4.2 渗氮试样的相结构和组成 |
2.4.3 试样粒度对锰铁渗氮的影响 |
2.4.4 渗氮温度对锰铁渗氮的影响 |
2.4.5 气相组成对锰铁渗氮的影响 |
2.4.6 试样组成对锰铁渗氮的影响 |
2.5 本章小结 |
3 金属锰渗氮的热力学分析 |
3.1 引言 |
3.2 氧化反应热力学 |
3.2.1 低价锰氧化物生成热力学 |
3.2.2 高价锰氧化物生成热力学 |
3.2.3 低价铁氧化物生成热力学 |
3.3 氮化反应热力学 |
3.3.1 生成低价氮锰化合物的热力学计算 |
3.3.2 生成低价氮铁化合物的热力学计算 |
3.4 多元气相组分的化学反应热力学分析 |
3.4.1 Mn-N-O三元系的化学反应热力学计算 |
3.4.2 Fe-N-O三元系的化学反应热力学计算 |
3.4.3 Fe-H-O三元系的化学反应热力学计算 |
3.4.4 Mn-H-O三元系的化学反应热力学计算 |
3.4.5 Mn-N-H-O四元系的化学反应热力学计算 |
3.4.6 Fe-N-H-O四元系的化学反应热力学计算 |
3.5 渗氮体系的氧分压控制热力学 |
3.5.1 高纯氮气的脱氧热力学 |
3.5.2 渗氮体系的氧分压控制及热力学分析 |
3.6 本章小结 |
4 金属锰渗氮的实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验原料及处理 |
4.2.1 组成成分 |
4.2.2 工艺简介 |
4.2.3 试样制备 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 实验装置 |
4.3.2 实验方案 |
4.3.3 试验方法 |
4.4 金属锰JMn97的实验结果和讨论 |
4.4.1 渗氮试样的增重率 |
4.4.2 渗氮试样的相结构和组成 |
4.4.3 影响JMn97渗氮结果的诸因素分析 |
4.5 金属锰DJMn-A的实验结果和讨论 |
4.5.1 渗氮试样的增重率和氮含量 |
4.5.2 渗氮试样的相结构和组成 |
4.5.3 渗氮试样的增重率与时间的关系 |
4.5.4 渗氮试样的增重率与温度的关系 |
4.5.5 渗氮试样的增重率与试样粒度的关系 |
4.6 本章小结 |
5 金属锰渗氮的扩散热力学研究 |
5.1 引言 |
5.2 金属锰渗氮过程的扩散 |
5.2.1 扩散现象 |
5.2.2 扩散机理 |
5.2.3 扩散过程 |
5.3 扩散热力学 |
5.3.1 扩散模型 |
5.3.2 数学模型 |
5.3.3 氮化率与渗氮时间的关系 |
5.3.4 有效扩散系数 |
5.3.5 扩散激活能 |
5.4 本章小结 |
6 金属锰渗氮的扩散动力学研究 |
6.1 引言 |
6.2 金属锰渗氮试样的金相分析 |
6.2.1 制样 |
6.2.2 氮化产物的特征及分布 |
6.2.3 氮化层的生长及分析 |
6.3 金属锰渗氮过程的扩散方程 |
6.3.1 氮化层生长的数学模型 |
6.3.2 模型参数的确定 |
6.3.3 结果分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论 |
致 谢 |
参考文献 |
附录:作者在攻读博士学位期间发表论文情况 |
(4)氮化锰制取机理及工艺研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 课题的意义及现状 |
1.2 研究内容 |
2 国内外目前发展情况和文献综述 |
2.1 氮化的理论依据 |
2.2 氮化法生产氮化锰工艺方法 |
2.2.1 工艺装置 |
2.2.2 原料条件 |
2.2.3 操作要点 |
2.2.4 获得的最佳工艺参数 |
2.3 所用原料电解锰的发展历史及市场情况 |
2.3.1 行业介绍 |
2.3.2 市场回顾 |
2.4 锰的作用 |
2.4.1 锰在有色冶金中的作用 |
2.4.2 锰在炼钢炼铁中的作用 |
2.2.3 锰的化工用途 |
2.5 氮的用途 |
2.5.1 氮对双相不锈钢的影晌 |
2.5.2 氮气氛 |
2.5.3 渗氮 |
3 电解锰粉的氮化机理 |
3.1 氮化过裎中的相变及物理化学反应 |
3.1.1 Mn-N相图 |
3.1.2 金属锰氮化热力学 |
3.1.3 渗氮试样的氧化反应热力学 |
3.1.4 渗氮系统的控制氧分压 |
3.2 氮化工艺参数设定 |
4 试验方案的确定 |
4.1 试验要求 |
4.2 原材料的准备 |
4.3 试验设备及流程 |
4.3.1 氮气氮化法 |
4.3.2 氨气氮化法 |
5 试验步骤及方法介绍 |
5.1 氮气氮化法制取氮化锰合金 |
5.2 氨气氮化法制取氮化锰合金 |
5.2.1 用活性氮代替气体氮 |
5.2.2 氨分解气氛的特点 |
5.2.3 实验方案的确定 |
5.2.4 实验步骤 |
6 样品中含氮量的化学分析原理及方法 |
6.1 分析原理及方法提要 |
6.2 分析过程 |
6.2.1 比色指标溶液配制(奈氏指示液) |
6.2.2 N2的测定 |
6.3 比色原理及比色计的使用 |
6.3.1 比色原理 |
6.3.2 使用步骤(722型光栅分光光度计) |
7 X射线结构分析 |
7.1 X射线的性质与本质 |
7.2 定性分析原理 |
7.3 卡片索引书 |
7.4 X射线衍射物相分析原理及方法 |
7.4.1 X射线衍射物相分析原理概述 |
7.4.2 方法 |
8 结果与分析 |
8.1 氮气氮化法生产MnN试验结果分析 |
8.1.1 第一次试验结果及分析 |
8.1.2 第二次试验结果及分析 |
8.2 氨气氮化法生产MnN试验结果分析 |
8.2.1 第一次实验结果及分析 |
8.2.2 第二次实验结果及分析 |
8.3 氮化影响因素分析 |
8.4 氮气氮化和氨气氮化的异同探讨 |
8.4.1 不同之处 |
8.4.2 相同之处 |
8.5 存在的问题探讨 |
9 物相结构分析 |
9.1 X射线物相结构分析 |
9.2 扫描电镜形貌分析 |
10 氮化锰生产的技术经济效益分析 |
10.1 投资估算 |
10.2 产品的市场情况分析 |
10.3 经济效益估算与评价 |
10.3.1 基本设定 |
10.3.2 经济效益分析 |
10.4 技术效益分析 |
11 结论 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
四、金属锰氮化的动力学研究(英文)(论文参考文献)
- [1]基于Fe-Mn双金属载氮体的化学链合成氨反应特性研究[D]. 郭慧欣. 东南大学, 2020(01)
- [2]金属锰氮化的动力学研究(英文)[J]. 张金柱,徐楚韶,赵跃萍,于松. 贵州科学, 2004(04)
- [3]锰铁渗氮的热力学和动力学研究[D]. 张金柱. 重庆大学, 2004(01)
- [4]氮化锰制取机理及工艺研究[D]. 刘廷军. 重庆大学, 2003(03)