晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响（英文）

为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响,采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001],[011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示:晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ′强化相的形状和体积分数,进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对3种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟,模拟结果与试验结果符合得较好。     

镍基单晶合金压痕蠕变研究

为了探索用压痕法确定晶体学蠕变应力指数的可行性,采用晶体塑性理论模型对不同取向镍基单晶合金压痕蠕变行为进行了有限元模拟。研究表明,晶体学对称性会导致压痕表面应力呈现特定的对称性;晶体取向对压痕蠕变深度及其扩展速率具有显著的影响。通过开展不同载荷下的压痕蠕变模拟,获得相应的稳态压痕深度扩展速率,再通过线性回归的方法可有效获得晶体学蠕变应力指数。本文提出的确定蠕变应力指数的方法不受晶体取向的影响,有望应用于各向异性高温合金蠕变性能评估。     

镍基单晶高温合金沉淀相尺度效应研究

对Ni_3Al(γ')沉淀相尺寸对镍基单晶高温合金拉伸性能的影响进行了研究。对镍基单晶高温合金而言,材料的屈服来源于位错以Orowan机制绕过沉淀相,而Orowan应力与沉淀相间距有关。根据这一机理,基于晶体塑性理论,引入一个本构方程以表征沉淀相尺寸对镍基单晶高温合金屈服强度的影响。采用该本构模型,分别计算了在[001]以及[111]2个取向下,含有尺寸为0.2~2.5μm沉淀相的镍基单晶高温合金屈服强度,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,该模型可以准确表征镍基单晶高温合金沉淀相的尺度效应。     

基于位错运动的镍基单晶各向异性蠕变寿命预测

对3种不同取向的DD6镍基单晶高温合金进行了980℃下的蠕变试验,结果表明镍基单晶高温合金蠕变失效机理是材料内部微孔洞的萌生与微裂纹的扩展,其本质是由位错运动造成的。采用透射电镜(TEM)对蠕变初期[001]、[111]和[011]3种取向的单晶合金的位错形貌进行观测,发现其分别符合八面体滑移系开动、六面体滑移系开动与两滑移系同时开动的特征。针对上述微观现象,基于晶体塑性理论建立了考虑Orowan效应与位错阻碍效应的蠕变本构模型与蠕变损伤模型,并根据试验得到的蠕变曲线拟合了模型参数。该模型的有限元模拟结果与单晶材料的蠕变断口形貌相互印证,解释了单晶蠕变的各向异性的力学行为。     

镍基单晶高温合金热机械疲劳本构模型研究

在晶体塑性理论的基础上,提出了一种适用于镍基单晶高温合金热机械疲劳的本构模型,并采用该模型对单晶材料不同晶体取向的热机械疲劳力学响应进行有限元模拟。结果表明,该本构模型可以较好地模拟镍基单晶合金的热机械疲劳行为。对于同相位热机械疲劳,压缩应力幅大于拉伸应力幅,循环平均应力小于零;对于反相位热机械疲劳,拉伸应力幅大于压缩应力幅,循环平均应力大于零。随着循环次数的增加,材料呈现出在高温半周为初始软化,低温半周为初始硬化的特征。晶体取向对于材料的热机械疲劳性能具有显著的影响。     

超声喷丸对不同取向单晶高温合金组织与表面性能的影响

超声喷丸作为一种有效改善疲劳性能的手段在单晶材料方面得到一定研究,但喷丸振幅对不同取向镍基单晶高温合金微观组织及表面性能的影响尚不清晰。采用生长方向为[001]的国产第三代镍基单晶高温合金为研究对象,利用显微硬度计、SEM、TEM、XRD、EBSD等研究超声喷丸振幅（22.5μm、45μm、60μm）对不同第二取向（[100]、[110]）样品组织形貌及表面性能的影响。结果表明：振幅为22.5μm喷丸处理后的样品保持单晶合金原有的γ/γ组织形貌和原始取向,并在表面局部已经形成尺寸约为10 nm的纳米晶;[100]与[110]取向样品近表层硬度相比基体硬度分别最大提高75%和68.5%。大振幅（45μm、60μm）喷丸样品的γ/γ组织发生严重畸变;随着振幅的增大,原始取向强度逐渐减弱并产生新的择优取向,样品近表层的取向偏转更加显著且沿滑移带附近产生大量小角晶界。通过分析两取向样品的近表层硬度及EBSD结果可知,在相同振幅条件下,第二取向[100]样品的近表层应变硬化效果优于[110]取向样品。研究喷丸振幅对不同第二取向单晶高温合金性能及微观组织的影响,可为生产中合理控制单晶叶片第二取向及...     

基于晶体塑性的镍基单晶合金横向高温力学性能研究

采用CPFEM方法对单晶镍基高温合金DD6在760℃下的横向拉伸力学性能进行了研究,分别在不同晶体取向和加载应变速率条件下对合金的力学性能和晶体变形特征进行了分析。结果表明,计算得到的本构参数可很好的表达其力学性能,在横向拉伸下,弹性模量随晶体偏转角度增加而增加。由于不同取向下滑移系激活情况不同,合金在[100]和[110]取向具有较高的屈服应力,而在[120]取向合金则表现出较低的屈服应力。同一晶体取向不同应变速率条件下,屈服应力与应变速率的自然对数呈线性关系。     

不同疲劳热环境下GH4169高温合金形变行为研究

以镍基高温合金GH4169为对象,研究了600℃时不同取向的3种镍基单晶合金在不同低周疲劳下的循环变形行为,采用计算机软件对试验数据进行拟合分析。结果表明,3种取向[001]、[011]和[111]的镍基单晶合金,在不同总应变幅下的硬化曲线均在高总应变幅时表现为循环硬化,在低总应变幅时为循环稳定的特征;[001]取向的合金在0.6%总应变幅下的应力-应变为线性关系,显示出弹性变形的特点;在0.85%总应变幅下发生塑性变形;当总应变幅增加到1%时,可以观察到合金中位错缠结,且位错密度明显增大。     

镍基单晶高温合金[111]取向拉压不对称分析

试验表明,[111]取向镍基单晶高温合金宏观滑移迹线符合六面体滑移特征,而微观位错滑移机制为八面体滑移。针对上述宏、微观现象,提出了一种"之"字形交滑移模型,使宏观六面体滑移迹线与微观位错的八面体滑移在该模型中得到了很好的统一。同时,在上述"之"字形交滑移变形机制的基础上,对[111]取向的拉压不对称特性进行了分析,提出一种位错分解方式,对[111]取向产生拉压不对称特性的微观机制进行了表征。最终,基于上述两种机理,建立了[111]取向镍基单晶高温合金的拉压不对称预测模型。该模型不仅能够对[111]取向镍基单晶高温合金屈服强度进行预测,而且可以表征屈服强度的拉压不对称特性,即压缩屈服强度大于拉伸屈服强度以及拉压不对称随温度升高愈加严重的现象。     

晶体取向对镍基单晶高温合金铸态组织和偏析的影响

用光学显微镜观察了沿 [0 0 1],[0 11]和 [111]方向生长的镍基单晶高温合金的枝晶形态。结果表明 ,以枝晶界面生长的单晶中生长方向完全由择优取向〈0 0 1〉决定 ,[0 0 1]方向中形成平行于轴向的枝晶 ,[0 11]和 [111]方向中由于不同取向的枝晶交错生长 ,形成多种位向的亚晶界。在垂直于枝晶方向的 { 0 0 1}面内测定的一次枝晶间距 ,按 [0 0 1]→ [0 11]→ [111]次序增大。用电子探针测定了不同取向中合金元素的偏析比 ,Al,Co ,W的偏析情况不受晶体取向影响 ,Ti和Cr的偏析比按 [0 0 1]→ [0 11]→ [111]的顺序减小 ,Ta和Mo的偏析程度无确切变化规律。各元素在不同取向中偏析的变化是由元素的扩散能力和枝晶空间构形共同决定的。     

大块高温超导氧化物单晶生长研究中关键问题探讨

高温超导大块单晶体,可以用于精确地测定其晶体结构,掌握结构与各种物性的关系,获得反映其内禀性质的各种信息,对理解和解释高温超导电性机制有重要的理论意义,而且优质的单晶样品也有重要的应用意义.由于高温超导氧化物晶体生长过程中均存在包晶反应及包晶转变,且从液相凝固为固相的过程为非同等成分转变,使这种大块单晶十分不易获得,特别是YBCO,由于其液固相线较陡,制备更为困难.本文讨论了与高Tc氧化物超导单晶生长有关的晶体生长物理理论,以及制备超导氧化物单晶过程中的关键工艺问题,特别是影响其生长速率的因素以及提高生长速率的方法.同时,综述了目前国内外采用的制备方法.     

The Crystal Packing of Organic Molecules: Challenge and Fascination Below 1000 Da

Abstract

Studies and insights on the crystal packing of organic molecules are reviewed, beginning with the first investigations of intermolecular effects in the sixties, the early database studies in the seventies, and proceeding to the structure correlation principle and the Kitaigorodski approach to intermolecular analysis. Present-day instrumentation allows a new attitude towards organic small-molecule X-ray crystallography: connections with solid-state thermodynamics and kinetics are envisaged. Recent Cambridge Database studies, new intermolecular “bonds”, optimizations of crystal potentials, and crystal structure generation and prediction software, are critically analyzed, together with crystal engineering which, as it appears now, is a branch of synthetic organic chemistry. The future of theoretical studies of crystals, and more generally of all physical chemistry, is molecular dynamics; its use in simulating and describing solids, liquids and solutions is outlined, with special attention to crystal nucleation and growth. In summary, a broader definition of the crystallographically oriented scientist is sought, and it is argued that crystallography should not be surrendered to macromolecular chemistry without fighting.     

大尺寸钼-铌合金单晶的研制

报道了φ31mm×500mm大尺寸定向生长钼-铌合金单晶的研制情况,介绍了原料选用与制备时所必需遵循的原则,论述了坯料直径与生长单晶直径的关系,并分析了所研制的定向生长单晶的晶向偏角、力学性能和组织结构。     

单晶高温合金的选晶行为

对高温合金单晶选晶生长工艺进行了实验研究,揭示了螺旋选晶器和缩颈选晶器的原理,实验结果表明,在螺旋选晶器中,晶体横向拚优生长与螺旋结构的耦合作用,形成连续选晶过程,是螺旋选晶的主要原理,其选晶作用良好;而在缩颈选晶器中,几乎只存在单一的机械阻隔选晶行为,多重缩颈结构对于改善选晶作用并不明显,选晶效果不好。     

1200铝合金熔铸工艺研究

从熔铸方面总结了1200铝合金的一些特性，论证了该合金作为空调箔用料优于1100铝合金的一些方面。并从细化晶粒方式着手，讨论了不同细化剂对1200铝合金组织、性能等方面的影响。     

较低剪切速率下过冷熔体非枝晶组织的形成与演化

采用SCN-5H2O(摩尔分数,%)透明模型合金研究了较低剪切速率范围内过冷合金熔体中晶体的生长与演化行为.结果表明,在较大过冷度下,存在一个剪切速率阈值,当熔体剪切速率高于阈值,晶体能够以球状形态生长;当剪切速率低于阈值,晶体以枝晶形态生长.在较低剪切速率下,过冷度较大时,球晶失稳后呈枝晶形态,过冷度较小时,球晶失稳...     

单晶UBM在电子封装微互连中的研究进展

3D封装是未来电子封装制造技术领域的重要发展方向,3D封装中微凸点的尺寸将急剧降低,此时,芯片凸点下金属层(UBM)可能仅包含几个甚至单个晶粒。因此,UBM的晶体取向对界面金属间化合物(IMC)的形核和生长过程将具有显著影响,而界面IMC的特性会直接影响到凸点微/纳尺度互连的可靠性。因此,以单晶作为UBM研究界面物质的传输与IMC的生长规律,具有重要的理论和应用价值。本文对近年来以单晶Cu、Ni和Ag作为UBM焊点的界面反应进行综合分析,总结了单晶UBM上特殊形貌IMC晶粒的形成条件、界面IMC与单晶基体的位向关系、IMC的生长动力学过程、柯肯达尔空洞的形成规律、单晶UBM上IMC的晶体取向调控方法及晶体取向对无铅焊点力学性能和可靠性的影响,为评价单晶UBM凸点的力学性能和可靠性及提供指导。     

表层绝热对定向凝固Ni60合金涂层凝固行为的影响

采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体上制备Ni60合金涂层,在高频感应重熔+强制冷却处理条件下,研究了表面散热条件对涂层的组织结构、元素分布和性能的影响。结果表明:在自然散热条件,涂层形成了定向树枝晶结构组织,通过表面覆盖层的保护,改变表面散热条件,使涂层组织向具有熔结特征的等轴晶转变,并且形成了两个明显不同组织的区域,在靠近基体区域,组织细小致密,但组织和元素分布不均匀;而靠近涂层表面区域,组织具有长大现象,但元素和组织均匀性明显提高。相对于未加覆盖层涂层,附加覆盖层的涂层元素和基体元素在界面处具有更充分的扩散,基体元素向涂层中的扩散较涂层元素向基体扩散更加强烈。覆盖层的附加明显提高了涂层硬度,使涂层表面的宏观硬度由33.4 HRC提高到54.4 HRC,涂层截面的显微硬度由566.1 HV0.2提高到659.2 HV0.2。     

Relationship between solid/liquid interface and crystal orientation for pure magnesium solidified in fashion of cellular crystal

The relationship between the solid/liquid interface and the crystal orientation for pure magnesium,which grows in fashion of cellular crystal in unidirectional solidification,was investigated.The results show that the energy of the solid/liquid interface is the lowest during cellular crystal growth of pure magnesium;and the solid/liquid interface is covered by the basal face{0001}and by the crystal face made up of three atoms located at the orientation{0001}<0100>and two atoms located at the inner of magnes...     

TC17钛合金自表面纳米化机制及组织演化

采用二元合金晶体相场模型,耦合原子密度场和浓度场,在扩散时间尺度上模拟过冷熔体的形核,生长及粗化过程.研究表明:增加冷却速率,模拟区域内晶核富集,快速长大;一定范围内,随着冷却速率增大,晶粒尺寸减小,组织细化;晶粒长大过程中,晶界主要依靠位错的迁移或攀移进行运动.二元合金模拟还可以应用到枝晶凝固、外延生长,调幅分解中,前景广阔.