BEHAVIOR OF CERIUM IN GRAIN BOUNDARY SEGREGATION AND ITS INFLUENCE ON EQUILIBRIUM SEGREGATION OF PHOSPHORUS AT GRAIN BOUNDARIES IN α-IRON

用TEM+EDAX和AES方法研究了Fe-0.3％P-0.16％Ce和Fe-0.3％P合金Ce和P的晶界平衡偏聚及Ce对P平衡偏聚的影响,并且对合金的脆性做了研究.结果表明,Fe-0.3％P-0.16％Ce合金晶界有Ce和P的共偏聚,磷的平衡偏聚量不低于Fe-0.3％P合金,但是脆性却由于Ce的偏聚而显著改善.本文从界面二维相的观点讨论了Ce和P在晶界的相互作用.     

Ce在α-Fe晶界的偏聚及其对磷的晶界平衡偏聚的影响

用TEM+EDAX和AES方法研究了Fe-0.3%P-0.16%Ce和Fe-0.3%P合金Ce和P的晶界平衡偏聚及Ce对P平衡偏聚的影响,并且对合金的脆性做了研究.结果表明,Fe-0.3%P-0.16%Ce合金晶界有Ce和P的共偏聚,磷的平衡偏聚量不低于Fe-0.3%P合金,但是脆性却由于Ce的偏聚而显著改善.本文从界面二维相的观点讨论了Ce和P在晶界的相互作用.     

稀土Ce在α-Fe中占位倾向与作用机理的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),计算了Ce原子在α-Fe晶内、晶界和自由表面的杂质形成能,在此基础上,研究了稀土元素Ce在α-Fe中的占位倾向,并根据Rice-Wang热力学模型讨论了Ce元素在晶界的韧脆化作用。结果表明:Ce倾向于偏聚在α-Fe晶界区,此外,Ce在晶界和自由表面的杂质形成能之差小于零。α-Fe晶界掺杂Ce前后的电子结构显示,Ce占位于晶界后,为掺杂区提供了更多的电子用于成键,与晶界上相邻Fe原子的作用加强,使掺杂区产生由金属键向离子键变化的趋势,也使晶界上Fe原子的成键态能量比重增加,从而增强了掺杂区原子之间的结合能力。同时,Ce加入后与晶界上Fe原子外层轨道发生较为强烈的相互作用,并使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系总能量。     

稀土对Ni9铸钢晶界裂纹倾向的影响SCIEI

Ni9铸钢晶界裂纹的形成主要与晶界偏聚杂质元素H,S,P有关;添加稀土后,消除了杂质元素H,S,P在晶界的偏聚,加强了晶界结合力,使晶界裂纹倾向明显降低。     

TEM+EDX技术分析铈和磷在α-Fe晶界的偏聚

提出了用TEM+EDX技术分析溶质在晶界的偏聚所必需的近似处理方法。用该技术分析了Fe-0.3％P-0.16％Ce合金中铈和磷的晶界偏聚,并将结果与AES在同一合金中的结果进行比较。结果表明,TEM+EDX结合所提出的近似处理方法研究溶质的晶界偏聚现象是可行的。在Fe-0.3％P-0.16％Ce合金中测得铈和磷在晶界上有较高浓度的共偏聚。本文还研究了铈在α-Fe晶界平衡偏聚的规律。     

磷元素的非平衡晶界偏聚对A690M海洋环境用钢耐海水腐蚀性能的影响

采用俄歇能谱分析了A690M海洋环境用钢在600℃回火过程中磷元素的晶界偏聚行为,结合极化曲线和腐蚀锈层的微观分析探讨了P元素晶界偏聚对A690M钢耐海水腐蚀性能的影响。研究表明:A690M钢中P元素的晶界偏聚符合空位-溶质原子复合扩散导致的非平衡偏聚机制;P的晶界偏聚含量越高,锈层内部越易形成层状磷疤坑,使板坯耐海水腐蚀性能降低。     

利用APT对RPV模拟钢中界面上原子偏聚特征的研究

核反应堆压力容器(RPV)模拟钢样品经过660℃调质处理和370℃时效3000 h后,用原子探针层析法研究了晶界和相界面上原子偏聚的特征.结果表明,Ni,Mn,Si.C,P和Mo在晶界处均有不同程度的偏聚,偏聚倾向由强到弱依次为:C,P,Mo,Si,Mn和Ni.Cu在晶界处会出现贫化现象.Si在晶界上的偏聚程度与晶界的特性有关.在这几种元素中,C在晶界上偏聚的宽度最大,如以成分分布图中浓度峰的半高宽来比较,C的偏聚宽度是Mn,Ni和M0的1.5倍.在富Cu相与α-Fe的相界面处,Ni和Mn有明显的偏聚,而C,P.Mo和Si倾向偏聚在相界面的α-Fe一侧,且偏聚的程度比晶界处的低.     

Sc,La对Al-Mg焊料中杂质元素偏聚的调控作用

采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射仪,研究了添加微量钪、镧对铝镁焊料中杂质元素偏聚的调控作用. 结果表明,在铝镁焊料合金凝固过程中,铁、硅等杂质元素在晶界有偏聚效应,添加微量钪、镧可以降低铁、硅杂质在晶界的偏聚浓度. 钪与镧减轻杂质元素在晶界偏聚的效果存在差别,添加钪的合金比添加镧的合金晶界处杂质元素偏聚强度明显减弱. 造成这种差别的原因是,钪、镧对杂质元素偏聚的调控机制不同.     

Fe-C-Si-Mn晶界多元偏聚研究与热力学分析SCIEI

采用Auger谱仪、二次离子质谱仪(SIMS)对Fe-C-Si-Mn合金(475℃等温处理)原始奥氏体晶界C,Si,Mn元素偏聚进行了研究。根据C,Mn正偏聚,Si负偏聚的实验结果,对晶界碳偏聚偏克分子自由能及活度进行热力学计算,结果表明Si,Mn元素促进碳在晶界的偏聚,并降低了它在晶界上的活度。从而使Fe-C-Si-Mn合金上贝氏体等温C曲线右移的现象得到解释。     

晶界元素偏聚及其机理的研究进展

晶界成分偏聚对多晶材料的力学性能有很大影响,探明影响晶界成分偏聚的因素和偏聚机理,对改善材料性能和优化设计合金系统具有重要意义。本文通过归纳近几年来国内外原子尺度研究晶界成分偏聚及其机理的研究进展,分析了间隙原子,置换型原子和空位在晶界的偏聚及其对材料性能的影响,讨论了成分偏聚与合金元素择优占位行为的关系,总结了晶界成分偏聚对材料力学性能影响的根本原因。     

S,P在高速钢晶界上的偏聚与稀土元素的净化作用

本文用Auger能谱仪较详细地研究了S,P等杂质元素在高速钢铸态晶界和奥氏体晶界上的偏聚情况与稀土元素的净化作用。钢中的S,P含量不同,在晶界上偏聚的量也不同。加入稀土元素后,可以使偏聚在晶界上的S,P减少,并观察到了稀土能使晶界上的硫消失.文中对S,P在晶界上偏聚和稀土元素净化作用的原因进行了讨论。     

SEGREGATION OF S AND P ALONG GRAIN BOUNDARY IN HIGH SPEED STEELS AND CLEANING ACTION OF RE ELEMENTS

本文用Auger能谱仪较详细地研究了S,P等杂质元素在高速钢铸态晶界和奥氏体晶界上的偏聚情况与稀土元素的净化作用。钢中的S,P含量不同,在晶界上偏聚的量也不同。加入稀土元素后,可以使偏聚在晶界上的S,P减少,并观察到了稀土能使晶界上的硫消失.文中对S,P在晶界上偏聚和稀土元素净化作用的原因进行了讨论。     

微量溶质元素在金属晶界的偏聚

溶质元素在金属晶界的偏聚可以分为两类，即平衡偏聚和非平衡偏聚。本文回顾了这两类偏聚现象及其机理，着重讨论分析了有重要工程用途的三类典型的晶界偏聚：硼在奥氏体晶界的两类偏聚的实验规律及对硼钢淬透性影响；磷在奥氏体晶界的平衡偏聚及对钢回火脆性的作用，钢中的其他合金元素对磷的偏聚的影响；硼在多种金属间化合物的偏聚及对这些金属间化合物塑性的影响及其机理。     

Fe—P与Fe—P—Ce合金中的晶界磷偏聚及其对脆性的影响

用XPS,AES及系列冲击试验等方法对含磷0.032—0.22wt％的Fe-P和Fe-P-Ce合金中晶界偏聚磷的存在状态、偏聚特点及对脆性的影响进行了研究。结果表明,晶界上磷的存在状态与其偏聚量有关。当偏聚量较低时,为固溶态,且Ce的影响很小,而当偏聚量较高时,其存在状态改变,且Ce的影响显著。     

稀土铈在重轨钢中的行为机制研究

进行了在纯铁和重轨钢中添加稀土金属Ce的试验,并对铈和磷的聚集状态在扫描电镜下进行分析。结果表明:对于纯铁含Ce试样,生成的夹杂物主要是铈磷化物,主要富集在晶界上;对于加稀土铈的重轨钢试样,生成的夹杂物主要是氧化铈和磷酸铈,铈元素都偏聚在晶界上或晶界附近;稀土铈会使珠光体发生球化现象,珠光体间距增大,钢的力学性能下降。     

合金化元素对W-Cu体系多类界面特征影响的第一性原理计算

基于第一性原理界面模型对W-Cu复合材料体系中W/Cu相界、W晶界和Cu晶界的溶质偏聚行为进行了系列计算分析,定量化研究了W-Cu体系中多类界面的键合特征和Sc、Ti、Y、In等多种合金化元素的界面偏聚特点。结合W-Cu体系的偏聚能和电子结构计算,揭示了W-Cu体系中同种合金化元素在晶界偏聚和相界偏聚过程中可能存在的显著差异及其微观机理。通过W-Y和W-Sc体系中合金化元素添加结果的对比分析,阐述了强偏聚元素与界面稳定性之间的关联。进一步,结合晶界偏聚能、相界偏聚能、铜基固溶体形成能等计算,提出了W-Cu复合材料体系筛选溶质元素的基本判据,从原子尺度上为研究多相复合体系的合金化元素优选策略提供了普适性分析方法,同时为高性能W-Cu基复合材料的研发提供了新的设计思路。     

高强耐火钢中合金元素在焊接热循环作用下的偏聚行为

焊接热循环中合金元素的偏聚行为决定了热影响区粗晶区(CGHAZ)组织的演变。采用原子探针层析成像技术测定了高强耐火钢在模拟焊接热循环后基体和晶界的合金元素浓度。定量分析了C、Mn、Cr、Mo、Nb、V、Ti等元素在原奥氏体晶界附近的浓度。根据富集因子计算结果,得出元素偏聚程度大小顺序为C Ti Mo V Nb Mn Cr,且Mn和Cr在晶界处存在共偏聚现象。950℃时,晶界偏聚能为111.22 kJ/mol。合金元素在晶界偏聚降低了奥氏体的分解温度,抑制了晶界迁移。     

硼在金属间化合物Ni3Al晶界的平衡偏聚

应用扫描俄歇探针研究了硼在金属间化合物Ｎｉ３Ａｌ晶界的平衡偏聚特性。研究结果表明，硼在Ｎｉ３Ａｌ晶界的偏聚符合Ｌａｎｇｒｎｕｉｒ一ＭｃＬｅａｎ平衡偏聚理论；实验得到硼在Ｎｉ－２４ａｔ．－％Ａｌ合金中晶界偏聚自由能△Ｇ＝－２２１５９－２４．７４Ｔ（Ｊ／ｍｏｌ）：硼在Ｎｉ３Ａｌ晶界的偏聚受晶界结构和晶界化学环境的影响。不同结构的晶界存在着硼偏聚的不均匀性，硼在富镍晶界的偏聚比在富Ａｌ晶界更为显著，合金元素对硼在Ｎｉ３Ａｌ晶界偏聚的影响与其在Ｎｉ３Ａｌ中占据的亚阵位置有关。     

硼偏聚对超低碳微合金钢腐蚀行为的影响

通过设计热处理工艺使耐候钢中所含硼元素发生不同程度的晶界偏聚,并结合采用扫描电镜、能谱分析和电化学方法研究偏聚对该合金钢腐蚀行为的影响。结果表明:硼的晶界偏聚越强,样品的局部腐蚀就越严重,其表现就是钢基体-锈层界面愈加不平整。晶界硼偏聚首先对该钢初期腐蚀有促进作用,硼的晶界偏聚促进晶界择优腐蚀。在硼明显偏聚的样品的表面形成锈层后,腐蚀会沿晶界深入基体。致密锈层对Cl-的渗透有阻碍作用,使得靠近基体的内锈层中Cl-含量及Cl-/Na+比均低于远离基体的外锈层。电化学结果表明,试样偏聚的加重使得锈层腐蚀电流密度逐渐增大,自腐蚀电位也逐渐向负方向偏移,锈层整体上表现出保护性减弱。     

低合金钢中Cr对磷在晶界偏聚的影响

碳与杂质在晶界呈相互排斥,而碳为更强的晶界活性元素,因此杂质在晶界的偏聚受碳在α相中固溶度的控制.合金元素的加入使碳的固溶度降低,从而促进了杂质元素的偏聚.按照这个理论,本文对Guttmann的模型作进一步推广,提出了一个定量的模型.由此计算碳钢及铬钢中磷的晶界偏聚与实验结果符合得很好。