金属纳米晶粉体材料中的不连续晶粒长大

采用高能球磨法制备了Co纳米晶粉体,平均晶粒尺寸为(17±3)nm.设计了一系列宽温度范围的退火实验,考察纯Co纳米晶粉体的晶粒长大行为.实验发现,低温区和高温区的晶粒长大动力学有明显差异,而在中温区出现不连续晶粒长大特征.高分辨透射电镜观测表明:在低温区,纳米晶中存在较大比例的小角度纳米晶界,而在高温区则基本为典型的大角度晶界.结合纳米晶热力学计算和DSC分析,认为纳米晶粒在中温区的突发迅速长大是由残余储存能作为附加驱动力激发的动力学过程,其主导机制是通过相邻小角度位向差的纳米晶粒的转动而实现晶粒快速粗化.     

金属纳米晶热稳定性和晶粒长大行为的研究

推导出了金属纳米晶界的基本热力学函数,模拟计算了金属纳米晶界的吉布斯自由能随晶界过剩体积和温度的变化规律。以铜纳米晶材料为例,应用纳米晶热力学模型预测了纳米晶组织的热稳定性及纳米晶粒长大行为。将纳米晶界的热力学函数引入元胞自动机仿真算法,利用计算机模拟研究了金属纳米晶的变温晶粒长大过程。实验证实铜纳米晶粒长大的动力学特征符合纳米晶热力学模型的计算预测结果。     

ZL101非树枝晶名合金加热时的晶粒长大动力学分析

根据ZL101非树枝晶铝合金在575℃,578℃加热时的组织变化,分析了在等温处理时的晶粒长大动力学。在共晶温度以下保温时,初生相α－Al的长大较慢,晶粒长大因子为2．9,Si颗粒通过共晶相的部分熔化凝聚粗化。在共晶温度以上保温时,初生相α－Al晶粒迅速长大,晶粒长大因子为1．5,共晶相区域缩小,Si颗粒进一步粗化。     

基于热力学函数的纳米晶粒长大Cellular Automaton仿真研究

基于纳米晶热力学特性表征函数,将纳米晶热力学性质对晶界迁移的影响引入Cellular Automaton算法,对纳米晶粒长大行为进行了定量化和可视化的仿真研究.模拟结果表明,纳米晶粒长大的动力学与传统粗晶材料不同,在恒温条件下,纳米晶粒的长大指数n不是常数(传统粗晶材料的晶粒长大指数n=2为常数),随纳米晶粒长大过程的进行,n值从1.70至6.59发生变化.作为纳米晶粒长大的驱动力,纳米晶界的过剩自由能与纳米晶粒尺寸的变化直接相关.由于纳米晶材料强烈的小尺寸效应,纳米晶组织的热力学性质较大地影响纳米晶界的结构和能量状态,从而影响纳米晶粒长大的动力学特征.因此,只有结合纳米晶热力学特性的仿真研究才能获得对纳米晶粒长大行为本质性的认识.     

硬质合金中的晶粒长大抑制剂

综述了过渡族元素碳化物的种类、含量、加入方法对硬质合金晶粒长大抑制效果的影响,指出了它们的不足之处,介绍了其他一些具有细化晶粒作用的抑制添加剂,报道了最近的研究结果。     

纳米晶硬质合金进展

主要对纳米晶硬质合金研究中的几个热点领域 :纳米粉体制备 ,晶粒长大控制 ,低温烧结新型粘结剂等的发展状况进行了分析 ,并指出其中存在的主要难点问题 ,同时还对这些问题的解决途径和发展趋向进行了展望。     

晶粒形状对计算纳米晶NdFeB永磁材料退磁曲线的影响

用微磁学有限元法计算了纳米晶Nd2Fe14B水磁材料的退磁曲线。磁体模型中的晶粒分别为立方体晶粒和14面体晶粒。晶粒形状对计算的影响较小。     

纳米及超细复合粉添加对超粗晶硬质合金晶粒长大的影响及机制

在粗颗粒WC/Co混合粉末中分别添加平均粒径为100、250、400nm的WC-8Co复合粉,经球磨混合压坯后在不同温度进行Ar气保护烧结。针对烧结块体的形貌、晶粒尺寸及其分布进行了研究,并分析了复合粉添加对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响机理。研究发现,在WC/Co混合粉中加入纳米和亚微米复合粉末均可制备得到超粗晶硬质合金,且添加纳米复合粉烧结的试样平均晶粒尺寸达到9.3μm。烧结初期,纳米和亚微米复合粉通过增加混合粉末的表面能而有效促进WC晶粒长大;当达到液相烧结温度时,添加纳米复合粉的烧结块体中,由于小晶粒具有更大的溶解驱动力,促使小晶粒溶解并在周围大晶粒表面析出,进一步增大烧结块体的晶粒尺寸;添加亚微米复合粉的块体中,小晶粒WC呈集中分布,使其溶解驱动力较小,且析出主要发生在周围细小晶粒之间,达到溶解析出动态平衡,从而使烧结块体的平均晶粒尺寸增长缓慢。     

锻造TiAl基合金的晶粒长大及其动力学分析

研究了锻造TiAl基合金在1180到1320℃热处理时的晶粒长大过程,并分析了在等温热处理时晶粒长大的动力学在α相转变温度Tα以上等温热处理时,晶粒迅速长大,晶粒长大因子为2.4;在Tα以下等温热处理时,当热处理时间由10 min延长至4 h时,α晶粒不断长大,γ体积分数ψγ逐渐变化至平衡值,而γ晶粒尺寸Dγ增长较小继续延长热处理时间,显微组织没有明显的变化,α晶粒尺寸的极限值Dα0约为0.65Dγ/ψγ.提高热处理温度时,α晶粒长大速度加快,在1180,1220,1260和1300℃热处理时,α晶粒长大因子分别为2.9,2.8,2.65和2.5.     

纳米晶WC-Co硬质合金中WC晶粒度的定量测量

通过改进金相样品的制备方法,将纳米晶WC-10Co硬质合金在场发射扫描电镜10万倍放大倍率下可获得衬度良好、WC晶粒轮廓清晰的二次电子像.采用截距法定量测量了合金中WC晶粒尺寸,结果表明:WC晶粒尺寸分布范围为12～109 nm,平均晶粒尺寸45 nm,对应的三维WC平均晶粒度为70 nm.根据合金中WC在低角度(2θ≤50°)的(001)WC,(100)Wc和(101)wc晶面衍射峰数据,用X射线衍射Scherrer公式测定的WC晶粒度的统计平均值为91 nm,与定量金相分析结果接近并且都进入了纳米尺度范畴.实验还比较了WC晶粒的统计数量和人为因素对评估数据的影响.     

晶粒尺寸对纳晶双峰材料断裂韧性的影响

为了描述由纳晶基体和粗晶颗粒组成的纳晶双峰材料的断裂韧性,通过建立一个粘聚力模型来研究纳晶双峰材料的临界应力强度因子K_(IC)(表征材料断裂韧性)。考虑到纳晶双峰材料的一个典型情况:裂纹位于2个纳晶颗粒的交界面处,裂纹尖端与粗晶粒的晶界相交,假设粘聚区的尺寸等于纳晶颗粒的尺寸d。裂纹的钝化和扩展过程受位错和粘聚力的共同影响,刃型位错是从粘聚力裂纹的尖端发射,该过程对裂纹产生屏蔽效应。模型计算结果显示:当粗晶颗粒尺寸D确定时,K_(IC)随着纳晶材料晶粒尺寸d的增大而增大;当纳晶材料晶粒尺寸d确定时,K_(IC)随着粗晶材料晶粒尺寸D的增大而增大;相对于纳晶颗粒的尺寸,断裂韧性对粗晶晶粒的尺寸更加敏感。     

纳米组织锆合金氧化过程中ZrO2晶粒生长特性

研究了673 K,10.3 MPa条件下纳米锆合金氧化膜中ZrO2晶粒尺寸长大规律.结果表明,在纳米结构基底上形成的ZrO2,晶粒尺寸均小于在粗晶基底上所形成的ZrO2晶粒尺寸;在纳米结构基底上形成的ZrO2晶粒长大速率小于在粗晶基底上所形成的ZrO2晶粒长大速率.组织纳米化促进了更小尺寸ZrO2的形成,影响了ZrO2晶粒长大动力学过程.     

纳米材料中的界面

综述了纳米材料中界面的研究进展，着重总结了纳米材料的界面结构模型，讨论了界面对纳米材料力学性能的影响。     

纳米金属材料的强度与晶粒尺寸的关系

传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合H-P关系,然而,对于纳米金属材料,随着晶粒尺寸的减小,强度与晶粒尺寸的关系不符合H-P关系.这与纳米材料晶界(包括三叉晶界、四方晶界或晶隅)所占的体积分数有很大关系.对此,通过几种修正模型对该问题进行了分析.     

表面机械研磨处理制备纳米晶Ni的晶粒生长动力学

利用表面机械研磨处理(SMAT)技术在纯Ni上制备一定厚度的纳米晶表层,利用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了纳米晶Ni的晶粒生长动力学,计算了描述晶粒生长动力学的时间指数n和晶粒生长激活能Q.研究表明,纳米晶Ni在423～723 K退火时的时间指数n约为0.14.当纳米晶Ni在423 ～523 K退火时,其晶粒生长激活能Q为32.1 kJ/mol,表明在这一温度区间内晶粒生长由晶界和亚晶界的微结构重新排列所控制;当纳米晶Ni在523～723 K退火时,晶粒生长激活能Q为121.3 kJ/mol,表明在这一温度区间内晶粒生长由晶界扩散所控制.TEM观察表明纳米晶Ni在较高温度下退火时出现异常的晶粒长大现象.     

纳米结构锆-4合金腐蚀速率与晶粒尺寸的关系

建立了纳米结构组织锆-4合金腐蚀速率.晶粒尺寸关系模型,计算了高温下纳米组织锆-4合金和腐蚀速率曲线,并与纳米组织锆-4合金在400℃水蒸气中的腐蚀试验数据进行了对比.结果表明:与普通晶粒相比,纳米晶粒尺寸下锆合金的速率低于普通晶粒锆-4合金的腐蚀速率,随着纳米晶粒尺寸的减小,锆-4合金的腐蚀速率也降低;同时,纳米化组织处理推迟了锆-4合金氧化转折时间,使其抗氧化性能得到了提高.     

纳米碳化钨粉的制备及其热稳定性研究

采用固定床化学气相法存800℃碳化纳米α-W粉体制备成功晶粒尺寸为15nm左右的纳米WC粉体。用XRD分析测量了不同退火温度下纳米WC的晶粒尺寸。结果表明，随着退火温度升高，纳米WC粉体的晶粒尺寸随之增大，从原始晶粒尺寸15nm长大到1500℃时的47nm。同时在不同升温速率下测量纳米WC粉体的DSC曲线，并由Kissinger方程求得其晶粒长大激活能为3．494eV。     

电沉积宽晶粒尺寸分布纳米镍的拉伸变形组织与变形行为

选用直流电沉积制备平均晶粒尺寸为27.2 nm,宽晶粒尺寸分布(5～120 nm)的纳米镍(简称宽晶纳米镍),在室温采用拉伸应变速率(ζ)突变法测量其应变速率敏感指数(m).发现m随的减小而增加,特别在小于2×10-5s-1时,m快速增加,m在=5×10-6s-1时达到0.054,表明塑性变形过程中晶界扩散、晶界滑移很可能被激活.在室温进行循环加载-卸载拉伸测试,结果表明宽晶纳米镍晶内存储位错的能力十分有限,当拉伸应力达到1052 MPa,应变为7.8%时,晶内位错密度达到饱和.通过对拉伸断口附近的TEM观察,证实宽晶纳米镍在塑性变形过程中存在显著的类似粗晶中的晶内位错滑移.     

脉冲电沉积纳米晶体镍镀层热稳定性的研究

采用脉冲电沉积法制备了纳米晶体镍镀层，平均晶粒尺寸约为20nm。采用热分析法、透射电子显微镜(17EM)和X射线衍射方法(XRD)研究了纳米镍镀层的热稳定性。结果表明，纳米晶体镍镀层晶粒开始明显长大温度约为255℃，晶粒长大过程分为两个阶段：低温晶粒异常长大阶段(200～300％)和晶粒正常长大阶段(300～500％)。原始镍镀层的(111)和(200)面双织构在低温晶粒异常长大阶段仍存在，但在正常长大阶段逐渐消失。100％加热后镍镀层显微硬度略有增高，随后随着加热温度的升高不断降低。