Ni对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响

用原子探针层析技术和时效模拟方法,研究了不同Ni含量并且提高了Cu含量的反应堆压力容器（RPV）用模拟钢中富Cu、富Ni和富Mn原子团簇的形成。结果表明,提高钢中的Ni含量会促使富Cu原子团簇的析出,富Cu原子团簇中含有Ni和Mn。实验检测到富Ni的原子团簇,团簇中含有Cu和Mn,富Ni原子团簇可以作为富Cu原子团簇析出时的形核区。实验还检测到富Mn原子团簇,当Mn原子团簇中含有较高的Ni时,它也可以成为富Cu原子团簇析出时成核的地方。由于钢中的合金元素Ni在形成富Ni原子团簇后会成为富Cu原子团簇析出时成核区,因而提高Ni的含量将促进富Cu原子团簇的析出,这是合金元素Ni会增加压力容器钢中子辐照脆化敏感性的本质原因。     

快速微波燃烧法制备的Cu-Ni合金纳米粒子结构和磁性能(英文)

采用微波燃烧法制备Cu2+和Ni2+摩尔比分别为3:7,4:6,5:5,6:4和7:3的Cu-Ni合金纳米粒子,采用XRD、HR-SEM、EDX和VSM对所制备的样品进行表征。X射线衍射和能谱分析表明,在样品制备过程中形成了纯合金粉末。样品的平均晶粒尺寸为21.56~33.25 nm。HR-SEM像显示样品具有集群/团簇粒状形态结构。VSM分析结果表明,对于低Ni含量的合金(Cu5Ni5,Cu6Ni4和Cu7Ni3),样品显示顺磁性,而对于较高Ni含量的合金(Cu3Ni7和Cu4Ni6),样品呈现铁磁性。     

基于稳定固溶体团簇模型的无扩散阻挡Cu合金薄膜的成分设计

随着超大规模集成电路的发展,器件特征尺寸不断缩小,必然会出现Cu互连扩散阻挡层厚度无法进一步减小等瓶颈问题。因此,开发新型无扩散阻挡层Cu合金薄膜(Cu种籽层)势在必行。该新型互连结构在长时间的中高温(400~500℃)后续工艺实施过程中,需同时具备高的稳定性(不发生互扩散反应)和低的电阻率。基于此,首先综述了目前无扩散阻挡层结构的研究现状及问题,然后对基于稳定固溶体团簇模型设计制备的无扩散阻挡Cu-Ni-M薄膜的研究工作进行了梳理,通过多系列薄膜微观结构、电阻率及稳定性的对比,深入探讨了第三组元M的选择原则及其对薄膜热稳定性的影响。为进一步验证稳定固溶体团簇模型的有效性,对第二组元的变化进行了相关讨论。结果证实,选取原子半径略大于Cu、难扩散且难溶的元素作为第三组元M,薄膜表现出良好的扩散阻挡能力;当M/Ni=1/12,即合金元素完全以团簇形式固溶于Cu基体时,薄膜综合性能达到最优,能够满足微电子行业的要求。所有研究表明,稳定固溶体团簇模型在无扩散阻挡层Cu合金薄膜的成分设计方面十分有效,该模型也有望在耐高温Cu合金及抗辐照材料成分设计方面推广使用。     

Cu对6082铝合金两级时效工艺的影响

采用三维原子探针研究了添加元素Cu对6082Al-Mg-Si合金两级时效过程中硬度变化的影响.研究结果表明:在先低温时效后T6时效的两级时效过程中,时效的第二阶段含Cu的6082Al-Mg-Si合金硬度始终高于不含Cu合金的硬度.在先高温时效后T6时效的两级时效过程中,含Cu的6082Al-Mg-Si合金硬度始终高于不含Cu合金的硬度.这是因为元素Cu促进了时效过程中团簇的形成,使合金在时效初期形成大量团簇.因此,元素Cu使合金中的强化相增多,合金的硬度提高.     

Cu-Ti-Zr-Ni块体非晶合金的结晶组织分析

采用XRD与TEM技术分析了块体非晶合金Cu52.5Ti30Zr11.5Ni5超过临界形成直径后的结晶组织,发现合金体系中存在CuTi2-Cu10Zr7、Cu3Ti-CuZr、Cu3Ti-Cu10-Zr7-CuZr等共晶组织形式,说明该多元非晶合金的深共晶点是由多个低元的共晶反应组成,熔体中与Cu10Zr7结构类似的局域团簇结构,对该系合金的玻璃形成能力具有重要影响.     

In-5％Cu合金的液态结构与粘滞性研究

利用高温液态金属X射线衍射仪研究了In-5％Cu合金熔体的结构。结果表明：随温度由400℃升高到900℃，In-5％Cu合金熔体的平均最近邻原子间距ri总体上呈现出减小的趋势，原子配位数Ns的变化比较复杂，R1和Ns都在600℃左右出现转折，原子团簇出现热收缩现象，其结构在600℃附近出现异常变化。利用回转振动粘度仪对In-5％Cu合金在液相线以上不同温度进行粘度测量的结果表明：随温度升高，In-5％Cu合金熔体的粘度值减小，总体上呈现指数变化规律，在600℃左右发生突变.粘度突变温度与结构突变温度一致。     

Al-Cu-Li-xMg合金时效初期微结构演变的Monte Carlo模拟

采用基于Multi-States Ising Model的Monte Carlo算法,模拟研究了Al-Cu-Li-xMg合金时效初期微观结构的演变过程,结果表明:时效早期,在Al-1.2Cu-5.7Li合金中微结构的主要形态是Li原子团簇、Li-Cu原子对和空位团簇,且空位团簇的出现多出现在Li原子团簇附近,形成共生形态;而Al-1.2Cu-5.7Li-xMg合金中,出现明显的Cu-Clusters,而Li原子的偏聚过程则受到抑制,且空位团簇的形态也发生了变化,多与Cu-Mg原子团簇形成共生形态;微量Mg的作用是通过Mg/Li原子间存在强烈的相互作用调整Li原子团簇的偏聚形态,导致大量被Li原子Clustering过程锁定的Cu原子和空位被置换出来,进而影响Li、Cu原子团簇的形态和空位的分布形态,并影响随后的析出相分布形态.     

添加Al对Cu基合金非晶形成能力影响的团簇模型

在二元Cu-Zr合金中添加Al元素可明显提高合金的非晶形成能力.根据非晶与其晶化相存在结构遗传关系,以Cu-Zr基非晶晶化相Cu10Zr7中的Cu6Zr5阿基米德反棱柱为团簇模型,利用离散变分方法从电子层次研究了Al元素对Cu基非晶合金团簇稳定性的影响.结果表明:当团簇中加入一个Al原子时,Fermi能级处的态密度明显降低,团簇稳定性提高;但继续加入Al原子,Fermi能级处的态密度又开始上升,态密度处于较高位置,团簇稳定性下降;计算结果与实验结果相吻合.     

Mo-30％Cu复合材料加Ni活化烧结工艺研究

采用添加过渡金属元素活化烧结的方法,对Ni活化烧结Mo-30％Cu复合材料进行研究,并对其烧结机制进行了研究分析.结果表明,Ni的加入加速了Mo-30％Cu的烧结进程,提高了致密性.其主要原因是Mo的过剩空位的形成导致致密性的提高.     

钛合金中的有序化Ⅰ:电子结构根源

提出了用超原胞总能计算合金有序能的方法,用第一原理方法系统研究了二元钛合金α-Ti-X(X=Al,Si,Ga,Ge,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu)中的有序化或团簇化倾向.研究结果表明,Ti-SM合金有强烈的有序化倾向,而Ti-TM合金中合金原子有团簇化倾向.发现Ti-SM合金和Ti-TM合金中有序化或团簇化由不同的因素决定.     

基于3DAP及第一性原理的Al-Si-Cu-Mg合金团簇及沉淀演变

基于Three Dimensional Atom Probe(3DAP)以及First-Principles对Al-Si-Cu-Mg合金中团簇及后续沉淀的演变过程进行了研究。3DAP试验表明,Al-1.0Si-1.5Cu-0.5Mg合金时效0.25h后基体中主要存在点状的Si-Si团簇、Si-Mg团簇、Si-Mg-Cu团簇,与第一性原理计算所表明的以上各结构中溶质原子间结合较强的结果相符,同时由于大量Si原子的扩散聚集,导致Si-Cu团簇结构出现;时效0.25~2h后基体中Si、Mg、Cu原子继续聚集,点状的Si-Si、Si-Cu、Si-Mg团簇长大并向针状的Si-Mg-Cu团簇演变;时效2~4h后,Si、Mg、Cu原子继续聚集,促进针状Si-Mg-Cu结构长大的同时,部分大尺寸的Si-Mg-Cu结构逐渐向板条状的Q′相转变,同时富Cu结构出现。     

球磨时间对WC-6％Ni硬质合金微观结构及性能的影响

以WC-6％Ni硬质合金为研究对象,采用不同球磨时间制备了5组合金试样,通过对烧结后合金磁、力学性能的检测及显微结构观察,分析研究了球磨时间对WC-6％Ni硬质合金的微观结构及其性能的影响.结果表明:球磨时间对WC-6％Ni硬质合金的微观结构和性能影响明显,过短的球磨时间导致合金中存在粗大WC晶粒,适当延长球磨时间可使WC晶粒得到细化并获得微观结构均匀的合金,但过长的球磨时间则会导致合金中粗WC晶粒的再次出现.随着球磨时间的增加,抗弯强度、硬度、矫顽磁力均随之经历先上升到峰值后下降的过程;而球磨时间对WC-6％Ni合金的密度影响很小.当球磨时间为36 h时,WC-6％Ni硬质合金具有最小的WC平均晶粒度和相对均匀的微观结构,合金抗弯强度、硬度及矫顽磁力出现峰值,分别为2 250 MPa、89.4 HRA、4.9 kA/m.     

利用APT研究铁素体时效钢中富Cu相和碳化物的偏析行为

铁素体时效钢样品经过880℃水淬、660℃调质处理,然后400℃时效4000 h后,利用三维原子探针层析技术(APT)研究了时效钢中晶界和基体中富Cu析出相和碳化物的偏析行为。结果表明:分析区域中Mn、Ni、Mo、C和Cu元素更容易在晶界处偏聚,形成富Cu团簇和碳化物,晶界处的纳米富Cu相为短棒状,其尺寸大小约为6 nm,团簇中的Cu原子含量为40at%。基体中的纳米团簇近似为球状,其尺寸和团簇中的Cu原子的数量密度都比晶界处小。在晶界处析出的富Cu团簇在碳化物之间,形成一种"夹层结构"。此外,富Cu团簇内部有Mn和Ni原子的偏聚,促进富Cu相的析出。     

微合金耐火钢晶界处碳化物的研究

将Nb-Mo-V微合金耐火钢在1200℃保温0.5h后淬火,在500℃回火0.5～4h,用场离子显微镜(FIM)和透射电子显微镜(TEM)研究晶界处的碳化物.结果发现,晶界处存在尺寸差异很大的Fe3C,晶粒内均匀分布着细小的Nb-V-C团簇.这是因为晶界处碳元素扩散速度快,很容易形核长大形成Fe3C,晶粒内合金元素扩散速度慢,只能形成Nb-V-C的团簇.     

Cu基Cu-Hf-Al(Ti)系三元块体非晶合金成分设计

利用团簇线判据研究了Cu基Cu-Hf-Al(Ti)三元体系块体非晶合金的形成规律。在Cu-Hf-Al和Cu-Hf-Ti体系中,分别以二十面体Cu8Hf5和附半八面体的阿基米德反棱柱Cu6Hf5两个二元团簇成分为起点,向第三组元Al和Ti连线,得到4条团簇线Cu8Hf5-Al、Cu6Hf5-Al、Cu8Hf5-Ti和Cu6Hf5-Ti。在团簇线上设计合金成分并采用铜模吸铸的方法制备直径为3mm的合金棒。XRD和热分析实验结果表明,在这4条团簇线上块体非晶合金的形成区域分别为Cu8Hf5-Al(2～6at%)、Cu6Hf5-Al(2～8.3at%)、Cu8Hf5-Ti(9～15at%)、Cu8Hf5-Ti(5～11at%),其中每条线上具有最大玻璃形成能力的合金成分分别为Cu8Hf5Al0.83(Cu57.7Hf36.3Al6)、Cu6Hf5Al1.0(Cu50Hf41.7Al8.3)、Cu8Hf5Ti1.0(Cu57.2Hf35.7Ti7.1)、Cu6Hf5Ti0.83(Cu50.7Hf42.3Ti7),都近似满足(团簇)1(胶粘原子)1非晶结构模型。     

基于团簇线的Fe-B-Y基五元块体非晶合金

在三元Fe-B-Y合金系中,以团簇线判据设计了5个基础合金成分,即5条成分线Fe8B3-Y,Fe8B2-Y,Fe83B17-Y,Fe6B-Y和Fe9B-Y与一条团簇线Fe12Y-B的交点.在此基础上加入微量Nb和M(M=Ti,Hf, Ta,Mo,Ni和Sn)形成五元合金,用铜模铸造方法制备出直径为3 mm的合金棒.考虑到元素B和Y在合金制备过程中的损耗,对每个合金进行了成分修正.在M=Ti,Hf,Ta和Mo时,能够形成块体非晶合金的三元基础成分均接近Fe8B3-Y与Fe12Y-B两条团簇线交点成分,表明其对应的基础团簇为Archimedes八面体反棱柱Fe8B3.最佳非晶成分为(Fe69.9B24.6Y5.5)96Nb2Ti2,其Tg=944 K,Tx=997 K,Trg=0.666.当M=Ni和Sn时,均没有得到块体非晶合金.     

用于燃料电池双极板的不锈钢成分优化

利用团簇式方法,通过对Fe-Cr-Ni合金进行成分精修,在保持合金良好耐蚀性的同时,提升不锈钢的导电性.首先,解析316L不锈钢的成分,获得其Fe-Cr-Ni基础成分的理想团簇式[Ni-Fe11Ni1]Cr3,进而,固定Cr3,将Ni含量(质量分数)从6.63％变到32.74％,得到符合团簇成分通式[Ni-Fe13-x...     

基于团簇结构模型的镍基高温合金成分设计

应用“团簇加连接原子”结构模型对镍基高温合金成分进行了解析,指出了这些合金均源自基础团簇式[Cr-Ni12]Cr3,其中[Cr-Ni12]为在FCC结构中以Cr为心的立方八面体团簇,搭配以3个Cr作为连接原子.根据合金化组元与基体Ni的混合焓大小确定其在团簇式中的位置,最终形成多元合金化后的团簇式[(Al/Ti/Nb)-(Ni/Fe/Co)12](Cr/Al)3.采用铜模吸铸快冷技术制备φ10 mm的合金棒,并对其在1373 K保温2h后空冷.结果表明团簇式中含有一个Al时会有细小的γ'相析出,含有两个Al时[Al-(Ni10Fe2)](Cr2Al)合金中γ'相球形析出,粒子尺寸为30 ～ 60 nm;硬度测试表明前者强化效果不明显,后者由于γ'粒子长大使得合金硬度提高.当Al/Ti/Nb等比例占据团簇心部时,[(Al1/3 Ti1/3 Nb1/3)-(Ni10 Fe2)]Cr3合金的硬度最高,为2.86 GPa.     

Sn-Cu钎料液态结构的研究

利用高温X射线衍射仪测试了Sn-0.7Cu和Sn-2Cu(质量分数,%)钎料在260,330和400 ℃的液态结构.在共晶Sn-0.7Cu钎料熔体中仅存在短程有序结构; Sn-2Cu在260 ℃下的结构因子曲线小角度区域出现预峰,表明熔体中除存在短程有序结构外还存在中程有序结构.中程有序结构与Cu6Sn5团簇的形成有关,团簇的数量随温度的升高而迅速减少,在400 ℃时消失,Cu-Sn间的交互作用不再存在.通过计算得到了两种钎料合金熔体的相关半径rc和配位数Nmin,给出了它们随温度的变化趋势.对径向分布函数(RDF)的Gaussian分解显示,Sn-Cu钎料液态中Cu-Sn团簇的尺寸随着Cu含量的增加而增大.     

合金相团簇规律及其在Zr-Al-Ni非晶体系中的应用

研究多个典型非晶形成体系合金相结构中的团簇规律,指出在合金相结构中团簇之间以不同方式共享原子的事实。共享后的有效团簇到合金相的连接方式有两种,一种是共享后的团簇成分就是相成分,无须连接原子,另一种是共享后的团簇加上连接原子才能构成空间相结构(这类相称之为团簇相)。这种方法使得对合金相的结构有了一个全新的理解。在典型的非晶形成体系Zr-Al-Ni中,团簇相有3个:AlNiZr-Fe2P结构,Al2NiZr6-InMg2结构和Al5Ni3Zr2-Mn23Th6结构。通过此项工作还提出了基于合金相结构来确定与非晶形成相关的团簇的方法,即与非晶相关的团簇一般为团簇相里出来的孤立团簇,这一结论在Zr-Al-Ni体系中得到了很好的验证。