无铅焊点金属间化合物的纳米压痕力学性能

研究Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的IMC在150℃下等温时效的生长情况,时效时间分别为100,300,500,1000 h.拟合出IMC的厚度与时效时间的关系,采用纳米压痕仪进行纳米压痕试验,发现Cu6 Sn5与Cu3 Sn的变形机制不同.Cu6Sn5为非连续性塑性变形,表现为压痕过程中的锯齿流变;Cu3 Sn的压痕曲线比较平滑.随Cu6Sn5厚度的增加,Cu6 Sn5的弹性模量和硬度没有太大变化.对时效100,500 h后的Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的过渡区进行纳米压痕试验,发现Cu,Cu3Sn,Cu6 Sn5和Sn3.0Ag0.5Cu的硬度大小顺序为Cu6 Sn5＞ Cu3 Sn＞ Cu＞ Sn3.0Ag0.5Cu.     

无铅焊点及其内部金属间化合物的力学性能研究

采用纳米压痕技术对无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)及其内部界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)的力学性能进行测试。根据实际工业工艺流程制备无铅焊点试样;利用接触刚度连续测量(CSM)技术对焊点及内部IMC层进行测试,得到IMC层及无铅焊点的弹性模量、硬度等力学性能参数,并根据载荷-位移曲线的保载阶段确定蠕变应力指数。结果表明,Sn0.7Cu的IMC层的弹性模量和蠕变应力指数为无铅焊点的2.03和6.73倍;对无铅焊点的可靠性评估中,将IMC层的影响考虑进去使得结果更为合理。     

U-Cu金属间化合物制备与表征的研究

为了提高核工程系统中核材料的相容性和安全性,贫铀金属间化合物的物理化学行为是技术上值得十分关注的问题。这是因为,有时这些金属间化合物以夹杂形式存在于材料中;有时核材料不可避免的与包壳材料如钢、锆、铝和铜等接触并形成化合物。因而U金属间化合物特性研究及其相容性预测需要制备并表征这些金属间化合物。本项目拟采用材料基因工程研究方法,制备了U-Cu等金属间化合物,利用纳米压痕、SEM、能谱仪等表征了化合物的形貌、成份和力学性质如弹性模量、硬度等。结果显示在一定压力和温度作用下,在金属U和Cu界面获得了一定厚度的金属间化合物。扩散层成份为Cu和U,Cu/U比例约为78:22。对界面化合物进行了微区纳米压痕测试,结果显示U-Cu化合物弹性模量为121 GPa,压入硬度为5.2 GPa,热膨胀系数为7.3×10_-5K_-1。U-Cu化合物的应变硬化效应比金属U明显。金属U应变率效应比U-Cu化合物明显。     

碳化物对铌基多相合金力学性能和组织结构的影响

采用纳米压痕和原子力显微镜对Nb-21Ti-4C-x Al(x:0,5,10,15 at%,下同)、Nb-35Ti-4C及Nb-25Ti-8C合金Nbss、(Nb,Ti)C、Nb3Al及相界面的力学性能和变形行为进行了研究。研究表明:Ti、Al元素合金化能有效提高Nbss的硬度,且Al强化效果优于Ti;高硬度的碳化物、Nb3Al与Nbss界面结合良好是理想的增强相。热处理后(Nb,Ti)C内部析出二次Nbss,改善了碳化物的变形行为,提高了韧性;热处理后Nbss内部组织均匀化及位错密度降低导致Nbss硬度下降。Ti、Al、C原子含量变化及热处理对Nbss的弹性模量影响不大。     

深冷处理对Cu-Zn合金微观力学性能的影响

用纳米力学测试系统测试经深冷处理前后Cu-Zn合金的微观力学性能,利用金相显微镜对深冷处理前后Cu-Zn合金的组织进行分析。在此基础上,探讨了深冷处理对Cu-Zn合金微观力学性能的影响。结果表明:深冷处理能增大Cu-Zn合金的硬度、弹性回复系数和硬弹比,有效提高了该合金的抗塑性变形能力。     

热处理温度对生物医用Ti87Nb8Sn5合金微观组织和力学性能影响

采用X射线衍射仪、光学显微镜、万能试验机、显微硬度计以及纳米压痕仪等研究了不同热处理温度下Ti_(87)Nb_8Sn_5合金的显微组织和力学性能。结果表明:铸态和在773 K热处理下合金的组织是由大量α-Ti相和少量的第二相Ti_3Sn相所组成,在873 K和973 K热处理下合金的组织是由大量的α-Ti和少量β-Ti相所组成。室温铸态试样以及在773 K热处理试样的应力-应变曲线呈现出超弹性;而在873 K和973 K热处理的合金具有高的屈服强度,大的塑性形变以及大的弹性能。在873 K和973 K热处理下合金的约化弹性模量(E_r)值分别为43.3 GPa和36.2 GPa,接近人骨的弹性模量值(10～30 GPa)。另外,在873 K和973 K热处理下合金具有大的H/E_r和H~3/E■值,说明了该热处理条件下合金分别具有高的耐磨抗力和高的耐磨性。     

Ni-25Al-15Cr多相金属间化合物的显微组织

研究了Ni-25Al-15Cr(摩尔分数,%)多相金属间化合物合金的显微组织及热处理对其组织的影响。结果表明：1200℃24h均匀化后的冷却速度不仅影响β相中α-Cr析出物的尺寸,且影响β相的成分及体积分数;空冷后时效,β相分解成γ     

时效处理对2A43铝合金微观组织和力学性能的影响

基于纳米压痕等技术,研究了时效处理对2A43铝合金微观组织和力学性能的影响。采用金相（OM）、透射电镜（TEM）、X射线能谱（EDS）以及扫描电镜（SEM）化学分析方法对比2A43铝合金在两种状态下的变化。结果表明,原始2A43铝合金和经过T6热处理后铝合金的硬度和弹性模量均随着载荷的增大而减小。在经过热处理后的铝合金表面形成了更多的韧窝,这是由于时效处理后合金元素会析出细小的弥散相,形成硬化相,而这些硬化相会对于铝基体起到强化作用。同时,经过时效处理后的铝合金仍具有较好的结构均匀性,其硬度相比原始的2A43铝合金显著增大。     

Sm对挤压Mg-6Al-1.0Ca-0.5Mn镁合金微观组织及力学性能的影响

制备了Mg-6Al-1.0Ca-0.5Mn-x Sm(x=0.5,1.5,4.5,质量分数,%)合金,研究了合金的显微组织和力学性能。实验结果表明,随着Sm质量分数的增加,Al_2Sm相主要在晶内析出且体积分数增加,相反Mg_(17)Al_(12)相的体积分数降低;挤压后合金发生动态再结晶,晶粒细化。在室温条件下,含1.5%Sm合金显示了最佳的力学性能,其极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为316 MPa,148 MPa和21.3%。该合金优异的力学性能主要是由于晶粒细化、Al_2Sm颗粒的弥散强化和减少Mg_(17)Al_(12)相的析出。     

Mo元素含量对TiAl合金微观组织及力学性能的影响

设计了4种不同Mo含量的TiAl合金,使用扫描电子显微镜、纳米压痕、热模拟压缩等手段对Mo-TiAl合金的微观组织以及力学性能进行了研究。结果显示,随着Mo含量升高,组织中γ相含量逐渐减少,而β相含量逐渐增多。Mo元素主要以β相的形式存在于TiAl合金中。在热等静压过程中,Mo元素从γ相和α₂相向β相中扩散;Mo-TiAl合金的纳米压痕硬度在Mo含量为1.59%（原子分数,下同）时达到最大,并且纳米压痕硬度和片层间距呈负相关;随着Mo含量升高,Mo-TiAl合金热压缩流变应力降低,Mo含量为2.11%和3.94%的TiAl合金由于Al元素偏析导致其塑性较差。     

连续冷却对Al-4%Cu合金时效组织和性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜观察、选区电子衍射、电阻率测试、硬度测试和Monte Carlo模拟等方法,研究连续冷却对Al-4%Cu合金(质量分数)时效组织和性能的影响。结果表明,实验合金的连续冷却脱溶产物主要包括θ相、θ′相和θ″相,不同冷却条件形成的析出相组态会导致合金的硬度曲线、电阻率曲线不随冷却速率的降低而单调降低。冷却析出的θ″相作为时效强化相的前驱体能够加速时效强化相析出,导致合金的时效硬化曲线峰值时间提前,但是极慢的冷却条件消耗了大量的溶质原子,导致时效驱动力下降。Monte Carlo模拟表明,连续冷却脱溶导致的残余溶质质量分数降低会减慢Cu原子团簇的形成速率,当残余溶质质量分数低于2%时,模拟时效1800s合金中仍然不会出现明显的团簇,降低了时效强化效率。     

有限元与Monte Carlo方法耦合的冷轧纯铝板再结晶模拟

利用有限元软件ANSYS模拟的冷轧铝板应力场及其相应的储能场,在假设的介观非均匀储能场基础上,考虑冷轧铝板的宏观能量场的非均匀性,实现了金属变形的有限元方法与Monte Carlo 再结晶模拟方法的耦合,有效地模拟非均匀储能场基础上的冷轧铝板再结晶过程,结合现有的理论与实验结果,比较和验证了两个极限储能部位的介观结构拓扑组织和再结晶动力学参数,得到较为理想的结果。     

异常晶粒长大的Monte Carlo模拟

采用作者提出的Monte Carlo Potts新模型, 模拟研究了高纯铝在各向异性晶界能和晶界迁移率条件下晶粒长大的组织、动力学和晶粒尺寸分布特征, 揭示初始组织织构强度对异常晶粒长大的影响规律。 结果表明： 各向异性晶界能和晶界迁移率使晶粒尺寸不均匀、 形状不规则, 降低了晶粒长大指数,晶粒尺寸分布偏离对数正态分布; 异常晶粒长大只出现在中等强度的织构组织中, 而不会在太强或太弱织构组织中出现。 理论分析认为各向异性晶界能和晶界迁移率是异常晶粒长大的内因,织构是引起异常晶粒长大的外因, 其强度决定了异常晶粒长大是否出现。     

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。     

Pt-Rh二元合金系表面偏聚的分析型EAM模型计算

应用分析型EAM多体势和Monte Carlo模拟方法研究了Pt-Rh合金系的表面偏聚情况．模拟结果显示,不同Pt含量的合金以及不同的表面,最外层都富集Pt原子,次外层富集Rh原子,剖面成分呈振荡分布．(111)面和(100)面的成分偏聚量差别较大：(111)面的Pt原子偏聚量较(100)面小得多,且前者只有最表面3层原子发生偏聚,而后者的成分偏聚影响表面至少10层．模拟结果与已有理论和实验结果符合得很好．     

Kinetic Monte Carlo simulation of microalloying effect in Al-Ag alloys

The kinetic Monte Carlo method, which based on the Multi-States Ising Model, was applied to simulate the effect of microelements on the microstructural evolution of Al-Ag alloys during initial aging stage. The simulation results suggest that the microelements In, Sn and Be have a dramatic depression effect on the Ag clustering because of their strong tendency to co-existed with vacancies. There are no significant effects on the process of Ag clustering in Al-Ag alloys containing Li or Cd, because of little interaction between Li/Cd and Ag/vacancies. Microelements can influence the aging by interacting with vacancies and the atoms of precipitated composition, in which the former seems more important. In this model, ＂vacancy-locking＂ and ＂vacancy clusters＂ are two important mechanisms in the aging process.     

NdFeB合金粉末脱氢-再结合过程组织演变和晶粒生长的Monte Carlo模拟(英文)

基于歧化态NdFeB合金粉末脱氢-再结合相变过程中晶粒长大的机理,建立MC物理模型,实现了在不同脱氢-再结合处理温度下,再结合Nd2Fe14B相的晶粒生长过程结构演化的计算机模拟,以及晶粒生长动力学的研究。分析表明:该模型能较好地模拟脱氢-再结合过程的晶粒生长过程,并且在模拟时间区间内,平均晶粒生长指数n≈0.8,高于标准值0.5。     

微量元素对Al-Ag合金时效早期微结构演变影响的Kinetic Monte Carlo模拟研究

采用基于Multi-States Ising Model的Kinetic Monte Carlo算法,模拟研究了添加微量元素对Al-Ag合金时效初期微观结构的演变过程的影响。结果表明：在Al-Ag合金中,In,Sn,Be元素显著地抑制了合金时效初期的Ag原子偏聚,这是这些元素的原子与空位强烈地相互作用的结果。Mg元素对Ag原子的偏聚的抑制次之,添加Mg元素的合金,时效过程中出现了Mg-Ag原子团簇和Ag-Mg-Va团簇,Mg-Ag之间以及Mg-Va之间的共同作用影响了Ag原子的偏聚。Li,Cd原子与Ag原子和空位均无明显作用,因此Li和Cd元素对时效早期Ag原子的团聚影响较小。微量元素是通过与构成析出相的主要溶质元素以及空位的相互作用来实现对原子偏聚过程的影响,进而来影响Al-Ag合金的时效过程的,其中微量元素与空位的相互作用起到关键的作用。锁定单空位和空位团聚进而降低空位可动性是影响Al-Ag合金时效过程的两种重要机制。     

双相软磁合金晶间非晶相Curie温度的增强效应

控制退火处理工艺使Fe73．5Cu1Nb3Si13．5B9非晶合金发生纳米晶化,获得不同晶粒尺度和晶相体积分数的非晶纳米晶双相组织状态．基于铁磁学严格Heisenberg自旋交换模型,构造适合非晶纳米晶双相结构要求的双相自旋团聚点阵．采用Monte Carlo模拟方法对上述双相自旋交换耦合点阵进行数值模拟计算．实验测定了经不同退火处理后双相Fe73．5Cu1Nb3Si13．5B9合金的纳米晶粒大小、纳米晶相所占体积分数以及晶间非晶相厚度对晶间非晶相Curie温度的影响．发现晶间非晶相Curie温度与其厚度的倒数成线性关系．模拟计算与实验测量结果相符．