固态反应周期层片型结构分析

Osinski等人在1982年发现的固态反应周期层片型结构至今仍然缺乏令人满意的理论描述．由于层片间存在相互吻合的形貌特征，因此该结构的形成被认为与固态反应过程中产生的扩散应力有关．高倍扫描背反射电子像显示，周期出现的层片不是单相的，而是由双相构成，层片中簇状的、而非颗粒状的非扩散相连续分布在互扩散相内．实验证实了本文作者关于周期片层结构形成机理的界面力学失稳模型     

Ni-Al扩散界面及反应层生长动力学研究

采用电镀法制备Ni-Al扩散偶,研究了Ni-Al扩散界面处中间相的形成及其生长动力学。结果表明,扩散偶界面处形成的中间相为NiAl3相和Ni2Al3相。Ni2Al3相的生长符合抛物线长大规律,受体扩散控制,NiAl3相的生长受晶界扩散和体扩散的控制。Ni2Al3的生长激活能Q=(155.6±4.05)kJ/mol,生长常数k0为5.23×10-4m2·s-1。     

Al/Sn二元扩散偶相界面扩散溶解层的形成机理

采用层片式扩散偶制备技术制备Al/Sn扩散偶,在不同热压温度条件下进行热处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、XRD衍射仪等研究Al/Sn扩散偶扩散溶解层的形貌特征与形成机理。结果表明:在0.5 MPa和230℃烧结条件下,Sn元素优先沿Al晶界扩散,然后沿其表面扩散;随着扩散时间的延长,Al与Sn元素间扩散和溶解程度增大,界面区无新物相生成,最终形成由Al和Sn的离异合金组织组成的界面过渡层且呈锯齿状形态分布;Al/Sn界面冶金结合是Al和Sn固相扩散、溶解与结晶共同作用的结果。     

Ni/Sn固液扩散偶相界面的实验研究

采用坩埚法制备了曲面的Ni/Sn同液扩散偶,将扩散偶置于SK2管式电阻炉中在不同的工艺条件下进行热处理,利用光学显微镜和电子探针微区分析技术对相界面的变化和扩散层的成分进行观察和分析.结果表明,Ni/Sn扩散溶解层的厚度和层数随温度的升高和时间的延长而增加,生成金属间化合物的顺序依次为Ni3Sn4、Ni3Sn、Ni3Sn2.     

固体中的扩散应力研究

固体中原子的互扩散行为导致的扩散应力不仅可以引起材料的宏观变形,而且可能在材料内部形成特殊的微观组织．系统阐述了固体中原子扩散与应力之间的相互作用问题,区别了应力扩散与扩散应力的概念,并通过流点体积生长率的推导,建立了互扩散区域内流点应力、应变与原子扩散流之间的变量关系,提出描述固态互扩散区域内扩散应力与应变的一般理论．在此基础上,分析了固态反应周期层片型结构的形成机理和薄片扩散偶的扩散弯曲问题,并提供了相应的理论解释．     

Ti/Ni多层复合材料界面扩散行为的研究

本文针对累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层结构复合材料试样进行热处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析方法,对复合材料的显微组织、界面结构和扩散反应层厚度等进行观察分析,结合动力学理论研究了Ti/Ni界面的扩散行为。研究结果表明：试样经过累积叠轧5道次轧制后,Ti/Ni界面未发生扩散;在(550 ℃-750 ℃)×(0.5 h-8 h)热处理后,Ti/Ni界面发生扩散,扩散层厚度与保温时间呈幂函数关系,与加热温度呈指数关系;随着热处理温度的升高,Ti-Ni扩散层的生长方式由650 ℃以下的体扩散控制逐渐转变为晶界扩散控制。通过计算和验证得到采用累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层复合材料的Ti/Ni界面固相反应层生长动力学方程为：y=1.7043*104*exp(-78202/RT) *t1.2009-0.0008T。     

Zn/Cu_xTi_y体系固态反应周期层片型结构研究

采用液接法制备Zn/Cu_xTi_y扩散偶,利用SEM和EDS等对扩散偶在663 K保温不同时间后的反应区进行分析.结果表明,除Zn/Cu Ti_2和Zn/CuTi体系以外,其它5个扩散反应体系能够形成周期层片型结构,分别是Zn/Cu_9Ti,Zn/Cu_4Ti,Zn/Cu7Ti_3,Zn/Cu_3Ti_2,Zn/Cu_4Ti_3.Zn/Cu_xTi_y体系靠近反应区前沿的周期层片结构由单相Cu Zn_2和双相Cu Zn~(2+)Ti Zn_3交替构成,而且周期层片型结构的层片厚度与CuxTiy合金的成分有关:Cu_xTi_y合金中Cu原子含量越高,对应反应区的周期层片厚度越小.上述实验结果符合扩散应力模型的预测.     

硅对Fe/Al固态扩散反应中Fe_2Al_5生长动力学的影响

采用Fe/Al-Si扩散偶的方法,利用SEM-WDS,研究了550℃硅在Fe/Al固态扩散反应中对Fe2Al5生长动力学的影响。实验结果表明,铝中硅含量不超过1.5 wt%时,扩散层中只出现Fe2Al5相,其生长动力学符合抛物线关系,实验测定的铁和铝在Fe2 Al5中的综合扩散系数(D)在含硅量(wt%)分别为0、0.5、1.0和1.5时,分别为3.46×10-15、2.61×10-15、1.28×10-15和0.86×10-15 m2/s。随硅含量增加,其抑制Fe2 Al5相生长速度的效果明显加强。当铝中Si含量为2%和3%时,首先出现Fe2 Al5相。随扩散时间的延长,在Fe2Al5相靠近Al-Si的一侧依次出现了τ1/τ9和τ5相,化合物层生长速度明显加快。由于部分硅以三元化合物的形式存在,导致硅的抑制作用下降。     

热压条件下 Cu／Al复合带界面扩散反应研究

研究了经冷轧复合的Cu/Al复合带在热压温度为500℃、实际压下率为0％～35％变形条件下的铜铝界面扩散反应。结果表明,在此界面扩散反应的过程中,存在晶界扩散机制。 Cu/Al复合界面扩散反应生成相次序受相变热力学和扩散动力学两方面因素共同控制,不但与各相生成吉布斯自由能有关,而且遵守通量-能量原则。虽然增加压下率对界面扩散层的生长起到一定的促进作用,但温度仍然是其主要影响因素。     

Al/Ti液/固界面扩散溶解层形成机制及生长规律

采用镶嵌式扩散偶技术制备Al/Ti扩散偶,在Al熔点以上Ti熔点以下进行扩散热处理,研究Al/Ti液/固界面扩散溶解层的组织结构演变、形成机制及生长规律。实验结果表明,热处理后的扩散溶解层为TiAl3颗粒 和含少量Ti的铝基固溶体的混合组织;TiAl3相是热处理过程中最先出现也是唯一出现的新生相;扩散溶解层的生长机制和生长方向随热处理时间的延长发生了改变,在热处理开始后一段时间,扩散溶解层的生长受化学反应速度控制,与保温时间呈线性关系,之后,转变为受扩散控制,与保温时间呈抛物线关系,扩散溶解层的生长方向也由Ti基侧转变为Al基侧;扩散溶解层的厚度与热处理温度呈指数关系。     

调制周期对Ti/TiB_2多层膜的结构和力学性能的影响

采用磁控溅射法制备了Ti/TiB_2周期性(T=2,3,4,6,12)多层膜,利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜分析了薄膜的相结构和表面(断面)形貌,采用纳米压痕仪、多功能摩擦摩损试验机和显微硬度计研究了多层膜的纳米硬度、弹性模量、膜基结合力以及断裂韧性。结果表明:Ti/TiB_2多层膜具有清晰的纳米层状结构,薄膜表面致密平整,与基体保持着良好的物理结合。多层膜的硬度和弹性模量随着调制周期的增加而增大,在周期T=12时,多层膜的硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.8和349 GPa;多层膜的断裂韧性随着周期的增加呈现出先增大而后减小的趋势,当周期T=6时多层膜的断裂韧性最好,其断裂韧度为2.17 MPa·m~(1/2)。分析认为多层膜中的Ti子层可使裂纹尖端产生钝化作用,从而引起裂纹扩展路径发生偏转,提高了多层膜的断裂韧性。     

2D C/SiC复合材料与Mo的界面反应研究

研究了在1700℃、Ar气氛下2D C/SiC-Mo反应偶的界面化学反应,利用XRD、EDS和SEM分析了反应界面的组成和微结构,讨论了界面反应机理;分析了反应偶材料热膨胀失配对界面残余应力的影响.结果表明:界面反应产物主要为Mo<,2>C、Mo<,5>Si3和Mo<,5>Si<,3>C,扩散路径可概括为Mo/Mo<,2>C/Mo<,5>Si/Mo<,5>Si<,3>C/SiC;界面化学反应主要由元素的扩散控制,计算得出了在1700℃的扩散反应速率常数为1.05μm<'2>/s;反应偶两种材料热膨胀系数的失配导致较大残余应力的产生,从而使反应界面在冷却后脱开.     

层片型双相组织的形成过程

本文用金相显微镜、透射电镜和扫描电镜观察了09SiCrMnMoRE钢经1100℃预淬及各种亚温温度不同保温时间淬火后所得双相组织的形貌,探讨了层片型双相组织的形成机理.观察表明,在亚温加热中,奥氏体优先在晶界及板条群界形核,也在板条界经碳化物析出与溶解而后形核.奥氏体与铁素体间存在K-S关系.奥氏体呈片状沿马氏作板条界及群界定向生长有利于减小界面能及应变能.其结果导致淬火后得到层片型双相组织.     

Al-Ti-C系中TiC形成的热力学与动力学研究

研究了在用熔体反应法制备Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ中间合金过程中ＴｉＣ形成的热力学与动力学,实验结果表明：在８５０℃的Ａｌ熔体中,石墨颗粒周围的Ｋ２ＴｉＦ６与Ａｌ发生剧烈的化学反应放出大量的热,在熔体中形成大量的局部高温微区。在这些高温微区内,熔体中的Ｔｉ或ＴｉＡｌ３达到了与Ｃ形成ＴｉＣ的热力学条件,从而在石墨颗粒周围生成大量ＴｉＣ粒子,根据熔体化学反应的热力学条件,提出了８５０℃下在Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ中间合金中     

考虑热力学和动力学相关性的二元合金凝固界面动力学建模

在同时考虑碰撞限制生长模式和短程扩散限制生长模式的情况下,提出一个更加完善且具有可变动力学前因子的二元合金固?液界面动力学模型.与上述两种生长模式相耦合,提出4种潜在的热力学和动力学相关性,并将其应用于平界面迁移和枝晶凝固.其中,有效热力学驱动力与有效动力学能垒间的线性相关性更符合物理实际.基于此线性热力学和动力学相关...     

Ti/Cu固相相界面扩散溶解层形成机制的研究

采用镶嵌式扩散偶,在不同退火处理条件下,对Ti/Cu扩散溶解层的形成机制进行了研究.利用扫描电子显微镜背散射电子像和二次电子像观察和分析扩散溶解层的形态和结构,从扩散、溶解与结晶角度研究扩散溶解层的形成机制.结果表明:在不同的扩散温度和时间下,Ti/Cu相界面扩散溶解层的形成是Ti和Cu固相扩散、溶解与结晶的结果;相界面处将几乎同时结晶出不同层数、厚度和结构的扩散溶解层;Cu或Ti原子百分含量相对较低的Cu-Ti化合物优先形成,究竟形成一个还是几个相层,这主要由Cu在Ti中和Ti在Cu中的的浓度分布决定.Ti和Cu在700℃固相扩散时,原子扩散流为Cu扩散进入Ti,Ti很少扩散进入Cu,因此,除了Cu4Ti相层在Cu丝上形成以外,其余5个相层都在Ti基体上形成;Cu2Ti和Cu3Ti2以及Cu4Ti3和CuTi化合物相层几乎同时形核并以"竹笋状"方式相向长大,互相交错重叠,表现出比较明显的浮凸;另外,Cu4Ti和CuTi2化合物相层以"平面状"方式长大.     

原位反应自生MgO/Mg2Si增强镁基复合材料的热力学和动力学研究

对SiO2与Mg反应的热力学分析计算，在Mg的熔化温度范围内，Mg与SiO2反应生成MgO和Mg2Si。通过真空感应炉中氩气保护，在纯Mg熔体中加入SiO2原位反应自生MgO／Mg2Si增强镁基复合材料，并采用XRD、OM、ESEM、EDAX等对反应生成相的种类、形态、大小和分布等进行研究。结果表明：800℃在Mg中加入SiO2可原位反应生成Mg2Si和MgO增强相，Mg2Si为多角形和细条状，在Mg基体中分布均匀；MgO为细小的粒子状，在熔体中分布不均匀，大多则是聚集在坩蜗底部；机械搅拌可有效削弱反应添加物SiO2的动力学沉降过程，改善原住反应的动力学条件，促使反应生成的MgO在熔体中分布均匀.初步建立起SiO2与Mg反应的宏观动力学模型。     

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

Ni/Al纳米多层膜的界面扩散与电阻率

采用FS-MS模型研究了Ni/Al纳米多层膜的薄膜电阻率ρ及镜面反射系数P随周期数n、Ni/Al调制比R和调制波长L的演变规律,从而表征了多层膜界面扩散行为的尺度依赖性.结果表明t随着n减小,ρ基本恒定,多层膜界面扩散行为对调制周期数不敏感;而随着薄膜特征尺度R和L的减小,出现ρ异常增加和P明显减小的变化过程. P对薄膜特征尺度的依赖关系反映了多层膜界面扩散行为的尺寸效应,即多层膜界面非对称的互扩散行为只在低调制比与低调制波长尺度下加剧,此时界面互促效应凸现;在高于临界调制波长和调制比的情况下,互促效应弱化,薄膜界面扩散行为不明显.     

Ni/Al/Zn钎料层对AZ31/2024异种金属钎焊接头组织及性能的影响

采用Ni/Al/Zn复合钎料层对AZ31和2024合金实现了大气环境下、无钎剂的超声辅助瞬间液相扩散连接(U-TLP),研究采用Ni层、Ni/Zn层、Zn/Ni/Zn层及Al/Zn/Ni/Zn层时钎缝的微观组织及接头的力学性能,分析Ni箔、Al箔及Zn箔在U-TLP过程中的作用.结果表明:通过调整Ni/Al/Zn复合钎...