纳米压痕条件下单晶锗的尺寸效应研究

采用准静态法对单晶锗(111)晶面进行了纳米压痕实验,对单晶锗(111)晶面的位移-载荷曲线及硬度-压深曲线进行了分析。结果表明,在压入深度为471.36nm时,单晶锗(111)晶面的加载曲线上出现突进点,随着压入深度的进一步增加,突进点逐渐增多。该点对应为单晶锗(111)晶面由塑性变形向脆性断裂转变的临界点。单晶锗卸载曲线上出现突退点,突退点对应为单晶锗由弹性变形向塑性变形转变的临界点。单晶锗(111)晶面的硬度和弹性模量均呈现出随压入深度的增加而减小的趋势,表现出明显的尺寸效应。基于Nix-Gao模型对单晶锗(111)晶面的硬度与压深关系进行曲线拟合,得到无尺寸效应时的纳米硬度为8.399GPa,微观特征长度为131.907nm,尺寸效应因子为0.168。     

单晶锗脆塑转变纳米划痕实验研究

为控制单晶锗脆塑转变临界状态,基于公式对单晶锗脆塑转变时的临界载荷进行了预测,采用纳米压痕仪对单晶锗(110)晶面进行了变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析得到单晶锗(110)晶面发生脆塑转变时的临界状态,并借助原子力显微镜(AFM)对实验表面进行扫描表征。结果表明,单晶锗(110)晶面在变载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为41.4mN、623nm;单晶锗(110)晶面在恒定载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为30～50mN、500～900nm,验证了变载荷纳米划痕实验结果的正确性。根据变载荷纳米划痕实验结果修正了单晶锗(110)晶面在固定实验参数下发生脆塑转变临界深度理论计算公式,为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供数据支持。     

单晶锗裂纹扩展行为的仿真与实验研究

单晶锗加工时裂纹的产生严重影响表面质量,为进一步探究单晶锗裂纹扩展的影响因素,通过分子动力学仿真方法,对不同晶面的表面能进行了计算,模拟了不同晶面、同一晶面不同取向以及不同温度对单晶锗裂纹扩展行为的影响,并通过纳米压痕实验对仿真结果的准确性进行了验证.结果表明:单晶锗(110)晶面的表面能最小且更易产裂纹.裂纹在同一晶...     

纳米晶铁单向拉伸变形的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟纳米晶铁在单向拉伸载荷作用下的力学性能与微观结构演化过程.结果表明,平均晶粒尺寸在2.82～8.47nm范围内,纳米晶铁的弹性模量和试样的相对密度呈线性关系,抗拉强度随晶粒尺寸的减小而减小,显示出反常的Hall-Pethch效应.纳米晶铁试样在塑性变形过程中,出现了晶粒旋转、晶界运动、晶界滑移和位错运动,在局部区域出现了从bcc到五fcc和hcp结构的应力诱导相变,这与纳米晶fcc金属不同.     

脉冲电解法制备纳米晶金属镍的摩擦性能

采用脉冲电解沉积工艺制备厚度约60μm的金属镍薄膜.当脉冲电流密度为7.5×10-2A/m2,通断时间比为1/25,pH=4.5,T=50℃时,所制备镍薄膜的平均晶粒尺寸约20nm,硬度为637HV.在电流密度一定时,晶粒尺寸随脉冲通断时间比减小而变小,硬度增大.与常规粗晶镍材料相比,纳米晶体结构镍薄膜的耐摩擦性能得到显著改善,在恒定压力下滑擦5次,纳米晶体结构镍薄膜的磨损深度从25nm增加到30nm,摩擦系数在0.13～0.20之间,而粗晶镍薄膜的磨损深度从35nm增加到46nm,摩擦系数在0.19～0.31之间.     

电沉积制备纳米晶Fe-Ni-Mo合金箔

在酸性柠檬酸盐-氯化物体系中电沉积纳米晶低钼高铁Fe-Ni-Mo合金箔, 探讨了电沉积的工艺条件对合金组成的影响规律, 并确定了制备低Mo高Fe含量的纳米晶Fe-Ni-Mo合金箔的电解液组成和工艺条件。 通过SEM、XRD和EDS对合金箔的表面形貌、微观结构和组成进行表征, 结果表明: 合金箔表面平整, 结构致密, 无孔洞及裂纹, 晶粒属于纳米晶, 晶粒尺寸随电流密度、pH值和温度的下降而减小。合金箔为FeNi置换固溶体, 面心立方晶体结构, 呈现很强的(111) 和(200)晶面择优取向。     

激光增材TC4表面纳米梯度层结构与性能研究

采用超音速微粒轰击技术在激光增材TC4表面制备了纳米梯度强化层,并采用X射线衍射、光学显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计和磨损试验机对不同处理时间的纳米梯度强化层微观结构演变和力学性能进行了测试。研究表明,经超音速微粒轰击处理后,TC4合金在一定范围内形成梯度结构的塑性变形区,其表面形成纳米晶。随轰击时间的增加,变形区厚度增大、纳米晶粒尺寸逐渐减小,轰击360s样品变形层厚度为300μm,晶粒尺寸可达10.4nm。随着晶粒细化和塑性变形的加剧,组织中α′相含量增多,由细晶强化和相变强化共同作用,激光增材TC4合金硬度显著增大。当轰击时间为360s时,样品的最高硬度为735.8HV0.1,较未处理激光增材TC4合金提高~23%,因而其表现出更优异的摩擦磨损性能,其磨损方式由以粘着磨损为主逐渐变为以磨粒磨损为主的方式。     

无添加剂纳米晶聚晶金刚石块体合成及表征

以圆葱碳(OLC₁₁, 1 100 ℃及1 Pa条件下退火处理纳米金刚石所得)为原料, 在500～1 400 ℃/4～6 GPa/5～30 min条件下烧结合成无添加剂纳米晶聚晶金刚石(NPCD)块体。XRD、HRTEM、FESEM、维氏硬度等分析表明, 高温高压烧结后, OLC₁₁转变为金刚石, 同时金刚石颗粒长大连接形成D-D型NPCD块体。NPCD主要由金刚石组成, 还含有石墨和少量无定形碳。NPCD内存在大量纳米孪晶。烧结温度对NPCD的晶粒尺寸、密度、维氏硬度影响较大, 烧结压力的影响较小。1 200 ℃/5.5 GPa/15 min合成的NPCD平均晶粒尺寸、密度和维氏硬度指标较好, 分别为10.7 nm、2.70 g/cm3和32 GPa。烧结过程中, 高温高压使得OLC₁₁石墨层由内而外破裂形成金刚石颗粒, 相邻OLC₁₁通过悬键连接形成金刚石大颗粒, 再通过D-D键键合形成NPCD块体。     

轴向载荷大和转数小时对钻进效率的研究

随着钻进深度的增大,岩石硬度及其塑性也有所增大。在压力为1000大气压条件下,大多数沉积岩当切削工具压入其上时,不经脆性破碎就产生变形。而是塑性变形由实验资料中得出结论,随着转数的增大,钻头一个转数所切削的岩石深度也不断减     

Mg-Al水滑石晶粒生长特性研究

以水镁石和Al(NO₃)₃·9H₂O为镁源和铝源,采用液相共沉淀法合成Mg-Al水滑石,重点考察了溶液中Mg²⁺浓度、晶化时间和晶化温度对Mg-Al水滑石晶体结构、晶粒尺寸及晶面选择性生长的影响规律,并通过XRD,SEM等对合成产物进行了表征。结果表明：提高Mg²⁺浓度,Mg-Al水滑石晶体结构规整性降低,对水滑石层板和层板叠合方向的发育和生长不利,晶粒尺寸减小;在Mg²⁺浓度不变的情况下,固定晶化温度而延长晶化时间,或固定晶化时间而提高晶化温度,Mg-Al水滑石的晶体结构均趋于完整,晶粒尺寸显著增大,其沿a轴方向的生长速率比沿_c轴方向的生长速率快,即［110］晶面的生长速率比［003］晶面的生长速率快。在Mg²⁺浓度为0.12 mol/L,晶化时间为8 h,晶化温度为80 ℃的条件下,制得了粒度达到纳米级的Mg-Al水滑石。     

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金纳米压痕尺寸效应分析

在微纳观尺度下分析纳米压痕的尺寸效应,可以为研究激光选区熔化合金材料的力学性能提供较为客观的试验依据。使用准静态法对激光选区熔化制备的原始态和退火态Ti-6Al-4V合金进行了纳米压痕试验,并根据Meyer模型和比例试样阻力模型对Ti-6Al-4V合金的载荷和接触深度进行了函数拟合。结果表明:最大载荷分别为200、300、400mN时,原始态合金的硬度分别为3.64、3.71、3.94GPa,退火态合金的硬度分别为7.48、7.43、6.84GPa;拟合结果表明原始态合金呈逆压痕尺寸效应(RISE),退火态合金呈正压痕尺寸效应(ISE);比例试样阻力模型在退火态可以很好地预测合金的硬度;晶界是否连续是原始态和退火态合金产生两种不同类型压痕尺寸效应的主要原因。     

叶蜡石高压同步辐射X射线衍射分析

针对北京门头沟叶蜡石粉末进行了高压同步辐射Ｘ射线衍射分析,发现叶蜡石升压至 １５ＧＰａ时（００２）衍射峰消失,叶蜡石层状有序堆垛结构被破坏,其准等静压传压功能消失,因而 确定其传压上限压力为１５ＧＰａ。 叶蜡石在升压过程中晶格被压缩,卸压过程中发生回弹但始终 处于被压缩状态,且压缩程度ｃ轴最大、ｂ轴次之、ａ轴最低。 在金刚石合成压力（６ＧＰａ）范围内, （００２）晶面间距压缩率为３*７６％,大于（０２０）和（２００）晶面间距压缩率（１*２６％）;卸压时（２００）晶 面回弹率为０*６％～０*７％,高于（０２０）晶面的（０*１％～０*２％）。 叶蜡石卸压过程中的密封性能与 （００２）、（２００）晶面回弹效应密切相关。     

时效处理对Al-0.78Mg-1.02Si-0.68Cu合金硬化行为及微观组织的影响

利用光学金相显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、维氏硬度仪表征分析了预时效处理(PA)、自然时效(NA)和人工时效(AA)过程对Al-0.78Mg-1.02Si-0.68Cu合金的硬化行为及其微观组织演变。结果表明,预时效处理提高了T4P态的初期硬度,却明显弱化了NA硬化效应,T4态NA硬化值34HV,而T4P态只有25HV。180℃AA过程,显微硬度总体呈现先升高后降低的趋势,硬化曲线可以分为三个区域:20～60min之间硬化速率较高(Ⅰ);60～480min之间硬化速率较低(Ⅱ),在480min达到峰值硬度127HV;随后呈现降低的趋势(Ⅲ)。T4P态NA后,晶内为与基体共格的GP区;AA处理后,晶内主要为与基体半共格的亚稳η″析出相,晶界处存在长度15～40nm的不连续析出物和宽度45nm左右的PFZ区。     

国外文献和专利文摘

金刚石尖压入硬度试验可用于石材材性的技术鉴定。试验装置包括试样台、压入器显微硬度计和观察压入凹痕的,带测微器的显微镜;试件是抛光的板材。试验时,沿直线方向每隔1毫米在板材上压入20个点。对Vickers金刚石压入器的压力为200克。试验反复多次取平均值,可求得石材中各种成份颗粒的显微硬度。按测定值绘出显微硬度曲线图。根据试验结果和曲线图可求得石材磨蚀性与抗磨强度的工艺指数。文中介绍13种石材的测试结果,它们的磨蚀系数与显微硬度的关系,以及硬度曲线与石材用金钢石刀具可加工性的关系。显微硬度试验和有关结果,提供了石材综合分类依据,由此预见石材在加工和使用时的状态。     

超音速微粒轰击对Q355NH耐候钢表面结构及电化学腐蚀性能的影响

利用超音速微粒轰击(SFPB)技术在Q355NH耐候钢表面制备了梯度纳米结构层。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪表征并分析了SFPB处理时间(15 min、30 min和45 min)对试验钢微观组织及电化学腐蚀行为的影响。结果表明,随着SFPB处理时间增加,试样表面强烈塑性变形层厚度相应增加,表面晶粒尺寸分别为27.5 nm、24 nm和23.1 nm,表面硬度呈现不同程度地增加。试样的耐电化学腐蚀性能强弱与处理时间的关系如下:15 min试样>未处理试样>30 min试样>45 min试样。从表面腐蚀形貌可以得出,处理15 min的试样表面保护性的钝化膜较为致密,而其他不同状态下的试样钝化膜则相对出现一些裂纹和孔洞。     

热处理对AlFeCoCrNiTi_(0.2)高熵合金组织与性能的影响北大核心

采用真空吸铸制备了AlFeCoCrNiTi_(0.2)高熵合金,并分别在600、800和1100℃进行退火处理。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、万能力学试验机等对不同热处理温度下的合金微观组织结构及力学性能进行了研究。结果表明:铸态和热处理态的AlFeCoCrNiTi_(0.2)高熵合金均为体心立方结构,热处理后由BCC1析出BCC2相形成双相组织(原生相BCC1+析出相BCC2);600℃热处理时的合金硬度为672 HV、弹性模量655.7 GPa、压入深度283.4 nm,压缩塑性28%,断裂强度达到1.75 GPa。而800和1100℃的合金硬度降低,主要是由于BCC相分解形成双相BCC(BCC1+BCC2)固溶体结构,两相间的明显分离使合金强度降低。     

Ca^2＋在金红石型二氧化钛晶体（110）晶面沉积过程原理

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,采用CASTEP程序,结合结构优化方法,研究了液中Ca2+在金红石型TiO2(110)晶面的沉积过程.结果表明,在沉积过程中,溶液中的Ca2+首先和水分子结合形成络合物[Ca(H2O)5]2+,而沉积的一个关键条件为TiO2(110)晶面的羟基化.[Ca(H2O)5]2+与羟基化的TiO2(110)晶面通过静电作用相互结合完成Ca2+的沉积.     

微米金刚石含量对圆葱碳烧结制备聚晶金刚石(PCD)组织及性能的影响

以OLC₁₁(1 100 ℃/0.1 Pa条件下制得的OLC)与微米金刚石为原料, 在1 200 ℃/5.5 GPa/15 min条件下烧结制备了无添加剂聚晶金刚石(PCD), 研究了微米金刚石加入量对PCD组织及性能的影响。结果表明:微米金刚石加入量低于50%时, 随着微米金刚石加入量增加, OLC₁₁转化的金刚石晶粒尺寸逐渐均匀且越来越大, 微米金刚石与OLC₁₁转变的金刚石基体间结合得越好。当微米金刚石含量高于50%时, 随着微米金刚石含量增加, 微米金刚石与OLC₁₁转变的金刚石基体间不能有效结合, PCD硬度逐渐降低。微米金刚石含量为50%时, PCD硬度及晶粒尺寸最大, 分别为44.7 GPa及20 nm。加入适量的微米金刚石可以增强样品内部传压, 并作为晶种, 提高OLC转化率, 提升PCD性能。     

电沉积制备选区激光熔化用金属基纳米复合材料

以镍为基础金属,分别采用纳米氧化铝(Al_2O_3)、碳化硅(SiC)、氧化锆(ZrO2)和氧化钇(Y_2O_3)颗粒,使用电沉积法制备了选区激光熔化用的金属基纳米复合材料。研究了电沉积法制备的不同纳米颗粒在分散和掺入分数方面的影响,进一步研究了电沉积参数对Ni/Al_2O_3纳米复合材料的影响。结果表明,当Al_2O_3浓度为10g/L、超声振幅为23μm的条件下,效果最佳。显微硬度测试表明,纳米Al_2O_3的加入显著提高了镍基合金的力学性能,Ni/Al_2O_3纳米复合材料的平均维氏硬度(HV0.05)为267.1kg/mm~2,比纯镍的平均维氏硬度(153.9kg/mm~2)增强了73.6%。选区激光熔化后纯镍表面粗糙度从254nm减小到107nm,而Ni/Al_2O_3纳米复合材料表面粗糙度从323nm减小到72nm。同时Al2O3粒子能够均匀分布,无明显团聚现象。     

川南富集区龙马溪组页岩气储层孔隙结构分类

运用压汞法测定川南龙马溪组页岩气储层孔隙特征,结合有机碳含量(TOC)、矿物成分进行多元回归分析,探讨孔隙主要影响因素,并对孔隙进行分类.结果表明,孔隙度平均为4.71％,发育程度中等;储集空间由超大孔、大孔、中孔、小孔和微孔组成;中孔、小孔和微孔为主要孔径,6～120 nm的孔隙占有重要比例;TOC和脆性矿物对孔隙形成有积极意义,且TOC影响最显著;黏土矿物相反,且其影响程度远小于TOC和脆性矿物含量.基于退汞曲线-TOC成因,将龙马溪组孔隙结构划分为3种类型:Ⅰ型(退汞曲线上凸型,高TOC),Ⅱ型(退汞曲线先凸后凹型,低TOC)和Ⅲ型(退汞曲线凹型,中TOC),其中具有Ⅰ型孔隙结构的页岩气储层为最有利储层.