Mg-TM-Ln型镁基纳米结构材料研究

讨论了Mg-Cu-Y、Mg-Ni-Y和Mg-Zn-Y等三种重要的Mg-TM-Ln型的多组元Mg基纳米结构材料的成分构成、制备过程、微观结构和力学性能以及它们的形成机制。其中,制备方法涉及非晶部分晶化法、机械合金化/粉末冶金法(MA/PM法)和快速凝固(原子雾化)/粉末冶金法(RS/PM法)。结果表明,在Mg-Cu-Y系合金中,分布于非晶相基体之上的纳米晶体相使非晶合金的断裂应力增加。而不同成分的旋淬Mg-Cu-Y非晶条带弯曲断裂韧性的不同,很可能是由于存在于它们之中的纳米晶颗粒的性质有别而造成;在Mg-Ni-Y系合金中,Y部分地置换Ni将严重地影响其晶化行为,使得Mg-Ni-Y三元非晶合金中的纳米晶体相颗粒变得更加细小,而合金晶化行为的改变则导致了其杨氏模量的明显变化;在所有的金属合金中,RS/PMMg97Zn1Y2合金的比强度是最高的。而在所有的Mg基合金中,RS/PMMg-Zn-Y合金具有最佳的综合性能。     

调制周期对 纳米多层膜微观结构与性能影响

使用磁控溅射仪沉积一系列不同调制周期的 TaN/TiSiN 纳米多层膜。 采用 X 射线衍射仪 (XRD)、 显微硬度计、 摩擦磨损试验机分析与表征纳米多层膜微观结构和性能, 研究调制周期对 TaN/TiSiN 纳米多层膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。 结果表明, TaN/TiSiN 纳米多层膜均为面心立方结构, 在 (111) 晶面和 (200) 晶面呈现择优取向。 当调制周期为 25nm 时, TaN/TiSiN 纳米多层膜硬度最大值为 30.9GPa, 摩擦系数与磨损量最小。TaN/TiSiN 纳米多层膜的位错穿过 TaN 层与 TiSiN 层界面时将受到多层膜界面对其施加的镜像力作用, 阻碍位错的运动, 引起薄膜的强化。     

调制周期对TaN/TiSiN纳米多层膜微观结构与性能影响

使用磁控溅射仪沉积一系列不同调制周期的TaN/TiSiN纳米多层膜。采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机分析与表征纳米多层膜微观结构和性能,研究调制周期对TaN/TiSiN纳米多层膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,TaN/TiSiN纳米多层膜均为面心立方结构,在(111)晶面和(200)晶面呈现择优取向。当调制周期为25nm时,TaN/TiSiN纳米多层膜硬度最大值为30.9GPa,摩擦系数与磨损量最小。TaN/TiSiN纳米多层膜的位错穿过TaN层与TiSiN层界面时将受到多层膜界面对其施加的镜像力作用,阻碍位错的运动,引起薄膜的强化。     

Fe/Cu纳米多层薄膜中内应力对其力学性能的影响

利用直流磁控溅射方法制备了Fe/Cu纳米多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、薄膜应力分布测试仪和纳米压痕技术研究了不同周期结构Fe/Cu纳米多层薄膜的内应力及其纳米力学性能.在Fe/Cu纳米多层薄膜中,由于铁和铜的结构和本征性能的差异,形成多层膜结构后存在张应力,其张应力在周期T=10时达到910.08 MPa,对应的纳米硬度为12.3 GPa.随着多层薄膜调制周期数T的增加而内应力逐渐降低,纳米硬度和弹性模量随着张应力缓释也出现下降.根据纳米薄膜内应力对其力学性能的影响,探讨了内应力与薄膜纳米力学性能的相关性.     

压应力作用下Cu-Ta非晶薄膜表面纳米晶化的可能机制

用磁控溅射技术制备了Cu-Ta合金非晶薄膜，并采用扫描电子显微镜研究了压应力导致非晶薄膜表面形变和纳米晶化现象。结果表明：在纳米压头的作用下，非晶薄膜表面压痕的锯齿流边沿处形成了纳米级颗粒（纳米晶化）结构，且压痕外沿的颗粒尺寸大于内沿的颗粒尺寸。导致上述微观结构变化的主要原因可能是非晶自由体积流变膨胀过程中，压头的压应力使材料内部自由体积发生移动，在非晶基体中汇集成一些空位或气团，纳米晶粒在这些空位或气团处形核并长大；当气团积累到一定体积发生爆裂，导致屈服变形，纳米晶粒被挤到压痕锯齿流的前沿。     

Zr基三元非晶合金及其复合材料的组织和力学性能研究

研究了Zr_(64+x)Cu_(26-x)Al_(10)(x=-4,0,4,8,12)非晶合金体系随锆铜比例变化的组织和力学性能,并考察了过热度对非晶复合材料力学性能的影响,分析了组织结构和力学性能的关系。结果表明,玻璃形成最优成分为Zr_(60)Cu_(30)Al_(10),其过冷液相区宽度ΔT_x,约化玻璃转变温度T_(rg),γ参数分别为69 K,0.573和0.402,具有良好的热稳定性。随着Cu含量的降低,合金的非晶形成能力下降,Zr_(64)Cu_(26)Al_(10)合金的非晶基体上有尺寸不同的纳米晶析出,纳米晶的存在能够有效增韧玻璃基体,并阻碍剪切带内部的原子运动使剪切带变窄而使基体增强,其综合力学性能最优,断裂强度和塑性应变分别为1610 MPa和6.34%。x=4,8,12时,合金中逐渐析出CuZr_2,ZrCu和Cu_(10)Zr_7晶体相,复合材料的力学性能取决于脆性相和增韧相的综合作用,过热度提高会促进非晶的形成从而提高材料的强度,改善力学性能。     

导电银浆添加用纳米晶/非晶复合铜锆银粉的惰性气体冷凝法制备

导电银浆是一种重要的电子材料，可以提高电子器件的连接和传输效率，广泛应用于太阳能和电子工业领域。目前导电银浆的制作流程繁琐，通常使用纳米银等成本较高的填料以保证良好的导电性。本研究采用惰性气体冷凝法制备了纳米晶/非晶复合铜锆银粉，通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等方式对其微观结构和形貌进行了表征，并将其作为导电填料制备了导电银浆，测量了含有不同复合铜锆银粉添加量的导电银浆高温烧结后样品的导电性。实验结果表明，通过惰性气体冷凝法制备的纳米晶/非晶复合铜锆银粉尺寸分布均匀，平均尺寸约为35nm；当纳米晶/非晶复合铜锆银粉添加量为0.5%-1.5%的导电银浆导电性得到优化，其中，纳米粉的添加量为1%时，方阻最低，达5.63 mΩ/□。     

轧制压下率、路径对NiCoCr合金微观结构和力学性能的影响

通过开展不同轧制压下率和路径的轧制实验,制备了具有不同比例和尺寸的纳米孪晶和纳米晶结构NiCoCr合金。透射电镜表征结果表明,单向轧制压下率50%样品中微观结构特征以纳米孪晶和高密度位错为主。当压下率达到90%,由于剪切带在纳米孪晶片层结构中的开动,孪晶体积分数下降,同时剪切带内形成大量尺寸为35 nm的纳米晶结构。多方向轧制样品中微观结构以纳米晶结构为主,平均尺寸为27 nm,略小于单向轧制压下率90%样品中的纳米晶尺寸。拉伸实验结果表明：相比于轧制前固溶态粗晶合金,单向轧制压下率50%纳米孪晶镍基合金强度大幅提高,合金屈服强度和抗拉强度分别达到1 312 MPa和1 396 MPa。压下率90%轧制样品屈服强度高达1 599 MPa,变方向轧制样品屈服强度更是高达1 705 MPa。同时拉伸试验数据表明,晶粒细化可以有效地提高材料强度,但是材料的延伸率显著下降。     

离子束沉积PtC_x纳米结构及其输运性能研究

采用离子束沉积的方法制备了PtCx纳米结构,并对材料的电子输运性能进行了研究。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观结构和组成,利用原子力显微镜(AFM)分析了纳米结构的尺寸大小,利用高分辨率的透射电子显微镜(TEM)分析了材料的原子结构。采用电阻桥测试了PtCx纳米结构的电阻,其电子输运性能在低温保持器中进行测试。X射线能谱分析结果表明,由于材料金属含量低而表现出非金属性。高分辨率透射电子显微镜分析结果表明,材料为非晶PtCx纳米结构,与所观察到的输运性能一致。     

电子束蒸发法制备Co/Ru多层膜的微观结构与磁电阻

采用电子束蒸发法制备具有不同Co层厚度的Co/Ru多层膜。采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、扫描电镜(TEM)等对多层膜的微观结构进行观察与分析,研究多层膜微观结构对多层膜磁阻性能的影响,并探讨多层膜磁阻的产生机理。结果表明:Co层的厚度tCo对于薄膜的微观结构和磁阻性能有很大影响,当tCo≥0.8 nm时Co/Ru多层膜以层状方式连续生长,且tCo越大,薄膜结晶越完整,薄膜呈现负磁阻效应;当tCo=0.5 nm时,Co/Ru多层膜为岛状生长,Co/Ru界面的不对称性使得薄膜出现正磁阻效应。     

纳米晶Cu-Al合金材料的制备及结构、性能分析

本研究中采用大塑性变形法(severe plastic deformation,SPD)顺利制备出纳米晶材料,对不同SPD方法生产的Cu-Al合金进行微结构分析及拉伸性能分析。结果表明层错能是影响纳米晶Cu-Al合金微观结构与拉伸性能的关键性因素,纳米晶Cu-Al合金的微观结构形成机制,平均晶粒尺寸以及强塑性匹配程度均随着层错能的降低而发生改变。     

软磁金属合金多层磁性薄膜研究进展

概括介绍了金属软磁合金多层薄膜巨磁电阻效应和巨磁阻抗效应的研究和应用，对多层薄膜的制备方法和表征手段作了介绍。磁性金属多层薄膜的层间耦合的理论和模型也进行了介绍。重点是三明治结构、白旋阀结构及隧道结结构等多层膜。最后介绍了磁电阻磁头和磁传感器等应用情况和对该领域研究的展望。     

磁控溅射Cu/Mo纳米多层膜的结构与性能

用磁控溅射法在单晶硅和聚酰亚胺衬底上制备了恒定调制比(η=1)、调制周期λ=10～ 100 nm的Cu/Mo纳米多层膜,运用XRD,HRTEM,EDX,AFM,单轴拉伸系统、显微硬度仪和电阻仪对多层膜的微观结构、表面形貌和力学及电学性能进行了研究.结果表明,Cu/Mo多层膜中的Cu层和Mo层分别具有Cu( 111)和Mo(110)择优取向,Cu层呈柱状纳米晶、Mo层为极细纳米晶结构,Cu/Mo层间界面处存在一定厚度的扩散混合层.Cu/Mo多层膜的结构和性能受到调制周期和Cu层厚度的显著影响.在调制比η=1的条件下,随着调制周期的增加,软相Cu层厚度增大,Cu/Mo多层膜总体的屈服强度和显微硬度明显下降,裂纹萌生临界应变εc和电导率则显著上升.主要原因在于,随Cu层厚度的增加,Cu晶粒尺寸增大,Cu层内晶界密度降低,使Cu层的位错运动阻力减小、塑性变形能力增强,Cu层内电子散射效应减弱.同时当Cu/Mo多层膜总厚度恒定时,多层膜中Cu层和Mo层的层间界面数量亦随Cu层厚度的增加而减少,减弱了层间界面的电子散射效应,从而使多层膜电导率得以提高.     

西安交大纳米铝孪晶变形获重要进展

<正>纳米孪晶作为一种特殊的微观组织可为金属材料带来诸如高强度、高电导、高稳定性等优势。西安交大金属材料强度国家重点实验室采用磁控溅射方法制备了纳米结构的铝/非晶氮化铝(Al/AlN)多层膜,并在铝层中观察到了明显的纳米孪晶9R相。9R相是一种扩展的非共格孪晶界,具有周期性排列的层错结构。从硬度性能数据上可以反映出,纳米铝中的9R     

纳米金属固体材料硬度及强度研究进展

金属纳米晶体材料普遍表现出高强度和高硬度的特点,但硬度值和强度值的大小与纳米晶体材料的缺陷尺寸、表面清洁度及内应力的状态有关。文章评述了近年来采用不同工艺制备的金属纳米晶体材料的硬度与强度特征,从纳米晶体材料本身的结构特点和理论计算的角度分析了其强度和硬度偏离Hall-Petch关系的原因,并对不同的理论模型解释进行了对比。     

表面纳米晶化处理中碳钢的组织与力学性能

采用高能表面处理技术在40Cr钢的表面制备出具有纳米晶体特征的表面层.用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了表面纳米层的微观结构,并利用纳米压入法测定了表面纳米层的硬度.结果表明,经过高能表面处理后,样品表面层的晶粒细化为纳米晶,平均晶粒尺寸约为11 nm,表面纳米层的硬度明显提高.     

溅射法合成Al/Pb多层膜的结构与形貌研究

铝铅合金的组织均匀性一直是其应用的瓶颈.本文通过溅射法制备了Al/Pb多层膜合金.经测试及FWHM计算,铝铅颗粒以纳米尺寸存在并分布均匀,实验分析表明,Al峰的消失与多层膜的生长方式有关,合金中存在一定量的非晶.     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

纳米羟基磷灰石晶体的制备及表征

采用化学沉淀法合成纳米羟基磷灰石(HA),并采用X-射线衍射和透射电镜(TEM)对其结构和晶粒尺寸进行了分析。制备的纳米HA主要为柱状晶体,平均尺寸为70 nm。这说明在常温常压水-乙醇反应体系下,可获得纯度、结晶度较好的纳米HA晶体材料,且晶体完整,具有与人体骨羟基磷灰石晶体相似的结构特征。     

FINEMET合金Fe_(73.5)Si_(13.5)B_9Cu_1Nb_3不同状态微观结构研究进展

综述了FINEMET合金在液态、淬火非晶态和不同晶化状态时的微观结构研究现状。研究表明 ,该合金液态结构由多种原子团簇组成 ,符合微观不均匀模型 ;合金淬火态非晶组织含有尺寸约为 2nm的微观不均匀区域 ;在低温 (<45 0℃ )退火处理时从淬火非晶态到纳米晶态的转变已经发生。基于Cu和Nb两种元素的作用 ,总结了该合金的晶化机制 :合金液态、非晶态和纳米晶态的微观结构之间具有相关性