表面偏析浓度非连续变化现象的定量解释

本文利用修正的Darken模型,对合金体系表面偏析浓度随温度和体浓度非连续变化现象给予了定量的解释,并对Cu(111)Ag合金中,表面偏析浓度随银体浓度变化的实验数据进行了拟合,获得了相应的表面偏析参数。     

合金凝固微观偏析模型化研究进展

全面综述了合金凝固微观偏析模型化方面的研究,介绍了该领域内的代表性工作以及最新的研究进展,包括典型的二元合金微观偏析模型、多元合金偏析模型以及微观偏析模型化与相图计算耦合方面的工作。重点关注了枝晶形貌、固相反扩散、热力学数据获取效率等因素对微观偏析模拟的影响,并指出了该领域需要进一步研究的问题。     

模拟微区法研究2024铝合金表面膦酸的自组装及缓蚀行为

在2024合金微区成分分析的基础上,通过粉末冶金法制备模拟AlCuMg偏析相以及模拟基体合金,通过动电位扫描、开路电位监测、电偶电流测试,并结合扫描电子显微镜观察,研究十四烷基膦酸在2024合金以及模拟微区合金表面的自组装行为和缓蚀性能。实验结果表明膦酸在模拟基体和富铜相表面均能吸附成膜,2024合金表面吸附膜的微区分布与偏析相和基体之间的电偶效应有关。偏析相区域获得自组装膜保护是抑制铝合金局部腐蚀的关键。     

气体吸附诱导Cu(Au)合金中Au原子的偏聚和富集

合金中的表面成分和相偏析会改变其功能,尤其是在表面结构和化学起着至关重要作用的应用中.例如,合金催化剂的表面状态显著影响其在异相催化和电化学过程中的催化性能.表面成分偏析被认为是由表面能的差异驱动,以减少合金体系的总自由能.然而,目前合金中成分偏析的原子尺度进程还尚不清楚,尤其是对于气体分子诱导的成分偏析,在该过程中可能同时发生结构和化学重排.本文通过像差校正环境TEM从原子尺度研究了固溶态Cu(Au)合金在CO气氛下的表面偏析行为. CO气氛能够诱导Cu(Au)合金表面形成有序结构,在很大程度上改变合金的表面化学性质.高温条件下, CO气氛会进一步促进Au原子通过特定的"原子通道"进行扩散,在合金表面偏聚和富集.富集形成的Au纳米颗粒与合金表面在形貌和结构方面发生了丰富的动力学交互作用.这其中CO气体吸附也起着重要的作用.这些原子尺度的研究结果为双金属合金的表面偏析和去合金化机理提供了直接证据,并突出了气体吸附物在这些表面行为中的作用.     

晶界偏析以及界面相和纳米晶材料力学性能的调控

介绍晶界偏析理论并总结了三种经典平衡偏析理论模型，简述晶界偏析工程理论和晶界偏析对材料力学性能的影响、讨论晶界偏析与界面相的关系并详细阐述了“界面相”。根据原子尺度界面结构特征将界面相分为六类，介绍了由晶界热力学决定的界面相转变。界面相转变后在晶界处形成新结构，而新界面结构根据其不同性质既可能提高材料性能，也可能产生不利的影响。晶界处的Ⅵ型界面相(如非晶晶间膜)抑制裂纹形核和降低晶界损伤，而削弱晶界处原子键强度的Ⅱ型界面相和Ⅲ型界面相(如Ni合金晶界处成分为Bi的双原子层界面相)产生晶界脆化。同时，纳米晶金属材料的强度高但是热稳定性和塑性较差，一直是研究的热点。界面相使晶界能显著降低和钉扎晶界而优于晶界偏析，因此界面相能显著提高纳米晶金属材料的热稳定性。而非晶晶间膜(Ⅵ型界面相)作为位错的形核点和吸收体，可提高纳米材料的延展性。同时，非晶晶间膜能提高晶界抗剪切能力，抑制纳米晶金属材料的晶粒滑动和旋转，从而进一步提高纳米晶金属材料的强塑性。最后，总结了晶界偏析和界面相对材料性能的调控并展望了以后的发展。     

最大熵产生原理在非平衡凝固中应用

近年来,最大熵产生原理在物理、化学、生物等领域得到广泛应用,被认为是描述非平衡体系演化的普适性原理;其核心思想是孤立非平衡耗散体系演化总是选择最短路径,以使体系尽可能快地向平衡态演化。非平衡凝固技术在工业生产中应用日益广泛,凝固理论研究却仍集中于近平衡过程;最大熵产生率原理在非平衡凝固中的应用,可推动非平衡凝固理论的发展,进而促进凝固理论的工业应用。总结了近年来最大熵产生原理在非平衡凝固中的应用,包括二元合金非平衡凝固界面动力学模型及多相场模型、多元合金非平衡凝固界面动力学模型、平界面稳定性分析及自由枝晶生长模型。对建立这些模型的热力学过程和相应的数学方法进行了详尽的描述。最后对最大熵产生原理的研究前景进行了展望。     

一种高性能低偏析耐蚀合金的研究

研究了硫对Hastelloy C-4合金凝固偏析和耐蚀性的影响。结果表明，严格控制硫含量，能减小固液两相区的间隔和温度范围以及合金的偏析程度，明显改善合金耐蚀性能。     

UHV/CVD生长锗硅材料的偏析现象

本文对利用超高真空CVD方法生长的Si1-xGex合金外延层中的锗表面分布情况和Ge在界面偏析现象进行了深入的研究.通过XPS和SIMS图谱的研究,指出表面由于锗的偏析,造成锗在体内和表面的含量不同,在低温时生长锗硅合金,表面氢原子的吸附可有效地抑制锗的偏析,但随着温度的升高,氢的脱附造成锗的偏析现象更加明显.     

一种Ni-Cr-Mo镍基合金焊丝凝固过程元素偏析及相转变规律研究

为了对Ni-Cr-Mo镍基合金焊丝进行成分优化设计,本文通过热力学模拟计算方法研究了镍基合金焊丝凝固过程元素的偏析规律,并分析了合金元素对析出相的影响.研究表明:镍基合金焊丝平衡态主要的析出相为γ、M6C、P和μ相;在非平衡凝固状态下,随着凝固过程的推进从液相中析出M6C、P和σ相;随着Cr含量的增加,μ相的初始析出温...     

均匀化态GH3625合金熔化和凝固过程中的相变

使用差示扫描量热仪(DSC)、共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)、扫描电镜(SEM)、和能谱分析仪(EDS)等手段研究了均匀化态GH3625合金在熔化和凝固过程中的组织演变以及主要相的溶解和析出。结果表明:定制的二段式均匀化工艺基本上消除了GH3625合金中的低熔点laves相和微观元素偏析;均匀化态GH3625合金的初熔温度明显提高,熔化先发生在晶界、表面、缩孔及碳化物(NbC)区域;GH3625合金的凝固过程分为三个阶段,主要发生了L→γ、L→γ+MC和L→γ+laves的结晶反应;γ相的形核属于非均匀形核,使溶质原子易偏聚于晶界,从而在枝晶间不可避免的形成了元素偏析和相偏析,其中低熔点laves相的析出类型主要与冷却速率有关。     

Zn对Mg-6Al合金凝固的溶质偏析及组织的影响

采用液态淬火方法得到了Mg-6Al和Mg-6Al-0.5Zn合金固液共存界面试样,表征了溶质Al在这两种合金中的凝 固偏析特征,研究了Zn对Mg-6A1合金凝固溶质偏析和凝固组织的影响.结果表明:Al元素在Mg-6A1合金中的近平衡分配系数是0.33,偏析比为2.17,最大偏析率为0.43.Zn的加入使Mg-6A1合金...     

Cu—Al 合金马氏体相变热力学

依据规则溶液模型,在充分利用 Cu-Al 系相图的基础上,导得 Cu-Al 合金的一些热力学参量。应用统计模型处理了 Cu-Al 合金中涉及马氏体相变的体心立方及面心立方两种结构的有序相变,直接从理论上计算了不同成分 Cu-Al 合金α和β相的平衡温度 T~*,有序α′与β′相的平衡温度 T_0,以及马氏体相变点 M_s,其中 M_s 与实验值非常吻合。计算还表明 Cu-Al 系中 T_0比 T_0~*更高。     

大塑性变形制备超细晶/纳米晶Al-Mg铝合金的研究进展

近年来,大塑性变形(SPD)制备具有先进结构和功能的超细晶和纳米晶Al-Mg铝合金的研究取得了很大进展。SPD后,合金的晶粒显著细化、位错密度提高及有非平衡晶界和晶界偏析形成,这些微观结构导致合金的强度、硬度大幅提高。然而,SPD合金的塑性普遍较低。综述了SPD制备的Al-Mg铝合金在结构和性能方面的一些最新研究成果。     

镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳单胞模型

在680和850℃下对DD3镍基单晶合金进行多轴非比例加载低周疲劳试验,结果表明等效应变范围△ε_e、试验温度、等效应力范围△σ_e对单晶合金的低周疲劳寿命有显著影响。基于能量耗散理论,引入参量k表征多轴非比例加载对疲劳寿命的影响,构造循环塑性应变能作为损伤参量,建立镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型。参量k与循环寿命之...     

含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化处理

采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析和DSC差热分析等研究了含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态与均匀化态的显微组织和成分分布。研究了均匀化动力学过程,导出了均匀化动力学方程。结果表明:合金铸态组织存在晶界偏析,Cu、Zn和Mg元素存在严重的晶界偏析。470℃×24h均匀化处理后,合金晶界变得细小稀疏,晶界上非平衡低熔点共晶相基本消除。由均匀化动力学方程,可得出合金的均匀化处理制度为470℃×22h,与实验结果(470℃×24h)基本相符。因此合金适宜的均匀化处理工艺为470℃×24h。     

金属材料非平衡相变的热/动力学协同

金属热加工通过相变决定材料最终组织和性能。随非平衡技术快速发展,热加工工艺趋于极端化和多样化,控制相变的热力学与动力学机制从简单近平衡条件下的相对独立转变为复杂远平衡条件下的高度关联。基于热/动力学独立处理的传统理论已无法应对上述相变涉及的机理描述、组织预测和过程控制。这已然成为高端制造业迫切需要解决的关键问题,也给金属材料非平衡相变研究带来了挑战和机遇。针对纯Fe沿Bain路径的马氏体切变、低合金钢组织调控中的马氏体相变、晶界迁移及晶粒长大热稳定性,整理出热力学驱动力和动力学能垒的定量关联,进而演绎并提出热/动力学相关性。旨在探讨相变热力学和动力学间的固有规律,以指导典型工业用合金的微观组织设计。     

二元合金薄膜的表面偏析

本文评述了广泛应用于描述平衡态和动态偏析的修正Darken模型。该模型首次提出了偏析的驱动力是化学势梯度,并成功地应用于定量描述体块材料的平衡态和动态的表面偏析。在考虑到薄膜体系中的尺寸效应后,引入了一个约束条件,再将其应用于修正的Darken模型,实现了在所有的浓度和薄膜厚度范围内,对合金薄膜体系的平衡态和动态的表面偏析的模拟计算。并利用该模型模拟了N(i111)Cu二元合金薄膜系统的平衡态和动态的表面偏析。     

Al-Y包晶合金非平衡凝固过程及组织特征

包晶凝固过程中小平面-小平面两相复相生长方式是凝固领域研究的一个热点。以初生相和包晶相都是严格计量比金属间化合物的Al-Y包晶合金作为研究对象,利用DSC热分析技术,严格控制冷却速度,获得不同凝固条件的非平衡凝固试样,研究了两相为小平面相的Al-Y包晶合金的凝固行为。发现小平面-小平面包晶系合金包晶凝固过程中,非平衡凝固特性及宏观偏析特点比非小平面包晶系更加明显。凝固特征温度与平衡相图偏差明显,包晶反应温度和包晶相直接凝固温度都远高于平衡相图给定的值,相对于相图是在"过热"条件下发生的,而固溶体型包晶合金一般是在"过冷"条件下发生的。包晶转变过程非常微弱,致使初生相残留量远高于平衡相图。即使对于过包晶成分的合金,其凝固组织中仍存在大量的共晶凝固组织,最终得到的凝固组织与平衡相图存在显著差异。     

铸锭GH 3625合金微观偏析及均匀化热处理

为消除铸态GH 3625合金的显微偏析,改善其热加工性能,建立其均匀化动力学并制订均匀化处理制度,采用ImagePro Plus软件、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS),对通过真空感应熔炼和电渣重熔双联工艺制备的GH 3625合金电渣锭的显微组织及元素偏析情况进行分析和研究.同时,对铸态GH 3625合金在不同温度下同一时间及同一温度下不同时间进行了均匀化处理.结果表明:GH 3625合金电渣锭存在明显的枝晶间微观偏析,主要偏析元素为Nb、Mo等,形成富Nb的Laves相、MC碳化物;不同元素的偏析程度为NbMoTiAlCr;Nb、Mo、Ti、Al在枝晶间大量富集,使得Laves等多种非平衡相在枝晶间析出;在均匀化过程中,随着均匀化温度的升高和时间的延长,偏析元素逐渐扩散均匀;当热处理制度为1 130℃×32 h时,元素偏析基本消除;Laves相体积分数随均匀化处理时间呈明显指数函数特征,V1 130℃=0.033 5exp(-0.163 1t).     

GH586高温合金析出相的热力学模拟计算

利用热力学计算软件Thermo—Calc与相应的Ni基高温合金数据库，从热力学角度通过计算最小吉布斯自由能，得到GH586合金可能析出的平衡相，并预测化学成分对析出相的影响，分析各相的析出规律，为挖掘合金组织潜力和改善合金使用性能提供理论依据。