基于稳定固溶体团簇模型的含氮铜合金薄膜

目的制备结构和性能稳定的含氮铜合金薄膜,提高铜合金的硬度。方法基于稳定固溶体团簇模型在Cu-Ni基合金成分设计方面的研究,进一步利用Nb与N相对较大的负混合焓以及Ni的作用,将N带入Cu中,达到稳定N的目的。采用磁控溅射方法在N2/Ar比为1/30的气氛中制备了Si(100)基Cu-Ni-Nb-N四元合金薄膜和参比样品,并通过电子探针、X射线衍射仪和透射电子显微镜分别分析了薄膜的成分、结构和膜-基界面,采用双电测四探针测量仪和超轻微载荷努氏硬度计测量了薄膜的电阻率和硬度。结果与Cu(N)薄膜相比,四元合金薄膜具有更好的结构稳定性和更高的硬度。溅射态时,四元薄膜由铜的纳米柱状晶和少量NbN组成,硬度均在5 GPa左右。550℃/1 h退火后,薄膜致密度好,部分N能以NbN化合物的形式稳定存在于薄膜中,大部分薄膜的硬度在3 GPa以上,并且具有较好的导电性。结论采用稳定固溶体团簇模型选择固氮元素,能够制备出综合性能较好的含氮铜合金薄膜,为其进一步用于铜及其合金的表面改性奠定了基础。     

合金相的“团簇+连接原子”模型与成分设计

以最近邻配位多面体为基元描述复杂合金相的结构特征,总结出合金相的常见团簇类型,并建立了合金相的团簇+连接原子模型。以此为基础解析准晶和非晶合金为代表的团簇合金的结构与团簇成分式特征,提出复杂合金相成分设计的团簇式方法,并以块体非晶合金和稳定固溶体合金为例说明多组元合金相团簇成分式的建立与运用过程以及团簇基元及连接原子种类与数目的确定原则。前期研究工作表明,基于团簇+连接原子模型的团簇成分式方法为多元复杂合金相定量设计提供了新的有效途径。     

Au-Cu合金的团簇成分式北大核心CSCD

运用描述近程有序结构的"团簇加连接原子"方法,建立了Au-Cu合金的稳定局域结构模型,进而解析了具有特殊性能的成分点,其中包括ASTM手册中列出的3种钎料BAu-11(50Au-50Cu)、BAu-1(37.5Au-62.5Cu)和BAu-2(80Au-20Cu)。结果表明,特殊性能成分金铜合金,具有简单的满足团簇式的成分规律,反映着固溶体近程有序本质结构。     

基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计

利用"团簇加连接原子"结构模型研究了马氏体沉淀硬化不锈钢的成分特征,结果表明,此类钢的基础三元Fe-Ni-Cr高温奥氏体下限成分对应团簇成分式[NiFe₁₂]Cr₃,其中NiFe₁₂为fcc结构,Ni为中心原子,其与12个Fe原子配位构成立方八面体团簇,Cr为连接原子.以[NiFe₁₂]Cr₃为基础成分式,根据团簇式自洽放大和相似组元替代原则,添加C,Mo,Nb和Cu形成多元新合金,采用铜模吸铸快冷技术制备合金,并在1323 K保温2 h进行固溶处理后水淬,然后再在753 K保温4 h进行时效处理.结果表明,固溶和时效后的系列合金的组织和性能随合金化组元的种类及含量发生变化,其中{[(Ni₁₃Cu₃)Fe₁₉₂](Cr₄₅Mo_2.5Nb_0.5)}C₁合金在时效处理后具有较高的硬度和拉伸强度,其硬度为397 HV,屈服强度为971 MPa,抗拉强度为1093 MPa,该成分合金在3.5%NaCl（质量分数）中性溶液中具有优良的耐蚀性能.     

基于团簇结构模型的镍基高温合金成分设计

应用“团簇加连接原子”结构模型对镍基高温合金成分进行了解析,指出了这些合金均源自基础团簇式[Cr-Ni12]Cr3,其中[Cr-Ni12]为在FCC结构中以Cr为心的立方八面体团簇,搭配以3个Cr作为连接原子.根据合金化组元与基体Ni的混合焓大小确定其在团簇式中的位置,最终形成多元合金化后的团簇式[(Al/Ti/Nb)-(Ni/Fe/Co)12](Cr/Al)3.采用铜模吸铸快冷技术制备φ10 mm的合金棒,并对其在1373 K保温2h后空冷.结果表明团簇式中含有一个Al时会有细小的γ'相析出,含有两个Al时[Al-(Ni10Fe2)](Cr2Al)合金中γ'相球形析出,粒子尺寸为30 ～ 60 nm;硬度测试表明前者强化效果不明显,后者由于γ'粒子长大使得合金硬度提高.当Al/Ti/Nb等比例占据团簇心部时,[(Al1/3 Ti1/3 Nb1/3)-(Ni10 Fe2)]Cr3合金的硬度最高,为2.86 GPa.     

“基于团簇理论的薄膜成分设计” 专题序言

随着表面技术的发展和市场需求的增加,薄膜材料正在从传统的金属碳氮化物以及碳膜走向更加丰富的材料种类,材料设计也逐步与薄膜工艺相结合,薄膜精细设计与制备的新时代已经到来。为此本刊邀请了大连交通大学董闯教授和大连理工大学李晓娜副教授作为联合主编,编辑了薄膜材料成分设计专题,突出展示该课题组发展的基于团簇式的薄膜成分设计理论。     

基于团簇线的Mg-Ni-Y三元非晶合金研究

采用团簇线方法设计并制备了Mg-Ni-Y三元非晶合金,并对团簇结构的稳定性、表征非晶形成能力参数及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,设计的Mg_(32.3)Ni_(21.5)Y_(46.2)、Mg_(30.9)Ni_(40.6)Y_(28.5)和Mg_(27.2)Ni_(47.8)Y_(25.0) 3种非晶合金具有较高的原子尺寸差σ、电负性差?x、τ和φ,在合金结构及化学性能上具有较高的稳定性及良好的非晶形成能力,且上述非晶合金在NaOH溶液中具有良好的耐腐蚀性能。     

基于团簇线的Fe-B-Y基五元块体非晶合金

在三元Fe-B-Y合金系中,以团簇线判据设计了5个基础合金成分,即5条成分线Fe8B3-Y,Fe8B2-Y,Fe83B17-Y,Fe6B-Y和Fe9B-Y与一条团簇线Fe12Y-B的交点.在此基础上加入微量Nb和M(M=Ti,Hf, Ta,Mo,Ni和Sn)形成五元合金,用铜模铸造方法制备出直径为3 mm的合金棒.考虑到元素B和Y在合金制备过程中的损耗,对每个合金进行了成分修正.在M=Ti,Hf,Ta和Mo时,能够形成块体非晶合金的三元基础成分均接近Fe8B3-Y与Fe12Y-B两条团簇线交点成分,表明其对应的基础团簇为Archimedes八面体反棱柱Fe8B3.最佳非晶成分为(Fe69.9B24.6Y5.5)96Nb2Ti2,其Tg=944 K,Tx=997 K,Trg=0.666.当M=Ni和Sn时,均没有得到块体非晶合金.     

含Fe和Mn的Ni_(30)Cu_(70)固溶体团簇模型与耐蚀性研究

提出了一个极限田溶体合金的团簇模型,在此基础上优化设计了添加Fe和Mn的Ni_(30)Cu_(70)(原子分数,%)固溶体合金成分.在该模型中,固溶的Fe和Mn以Ni为第一近邻形成12配位立方八面体原子团簇(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)而分散到Cu基体中,因此极限固溶体合金成分为[M_1/_(13)Ni_(12)/_(13)]30Cu_(70)=[(Fe_(1-x)Mn_xNi_(12)]Cua_(30.3),M=(Fe_(1-x)Mn_x).采用X射线衍射和电化学腐蚀测试等方法,研究了[(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)]Cu_(30.3)合金的微观组织与耐腐蚀性能的关系.实验结果表明,对应于极限同溶体状念的[(Fe_(0.75)Mn_(0.25))Ni_(12)]Cua_(30.3)合金,在3.5%NaCl溶液中具有相对好的耐腐蚀性能.     

源自Ni-Nb共晶团簇式的Ni-Nb-(Zr,Ta,Ag)三元块体非晶合金成分设计

利用团簇+连接原子模型设计Ni-Nb基三元块体非晶成分.首先,解析出二元共晶点Ni_(59.5)Nb_(40.5)的团簇式[(Ni_(0.5)Nb_(0.5))-Ni_6Nb_6]Ni_3,其中,(Ni_(0.5)Nb_(0.5))Ni_6Nb_6为源自Ni_6Nb_7(Fe_7W_6型)共晶相的以(Ni_(0.5)Nb_(0.5))为心的二十面体团簇.相应的,具有最大非晶形成能力的Ni-Nb二元成分Ni_(62)Nb_(38)可描述成团簇式[Ni-Ni_6Nb_6]Ni_3,此时,二十面体团簇的中心位置完全由Ni占据.以[Ni-Ni_6Nb_6]Ni_3二元非晶团簇式为基础,通过引入第3组元Zr,Ta或Ag,设计出具有更高非晶形成能力的Ni-Nb-(Zr,Ta,Ag)三元合金,利用水冷铜模吸铸方法获得临界直径为3 mm的块体非晶.热分析和力学测试表明这些三元块体非晶具有较高的热稳定性,其中[Ni-Ni_6Nb_5Ta]Ni_3具有最高的玻璃转变温度T_g(935 K)和晶化温度T_x(952 K);这些三元块体非晶具有一定的塑性变形能力(延伸率约为0.3%),[Ni-Ni_6Nb_5Zr]Ni_3和[Ni-...     

GW83合金的固溶处理工艺研究

测试了GW83合金的室温力学性能和维氏硬度,研究了热处理工艺对GW83合金组织及力学性能的影响及其作用机理。     

GW83合金的固溶处理工艺研究

测试了GW83合金的室温力学性能和维氏硬度,研究了热处理工艺对GW83合金组织及力学性能的影响及其作用机理.     

SmCo基多元合金薄膜的成分调控研究

基于溅射理论和分子热力学理论建立了SmCo基多元合金薄膜的成分调控模型,讨论了溅射参数对薄膜成分的影响规律。随后以Sm(Co0.62Fe0.25Cu0.1Zr0.03)7.5合金为靶材,采用磁控溅射工艺在单晶Si基片上制备了SmCo基多元合金薄膜,测试了不同溅射工艺制备薄膜的成分。结果表明:通过模型计算得到的薄膜成分对溅射参数的依赖关系与实验结果吻合,验证了模型的有效性。     

Cu－Pd合金固溶体短程序参数测定

本文用Ｄ／ｍａｘ－ＲＣ衍射仪及单色光研究固溶体Ｃｕ－Ｐｄ等合金短程序。用作图法扣除底景中的非短程序所引起的漫散射，减少烦琐费时的数学处理，达到测量快速。给出Ｃｕ－Ｐｄ合金短程序参数ａｍ的统计值为－０．２２８２。     

稀土Y、Ce和Si对AM50合金铸态及固溶处理组织的影响

研究了稀土Y、Ce和Si的综合作用对AM50镁合金铸态及固溶处理组织的影响.结果表明,稀土Y、Ce和Si的综合作用可显著细化合金组织,并改变Mg2Si相形貌,使其由典型的汉字状形态变成短棒状,弥散分布于晶界,但仍可以看到汉字状的Mg2Si存在.固溶处理能够完全溶解β-Mg17Al12相,并使Al2Y、Al11Ce3化合物尺寸变小,Mg2Si相的尺寸和分布不受固溶处理的影响.     

稀土Y、Ce和Si对AM50合金铸态及固溶处理组织的影响

研究了稀土Y、Ce和Si的综合作用对AM50镁合金铸态及固溶处理组织的影响。结果表明,稀土Y、Ce和Si的综合作用可显著细化合金组织,并改变Mg2Si相形貌,使其由典型的汉字状形态变成短棒状,弥散分布于晶界,但仍可以看到汉字状的Mg2Si存在。固溶处理能够完全溶解β-Mg17Al12相,并使Al2Y、Al11Ce3化合物尺寸变小,Mg2Si相的尺寸和分布不受固溶处理的影响。     

Fe、Cr过饱和固溶量对Zr-4合金耐蚀性的影响

制备了4种Fe、Cr过饱和固溶量不同的Zr-4合金试样,采用透射电镜分析了4种试样的显微组织,并研究了4种试样在500℃/10.3 MPa和360℃/18.6 MPa/0.01mol/L LiOH水溶液中的腐蚀规律。结果表明:在Zr-4合金未发生疖状腐蚀的情况下,降低α-Zr中过饱和固溶的Fe、Cr含量有利于改善Zr-4合金在500℃/10.3 MPa蒸汽中的耐均匀腐蚀性能。提高α-Zr中过饱和固溶的Fe、Cr含量有利于改善Zr-4合金在LiOH水溶液中的耐均匀腐蚀性能。     

热处理对球磨LaNi5-15%Mg合金相组成及热稳定性的影响

采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、示差热分析仪(DTA)研究了热处理对球磨LaNi5-15%(质量分数,下同)Mg合金的组织形貌、结构变化及热稳定性的影响.结果表明,经250r/min球磨250h,样品由La、Mg、Ni非晶体及微量的晶体Ni、MgNi2组成,其DTA曲线上只出现了一个峰值温度为564.0K的放热峰.球磨粉末为规则的球形或近球形,颗粒直径范围为0.05～9.00μm,其中94%的颗粒尺寸为0.05～1.00μm;经763K×35天热处理后,样品由具有纳米尺度的MgNi2、LaMg2Ni9、Mg2NiLa三相组成,其平均晶粒直径为21.7nm,热处理样品的DTA曲线上没有吸热或放热峰出现,具有较好的热稳定性能.