Fe-W合金机械合金化及扩展固溶度研究

采用机械合金化方法,对Fe100-xWx(x=5,15,33.3,45,50,70,85,95)二元合金系统进行了机械合金化研究,用X射线衍射仪分析了球磨后的合金粉末的结构,用SEM对样品的形貌进行了分析.结果表明铁在钨中的固溶度大于30%;从理论上对Fe-W系统的固溶度进行计算,计算结果说明铁在钨中的固溶度与实验得到的结果相符.     

二元互不固溶金属合金化的研究进展

基于二元互不固溶金属体系的材料在航天、核聚变工程、电子封装以及反装甲武器等领域中有着广泛的应用,但由于反应热为正、组元性质差异较大,其直接合金化以及相应的材料制备都十分困难。针对于此,国内外开发了多种用于二元互不固溶金属直接合金化的方法,并对合金化过程的热力学和扩散机制进行了研究。本文首先综述了机械合金化、物理气相沉积和离子束混合3种已有合金化方法的原理、热力学机制及其在二元互不固溶金属粉末合金和纳米多层膜等材料中的应用。然后,介绍了近些年来本研究组提出并发展的辐照损伤诱发合金化、高温结构诱发合金化等新型互不固溶金属合金化方法,详细阐述了这2种方法的原理、合金化界面显微结构、热力学机制、扩散机制和应用。最后,展望了二元互不固溶金属体系合金化研究的发展趋势。     

不同组分Cu-Cr、Cu-Mo机械合金化相演变特征

采用X射线衍射(XRD)仪与透射电镜(TEM)选区电子衍射(SAED)对不同组分Cu-Cr、Cu-Mo高能球磨粉末在机械合金化过程中的相演变特征进行了研究,Mo在Cu中以晶格固溶为主,通过机械合金化手段扩展Mo在Cu中的固溶度有限,随着Mo组分含量增加,Cu晶粒尺寸变小,Mo在Cu中固溶度增大,Cu-80%Mo球磨产物中有非晶相出现。Cr在Cu中的固溶以晶界亚互溶为主,球磨强度影响Cu-50%Cr(质量分数)合金化产物,较高球磨强度下生成Cu纳米晶与Cr的氧化物。     

Ti-48at%Al机械合金化过程中物相演变及热力学分析

采用X-ray衍射分析了Ti-48at%Al混合粉末在高能球磨过程中的物相演变,用Miedema理论模型计算有序Ti/Al金属间化合物和非晶态的形成自由能。结果表明,Ti和Al元素粉末在机械合金化过程中的物相演变为:Ti+Al→无序fcc Ti(Al)固溶体、Ti Al、Ti Al3、Ti3Al→Ti Al3、Ti3Al→非晶,球磨3 h后出现了无序fcc Ti(Al)固溶体、Ti Al、Ti Al3和Ti3Al,高能球磨9 h后转化为无序非晶。经Miedema理论模型计算出各物相间在T=300 K时的自由能差,从热力学理论上证实了高能球磨Ti-48at%Al合金化过程的物相演变规律。     

机械合金化过程中Al-Pb相变的热力学和动力学研究

将Al、Pb粉末按照Al 2 2 5Pb(at% ,下同 )的配比进行了机械合金化 ,并对Al Pb合金的物相、晶粒尺寸、点阵常数作了测定和分析。结果表明 ,机械合金化可以获得Al Pb纳米晶超饱和固溶体。参照Miedema半经验理论模型 ,计算了该合金系的相变驱动力 ,分析指出当Pb含量为 86 8%～ 98 4 %时 ,该合金系存在发生非晶的化学驱动力。利用机械合金化动力学机制分析了Al Pb形成过饱和固溶体和非晶的可能性 ,其中Al 2 2 5Pb形成固溶体的自由能要低于形成非晶的自由能 ,但都大于零     

过饱和固溶NiAl合金的机械合金化合成机理研究

采用机械合金化方法,以Ni、Al元素粉末为原料,对四种成分的NixAl100-x(x=25,30,40,50)进行不同球磨时间和球磨转速的机械合金化合成;并对Ni30Al70的合成产物进行热处理.研究了过饱和固溶NiAl的机械合金化合成机理.研究表明:NixAl100-x四种成分的元素粉末通过机械合金化方法均制备出纳米晶NiAl金属间化合物粉末;非化学计量配比成分的Ni-Al粉末通过机械合金化合成NiAl过饱和同溶合金,其机械合金化合成机理为含有以原子扩散为基础的强制同溶的燃烧合成反应.     

Al-Zn-Mg-Cu系富铝角相平衡计算及实验研究

采用Thermo-Calc软件计算和光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及示差扫描量热仪实验分析手段,研究了Al-Zn-Mg-Cu系富铝角等温(480℃)截面图和Al-12Zn-xMg-1.5Cu合金的垂直截面图。结果表明,相平衡计算结果与实验分析吻合良好。在等温等锌截面计算相图中,随着Zn含量提高,α(Al)单相区和α(Al)+S(Al2CuMg)相区分别缩小和扩大,在α(Al)单相区内,Mg在铝固溶体的固溶度降低,Cu的固溶度变化不大。在等温等铜截面计算相图中,随着Cu含量降低,α(Al)单相区扩大,α+S(Al2CuMg)两相区缩小。合金元素的极限固溶度对温度极为敏感,在多相共晶点附近温区,合金元素的极限固溶度最大。     

二元铝锂合金析出相错配度的第一性原理计算EI北大核心CSCD

通过第一性原理计算结合准谐德拜模型系统研究了热膨胀系数、固溶度和空位浓度对Al/Al_(3)Li和Al/AlLi晶格错配度的影响规律,发现Al/Al_(3)Li晶格错配主要源于有序■无序相转变和热膨胀系数差异,而Al/AlLi的错配,除了晶体结构外,主要受两相中锂固溶成分的影响。通过与实验析出相的尺寸比较得出Al/Al_(3)Li之间为共格相界,而Al/AlLi为非共格相界。对热膨胀系数、固溶度和空位浓度的分析不仅确定了晶格错配的起源,而且也为相关实验现象提供了理论解释。     

高能球磨制备Al-Pb-Si-Sn-Cu纳米晶粉末的特性

通过机械合金化制备了Al-15％Pb-4％Si-1％Sn-1．5％Cu(质量分数)纳米晶粉末。采用X射线衍射(XRD)，扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对不同球磨时间的混合粉末的组织结构、晶粒大小、微观形貌以及颗粒中化学成分分布情况进行了研究。结果表明混合粉末经过球磨后形成了纳米晶，其组织非常均匀。球磨对Pb的作用效果明显大于对Al的作用效果，经过40h球磨后Pb粒子达到40nm，而Al在球磨60h后晶粒为65nm；经球磨后，Cu和Si固溶于Al的晶格中，而Sn则固溶于Pb晶格中，并且Al和Pb发生了互溶，形成了Pb(Al）超饱和固溶体；在球磨过程中硬度高的脆性粒子Si难于完全实现合金化。     

MA-HP法制备Al_(0.4)FeCrNiCo_(1.5)Ti_(0.3)高熵合金组织与性能研究(英文)

采用机械合金化-真空热压烧结(MA-HP)法制备了Al0.4FeCrNi Co1.5Ti0.3高熵合金。利用XRD、SEM和力学压缩试验机分析Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3合金的微观组织、相转变以及力学性能。结果表明:经高能球磨10 h,合金中形成了简单固溶体fcc和bcc相,而经过热压烧结的Al0.4Fe Cr Ni Co1.5Ti0.3合金以单一fcc相及2种bcc相(bcc1、bcc2)组成。热压烧结Al0.4Fe Cr Ni Co1.5Ti0.3合金致密度达99.48%,其微观硬度(HV),屈服强度、断裂强度、压缩率分别达到725 MPa,2.13 GPa,2.54 GPa,20.1%,合金优异的力学性能主要是因为合金的固溶强化;断裂模式为解理断裂及塑性断裂的混合机制。     

Embedded atom potential calculation of the Al–Pb immiscible alloy system

Embedded atom method (EAM) potentials for the Al–Pb immiscible alloy system were calculated along with some properties for f.c.c. Al, Pb and thermodynamic data for Al–Pb alloys. The calculated results for Al and Pb pure metals are in general agreement with the experimental values. The heat of solution for Pb in Al with our Al–Pb cross-potential was calculated and the result is close to that of ab initio calculated value. With the calculated heat of solution the solubility for Pb in Al after mechanical alloying was also calculated and the result is about 0.19 at.% Pb.     

fcc过渡族金属晶格动力学的改进分析型EAM模型计算

应用本研究组发展的改进分析型EAM多体势 ,由准谐和近似计算方法具体计算了 8种fcc过渡族金属 (Ag ,Au ,Cu ,Ir ,Ni,Pd ,Pt,Rh)和Al的 [10 0 ],[110 ]和 [111]3个方向的声子谱和晶格摩尔热容 ,并将计算结果与实验结果进行了比较。结果表明 :声子谱在低频率处与实验结果符合得很好 ,在高频率处有偏差 ;计算的晶格摩尔热容与实验结果符合良好。所采用的EAM多体势能较好的反映fcc金属原子间的相互作用。     

On the interfacial energy of coherent interfaces

A thermodynamic model has been developed for interfacial energies of coherent interfaces using only the molar Gibbs energy and the molar volume of the two phases surrounding the interface as the initial data. The analysis is started from the simplest case of the interface formed by two solutions on the two sides of a miscibility gap, when both phases are described by the same Gibbs energy and molar volume functions. This method is applied to the fcc Au–Ni, liquid Ga–Pb and liquid Al–Bi systems. Reasonable agreement was found with the measured values in liquid Ga–Pb and Al–Bi systems. It was shown that the calculated results are sensitive to the choice of the Calphad-estimated thermodynamic data. The method is extended to the case where the two phases are described by different Gibbs energy and molar volume functions. The extended model is applied to the interface present in an Ni-based superalloy between the AlNi₃ face-centered cubic (fcc) compound and the Ni–Al fcc disordered solid solution. The calculated results are found to be similar to other values recently obtained from the combination of kinetic and thermodynamic data. The method is extended to ternary and higher order systems. It is predicted that the interfacial energy will gradually decrease with the increase in number of components in the system.     

温度对六方系金属层错能影响的热力学模型

利用密排六方金属发生层错时在层错区域由密排六方(Hexagonal Close-packed,hcp)的AB排列转变为面心立方(Face-centered Cubic,fcc)的ABC排列的特点,通过计算hcp/fcc相变所需要的能量来计算hcp金属层错能.同时,在模型中引入了空位缺陷和温度等因素.利用此模型计算Mg,Zn,Ti等3种hcp纯金属的层错能,推导出层错能随温度变化的理论计算式,计算出变化值.计算结果表明:该热力学模型适用于hcp金属层错能的计算.Mg,Zn,Ti等hcp结构金属的层错能随着温度的升高逐渐降低,化学自由能变对层错能的影响占主导地位.空位有降低层错能的作用,随着温度的升高空位密度增大,层错能降低的幅度增大.     

HCP金属Mg，Ti，Zr的嵌入原子势

采用嵌入原子法，通过拟合Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ六方晶体的晶格常数，内聚能，弹性模量，空位形成能和双原子分子的键长、键能等物理参数，分别得到Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ等ｈｃｐ金属的嵌入原子势。用拟合所得的嵌入原子势计算具有相同原子体积的ｆｃｃ，ｂｃｃ结构的能量表明：ｈｃｐ结构的能量低于ｆｃｃ，ｂｃｃ结构的能量，这说明ｈｃｐ结构的势函数是稳定的。     

Der interkristalline Angriff von Metallschmelzen auf Stahl

The intercrystalline attack of steel by molten metals Specimens of steel and low alloy steels under tensile stress have been tested in pure molten metals (Sn, Bi, Cd, Pb, Al) and low alloy metals (SnCu, CdZn, CdAl, CdNi, PbBi, PbZn, PbAs, PbSb, PbCu). From among the pure metals only molten cadmium gives rise to intercrystalline corrosion which becomes apparent as a diminution of the rupture strength. Additions of Zn, Cu, Sb and Cd in the mineral molten metals, however, produce very strong corrosion even when the addition elements are present in low concentration only; the attack becomes visible even at temperatures below the melting point of the particular addition element. Lead and bismut additions (with or without Mn, Al, As or Ni) have no negative effect. As to the inert behaviour of pure molten tin investigations are still required in a wider temperature range.     

采用动态热模拟技术研究稀土对硬质合金性能稳定性的影响

该文采用动态热模拟技术研究了稀土对硬质合金性能与粘结相结为稳定性的影响，发现以非氧化物方式加入稀土元素能改善合金性能，其主要作用是抑制了粘结相向h．c．p结构的马氏体转变，且在长期热循环效应下保持稳定。而以氧化物方式加入稀土元素，抑制粘结相向h.c．p结构的马氏体转变能力差，在一定的热循环效应下不稳定，随着热循环次数的增加，h．c．p结构相含量增加，区改善合金性能不明显。     

A UNIVERSAL ANALYTIC POTENTIAL-ENERGY FUNCTION BASED ON A PHASE FACTOR

Using a field equation with a phase factor, a universal analytic potential-energy function applied to the interactions between diatoms or molecules is derived, and five kinds of potential curves of common shapes are obtained adjusting the phase factors. The linear thermal expansion coefficients and Young‘s moduli of eleven kinds of fuce-centered cubic (fcc) metals - Al, Cu, Ag, etc. Are calculated using the potential-energy function; the computational results are quite consistent with experimental values. Moreover, an analytic relation between the linear thermal expansion coefficients and Young‘s moduli of fcc metals is given using the potential-energy function. Finally, the force constants of fifty-five kinds of diatomic moleculars with low excitation state are computed using this theory, and they are quite consistent with RKR (Rydberg-Klein-Rees) experimental values.     

立方晶体弹性常数和EAM/FS势函数的关系

为了确定bcc和fcc晶体的EAM/FS势函数参数,研究了EAM/FS势函数与弹性常数的关系。对bcc和fcc结构晶体,分别导出压强(P)和体积弹性模量(B)、弹性常数(C44)和剪切弹性模量(Cp=(C11-C12)/2)的利用嵌入函数、对势函数和电子密度分布函数的表达式。发现C44和Cp的大小不仅取决于所考虑的原子和周围原子的距离,还受近邻原子排列状况的影响。将关于结合能(utot)和P、B、C44、C)p的5个拟合方程转化为求最小值的优化模型,给出了5种典型bcc结构晶体(V、Mo、Nb、Ta、W)和3种典型fcc结构晶体(Cu、γ-Fe、Ni)的结合能中待定参数的值。采用上述参数计算得到的最小结合能与实验结果一致,此时所对应的原子间距与晶格常数相同,表明了方法的有效性。