[111]取向镍基单晶合金在蠕变期间组织演化的有限元分析

采用弹塑性应力-应变有限元方法计算了[111]取向镍基单晶合金中γ/γ′两相共格界面的von Mises应力及应变能密度分布,研究了施加拉应力对γ/γ′两相界面von Mises应力分布及γ′相定向粗化规律的影响.结果表明:[111]取向镍基单晶合金经热处理后,组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相中,沿(100)方向规则排列.当沿[111]取向施加拉应力蠕变期间,与近(010)γ′晶面的基体通道相比,近(001)γ′和(100)γ′晶面的基体通道有较大的von Mises应力,在主应力分量的作用下,(100)和(001)晶面分别沿[001],[010]和[010],[100]方向发生较大的晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al和Ti原子,这是促使γ′相在(010)面沿[001]和[100]方向定向生长成为层片结构的筛网状筏形组织的主要原因.     

金刚石单晶解理断裂的研究

本文通过实验观察和理论计算研究了金刚石单晶解理断裂现象.金刚石单晶晶面上实际的价电子密度并非简单的正比于原子密度.(110)晶面上原子分布不均匀.(110)晶面BQKJB区域内原子分布较少,原子密度低于其它晶面.(111)晶面的价电子键络分布均匀,且实际发生作用的价电子密度最大.计算和分析结果表明,金刚石单晶(111)晶面的有效价电子密度为46.212 nm-2,明显高于(110)晶面的38.542 nm-2,成为有效原子密排面.当金刚石受到外力作用时,(111)面间较弱的键相对更容易断裂,因而导致沿(111)面产生解理.这与实验观察结果相吻合.     

单晶锗纳米切削温度场分布及各向异性对切削温度的影响研究（英文）

为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100),(110),(111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460 K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400 K以上。在3个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,(111)晶面的原子密度最大,即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。     

单晶锗纳米切削温度场分布及各项异性对切削温度的影响研究

为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100), (110), (111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400K以上。在三个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,其根本原因是由于不同晶面间的原子空间结构不同,(111)晶面的原子密度最大即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。     

一种试验第3代单晶高温合金1100℃长期时效组织演化（英文）

通过1100℃长期时效100~800 h,研究了一种试验第3代单晶高温合金组织演化规律。结果表明:随着时效时间的增加,枝晶干γ′相逐渐变得粗大和不规则;而枝晶间γ′相形貌则随着时效时间的延长呈规则立方、合并长大、筏排化规律演化。枝晶干与枝晶间这种不同的γ′相演化规律主要由合金元素的偏析造成。时效300 h后,枝晶干析出了少量的针状TCP相,随着时效时间增加,枝晶干处TCP相析出量增加;枝晶间直到800 h仍未发现TCP相析出;TEM和EDX分析表明析出相为σ相,富含Re、W元素。     

生长铜膜中孪晶形成与出现几率的分子动力学模拟

运用分子动力学和静力学方法对(111)生长铜膜中孪晶形成的原子过程与能量进行了模拟研究.所用的原子间相互作用势为Finnis-Sinclair型镶嵌原子法(EAM)势.模拟和计算分析结果表明,(111)生长铜膜表面沉积原子在不同局部可形成正常排列的fcc畴或错排的hcp畴;沉积原子处于hcp位置时体系的能量比fcc位置时要高,其增量决定了孪晶面出现几率.沉积原子错排能还受相邻{111}孪晶面的影响,其间距小于3个原子层厚时,沉积原子错排能与不形成孪晶的Al晶体表面沉积原子错排能相当,此时形成孪晶面的几率极低;随间距的增加,表面沉积原子错排能迅速降低,在间距达到约12个原子层厚以后,降到略低于完整Cu晶体{111}表面的沉积原子错排能,这表明此时出现孪晶面的几率比在完整晶体表面形成一个新的孪晶面的几率要大.     

Molecular Dynamics Simulation of the Surface Energies of High—Index Surfaces in Metals

利用嵌入原子型原子间相互作用势的分子动力学，计算了金属A1，Cu，Ni位于两个晶带上([001］晶带和[110］晶带)一系列高Miller指数面的表面能．推广了基于表面结构单元模型的经验公式,计算结果表明，利用本文推广的经验公式可根据几个低Miller指数面的表面能估计出高Miller指数面的表面能和表面结构特征,最密排面的表面能最低；最密排面(111)和次密排面(110)，(100)的表面能分别是表面能值随晶向角度θ变化曲线上的极小值；理论模拟结果、公式计算结果和已有的实验数据三者符合得较好。     

化学气相沉积钨单晶管材表面电解蚀刻形成的{110}晶面形貌

报导了具有<111>晶向(轴向)的管状钼单晶基体化学气相沉积(CVD)钨单晶涂层的电解蚀刻工艺及形成的{110}晶面形貌。实验发现,通过电解蚀刻,表面的{110}晶面可以完全被蚀刻出来。蚀刻出来的{110}晶面呈台阶结构,并同<111>晶轴相平行。蚀刻出来的{110}晶面在圆管的表面分成均等六个区。每个区内{110}晶面的台阶面的宽度呈现周期性的变化,开始台阶面较宽,逐渐变窄,然后通过一过渡区后,进入下一周期,{110}晶面的台阶面的宽度又逐渐变宽。     

DZ125镍基合金蠕变期间的组织演化与元素扩散迁移率

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,结合元素扩散迁移率计算,研究DZ125合金在1 040℃蠕变期间的组织演化规律。结果表明:高温蠕变期间,合金在枝晶间/干区域发生不均匀的组织演化,枝晶间区域形成的筏状γ′相尺寸粗大,而枝晶干区域γ′相沿(001)晶面形成细小的N-型筛网状筏形结构,且γ基体相连续充填在筛网状γ′相之间,可保证合金的高塑性。在1 040℃、137 MPa蠕变期间,合金枝晶干区域的γ′相经3 h转变成筏状结构,随施加应力的降低,γ′相发生筏形化转变的时间延长;其中,Al、Ta具有较高扩散迁移率是促使合金发生较快筏形化转变的主要原因。     

FGH95合金激光成形定向凝固显微组织与性能

利用FGH95合金粉末在DD3单晶基材和定向凝固镍基高温合金的择优晶面(与择优晶向垂直的晶面)上进行激光多层涂覆实验，得到了从基材外延生长的单晶涂覆层。涂层由细小柱状枝晶组织组成，枝晶一次间距约为10μm，二次臂退化。由于局部凝固条件的不同，枝晶干区域的γ′相为球形、枝晶间区的γ′相为立方体形态，尺度均小于0．1μm。激光涂覆层中的主要元素Cr和Co的偏析比基材铸态组织中的偏析大大减轻。对标准热处理后的试样进行分析表明：试样中的γ′相主要为方圆形，且尺度均匀。涂层中各元素的显微偏析比热处理之前有明显减轻。沿片状力学性能试样柱状晶生长方向进行拉伸，强度指标达到同种材料粉末冶金试件的97．9％，塑性超过粉末冶金试件。断口分析表明，FGH95合金的断裂机制为塑性断裂。     

Cu-71.8%Ag共晶体中两相的台阶界面及晶体取向

采用熔铸法制备了Cu-71.8%Ag(质量分数)合金,研究了共晶体中两相的位向关系和界面结构.约50%的相界面两侧Cu和Ag两相位向对称于(111)晶面.出现对称位向的相界面形态为台阶状,台阶平面与(111)平行,高度为(111)Cu和(111)Ag晶面间距的平均值,宽度为3-4个(11-1)Cu晶面间距.在此界面上,每隔3-4个(11-1)Cu晶面间距出现一个点阵重合位置.     

晶面对单晶硅高功率绿光飞秒激光加工的影响

目的 研究不同晶面取向对飞秒激光刻蚀加工硅的影响.方法 采用515 nm绿光高功率飞秒激光器,通过改变激光平均功率和扫描次数,对硅(111)和(100)面进行刻蚀加工,对比研究两个晶面的凹槽刻蚀深度和凹槽底部粗糙度差异.利用电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)技术,研究不同晶面在飞秒激光刻蚀加工中的微观行为特性,对比硅不同晶面的非晶化阈值和烧蚀阈值,同时对比不同晶面的非晶化能力和再结晶能力.结果 随着激光平均功率和扫描次数的增大,激光刻蚀形成的凹槽越来越深,相同条件下,硅(111)面的凹槽深度比(100)面的凹槽深度更大,且硅(111)面凹槽底部的粗糙度比(100)面凹槽底部的粗糙度更大.当凹槽刻蚀深度达到300μm时,(111)面的凹槽深度比(100)面约深20μm,粗糙度约高4μm.通过EBSD技术获得硅两个晶面的非晶化阈值,两个晶面的非晶化阈值近似,约为0.16 J/cm2.在相同的非晶化阈值下,(111)面的非晶程度比(100)面大.在较少的激光扫描次数下,观察到硅(111)面的激光吸收率比(100)面高.结论 晶面取向不仅影响到飞秒激光多脉冲作用下硅的微观结构,而且还影响到硅的宏观飞秒激光加工效果.加工参数相同时,(111)面单晶硅的刻蚀深度明显大于(100)面单晶硅,原因是硅(111)面的非晶化能力比(100)面强,导致(111)面吸收更多的激光能量,材料去除效率更高.     

化学腐蚀条件下电气传感器用单晶硅的微观形貌演化

以电气传感器用单晶硅为对象,研究其在TMAH溶液中的腐蚀现象,分析化学腐蚀条件下单晶硅的微观形貌演化。结果表明,在TMAH溶液中腐蚀后,单晶硅的倒金字塔结构中有刻蚀坑出现,且随着腐蚀时间的延长,倒金字塔结构的体积增大。单晶硅(111)晶面和(110)晶面的交界处出现的腐蚀畸变和硅原子密排结构的变化,是提高(111)面腐蚀速率的主要原因。     

〈111〉生长铜膜中孪晶形成与出现几率的分子动力学模拟

运用分子动力学和静力学方法对〈111〉生长铜膜中孪晶形成的原子过程与能量进行了模拟研究.所用的原子间相互作用势为Finnis-Sinclair型镶嵌原子法(EAM)势.模拟和计算分析结果表明,〈111〉生长铜膜表面沉积原子在不同局部可形成正常排列的fcc畴或错排的hcp畴;沉积原子处于hcp位置时体系的能量比fcc位置时要高,其增量决定了孪晶面出现几率沉积原子错排能还受相邻{111}孪晶面的影响,其间距小于3个原子层厚时,沉积原子错排能与不形成孪晶的Al晶体表面沉积原子错排能相当,此时形成孪晶面的几率极低;随间距的增加,表面沉积原子错排能迅速降低,在间距达到约12个原子层厚以后,降到略低于完整Cu晶体{111}表面的沉积原子错排能,这表明此时出现孪晶面的几率比在完整晶体表面形成一个新的孪晶面的几率要大.     

近平衡与亚快速凝固条件下K424高温合金组织演化规律研究

采用差示扫描量热仪与铜模喷铸技术,研究了较宽冷速(0.17~100 K/s)范围内K424镍基高温合金的近平衡与亚快速凝固行为。利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对不同冷速作用下K424合金γ基体相、γ′沉淀相、MC碳化物及共晶组织进行了表征,并对平均二次枝晶间距进行了定量分析。结果表明：冷速的提高有效细化了初生γ相,二次枝晶间距由0.17 K/s时的84 μm显著下降到100 K/s时的5 μm, 同时导致γ′沉淀相的析出时间缩短,平均晶粒尺寸下降。亚快速凝固条件下所形成的过饱和固溶体在后续加热过程中发生沉淀相析出。枝晶组织的细化与溶质截留的发生,降低了凝固过程中成分偏析,有利于γ+γ′共晶相及碳化物尺寸的下降。     

单晶镍基合金在拉伸蠕变期间的组织演化与分析

通过[001]取向镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织形貌观察,采用应力应变有限元方法计算出立方γ/γ′两相共格界面的vonMises应力分布,研究了合金在蠕变期间γ′相的定向粗化规律。结果表明,施加拉应力可改变立方γ/γ′两相的应力分布,使不同晶面发生晶格收缩与扩张应变,其中,(001)晶面产生晶格收缩可排斥较大半径的Al、Ti原子,(100)和(010)晶面沿平行于应力轴方向产生晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al、Ti原子,是使其γ′相沿扩张晶格的法线定向生长成为类似筛网层状结构的组织演化规律。并进一步提出蠕变期间发生元素扩散和γ′相定向生长的驱动力。     

近平衡与亚快速凝固条件下K424高温合金的组织演化规律

采用差示扫描量热仪与铜模喷铸技术,研究了较宽冷速(0.17~100 K/s)范围内K424镍基高温合金的近平衡与亚快速凝固行为。利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对不同冷速作用下K424合金的γ基体相、γ′沉淀相、MC碳化物及共晶组织进行了表征,并对平均二次枝晶间距进行了定量分析。结果表明:冷速的提高有效细化了初生γ相,二次枝晶间距由0.17 K/s时的84μm显著下降到100 K/s时的5μm,同时导致γ′沉淀相的析出时间缩短,平均晶粒尺寸下降。亚快速凝固条件下所形成的过饱和固溶体在后续加热过程中发生沉淀相析出。枝晶组织的细化与溶质截留的发生,降低了凝固过程中成分偏析,有利于γ+γ′共晶相及碳化物尺寸的减小。     

小孔腐蚀在铝电解电容器用铝箔质量评价中的应用

阐述小孔腐蚀在铝电解电容器用铝箔质量评价中的应用机理。首先简要介绍电容器铝箔立方织构的形成过程和特征,及小孔腐蚀的一般电化学特点;然后模拟计算多晶体铝箔材料各晶面弹性模量、各晶面原子密度和各晶向原子密度;最后用HCl、HNO3、HF组成的特定侵蚀剂对电容器铝箔实施小孔腐蚀,用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)对小孔腐蚀后的铝箔表面形貌与横截面形貌进行观察分析。电容器铝箔侵蚀后表面呈现大量正方形蚀孔,电容器铝箔发生小孔腐蚀具有方向性,蚀孔隧道总是沿着垂直或平行于铝箔表面的方向发展;100、110和111晶向的原子密度依次为2/a、2.12/a、1.15/a,a为晶胞参数,{100}、{110}和{111}晶面的原子密度依次为5/a2、4.24/a2、13.85/a2,{100}、{110}和{111}晶面的弹性模量依次为98.418、109.449、113.2678 GPa,蚀孔隧道活性尖端由{111}晶面构成以降低表面能,蚀孔隧道钝化壁由{100}晶面组成以保持钝化膜稳定。电容器铝箔正方形点蚀表面形貌与铝箔织构有特定的对应关系,织构{100}001含量可以通过计算铝箔表面正方形蚀坑面积的方法来估算。     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长研究

采用Bridgman定向凝固方法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着生长高度的增加,固液界面处温度梯度逐渐降低,一次枝晶间距增加。同时,γ′相尺寸随着生长高度的增加逐渐减小,且γ′相形貌由不规则的蝴蝶状向立方体状、近圆状转变。γ+γ′共晶组织和碳化物大多分布在枝晶间区域,且含量随着生长高度的增加逐渐增加。此外,由于定向凝固过程中晶粒的竞争生长,随着生长高度的增加柱状晶数量明显减少;在具有凸固液界面生长条件下晶粒表现为向近炉壁侧倾斜发散生长。     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长行为

采用Bridgman定向凝固法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着定向凝固柱晶高温合金生长高度的增加,一次枝晶间距增加,γ′相尺寸减小,且γ′相形貌由蝴蝶状向立方体状、近球状转变,枝晶间处γ′相尺寸和数量均高于枝晶干处。碳化物和γ+γ′共晶组织主要分布于枝晶间区域,且随着生长高度的增加,碳化物形貌由细小块状逐渐向条状、骨架状转变。此外,由于晶体的竞争生长,随着生长高度增加柱状晶数量明显减少,表现为在最终生长区内主要存在定向起始段中心部晶粒。上述过程主要因为存在凸固液界面生长条件,晶粒向近炉壁侧倾斜发散生长,中心部晶粒淘汰边缘晶粒发生稳定生长。