Ni75Cr25-xAlx合金中L12相和D022相形核孕育期的微观相场模拟

基于微观相场动力学模型,运用原子图像、平均长程序参数和平均成分偏离序参数,研究了Al浓度对Ni₇₅Cr_25-xAl_x合金中L1₂相和D0₂₂相形核孕育期的影响以及孕育期与沉淀相析出顺序之间的关系.结果表明,L1₂相和D0₂₂相的形核孕育期不仅与Al浓度有关,而且与两相析出的先后顺序密切相关.当Al浓度小于7.5%时,先析出相为D0₂₂相,随着Al浓度的增大,D0₂₂相形核孕育期延长,后析出的L1₂相的形核孕育期也延长,L1₂相的原子簇?聚?速度加快;当Al浓度大于7.5%时,先析出相为L1₂相,随着Al浓度的增大,L1₂相的形核孕育期缩短,后析出的D0₂₂相形核孕育期也缩短.当Al浓度为7.5%时,L1₂相和D0₂₂相几乎同时析出,两者的孕育期没有明显的差别. 关键词： 形核孕育期 序参数 沉淀 微观相场模拟     

相场法研究Fe-Cu-Mn-Al合金富Cu相析出机制

基于Ginzburg-Landau理论采用连续相场法模拟了Fe-15%Cu-3%Mn-x Al(质量分数x=1%, 3%, 5%)合金在873 K等温时效时纳米富Cu析出相沉淀机制及Al含量对富Cu相析出的阻碍效应.通过计算成分场变量和结构序参数,研究了富Cu析出相的形貌、颗粒密度、平均颗粒半径、生长和粗化动力学.研究结果表明:在时效早期阶段,纳米富Cu相通过失稳分解机制析出,由于原子扩散速率存在差异,从而形成以富Cu相为核心的核壳结构.随着时效时间延长,富Cu相析出物结构由体心立方转变为面心立方.其中Al和Mn原子在富Cu核外偏析形成Al/Mn簇,可以将其视为阻碍富Cu析出相形成的缓冲层;在沉淀过程中,随着Al含量的增大, Al/Mn金属间相促进了缓冲层的生长,阻碍富Cu析出相的生长和粗化.     

微观相场法模拟Ni75Al5.3V19.7中L12和D022结构反位缺陷的演化

运用微观相场法研究Ni75Al5.3V19.7合金沉淀过程中L12结构和D022结构反位缺陷发现:在沉淀初期,L12结构反位缺陷AlNi,Vni,NiA1,D022结构反位缺陷Vni,AlNi,Ni,AlV的浓度均从初始高度反位状态随沉淀过程的进行逐渐减小并趋于一平衡值;沉淀中后期,L12结构和D022结构长大,反位缺陷浓度始终保持平衡,平衡时L12结构的α格点反位缺陷AlNi,Vni,D022结构的α格点反位缺陷VNI,AlNI的浓度均在10-2数量级,Ll2结构和D022结构的β格点的反位缺陷NiA1,NiV,的浓度在10-1数量级,NiAl,NiV反位缺陷分别是这两种结构的主要反位缺陷类型;第三组元在有序相中有择优占位倾向,V原子优先占据L12:结构的β格点,Al原子优先占据D022结构的α格点.     

Ni_(60)Al_(20)V_(20)中熵合金沉淀过程微扩散相场法模拟

纳米级L1_2结构的γ′有序相形态、析出过程和原子排布等对镍基中熵合金强化具有重要作用.本文采用微扩散相场动力学模型探究Ni_(60)Al_(20)V_(20)中熵合金沉淀过程微观机理,以原子占据晶格位置的几率为场变量描述微结构变化,结合反演算法,通过分析γ′相和θ相原子图像演化,序参数变化,体积分数变化等,探讨了γ′(Ni3Al)和θ(DO_(22))有序相的沉淀机制.研究结果表明:Ni_(60)Al_(20)V_(20)中熵合金无序相有序化动力学过程中,L1_0相和DO_(22)相同时析出, L1_0相逐渐转变为L1_2-γ′相,而传统Ni_(75)Al_(7.5)V_(17.5)合金沉淀序列是先析出L1_0相,L1_0转变为L1_2相后, DO_(22)相在L1_2相的反相畴界处析出. L1_0向L1_2转变时,面心立方晶格a位被Ni原子占据, b位被Al原子和V共同占据.原子等成分有序化形成DO_(22)结构q单相有序畴,随后失稳分解; L1_0结构非经典形核,逐渐转化为L1_2-γ′相并失稳分解. Ni-Al第一近邻原子间相互作用势随温度线性升高,随长程序参数增加逐渐增加; Ni_(60)Al_(20)V_(20)中熵合金孕育期随温度升高而时间变长.本文研究适用于Ni-Al-V中熵合金设计.     

Cr、Mn、Co、Ni掺杂对Al13Fe4相稳定性和力学性能影响的第一性原理研

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同掺杂浓度下过渡族元素Cr、Mn、Co、Ni在Al13Fe4相中的占位情况、结构稳定性和机械性能. 计算得到所有的Al13(Fe24-xMx) (M=Cr、Mn、Co、Ni;X=1,2,4)相都具有良好的热力学稳定性和机械稳定性. 相同掺杂浓度化合物的形成焓按如下顺序减小：Al78(Fe24-xCrx) > Al78(Fe24-xMnx) > Al13Fe4 > Al78(Fe24-xNix) > Al78(Fe24-xCox).形成焓的降低增加了Al13Fe4相成核驱动力,Co和Ni有利于促进Al-Fe合金中Al13Fe4相形核,细化Al13Fe4相. 过渡族元素可以改善金属间化合物的脆性,增强塑性变形能力. 并且随着掺杂浓度的增加,过渡族元素的加入对脆性的改善呈先增大后减小的趋势.     

金属基复合材料原位反应相场模型

原位反应法制备金属基复合材料具有增强体与基体间无杂质、无污染、颗粒分布均匀等优点,已成为制备金属基复合材料的一种重要方法,揭示其动力学机制及规律具有重要的理论及工业价值.然而,原位反应过程具有反应时间短、随机发生、温度高等特点,目前采用原位实验观测其反应过程仍存在较大困难.本文采用相场法模拟金属熔体内的原位反应过程,首先建立了能够描述双束金属熔体界面反应形核的相场模型,并采用该模型模拟了不同参数下相界反应形核过程.结果表明,形核率随着曲率半径及噪声强度的增大而增大,小曲率半径及强噪声条件下新相颗粒尺寸分布更加均匀,形核率随着过冷度的增大而先增大后减小.     

原子间相互作用势对中Al浓度Ni75AlxV25-x合金沉淀序列的影响

基于微观相场模型与反演算法,研究了中Al浓度及温度对Ni₇₅Al_xV_25-x合金沉淀过程的影响：在相同浓度下,L1₂与DO₂₂结构的第一近邻原子间相互作用势随温度升高呈线性增加,两者呈正比的关系;但在同一温度下,L1₂（DO₂₂）结构的第一近邻原子间相互作用势随Al原子浓度的增加而增加（减少）.同时将反演得出的原子作用势代入微观相场模拟中,探讨中Al浓度合金沉淀序列与原子作用势的关系,即当L1₂的第一近邻原子间相互作用势大于（小于）DO₂₂时,L1₂（DO₂₂）优先析出;当L1₂和DO₂₂的第一近邻原子间相互作用势相等时,两者同时析出.特别地,当Al原子的浓度等于0.0589时,发现L1₂和DO₂₂同时析出.利用微观相场法反演原子间相互作用势,为判断中Al浓度合金的沉淀序列增加了可信度.     

微合金化元素Cu/Ti在L12-Al3Sc/Al界面的偏析行为

L1₂-Al₃Sc纳米析出相的热稳定性对于Al-Sc合金的耐热性意义重大.不同溶质原子在L12-Al3Sc界面的偏析行为可能对Al-Sc合金中L1₂-Al₃Sc析出相的热稳定性造成影响.本文针对过渡族微合金化元素Cu和Ti的L1₂-Al₃Sc/Al界面偏析,开展第一性原理能量学计算研究.结果表明, Cu和Ti均倾向于以替换方式偏析在界面Al侧,但偏析驱动力和偏析占位有明显差异.在给定温度下,基体浓度对界面偏析量也有重要影响.基体浓度越高,偏析驱动力越大,界面平衡偏析量或最大界面覆盖率越大.温度为600 K、基体原子浓度为1%时, Ti对偏析界面的最大覆盖率可达80%(0.8单原子层),而Cu不超过4%(0.04单原子层).     

快速凝固Co-Cu包晶合金的电学性能

研究了Co-Cu包晶合金快速凝固过程中的相选择和组织形成特征, 探索了冷却速率、组织结构和晶体位向与合金电阻率之间的相关规律.实验发现, 快速凝固可使Co在(Cu)中的固溶度扩展至20%.Cu含量大于80%时, L+αCo→(Cu)包晶转变被抑制, (Cu)可从过冷熔体中直接形核析出.Cu含量在40%—70%范围时, Co-Cu合金的液相分离受到抑制, 凝固组织沿条带厚度方向分为两个晶区.细晶区中αCo和(Cu)相竞争形核并生长, αCo枝晶形态细密，细小的（Cu）等轴晶均匀分布于αCo的基体之中.粗晶区αCo相为领先相, 富Cu相分布于αCo枝晶的晶界处.随着冷速的增大, 合金组织显著细化, 晶界增多,对自由电子的散射作用增强, 合金电阻率显著增大.当晶界散射系数r＝0996—0999时, 可采用M-S模型综合分析快速凝固Co-Cu合金的电阻率. 关键词： 电阻率 快速凝固 相结构 晶体生长     

Fe-Cr二元合金微观组织演化的质量密度场耦合动力学Monte-Carlo模拟研究

本文建立了一种全新的将动力学Monte-Carlo粒子模拟与基于归一化Gauss函数基组的质量密度场空间粗粒化模型耦合的杂化模拟算法.采用该杂化模拟算法,系统对比研究了4种Cr原子含量分别为12.8%,20.0%, 30.0%和40.0%的Fe-Cr合金中Cr相在温度为673 K下的时效析出动力学机制,及其时效不同阶段微观组织形貌的演变规律.研究得出Fe-Cr (12.8%)合金富Cr相时效组织形貌呈现孤立颗粒状空间分布形态,时效机制属于形核-长大(NG)机制;对于Fe-Cr (30.0%)和Fe-Cr (40.0%),富Cr相时效形貌在形核-生长及熟化阶段均呈现为三维蠕虫状空间分布特征,时效机制属于条幅分解(SD)机制;对于Fe-Cr (20.0%)合金,其富Cr相组织演化特征介于NG和SD机制之间.研究进一步发现Cr原子短程序参量可用来分析富Cr相形核-生长阶段Fe-Cr合金原子尺度结构的演变,但对于时效熟化阶段微观结构组织变化不敏感.基于空间粗粒化后Fe-Cr合金微观组织形貌,进一步分析了4种Cr原子含量下Fe-Cr合金相变动力学参数如富Cr相体积分数、平均粒径及相颗粒数密度随时...     

Antisite defect types and temporal evolution characteristics of D0_(22)-Ni_3V structure:Studied by the microscopic phase field

Microscopic phase field simulation is performed to study antisite defect type and temporal evolution characteristic of D022-Ni3V structure in Ni75AlxV25-x ternary system.The result demonstrates that two types of antisite defect VNi and NiV coexist in D022 structure;however,the amount of NiV is far greater than VNi;when precipitates transform from D022 singe phase to two phases mixture of D022 and L12 with enhanced Al:V ratio,the amount of VNi has no evident response to the secondary L12 phase,while NiV exhi...     

铝基非晶合金微观结构的特点与演变

选择Al90Fe5Ce5和Al83Zn7Ce10非晶合金来研究铝基非晶合金的微观结构的特点和微观结构的演变.在Al90Fe5Ce5非晶合金中,发现亚稳Al6Fe相与被铝相包裹的二十面体准晶相共存.在Al83Zn7Ce10非晶合金中,金属间化合物Al2ZnCe2为凝固过程中的初生相.金属间化合物Al2ZnCe2可以伴随纳米晶粒铝的晶化而析出.抑制在冷却过程中所形成的各种晶核的成长是铝基合金具有很强的非晶形成能力的主要原因.多种相的竞争形核和有限生长导致了铝基合金具有复杂的结构特点 关键词： 铝基非晶合金 二十面体准晶 预峰 化学短程序     

L12型铝合金的结构、弹性和电子性质的第一性原理研究

运用第一性原理方法研究了L12型铝合金相Al3Sc和Al3Zr的晶体结构、电子结构和弹性.结合能和形成能的计算表明,两种合金具有较强的合金化能力,且Al3Zr较Al3Sc具有更强的结构稳定性.电子结构分析表明,费米能级以下较多的价电子数决定了Al3Zr具有较强的结构稳定性.计算并分析比较了两种合金相的单晶弹性常数(C11,C12和C44)以及多晶弹性模量(体弹性模量B、剪切模量G、杨氏模量Y、泊松比ν和各向异性因子A).通过对比实验和其他理论计算结果,进一步分析和解释了两种合金相的力学性质.     

Structure evolution of a zirconium-based amorphous alloy upon megaplastic strain in the bridgeman chamber

The structure evolution of the Zr₅₀Ni₁₈Ti₁₇Cu₁₅ massive metal glass upon megaplastic strain (MPS) in the Bridgeman chamber is investigated in a wide interval of strain degrees at room temperature. It is demonstrated that upon MPS with n = 1/2 rotation of the Bridgeman anvil, nanocrystalline phases are precipitated in the alloy. With increasing strain, these phases are dissolved. It is suggested that nucleation centers of nanocrystalline phases (nanoclusters) are formed in the amorphous matrix upon MPS under compression without shear in the Bridgeman chamber. These phases grow in the shear bands transforming into the nanocrystalline phase upon MPS.     

激光熔覆Al+SiC涂层对镁合金表面耐磨性能的改性

通过脉冲激光器(Nd-YAG)在AZ91D镁合金基底上熔覆Al+SiC粉体。采用扫描电子显微镜、能量色散谱(EDS)和X-射线衍射测定分析熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成。研究表明:Al+SiC涂层主要由SiC,β-Mg_(17)Al_(12)及Mg和Al相组成,激光熔覆层与镁合金基底表现出良好的冶金结合。所有样品都具有树枝状结构,且随着SiC质量分数的增大,树枝状和胞状结构的间隔变得更大。熔覆涂层的表面硬度高于基底,并且随着熔覆层中的SiC质量分数的增加而增大,SiC质量分数为40%的熔覆层具有最大的显微硬度,达到180 HV,然而质量分数为10%的熔覆层硬度为136 HV。销盘滑动磨损试验表明,复合涂层中的SiC颗粒和原位合成的Mg_(17)Al_(12)相显著提高了AZ91D镁合金的耐磨损性,其中,SiC质量分数从10%增加到30%过程中磨损体积损失逐渐减少,SiC质量分数在20%~30%时熔覆层具有最好的耐磨性。     

Magnetic properties of Fe−Mn−Al alloy system in the FCC disordered phase

In this work we report the experimental studies of Fe?Mn?Al alloys in the FCC disordered phase at room temperature by Mössbauer spectroscopy and X-ray diffraction. In this phase the alloys are antiferromagnetic with a constant mean hyperfine field ( \(\bar H\) ) near 26 kOe in the composition range from 0 to 7.5 at.% Al and 50 to 65 at.% Fe. When the Al or Fe concentration increases, the \(\bar H\) value gradually decreases to zero and the alloy becomes paramagnetic. In the same way when the Al concentration increases the lattice parameter increases linearly but when the Fe concentration increases the lattice parameter remains nearly constant for alloys with 5 at.% Al and decreases for alloys with 10 at.% Al.     

Real-time monitoring of diamond nucleation and growth using field-enhanced thermionic emission current

Diamond nucleation and growth in the combustion-flame method were monitored in real time using thermionic emission current from the deposited diamond films. It was observed that the emission current evolved over three periods, the incubation, the fast increase, and the saturation periods. Ball-shaped diamond particles, faceted diamond crystals, and diamond films with well-faceted crystals were formed in the three periods. The current from a diamond-seeded substrate started to increase immediately without an incubation period, confirming that the current is from the diamond. Therefore, the current could be used for real-time monitoring of the diamond nucleation and growth.