【摘 要】
：
为了实现材料的可持续发展,提高材料性能,降低材料开发成本,提高材料回收利用率,科学家们提出了基于“晶界偏析工程”的材料素化理论。镍基合金是当前使用最为广泛的高温合金系统。对镍基合金性能的提升和实现可持续发展已成为高温合金材料发展的关键问题。因此,本文以材料素化作为核心指导思想,采用分子动力学方法主要对NiΣ5[001]（210）孪晶界展开理论研究。通过在纯NiΣ5[001]（210）晶界中掺杂具有
【基金项目】
：
国家科技部以及中国科学院金属研究所（2017YFA0700701）； 甘肃省杰出青年学者自然科学基金（20JR5RA477）； 沈阳材料科学国家实验室与有色金属深加工及回收国家重点实验室合作基金（18LHPY003）； 兰州理工大学刘宏优秀青年人才支持计划；
论文部分内容阅读
为了实现材料的可持续发展,提高材料性能,降低材料开发成本,提高材料回收利用率,科学家们提出了基于“晶界偏析工程”的材料素化理论。镍基合金是当前使用最为广泛的高温合金系统。对镍基合金性能的提升和实现可持续发展已成为高温合金材料发展的关键问题。因此,本文以材料素化作为核心指导思想,采用分子动力学方法主要对NiΣ5[001]（210）孪晶界展开理论研究。通过在纯NiΣ5[001]（210）晶界中掺杂具有不同性质的溶质元素（Ti和Fe）计算在不同温度、不同浓度下晶界能与偏析能以及在拉伸载荷下的应力应变曲线,深入研究晶界偏析对材料力学性能的影响,对拉伸过程中产生的位错、结构转变进行深入的分析,研究其微观机理,找到晶界偏析可使材料强化的证据,以及对材料素化理论的演示验证。本文研究取得的主要成果如下:（1）Ti在作为溶质元素,在以Ni为基体的不同晶界中所表现的偏析性质和偏析能力各不相同。例如,通过计算Ti在Ni中十二种孪晶的偏析能发现,在Σ3[110]（111）、Σ3[110]（112）、Σ5[001]（210）、Σ5[001]（310）、Σ9[110]（221）、Σ17[100]（223）、Σ17[100]（410）、Σ43[110]（335）晶界中均具有偏析能力,但是在Σ11[110]（113）、Σ13[001]（320）、Σ19[110]（331）、Σ27[110]（335）晶界中不具备偏析能力。同时对Ti在Ni上述十二种孪晶中掺杂以及Fe在Ni的Σ5[001]（210）晶界中晶界能计算发现,掺杂元素对晶界能的影响与元素偏析无关。（2）具有偏析能力的溶质元素会受到偏析能的影响,有方向性的向晶界区域移动,并在原子间的相互作用下在晶界区域聚集,并长期稳定的对材料性能进行强化,可以稳定提高材料的晶界性能;而对于不具有偏析能力的溶质元素,它们在晶界中会受到来自其它方向上的吸引力从而离开晶界区域,进入到晶体内部中去,这样一来非但不具备稳定晶界的作用,还会引起晶体内部点阵畸变的产生,使得材料在外力作用下更容易产生位错和层错。这也就是“材料素化”理论中提到的越素越强的现象。（3）晶界偏析,通过对Ti在NiΣ5[001]（210）晶界中掺杂偏析并施加150 K、300 K、450 K、600 K、750 K、900 K、1050 K和1200 K的温度场计算得出,Ti在NiΣ5[001]（210）晶界中的偏析行为在不同温度的影响下,温度越高Ti元素偏析能力越强,但当温度升高到一定程度时,基体原子的动能也会响应提高,甚至系统内部会出现均质化的现象,从而使溶质元素的偏析能下降,偏析能力减弱。（4）通过对Ti在NiΣ5[001]（210）晶界中以5 at.%、8 at.%、9 at.%、10 at.%等不同掺杂浓度计算得出,偏析的溶质原子的浓度本身对偏析的影响不大,但是大量的溶质原子的进入,会改变原有的排列整齐的点阵结构,造成大量的点阵畸变,其主要表现为,晶界厚度在一定程度上会随着偏析浓度的升高,而增加。
其他文献
通过传统铸造工艺得到的铸件,不但初生相多为粗大的树枝晶,而且还容易产生缩松、缩孔和热裂等缺陷。因此,为了得到具有预期微观组织的优质产品,开发了许多凝固技术。但是因不能大规模生产、需要昂贵的设备或严苛的外部条件而使其应用受到不同程度的限制。所以本文提出了一种新型的受控扩散凝固技术来克服铸造此类铸件所面临的挑战。受控扩散凝固是将两种特定成分和温度的母合金快速混合以获得需要的目标合金。该工艺可以获得细小
纳米晶材料因具有出色的机械性能和实用性,在制造业、航空航天以及医疗器件领域备受关注,但由于其服役期间会遇到不同外界因素的影响,亦或在结构上自身存在的缺陷及其他特点使其使用寿命往往受到限制。因此,探索不同影响因素下的变形过程显得尤为重要,而从原子角度深入研究已成为设计下一代纳米结构材料的关键。在本论文研究中,采用大规模分子动力学模拟,不仅从细观层面系统研究不同影响因素对纳米多晶Ni-Co合金力学性能
采用Cu元素对Ni基合金定向结构涂层改性,使用热喷涂+感应重熔+强制冷却复合技术制备了Ni60/Cu定向结构复合涂层。设置Cu元素添加质量分数分别为5%Cu、10%Cu、15%Cu和20%Cu,系统研究了Cu元素添加含量对热喷涂预制涂层、高频感应重熔涂层以及强制冷却形成的定向结构Ni基合金微观结构、物相演变、元素分配、力学性能和摩擦磨损性能的影响规律,探讨了Cu元素添加对涂层从热喷涂、高频感应重熔
TiAl合金由于具有高比强度、耐高温和低密度等优点,使其在航空航天,医疗器械以及汽车部件等领域具有广阔的发展前景。裂纹是导致TiAl合金失效的重要因素,涉及到人们的生命和财产安全,因此揭示裂纹扩展规律对于有效抑制裂纹和预测疲劳寿命都具有重要意义。在微观尺度中,其缺陷在外界条件的作用下会使得介观组织产生损伤,并进一步演化为宏观裂纹,导致材料的失效和破坏并影响其使役性能。为此,需要通过一种方法将微观缺
为进一步满足现代工业对高端制造业的需求,研究学者通过依靠科学技术,研究并开发出细晶粒钢作为新一代钢铁材料。细晶粒钢因具有高强度和高韧性而被广泛应用于压力容器、汽车、桥梁和船舶等重要结构件。由于细晶粒钢具有超细晶粒组织,在施焊后出现焊缝区和热影响区晶粒急剧长大和粗化的现象,导致其力学性能恶化。针对以上问题,由于电弧等离子体具有良好的导电性,这就为其提供了外加磁场的可能性。外加纵向磁场同时作用于电弧、
ZL205A以其良好的综合性能在航空飞行器等关键领域得到了广泛的应用,但由于该合金较宽的结晶温度区间及不同冷却条件下形成复杂的相结构,严重限制了该合金在高性能零件及国民经济中更广泛的应用。本研究通过设计不同壁厚阶梯状结构在近平衡凝固条件Ⅰ（黏土砂型中缓冷）、近平衡凝固条件Ⅱ（覆膜砂型中凝固）和高温度梯度冷却条件III（厚壁金属型中快速冷却）,分别在不同冷却条件下制备出不同厚度ZL205A合金试样,
近些年来,高熵合金（HEAs）一直都是关注的热点,相较于传统合金,HEAs有许多优异的性能,这些优异的性能不仅体现在力学性能方面,在功能特性上也有很好的表现:如磁性能、电化学性能等,展现出了这种材料广阔的应用前景。本课题选取具有较好软磁性能的(Co30Fe45Ni25)0.83（A140Si60）0.17HEAs为对象,系统研究了凝固过程的冷却速率对其显微结构和性能的影响机制,另外,进一步研究了热
稀土系AB5型多元储氢合金具有放电性能好、循环寿命长、环境相容性好等优点,是目前主要商用镍/金属氢化物（Ni/MH）二次电池的负极材料。然而AB5型稀土系储氢合金的容量较低,限制了其在高能量密度设备中的应用。A2B7型稀土系储氢合金较AB5型具有更高的放电容量。本文以La-Y-Ni系A2B7型La0.35Y0.65Ni3.23Mn0.17Al0.10储氢合金为研究对象。利用Nd元素替代La以及Co
本文以TC4钛合金为基体材料,利用微弧氧化技术,在配方均匀试验的基础上,对比研究了在不同的电解液体系（Na2Si O3、Na3PO4、NaAlO2的其中一种与KF、Na OH搭配组合）下,电解液对微弧氧化膜层结构和性能的影响,并找出各个性能下的优方案。结果表明:不同的电解液体系中,电导率对微弧氧化反应的可行性和膜层的成膜性影响最大,并且Na OH对溶液的电导率和pH值影响最大,KF次之,主盐最小;
微弧氧化是一种镁合金表面改性的高新技术,在传统阳极氧化技术基础上改进而来。因其工艺简单,绿色环保,工序少,并且微弧氧化膜层不光耐磨性好,而且与基体结合紧密,硬度高。所以是当前热门的表面改性工艺之一。在微弧氧化处理过程中,当加载电压到起弧电压之上,表面出现电弧;当电压下降到起弧电压之下,电弧消失。为了研究起弧时间和熄弧时间对微弧氧化膜层的生长和性能的影响,根据带放电回路模式中脉冲高电平保持时间（放电