纳米晶铁锆基合金的制备及热稳定性研究

发布时间：2020-05-16 15:43

【摘要】：高温条件下,纳米金属材料晶粒易于长大,易导致其强度、硬度等力学性能的退化,这一问题限制了纳米金属材料的工艺发展及应用。纳米金属合金的热稳定性研究致力于通过动力学或热力学手段抑制纳米晶粒高温下的生长,提高纳米金属材料的热稳定性。本文系统总结了纳米金属材料研究中的热力学与动力学机理发展,重点梳理了纳米金属材料热稳定性研究所涉表征方法包括X射线衍射仪(XRD)、电子显微镜系统(SEM和TEM)、聚焦离子束成像系统(FIB)、热分析系统(TA)、原子探针系统(APT)等,综合分析当前有限配比纳米合金(纳米铁合金、纳米铜合金、纳米铝合金等)和多元纳米合金(纳米合金钢、氧化物弥散增韧纳米合金等)的热稳定性理论和实验研究,并对当前纳米金属材料的热稳定性研究进行了总结。铁锆合金在纳米金属材料热稳定性研究中表现出较好的热稳定性,本文以铁锆合金为对象,进行铁锆及铁锆碳合金的制备,以高能球磨机为主要工具,高纯铁粉,锆粉,碳粉为原料,探究机械合金化过程中,掺杂溶质与制备时间对纳米晶合金材料制备的影响。研究发现,当球料比固定(30:1),球磨机转速固定(300 rpm)时,30 h为最佳球磨时间,更短或更长的球磨时间下,所制备纳米合金的晶粒平均尺寸均会增大。掺杂元素浓度也被证实会对合金制备中的晶粒大小产生重要影响,在铁锆碳合金,不同制备周期下,随着掺杂碳浓度从0提高到8 at%,合金的平均晶粒尺寸呈现减小后增大的趋势。放电等离子体烧结是粉体材料烧结的一种有效手段,研究中,为实现铁锆合金纳米块材的制备,应用放电等离子体烧结制备了不同温度和保温时间下的纳米铁锆合金块材,结果表明,在氩气气氛下,升温速度为100 K/min,烧结压强为70MPa时,(800℃ 10min)为铁锆纳米合金的最佳烧结条件。
【图文】：

等径,纳米金属,纳米化

现的［１］。在现今航空、航天、核能等重要的角色。但由于大量的晶界及广没有达到它的稳定态，在材料中总存向平衡态转变。高温下，纳米金属很多纳米金属材料就出现了晶粒粗化。很大的羁绊［２，３］。因此，纳米金属材来越多学者的关注，并取得了一系列的制备方法逡逑是纳米金属材料应用发展面临的重ａｔｉｏｎ邋－ＳＰＤ）是金属材料纳米化方面应ａｎｎｅｌ邋Ａｎｇｕｌａｒ邋Ｐｒｅｓｓｉｎｇ邋－邋ＥＣＡＰ），摩擦加工（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ邋Ｓｔｉｒ邋Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋－ｎｄｉｎｇ邋＿邋ＡＲＢ），机械合金化（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｅｓｓｉｎｇ逡逑

路径图,路径,超细晶,加工路径

在等径角挤压制备过程中，，目前广泛采用的有四种不同的加工路径，加工路逡逑径是影响被加工材料剪切应变特征的主要因素，而路径的不同则取决于挤压过程逡逑中的旋转方向和角度，也正是据此，将加工路径分为以下４种（如图２）。四种逡逑晶粒细化演进进程不同，所以制备超细等轴晶的速度有所不同。ＥＣＡＰ工艺的逡逑优点包括［９，１（＞］：加工模具构造简单；在维持试样原有形状尺寸的情况下达到破碎逡逑晶粒的目的；加工材料组织形貌可控；微观组织结构均匀；避免了杂质或大量微逡逑空隙在制备过程中的产生（与其他比如ＭＡ方法比较），所制备超细晶材料纯净逡逑无污染。ＥＣＡＰ制备缺陷包括［５］：模具作为制备过程中的耗材，制约了成本；生逡逑产节奏慢，效率偏低，ＥＣＡＰ工艺需要多道次挤压，道次之间不连续，影响了逡逑连续生产；尺寸限制，受磨具影响，ＥＣＡＰ工艺暂无法实现大尺寸的（宽高长：逡逑２０Ｘ２０Ｘ１００邋ｍｍ）的超细晶块体材料的制备；虽然ＥＣＡＰ工艺仍有以上问题，逡逑但其应用目前己经扩展到超细晶镁、铝、铁、钛及其合金的制备中［５］’应用越发逡逑广泛。逡逑２逡逑
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TF125

【参考文献】