纳米/超细晶镍合金的反常退火硬化机理及热稳定性研究
发布时间：2021-06-13 13:40
对于传统粗晶材料,退火通常会引起强度和硬度下降。然而,在许多纳米/超细晶金属和合金中发现,退火能引起强度和硬度的上升,称为反常“退火硬化”现象。这种退火引起的反常硬化现象已有许多理论解释,例如:溶质在晶粒边界的偏聚、晶粒边界弛豫、第二相钉扎晶界等等。为证明何种机制对退火硬化起着主要作用,本文用电沉积的方法制备了单相的Ni（Fe）合金,Fe原子均匀分布在Ni的基体中,Fe原子的含量约为1%。该合金是Ni-Fe固溶体,没有第二相存在,这样可以排除第二相对退火硬化的影响。退火过程中,在晶粒开始长大的温度之前,硬度确实有稍微升高。另外,在退火硬化的温度进行长时间退火晶粒发生异常长大,硬度下降。晶格常数和原子探针的结果均表明:纳米晶Ni（Fe）合金的退火硬化是由溶质原子和杂质原子在晶界的偏聚引起的。纳米/超细晶金属较传统粗晶材料具有高得多的强度/硬度,超细的甚至是纳米尺寸的晶粒也使它们具有非常好的电学、磁学、耐腐蚀性能等,这些优越的性能使其具有很好的工程应用能力。但是,纳米/超细晶金属中高密度的晶界增加了其储存能,导致它们的热稳定性很差,在低温甚至室温下晶粒就会长大,这些问题严重制约了其实际应用...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
惰性气体冷凝法典型装置
燕山大学工学博士学位论文-4-合金化法制备的是纳米金属粉体材料，球磨过程中往往需要惰性气体保护，其对环境的要求比较苛刻。其次，机械合金化法在制备纳米金属粉体的过程中很容易引入杂质元素和气体，最终很难获得纯净的晶体材料，这些杂质、气体以及氧化物夹渣等会严重影响后续烧结体的致密度和性能。另外，机械合金化法制备的纳米粉体往往需要经过后续固化工艺才能获得密实的块体纳米材料，在固化过程中往往需要较高的温度和复杂的应力状态，需要机械合金化法制备的粉体要具有很好的热稳定性，否则晶粒容易发生长大。有关机械球磨法制备纳米晶材料的原理、特点和应用参阅文献[27]。图1-2机械球磨法的工艺示意图Fig.1-2SchematicdisgramofMAprocess1.2.3非晶晶化法（CrystallizaiotnofAmorphousMaterials,CAM）非晶晶化法是采用快速凝固法将液态金属制备成非晶条带，再将非晶条带经过热处理使其晶化获得纳米晶条带的方法。用非晶晶化法制备的纳米晶材料，只有晶粒尺寸很小时，才能获得较好的塑性。用该方法制备的纳米晶材料的塑性对晶粒十分敏感，材料很容易脆化。图1-3是非晶晶化法的工艺示意图。用非晶晶化法制备的纳米晶材料，晶界清洁，无任何污染，不含微孔隙，而且晶粒和晶界未受到较大外部压力的影响[28,29]。另外，绝大多数非晶态条带是通过快速凝固法制备的，尽管能生产出大量的样品，但很难获得大尺寸的块状材料。目前，利用此方法已制备出多种纳米晶金属材料，如：Fe基[30,31]，Co基[32,33]，Ni基[34]和Ti基[35,36]合金。
第1章绪论-5-图1-3非晶晶化法的工艺示意图Fig.1-3SchematicdisgramofCAMprocess1.2.4严重塑性变形法（SeverePlasticDeformation,SPD）严重塑性变形法是将材料进行超大塑性变形，通过缺陷运动细化晶粒，可以将晶粒细化到亚微米级甚至纳米级的方法。严重塑性变形法是在20世纪90年代由俄罗斯科学家R.Z.Valiev教授和他的同事在进行剪切大变形试验的基础上发展起来的。与其他纳米晶制备方法相比，严重塑性变形法的优点是：适用范围宽，可以制备大块样品；在试样表面施力变形，试样中没有缩孔，没有杂质，可以制备界面清洁的纳米材料。而且，该方法具有可以应用到实际生产中的可能，引起了材料专家们越来越多的兴趣和关注。目前，开发出的严重塑性变形法包括：等径角挤压（Equal-ChannelAngularExtrusion，ECAE）、累积叠轧（AccumulativeRoll-Bonding，ARB）和高压扭转法（HighPressureTorsion，HPT）等。ECAE法所采用的装置如图1-4所示。模具中有两个以一定角度相交的等截面通道，试样在上端压杆作用下，通过转角区时发生强烈的剪切变形，从而使组织得到显著细化。该方法可以制备出方形或棒状试样，试样直径或对角线长度一般不超过20mm。由于变形前后试样的外径和形状基本没有改变，因此，可进行多次重复挤压，增大组织细化的作用。目前，ECAE法已在纳米/超细晶Cu、Al、Mg、Ti等合金的制备和研究中得到广泛应用[37-42]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米晶锰的制备与力学性能研究[J]. 史鉴,李建功,孙晓军. 稀有金属材料与工程. 2007(05)
[2]非晶晶化制备细晶TiAl基合金[J]. 张俊红,黄伯云,贺跃辉,刘咏,张永红. 航空材料学报. 2002(04)
本文编号：3227628
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
惰性气体冷凝法典型装置
燕山大学工学博士学位论文-4-合金化法制备的是纳米金属粉体材料，球磨过程中往往需要惰性气体保护，其对环境的要求比较苛刻。其次，机械合金化法在制备纳米金属粉体的过程中很容易引入杂质元素和气体，最终很难获得纯净的晶体材料，这些杂质、气体以及氧化物夹渣等会严重影响后续烧结体的致密度和性能。另外，机械合金化法制备的纳米粉体往往需要经过后续固化工艺才能获得密实的块体纳米材料，在固化过程中往往需要较高的温度和复杂的应力状态，需要机械合金化法制备的粉体要具有很好的热稳定性，否则晶粒容易发生长大。有关机械球磨法制备纳米晶材料的原理、特点和应用参阅文献[27]。图1-2机械球磨法的工艺示意图Fig.1-2SchematicdisgramofMAprocess1.2.3非晶晶化法（CrystallizaiotnofAmorphousMaterials,CAM）非晶晶化法是采用快速凝固法将液态金属制备成非晶条带，再将非晶条带经过热处理使其晶化获得纳米晶条带的方法。用非晶晶化法制备的纳米晶材料，只有晶粒尺寸很小时，才能获得较好的塑性。用该方法制备的纳米晶材料的塑性对晶粒十分敏感，材料很容易脆化。图1-3是非晶晶化法的工艺示意图。用非晶晶化法制备的纳米晶材料，晶界清洁，无任何污染，不含微孔隙，而且晶粒和晶界未受到较大外部压力的影响[28,29]。另外，绝大多数非晶态条带是通过快速凝固法制备的，尽管能生产出大量的样品，但很难获得大尺寸的块状材料。目前，利用此方法已制备出多种纳米晶金属材料，如：Fe基[30,31]，Co基[32,33]，Ni基[34]和Ti基[35,36]合金。
第1章绪论-5-图1-3非晶晶化法的工艺示意图Fig.1-3SchematicdisgramofCAMprocess1.2.4严重塑性变形法（SeverePlasticDeformation,SPD）严重塑性变形法是将材料进行超大塑性变形，通过缺陷运动细化晶粒，可以将晶粒细化到亚微米级甚至纳米级的方法。严重塑性变形法是在20世纪90年代由俄罗斯科学家R.Z.Valiev教授和他的同事在进行剪切大变形试验的基础上发展起来的。与其他纳米晶制备方法相比，严重塑性变形法的优点是：适用范围宽，可以制备大块样品；在试样表面施力变形，试样中没有缩孔，没有杂质，可以制备界面清洁的纳米材料。而且，该方法具有可以应用到实际生产中的可能，引起了材料专家们越来越多的兴趣和关注。目前，开发出的严重塑性变形法包括：等径角挤压（Equal-ChannelAngularExtrusion，ECAE）、累积叠轧（AccumulativeRoll-Bonding，ARB）和高压扭转法（HighPressureTorsion，HPT）等。ECAE法所采用的装置如图1-4所示。模具中有两个以一定角度相交的等截面通道，试样在上端压杆作用下，通过转角区时发生强烈的剪切变形，从而使组织得到显著细化。该方法可以制备出方形或棒状试样，试样直径或对角线长度一般不超过20mm。由于变形前后试样的外径和形状基本没有改变，因此，可进行多次重复挤压，增大组织细化的作用。目前，ECAE法已在纳米/超细晶Cu、Al、Mg、Ti等合金的制备和研究中得到广泛应用[37-42]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米晶锰的制备与力学性能研究[J]. 史鉴,李建功,孙晓军. 稀有金属材料与工程. 2007(05)
[2]非晶晶化制备细晶TiAl基合金[J]. 张俊红,黄伯云,贺跃辉,刘咏,张永红. 航空材料学报. 2002(04)
本文编号：3227628
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