铝及其合金纳米尺度低能界面结构的制备与性能探索
发布时间：2024-12-29 21:53
将金属和合金的晶粒细化至纳米尺寸,其强度和硬度将会显著提高。但是高密度晶界的引入为晶界迁移提供了巨大的驱动力,使得纳米金属材料的晶界在较低温度或机械载荷作用下即发生迁移,导致纳米晶粒长大。纳米晶的稳定性差不仅会导致材料性能恶化,也给制备纳米金属带来困难。这一现象在铝及铝合金中更为显著,纯铝中的纳米晶粒即使是在室温条件下也具有明显的粗化倾向。本研究旨在通过变形工艺研究,在铝及其合金中引入纳米尺度低能界面。同时研究合金元素在纳米晶中的分布规律及其对低能界面的形成和纳米结构稳定性的影响。本工作利用透射电镜和旋进电子衍射技术系统地研究了室温冷轧、液氮动态塑性变形以及低温表面机械碾磨处理(SMGT)三种变形工艺处理的纯铝的微观结构特征,系统评估了大应变量下变形参数对晶粒细化的影响。系统地研究了塑性变形过程中形变诱导的溶质原子(Cu和Mg)偏聚的机制,以及溶质偏聚对低能界面的形成和性能的影响。主要研究结果如下:冷轧、动态塑性变形在大应变下获得的微观结构以层状结构为主,最小的结构尺寸分别为250nm和180 nm。冷轧样品的晶界主要由大角晶界组成,其比例高达75%。动态塑性变形样品以小角晶界为主,其比...
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 纳米结构材料概述
1.1.1 定义及分类
1.1.2 纳米结构材料的典型制备方法
1.2 塑性变形诱导晶粒细化
1.2.1 变形机制与晶粒细化的关系
1.2.2 变形参数对晶粒细化的影响
1.2.3 合金元素对晶粒细化的影响
1.3 纳米结构材料的热稳定性
1.3.1 热稳定性
1.3.2 改善纳米结构稳定性的方法
1.4 铝合金的主要强化手段
1.4.1 合金化与时效析出强化
1.4.2 晶粒细化强化
1.4.3 变形结构/纳米级析出相耦合强化
1.5 铝及铝合金的腐蚀
1.5.1 合金元素对腐蚀性能的影响
1.5.2 第二相对腐蚀性能的影响
1.5.3 晶界结构对腐蚀性能的影响
1.6 本论文研究背景与内容
第二章 样品制备及实验方法
2.1 样品制备方法
2.1.1 动态塑性变形(DPD)
2.1.2 冷轧变形(CR)
2.1.3 表面机械碾压处理(SMGT)
2.2 实验材料及处理工艺
2.2.1 纯铝
2.2.2 Al-4Cu合金
2.2.3 Al-5Mg合金
2.3 微观结构表征
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.2 电子背散射衍射技术(EBSD)
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
2.3.4 旋进电子衍射技术(PED)
2.4 力学性能测试
2.4.1 显微硬度测试
2.4.2 单向拉伸测试
2.5 退火实验
2.6 电化学测试
第三章 塑性变形制备纳米晶纯铝的结构特征和力学性能
3.1 引言
3.2 实验结果
3.2.1 纯铝结构尺寸和硬度随等效应变的变化
3.2.2 透射电镜表征
3.2.3 取向图和位错密度分布
3.3 分析与讨论
3.3.1 大应变量下变形诱导微观结构特征:大角晶界或小角晶界主导?
3.3.2 利用低能界面突破晶粒细化极限的内在机制
3.4 本章小结
第四章 纳米晶Al-Cu合金的界面偏聚行为及其对结构细化和力学性能的影响
4.1 引言
4.2 实验结果
4.2.1 SEM表征
4.2.2 TEM及PED定量表征
4.2.3 溶质原子在位错与晶界处的偏聚
4.2.4 梯度纳米结构Al-Cu的力学性能
4.3 分析与讨论
4.3.1 纳米层片结构的形成
4.3.2 变形诱导溶质在位错与晶界处的偏聚
4.3.3 纳米层片结构的硬化
4.4 本章小节
第五章 纳米晶Al-Mg合金的偏聚行为及其对热稳定性和腐蚀性能的影响
5.1 引言
5.2 实验结果
5.2.1 梯度纳米结构Al-Mg合金微观结构
5.2.2 梯度纳米结构Al-Mg合金热稳定性
5.2.3 纳米结构Al-Mg合金晶界结构及元素分布
5.2.4 纳米结构Al-Mg合金热稳定性机制
5.2.5 纳米结构Al-Mg合金晶界贫化机制
5.3 纳米结构Al-Mg合金的腐蚀性能
5.3.1 时效处理后材料的微观结构
5.3.2 开路浸泡后的表面形貌观察
5.3.3 电化学测量及电化学阻抗谱
5.3.4 分析讨论
5.4 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他成果
作者简介
本文编号：4021340
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【学位级别】：博士
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ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 纳米结构材料概述
1.1.1 定义及分类
1.1.2 纳米结构材料的典型制备方法
1.2 塑性变形诱导晶粒细化
1.2.1 变形机制与晶粒细化的关系
1.2.2 变形参数对晶粒细化的影响
1.2.3 合金元素对晶粒细化的影响
1.3 纳米结构材料的热稳定性
1.3.1 热稳定性
1.3.2 改善纳米结构稳定性的方法
1.4 铝合金的主要强化手段
1.4.1 合金化与时效析出强化
1.4.2 晶粒细化强化
1.4.3 变形结构/纳米级析出相耦合强化
1.5 铝及铝合金的腐蚀
1.5.1 合金元素对腐蚀性能的影响
1.5.2 第二相对腐蚀性能的影响
1.5.3 晶界结构对腐蚀性能的影响
1.6 本论文研究背景与内容
第二章 样品制备及实验方法
2.1 样品制备方法
2.1.1 动态塑性变形(DPD)
2.1.2 冷轧变形(CR)
2.1.3 表面机械碾压处理(SMGT)
2.2 实验材料及处理工艺
2.2.1 纯铝
2.2.2 Al-4Cu合金
2.2.3 Al-5Mg合金
2.3 微观结构表征
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.2 电子背散射衍射技术(EBSD)
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
2.3.4 旋进电子衍射技术(PED)
2.4 力学性能测试
2.4.1 显微硬度测试
2.4.2 单向拉伸测试
2.5 退火实验
2.6 电化学测试
第三章 塑性变形制备纳米晶纯铝的结构特征和力学性能
3.1 引言
3.2 实验结果
3.2.1 纯铝结构尺寸和硬度随等效应变的变化
3.2.2 透射电镜表征
3.2.3 取向图和位错密度分布
3.3 分析与讨论
3.3.1 大应变量下变形诱导微观结构特征:大角晶界或小角晶界主导?
3.3.2 利用低能界面突破晶粒细化极限的内在机制
3.4 本章小结
第四章 纳米晶Al-Cu合金的界面偏聚行为及其对结构细化和力学性能的影响
4.1 引言
4.2 实验结果
4.2.1 SEM表征
4.2.2 TEM及PED定量表征
4.2.3 溶质原子在位错与晶界处的偏聚
4.2.4 梯度纳米结构Al-Cu的力学性能
4.3 分析与讨论
4.3.1 纳米层片结构的形成
4.3.2 变形诱导溶质在位错与晶界处的偏聚
4.3.3 纳米层片结构的硬化
4.4 本章小节
第五章 纳米晶Al-Mg合金的偏聚行为及其对热稳定性和腐蚀性能的影响
5.1 引言
5.2 实验结果
5.2.1 梯度纳米结构Al-Mg合金微观结构
5.2.2 梯度纳米结构Al-Mg合金热稳定性
5.2.3 纳米结构Al-Mg合金晶界结构及元素分布
5.2.4 纳米结构Al-Mg合金热稳定性机制
5.2.5 纳米结构Al-Mg合金晶界贫化机制
5.3 纳米结构Al-Mg合金的腐蚀性能
5.3.1 时效处理后材料的微观结构
5.3.2 开路浸泡后的表面形貌观察
5.3.3 电化学测量及电化学阻抗谱
5.3.4 分析讨论
5.4 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
致谢
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作者简介
本文编号：4021340
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