磁致塑性效应下的位错动力学机制

基于磁致塑性效应探讨了磁场作用下位错受力和运动机制,对磁场下的位错动力学机制进行了定性和定量分析.选择氧化铝纳米颗粒强化铝基复合材料为实验对象,在不同磁感应强度下(0—3 T范围)对试样进行磁场处理.结果表明,随着磁感应强度增加,位错密度提高,表现出塑性变形特征.分析认为,磁场力不足以驱动位错运动,位错增殖诱因在于磁致塑性效应,即磁场改变了顺磁性位错芯与障碍间自由基对中的电子自旋状态,促使自由基对从强键结合单线态向弱键结合三重态转化,位错穿越障碍时所需能量减小,退钉扎趋势明显;位错运动中的限速环节是位错在障碍处的停留,磁场诱发的电子激发和原子重排速度很快,表现出磁场作用的高效性.磁场起作用的临界磁感应强度约为3 T,低于3 T时磁场作用随磁场强度增加而变得明显,高于3 T后磁场效果会减小.计算得到3 T时位错运动速度是10 3m/s,位错线长度比未加磁场时增加两个数量级,位移与磁感应强度平方和磁场作用时间成正比.实验和理论研究表明磁场具有改善材料塑性变形能力的显著作用.

强磁场对铝基复合材料中位错密度的作用机制

通过原位内生颗粒法制备Al_2O_3和Al_3Ti多相增强7055铝基复合材料,Al_2O_3颗粒粒度,处于纳米级;Al_3Ti颗粒粒度处于微米级,颗粒分散均匀,界面湿润性好。在常温下对铝基复合材料进行脉冲强磁场处理,使磁感应强度B控制在1,2,3,4和5 T,研究不同B下复合材料组织特征变化。研究结果表明:处理后试样的有效微应变和位错密度随磁感应强度的升高而增大。当B=5 T时,有效微应变和位错密度的增加趋势明显减缓,有趋近于饱和之势。位错密度的增加并不是磁压强和磁场力的作用,而是磁场诱发磁致塑性效应。磁场影响量子尺度电子和原子的运动,增强原子的扩散速率和位错间的相互作用,降低位错形核的动力学势垒,促进位错大量增殖。但随着微应变的增加,晶体内部的阻力不断增大,位错密度逐步趋于饱和。

强磁场处理固态铝基复合材料的组织和性能

在不同磁感应强度下对固态Al_2O_3增强7055铝基复合材料进行了脉冲磁场处理。经脉冲磁场处理后,铝基复合材料的位错密度随磁感应强度的增加呈上升趋势,分析原因在于位错应变能增加和位错钉扎中心自由基对状态的改变。随着磁感应强度的提高,晶内析出相的取向性减小,数量和尺寸增加;晶界析出相由连续状态转变为断开状态,析出相数量减少、尺寸增大,并出现了明显的无沉淀析出带。这些现象主要源于磁场作用增强了晶体内部溶质原子和空位的扩散;畸变能增加、内应力的释放为析出相析出、长大提供了驱动力。力学性能随磁感应强度的增加,呈现出先升高、后降低的趋势。在B=3 T时,抗拉强度、延伸率和显微硬度达到了548.04 MPa、17.235%和1224 MPa,较处理前试样分别提高了10.3%、16.2%和20.7%。力学性能的改善主要源于位错密度增加造成的位错强化和第二相强化。