金属纳米晶热稳定性和晶粒长大行为的研究

推导出了金属纳米晶界的基本热力学函数,模拟计算了金属纳米晶界的吉布斯自由能随晶界过剩体积和温度的变化规律。以铜纳米晶材料为例,应用纳米晶热力学模型预测了纳米晶组织的热稳定性及纳米晶粒长大行为。将纳米晶界的热力学函数引入元胞自动机仿真算法,利用计算机模拟研究了金属纳米晶的变温晶粒长大过程。实验证实铜纳米晶粒长大的动力学特征符合纳米晶热力学模型的计算预测结果。

Ni-TiO_2复合纳米晶的晶粒生长及热稳定性（英文）

系统研究Ni-TiO_2复合纳米晶的晶粒生长及热稳定性。通过电沉积法制备Ni-TiO_2复合纳米晶,并在电沉积过程中改变纳米TiO_2纳米颗粒含量,制得不同TiO_2含量的Ni-TiO_2复合纳米晶。详细讨论TiO_2含量对晶粒尺寸、相结构和显微硬度的影响;并考察不同TiO_2含量Ni-TiO_2复合纳米晶在加热过程中对应晶粒的生长和扩散机制。400°C退火处理保温90 min之后,掺入20 g/L TiO_2的复合纳米晶具有最佳的显微硬度,达到HV_(50) 270。激活能的计算结果表明,高温时晶格扩散为复合纳米晶生长的主导机制;高温时增加TiO_2纳米颗粒含量能提高晶粒生长的激活能,从而抑制晶粒生长。

纳米碳化钨粉的制备及其热稳定性研究

采用固定床化学气相法在800℃碳化纳米-W粉体制备成功晶粒尺寸为15nm左右的纳米WC粉体。用XRD分析测量了不同退火温度下纳米WC的晶粒尺寸。结果表明,随着退火温度升高,纳米WC粉体的晶粒尺寸随之增大,从原始晶粒尺寸15nm长大到1500℃时的47nm。同时在不同升温速率下测量纳米WC粉体的DSC曲线,并由Kissinger方程求得其晶粒长大激活能为3.494eV。

高压下Mg_(65)Cu_(25)Y_(10)合金凝固过程中Cu_2(Y,Mg)纳米相的形成及其热稳定性

采用X射线衍射、差热分析及透射电镜研究了Mg_(65)Cu_(25)Y_(10)合金熔体在大气压下和高压(2—5 GPa)下熔淬时的组织结构,实验结果表明,压力对Mg_(65)Cu_(25)Y_(10)合金凝固时形成的相结构有影响,高压下有利于生成纳米级Cu_2(Y,Mg)相。Cu_2(Y,Mg)为一亚稳相,高温退火后转变为稳定的Mg_2(Cu,Y)相,讨论了压力对晶粒度影响的机制。

新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜的高温热稳定性

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出新型Ti-Si-C-N超硬薄膜,Ti-Si-C-N薄膜为纳米晶／非晶复合结构(nc-Ti(C,N)／a-Si_3N_4／a-C—C),当薄膜中Si和C含量较高时,Ti(C,N)转变为TiC,晶粒尺寸减小到2—4 nm,薄膜晶粒尺寸和硬度的高温热稳定性均随沉积态薄膜中的原始晶粒尺寸减小而提高,当原始晶粒尺寸在8—10 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达900℃；当原始晶粒尺寸在2—4 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达1000℃,薄膜硬度和晶粒尺寸表现出同步的高温热稳定性,分析认为由调幅分解形成的纳米复合结构中的非晶相强烈地抑制晶界滑移与晶粒长大,从而使Ti-Si-C-N薄膜的热稳定性显著提高。

脉冲电沉积纳米晶体镍镀层热稳定性的研究

采用脉冲电沉积法制备了纳米晶体镍镀层,平均晶粒尺寸约为20nm。采用热分析法、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射方法(XRD)研究了纳米镍镀层的热稳定性。结果表明,纳米晶体镍镀层晶粒开始明显长大温度约为255℃,晶粒长大过程分为两个阶段:低温晶粒异常长大阶段(200～300℃)和晶粒正常长大阶段(300～500℃)。原始镍镀层的(111)和(200)面双织构在低温晶粒异常长大阶段仍存在,但在正常长大阶段逐渐消失。100℃加热后镍镀层显微硬度略有增高,随后随着加热温度的升高不断降低。

金属纳米晶的界面热力学及热稳定性研究

以六方相Co为例,采用界面膨胀模型和普适状态方程,引用固体比热的Debye函数,模拟计算了金属纳米多晶体界面的热力学性质,描述了纳米晶界面过剩焓、过剩熵和过剩Gibbs自由能随过剩体积的变化规律.利用界面过剩体积和过剩自由能的非单调关系,预测了发生失稳快速晶粒长大的临界过剩体积和临界温度.实验研究中发现的α-Co纳米晶在宽温度范围内退火时,在较低温区内晶粒长大非常缓慢、而在773—873K温区内纳米晶突发快速晶粒长大的结果与理论预测符合良好.

表面纳米化后表层纳米结构的热稳定性研究现状

综述了材料经过表面纳米化处理后其表层纳米结构热稳定性的国内外研究现状。包括研究表层纳米结构热稳定性的一些常用的方法、影响表层纳米结构的热稳定性的主要因素(主要是影响晶粒长大的因素)及机理。

纳米LaF_3块体的制备及其热稳定性研究

采用水溶液沉淀法成功制备了晶粒尺寸约为16.7nm的纳米LaF3粉体。采用真空(10-4Pa)压结法(1GPa)制成纳米LaF3块体。用XRD分析测试了不同退火温度下纳米LaF3块体的晶粒尺寸。结果表明,随着退火温度的升高,纳米LaF3块体的晶粒尺寸增大,从原始晶粒尺寸l6.7nm长大到900℃时的92.6nm。同时在不同升温速率下测量纳米LaF3块体的DSC曲线,并由Kissinger方程求得其晶粒长大激活能为2.01eV。

7A04表面纳米化组织的热稳定性

用旋转辊压塑性变形方法在7A04铝合金表层获得纳米晶组织,用DSC和透射电镜研究了表面纳米晶组织的热稳定性。DSC测试结果表明7A04铝合金表面纳米晶的再结晶温度在473K左右,透射电镜分析表明表面纳米化样品473K退火后晶粒没有明显长大,平均晶粒尺寸约100nm。旋转辊压变形160min,表面层显微硬度由160HV升高到335HV,473K退火后显微硬度下降至250HV,但仍高于基体,573K退火后从表层到基体的显微硬度均明显下降。结果表明7A04表面纳米化组织的使用温度在473K以下。

微纳米铁粉热稳定性实验研究

利用管式电阻炉和X射线衍射仪(XRD)实施了对恒温退火处理100、200、300和500 nm 4种粒径的微纳米铁粉热稳定特性实验研究,通过函数拟合衍射峰图谱计算其微观应变,分析退火过程中微纳米铁粉晶粒长大现象。结果表明:微观应变的大小和晶粒长大过程密切相关,随着退火温度升高,微观应变逐渐减小,晶粒尺寸增大。100、200和300 nm微纳米铁粉200℃以下晶粒长大迅速,200℃以上长大速度减小;500 nm铁粉晶粒200℃以下长大速度比较缓慢,200℃以上晶粒迅速长大。低温下大粒径铁粉热稳定性优于小粒径铁粉。

柔性摩擦辅助电沉积纳米晶镍的热稳定性（英文）

采用柔性摩擦辅助电沉积技术在无添加剂的Watts液中制备(111)择优取向且平均晶粒尺寸约为24 nm的等轴纳米晶镍镀层。差示扫描热分析结果表明:该纳米晶镍镀层的快速晶粒生长峰值温度约为285.4°C,晶粒生长趋于平衡峰值温度约为431.5°C。等时退火结果表明:该纳米晶镍镀层因无硫而未观察到异常晶粒生长行为;同时由于其初始镀态的低能界面结构和一定量退火纳米孪晶的形成,降低了纳米晶粒生长的驱动力,导致其热稳定性得到改善,使得该镀层在450°C退火后,表现出很小的残余拉应力(约50 MPa)和较高的硬度(约HV 400)。

纳米晶合金体系的热稳定性计算

为研究纳米晶合金体系的热稳定性,采用第一性原理和热力学计算相结合的方法建立了多尺度耦合模型,可同时考虑在添加元素、溶质浓度、晶粒尺寸和温度等变量共同作用下纳米晶合金体系的热力学性质.研究获得了金属化合物和固溶体合金中纳米晶组织失稳的临界条件和热稳定性调控参量.针对纳米晶金属化合物体系,预测了热失稳临界晶粒尺寸及其影响机制.针对纳米晶固溶体合金偏聚体系,揭示了初始晶粒尺寸和溶质浓度对合金热稳定性的双重调控机制.实验结果证实了模型的合理性,制备获得了具有高热稳定性的系列纳米晶合金材料.

纳米晶Co_(78)Ni_(22)合金热稳定性

采用DSC、XRD和TEM等手段研究了喷射电沉积制备的5.1 nm纳米晶Co78Ni22合金的热稳定性,并对其热力学参数进行了分析与计算。结果表明,该纳米Co-Ni合金具有良好的热稳定性,以10℃/min加热时的DSC放热峰值对应温度为389.9℃,放热焓为14.26 J·g-1,晶粒长大激活能为269.1 kJ·mol-1。在加热过程中,温度为340℃时,合金晶粒尺寸急剧长大,同时ε相向α相转变,相变的结束温度约为370℃,高温形成的α相在随后冷却中不发生转变。DSC测定的晶粒长大为相变结束后的α相晶粒长大,其激活能与自扩散激活能相近,因此晶粒长大由晶内扩散控制。

块状纳米晶材料晶粒稳定性分析及抑制措施

本文分析了第二组质点、温度、压力等因素对块状纳米材料在烧结过程中的晶粒稳定性的影响 ,综述了目前控制纳米晶粒长大的方法和发展趋势。

纳米结构材料热稳定性分析

纳米晶粒的表面能很大 ,这导致它的热稳定性不好。因此 ,控制纳米晶粒在烧结过程中的长大就成为制备块状纳米材料的关键。文章分析了第二相质点、温度、压力等因素对块状纳米材料在烧结过程中的晶粒稳定性的影响及措施。添加抑制剂、高压低温等特种烧结法是目前制备纳米块状材料的主要方法。随着技术的发展 ,为避免纳米晶粒的热稳定性问题 。

SiO_2对金红石相纳米TiO_2热稳定性的影响

通过硅酸钠水解生成的无定形SiO2对金红石相纳米TiO2进行表面处理,利用X射线衍射、透射电镜和比表面仪对纳米TiO2进行了表征。结果表明,SiO2沉积在纳米TiO2的表面和颗粒之间。SiO2的表面处理提高了纳米TiO2热稳定性,抑制了TiO2晶粒和一次粒径的长大。当热处理温度低于700℃时,经SiO2处理的纳米TiO2的晶粒尺寸和一次粒径几乎不变;当热处理温度高于700℃时,经SiO2处理的纳米TiO2的晶粒尺寸和一次粒径开始缓慢变大,比表面积和孔容快速下降,在900℃下煅烧2h,经SiO2处理的TiO2一次粒径仍为20～30nm。

纳米BaF_2粉体的热稳定性

采用醇/水混合溶剂方法制备了不同粒径的纳米BaF_2粉体,研究了粉体的热稳定性．结果表明,纳米BaF_2粉体的粒径随着混合溶剂中乙醇含量的提高而减小,粉体的形貌和分散性也都随之改变．根据在不同升温速率下测量的每种粒径纳米BaF_2粉体的DSC曲线,由Kissinger方程求出了各晶粒长大激活(?)．BaF_2晶粒长大激活能随着粉体粒径的减小而线性地减小,纳米晶BaF_2的热稳定性随着粒径的减小而降低．

添加钛粉对铝合金搅拌摩擦焊接头晶粒结构热稳定性的影响

利用搅拌摩擦焊接过程中产生的瞬时高温和强烈材料变形,通过内部开槽的方式引入铝钛混粉,使得铝与钛在焊接过程中发生剧烈原位反应,并生成金属间化合物颗粒.探讨焊核内部的第二相分布与焊后热处理过程晶粒结构稳定性之间的关系.结果表明,在6061铝合金中,添加钛粉的焊后热处理样品,异常晶粒区域面积大幅减小.这说明通过引入第二相颗粒的方式,有效地抑制了焊后热处理所产生的异常晶粒长大现象;并且随着焊接道次数的增加,残留钛颗粒的分布逐渐弥散,异常晶粒长大抑制效果愈加明显,提升了焊核区域晶粒结构的热稳定性.

纳米晶材料在外场作用下的结构稳定性研究

综述了近年来纳米晶材料在外场作用下的结构稳定性的研究进展,着重介绍了纳米晶材料在温度场和应力场、电场、磁场联合作用下的晶粒长大行为。对纳米晶材料而言,外加应力场促进其晶粒长大;外加电场抑制其晶粒长大;而外加磁场的影响则有待进一步研究。