金属纳米晶热稳定性的计算机仿真与实验研究

本文将纳米晶热力学理论模型中的函数关系引入元胞自动机(CA)仿真算法,建立了金属纳米晶热力学/CA算法相耦合的应用实参数的定量化、可视化计算机仿真模型。并从计算机仿真和实验两个方面系统研究了纳米晶粒组织演变及纳米晶粒长大动力学规律。对纳米晶等温晶粒长大的模拟结果表明纳米晶粒长大指数n不是常数,而是随着纳米晶粒长大过程的进行逐渐增大。对纳米晶变温晶粒长大的模拟研究表明,在一定的中间温度区域,纳米晶发生快速不连续长大。通过系列实验研究了金属纳米晶块体材料的晶粒长大行为,获得了纳米晶粒长大的动力学特征,验证了纳米晶热力学/CA算法耦合仿真模型的正确性。该仿真模型为研究纳米晶材料的热稳定性和晶粒长大行为的控制提供了一种快捷有效的手段。

基于单分散氟化物纳米晶的成核生长模型

在纳米介观尺度范围内实现对材料尺寸与形貌的调控,是纳米材料合成、制备、功能化及其应用的关键,对认识并解纳米晶的成核与生长规律具有重要意义.基于单分散氟化物纳米晶合成提出的扩散控制动力学模型(DCK,diffusion-controlled kinetic)和表面化学热力学模型(SCT,surface chemical thermodynamics)旨在探讨纳米晶的成核与生长规律.本文围绕纳米晶的成核、生长机理,在综述前人工作的基础上,归纳和总结了上述模型,有望对纳米晶的可控合成提供理论指导与借鉴.

稀土含量对快淬(Nd,Pr)_x(FeCoZr)_(94-x)B_6粘结磁体磁性能的影响

采用工艺参数范围较宽的部分过快淬加晶化退火工艺,制备了快淬(Nd0.8Pr0.2)x(FeCoZr)94-xB6(x=12 0,10.5,10 0,9.0)粘结磁体,研究了稀土含量对磁体磁性能的影响规律。部分过快淬获得的由非晶和微晶共同组成的条屑,在实验优化的退火条件下晶化处理后,可获得最佳磁性能。稀土含量直接决定磁体的磁性能,随稀土含量的减少,磁体的剩磁Br增加,而内禀矫顽力Hci和最大磁能积(BH)m下降,10%是磁体磁性能发生较大变化的临界稀土含量。低于这一含量,合金中软磁相体积分数超出软磁相被完全耦合的临界值,Br增加缓慢,Hci和(BH)m迅速下降。这一实验结果与本文提出的完全耦合软磁相体积分数示意模型的计算结果相一致。

对流作用下枝晶生长行为的数值模拟

应用一个二维的改进元胞自动机(modifiedcellularautomaton,MCA)-传输耦合模型,对流场作用下枝晶的非对称生长行为进行了模拟研究.模型采用MCA技术模拟枝晶的生长,同时采用一个传输模型对流场和由对流和扩散所控制的质量传输进行数值求解.MCA考虑了热过冷、成分过冷和曲率过冷对枝晶生长的作用,也考虑了枝晶的择优生长方向和凝固过程中的溶质再分配.在传输模型中,采用SIMPLE算法求解动量和质量传输的控制方程.应用该模型模拟研究了Al-3%Cu(质量分数)合金中单枝晶和多枝晶在不同流动方向的流体作用下的生长规律.模拟结果表明,金属液对流对枝晶的生长形貌产生重要的影响.