纳米晶Al-xMg铝合金的元素再分布及其对强度的影响

目的针对Al-Mg合金在变形加工过程中容易出现的溶质元素再分布现象,通过微观表征和定量计算深入研究元素再分布的相关机制及其强度贡献。方法利用扫描透射电镜高角环形暗场技术结合几何相位分析,详细研究了溶质元素再分布机理,对经过高压扭转后不同Mg含量的Al-Mg合金中的元素分布进行了表征,并通过原子探针层析技术对原子的三维空间分布情况进行了团簇分析。结果随着Mg的原子数分数从1.0%增加至8.0%,合金硬度从129.0HV显著上升至223.6HV。合金内部的溶质分布状态可以分为溶质原子贫化、溶质原子富集和溶质原子不均匀分布3种,剧烈塑性变形引入的不均匀微观应变诱导了Mg原子的再分布。结论合金中形成的大量原子团簇为Al-8Mg合金贡献了47.7HV的硬度值,占总硬度的21.3%,溶质团簇对合金强度的强化效果十分显著,表明团簇强化是材料强化手段中不可或缺的新型强化机制。

铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程分析

在生产现场采用跟踪统计方法,归纳分析铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程以及滚剪刀耐用度、刀具刃磨等问题,统计分析不同宽度滚剪刀的加工情况发现,滚剪刀有效工作时间比率为65%~88%,平均有效工作时间比率为76.1%,有效工作时间不稳定;滚剪刀剪切行程处于3700~4200m之间,平均剪切行程为3839.74m,刀具耐用度存在较大差异,剪切宽度越大滚剪刀耐用度越长;滚剪刀刃磨时刀具径向去除量在80~150μm之间,平均刃磨去除量为106μm,刀具刃磨工艺对刀具耐用度有决定性影响。最后针对滚剪刀磨损检测问题,提出采用声发射信号对滚剪刀状态进行在线检测的技术方案。

改性非晶和纳米晶FINEMET合金的显微硬度研究

本文研究了用元素W部分替代典型FINEMET合金中Nb和Fe的新型合金Fe73.3Cu1 Nb1 .5W1 .7Si1 3.5B9,在淬火态和不同退火温度及保温时间下 ,结合不同载荷大小和加载时间测试合金带芯部的显微硬度。随着纳米晶化的进行 ,自由体积缺陷含量和纳米晶晶界比例的变化会显著影响Fe73.3Cu1 Nb1 .5W1 .7Si1 3.5B9合金的显微硬度 ;合金在非晶态下有一定的压痕尺寸效应 ,而经过 4 5 0℃和 6 0 0℃退火 1h ,压痕尺寸效应消失 ;在 5 5 0℃退火温度下 ,在 0 .1kgf～ 0 .2kgf之间压痕尺寸效应不明显 ;合金的显微硬度变化趋势不符合超塑性波动公式。

非晶态Finemet合金的纳米晶化动力学研究

利用差示扫描量热法(DSC)研究了非晶Finemet合金的纳米晶化动力学行为.晶化过程中的晶化峰值温度Tp与升温速率β之间存在着线性关系:Tp=533.7+0.82β.通过对不同升温速率的DSC曲线的分析,采用Kissinger方法和Ozava方法计算了非晶Finemet合金纳米晶化的表观激活能Ea,并采用拓展的Friedman方法计算了纳米晶化过程中的局域激活能E(α).在非晶Finemet合金纳米晶化的整个过程中,其晶化机制在初始阶段(0<α<0.2)是扩散控制的三维形核和晶粒生长的整体晶化,形核速率逐渐减小;中间阶段(0.2<α<0.9)是扩散控制的一维形核和晶粒生长的表面晶化,形核速率近似为零;最后阶段(α>0.9)存在反常的晶化行为,局域Avrami指数n从1.0上升到2.0左右,可能是因为在晶化后期Cu核消耗完毕以及一些-αFe颗粒发生快速生长造成的.

纳米晶NiTi记忆合金应力诱发R→B19′相变的超弹稳定性

通过对Ni_(50.2)Ti_(49.8)(at%)记忆合金丝材进行大变形冷拔和低温退火获得了平均晶粒尺寸为15 nm的纳米晶NiTi记忆合金丝材样品,然后采用应变量为6%的20次拉伸循环实验研究了纳米晶NiTi合金力致R→B19′相变的超弹稳定性。结果表明:纳米晶NiTi合金在经过20次拉伸循环变形后,其超弹应力为734 MPa,超弹应力的减小率为16%,残余应变为0.61%,此综合超弹性能优于以往粗晶NiTi记忆合金。这主要源于纳米晶NiTi记忆合金中细晶强化显著提高了合金屈服强度,因此降低合金马氏体相变过程中塑性变形,可使纳米晶NiTi记忆合金呈现高的超弹稳定性。

纳米晶NiTi形状记忆合金/Nb纳米线复合材料超弹应力的温度依赖性

NiTi形状记忆合金因其超弹性已经得到广泛应用,然而传统NiTi合金马氏体相变的超弹应力随温度的降低而快速减小(6~7 MPa/K),显著制约了其在宽温域中的应用。本文通过熔炼、锻造及拔丝获得纳米晶NiTi/Nb丝材,然后采用透射电子显微镜、差示扫描量热仪及拉伸试验机分别研究丝材的显微组织、相变行为及超弹性能。结果表明:纳米晶NiTi/Nb丝材中NiTi合金的平均晶粒尺寸为14 nm,丝材在降温和升温过程中分别发生热诱发B2→R相变和R→B2相变。在328~376 K温度范围内,纳米晶NiTi/Nb丝材应力诱发B2→B19′相变超弹应力的平均值为1002 MPa,超弹应力的温度依赖性为4.1 MPa/K。

机械诱发非晶Finemet合金的纳米晶化

利用X射线衍射（XRD）研究了高能球磨条件下非晶Fe73．5Cu1NB3Si13．5b9合金的机械诱发纳米晶化过程，并根据化学成分偏聚、局域高压、局域高温以及Johnson-Mehl-Avrami（JMA）晶化动力学模型解释了纳米晶化的过程和机制．研究结果表明：非晶Fe73．5Cu1Nb3Si13.5B9合金机械诱发纳米晶化的产物为复杂的α-Fe固溶体和稳定的Fe2B金属间化合物，α-Fe固溶体相晶粒尺寸为2．0-6．5nm，其纳米晶化过程和晶化产物是由化学成分富集、碰撞引起的局域高压和局域高温共同作用的结果；机械诱发纳米晶化过程中的Avrami指数n=1．59，动力学反应速率常数k=0．1287h^-1，表明机械诱发纳米晶化过程中形核机制为均匀形核，晶粒生长机制为从小尺寸晶核开始的三维生长．

矩形波激励对纳米晶合金高频磁化过程的微观影响机理

高频变压器工作时会面临占空比变化的激励情况,由于存在磁弛豫现象,矩形波占空比能通过改变铁心用材料纳米晶合金磁化时间,影响高频变压器能否达到饱和工作点。建立纳米晶合金微磁学模型,对该模型分别施加不同占空比D的矩形波激励,并定义了磁化速率v,从磁滞损耗P_(v)、v及磁矩偏转角速度ω三方面分析D对磁化过程的影响。结果表明,D=0.5时P_(v)最小,增大或减小D,都会导致P_(v)的增加,且满足两组不同占空比和为1的矩形波激励下,材料产生的P_(v)相同。若激励磁场处在上升沿,D=0.1时的v与ω最小,D=0.9时的v与ω最大;若处在下降沿,D=0.9时的v与ω最小,D=0.1时的v与ω最大。D会影响材料磁化时间,由于磁弛豫现象,改变磁化时间可决定材料能否达到饱和磁化状态,因此存在一个临界状态,该文将其定义为临界占空比D_(c)。结果表明,当D<0.5时D_(c1)的范围应处在0.2~0.21,D>0.5时D_(c2)的范围应处在0.8~0.81,为不同工况下高频变压器工作点的选取提供了参考依据。

超细/纳米晶WC基硬质合金制备技术研究发展现状

超细/纳米晶WC基硬质合金具有超高强度、硬度和韧性等优点,在汽车、航空航天、国防军工等领域有着重要应用。然而,超细/纳米级WC粉末粒度小、活性大,控制超细/纳米级WC粉末在烧结过程中的快速长大粗化成为一个巨大的挑战。为了获得超细/纳米晶WC基硬质合金,从原料粉末制备、新型烧结技术开发、晶粒长大抑制剂添加和新型硬质合金设计等方面综述最新的研究进展,分析优化的制粉和烧结工艺获得的WC粉末的粒度以及烧结后合金的力学性能,并对比各种晶粒生长抑制剂对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,比较新型的烧结方法,如低压热等静压烧结(Sinter-HIP)、放电等离子体烧结(SPS)和微波烧结(MS)对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,阐述典型的新型纳米级硬质合金的微观结构和性能,包括无黏结剂硬质合金和高熵黏结相的硬质合金,并展望超细/纳米晶WC基硬质合金的发展前景和研究重点,以期为现代超细/纳米晶硬质合金材料及技术的发展提供新的途径。

Co添加对FeSiBCuNb非晶纳米晶合金软磁性能的影响

通过单辊甩带法制备成分为Fe_(80.5-x)Co_(x)Si_(3.5)B_(13.5)Cu_(1)Nb_(1.5)(x=0,3,5,7,9)非晶合金带材,研究了Co含量及退火温度对非晶纳米晶合金软磁性能与组织结构的影响。其中,退火温度为510℃,Co含量x=5时,Fe_(75.5)Co_(5)Si_(3.5)B_(13.5) Cu_(1)Nb_(1.5)非晶合金形成了由非晶基体和纳米晶粒组成的双相结构,晶粒尺寸D约为13.5 nm,具有低矫顽力H_(c)=2.5 A/m及高饱和磁感应强度B_(s)=1.59 T,获得了优异综合软磁性能。通过磁光克尔(magnetic-optical kerr,MOKE)显微镜观测合金表面磁畴结构,当退火温度为510℃,Co含量x=5时,内应力释放相对完全,纳米晶微观结构更加均匀,条状磁畴更清晰平直,磁畴的变化与H_(c)变化相对应。

纳米晶合金棒状电感制备及宽频恒电感特性分析

为了研制高性能的微型棒状电感,采用铁(Fe)基非晶薄带经固化、线切割、分段退火等工艺制备了纳米晶合金棒状磁芯,并以此为基础制备成纳米晶合金棒状电感。利用IM3570型电感测量仪对所制备的棒状电感进行了性能测试分析,修正了有芯棒状电感的电感量计算模型。结果表明:在0.112~3 MHz频率范围内,制备的纳米晶棒状微电感的电感量为7.72~9.93μH,品质因子值为3.33~5.14;在300 kHz频率时,能够有效分辨电路板孔内壁涂层。

Finemet型非晶合金的复杂晶化动力学行为

Finemet型铁基多元合金是目前应用极广泛的纳米晶软磁材料之一。深入认识其形成过程的晶化动力学特性,对更好地调控制备工艺以获得稳定且软磁性能更优的目标纳米晶具有重要意义。为此,通过差示扫描量热仪(Differential scanning calorimeter,DSC)在不同升温速率的条件下研究了Fe_(74)Si_(14.5)B_(7.5)Nb-(3)Cu_(1)(原子分数,%)非晶的非等温晶化行为,首先利用Kissinger-Akahira-Sinose(KAS)、Flyn-Wall-Ozawa(FWO)、Starik和Boswell这几种典型的等转化率法求得Fe_(74)Si_(14.5)B_(7.5)Nb-(3)Cu_(1)合金的晶化过程激活能Eα,之后采用补偿效应法得出指前因子A,从而实现了反应模型f(α)的数值重建和Avrami指数n(α)的求解。结果表明,Fe_(74)Si_(14.5)B_(7.5)Nb-(3)Cu_(1)非晶合金的晶化仅较接近维度扩散的反应机理模型,但不完全符合现有任何理论模型,是一个涉及多个反应模型的复杂反应。晶体形核速率在晶化初期(α<0.2)由增长阶段快速达到降低阶段(n(α)=2.3),而在0.2<α<0.5时缓慢降至零(n(α)=1.5),之后在晶化末期(α>0.5),晶体在已有晶粒的基础上继续长大(n(α)<1.5),整个晶化过程为形核速率持续降低的三维生长。Fe_(74)Si_(14.5)B_(7.5)Nb-(3)Cu_(1)非晶合金的晶化是一个由三维扩散主导的多个晶化机制共同控制、多个反应模型协同参与的复杂过程。

纳米晶块体Co-45Ni-10Cr合金在H 2SO 4溶液中腐蚀电化学行为

利用粉末冶金工艺制备常规尺寸(CS)Co-45Ni-10Cr合金粉末,再利用机械合金化法制备纳米尺寸(NS)Co-45Ni-10Cr合金粉末,采用真空热压技术得到相应的块体Co-45Ni-10Cr合金。腐蚀介质选择不同浓度的H_(2)SO_(4)溶液,利用电化学工作站分别测试两种Co-45Ni-10Cr(CS和NS)块体合金的自腐蚀电位、动电位极化曲线和交流阻抗谱,对比研究了两者腐蚀行为以及晶粒细化对于它们腐蚀行为产生的影响。结果表明:两种Co-45Ni-10Cr(CS和NS)块体合金的自腐蚀电位均随着腐蚀介质H_(2)SO_(4)溶液浓度增大而发生负移,腐蚀倾向逐渐加剧,同时腐蚀电流密度均增大,电荷传递电阻相应减小,因此腐蚀速度加快。此外,两种Co-45Ni-10Cr(CS和NS)块体合金的交流阻抗谱均为单一容抗弧,说明腐蚀速率均由电化学过程控制。与Co-45Ni-10Cr(CS)合金相比,Co-45Ni-10Cr(NS)合金的腐蚀速率减慢,表明纳米化后Co-45Ni-10Cr块体合金的耐腐蚀性能有所提高。

超细/纳米晶无黏结相WC硬质合金的研究进展

无黏结相WC硬质合金(Binderless tungsten carbide,BTC)因具有传统硬质合金无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性,在耐冲蚀、高耐磨的工具、精细刀具以及石油、页岩气开采等领域有很好的应用前景。超细/纳米晶BTC制备的关键问题之一是如何控制WC晶粒的长大,本文从超细/纳米WC粉末的制备技术、BTC材料成分设计及成型工艺和烧结技术等方面对超细/纳米晶BTC的相关研究成果进行综述,强调了原料WC粒度、第二相化合物添加、先进成型工艺和烧结技术在BTC致密化过程中的关键作用,对比了不同成分体系、不同烧结工艺下超细/纳米晶BTC材料的性能差异;指出超细/纳米晶BTC制备过程中存在的主要问题为致密化和强韧化,可通过已开发的多种先进烧结技术及第二相增强增韧技术来解决,但尚未实现工业化应用;最后,阐明了超细/纳米晶BTC的发展趋势为在低温低压下获得更细的致密烧结体。

纳米晶合金粉芯的超重力渗流制备及磁性能

为了探索粉芯的新制备工艺,以Fe_(73.5)Cu_(1)Nb_(3)Si1_(3.5)B_(9)纳米晶合金铁芯为原料,使用机械破碎法制粉,并采用超重力渗流工艺制备了7种不同粒度配比的纳米晶合金粉芯,借助SEM、XRD、VSM分别对纳米晶粉末的形貌、结构和磁性能进行了表征,研究了粉末粒度配比对纳米晶合金粉芯的形貌、密度、有效磁导率、损耗及品质因数的影响。结果表明,机械破碎法制得的粉末虽带尖角,但矫顽力低,利用超重力渗流工艺制备的粉芯其粉末表面基本被树脂完全包覆。同时,通过适当的粉末粒度匹配,发现性能最佳粉芯的粉末粒度配比为:100~200目占60%,200~400目占20%,400~1000目占20%。该种粉芯的密度为4.46 g∕cm^(3),在100~3000 kHz频率范围内有效磁导率比较稳定,且在3000 kHz时为28.2。当设定磁感应强度为20 mT,频率为500 kHz时,其损耗为99.1 W/kg。另外,根据实验结果可知,该工艺能够制备出频率在MHz以上具有较低损耗的粉芯。

机械合金化制备铁基纳米晶合金的粉末粒度、结构演变和磁学性能

采用单质粉末混合物球磨1~24h制备Fe_(79)Mo_(10)B_(10)Cu_(1)合金粉末,考察合金粉末的粒度、结构和磁学性能。结果表明,延长球磨时间能够细化颗粒粒径(约8μm)和晶粒尺寸(约5 nm),并均匀化粒度分布和合金元素分布。Mo元素置换固溶于α-Fe,降低了合金粉末的饱和磁化强度,且在球磨15h后生成了纳米晶α-(Fe,Mo)单相固溶体,其晶格常数随Mo含量的增加而增大。在合金化前期(˂5h),由于残余应力和磁致伸缩系数的增大,磁弹各向异性成为矫顽力的主导因素,导致矫顽力随晶粒尺寸的减小而反常增大。球磨24h后合金的矫顽力为约2200A/m,微观压应变(约0.52%)和细小B夹杂物(˂1μm)是合金矫顽力较高的主要因素。

W-Ni-Fe高比重合金纳米晶预合金粉的制备

采用行星式高能球磨机制备W-Ni-Fe高比重合金纳米晶预合金粉，研究了不同的球磨介质（研磨球）包括硬质合金球、不锈钢球、钨球和球料比以及不同的保护气氛N2、Ar等对球磨后粉末性能的影响。采用XRD分析了粉末相变化、晶块尺寸和晶格畸变。采用SEM和EDX对球磨后粉末形貌和颗粒成分进行分析。

非晶合金CoFeNbSiB的纳米晶化及磁性

研究了Ｃｏ６８Ｆｅ７Ｎｂ５Ｓｉ１２Ｂ８和Ｃｏ６４Ｆｅ１１Ｎｂ５Ｓｉ１２Ｂ５两种非晶合金在４００～５８０℃温度间等温退火１ｈ后的纳米晶化行为和磁性．结果表明，在４５０～５６０℃退火ｌｈ后，在两种非晶合金的基体上均析出了单一晶相ｂｃｃ结构的α－Ｆｅ（Ｃｏ）固溶体当退火温度（Ｆａ）低于４７０℃时，合金具有很好的软磁性能；Ｔａ为５４０～５６０℃，矫顽力明显增加，在弱场下磁化强度变得很低；当Ｔａ≥５８０℃时，新的晶化相Ｃｏ－Ｂ，Ｆｅ－Ｂ及其它化合物析出，磁性变得比较软这可能是由于具有ｂｃｃ结构的α－Ｆｅ（Ｃｏ）相具有大的磁致伸缩．

Fe-Nb-B纳米晶合金的结构与磁性

利用X射线衍射,差热分析及静态磁性测量,研究了退火温度对不同成分的非晶Fe Nb B合金纳米晶化行为和磁性的影响·实验发现:在纳米晶化过程的初期出现磁硬化,矫顽力与最大磁导率均呈现不同程度的恶化·在硼化物(Fe2B和Fe3B)相析出前,具有纳米结构的合金由α Fe固溶体和非晶基体相组成,呈现较佳的软磁特性·随纳米晶相体积分数增加而呈现的磁软化现象可解释为由于纳米晶粒间距的减少,交换耦合增强所致·

Fe-Ni-Mo-(Si)-B非晶的晶化及纳米晶合金磁性的研究

对Ｆｅ４０Ｎｉ３８ＭＯ４Ｂ１８， Ｆｅ３８Ｎｉ３５ＭＯ４Ｓｉ５Ｂ１８和 Ｆｅ３９Ｎｉ３６ＭＯ２Ｓｉ５Ｂ１８（均为原子分数，％）三种非晶合金在 ４００－５２０℃等温退火１ｈ后的晶化行为进行了研究，并研究了 Ｆｅ４０Ｎｉ３８ＭＯ４Ｂ１８合金的磁性．结果表明： Ｆｅ４ＯＮｉ３８ＭＯ４Ｂ１８；合金经４３０－４５０℃温度退火后，在非晶基体上析出了 ｆｃｃ γ－（Ｆｅ，Ｎｉ）固溶体，平均晶粒尺寸Ｄ接近 １０ｎｍ，具有很好的软磁性能；当退火温度Ｔａ ４７０℃时，除析出（Ｆｅ，Ｎｉ）固溶体外又析出了Ｆｅ３ Ｂ，Ｆｅ２３Ｂ６和Ｍｉ２Ｂ化合物，磁性显著下降．Ｆｅ３８ Ｎｉ３５ ＭＯ４Ｓｉ５Ｂ１８和Ｆｅ３９Ｎｉ３６ＭＯ２Ｓｉ５Ｂ１８两种非晶合金退火后，析出相由－（Ｆｅ，