固相粒子對合金熔體非晶形成能力的影響及其尺寸效應

《固相粒子對合金熔體非晶形成能力的影響及其尺寸效應》是依託山東大學，由李輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：固相粒子對合金熔體非晶形成能力的影響及其尺寸效應
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李輝
• 依託單位：山東大學

中文摘要

用高溫熔體X射線衍射儀、高溫熔體物性測量儀並結合計算機模擬，研究摻加不同尺寸、不同形貌、不同種類固相粒子的金屬熔體結構特徵及粘滯行為；通過對不同溫度下結構因子、雙體分布函式、熔體微觀不均勻結構的種類和相關半徑等結構信息的檢測對比，分析固相粒子對Mg基合金熔體結構的影響規律，獲取固相粒子在熔體凝固過程中與材料微結構形成之間的關聯信息。探索固相粒子在凝固過程中的尺寸效應；利用多尺度模擬方法，獲得快速凝固過程中固相粒子與原子團簇的協同性演化規律，揭示固相粒子對非晶形成能力的影響機制。在本項研究中，理論模擬與實驗數據相互印證，可增加研究結果的可靠性。研究結果將有助於認識固相粒子與金屬熔體相互作用的微觀物理本質，對於開發和設計新型非晶複合材料提供可靠的實驗依據和理論指導。

結題摘要

固相粒子增強是改善非晶合金性能的重要手段，但是固相粒子的加入又嚴重影響了合金熔體的非晶形成能力。本項研究利用理論模擬和實驗驗證相結合，研究了摻加碳納米管（CNTs）等固相粒子的熔體的結構及凝固行為。通過對摻加固相粒子熔體的雙體分布函式和局域結構的分析，發現固相粒子對熔體的微觀結構有著顯著影響。固相粒子將誘發熔體微觀不均勻結構的突變並進一步影響熔體的凝固行為。固相粒子的尺寸和形貌與熔體的非均質形核存在內在關聯性。片狀固相粒子將誘發熔體結構短程有序化並演變成有序液體，有序液體進一步固化並向前方演化成密度波，密度波使得熔體由短程有序變成長程有序。圓柱狀固相粒子將誘發熔體螺旋形核並形成“年輪”結構。“年輪”結構的實質是熔體形核生長過程中對固相粒子形貌的“複製和拷貝”，該結果從微觀層次證明了液固結構之間的“遺傳性”和結構信息傳遞的內在聯繫。固相粒子的數量將嚴重影響熔體的非晶形成能力，含有多粒子的熔體在形核過程中存在“生長競爭”現象。本項目研究了非晶合金的尺寸效應。當非晶合金的尺度達到納米尺度時，非晶的脆性將不復存在而變成塑性材料。納米非晶拉伸變形存在微觀不均勻性。非晶與納米晶的“殼芯”結構具有良好的塑性，拉伸過程存在晶體部分的非晶化化。其變形機制既不同於非晶的“剪下帶”模式，也不同於晶體的“滑移”模式，它是以“擴散”模式進行變形的。本項研究在Appl.Phys.Letts，Carbon，Acs Nano，J.Appl.Phys等共發表學術論文19篇，獲教育部自然科學二等獎一項，申請發明專利2項，與國外同行合寫專著2部。研究結果有助於認識固相粒子與金屬熔體相互關聯的微觀物理本質，對於開發和設計新型非晶複合材料具有重要的科學意義和實際套用價值。