《塑性變形過程溶質偏聚對晶界演化影響的晶體相場研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由張明義擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：塑性變形過程溶質偏聚對晶界演化影響的晶體相場研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張明義
- 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
溶質偏聚影響金屬材料的力學性能。塑性變形過程晶界和位錯的互動作用及演化，在晶界溶質偏聚的條件下，動力學過程變得複雜。理解和認識溶質偏聚對金屬塑性變形微觀過程影響的規律和機制，是通過“晶界工程”和“晶界偏聚工程”方法改善材料力學性能的核心與關鍵。.本項目以二元鎳基合金為主要對象，採用結構晶體相場模型這一先進多尺度模擬方法，通過模擬低應變速率塑性變形過程的微結構演化，研究晶界、位錯和溶質之間的靜態和動態互動作用，探索晶界原子尺度結構對溶質偏聚的影響規律和機理，闡明溶質偏聚對塑性變形過程中晶界演化動力學過程影響的規律和機制，建立晶界原子尺度結構、晶界成分偏聚與塑性變形過程晶界演化動力學過程之間的內在關聯，提出逆向設計原則，並進行實驗分析和驗證。通過本項目的研究，揭示溶質偏聚對塑性變形過程影響的原子尺度機制，可為金屬成分和微結構的設計、力學性能的控制，提供理論支撐，有學術研究價值。
結題摘要
溶質偏聚影響金屬材料的力學性能。塑性變形過程晶界和位錯的互動作用及演化，在晶界溶質偏聚的條件下，動力學過程變得複雜。國外為研究溶質偏聚對金屬塑性變形微觀過程影響的規律和機制，進而改善材料力學性能，在“晶界工程”的基礎上提出了“晶界偏聚工程”的概念。“晶界偏聚工程”概念的提出，對認識和理解晶界偏聚誘導的熱力學特性和動力學過程提出了新的挑戰，即如何在原子尺度實現對晶界結構和化學成分的表征，進而在原子尺度研究晶界偏聚對界面熱力學和動力學規律的影響。晶體相場被視為在原子尺度上研究晶界化學成分和力學性能之間影響規律的可靠手段之一。 本項目採用晶體相場模型，通過模擬純物質和二元合金的凝固過程及變形過程，研究了納米多晶、納米孿晶和雙晶的原子尺度變形過程，探明了不同晶界結構在塑性變形過程中晶界與位錯的動態互動作用、以及溶質偏聚對晶界演化的影響規律。研究結果表明不同晶界處的溶質原子偏聚程度不同，晶界處的共格程度越高，溶質偏聚程度越小；晶界不僅可以發射位錯還可以吸收位錯，晶界處的共格程度越高，晶界發射位錯的閾值越高，溶質偏聚提高位錯發射的閾值；溶質偏聚對晶界演化規律的影響機制來源於溶質原子的拖拽效應和釘扎效應。
