《復層金屬界面演變與損傷行為原位可視化及動力學機制》是依託大連理工大學,由王同敏擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：復層金屬界面演變與損傷行為原位可視化及動力學機制
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王同敏
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
復層金屬材料性能上存在相補效應，可獲得常規單一金屬無法比擬的綜合性能，在工業領域獲得廣泛套用。復層界面的微觀形成機理與細觀損傷機制是製備優質復層金屬材料至為關鍵的理論基礎。然而，一直以來歸因於實時原位觀察手段的缺乏，復層界面複合與損傷的微觀動力學機制通常是基於大量的靜態分析結果推斷得到，缺乏直接的實驗證據。本項目依託我國上海光源大科學裝置，基於高能同步輻射硬X射線原位成像與衍射技術，以3003/4004鋁合金復層板坯為典型研究對象，對液-液複合過程中的界面演變（界面的形成與失穩行為、過渡區的晶粒形核與生長、元素擴散引起的成分遷移、金屬間化合物生長等），以及受載下復層界面的細觀損傷行為（微裂紋的萌生、擴展與聚合等）進行實時成像與原位表征。系統研究溫度梯度、冷卻速率、熔體流速、力學載荷等對復層界面演變與損傷行為的調控規律與微觀機理，為完善現有的和發展新型的復層金屬製備技術提供理論依據。
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結題摘要
復層金屬材料是利用複合技術使兩種或兩種以上物理、化學、力學性能不同的金屬以層狀結合併具有牢固冶金結合界面的新型複合材料。其在保持母材金屬特性的同時具有“相補效應”，具有很好的綜合性能，對於航天、化工、冶金、機械等領域有著極為重要的意義。 在國家自然科學基金“復層金屬界面演變與損傷行為原位可視化及動力學機制-批准號：51274054”的資助下，依託上海/北京同步輻射光源國家重大科學裝置平台，我們圓滿的完成了預定計畫中的各項工作。首先，我們自行設計研製了一套同步輻射成像用高溫真空凝固爐；其次，利用同步輻射二維成像技術並結合傳統靜態擴散實驗研究了Al/Cu液/半固態/固-固複合過程中復層界面擴散、溶解及反應，金屬間化合物（IMCs）形成次序、形貌及動力學；利用同步輻射三維CT成像技術無損表征了Al/Cu界面層微觀組織結構，即α-Al枝晶+共晶組織（α-Al+Al2Cu）+IMCs層；利用同步輻射衍射技術研究了Al/Cu固-固複合過程中金屬間化合物的種類及生成次序。此外，利用同步輻射成像技術研究了復層界面在拉伸載荷下裂紋的萌生、擴展及斷裂過程；最後，利用自主研發的微型加熱爐及磁場裝置，成功實現了行波磁場對Sn-Pb合金凝固前沿溶質分布及枝晶生長動態調控過程的實時原位成像，對進一步理解/完善電磁場作用下合金凝固理論具有重要意義。 依託此面上項目，培養了青年教師康慧君1名，博士研究生陳宗寧、曹飛、武立3名，碩士研究生周鵬、梁春暉、趙玉飛3名。發表SCI期刊論文48篇，會議論文13篇，其中期刊論文IF>2的28篇；撰寫發明專利4篇；共參加16次相關學術會議。此外，項目負責人獲得：1) 2016年“長江學者獎勵計畫”特聘教授，2) 2015國家傑出青年科學基金，3) 2015年科技部中青年科技創新領軍人才, 4) 2015年度全國鑄造行業優秀青年人才獎；當選中國材料研究學會常務理事、中國複合材料學會理事；項目組牽頭申報並獲得2015年國家技術發明獎二等獎1項（項目負責人排名第二），2014年教育部技術發明獎一等獎1項（項目負責人排名第一），2016年日內瓦國際發明展金獎（項目負責人排名第二），遼寧省自然科學學術成果二等獎1項（項目負責人排名第一）[註：同步輻射合金凝固過程實時觀測及成像裝置研究工作是上述科技獎勵的重要組成部分]。
