晶界工程

晶界工程是指在中低層錯能面心立方金屬中,通過合適的形變和熱處理工藝,調整多晶體晶界網路。

歷史背景,處理工藝,套用實例,

歷史背景

晶界工程(grain boundary engineering,GBE)1984年Watanabe在研究晶間開裂時提出“晶界設計與控制”的構想,繼而在90年代形成了“晶界工程”(Grain Boundary Engineering, GBE)研究領域。主要是在中低層錯能面心立方(face-centred cubic, FCC)金屬中,如黃銅、鎳基合金、鉛合金、奧氏體不鏽鋼等,通過合適的形變和熱處理工藝提高特殊結構晶界(一般指∑≤29的低∑CSL晶界,CSL是重位點陣/coincidence site lattice的縮寫)比例,從而調整多晶體晶界網路(grain boundary network),能夠顯著改善材料與晶界有關的性能。
主要研究方向有:提高低∑CSL晶界比例的工藝方法,低∑CSL晶界形成機制,高比例低∑CSL晶界提高材料性能的機理。
國內從事晶界工程領域研究的主要有上海大學夏爽課題組和山東理工大學王衛國課題組。

處理工藝

GBE處理工藝(thermomechanical processing/TMP)主要有單次應變退火(one-step strain annealing)和反覆多次應變退火(iterative strain annealing)兩類,一般採用小形變數冷加工變形(<30%),退火方式有高溫短時間和低溫長時間。

套用實例

鎳基690合金:通過晶界工程處理能夠把690合金中特殊結構晶界的比例提高到70%以上(目前最高達到86%)。特殊晶界中主要是∑3晶界(孿晶界),占特殊晶界的85%以上,其次是∑9和∑27晶界,其它低∑CSL晶界(非∑3,n=1,2,3)的比例很低。下圖為一鎳基690合金經晶界工程處理後利用EBSD分析得到的不同類型晶界分布圖、晶粒取向分布圖和晶界特徵分布(grain boundary character distribution, GBCD)。
晶界工程
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晶界工程
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