《高穩定Fe基納米晶的可控制備及其熱穩定機制研究》是依託中國礦業大學，由陳正擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高穩定Fe基納米晶的可控制備及其熱穩定機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳正
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從納米材料的製備到實際的工程套用存在一個非常重要的中間階段-穩定化階段。本項目研究如何在製備過程與穩定化過程之間建立本徵物理聯繫，指導高穩定納米晶體材料的可控制備。通過深過冷非平衡凝固方法製備納米晶單相固溶體。建立一個綜合考慮晶粒長大熱力學（晶界能效應）和動力學（移動性效應）的熱-動力學模型精確量化納米材料的晶粒演化及熱穩定機制。通過提取非平衡凝固起始狀態參量、凝固組織本徵狀態量和高穩定態納米晶狀態參量，以納米晶初始狀態參量（晶粒尺寸、溶質濃度、界面驅動力等）為紐帶建立初始凝固狀態-凝固終止狀態-納米晶最終穩定狀態的顯性/隱性關係，建立一體化模型，預測並指導高穩定納米晶體材料的可控制備。
結題摘要
納米晶體材料表現出常規材料難以具備的高強度、高韌性、高硬度以及良好的耐磨性等優異性能。然而，一旦納米晶長大為常規粗晶，其特殊性能將顯著減弱或消失。從納米材料的製備到實際的工程套用存在一個非常重要的中間階段−穩定化階段。本項目主要內容為：1、通過深過冷/激冷非平衡凝固方法製備納米晶/微晶單相固溶體；2、通過建立熱-動力學模型精確量化納米材料的晶粒演化及熱穩定機制；3、通過提取非平衡凝固起始狀態參量、凝固組織本徵狀態量和高穩定態納米狀態參量，建立一體化模型。針對第一部分的研究成果為：通過懸鑄法極冷快速凝固技術成功製備出30-50nm Fe-B單相納米晶。通過對不同溶質濃度Fe-B合金單相過飽和固溶體進行不同時間的熱處理，揭示了溶質偏聚導致晶界能降低引起的納米熱穩定機制。通過熔融玻璃淨化與循環過熱相結合的方法製備了過冷Ni-Fe微晶，其細化機制分別為重熔導致的枝晶碎斷和應力積累導致的再結晶。第二部分研究成果為：建立了綜合考慮晶粒長大熱力學（晶界能效應）和動力學（激活能效應）的完整熱-動力學模型並精確量化了納米材料的晶粒演化及熱穩定過程，提出了晶粒生長/穩定的本徵控制機制。該原創性成果發表在了材料類權威期刊Acta Mater.（IF：3.9）上。建立了動態偏聚條件下晶粒二次生長及穩定模型，提出溶質偏聚/沉澱形成關聯過程中導致納米晶粒穩定的本質原因仍為晶界能而非第二項沉澱。第三部分研究成果為：過冷Ni-B微晶生長機制中的過冷度、溶質拖拽和溶質截留的本徵關聯效應的研究和預測。Ni-Fe合金中固態晶粒交替生長機制對深過冷凝固組織演化的影響。深過冷Fe-Cu合金中亞穩相形成、轉變及殘餘過程的相關研究成果。納米材料形成過程中的非平衡效應必將影響其隨後的晶粒演化及最終的熱穩定性，進而影響材料的性能和用途。遺憾的是，無論是國際上還是國內對於納米晶體材料從製備初始狀態到最終達到高穩定狀態的一體化研究卻始終是空白。本項目的研究提出了製備過程與穩定化過程之間的本徵物理參量，建立了兩個過程之間的本徵物理聯繫，有助於推動高穩定納米晶/微晶材料一體化生產的實現，對高穩定、高性能納米晶/微晶材料的製備提供有效的指導。
