《Bi元素偏聚引起Cu晶界脆化的微觀機制》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由蔣衛斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Bi元素偏聚引起Cu晶界脆化的微觀機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔣衛斌
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微量雜質元素在晶界偏聚有可能引起晶界脆化，導致金屬材料的韌性和延展性降低，產生嚴重危害。本申請項目擬利用內耗技術對晶界微區雜質偏聚的高度敏感性，在晶界結構相同的前提下製備出含有不同濃度雜質元素（Bi）的純銅雙晶試樣，通過內耗測量，考察不同濃度的雜質偏聚對不同類型晶界的內耗弛豫參量的影響，研究Bi原子偏聚對晶界滑動的影響機理。通過考察不同外部條件（溫度，應力）下，晶界偏聚濃度隨時間的變化規律，研究雜質偏聚濃度隨時間變化的微觀動力學機制。最終在原子尺度建立起Bi原子與晶界相互作用的物理圖像，闡明Bi偏聚導致Cu晶界脆化微觀物理機制。本項目的實施還將提供利用內耗手段來表征晶界溶質偏聚程度和實時測量雜質原子晶界偏聚情況隨外應力等外部條件動態變化的技術。
結題摘要
微量雜質元素在晶界的偏聚可能導致結構材料巨觀性質發生劇烈變化。微量鉍元素在純銅晶界的偏聚就能使純銅力學性能顯著下降，並可能產生沿晶斷裂的嚴重危害。本項目利用內耗測量技術對微觀晶界結構和晶界微區雜質偏聚的高度敏感性及對晶界的無損檢測等優點，通過一系列的內耗測量，研究了不同濃度的鉍原子偏聚對不同類型晶界的內耗弛豫參量的影響，對鉍元素偏聚引起銅晶界脆化的微觀機制進行了分析。首先本項目生長了一系列的不同取向差（包含小角度晶界，大角度無規晶界和大角度特殊晶界）的對稱傾側純銅雙晶試樣。然後在晶界結構相同的前提下，使鉍元素高溫下擴散，通過控制擴散時間，製備出了三個系列含有不同濃度鉍元素的純銅雙晶試樣。實驗結果表明，相比於小角度晶界和大角度特殊晶界，大角度無規晶界滲鉍更容易，相同擴散時間內晶界鉍濃度相對較高，說明高能量的大角度無規晶界結構無序度相對較大。而鉍原子作為替代原子，更傾向於在大角度無規晶界中偏聚。 內耗測量發現，不同類型晶界的純銅雙晶試樣的晶界內耗弛豫參量差別很大，這和前期純鋁雙晶結果類似，多晶中很寬的內耗峰也可以歸因於各種不同類型晶界內耗的疊加。滲鉍後，除了晶界內耗弛豫峰，還在高溫區出現了新的類似相變的內耗峰。而且，隨著鉍元素濃度的增大，晶界內耗峰逐漸被抑制。綜合上述結果分析認為，鉍元素作為替代原子，更容易在大角度無規晶界中偏聚，鉍元素偏聚引起純銅脆化可能主要是鉍元素在多晶純銅中的大角度無規晶界中嚴重偏聚引起。而鉍能夠引起強烈的晶界脆化效應的機制可能是鉍原子在大角度無規晶界上形成了類似液態的薄膜，阻礙了晶界兩側銅原子之間金屬鍵的形成。
