Fe-Mn-Si合金γ→ε马氏体相变Ms的热力学预测

借助于３种成分Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ２合金层错几纺的Ｘ射线测量,计算了层错几率与合金成分Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ三元系的层错几率的倒数１／Ｐｓｆ－一个表达式。结合层错形核的热力学模型,经回归得Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金γ（ｆ．ｃ．ｃ）→δ（ｈ．ｃ．ｐ）马氏体相变的临界相变驱动力和层错几率的关系为ΔＧＣ＝６７．４８７＋０．１７７５／Ｐｓｆ（Ｊ／ｍｏｌ）,显示临界相变驱动力与层错几率存在线性关系,并随层错几率下降而增加。     

铁基合金fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变的形核能垒

基于位错理论和Olson等人提出的层错能模型, 考虑到外加应力场的作用, 建立了fcc(g )→hcp(e )马氏体相变在小角度晶界处形核时, 胚核尺寸与能量之间的关系模型. 用此应用模型讨论了温度、切应力以及晶界位错密度对FeMnSi基合金中fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变形核的影响. 结果表明, fcc(γ) → hcp(ε)相变形核过程中存在着一些特征尺寸的胚核: 亚临界胚核和临界胚核, 它们之间的能量差构成了马氏体相变的能垒. 这些特征胚核的尺寸将随着外部条件(应力和温度)的改变而变化, 随着温度降低, 切应力增加将使临界胚核尺寸变小, 直至最终能垒消失. 基于上述讨论, 从动力学的角度讨论了M_S点及临界切应力τ_c诱发fcc(γ) → hcp(ε)相变的能量条件, 解释了在MS点处合金的层错能不为零的实验结果. 另外, 小角度晶界处位错密度的增加, 也有利于hcp相形核.     

fcc（γ）→hcp（ε）马氏体相变

列出热弹性马氏体相变的判据。据此，将Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ基合金中的ｆｃｃ（γ）→ｈｃｐ（ε）马氏体相变归属半热弹性相变，和铁基合金中ｆｃｃγ→ｂｃｔ（ｂｃｃ）α‘，βＣｕ基合金中的热弹性马氏体相变以及含ＺｒＯ２的陶瓷中ｔ→ｍ不同，在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ的γ→ε中，母相的强化和晶粒大小不显著影响Ｍｓ，以及马氏体相变的内耗峰并不对应母相弹性模量的急剧下降，显示其可能层错直接形核而不强烈需求软模。比较了热诱发和     

Fe-Mn-Si基形状记忆合金中FCC相的电子结构与稳定性

利用基于第一原理的离散变分法研究了Fe-Mn-Si合金的电子结构与FCC相稳定性的关系. Si元素使Fe原子的d带空穴数减少, 而Mn的影响较复杂. 以此为基础, 从电子浓度的角度解释了这两种元素对合金层错能的影响, 并结合对合金结合能的计算结果—— Si降低合金的结合能而Mn的作用相反, 阐述了Mn降低而Si升高马氏体相变温度的物理原因. 在不同方向上施加应力时, 合金的电子结构发生变化, Fermi能级处的总态密度有明显提高. 从Fermi能级附近的能谱变化可看出, 应变使能隙减小, 能级的简并性提高. 在同一方向上施以不同的应变, 中心原子的3d和4s轨道上的电子数减少, 3d局域态密度变窄, 且峰值增加. 对比电子密度的变化, 在应力方向上的成键轨道有减弱的趋势, 而在垂直于应力的方向上出现增强, 导致FCC结构的稳定性降低. 这是外场(应力)作用下合金的马氏体相变温度提高的重要原因.     

固相合金中的C-Me偏聚理论在陶瓷中的应用

氧化锆陶瓷由于性能优异, 已得到了广泛的应用. 氧化锆陶瓷的相变影响其性能, 为控制相变进而控制性能, 相变机理的研究至关重要. 用固体与分子经验电子理论计算了c-ZrO₂、t-ZrO₂和m-ZrO₂的价电子结构, 得到形成它们强键骨架的共价键上的总共价电子对数分别为3.19184、3.45528和3.79625. 按固相合金中的C-Me偏聚理论的思想推测ZrO₂从高温到低温的相变顺序应为液相→c相→t相→m相. 从价电子结构进行的推断与实验结果完全一致, 说明合金相变的电子理论可以扩展到陶瓷材料中.     

价电子结构参数的统计值在钛合金相变温度及共析转变研究中的应用

基于“固体与分子经验电子理论”（EET）,计算了一组表征合金相性质的价电子结构参数的统计值SnA,SEA,并利用价电子结构参数的统计值讨论了合金元素V,Nb,Mo,Hf,Zr,Fe,Mn,Co,Cr,Si等合金元素对钛合金相变温度及共析转变的影响,研究结果与实际符合很好.     

HCP→BCC相变不变线及其晶体学特征

介绍了应用“不变线应变模型”计算HCP→BCC析出相变的相变不变线的方法. 计算与实验结果表明，在Mg-Al和Zr-Nb合金的 HCP→BCC析出相变中，板条状或针状析出相的晶体学特征与不变线应变模型预测的几乎完全一致，因此再次证实了不变线应变原理在预测扩散型析出相变晶体学时的有效性.     

温度对铁基合金层错能的影响

温度是影响铁基合金层错能的一个重要因素,随温度的增加,置换型或间隙型合金的层错能随之增加. 从层错能的热力学模型推导出dγ₀/dT的理论计算式,从而建立了dγ₀/dT的定量关系: dγ₀/dT=(dγ^ch/dT) +(dγ^seg/dT)+(dγ^MG/dT) ,计算所得的dγ₀/dT值与测量值符合.化学自由能对层错能起正向作用,且大于磁性和偏聚的作用. 磁性和合金元素在层错区的偏聚均降低合金的层错能,dγ^MG/dT<0, dγ^seg/dT<0, 其影响随温度的增加而减小.基于dγ₀/dT,合理解释了在热力学平衡温度(T₀)合金的层错能并不为零以及T₀两侧层错能均为正值的实验结果.     

Ni2MnGa铁磁形状记忆材料

铁磁形状记忆合金 (FSMA)是在一定温度范围马氏体相稳定同时又具铁磁性的一类特殊的形状记忆合金。Ni2MnGa铁磁形状记忆合金近年来成为呈现磁场驱动大应变的新型驱动材料 ,这些应变来自磁场诱发马氏体孪晶的重排 ,而不是磁场对奥氏体至马氏体相变的作用。孪晶变体的重排在宏观上呈现为正或切应变 ,一非化学计量比Ni2 MnGa单晶于室温加 0 .4T磁场能产生6 %的应变 ,Ni Mn Ga单晶在高至 15 0Hz的交变磁场仍可得到 2 .5 %的应变。本文阐述了与这种磁控形状记忆效应相关的孪晶界迁动的磁学和晶体学理论。马氏体相的大磁晶各向异性能使磁化沿c轴方向有利 ,穿过孪晶界c轴刚好转动 90度 ,同时 ,这个孪晶界也构成了约 90度的畴界。在各向异性的情况下 ,孪晶界的迁动仅有相邻孪晶变体的Zeeman能差驱动 ,μ0 ΔMis·Hi。磁场和外应力对应变的影响通过对一简单的自由能表达式取极小值来表示 ,自由能表达式包括Zeeman能、磁晶各向异性能和外应力以及在某些情况下需考虑的内部弹性能 ,模型的所有参数可通过应力 应变曲线和磁化曲线测量得到。铁磁形状记忆合金的磁场诱发应变可类比传统热弹性形状记忆效应 ,与更为人们所熟知的磁致伸缩现象不同。     

Zr60Al15Ni25块体非晶合金在室温轧制过程中的相变

利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和高分辨电镜(HREM)对Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅块体非晶合金在室温轧制过程中的微观结构变化进行了研究. 实验发现XRD衍射峰的半高宽FWHM和DSC曲线上的晶化放热焓ΔH的值在较小变形度ε(约为20%)的情况下小于铸态值; 当e 增大到一定值(大于30%)后, FWHM和ΔH的值又大于铸态值; 当ε进一步增大到约85%时, FWHM和ΔH的值又大幅减小. 实验结果表明, 在轧制过程中合金原子的组态发生了有序化和无序化之间的可逆转变. HREM图像进一步证实了这种可逆相变. Zr₆₀Al₁₅Ni₂₅块体非晶合金在轧制变形过程中出现的可逆相变是扩散控制的有序化和剪切应力诱导的无序化两个相反过程之间竞争选择的结果.     

金属纳米晶的相稳定性

根据热力学平衡条件, 建立了金属纳米晶的相平衡方程. 应用Fetch和Wagner的界面膨胀模型以及Smith和其合作者建立的普适状态方程, 对纳米晶界面的热力学量进行计算, 由此获得金属高温相可在较低的温度下存在的临界尺寸. 通过对元素Co的β相(fcc结构)和α相(hcp结构)纳米晶Gibbs自由能的计算表明, β相可在室温存在的临界尺寸和纳米晶界面处的过剩体积(ΔV)有关. 当ΔV 取10%时, β相应在35 nm以下稳定存在. 与Katakimi的实验较为符合. 对影响βCo稳定性的因素也作了讨论.     

Fe基纳米晶晶化机理的AFM研究

用原子力显微镜(AFM)观测经不同温度退火的Fe基合金薄带(Fe_73.5Cu₁Nb₃Si1_3.5B₉)断口形貌, 结合XRD衍射晶体分析技术和综合他人已有研究结果, 分析了Nb和Cu在Fe基合金薄带退火过程中的作用机制. 提出了包裹晶颗、Nb空位团、Nb-B原子群等新概念, 并利用这些新概念描述了α-Fe(Si)纳米晶形成的机制, 从而建立了Fe基纳米晶合金由分隔相、包裹相和纳米晶相组成的三相互套结构模型.     

相界附近Pb(Zn1/3Nb2/3)O3PbZrO3PbTiO3固溶体的介电性能

通过对相界附近的Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PZN-PZ-PT)固溶体的介电性能研究发现,在介电峰附近所有样品的介电-温度关系曲线都具有弛豫性相变特征;Zr/Ti比的变化对介电温度特性曲线有重要影响,随着Zr/Ti比的增加,其弛豫程度明显增加;菱方相区的样品在测量温度范围内都呈现典型的弛豫型铁电体特征;对四方相区的样品而言,在低于介电峰值温度的某一临界温度时,发生了正常铁电体-弛豫铁电体自发相变,利用热激发电流证明了该正常铁电体-弛豫铁电体自发相变的存在.透射电子显微分析表明四方相样品具有典型的90°宏畴形貌,而菱方相区的样品则具有纳米尺寸的微畴形貌.     

相平衡热力学方法在超细碳化物高碳合金钢合金设计中的应用

多元合金高碳钢成分设计合适时,钢中存在多类型碳化物(M3C、M23C6、M7C3、M6C和MC)在常规的锻轧加工和退火工艺条件下,碳化物具有超细化特征.根据Cr-W-Mo-V高碳合全钢的碳化物在退火温度下的变化规律,应用Fe-Cr-W-Mo-V-Si-Mn-C系相平衡热力学计算,给出各温度下的钢中相结构、相成分和相变规律;并根据不同奥氏体化温度下的基体成分,推导合适的热处理工艺,并预测淬火硬度和回火硬度;借助在电子、原子层次上计算马氏体基体的原子间平均结合能,推断屈服强度和韧性指标.按照技术指标对机械性能的要求,对合金元素不同含量的钢的全部计算结果进行比较,最终确定钢的合适的化学成分.用上述方法研制了系列多类型超细碳化物中合金高碳钢和高合金高碳钢,实践结果表明,理论设计计算与少量的生产性实验结合可以达到预期的目的.     

应力对铁磁性形状记忆合金Ni50Mn19Fe6Ga25马氏体相变的影响

X射线衍射结果表明, Ni50Mn19Fe6Ga25合金甩带样品在室温是L2₁结构, 并且存在[100]织构. [100]轴垂直于试样表面, 而[110]轴与带向成45度角, 并且在带向与带的法线方向确定的平面内. 应力测试表明沿带向存在拉应力, 对应择尤取向的晶粒拉应力的方向就是沿[010]方向. 原位X射线衍射变温分析表明, 未退火的样品降温时没有发生明显的马氏体转变, 而经900 K, 24 h去应力退火后的样品, 再降温时发生明显的由立方到四方的结构转变. 这表明沿[010]方向的拉应力阻止了马氏体转变.     

直接甲醇燃料电池质子交换膜内两相逆流的研究

从液态进料直接甲醇燃料电池水管理的角度, 对PEM中水的相变过程的发生和发展作了定性的分析, 阐明了PEM干涸的机理. 建立了PEM中两相区内的一维、稳态、含内热源多孔介质相变传热传质模型. 该模型考虑了毛细力、电渗力和相变的影响. 推导出了PEM中两相区的无量纲理论长度δ _t的计算公式和PEM临界干涸准则数[-ω/γ] _cr的表达式. 利用该模型对两相区内液相水饱和度、各相的压力以及温度分布进行了数值模拟. 模拟结果能够从机理上解释Ohm极化区电池性能变化规律, 并能为阴极催化层催化剂含量和PEM最佳厚度的选取提供理论依据.     

氢促进位错发射的分子动力学模拟

利用第一原理和陈氏三维晶格反演公式获得了Al和H的互作用对势 .分子动力学计算表明 ,当Al晶体中含H时 ,裂尖发射位错的临界应力强度因子从0 .1 1MPam降低为 0 .0 75MPam(CH=0 .72 % )和 0 .0 6MPam(CH=1 .44% ) ,即氢促进了位错的发射 .计算表明 ,氢在裂尖富集后能形成许多小气团 ,同时使平衡空位浓度升高     

新型弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3的形貌与缺陷结构

采用改进的Bridgman法生长出了尺寸达 2 5mm× 2 5mm× 5 0mm的透明的、压电性能十分优异的弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/ 3 Nb2 / 3 )O3 PbTiO3 ,其为纯钙钛矿相的三方或四方结构 .这些单晶主要显露 {0 0 1 }面 ,而 [1 1 1 ]方向的生长速度相对较快 .可以利用负离子配位多面体生长基元理论模型解释PMNT单晶的形貌特征与生长习性 .在光学显微镜和SEM下观察到了散射颗粒、气泡及负晶结构等宏观缺陷 .在对结构缺陷形成机制研究的基础上 ,通过调节生长参数 ,可以减少或消除这些缺陷 .用光学显微镜对三方相单晶的 71°或 1 0 9°电畴、四方相单晶的 90°电畴进行了观察 ,发现微畴 宏畴转变可由成分诱导并存在过渡区 ,分析了电畴结构的形成机理及与铁电相变的关系 .     

铋层状化合物Na0.5Ho0.5-xYbxBi4Ti4O15陶瓷材料的上转换发光、铁电、介电性能研究

采用传统的固相烧结法,制备了Na0.5Ho0.5-xYbxBi4Ti4O15铋层状结构陶瓷.经X射线衍射（XRD）表征,新合成材料为单相结构,且扫描电子显微镜下的表面和断面图像均为层状,说明合成材料为新型铋层状材料.室温时,在可见光波长范围内,有2个峰,分别为546 nm处的绿光峰和656 nm处的红光峰,分别对应于Ho3＋离子的5F4＋5S2→5I8和5F5→5I8跃迁.为研究其机理,测试了变功率条件下的发光强度,经计算,绿光和红光发射均为双光子过程.研究陶瓷样品在变温（-130~270°C）条件下的发光性能时,发现红光与绿光的强度比值与温度呈线性关系,该材料有望应用于光学温度传感器领域.经介电性能测试发现当Ho：Yb=1：9时,样品的居里温度为686.4°C.研究铁电性能发现当Ho：Yb=3：2时,剩余极化Pr为9.3μC/cm2,矫顽场强为Ec=82 k V/cm,表明具有一定的铁电性能.以上研究结果表明,制得的新材料是一种具有优异光学性能的多功能材料.     

（邻甲基苯胺-苯胺）共聚物／Ba0.8La0.2Al2Fe10O19复合物的可控制备及电磁性能

用原位聚合方法制备了（邻甲苯胺一苯胺）共聚物／Ba0.8La0.2Al2Fe10O19复合物（Poly（OT-co-AN）／BLAF）．通过正交优化设计，考察了单体的质量比（moT／mAN）、聚合温度、聚合时间和BLAF投料量对复合物的结构、形貌、电导率和磁性能的影响．结果表明：共聚物对BLAF粒子具有较好的包覆作用，复合物的组分之间具有一定的相互作用；复合物的磁性能与BLAF粒子的含量相关联；BLAF的投料量对复合物的组成和电导率有较大的影响，其次是温度；复合物对电磁波的反射损耗和有效带宽是Poly（OT-co-AN）和BLAF协同作用的结果，当BLAF与混合单体（moT／mAN=1：1）的质量比为0.2，25℃聚合10h所得复合物的反射峰值和有效带宽分别达到-26．94dB和8．54GHz．复合物优良的微波吸收性能，有望成为电磁波吸收与屏蔽领域的侯选材料．