B,Zr和Si对FeAl合金微观缺陷的影响

B2型结构的长程有序金属间化合物FeAl具有良好的高温强度,优异的抗氧化性能、低密度和成本低等特点,而被公认为极有发展前途的结构材料.但FeAl合金的室温脆性是工程材料应用的主要障碍.铝含量大于40(at%)的FeAl合金室温下为沿晶断裂.FeAl合金不但晶界弱,而且晶内键合力也差,造成低的解理强度.例如Fe-36.5Al在室温下就表现为脆性穿晶解理破坏.合金化法是改善FeAl合金力学性能的重要途径.本文通过测量二元FeAl,     

定向凝固Al2O3／Al—4.5Cu复合材料的弯曲性能与断裂特征

采用定向凝固的方法研究了Al2 O3/AL_4 5Cu复合材料的力学性能的变化规律 ,实验结果表明 :随着定向凝固冷却速率的提高 ,Al2 O3/Al 4 5Cu复合材料的抗弯强度和塑性提高 ,与搅拌铸造Al2 O3/Al 4 5Cu复合材料相比 ,当定向凝固速度达到 70 0 μm/s时 ,其抗弯强度提高 6 6 % ,断裂应变提高 135% .另外 ,在相同定向凝固条件下Al2 O3/Al 4 5Cu复合材料与Al_4 5Cu合金相比较 ,其抗弯强度均得到明显改善 ,而断裂应变则降低 .搅拌铸造Al2 O3/Al 4 5Cu复合材料表现为沿晶断裂 ,而定向凝固Al2 O3/Al 4 5Cu复合材料表现为韧性断裂 ,随着定向凝固速率的提高 ,其断裂面上韧窝数量明显增加 .     

金属沿晶断裂表面的随机分形分析

分形是Mandelbrot通过对许多形状复杂的不规则物体进行仔细观察和综合分析而提出的,金属断裂是裂纹以Z字形扩展的过程,断裂表面可以近似看作具有自相似性(小部分放大后与整体完全相同),近年来,分形在金属断裂表面定量分析中得到了广泛应用,建立了断裂表面分形维数与冲击能、撕裂能、回火脆性、断裂韧性、拉伸性能之间的关系,分形在金属断裂的理论分析中也得到了应用,龙期威提出了金属沿晶断裂的分形模型,并计算得出其分形维数为1.262,但这是在金属处于完全平衡状态下,即晶界(或相界)夹角为120°时得     

Fe_3AL金属间化合物与水汽或氧气的表面反应

含铝金属间化合物普遍存在由水汽诱发而生的环境脆性,一般认为是由于空气中的水汽与铝化物中的Al在应力作用下发生表面反应,产生氢原子引起氢脆所致。但是上述表面反应只是根据金属间化合物在不同环境气氛中具有明显的塑性差异而提出的假设,至今并无直接的实验验证。本文应用俄歇能谱仪(AES)及X射线光电子谱仪(XPS)探讨Fe_3Al与水汽及氧气的表面反应动力学,首次用实验验证了金属间化合物与水汽发生表面反应。所得结果可用来解释Fe_3Al及其他金属间化合物在不同坏境气氛中具有不同力学性能的原因。     

定向凝固Al2O3/Al-4.5Cu复合材料的弯曲性能与断裂特征

采用定向凝固的方法研究了Al₂O₃/A-4.5Cu复合材料的力学性能的变化规律 ,实验结果表明 :随着定向凝固冷却速率的提高,Al₂ O₃/Al-4.5Cu复合材料的抗弯强度和塑性提高 ,与搅拌铸造Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料相比 ,当定向凝固速度达到700μm/s时 ,其抗弯强度提高66% ,断裂应变提高135%.另外,在相同定向凝固条件下Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料与Al-4.5Cu合金相比较,其抗弯强度均得到明显改善 ,而断裂应变则降低 .搅拌铸造Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料表现为沿晶断裂,而定向凝固Al₂O₃/Al4.5Cu复合材料表现为韧性断裂,随着定向凝固速率的提高,其断裂面上韧窝数量明显增加.     

快速凝固Ni-47Al合金调幅组织的TEM研究

B2结构的NiAl具有高熔点、低密度和优异的耐蚀性能,因而有希望成为一类新型的高温结构材料。但低的室温塑性是这类材料走向实用化的主要障碍。采用快速凝固的方法细化晶粒是已知能有效地改善其室温塑性的方法之一。Gaydosh等研究了熔体旋转快速凝固NiAl薄带,性能测试表明NiAl快速凝固后的弯曲断裂应变从铸态的0增加到0.9％～1.3％,进一步在1273K退火1h后应变提高到2.25％,热处理能够明显地提高塑性表明存在其它因素影响快速凝固NiAl合金的塑性,但这一问题却一直未能澄清。近年来,随着长程有序金属间化合物研究的深入,一些研究者相继在快速凝固的强有序化相Ni_3Al,Ti_3Al,FeAl等铝系金属间化合物中发现存在亚稳组织,同样作为强有序化相的NiAl,由于其有序转变的临界温度与液固温度基本重合,因而尚未见在单相成分范围内存在亚稳组织的报道。最近,我们发现接近化学计量的快速凝固NiAl合金中存在亚稳的调幅组织,而这一现象尚未见前人报道。另外,亚稳的调幅组织的发现也使热处理提高快速凝固NiAl合金塑性的现象得到了合理的解释。     

静高压下界面反应对非晶(Fe_(0.99),Mo_(0.01))_(78)Si_9B_(13)合金晶化的影响

由于纳米Fe-Mo-Si-B合金优异的软磁性能,近年来,人们对非晶合金(Fe_(0.99),Mo_(0.01))_(78)Si_9B_(13)(FMSB)的晶化机制、结晶相、晶粒度及纳米合金的性能进行了深入的研究.这些研究工作都是在真空条件下,非晶FMSB合金条带表面为自由表面的情况下开展的.为了克服由非晶FMSB合金晶化制得的纳米Fe-Mo-Si-B合金的脆性,使之能在实际中得到应用,我们利用静高压下等温热处理金属Al片与非晶FMSB叠层的方法,制备出Al/Fe-Mo-Si-B纳米合金复合材料.由于在制备中,非晶FMSB与Al片将在界面发生扩散反应,因此,势必影响非晶FMSB的晶化过程和结果.本文将就此问题进行研究.     

莫来石复相晶体生长习性

常压水热条件下,以天然高岭土为原料,制备莫来石复相晶体实验观察到莫来石晶体呈柱状生长习性.用Materials Studio 4.4 CASTEP(Cambridge serial total energy package)程序,对莫来石晶体的特征显露面族(001),(210),(110)和(120)晶面表面能进行理论计算,进而分析各晶面生长速度与习性关系.计算得出其表面能大小依次为0.337,0.022,0.217和0.039keVnm–2,根据居里-吴尔夫原理,则各晶面生长速度为V(001)>V(110)>V(120)>V(210),表明莫来石晶体能够沿c轴生长成柱状形态.莫来石晶体模型表面能计算结果合理解释了实际莫来石的柱状生长习性.     

Ni3aL金属间化合物环境氢脆

含铝金属间化合物普遍存在由水汽诱发的环境脆性,这一现象,一般认为是由子空气中的水汽与铝化物中的Al在应力作用下发生表面反应,产生氢原子,引起氢脆所致,早期研究结果表明,Ni_3Al—500ppm B在真空及空气中的塑性相近,因此认为含硼Ni_3Al并不存在环境氢脆。考虑到硼与氢在晶界的交互作用,认为含硼Ni_3Al也应存在环境脆性。因此本文系统研究了不同硼含量对Ni_3Al环境脆性的影响,进一步研究硼与氢的交互作用机制。     

Fe对NiAl合金中缺陷电子密度的影响

NiAl合金具有许多优异的物理性能:它的密度低,仅为5.86g/cm~3;它的熔点高达1640℃;它有高的热传导性,是Ni基高温合金的4～8倍;它还具有良好的抗氧化性能.由于NiAl合金具有这些优点,使得它可望成为新一代高温结构材料但单晶和多晶NiAl合金在室温下很脆,这阻碍了它的现时应用Geoyge等人研究了微量B,C,Be对NiAl合金的断裂和晶界化学的影响,结果表明,用B,C,Be对NiAl合金微合金化,没有达到提高合金塑性的目的.而Rachinger等人的实验结果表明,用Cr,Co,Fe,Mn等元素对NiAl合金化能使NiAl有序能减小.Fe含量较高的Ni-20AI-30Fe经挤压后,其室温塑性延伸率达8%目前还没弄清这些合金元素影响NiAl合金力学性能的微观机制.本文通过测量NiAl,Ni_(48)Al_(45)Fe_7和Ni_(50)A1_(20)Fe_(30)的正电子寿命谱,揭示NiAl合金室温脆性的本质.研究Fe对NiAl合金缺陷电子密度的影响.     

KIO_3晶体的去孪去畴

KIO_3晶体是一种优秀的非线性光学材料,由于存在着电畴与孪晶,一直未能制作成各种非线性光学器件.关于其铁电性质已有不少研究,本文报道该晶体去孪去畴方面的研究成果。     

低温下莱河矿穆斯保尔谱的塞曼分裂

莱河矿是一种含铁的硅酸盐新矿物,其理想的结晶化学式为Fe_2~(3+)Fe~(2+)(siO_4)_2,Z=2,实际样品的Fe~(3+)/Fe~(2+)比值为1.5—1.8。对该矿物晶体已进行过X射线结构分析。它在室温下的穆斯保尔(Mssbauer)谱也先后有过报道。     

非晶态R_4Fe_(77.5)B_(18.5)合金的磁性和晶化

低Nd快淬Nd-Fe-B合金,由于具有高的剩磁和磁能积可望成为实用性永磁材料。我们已在Nd-Fe-B三元相图的富Fe区,系统地研究了快淬Nd-Fe-B合金的相组成和磁性,重点研究了低Nd(3—5at％)快淬Nd-Fe-B合金的永磁性。在Nd_4Fe_(77.5)B_(18.5)合金中,获得室温最大矫顽力H_c=231kA/m和磁能积(BH)_(max)=104kJ/m~3,并研究了Co,Al,Ga等元素的替代对快淬Nd_4Fe_(77.5)B_(18.5)合金磁性的影响。本文报道非晶态R_4Fe_(77.5)B_(18.5)(R=Y,Ce,Pr,Nd,Gd,Dy)合金的磁性和晶化以及晶化对磁性的影响。     

环境断裂微观机理研究

1 环境断裂机理 环境断裂是指氢致开裂、应力腐蚀以及液体金属脆。由于他们能导致正在服役的构件发生灾难性的脆断事故,故几十年来一直受到重视。到目前为止,环境断裂的宏观规律、影响因素等已基本弄清,但对于其微观机理仍存在争议。     

氢致α-Fe脆性机理的电子理论研究

α-Fe的氢脆很受重视,尤其对其机理研究,人们做了大量的工作.一般认为,脆断取决于原子间键的特性.有人认为,α-Fe的氢脆机理是氢原子的溶入降低了裂纹尖端原子间的结合力,减少了{100}面的解理应力,但又有人认为,氢并不降低铁原子的键合力.可见,迄今氢致α-Fe变脆的机理尚不完全清楚.本文通过计算含氢α-Fe解理面间原子结合键的键能,分析了氢原子对α-Fe键结构特性及电子分布的影响,发现氢原子溶入后改变了Fe原子的状态,使晶体中不同解理面的强度出现了严重的各向异性,并且,显著降低了晶体中的晶格电子数.我们认为,这可能是使α-Fe易于解理断裂的原因.     

合金化对Fe-Al金属间化合物价电子结构的影响

材料的显微结构与其原子杂化状态的价电子结构密切相关,这是材料的成分、结构和性能之间的本质反映。本文依据文献[1]所提供的计算方法,就Mo,Ti,Mn,Cu,Si,Ce对Fe_3Al合金价电子结构的影响进行了计算分析和研究,以期探索合金元素对Fe_3Al材料键络强度的影响。     

微孔晶体的晶化

从宏观和微观角度简要总结了微孔晶体晶化过程及晶化机理的研究,包括微孔晶体的成核与晶体生长(宏观角度)、晶化机理的主要观点、结构导向效应、研究微孔晶体晶化的主要技术手段及最新的研究思路和策略(微观角度).借鉴于致密晶体晶化行为的研究,微孔晶体的晶化过程分为成核与晶体生长两个阶段.在成核阶段,提出了晶核可以从液相(液相成核)、固相(固相成核)或固液相(双相成核)中成核,后被统一为"通用"成核机制.在晶体生长阶段,研究主要集中于生长模式.受制于当前较低分辨率和灵敏度的表征手段以及合成体系的复杂度,人们对晶体的成核与生长机制的认识还存在着极大的争议.在微孔晶体的晶化过程及晶化机理研究中,一项重要的内容是通过特定的表征手段确认在晶化过程中生成的小结构单元,包括色谱、电喷雾质谱、原位和非原位核磁共振、紫外拉曼光谱等.结合实验数据和理论计算可以确定一些单靠实验数据不能确认的结构单元.在微孔晶体的晶化过程中,结构导向剂起到了极其关键的作用.本文简要总结了结构导向剂的种类和导向的典型结构.最后介绍了新近提出的"反向进化"法,该方法可用于研究在晶化的早期阶段生成的小结构单元及晶化起点的结构.     

北京石花洞疏松-致密型石笋微层形成机理

北京石花洞石笋物质旋回微层及其气候重建研究在古气候领域已有广泛报道.而本文所研究的石笋(XMG),自20世纪90年代初后突变发育了疏松-致密型微层,这种微层类型以前在石花洞从未发现.扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观测显示,这种疏松-致密层偶是由方解石组构(calcite fabric)差异引起,不透光疏松层是粒状镶嵌结构微晶方解石,而透光致密层是晶簇状纤维晶方解石.在对该石笋观测站点的现生碳酸盐SEM分析后,发现其可分为3种类型, I型是旱季1～3月沉积的晶粒较大且晶面较为平整的菱面体及其组合体; II型是旱-雨季过渡时期(4～5和10～12月)生长的大、小晶体混生型; III型是雨季生成的晶粒细小(粒径4μm)的微晶.菱面晶体所含杂质少,形成条件为滴水慢且稳定、方解石饱和指数偏高、洞穴CO2浓度低以及洞穴扰动最小,这类晶体构成了透光纤维晶方解石层;而微晶伴有较多杂质,当季新水补给、洞穴CO2浓度升高以及旅游活动增加等因素均利于其生成.由于疏松的微晶方解石亚层形成于洞穴开放之后,故推测洞穴开放后人为干扰所引起的洞穴环境改变,很可能是其突变发育的关键因素.     

大理岩微观断裂的分形(fractal)模型研究

岩石的最终宏观破裂是与其内部微结构及外载情况紧密相关的,岩石断裂面粗糙不平,这种粗糙不平程度就是其微结构和载荷以及其它复杂因素的一个综合反映,而从数学角度去考察这种粗糙不平程度,反映出来的仅只是一个不规则的几何特征。Mandelbrot提出一门新几何——fractal几何,并应用于各个领域来描述自然界充满着的不规则性现象。 本文应用fractal几何建立了穿晶及沿晶与穿晶相偶合的微观断裂的fractal模型,分析