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金属纳米晶化及机理研究
中文名称: 金属纳米晶化及机理研究
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论文编号: 3044872收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Investigation of Metal Nanocrystallization and Its Mechanism
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 材料加工工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 纳米 纳米晶 纳米材料 表面机械研磨 Al-Zn-Mg合金 界面 晶粒细化机制 爆炸接合
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论文简介:纳米晶体材料以其结构独特、性能优异而倍受关注。但是由于制备技术和团聚问题等未能解决,目前尚难以获得高纯、致密、界面清洁的理想三维块体纳米晶体材料。随着纳米材料研究的不断深入与纳米技术的发展,将表面改性与纳米材料相结合来制备纳米晶块体材料得到了人们的重视。其特点是通过提高材料表面性能来提高构件服役性能。目前,通过表面机械研磨技术,在金属材料表面已成功制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现了表面纳米化。然而对于金属材料表层纳米结构的微观组织演变、性能与结构关系尚缺乏系统的研究,尤其是对严重塑性变形导致的纳米晶粒形成机制,仍缺乏系统的认识和深入的理解。因此,深入系统地研究严重塑性变形导致的纳米晶粒形成机制和技术对纳米材料合成和应用具有十分重要的意义。 本论文采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨电子显微镜(HRTEM)、金相显微镜等测试设备系统研究了表面机械研磨处理后Al-Zn-Mg合金表面层不同深度的微观结构特征及纳米结构表层的热稳定性;测试了表面层的硬度分布,比较了表面机械研磨Al-Zn-Mg样品处理前后压缩及弯曲条件下的相关性能。根据表面层应变引入的微观结构特征,提出了Al-Zn-Mg合金表面机械研磨导致晶粒细化的机制。 采用扫描电子显微镜(SEM)、TEM、HRTEM等超微观测试技术对爆炸接合00Cr18Ni5Mo3Si2/16Mn钢板接合界面的微观组织结构进行了深入的研究,根据界面形成结构特点,提出了00Cr18Ni5Mo3Si2/16Mn钢板接合界面处晶粒细化机制。主要研究结果如下: 1.Al-Zn-Mg合金经表面机械研磨表层形成了等轴、随机取向的纳米晶粒,最小晶粒平均尺寸约为20nm。表面层微观结构随距表面深度增加呈梯度变化,依次可分为:纳米晶层(0~20μm)、亚微米晶层(20~50μm)、过渡层(50~100μm)及基体。随距表面深度增加,微观应变减小,晶粒/亚晶/位错胞结构尺寸增大。 2.塑性变形区有两种主要位错组态:位错墙和位错缠结。位错墙是通过应变引起的位错滑移、积聚而形成。位错缠结是高密度位错混乱交织在一起的位错排列。随应变的增加,这两种位错组态逐渐演变成位错胞和亚晶。 3.Al-Zn-Mg合金表面机械研磨晶粒细化主要包括以下三个物理过程: ⒈位错墙和位错缠绕结构在原始晶粒或细化的晶粒、亚晶粒内形成; ⒉随位错墙或位错缠绕结构演变成小角度取向差的亚晶界,亚晶粒形成; ⒊亚晶界随应变量增加,逐步演变成大角晶界,形成纳米晶。 在表面机械研磨处理时,晶粒细化遵循逐渐细分原则,随变形应变量增加,晶粒细分过程可以不断进行:即在细化的晶粒、亚晶粒内,通过产生新的位错,形成新的位错墙和亚晶界,可以实现进一步的晶粒细化,使获得的细化晶粒尺寸不断减小。 4.高应变量、高应变速率的塑性变形对Al-Zn-Mg合金样品表层纳米晶粒的形成起到了重要作用。在高应变速率变形条件下,晶粒尺寸可以细化到纳米量级。 5.表面机械研磨处理Al-Zn-Mg合金表面层晶粒细化导致硬度明显增大,随深度增加(即晶粒尺寸增大),硬度值减小;表面层纳米晶粒的形成,可提高材料整体的屈服强度,其原因是表面纳米晶层阻碍了位错的滑移。 6.00Cr18Ni5Mo3Si2/16Mn爆炸接合界面形貌近似正弦波形。接合界面附近形成微细晶区,这是由于在极大的冲击力作用下,接合界面附近快速强烈塑性变形所致。界面处出现的白亮带可能是严重塑性变形和绝热熔化条件下急冷形成的纳米晶和非晶态组织。 7.爆炸接合技术可望用来制备纳米晶和非晶态金属薄膜材料。
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