發(fā)布時間：2024-12-29 21:53

　　將金屬和合金的晶粒細化至納米尺寸,其強度和硬度將會顯著提高。但是高密度晶界的引入為晶界遷移提供了巨大的驅(qū)動力,使得納米金屬材料的晶界在較低溫度或機械載荷作用下即發(fā)生遷移,導(dǎo)致納米晶粒長大。納米晶的穩(wěn)定性差不僅會導(dǎo)致材料性能惡化,也給制備納米金屬帶來困難。這一現(xiàn)象在鋁及鋁合金中更為顯著,純鋁中的納米晶粒即使是在室溫條件下也具有明顯的粗化傾向。本研究旨在通過變形工藝研究,在鋁及其合金中引入納米尺度低能界面。同時研究合金元素在納米晶中的分布規(guī)律及其對低能界面的形成和納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。本工作利用透射電鏡和旋進電子衍射技術(shù)系統(tǒng)地研究了室溫冷軋、液氮動態(tài)塑性變形以及低溫表面機械碾磨處理(SMGT)三種變形工藝處理的純鋁的微觀結(jié)構(gòu)特征,系統(tǒng)評估了大應(yīng)變量下變形參數(shù)對晶粒細化的影響。系統(tǒng)地研究了塑性變形過程中形變誘導(dǎo)的溶質(zhì)原子(Cu和Mg)偏聚的機制,以及溶質(zhì)偏聚對低能界面的形成和性能的影響。主要研究結(jié)果如下:冷軋、動態(tài)塑性變形在大應(yīng)變下獲得的微觀結(jié)構(gòu)以層狀結(jié)構(gòu)為主,最小的結(jié)構(gòu)尺寸分別為250nm和180 nm。冷軋樣品的晶界主要由大角晶界組成,其比例高達75%。動態(tài)塑性變形樣品以小角晶界為主,其比...

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 納米結(jié)構(gòu)材料概述
        1.1.1 定義及分類
        1.1.2 納米結(jié)構(gòu)材料的典型制備方法
    1.2 塑性變形誘導(dǎo)晶粒細化
        1.2.1 變形機制與晶粒細化的關(guān)系
        1.2.2 變形參數(shù)對晶粒細化的影響
        1.2.3 合金元素對晶粒細化的影響
    1.3 納米結(jié)構(gòu)材料的熱穩(wěn)定性
        1.3.1 熱穩(wěn)定性
        1.3.2 改善納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法
    1.4 鋁合金的主要強化手段
        1.4.1 合金化與時效析出強化
        1.4.2 晶粒細化強化
        1.4.3 變形結(jié)構(gòu)/納米級析出相耦合強化
    1.5 鋁及鋁合金的腐蝕
        1.5.1 合金元素對腐蝕性能的影響
        1.5.2 第二相對腐蝕性能的影響
        1.5.3 晶界結(jié)構(gòu)對腐蝕性能的影響
    1.6 本論文研究背景與內(nèi)容
第二章 樣品制備及實驗方法
    2.1 樣品制備方法
        2.1.1 動態(tài)塑性變形(DPD)
        2.1.2 冷軋變形(CR)
        2.1.3 表面機械碾壓處理(SMGT)
    2.2 實驗材料及處理工藝
        2.2.1 純鋁
        2.2.2 Al-4Cu合金
        2.2.3 Al-5Mg合金
    2.3 微觀結(jié)構(gòu)表征
        2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.2 電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.4 旋進電子衍射技術(shù)(PED)
    2.4 力學(xué)性能測試
        2.4.1 顯微硬度測試
        2.4.2 單向拉伸測試
    2.5 退火實驗
    2.6 電化學(xué)測試
第三章 塑性變形制備納米晶純鋁的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性能
    3.1 引言
    3.2 實驗結(jié)果
        3.2.1 純鋁結(jié)構(gòu)尺寸和硬度隨等效應(yīng)變的變化
        3.2.2 透射電鏡表征
        3.2.3 取向圖和位錯密度分布
    3.3 分析與討論
        3.3.1 大應(yīng)變量下變形誘導(dǎo)微觀結(jié)構(gòu)特征:大角晶界或小角晶界主導(dǎo)?
        3.3.2 利用低能界面突破晶粒細化極限的內(nèi)在機制
    3.4 本章小結(jié)
第四章 納米晶Al-Cu合金的界面偏聚行為及其對結(jié)構(gòu)細化和力學(xué)性能的影響
    4.1 引言
    4.2 實驗結(jié)果
        4.2.1 SEM表征
        4.2.2 TEM及PED定量表征
        4.2.3 溶質(zhì)原子在位錯與晶界處的偏聚
        4.2.4 梯度納米結(jié)構(gòu)Al-Cu的力學(xué)性能
    4.3 分析與討論
        4.3.1 納米層片結(jié)構(gòu)的形成
        4.3.2 變形誘導(dǎo)溶質(zhì)在位錯與晶界處的偏聚
        4.3.3 納米層片結(jié)構(gòu)的硬化
    4.4 本章小節(jié)
第五章 納米晶Al-Mg合金的偏聚行為及其對熱穩(wěn)定性和腐蝕性能的影響
    5.1 引言
    5.2 實驗結(jié)果
        5.2.1 梯度納米結(jié)構(gòu)Al-Mg合金微觀結(jié)構(gòu)
        5.2.2 梯度納米結(jié)構(gòu)Al-Mg合金熱穩(wěn)定性
        5.2.3 納米結(jié)構(gòu)Al-Mg合金晶界結(jié)構(gòu)及元素分布
        5.2.4 納米結(jié)構(gòu)Al-Mg合金熱穩(wěn)定性機制
        5.2.5 納米結(jié)構(gòu)Al-Mg合金晶界貧化機制
    5.3 納米結(jié)構(gòu)Al-Mg合金的腐蝕性能
        5.3.1 時效處理后材料的微觀結(jié)構(gòu)
        5.3.2 開路浸泡后的表面形貌觀察
        5.3.3 電化學(xué)測量及電化學(xué)阻抗譜
        5.3.4 分析討論
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他成果
作者簡介



本文編號：4021340