本文選題：Cu-Fe合金 + 納米顆粒��； 參考：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：本文分析了富Fe納米顆粒在銅合金中熔體中的析出行為,探討了Cu-Fe難混溶合金中富Fe納米顆粒均勻在銅合金中分布的可能性,進(jìn)行熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析。分析凝固條件、對(duì)流強(qiáng)弱、合金元素含量變化以及合金元素添加對(duì)液態(tài)合金中納米相析出形貌及微觀結(jié)構(gòu)的影響。討論富Fe納米顆粒在銅合金熔體中的形成機(jī)制。通過(guò)定向凝固技術(shù)制備Cu-Fe合金,富Fe納米顆粒均勻彌散分布在基體中,討論富Fe納米顆粒對(duì)單晶Cu-Fe合金力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),Cu-Fe及Cu-Fe-Co合金在直徑φ3mm和φ6mm石英管中凝固后的析出相均為富Fe析出相,富Fe析出相與Cu基體保持良好的共格與半共格關(guān)系。根據(jù)析出相形狀,富Fe析出相可以分為三類(lèi),第一類(lèi)為圓形富Fe析出相,顆粒尺寸為2-50nm；第二類(lèi)為類(lèi)圓形富Fe析出相,析出相邊界出現(xiàn)不同程度凹陷,顆粒尺寸為50-100nm；第三類(lèi)為花瓣?duì)罡籉e析出相,顆粒尺寸大于200nm。添加Co元素對(duì)Fe在Cu合金中的析出有很大的影響。一方面,Co元素的添加使富Fe析出相的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,富Fe納米顆粒在20nm左右時(shí),顆粒內(nèi)部出現(xiàn)孿晶。另一方面Co元素的添加使得Fe析出相的數(shù)量增多,這是由于在富Fe納米在熔體中生長(zhǎng)時(shí),由于溶質(zhì)再分配及對(duì)流的同時(shí)作用,富Fe納米顆�？赡馨l(fā)生花瓣晶熔斷,富Fe納米顆粒的尺寸得到有效控制并且數(shù)量也增多。在Cu-Fe合金中,富Fe納米顆粒尺寸為60nm時(shí),納米顆粒內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)孿晶結(jié)構(gòu)。在Cu-Fe-Co合金中,富Fe納米顆粒的尺寸約為12nm時(shí)就出現(xiàn)孿晶結(jié)構(gòu)。凝固過(guò)程中,富Fe納米顆粒分別以(110)Fe晶面和(112)Fe晶面發(fā)生孿生。以(110)Fe為孿生面的孿生機(jī)制為生長(zhǎng)孿生,以(112)Fe為孿生面的孿生機(jī)制為形變孿生。在小對(duì)流凝固Cu-2wt%Fe合金條件下,納米級(jí)的花瓣晶熔斷現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。較大的花瓣?duì)罡籉e納米顆粒被分為幾個(gè)尺寸較小的納米顆粒,這種現(xiàn)象是由熔體對(duì)流和溶質(zhì)再分配共同的作用下造成的。結(jié)合DSC實(shí)驗(yàn)和淬火Cu-Fe合金TEM分析可知,富Fe納米顆粒是在Cu合金熔體中形成,在Cu合金凝固之前。大量的富Fe納米顆粒在Cu熔體中做布朗運(yùn)動(dòng)使納米顆粒彌散分布在基體中成為可能。通過(guò)連續(xù)定向凝固技術(shù)制備單晶Cu-1 wt%Fe合金。定向凝固條件下,Cu-1wt%Fe合金基體中彌散分布大量與基體共格的富Fe納米顆粒。相比純銅,Cu-1 wt%Fe合金均表現(xiàn)出較好的綜合力學(xué)性能。Cu-1 wt%Fe合金相比純Cu抗拉強(qiáng)度由131.21MPa提高至194.46MPa,延伸率由43.76%提高至44.72%。納米顆粒共格界面能夠改善位錯(cuò)在基體中的分布。一部分位錯(cuò)能夠沿著共格界面發(fā)生滑移,一部分位錯(cuò)能夠進(jìn)入到納米顆粒內(nèi)部,位錯(cuò)塞積現(xiàn)象得到了改善,位錯(cuò)在基體中的分布情況得到了改善,因此能夠在提高材料強(qiáng)度的同時(shí),把對(duì)基體塑性的損害降到了最低。
[Abstract]:In this paper, the precipitation behavior of Fe rich nanoparticles in the melt of copper alloy is analyzed, and the possibility of uniform distribution of Fe rich nanoparticles in copper alloy is discussed. The thermodynamic and kinetic analysis is carried out. The effects of solidification conditions, convection intensity, the content of alloy elements and the addition of alloy elements on the morphology and microstructure of nanophase precipitates in liquid alloys were analyzed. The formation mechanism of Fe rich nanoparticles in copper alloy melt is discussed. Cu-Fe alloy was prepared by directional solidification, and the Fe-rich nanoparticles were uniformly dispersed in the matrix. The effect of Fe-rich nanoparticles on the mechanical properties of single crystal Cu-Fe alloy was discussed. It is found that the precipitated phases of Cu-Fe and Cu-Fe-Co alloys in diameter 蠁 3mm and 蠁 6mm quartz tubes are Fe-rich precipitates, and the Fe-rich precipitates have a good coherent and semi-coherent relationship with Cu matrix. According to the shape of the precipitated phases, the Fe-rich precipitates can be divided into three types: the first is circular Fe-rich precipitates with particle size of 2-50nm, the second is circular Fe-rich precipitates with different depressions at the boundary between 50 and 100 nm. The third is petal-rich Fe precipitated phase with particle size larger than 200 nm. The addition of Co has a great effect on the precipitation of Fe in Cu alloy. On the one hand, the microstructures of Fe-rich precipitates are changed with the addition of Co elements, and the twins appear in the Fe rich nanoparticles at 20nm or so. On the other hand, with the addition of Co, the amount of Fe precipitates increases, which is due to the fact that, when Fe rich nanometers grow in the melt, due to the simultaneous action of solute redistribution and convection, the Fe rich nanoparticles may be fused by petal crystal. The size of Fe rich nanoparticles was effectively controlled and the number increased. In Cu-Fe alloy, when the size of Fe rich nanoparticles is 60nm, the twin structure begins to appear in the nanoparticles. In Cu-Fe-Co alloy, when the size of Fe-rich nanoparticles is about 12nm, the twin structure appears. During the solidification process, Fe rich nanoparticles were twinned in the crystal planes of Fe (110) and (112) (Fe), respectively. The twinning mechanism of 110Fe as the twinning plane is taken as the growth twin, and the twinning mechanism of 112Fe as the twinning plane is regarded as the deformation twinning. In the condition of small convection solidification of Cu-2wt alloy, the melting phenomenon of nano-petal crystal was found. The larger petal-shaped Fe rich nanoparticles are divided into several smaller nanoparticles, which is caused by the combination of melt convection and solute redistribution. According to DSC test and TEM analysis of quenched Cu-Fe alloy, Fe-rich nanoparticles were formed in Cu alloy melt before Cu alloy solidification. The Brownian motion of a large number of Fe rich nanoparticles in Cu melts makes it possible for the nanoparticles to be dispersed in the matrix. Single crystal Cu-1 wt alloy was prepared by continuous directional solidification. There are a large number of Fe rich nanoparticles in the matrix of Cu-1wt alloy under directional solidification. Compared with pure copper alloy, Cu-1 wt alloy showed better comprehensive mechanical properties. Compared with pure Cu alloy, the tensile strength of pure Cu alloy increased from 131.21 MPA to 194.46 MPA, and the elongation increased from 43.76% to 44.72 MPA. Nanocrystalline coherent interface can improve the dislocation distribution in the matrix. Part of the dislocation can slip along the coherent interface, part of the dislocation can enter into the nanoparticles, the phenomenon of dislocation plug accumulation has been improved, and the distribution of dislocation in the matrix has been improved. Therefore, the damage to the matrix plasticity can be minimized while the strength of the material is improved.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG292;TB383.1

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本文編號(hào)：2010204