具有纳米相复合结构的互不溶体系合金在温度场与电、磁场联合作用下的稳定性研究

Nanophase composite in immiscible system is a kind of high performance materials system possessed engineering value. In this project, nanophase composite was synthesized by mechanical alloying in immiscible systems, then obtain samples possess with different nanophase size and internal strain by subsequent treatment Nanophase growth behavior in nanophase composite alloy possess with different nanophase size and internal strain, etc, under temperature field was investigated by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and so on. Nanophase growth behavior was also studied under combined temperature and electric field, temperature and magnetic field. Its aim for revealed the effect of different initial state on the nanophase growth behavior in nanophase composite alloy, and understood the effect of electric field and magnetic field. This research is conductive to development stability theory of nanophase composite alloy and instructed the application of nanophase composite in immiscible system.

具有纳米相复合结构的互不溶体系合金是一类具有重要工程价值的高性能材料体系。本项研究拟用机械合金化方法，在互不溶体系中制备出纳米相复合结构的粉体，通过后续处理获得具有不同纳米相尺寸、内应变的试样。利用X射线衍射、透射电子显微镜等手段深入研究在温度场单独作用下，具有不同纳米相尺寸、内应变的纳米相复合结构中相的长大行为，并在温度场和电场以及温度场和磁场联合作用下，纳米相复合结构中相的长大行为。揭示不同初始状态对纳米相复合结构中相长大行为的影响，认识电场和磁场对纳米相复合结构中相长大行为的影响。本项研究将进一步发展纳米相复合结构的稳定性理论，对于具有纳米相复合结构的互不溶体系合金的应用具有指导作用。

针对具有重要应用背景的二元互不溶体系合金，深入研究了其在机械合金化的非平衡过程中结构演变和亚稳态结构的形成机制，并用Alonso热力学模型计算二元互不溶体系合金中非平衡态结构的形成条件。在此基础上在多种有重要应用价值的互不溶体系中（包括Al-Pb、Ag-Cu、Fe-Cu），实现了直接用机械合金化或机械合金化辅以后续退火获得预先设计的纳米相复合结构合金。本项目就Al-Pb纳米相复合结构合金中具有不同体积分数的第二相Pb的长大行为和合金元素Cu的影响进行了研究，并探讨了在温度场、温度场和磁场联合作用下，Ag-Cu和Fe-Cu纳米相复合结构合金中顺磁性的第二相Cu、顺磁性基体相Ag和铁磁性基体相Fe的长大行为。. 在不同成分的Al-Pb纳米相复合结构合金中，Pb相的粗化仍遵循传统两相体系中第二相的粗化规律，即颗粒半径的三次方与退火时间之间呈线性关系。Pb相的粗化速率随其体积分数的增加而增加，增加幅度大于现代Ostwald熟化理论在此成分范围内的预测。Pb相的粗化激活能不随合金成分而变化，其值接近于基体相Al的晶界自扩散激活能。在纳米相复合结构合金中，溶质原子的迁移以沿溶剂基体的晶界扩散为主，纳米相基体高的晶界分数可促进扩散的进行。添加合金元素Cu后，抑制了Pb相的粗化，增加了其粗化激活能，这与Cu在Al/Pb界面偏聚，降低了界面能有关。. 在温度场单独作用时，Ag-Cu和Fe-Cu纳米相复合结构合金中第二相Cu的长大也遵循三次方的长大规律，基体相的长大可用单相纳米晶材料的长大方程来描述，是晶界扩散控制的长大。在温度场和磁场联合作用下，纳米相复合结构合金中第二相和基体相的长大规律均未发生改变，但其长大速率增加。这说明施加磁场促进了第二相和基体相的长大，这与外加磁场引入的磁驱动力有关。. 上述研究结果为高性能二元互不溶体系的纳米相复合结构合金的制备、纳米相复合结构合金在外场作用下的服役稳定性提供了指导，具有重要的应用前景。