纳米晶Al-Cu薄膜的相变及其理论模型

论文摘要

传统的富铝Al-Cu合金是典型的时效硬化合金,在适当条件下等温时效或退火时会获得过饱和固溶体→GPⅠ区（盘状）→GPⅡ区或θ″相（盘状）→θ′相（片状）→θ相的完整沉淀序列。纳米材料因为其独特的行为（如光、电、磁、声、力学和相变）与传统块体材料存在很大的差异而得到了广泛的研究和应用。迄今,关于亚微米级Al-Cu薄膜的研究发现了不同于传统块体材料特殊相变特性,但是对于经适当热处理后晶粒尺寸仍然保持纳米尺度的纳米晶Al-Cu薄膜的相变研究尚未展开。本文从实验和理论两个方面研究了纳米晶Al-Cu薄膜的相变,主要结果描述如下。获得纳米尺度晶粒的Al-Cu薄膜,特别是经过热处理后仍然可以保持纳米尺度的薄膜,是开展此一研究的前提与关键。经广泛探索,确定了合适的磁控溅射制备工艺。室温溅射的薄膜晶粒尺寸应尽可能小,且需控制好薄膜厚度,因为如果薄膜太薄,大量的沉淀相将在薄膜表面优先形核,而如果薄膜太厚,因为需要较长的的溅射时间,就不能获得小的纳米晶。制备过程中,溅射气压、溅射功率和溅射时间等是关键的工艺参数。最终选用的溅射参数为:溅射气压0.6Pa,溅射功率100W,溅射时间60分钟。制备了含铜量分别为1、2及4wt%,厚度约为5μm的纳米薄膜。制备过程使用的靶材为由纯度99.999%的纯铝及纯铜熔炼而成的合金靶材。所制备的薄膜平均晶粒尺寸约为20nm。经过热处理后的晶粒尺寸仍处于纳米尺度。为了认识纳米晶Al-Cu薄膜的相变行为,对溅射制备的纳米晶Al-Cu薄膜进行了500℃固溶处理后的连续冷却（在本文称为退火处理）和500℃固溶后液氮淬火再在150℃不同时间时效的两种方法处理并对它们的微观结构进行了表征。连续冷却过程是直接在差热扫描量热（DSC）测量仪中进行的,而时效处理是将封装在石英管中的样品在加热炉进行的。Al-4wt%Cu纳米薄膜冷却过程的DSC测量结果表明,所有经过500℃固溶30分钟及60分钟的样品在降温过程中（降温速率分别为10,20,30及40℃/min）只可见一个放热峰,意味着只发生一种

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的特性
• 1.3 纳米晶体材料固态相变研究现状
• 1.4 Al-Cu 合金固态相变
• 1.5 纳米材料的制备方法
• 1.6 本论文研究的意义和内容
• 参考文献
• 第二章 纳米 Al-Cu 薄膜的制备及实验方法
• 2.1 纳米 Al-Cu 薄膜的制备
• 2.2 纳米 Al-Cu 薄膜的热处理
• 2.3 显微组织分析
• 参考文献
• 第三章 纳米 Al-Cu 合金薄膜的沉淀相变特征
• 3.1 引言
• 3.2 纳米晶 Al-Cu 薄膜退火过程相变特征
• 3.3 纳米 Al-Cu 薄膜等温时效过程中的相变
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 纳米 Al-Cu 合金沉淀形核能垒
• 4.1 引言
• 4.2 纳米Al-4wt%Cu 合金晶内沉淀形核
• 4.3 纳米Al-4wt%Cu 合金晶界沉淀形核
• 4.4 讨论
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 晶粒尺寸与析出温度关系的柱状晶相变模型
• 5.1 引言
• 5.2 柱状晶相变理论模型
• 5.3 计算中所用参数的确定
• 5.4 结果和讨论
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第六章 总结
• 附录 当夹杂物质为椭球形时的核胚的弹性应变能计算－Eshelby 方法
• 本文创新点
• 攻读博士学位期间发表及待发表的论文
• 致谢