静电场对GH4169合金元素扩散偏聚影响的研究

论文摘要

高温合金是具有良好高温强度和优异综合性能的重要金属材料,在国家科技及国防领域占据重要地位。但随着航空、航天工业对材料性能要求的不断提高,需要寻求新的改进合金性能的方法以满足国家工业的发展需要。电场作为一种能量场,以其具有能量密度高、可精确控制等诸多优点而受到人们的关注。静电场时效处理是将电场和温度场协调起来作用于金属材料,从而产生单纯温度场无法达到的耦合作用。本文以GH4169合金为对象,研究了静电场对合金溶质原子分布、空位类型和浓度及强化相数量和尺寸的影响规律,以揭示静电场对合金溶质元素扩散偏聚的影响机理。根据静电场作用下,溶质元素分布、显微硬度分布和空位浓度分布变化的结果,发现静电场导致合金微观组织变化的两条规律。首先,合金中元素的偏聚程度随静电场强度的增加而改变,并且偏聚程度在达到最大值或者最小值后发生逆转；其次,在静电场作用下合金的显微硬度和元素的偏聚程度与合金处于电场中的位置有关,合金表层位置与合金中心位置上元素分布随电场强度的变化规律是不同的。GH4169合金中溶质原子在静电场的作用下存在两种扩散机制：Cr原子捕获空位形成复合体以降低点阵畸变,空位-Cr原子复合体跟随空位流一同向样品的上下表面迁移；Fe原子在较低静电场强度下受原子半径影响,以空位-Fe原子复合体形式向样品上下表面迁移,在较高静电场强度下Fe原子主要受扩散激活能较低的因素影响,优先与空位交换位置,导致Fe原子的扩散迁移方向与空位流迁移方向相反。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 高温合金概述
• 1.1.1 高温合金的发展概况
• 1.1.2 高温合金与航空工业
• 1.1.3 高温合金的分类
• 1.2 镍基高温合金的研究现状
• 1.2.1 镍基高温合金的结构与显微组织
• 1.2.2 镍基高温合金相形成的基本控制因素
• 1.2.3 镍基高温合金中晶粒和晶界的作用
• 1.3 材料的电场处理技术
• 1.3.1 材料与电场的关系
• 1.3.2 电场在合金凝固过程的应用
• 1.3.3 静电场对固态相变的影响
• 1.3.4 电场处理对扩散的影响
• 1.3.5 高温合金的电场处理
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 静电场处理制度
• 2.3 表面宏观形貌及显微组织观察
• 2.4 合金成分分析
• 2.5 合金正电子湮没寿命测试
• 2.6 合金微结构表征与分析
• 2.7 合金显微硬度的评价
• 第3章 静电场处理对GH4169合金Fe、Cr元素扩散的影响
• 3.1 静电场处理对GH4169合金显微组织的影响
• 3.2 静电场处理对合金正电子寿命和空位形成能的影响
• 3.2.1 静电场强度对合金正电子湮没寿命的影响
• 3.2.2 空位形成能的计算
• 3.3 静电场处理对GH4169合金Fe、Cr元素扩散的影响
• 3.3.1 静电场处理后GH4169合金Fe、Cr元素的分布规律
• 3.3.2 GH4169合金Fe、Cr元素非平衡扩散机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 静电场处理对GH4169合金Al、Ti、Nb元素分布的影响
• 4.1 静电场处理后GH4169合金Al、Ti、Nb元素的分布
• 4.1.1 GH4169合金中Al、Ti、Nb元素的作用
• 4.1.2 静电场处理后GH4169合金Al、Ti、Nb元素的分布规律
• 4.1.3 静电场处理后GH4169合金γ"和γ'相数量和尺寸的变化
• 4.2 静电场影响Al、Ti、Nb元素偏聚的作用机理探讨
• 4.2.1 静电场处理后GH4169合金空位类型和浓度的变化
• 4.2.2 静电场处理对GH4169合金Al、Ti、Nb元素偏聚的作用机理
• 4.3 本章小结
• 第5章 静电场处理对GH4169合金显微硬度的影响
• 5.1 静电场处理对GH4169合金显微硬度的作用规律
• 5.1.1 静电场处理后GH4169合金硬度值的分布规律
• 5.1.2 静电场处理影响GH4169合金显微硬度的原因探讨
• 5.2 静电场对材料电子密度的影响
• 5.2.1 静电场作用下合金内部电子密度分布
• 5.2.2 静电场作用下合金内部空位形成能的分布
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢