天津大学在金属质料织构设计与调控范畴取得进展|hth华体会官网

 定制案例     |      2022-07-15 04:54
本文摘要:天津大学在金属质料织构设计与调控范畴取得进展 今朝被遍及应用的金属质料大都具有多晶布局,其晶粒取向及漫衍(“织构”)对质料的宏观机能具有十分重要的影响。工钱设计与调控多晶质料的织构,摸索与展现质料织构与机能的内涵关联,进而开辟高机能的布局与功效质料是今朝金属质料研究的热点和难点。薄膜与涂层质料的织构凡是受其外貌能的强烈节制:对于面心立方金属来说,一般形成{111}织构,因为其(111)面为密排面,外貌能最低。

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天津大学在金属质料织构设计与调控范畴取得进展 今朝被遍及应用的金属质料大都具有多晶布局,其晶粒取向及漫衍(“织构”)对质料的宏观机能具有十分重要的影响。工钱设计与调控多晶质料的织构,摸索与展现质料织构与机能的内涵关联,进而开辟高机能的布局与功效质料是今朝金属质料研究的热点和难点。薄膜与涂层质料的织构凡是受其外貌能的强烈节制:对于面心立方金属来说,一般形成{111}织构,因为其(111)面为密排面,外貌能最低。另外,由于(100)面具有较低的双轴模量,因此,{100}织构的形成可以降低薄膜中的弹性应变能。

外貌能最小化与应变能最小化之间竞争的成果可能会导致金属簿膜从{111}织构到{100}织构的演化。比拟之下,{110}织构同时具有高外貌能与高弹性应变能,普遍被认为难以在面心立方金属薄膜中呈现。天津大学质料学院金属布局质料研究团队与瑞士联邦质料科学与技能尝试室互助,在针对镍及镍-钼合金的研究中,诧异地发明热处置惩罚导致了险些完美的{110}织构的形成。

研究团队通过构建定量热力学模型,系统地展现了反常{110}织构形成的原因:在较大热错配应力驱动下,镍晶体屈服各向异性导致其[110]取向的晶粒相对其它取向优先产生塑性形变,从而降低体系总能量并产生{110}织构择优生长。该事情为通过质料设计和织构调控得到新型布局与功效质料提供了思路,相关研究结果近期以“Anomalous texture development induced by grain yielding anisotropy in Ni and Ni-Mo alloys”为题颁发于Acta Materialia 200 (2020) 857-868。在硅基底上沉积的镍和镍钼合金薄膜的退火历程中,研究人员发明具有高外貌能与高应变能的{110}织构跟着退火温度升高逐渐生长,异常地演化为择优织构(图1、图2)。

而一般被认为能量最低的(111)面的衍射峰的强度却逐渐减小,并在温度高于700℃时险些消失。跟着钼含量的增加,晶粒生长速度以及织构演化速度减小(图1d)。展开全文 图1.(a)Ni,(b)Ni97.6Mo2.4,(c)Ni93.7Mo6.3在差别温度下退火XRD衍射图,(d)(220)和(111)衍射峰强度比随温度的变化。图2. 700℃下退火后镍薄膜的(a)EBSD取向图和(b)极图和(c)反极图。

定量织构热力学模型计较表白,这种{110}织构的异常演化,底子上源于镍晶粒的屈服各向异性。薄膜(镍)与基底(硅)之间热膨胀系数差异大,在较高的温度下会发生较大的热错配(图3a)。

在较低的温度下,由于热应变能小,所以外貌能最低的[111]取向晶粒优先生长。跟着退火温度升高,热应变能占主导,应变能最低的[100]取向晶粒理应择优生长。然而,由于晶粒屈服的各向异性,屈服强度最低的[110]取向的晶粒最先产生塑性形变(图3b和3c),极大降低了体系的弹性应变能(图3e)。因此,在高温下,[110]取向晶粒的外貌能与应变能总和最低,逐渐演化为择优织构(图3f)。

图3.镍薄膜中(a)理论总应力(初始残余应力与热应力之和)、(b)差别取向晶粒的屈服强度、(c)真实应力、(d)弹性应变、(e)弹性应变能以及(f)外貌能与弹性应变能总和随温度的变化。图4. 基于晶粒屈服各向异性模型计较构建的镍薄膜织构图。在晶粒屈服各向异性模型计较的基础上,研究组构建了基于镍薄膜{111}、{100}和{110}织构的“织构图”(图4),可以预测差别膜厚下各类织构间的转变温度。

该模型已被乐成应用于铜、铝等差别纯金属体系,而且可以遍及扩展到其他半导体与合金体系。该研究事情获得了国度重点研发打算和国度自然科学基金的资助与支持。

来历:天津大学 论文链接 http://sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420307576返回,检察更多。


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