中子衍射

摘要： 管道焊接残余应力是影响管道安全和使用寿命的关键因素。中子衍射是唯一无损检测厚钢焊缝结构完整性的方法。本文主要采用中子衍射谱仪,辅以显微镜和硬度分析仪研究40 mm厚STE460钢管钨极惰性气体保护焊得的焊缝的残余应力分布、微观形貌、维氏硬度等。研究结果表明,焊缝的残余应力最高达670 MPa,非常接近STE460钢抗拉强度极限,而热影响区内的残余应力很小。全峰半高宽分析表明,焊缝区域塑性形变程度较低。整个焊缝不同区域的晶体显微照片表明其皆是均匀细晶。沿着焊缝方向和垂直焊缝方向的维氏硬度几乎一致,均在(200~250)HV0.2范围内。分析测试结果不仅满足工业应用里的电站基础结构建设和其他非破坏性残余应力评估装置校准的需求,并能增加对STE460钢厚截面焊缝的认知。

摘要： 为研究六方钙钛矿氧化物中磁结构和稀土离子对磁性能的影响,以六方相ErMnO_(3)为母体,通过非磁性Y^(3+)离子对磁性稀土Er^(3+)离子的替代,利用X射线衍射、中子粉末衍射和磁性测量等表征手段,对六方化合物Er_(1-x)Y_(x)MnO_(3)的晶体结构和磁性进行系统研究。研究结果表明,Y^(3+)离子的掺杂并未引起晶体结构和磁结构的明显改变,同时发现六方晶体结构随温度的增加呈各向异性热膨胀,在ab面内膨胀而沿着c轴收缩。中子衍射实验结果表明,Er_(0.4)Y_(0.6)MnO_(3)样品的有序温度约为79 K,低温下系统的基态为反铁磁性,结构为Γ_(2)(P63c′m′)或Γ_(4)(P63′c′m)组态,与Er_(0.8)Y_(0.2)MnO_(3)相同。磁化测试结果表明,非磁性Y^(3+)离子掺杂量的增加削弱了磁化强度,2 K时磁性稀土离子Er^(3+)的自旋有序在外磁场下表现出铁磁信号。该研究阐明了Er_(1-x)Y_(x)MnO_(3)的磁性本质和稀土磁性调控特性,为其潜在应用提供了有力指导。

摘要： 以先进钢铁、高温合金、钛合金、铝合金为代表的工程材料研究,亟待发展先进的原位微结构与应力表征技术,以揭示材料与工程部件在制备与服役过程中晶体结构与多尺度微观组织/应力场的演化规律,阐明温度、应力、电、磁等复杂多外场作用下包括形变损伤、相变微观机制在内的工程材料微观力学行为.在评述了中子与同步辐射先进原位表征技术的方法原理、装置发展与各自优势特点的基础之上,总结了其在金属材料形变与相变基础与应用研究中的新进展及展望.

摘要： 岩石内应力的储存和释放对深地资源和能源开发具有重要约束。矿物晶格间距的动态变化是揭示岩石内应力演化的重要指示。X射线衍射法是当前获取矿物晶体结构的主要手段,可以准确测定矿物的特征衍射峰。但是,对于具有复杂结构和矿物组成的岩石,X射线在穿透过程中携带的统计信息,难以反映矿物晶格间距的细节特征。中子射线的能量高、穿透深度大,且与原子核反应,因而能更准确地刻画矿物元素位置和结构细节,但中子的波长较长、校准困难,结果具有不确定性,导致中子射线在岩石内应力研究中未能发挥应有作用。在分析X射线、中子技术优势和固有局限的基础上,提出了岩石内应力的X射线-中子衍射测量方法,重点剖析了该方法的基本原理,提出了该方法的关键技术与研究前景。得出了如下结论:利用X射线在确定岩石矿物晶格参数的优势,结合加热处理等技术,可实现岩石矿物无应力条件下晶格间距的标定;采用中子衍射技术可精确测量岩石矿物的衍射偏移峰,实现岩石内应力深度轮廓的精准刻画;结合X射线与中子的优势,可实现岩石内应力绝对值的精确测量。提出的技术手段有利于揭示岩石内应力的微观储存和释放过程,以及长期存留的物质条件和物理力学机制,并有望为岩石矿物组成和微观结构研究提供一种新的技术方案。

摘要： 巴黎-爱丁堡压机(Paris-Edinbrugh press)因具有大体积样品、便携、结构简单等优点,被广泛应用于中子源进行高压原位中子衍射实验.但因单轴加压而导致封垫和组装不断沿径向向外流动的特点,给高压下组装的加热效率、保温效果、上下压砧的绝缘及热电偶连接等方面带来困难,从而使得巴黎-爱丁堡压机在高压下的温度加载非常具有挑战性.本文通过对高温高压组装的结构进行优化设计,提高了组装的加热效率和保温效果.通过对热电偶引线方式的优化,实现了高压下温度的直接测量.设计的HPT-3组装和HPT-3.5组装在高压下的温度加载最高可分别达到2000 K和1500 K,并且二者较大的样品尺寸满足中子衍射实验的需求.原位高温高压中子衍射实验结果说明,HPT-3组装在压力8.5 GPa、温度1508 K的条件下可以获得高质量的样品的中子衍射谱,同时该结果也进一步验证了所设计组装的良好稳定性.

摘要： 针对某航空发动机斜支板涡轮后机匣试车后出现的裂纹故障,利用中子衍射技术对后机匣进行了内部残余应力测试分析。建立了后机匣K4169合金中子应力快速测量方法,实现了应力测量精度≤20 MPa,最短单点测量时间≤5 min,1维空间分辨率≤1 mm。建立了K4169合金部件表层应力梯度的中子测量与解析方法,并限定入射束尺寸。利用近表面处衍射强度与质心的关系对衍射信息进行矫正,实现了具有0.1 mm 1维空间分辨率的应力表征能力。开展了后机匣周向和轴向的残余应力分布研究,结果表明:涡轮后机匣基体存在粗大晶粒组织,后机匣外壳存在平均300 MPa的周向压应力,后机匣斜支板存在400~500 MPa的拉应力。裂纹故障与粗晶/细晶组织之间残余应力分布差异有一定关系。

摘要： 中子衍射应力测量原理基于布拉格方程,通过取样测量体积内样品晶格的晶面间距进行精确表征,获取材料微观晶格的形变信息,可以实现晶体材料深层内部弹性应变的直接无损测量.测量值通常与样品测量位置和外加温度或力学载荷相关,用于评估实际部件整体结构和变形参数.本研究介绍中子衍射的基本原理,辊压法调控搅拌摩擦焊的残余应力和变形、管道焊接残余应力、大尺寸工程部件、近表面材料的残余应力测量分析、低温下飞机组件材料、原位热处理焊接材料,以及热老化和蠕变过程中内应力定量分析等典型应用案例.

摘要： 随着我国中子大科学装置技术的发展和进步,中子衍射技术已广泛应用于航空、航天、核电、汽车等各领域.本文介绍中子衍射残余应力测量原理及相关基础知识,与其他深部应力测试结果进行对比,中子衍射具有高穿透力,是无损获得材料及工程部件内部三维应力的最有效方法,尤其适用于局域位置的应力测量,在工程部件残余应力测试与分析,揭示制造加工工艺或使用过程中残余应力的演变及相关的形变、相变机理方面独具优势,相应原位实验与测试技术的发展为材料研制及性能评价提供重要的技术手段,中子衍射技术将在材料与工程领域发挥不可替代的作用.

摘要： 甲烷水合物(可燃冰)作为一种储量巨大、分布广泛的清洁能源而备受关注。围绕甲烷水合物的开采、以固态水合物形式储运天然气和氢气等问题开展基础科学研究,具有重要的科学意义和应用价值。成核过程是甲烷水合物形成的关键第一步,由甲烷、水分子形成团簇并逐渐演化形成水合物的微观过程。然而,由于缺乏在高压环境下研究成核微观过程的有效实验方法,针对成核过程的实验研究进展缓慢。本文首先对气体水合物的结构及其性质进行了回顾;然后,以水合物演化的分子动力学模拟为基础,梳理现有关于水合物演化路径的初步认知;最后,以超快非线性光谱学方法为主,讨论了水合物实验研究的进展和展望。

摘要： 20 MW中国绵阳研究堆(CMRR)上的中子科学平台,首期建设6台散射谱仪和2台中子成像装置,从2013年以来全部投入使用. CMRR的中子科学平台,可分别从事热、冷中子散衍射实验测试.实测用于中子散射实验的热中子注量率为2.4×10^(14)n cm^(-2)s^(-1),冷中子注量率为109n cm^(-2)s^(-1).首期运行的谱仪分别为:高分辨中子衍射仪(HRND)、中子应力分析谱仪(RSND)、高压中子衍射仪(HPND)、小角中子散射谱仪(SANS)、飞行时间极化中子反射谱仪(TPNR)、冷中子三轴谱仪(CTAS)和冷/热中子成像装置(CNR).此外,二期有8台自主建设的谱仪,将在未来2–5年内建成并投入使用.目前CMRR每年运行超200天,其中提供给用户的束流超60%.本文重点介绍了CMRR中子科学平台及其在软物质、磁性膜材料、航空、基础物理等领域的典型应用.

摘要： 中子衍射为工程材料组织结构、微观缺陷、残余应力等材料特性的精确测量、分析与表征提供了独天得厚的科研保障,是工程材料制备工艺的优化、工程构件的安全维护、以及关键工程设备的长寿命设计、安全评价以及延寿论证工作的理想工具.概述了中子衍射测量的基本原理,回顾了中子衍射技术在核电结构焊接应力工程与延寿技术,焊接热处理工艺辅助优化等方面的应用,最后根据中子衍射工程谱仪的特点,展望了此技术在材料研究领域的未来前景.

摘要： LiFePO4具有热稳定性好、原料成本低、环境友好等优点,是重要的锂离子电池电极材料.本文利用水热法合成LiFePO4,中子衍射和XRD测量结果表明,有5％左右的Fe占Li位.水热法合成的LiFePO4-般需要热处理后,性能才有所改善.分别在450°C和700°C对样品进行退火,发现Fe占Li位的现象并无明显变化,可见水热样品性能较差并不能简单归因成Fe占Li位阻止了Li离子的传输通道.

摘要： 介绍了中子衍射应变测试的概况及原理,并测量了自由焊接及约束焊接条件下的CLAM钢TIG焊件三向残余应变分布.结果表明与焊缝距离约10 mm以内的区域残余应变较大,纵向残余应变是横向、法向残余应变的2～3倍,采用约束焊接形式可有效减小焊缝中段的纵向残余应变,可使最大残余应变降至自由焊接条件下的2/3,而横向与法向残余应变基本不受约束条件的影响。

摘要： 本研究在室温下分别测量了一系列LaNi5-xAlx(x=0.1,0.25,0.3,0.45,0.5,0.75)合金及其氘化物的中子衍射谱,利用FullProf程序对LaNi5-xAlx合金的衍射数据进行了精修,确定了它们的空间群为P6/mmm,得到了合金的晶胞参数、晶胞体积以及原子的占位,发现Al仅替代了部分处于3g位置的Ni,随着Al含量的增加,晶胞体积的变化量与Al替代量之间基本呈线性关系。对LaNi5-xAlxDy衍射数据的精修确定了氘化物的空间群仍为P6/mmm,分析了充氘后的相成分及晶胞参数、晶胞体积变化,得到了氘原子在晶胞中的占位和分布。

摘要： 随着绿色能源越来越受到人们的重视，经过多年的探索，人们发现重稀土及其合金、稀土-过渡金属化合物、过渡金属及其化合物等材料可以应用于制冷工程中。MnFePGe是目前为止发现的磁热效应最好的材料之一，研究发现，当样品在外加磁场的作用下，其磁熵的变化与样品中铁磁相的含量成对应关系。本文利用机械合金化（MA）和放电等离子烧结（SPS）技术制备了Mn1.1Fe0.9P0.76Ge0.24材料，利用中子衍射对样品结构进行了分析。

摘要： 磁制冷是一种高新制冷技术与方法，近年来受到国内外的极大关注。与传统压缩制冷相比具有效率高、污染少、结构紧凑、体积小等特点。如能实现室温磁制冷，将会产生巨大的社会效益与经济效益。MnFePGe是最具广泛应用潜力的新型室温磁致冷材料之一，其等温磁性转变为一级相变，磁熵变化大，且其居里温度随着P、Ge和Fe、Mn比例的改变而变化，能够实现对其温度的控制，从而可望应用于室温制冷。为了最终实际应用，磁致冷材料必须在小于2特斯拉的外加磁场下达到尽可能大的磁熵变。迄今为止，国内外对该系材料的研究主要集中在材料制备和性能分析方面，而对材料磁相变过程中晶体结构及磁结构的变化以及与性能的关联尚缺乏系统深入的研究和报道，而这是目前制约MnFePGe系磁致冷材料性能提高的关键所在。本研究应用中子衍射等手段深入系统地研究了Mn1-xFe1-xP1-yGey材料的晶体结构和磁结构随温度和磁场变化的关系，探讨了巨磁热效应的转变过程，研究了其结构与磁热性能的关系。

摘要： 在室温和液氮温度(77 K)下,利用中子粉末衍射方法研究了NdFe10.5Mo1.5金属间化合物的晶体结构和磁结构.采用Rietveld峰形精修方法对衍射数据进行拟合.结果表明,NdFe10.5Mo1.5在77 K时晶胞参数a比室温时的大,晶胞参数c比室温时的小.NdFe10.5Mo1.5的热膨胀反常现象只用最近邻铁原子间距离和最近邻原子数来解释是不全面的,还应考虑Nd-Fe之间的相互作用,甚至是Nd-Nd间的相互作用.

摘要： 介绍测定钢丝残余应力的方法，比较X射线衍射法、中子衍射法、同步加速器辐射法测量残余应力的范围和精度。测量拉拔一道后的铁素体(单相)钢丝中纵向(轴向)残余应力。对中子和X射线衍射测量的残余应力与数值模拟的残余应力进行对比。在拉拔一道后的珠光体(共析)钢丝中采用同步加速器辐射测量铁素体和渗碳体相中沿纵向(轴向)的残余应力。测量拉拔一道后的珠光体(双相)钢丝中纵向(轴向)的残余应力。对有限元模拟计算和同步加速器测量结果计算的残余宏观应力进行比较。

摘要： 本文研究了氨基酸分子结构的传统方法为X射线衍射和氘化后中子衍射。应用X射线衍射、中子粉末衍射和拉曼散射研究丙氨酸和亮氨酸分子的结构。结合红外光谱技术,比较全氢、部分氘化和完全氘化的丙氨酸分子结构,发现这两种方法在氨基酸分子结构研究中的不足。同时,应用中子粉末衍射方法对亮氨酸分子进行直接测量,结果表明:中子粉末衍射方法可给出亮氨酸分子的精细结构。

摘要： 近年来，室温磁致冷技术作为可以替代传统气体压缩致冷的先进技术，越来越受到人们的关注，由此而引发了新型磁致冷材料研究的热潮。2002年，Tegus等人在Nature上发表了MnFeP0.45As0.55化合物中的室温巨磁热效应，该化合物为六方Fe2P结构，在居里点附近发生一级相变，从顺磁相转变成铁磁相，并且居里点可通过P/As比而在大的温度范围200K～350K内调节。然而材料中剧毒物质As的使用给材料的实际应用带来隐患，大量的有关Ge和Si替代As的研究被报道，保持材料原有的高磁熵性能，同时使得该材料的环保性得到有效提高。

摘要： 本发明涉及一种中子衍射高压腔体的钨基中子透明材料及其制备方法，所述中子透明材料中钨的含量为68~78wt%，剩余为钛或者锰中的任一种或氢化钛粉或锰粉中的一种或两种。这种高压腔体封垫材料与现有的Ti‑Zr合金或不锈钢封垫相比，硬度高，强度大具有高共格散射透明度以及低粘附的特性，能够延长金刚石压砧的使用寿命，提高高压腔体的压力。

摘要： 本发明属于中子衍射技术领域，涉及一种中子衍射高压腔体的铁基中子透明材料及其制备方法，该中子透明材料中的主基材铁的含量为65‑75wt%，剩余为钛或者锰中的一种或两种混合或氢化钛粉或锰粉中的一种或两种。这种高压腔体封垫材料与现有的Ti‑Zr合金或不锈钢封垫相比，硬度高，强度大具有高共格散射透明度以及低粘附的特性，能够延长金刚石压砧的使用寿命，提高高压腔体的压力。

摘要： 本发明公开了一种中子传输多通道聚焦导管装置，通过在导管垂直方向上的第一镀层对中子的全反射，并对中子进行聚焦来提高中子出射强度，进而提高中子束流强度；以及通过在导管水平方向上的第二镀层对中子的吸收限制中子发散角，进而提高中子束流分辨率。本发明解决了现有技术中不能够在同一台设备中同时兼顾中子束流强度和分辨率的问题。本发明还提供了一种中子衍射谱仪。

摘要： 本发明属于中子衍射技术领域，涉及一种中子衍射高压腔体封垫的中子透明材料及其制备方法，该中子透明材料中的主基材钒的含量为85~95wt%，剩余为铬。这种高压腔体封垫材料与现有的Ti‑Zr合金封垫相比，强度高，能够提高高压腔体的压力；中子透射率以及中子衍射性与Ti‑Zr合金相当，但对金刚石的粘附很低，高压实验后容易清洁金刚石压砧，能够延长金刚石压砧的使用寿命，降低高压实验的成本。

摘要： 本发明涉及一种中子衍射高压腔体的钨基中子透明材料及其制备方法，所述中子透明材料中钨的含量为68~78wt%，剩余为钛或者锰中的任一种或氢化钛粉或锰粉中的一种或两种。这种高压腔体封垫材料与现有的Ti-Zr合金或不锈钢封垫相比，硬度高，强度大具有高共格散射透明度以及低粘附的特性，能够延长金刚石压砧的使用寿命，提高高压腔体的压力。

摘要： 本发明属于中子衍射技术领域，涉及一种中子衍射高压腔体的铁基中子透明材料及其制备方法，该中子透明材料中的主基材铁的含量为65-75wt%，剩余为钛或者锰中的一种或两种混合或氢化钛粉或锰粉中的一种或两种。这种高压腔体封垫材料与现有的Ti-Zr合金或不锈钢封垫相比，硬度高，强度大具有高共格散射透明度以及低粘附的特性，能够延长金刚石压砧的使用寿命，提高高压腔体的压力。

摘要： 本发明公开了一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法，测试平台包括设置在中子谱仪样品台上的构件支架、转动主轴、第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承、套筒以及第一固定挡板。构件支架固定安装于中子谱仪样品台上，转动主轴通过固定主轴和第二固定挡板安装于构件支架上；转动主轴上由内向外依次套设安装第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒以及第二圆柱滚子轴承，套筒套设在第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承的外部，套筒上套设安装大型构件，第一固定挡板用于大型构件的横向限位。本发明可实现残余应力测试过程中大型构件的支撑、移动、转动、倾转及旋转。

摘要： 本发明涉及实验设备技术领域，且公开了一种基于中子衍射测量固态电池内应力的实验设备，解决了中子衍射应力谱仪上的载物台位置，不便于根据使用者的需求，对其进行调节，存在一定的局限性，不便于实际使用，影响工作效率的问题，其包括操作台本体，所述操作台本体的顶部固定连接有固定安装座，固定安装座的顶部设有活动箱，固定安装座和活动箱通过驱动组件连接，活动箱的上方设有载物台，活动箱为顶端开口的空腔结构，活动箱内设有控制箱，控制箱和载物台通过转动单元连接，控制箱内设有第一活动板，第一活动板的下方设有第二活动板；便于根据实际需求，调节载物台的高度，以及便于驱动载物台旋转，方便进行实验检测。

摘要： 一种用于中子衍射谱仪的径向准直器，包括准直器框架、吸收膜和间隔条，准直器框架为方形喇叭状，且前后端面均为圆柱面，前后端面的轴线重合，吸收膜为梯形薄膜且材料为强中子吸收材料，间隔条为长条形变厚度薄板，若干吸收膜和间隔条交替堆叠设于准直器框架内。在方形喇叭状准直器框架内设置吸收膜和间隔条，准直器的覆盖范围包括探测器的覆盖范围，准直器设置在中子衍射谱仪的样品中心点与探测器之间，相较于未设置径向准直器，谱仪实验的本底噪声大大降低，数据精度和谱仪分辨率显著提高。

摘要： 本发明公开了一种用于金属增材制造过程残余应力检测的中子衍射设备，包括检测机构，检测机构包括中子束生成装置和多个衍射探测装置，中子束生成装置用于发射入射中子束，衍射探测装置位于入射中子束的侧边，入射中子束照射至工件并衍射产生多个与入射中子束相垂直的出射中子束，衍射探测装置接收出射中子束；检测机构设有多个衍射探测阵列装置，通过飞行时间方法每个探测阵列都可以同时采集多个衍射峰的衍射数据，为多峰全谱分析提供数据基础，分析数据还可获得不同晶面的晶格应变、相变、组织结构信息。