元素扩散

摘要： 针对YG20/45钢异种金属焊接时,存在焊缝接头脆性高及焊缝连接性能差等缺点,课题组提出以Cu/Invar/Ni复合层为中间层进行激光熔钎焊焊接,研究焊缝区域微观组织、化学成分及元素扩散规律。试验结果表明:母材硬质合金中的WC晶粒棱角在焊接试验中会溶解,部分晶粒聚集但不长大,从而降低了焊接接头的脆性;在焊缝过渡区Invar合金和硬质合金中的元素发生扩散反应,其中Invar合金中的Fe和Ni元素补充硬质合金流失的Co元素,形成粘结相,提高了焊接母材的连接性;硬质合金和45钢之间加Cu/Invar/Ni复合层,激光钎焊接头宏观形貌都较好,在母材厚为4 mm时,试验采用激光功率为1 700 W,激光扫描速度为0.1 m/s,离焦量-3 mm时可以获得冶金性良好的焊接接头。

摘要： 通过蠕变曲线测试和显微组织形貌观察,结合元素扩散迁移率热力学计算,研究了完全热处理后DZ125定向凝固镍基高温合金在980°C蠕变过程中γ′相的演化规律。结果表明:合金完全热处理后并没有消除组织不均匀性,粗大的γ′相位于枝晶间区域,细小γ′相位于枝晶干区域。在980°C/200 MPa蠕变期间,合金枝晶干区域的γ′相经22 h转变成筏状结构,γ′相筏化时间随外加应力的减小而延长。在该条件下随蠕变时间延长,合金中γ′相厚度的尺寸逐渐增大,扭曲程度逐渐增加。蠕变过程中元素Mo、W具有较低的扩散迁移率,Cr、Ti扩散迁移率居中,而元素Co、Al、Ta具有较高的扩散迁移率。

摘要： 采用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子显微探针及高温拉伸测试的方法,研究了热处理对一种镍基粉末高温合金扩散连接界面组织演变及性能的影响。结果表明,在镍基粉末高温合金扩散连接时,基体中的Cr、Mo、Co、W、Al和Ti元素向界面扩散,导致界面处出现明显的连接影响区。Ni元素由电镀层向基体扩散,与Al和Ti元素发生反应,生成粗大γ’相,并呈“簇状”条带分布。经亚固溶处理和过固溶处理后,Cr、Mo、Co、W、Al、Ti和Ni元素进一步扩散,改变了连接影响区和γ’相“簇状”条带的宽度。650°C拉伸测试结果表明,扩散连接界面断裂面同时包含界面和基体,断口中存在大量韧窝及少量解离面,表现出韧性-解理的复合断裂模式。经亚固溶+时效处理后,界面强度显著提高,但界面塑性减低;经过固溶+时效处理后,界面强度有所下降,且界面塑性进一步降低。

摘要： 在限制C平衡(constrained carbon equilibrium,CCE)条件下,采用有限单元法建立配分动力学计算模型,对低碳钢Q&P过程中C、Si、Mn元素的配分行为进行数值计算,结合电子探针微区分析技术(EPMA),研究了低碳钢经Q&P工艺热处理后组织中C、Si、Mn元素的分布情况。结果表明,350、450°C温度下,C在30~120 s内完成配分,并且在较短时间内发生微米级的长程扩散;当温度降至250°C,C完成配分时间延长至10 h。在250、350、450°C温度下配分30 d,Si在钢奥氏体/马氏体界面处的马氏体侧富集,而Mn则会在奥氏体侧发生富集,Si和Mn的有效扩散距离分别为4.5、1.5 nm。

摘要： 为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding,FA-FSLW)技术.该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明,FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti,Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti,Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.

摘要： 界面反应层是影响SiC纤维(SiC_(f))增强钛基复合材料力学性能的重要因素,本文研究了SiC_(f)/Ti_(2)AlNb复合材料在热等静压成型以及热暴露过程中的界面反应、界面元素分布规律和界面热稳定性.研究结果表明:SiC_(f)/Ti_(2)AlNb复合材料内部元素扩散形成的界面产物主要为TiC,在热暴露过程中出现了TiSi_(2)和NbSi_(2)相.SiC_(f)/Ti_(2)AlNb复合材料界面反应层的厚度长大符合Arrhenius定律,其界面反应层厚度长大速率随着热暴露温度的升高而增加.界面反应层长大激活能为24.27 kJ/mol,界面层长大频率因子为2.80×10^(-4)m/s^(1/2).SiC_(f)/Ti_(2)AlNb复合材料界面在700°C及以下温度具备良好的热稳定性.

摘要： 燃气轮机中(燃烧室、涡轮)高温合金热端部件长期工作在1000°C及以上的高温环境,导致部件材料需要面对高温氧化、热腐蚀、高温载荷及力学性能的改变等实际问题。MCrAlY涂层在热端部件防护中发挥着重要作用。然而,高温合金-MCrAlY涂层体系在高温中会发生元素互扩散、组织演变等微观现象,影响着部件高温性能和使用寿命。本研究采用ThermoCalc/DICTRA软件,同时耦合了MCrAlY合金涂层表面氧化,建立了高温合金-涂层体系的“氧化-扩散”模型,成功应用于涂层成分优选与寿命预测。本研究还总结了热力学计算在高温合金/MCrAlY涂层体系中其他应用。

摘要： 目的通过高温热处理,不同基材会发生不同的组织演变,研究了组织演变对基材中金属元素高温扩散的影响,从而判断其对多弧离子镀制备Cr_(2)O_(3) 陶瓷薄膜形貌、结构以及摩擦学性能的影响。方法利用多弧离子镀技术在不同基材表面(Inconel 718合金、IC10合金、45钢、316不锈钢)沉积Cr_(2)O_(3) 薄膜。使用扫描电子显微镜(SEM)和冷场发射扫描电镜(FESEM)分析了基材和薄膜高温退火前后的表面形貌,并且利用EDS分析了基材和薄膜表面的元素含量变化。采用X射线衍射仪(XRD)对Cr_(2)O_(3) 薄膜进行物相分析,使用往复摩擦磨损试验仪、三维轮廓仪以及扫描电子显微镜分析了基材和薄膜退火前后的摩擦学性能。结果热处理后基材中的元素会扩散到其表面,Inconel 718合金、IC10合金和45钢热处理后,其摩擦因数降低。在Inconel 718合金和316不锈钢表面沉积的Cr_(2)O_(3) 薄膜高温退火后,基材中的金属元素沿着Cr_(2)O_(3) 薄膜晶界扩散至薄膜表面,并与大气中的O_(2)反应形成三元氧化物。Cr_(2)O_(3) 薄膜经1000°C退火后,Inconel 718合金中的Ti元素扩散至Cr_(2)O_(3) 薄膜表面形成类网状凸起结构,且薄膜表面形成CrTiO_(3)和Cr_(2)O_(3) 混合相,316不锈钢中的Mn元素扩散至Cr_(2)O_(3) 薄膜表面形成尖晶石结构的MnCr2O4相,45钢表面上沉积的Cr_(2)O_(3) 薄膜在850°C退火后薄膜表面形成以Fe元素为主的大颗粒,薄膜表面物相为Fe2O3和Cr_(2)O_(3) 混合相,IC10合金表面上沉积的Cr_(2)O_(3) 薄膜表面没有发现基材中的金属元素,主要物相为Cr_(2)O_(3) 相。Cr_(2)O_(3) 薄膜退火后摩擦因数降低至0.45左右。结论Inconel 718合金、45钢以及316不锈钢中的金属元素扩散至薄膜表面时,其对Cr_(2)O_(3) 薄膜的物相组成、表面形貌以及摩擦学性能有很大的影响。IC10合金表面上沉积的Cr_(2)O_(3) 薄膜热处理后,磨损寿命较低。Inconel 718合金表面上沉积的Cr_(2)O_(3) 薄膜具有优异的摩擦学性能。

摘要： 为了研究760°C下Pt-Al涂层对DD413合金氧化行为的影响,采用电镀Pt和化学气相渗Al法在基体表面制备单一β-(Ni,Pt)Al相涂层,并对0.5~70 h氧化后的无涂层和Pt-Al涂层试样进行XRD分析、截面形貌观察、截面元素分布和含量分析.结果表明:Pt-Al涂层试样氧化至5 h时,互扩散区与基体界面处出现难熔原子W、Mo、Ta的富集,当氧化至10 h时,界面处出现了TCP相;Pt-Al涂层阻碍Cr原子的扩散,Pt原子促进了Al原子的选择性氧化并形成具有保护作用的Al_(2)O_(3)膜.因此,Pt-Al涂层在760°C下能够提高DD413合金的抗氧化作用.

摘要： 采用气压焊对U26Mn奥贝体钢轨和U75V珠光体钢轨混焊进行研究,通过OM、SEM、冲击、拉伸、硬度试验探究异种钢轨气压焊接头焊缝界面的冶金结合特征与力学性能水平。结果表明:气压焊接头焊缝界面两侧存在元素扩散行为,焊缝界面金属在热机循环作用下发生了交互结晶和再结晶,冶金结合良好(除轨底脚外);焊态接头平均强度达到贝氏体钢轨母材的86%,正火态接头平均强度达到贝氏体钢轨母材的90%;焊态接头轨顶面平均硬度、软化区平均硬度及宽度均满足TB/T1632《钢轨焊接》标准要求;接头中存在硫化物夹杂,对接头冲击韧性有较大影响。

摘要： 板翅结构换热器在一体化高温系统中的应用越来越广泛,其主要失效形式表现为钎焊接头的失效,而残余应力是导致其失效的最主要原因之一.研究过程中若只考虑由温度引起的残余应力,并不能正确评价钎焊接头的应力情况,以至于不能对钎焊接头进行准确的失效分析.本文通过对钎焊区域金相的分析和相应区域的测量,考虑元素扩散导致的残余应力,采用顺次耦合的方法,对高温钎焊接头的残余应力进行数值模拟,得到了残余应力在接头中的分布情况.研究结果表明,对于焊前箔片钎料为一层40μm厚的BNi-2/316L钎焊接头,在1075°C下保温45min时可得到质量较好的接头;采用有限元方法计算获得的残余应力分布与试验测试结果基本一致,说明考虑扩散效应的有限元模拟方法是可行且准确的;钎焊接头中钎料层与扩散层中为残余拉应力,在钎角区域达到最大值,需要重点关注.

摘要： 多弧离子镀制备的原始薄膜结晶度低，脆性大，磨损失效以脆性裂纹导致的断裂和剥落为主。高温退火处理均可有效提高薄膜的结晶度，改善薄膜的韧性，显著降低薄膜的磨损率1000°C高温下，基体中Ti和Cr原子沿着晶界扩散全薄膜表面，并与空气中的氧反应形成由Cr203和Cr2Ti7O17组成的类网状凸起结构类网状凸起结构赋予薄膜优异的盍温域摩擦学性能。宽温域下摩擦系数可以保持在0.3以下，磨损率保持在一定量级，可以保持多个热循环不变元素扩散机制（试验与模拟相结合）、扩散主动控制、宽温域自润滑机制的影响。

摘要： 中国南极科学考察队自1999年开始在南极搜集陨石,目前已达近两万块,总量居世界第三.其中近2000块陨石在国家极地办与南极陨石专家委员会的组织下,有了初步的分类.其中,20％以上的普通球粒陨石含有冲击熔融脉.本文的研究目的主要包括:(1) GRV022115陨石分类及冲击级别的基础矿物学研究;(2)该陨石母体的冲击温压条件界定;(3)该陨石中冲击熔融脉中的主岩碎块与熔融脉间的元素扩散分异特征分析。主要分析手段有光学显微镜岩相学观察、聚焦离子束显微镜(FIB)、扫描电子显微镜(SEM)微区观察、电子探针((EPMA)成分分析、场发射透射电子显微镜((TEM) ,激光拉曼光谱法(Raman)物相分析等。

摘要： 通过扫描电子显微镜分析元素扩散情况,研究钎焊温度、保温时间对钎料涂层与3003基体界面元素分布变化,分析元素分布对钎焊结合强度的影响.结果表明:在相同钎焊保温时间,随着钎焊温度升高,原子扩散系数增大,导致原子扩散量增加;Al-8Si钎料中的Si原子向焊缝中扩散,基体中Al原子向焊缝扩散,逐渐在焊缝中形成网状结构的α-Al固溶体;Si原子在焊缝中弥散化分布,提高了焊缝结合强度.Al-8Si钎料最佳钎焊温度为610°C,保温30min,钎焊结合强度最高.

摘要： 研究了不同加热温度对钛-钢爆炸复合板界面组织与成分的影响规律，利用金相显微镜对界面形貌进行了观察，测定了界面结合区的显微硬度，并通过X 射线能谱仪对试样界面区的元素扩散行为进行了分析。结果表明，580°C时，覆层钛一侧的绝热剪切线完全消失，晶粒发生再结晶；640°C时，基层钢一侧开始出现脱碳；750°C时，界面两侧的Fe、C和Ti元素发生了相互扩散。

摘要： 黄铜镀锡焊片放置一段时间后，可焊性变差。本文采用金相、电镜、能谱分析发现焊片焊锡不良的根本原因：基材黄铜中Zn元素扩散到零件基材表面，形成Zn层，而Zn-Sn元素固溶性较差，容易形成表面氧化物，导致焊片焊锡不良。文章在分析的基础上，提出了相应的改进方案。

摘要： 采用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备了Al-Si二元热扩散涂层.采用静态增重法对制备涂层的试样和未制备涂层的试样进行1000°C恒温抗氧化性能试验,绘制了氧化动力学曲线.利用带能谱分析的SiRion扫描电子显微镜对氧化膜的表面形貌和截面组织形态进行观察以及合金成分测定.对制备与未制备Al-Si涂层的试样高温氧化过程中元素的扩散进行了分析.研究结果表明:由于Al-Si涂层和基体合金之间在高温氧化过程中的互扩散形成了厚度为120-140um的渗层,该渗层由表层、外层、中间层和内层四部分组成.随着氧化时间的延长,外层铝含量逐渐降低,但仍能保持稳定的B-NiAl相.Si在扩散作用下形成内高外低的分布形式,有利于阻止涂层和基体元素之间的互扩散,降低了化合物层的形成速度,对提高Al-Si涂层抗高温氧化能力是有积极作用的.

摘要： 本文介绍了一种改进的铜铝复层圆坯水平连续铸造技术.使用自行设计的一体式结晶器,根据静态模拟实验及数值模拟辅助确定工艺参数,成功制备了直径85mm,外层铜16mm的铜包铝复层圆坯.使用金相显微镜、电子探针、力学性能测试等手段对复层铸坯界面进行了系统研究.实验结果表明连续铸造方法可以成功制备铜铝复层铸坯,且界面无气孔、夹杂等缺陷,两种合金之间属于冶金结合.电子探针分析结果表明对于铜铝复层铸锭的合金溶质元素间发生了相互扩散,形成厚度约为200μm的扩散层,从铜到铝侧扩散层分别由Cu9Al4层,CuAl2层,共晶α-Al/CuAl2层和α-Al+共晶α-Al/CuAl2层四层.

摘要： 本文介绍了一种改进的铜铝复层圆坯水平连续铸造技术.使用自行设计的一体式结晶器,根据静态模拟实验及数值模拟辅助确定工艺参数,成功制备了直径85mm,外层铜16mm的铜包铝复层圆坯.使用金相显微镜、电子探针、力学性能测试等手段对复层铸坯界面进行了系统研究.实验结果表明连续铸造方法可以成功制备铜铝复层铸坯,且界面无气孔、夹杂等缺陷,两种合金之间属于冶金结合.电子探针分析结果表明对于铜铝复层铸锭的合金溶质元素间发生了相互扩散,形成厚度约为200μm的扩散层,从铜到铝侧扩散层分别由Cu9Al4层,CuAl2层,共晶α-Al/CuAl2层和α-Al+共晶α-Al/CuAl2层四层.

摘要： 本文介绍了一种改进的铜铝复层圆坯水平连续铸造技术.使用自行设计的一体式结晶器,根据静态模拟实验及数值模拟辅助确定工艺参数,成功制备了直径85mm,外层铜16mm的铜包铝复层圆坯.使用金相显微镜、电子探针、力学性能测试等手段对复层铸坯界面进行了系统研究.实验结果表明连续铸造方法可以成功制备铜铝复层铸坯,且界面无气孔、夹杂等缺陷,两种合金之间属于冶金结合.电子探针分析结果表明对于铜铝复层铸锭的合金溶质元素间发生了相互扩散,形成厚度约为200μm的扩散层,从铜到铝侧扩散层分别由Cu9Al4层,CuAl2层,共晶α-Al/CuAl2层和α-Al+共晶α-Al/CuAl2层四层.

摘要： 本发明涉及一种石英杂质元素浓度扩散计算方法、装置及计算机可读存储介质，所述方法包括以下步骤：获取石英中杂质元素的空位浓度分布，并将所述空位浓度分布等效为杂质元素自身浓度分布；确定杂质元素边界浓度，以所述杂质元素边界浓度作为有限差分方法的边界条件；通过所述边界条件、有限差分方法及杂质元素自身浓度分布获取不同扩散时间杂质元素浓度剖面分布。本发明提供的石英杂质元素浓度扩散计算方法，实现了石英杂质元素浓度扩散的计算。

摘要： 本发明公开了一种烧结钕铁硼磁体重稀土元素晶界扩散方法，先用不含重稀土元素的低熔点合金粉末对磁体进行低温晶界扩散处理，熔融的低熔点合金沿着晶界扩散渗透到磁体内部，扩散后的磁体具有连续低熔点晶界相，再用富含重稀土元素的化合物粉末对磁体进行高温晶界扩散处理，重稀土元素沿着连续的晶界相扩散到磁体内部，在基体晶粒边缘形成富含重稀土元素的壳层结构，最后对磁体进行退火处理，优化晶界相分布。经两步扩散法，与传统的一步晶界扩散相比，提高了重稀土元素的扩散深度和扩散均匀性，可以扩散处理较厚尺寸的磁体，扩散后磁体矫顽力和退磁曲线方形度均显著优于传统一步晶界扩散效果。

摘要： 一种低熔点金属或合金辅助重稀土元素晶界扩散的方法，其特征在于：通过固相、液相、气相包覆的方法使重稀土金属粉末表面包覆一层低熔点金属/合金粉末，或者使低熔点金属/合金粉末表面包覆一层重稀土粉末，形成具有表面改性的异质核壳结构的复合粉作为扩散源。通过晶界扩散技术制备高性能钕铁硼永磁材料，能够在减少重稀土用量的同时，大幅度提高稀土永磁体的内禀矫顽力。

摘要： 本发明涉及一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，步骤包括：根据待研究的多组元高温合金成分特点设计高温合金成分，按设计成分制备高温合金并进行均匀化热处理；将完成均匀化热处理的高温合金与待重点研究的合金元素的纯物质制成扩散偶，进行扩散热处理，使用完成扩散热处理的试样计算合金元素的互扩散参量；将完成扩散热处理的扩散偶试样进行时效热处理，使用完成时效热处理的试样计算热力学参量。本发明可快速获取多组元高温合金中每种合金元素在特定合金体系中的互扩散参量，以及在较宽的元素浓度范围多组元高温合金热力学参量，研究对象不受合金元素种类和数量限制，结果可直接用于所研究的合金体系，研究效率高。

摘要： 本发明公开了一种钕铁硼晶界扩散后元素分布的测量方法，属于元素分布检测技术领域。钕铁硼晶界扩散后元素分布的测量方法，包括以下步骤：(1)测定样品的厚度，记为x0，本发明主要是测试[0，x0]区间元素R的分布；(2)利用X射线测定样品表面元素R的含量c0％；(3)对样品进行1次研磨，测定研磨后的样品厚度，记为x1，测定研磨后表面元素R的含量c1％；(4)重复步骤(3)的操作，测定研磨后的样品厚度，记为xn，测定研磨后表面元素R的含量cn％；(5)绘制元素R的含量与样品厚度的对应曲线C(x)；利用菲克定律对曲线C(x)进行拟合，在[0，x0]区间内对拟合公式进行积分，计算样品中元素R的总含量。

摘要： 本发明公开了一种含有活性元素改性作用Re基扩散障的MCrAlY涂层及其制备方法，属于高温防护涂层技术领域。通过电镀技术、电弧离子镀技术加真空扩散退火的方法在高温合金基体上制备了一种含有活性元素改性作用Re基扩散障的MCrAlY涂层。与常规的扩散障相比，该扩散障起到了双重作用：第一，阻止了基体中难熔元素向涂层中扩散，抑制了涂层与基体之间的互扩散；第二，在高温氧化过程中，Re基扩散障中Re会向MCrAlY涂层中扩散，减少涂层与氧化膜之间的热膨胀系数，提高氧化膜的粘附性，起到活性元素改性作用。在Re基扩散障的双重作用下，涂层的抗高温氧化性能得到提高。

摘要： 本发明公开了一种提高元素扩散速度的均匀化扩散退火方法，其将金属材料加热，保温，然后缓慢冷却，其特征在于：在惰性气体保护中，温度为800°C～1000°C、对金属材料施加低压大电流的条件下，进行保温。本均匀化扩散退火方法能提高元素在固态金属的中扩散速度高达41%以上；具有简单易行，设备成本低，能耗低，清洁无公害的特点；在提高元素扩散速度的同时，实现了少氧化热处理。

摘要： 本发明涉及材料样品检测技术领域，尤其涉及测量VCSEL器件多层膜元素扩散的样品制备方法以及VCSEL器件多层膜元素扩散的检测方法。测量VCSEL器件多层膜元素扩散的样品制备方法，包括以下步骤：从VCSEL器件中切取含有目标膜层的待测块并将待测块周围的氮化硅介质层去除；待测块向目标膜层方向削薄，直到距离目标膜层100‑500纳米，削薄后得到的待测面平整且待测面与目标膜层平行；得到的待测块的待测面用于TOF‑SIMS分析。该方法提供的制样可使小样品待测面在水平状态；消除边缘效应；消除VCSEL环形电极以及器件表面凸凹结构的影响。可以保证深度分析所需的主束流和溅射束流双束流的准直必须的要求，得到正确的深度分析信号。

摘要： 本发明公开了一种提高元素扩散速度的均匀化扩散退火方法，其将金属材料加热，保温，然后缓慢冷却，其特征在于：在惰性气体保护中，温度为800°C～1000°C、对金属材料施加低压大电流的条件下，进行保温。本均匀化扩散退火方法能提高元素在固态金属的中扩散速度高达41%以上；具有简单易行，设备成本低，能耗低，清洁无公害的特点；在提高元素扩散速度的同时，实现了少氧化热处理。

摘要： 本发明涉及界面物质属性传递计算领域，特别公开了一种滤及元素扩散的涂层失效分析方法、装置、设备及计算机可读存储介质，通过接收元素扩散边界条件；所述元素扩散边界条件包括扩散系数、边界浓度、温度及热暴露时间；根据所述元素扩散边界条件，确定目标元素浓度；根据所述目标元素浓度，通过预存的耦合元素浓度的界面强度退化函数，确定目标结合强度；将所述目标结合强度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型根据所述目标结合强度及预设的边界条件输出对应的损伤参量。本发明通过所述元素扩散边界条件对所述目标元素浓度进行实时计算，为长时高温服役环境下的涂层的界面强度评估提供更精准的预测，提高涂层失效分析的准确率。