Monel400不锈钢板现货针对LIBS光谱仪研制过程中所遇到的关键技术问题,通过有限元模拟和实验相结合的方法,深入研究了合金元素对材料热稳定性的影响以及如何设计低膨胀合金来满足光谱仪对材料的要求;通过分子动力学模拟的方法,探讨了金属液滴在不同基底上的润湿和融合行为,为镀膜工艺提供理论指导,并应用于离子刻蚀光栅制造。后将改进的技术应用于仪器,并进行了测试。主要内容如下:(1)使用低膨胀材料可以满足光学系统稳定性要求。研究表明,对于低膨胀铸铁和铸钢,选取35%Ni,进行1050℃淬火和300℃×2h回火处理的低膨胀铸铁具有相对优异的性能,当A1含量为5.5%时,合金具有较高的强度和较低的热膨胀系数。当钴含量在30%左右时,膨胀系数达到低。少量的Ti元素能够细化Fe-Ni-Co合金的组织,减少合金中O、S等杂质元素的含量,并能降低合金的热膨胀系数;过多的Ti元素反而会造成合金热膨胀系数的升高。Mn对合金低膨胀性能有有害作用,但可以提高合金的强度。通过以上原则设计的合金材料,经过ANSYS热变形仿真模拟与原材料对比分析可得,扇形板在0 ℃-50℃范围内,结构变形为±5μm,光学系统纵向(衍射方向)变形为36μm,罗兰园圆弧切线方向变形为19μm,满足了仪器甚至制造领域的材料匹配和系统设计的问题。
镀膜工艺作为离子刻蚀光栅制造技术的关键工艺之一,与材料表面润湿性问题有关。因此,我们用分子动力学模拟的方法研究了金属液滴的表面润湿现象和融合行为。结果表明,Ag液膜在粗糙基底上会发生反润湿现象,并终脱离基底,这一现象受到液膜的形状、尺寸和表面的粗糙度等因素的影响。金属液滴在不同种类的金属基底表面润湿性差异巨大,这主要是由液体-基底之间的相互作用决定的。进一步研究异种元素液滴的融合时,发现存在“水平融合”或“垂直融合”两种融合机制,这与基底表面的粗糙度所控制的润湿性有关。因此,可以通过改变材料表面的粗糙度和微观结构调整液滴的润湿性,从而使得液滴在基底表面能够较好的铺展,有利于改进镀膜工艺。通过实验验证,发现减小基底粗糙度,提高蒸镀温度,减小基底温度,采用二次镀膜技术,均有利于提高膜层的均匀性和稳定性。(3)使用由新的镀膜技术开发的光栅以及由低膨胀铸铁合金作为支架的光学系统,设计了全新的光谱仪。其光学系统的温度稳定性达到±5μm,谱线中心位置漂移不超过1个像元,不加恒温的情况下仍能进行较稳定的分析;其衍射效率超过进口光栅,在紫外波段元素N、P、S、C仍能够获得较好的分析;它还*突破了相态的局限性,可对粉末状的样品,如土壤中的元素N、P、K、Pb、Sb、Cd、As、Sn进行分析,为仪器进入环保领域奠定理论和技术基础。
Zr及其合金作为广泛应用于核工业和化学工业的重要材料,具有优异的物理化学性能,如Zr具有良好的抗辐照性能和中子吸收截面积小,Zr及合金所具有的耐腐蚀性和优异抗氧化性能等。随着科技的迅猛发展,Zr合金在空、天、生物医学领域的应用正逐渐增多,以应对更为苛刻的应用环境。本文以Zr及其合金为研究对象,探索高温高压处理条件对其相变和组织演化以及性能的影响规律,并系统研究了相组分和显微结构与力学性能之间的关系;结合性原理计算方法,探讨了锆金属ω相的增强机制以及相应的形变行为,为进一步设计性能优异的Zr合金奠定理论基础。通过合理调控高温高压处理工艺条件,制备出了具有α′马氏体和高压ω相的高强韧性Zr金属块体,其屈服强度、抗拉强度和断后延伸率分别达到~616 MPa、~734 MPa和14.9%,与粗晶Zr相比强度提升了一倍;制备获得了具有针状马氏体组织的Ti金属块体,其屈服强度、抗拉强度和断后延伸率分别达到455.5 MPa、495.2MPa和36.2%,较粗晶Ti块体相比强度提升了53%。强度的提升源于高温高压处理后细小的针状α′马氏体和ω相的形成。研究结果表明高压能够显著抑制原子地扩散,从而起到细化α相、促进细小针状α′马氏体和高压ω相的形成。通过对Ti-30Zr-5Al-3V(TZ-30)合金进行等压变温和β相区变压热处理,研究高温高压处理方法对合金结构、微观组织以及力学性能的影响规律。实验结果证明:在2 GPa压力和15℃/s降温速率下,由β相区“淬火”处理能获得综合力学性能较好的TZ-30合金块体,其抗拉强度和断后延伸率达到1387 MPa和7.9%,微结构分析表明材料强度提升源于所形成的细小针状马氏体中含有大量位错和层错。TZ-30合金中α″马氏体含量随着处理压力的升高而增加,高压抑制TZ-30中α′马氏体生成而促进α″马氏体形成的效果非常显著,5 GPa高压和693℃处理后,合金组织全部由α″马氏体所组成。
综合分析认为TZ-30合金中α″马氏体是以亚稳状态留存在样品中,其稳定存在的原因是其内部出现的位错、层错和孪晶等微结构缺陷的钉扎作用所致。在α″马氏体相TZ-30合金拉伸实验过程中发现,拉应力诱导产生的α″→α′相转变使应力-应变曲线呈现双屈服现象,且其杨氏模量也随着α″马氏体含量的增多而直线下降,α″马氏体相TZ-30合金的杨氏模量仅为34 GPa。基于我们的实验数据和文献数据分析,提出了α″型Ti(Zr)合金的杨氏模量与合金平均价电子数呈线性减小的关系,该结果为发展新型低模量科研Zr(Ti)合金提供了新思路。通过性原理计算方法研究了Zr材料ω相的变形机制,结果表明ω-Zr的剪切模量是α-Zr的1.37倍,ω-Zr弱滑移系为,其理想剪切强度为3.25GPa,是α-Zr弱滑移系的1.62倍。ω-Zr强化作用源于其化学键中更加合理的电子局域构型,导致其抵抗弹塑性变形的能力增大。结合多晶体发生均匀塑性变形的von Mises判据,提出了多晶棱面滑移锥面滑移和棱面滑移锥面滑移两种可能的形变机制。材料的凝固工艺对其微观组织及使用性能有着重要影响。在快速凝固条件下,凝固过程*偏离平衡凝固条件,经典凝固理论里面很多平衡条件下的假设都不再适用,且基于快速凝固所制备的磁性材料,如非晶软磁材料和纳米晶永磁材料等,其综合磁性能、强度、塑性、耐磨性等相对传统铸造工艺制备的材料有所提高,广泛应用于人们日常生活和工业生产。因此,研究磁性材料快速凝固过程微观组织演变对进一步优化材料性能具有举足轻重的作用。

在快速凝固过程中,如何提高合金的玻璃形成能力（Glass Forming Ability,GFA）,提出定量、通用的GFA判据,以预测新的非晶材料体系并在更小的临界冷却速度（Rc）下制备出更大尺寸的大块金属玻璃（Bulk Metallic Glasses,BMGs）软磁材料应用于工业生产,解决目前现有GFA判据纷繁复杂且不具有普适性的问题,一直是非晶材料研究领域的重要难题。理论上,Rc应该是合金GFA直接、通用的表征参数,但对于快速凝固过程难于通过实验直接准确地测量。
Monel400不锈钢板现货如何快速、准确地获得合金的Rc,并研究影响合金GFA的深层次物理机制,如非晶本质、玻璃转变及晶相与非晶相竞争等,成为该领域的关键。此外,基于铜模快速凝固法制备大块非晶并辅以适当晶化法为制备三维大块、各向异性纳米基复合材料提供了新的途径,但样品的GFA、凝固组织的均匀性均远远达不到理想要求,严重影响材料的终磁性能,限制了其进一步应用。如何提高铜模快速凝固过程中样品的GFA和优化样品的显微组织,成为提升纳米基复合永磁材料综合磁性能的关键。并且,由于金属材料在铜模快速凝固过程中,存在不透明、研究尺度小和温度高等多重因素的限制,因此,仅仅通过实验来研究和控制快速凝固过程中的众多参数对凝固微观组织的影响和观测演变界面瞬时形貌困难较大。随着计算材料学的发展,计算模拟辅助实验成为材料研究领域新的方向。其中,相场法由于其具有统一的方程且无需跟踪界面,已成为研究材料微观组织演化过程及其内在机理和规律的有力工具之一。但是,目前相场模拟主要针对平衡凝固过程组织演变研究,而通过相场法来提出定量、通用的GFA判据,并研究不同外加工艺参数下,连续快速凝固过程中晶相与非晶相的竞争过程、微观组织的演变等问题的文章尚在少数。