• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      交變磁場(chǎng)對(duì)多晶純鋁位錯(cuò)密度及顯微硬度的影響

      2020-01-17 01:29:06詹同軍何盛亞李永成玄偉東任忠鳴李傳軍
      上海金屬 2020年1期
      關(guān)鍵詞:順磁性多晶磁場(chǎng)強(qiáng)度

      詹同軍 何盛亞 李永成 玄偉東 任忠鳴 李傳軍

      (1.省部共建高品質(zhì)特殊鋼冶金與制備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200444;2.上海市鋼鐵冶金新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200444;3.上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200444)

      20世紀(jì)60年代初[1-3],學(xué)者們發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)可以影 響 位 錯(cuò) 運(yùn) 動(dòng) 和 塑 性 變 形。1970 年,Kravchenko[4]第一次提出了磁場(chǎng)可以影響金屬的塑性,并推導(dǎo)了磁場(chǎng)下電子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的減速作用力。然而,1987年,Al’shits等[5]發(fā)現(xiàn),在沒(méi)有外加應(yīng)力的情況下,磁場(chǎng)可以驅(qū)動(dòng)NaCl單晶體內(nèi)的位錯(cuò)移動(dòng)。Molotskii等[6]發(fā)現(xiàn),磁場(chǎng)可以促進(jìn)金屬中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),并基于位錯(cuò)芯與順磁性障礙相互作用,推導(dǎo)了自由位錯(cuò)長(zhǎng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化關(guān)系。李紅旗等[7]首次采用透射電鏡原位觀察了磁場(chǎng)作用下Fe-Ni合金中位錯(cuò)的發(fā)射及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。劉兆龍等[8]指出,磁場(chǎng)作用下,順磁性障礙物釘扎區(qū)的位錯(cuò)芯發(fā)生膨脹,晶格點(diǎn)陣對(duì)滑移的阻力下降,位錯(cuò)更容易移動(dòng)。王宏明等[9]發(fā)現(xiàn),經(jīng)脈沖磁場(chǎng)處理后,鋁基復(fù)合材料中位錯(cuò)密度增加、力學(xué)性能得到改善。李傳軍等[10-11]發(fā)現(xiàn),磁致塑性效應(yīng)誘發(fā)擴(kuò)散偶中位錯(cuò)密度增加,這為原子擴(kuò)散提供了高速擴(kuò)散通道,從而提高了原子的擴(kuò)散速率。這些研究充分說(shuō)明磁場(chǎng)能夠影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而改善材料的塑性。但是目前關(guān)于磁場(chǎng)作用下金屬體系中位錯(cuò)密度及力學(xué)性能變化規(guī)律的研究報(bào)道較少。因此,本文研究了交變磁場(chǎng)對(duì)形變純鋁中位錯(cuò)密度及顯微硬度的影響機(jī)制。

      1 試驗(yàn)材料及方法

      試驗(yàn)材料為多晶高純鋁(99.999%,質(zhì)量分?jǐn)?shù)),其化學(xué)成分如表1所示,試樣尺寸為8 mm×8 mm×5 mm,初始平均晶粒尺寸為150μm。

      為了消除殘余應(yīng)力對(duì)后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果的影響,并確保試樣初始位錯(cuò)密度的一致性,對(duì)試樣進(jìn)行退火處理,退火溫度為400℃,退火時(shí)間為8 h。然后將試樣壓縮形變30%以產(chǎn)生一定數(shù)量的位錯(cuò)。再將壓縮后的試樣真空封裝在石英管中,進(jìn)行有、無(wú)交變磁場(chǎng)的退火處理,退火溫度為200℃,退火時(shí)間為1 h,試樣的頂端位于磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的位置。交變磁場(chǎng)退火試驗(yàn)裝置如圖1所示。采用S型熱電偶監(jiān)控溫度,測(cè)溫精度為±1℃。

      表1 多晶純鋁的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical composition of the pure polycrystalline aluminum(mass fraction) %

      圖1 交變磁場(chǎng)退火試驗(yàn)裝置Fig.1 Annealing equipmentwith an alternatingmagnetic field

      退火試樣經(jīng)打磨、機(jī)械拋光后,再進(jìn)行電解拋光,工作電壓為38 V,拋光時(shí)間約20 s,拋光液溫度低于10℃,電解液成分是無(wú)水乙醇(72 ml)+高氯酸(8 ml)+乙二醇丁醚(20 ml)。之后依次用酒精、丙酮超聲清洗試樣60 s,最后保存于酒精溶液中用于隨后的分析測(cè)試。

      采用Bruker D8 Advance X射線衍射儀測(cè)量衍射峰的寬度,以Cu-Kα為射線源,工作電壓40 kV,工作電流40 mA,掃描步長(zhǎng)0.02°。采用粗掃(6(°)/min)和精掃(0.2(°)/min)兩種掃描速率。粗掃角度(2θ)范圍為10°~90°,出現(xiàn)了(111)、(200)、(220)和(311)晶面的特征衍射峰;對(duì)特定的衍射峰進(jìn)行精掃以獲得準(zhǔn)確的衍射峰半高寬(full width at half maximum,F(xiàn)WHM)。最后使用MH-3L型硬度計(jì)測(cè)量顯微硬度,試驗(yàn)力300 g(2.94 N),保載時(shí)間15 s,每個(gè)試樣測(cè)量8點(diǎn),取平均值。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)純鋁位錯(cuò)密度的影響

      圖2是不同強(qiáng)度交變磁場(chǎng)下退火的多晶純鋁試樣的XRD譜圖和(200)晶面的衍射峰。從圖2(a)可以看出,有、無(wú)交變磁場(chǎng)處理的純鋁的衍射峰位置一致,其中(200)晶面衍射峰的半高寬則隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而變寬(圖2(b))。

      用Jade 5.0軟件進(jìn)一步獲取衍射峰的半高寬數(shù)據(jù),如圖3所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn),(200)晶面衍射峰的半高寬隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增大。

      圖2 有、無(wú)交變磁場(chǎng)退火的多晶純鋁試樣的XRD譜圖(a)和(200)晶面衍射峰(b)Fig.2 XRD patterns(a)and(200)diffraction peaks(b)of pure polycrystalline aluminum samples annealed with and without alternatingmagnetic field

      圖3 有、無(wú)交變磁場(chǎng)退火的多晶純鋁(200)晶面衍射峰的半高寬Fig.3 FWHM of(200)diffraction peaks of pure polycrystalline aluminum annealed with and without alternatingmagnetic field

      為了定量地表征位錯(cuò)密度隨交變磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的規(guī)律,由半高寬β可計(jì)算出試樣內(nèi)位錯(cuò)密度ρ,計(jì)算 Dunn公式[12-14]:

      式中b是位錯(cuò)的柏格斯矢量,純鋁的柏氏矢量為0.286 nm[15]。由式(1)可知,位錯(cuò)密度與衍射峰半高寬的平方成正比。圖4是純鋁試樣(200)晶面位錯(cuò)密度隨交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。與無(wú)磁場(chǎng)退火的相比,相同退火條件下施加0.05和0.1 T磁場(chǎng)后,試樣的位錯(cuò)密度分別增加了5.4%和9.9%。因此,不同磁場(chǎng)條件下退火后試樣的位錯(cuò)密度隨交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增大。該現(xiàn)象與其他合金體系經(jīng)交變磁場(chǎng)處理后的試驗(yàn)結(jié)果一致[10-11]。

      圖4 純鋁試樣位錯(cuò)密度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化Fig.4 Variation of dislocation density in pure aluminum with magnetic field intensity

      以上試驗(yàn)結(jié)果表明,交變磁場(chǎng)誘發(fā)了位錯(cuò)的增殖。首先,交變磁場(chǎng)會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生磁壓強(qiáng)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,交變磁場(chǎng)作用下純鋁中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,交變磁場(chǎng)與其作用產(chǎn)生的洛倫茲力會(huì)對(duì)試樣產(chǎn)生一定的磁壓強(qiáng) P,其大小為[16]:

      式中μ0是真空磁導(dǎo)率,取值4π×10-7H/m。當(dāng)B=0.1 T時(shí),P=0.04 MPa,該值遠(yuǎn)低于純鋁中位錯(cuò)開動(dòng)的臨界切應(yīng)力0.79 MPa[15],更達(dá)不到材料的屈服強(qiáng)度。因此,磁壓強(qiáng)并不會(huì)導(dǎo)致材料中位錯(cuò)密度大幅度增加。

      此外,磁場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)自身也會(huì)產(chǎn)生作用。文獻(xiàn)[8]指出,通過(guò)Peierls-Nabarro模型可計(jì)算位錯(cuò)芯的半寬度。未施加交變磁場(chǎng)時(shí),位錯(cuò)芯的半寬度為[8]:

      式中:α為滑移面的面間距,0<α<1;ν為材料的泊松比,鋁的泊松比為0.33。當(dāng)施加交變磁場(chǎng)后,位錯(cuò)芯的半寬度變?yōu)椋?]:

      式中η為系數(shù),該系數(shù)既受交變磁場(chǎng)切向分量的影響,也和順磁性純鋁的相對(duì)磁導(dǎo)率有關(guān)。

      式中:H為磁場(chǎng)強(qiáng)度,r0為位錯(cuò)芯尺寸,h0為位錯(cuò)芯處磁場(chǎng)切向分量,G為剪切模量,μ是材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。由于 μ>1,η>1,故 ξ>ξ0。

      式(5)表明,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,位錯(cuò)芯的半寬度增大,位錯(cuò)芯會(huì)膨脹。取μ=1+2.07×10-5,G=25 GPa,位錯(cuò)芯尺寸 r0為一個(gè)原子間距,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1 T時(shí),將數(shù)據(jù)代入式(5)計(jì)算可得η=1+7.8×10-6,即位錯(cuò)芯的半寬度比無(wú)磁場(chǎng)時(shí)增加了0.000 78%。對(duì)于順磁性位錯(cuò)芯而言,在交變磁場(chǎng)作用下,其膨脹幅度很小。

      此時(shí),晶格點(diǎn)陣對(duì)滑移的最大阻力近似地表示為[17]:

      綜合式(4)~式(6)可知,當(dāng)交變磁場(chǎng)強(qiáng)度B=0.1 T時(shí),釘扎阻力 τP-N比無(wú)磁場(chǎng)時(shí)降低了0.005%,位錯(cuò)滑移阻力降低幅度很小。因此,交變磁場(chǎng)下順磁性位錯(cuò)芯的膨脹效應(yīng)并不是位錯(cuò)密度增加的主要原因。

      此外,在交變磁場(chǎng)作用下,由于磁致塑性效應(yīng),形變純鋁試樣中的位錯(cuò)密度發(fā)生變化。基于Molotskii等的理論解釋[6]:順磁性障礙物與位錯(cuò)芯之間的強(qiáng)鍵合作用通常僅存在于電子自旋反平行的基態(tài)單重態(tài)(S態(tài))。在磁場(chǎng)作用下,鍵合作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫凶孕娜貞B(tài)(T態(tài)),鍵合作用減弱甚至消失。因此,位錯(cuò)更容易從順磁障礙物釘扎處逃逸,導(dǎo)致位錯(cuò)的自由段長(zhǎng)度增加。

      在弱磁場(chǎng)中,位錯(cuò)的自由段長(zhǎng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化為[6]:

      式中:LH和L0分別為有、無(wú)磁場(chǎng)條件下試樣內(nèi)位錯(cuò)的自由段長(zhǎng)度,H是外加磁場(chǎng)強(qiáng)度,H0是促使位錯(cuò)從順磁性障礙處退釘扎的特征磁場(chǎng)強(qiáng)度。試驗(yàn)測(cè)得金屬的H0約為幾百mT[6],這和本試驗(yàn)采用的磁場(chǎng)強(qiáng)度在同一數(shù)量級(jí)。由式(7)可知,施加交變磁場(chǎng)后,位錯(cuò)的自由段長(zhǎng)度增加,且隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。說(shuō)明在交變磁場(chǎng)作用下,位錯(cuò)芯與障礙物之間的相互作用由低能態(tài)的單重態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)的三重態(tài),導(dǎo)致位錯(cuò)自由段長(zhǎng)度增加,位錯(cuò)更容易從釘扎處逃逸,促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)增殖,導(dǎo)致位錯(cuò)密度增大。

      2.2 交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)純鋁顯微硬度的影響

      圖5是有、無(wú)交變磁場(chǎng)退火的多晶純鋁試樣的顯微硬度。由圖可知,隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加,試樣的顯微硬度逐步提高。

      圖5 有、無(wú)交變磁場(chǎng)退火多晶純鋁試樣的顯微硬度Fig.5 Microhardness of pure polycrystalline aluminum annealed with and without alternatingmagnetic field

      在塑性變形過(guò)程中,流變應(yīng)力τ是位錯(cuò)密度平方根的函數(shù)[18]:

      式中:τ0為無(wú)加工硬化時(shí)所需的切應(yīng)力,α為與材料有關(guān)的常數(shù),ρ為位錯(cuò)密度。由式(8)可知,隨著材料位錯(cuò)密度的增加,流變應(yīng)力增加,塑性變形抗力增加,硬度顯著提高。

      3 結(jié)論

      (1)隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加,純鋁試樣內(nèi)位錯(cuò)密度增加。

      (2)在交變磁場(chǎng)作用下,磁壓強(qiáng)和位錯(cuò)芯膨脹效應(yīng)對(duì)位錯(cuò)密度的影響不大。磁致塑性效應(yīng)是位錯(cuò)密度變化的主要原因,該效應(yīng)使位錯(cuò)芯與障礙物之間的相互作用由低能態(tài)的單重態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)的三重態(tài),位錯(cuò)更容易從釘扎處逃逸。因此,交變磁場(chǎng)促進(jìn)了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致位錯(cuò)密度增加。

      (3)在交變磁場(chǎng)作用下,位錯(cuò)密度的增加導(dǎo)致純鋁試樣的顯微硬度顯著提高。

      猜你喜歡
      順磁性多晶磁場(chǎng)強(qiáng)度
      磁性殼聚糖海藻酸納米顆粒的制備和表征
      關(guān)于醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)(MRI)磁場(chǎng)強(qiáng)度建標(biāo)
      一種永磁種子磁化機(jī)的設(shè)計(jì)
      超高商業(yè)大廈內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度的研究與分析
      科技資訊(2017年3期)2017-03-25 08:54:13
      超順磁性氧化鐵納米粒子增強(qiáng)Jurkat T細(xì)胞的活力和增殖能力
      鈣鈦礦型多晶薄膜太陽(yáng)電池(4)
      鈣鈦礦型多晶薄膜太陽(yáng)電池(2)
      淺談對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的認(rèn)識(shí)
      多晶沸石膜的研究進(jìn)展
      一個(gè)含呋喃環(huán)順磁性碳硼烷衍生物的合成及其生成機(jī)理
      漠河县| 聊城市| 济源市| 文安县| 阜宁县| 合水县| 哈巴河县| 固始县| 诏安县| 内乡县| 崇义县| 简阳市| 汝州市| 大城县| 大足县| 巴林右旗| 垣曲县| 仁布县| 平南县| 大丰市| 都江堰市| 保德县| 永平县| 福建省| 民丰县| 扬中市| 宁乡县| 长丰县| 咸阳市| 沈丘县| 鲁甸县| 塔河县| 永胜县| 定襄县| 海林市| 林芝县| 南宁市| 崇文区| 龙口市| 陆良县| 万盛区|