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粒子植入与超前塑性变形:钛-锆二元纳米机械合金化的基本模式

王树林;杜妍辰;徐波;李生娟

  我们首次成功地在室温下大批量地制备了晶粒尺度为7.6nm的纯粹的二元钛-锆纳米合金,合金的生成经历了塑性变形、颗粒细化、粒子植入、原子扩散和渗透等阶段,其中钛的超前塑性变形为锆粒子的植入、扩散和渗透提供了良好的反应基体和充分条件,没有钛预先足够的塑性变形,就不可能有任何新的产物生成。另一方面,锆粒子向钛基体植入为合金的生成提供了必要条件,但是,如果锆晶粒没有足够的细化,就不会有锆粒子植入钛基体中。钛晶粒的尺度变化表现出某种周期性,而且锆粒子越细,钛晶粒的尺度变化周期越短。因此,钛晶粒的细化主要归功于两种因素,一是由于锆粒子的植入和扩散,促使钛加工硬化。二是钛自身的塑性变形会导致晶粒旋转和湍流,这种旋转将释放晶界应力,并加速锆原子的扩散和渗透,从而缩短了钛晶粒的细化周期。与众不同的是,合金的晶格畸变度随着晶粒度的下降而下降,表明合金趋于稳定。本文的机械合金化模式为硬(弹)性材料与软(塑)性材料的化合提供了一条新途径。……