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原位金属基复合材料的反应生成机制和界面重构机理
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2016
  • 中图分类:
    TB331, TB301
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于材料学中金属基复合材料基础研究成果。针对原位金属基复合材料合成与制备中原位生成相尺寸大小、在合金基体内部或表面的分布不可控及界面微结构不易调控等问题,通过建立增强体原位反应的材料热力学和动力学模型,利用微弧放电诱发原位反应形核生成增强相、非晶纳米晶复合材料孕育剂变质细化金属基体晶粒,利用原位自生纳米陶瓷颗粒及碳纳米管的高表面能效应来调控复合材料中增强体及钉扎相的尺寸、分布及复合材料界面微结构、实现了结构复合材料与功能复合材料的界面重构与优化,形成了高性能原位金属基复合材料的反应生成机制和界面重构机理的基础研究成果。主要研究内容如下:通过建立增强体原位反应的材料热力学和动力学模型,完成了拟原位生成增强相的热力学和动力学计算与成分设计,阐明了不同工艺条件下自生增强相的原位反应形核机制、受基体原子扩散控制和伴有增强相/基体相界面重构的增强相生长机理,从而揭示了高性能原位金属基复合材料的反应生成机制。用原位自生和界面重构理论解决了复合材料整体及表面的力学性能和功能特性难以控制的问题,阐明了金属表面原位自生功能陶瓷层的生成机制、界面重构与可控生物降解与抑菌功能特性之间关系与规律。首次使用高速甩带快凝技术制备出了非晶纳米晶复合材料孕育剂,并成功用于细化Al、Ti、Cu等基体合金晶粒,揭示了非晶纳米晶复合材料孕育剂条带中的纳米颗粒的高表面能效应对增强体的尺寸与分布的调控机制,阐明了非晶纳米晶复合材料孕育剂对Al、Ti、Cu等基体合金的变质细化机理和界面重构与优化机制。利用高分辨透射电镜分析结果,阐明了双相纳米磁性复合材料中碳纳米管等纳米增强相与基体合金相界面相互作用、界面重构机理和界面微结构优化调控机制,为双相纳米永磁复合材料的界面微结构优化和磁功能特性的提高提供了可靠的理论支撑。 该项目依托国家自然科学基金、国家教育部博士点基金项目、天津市科技支撑重点项目和河北省自然科学基金的资助。8篇代表性论文发表在2005至2013年之间,SCI影响因子之和为26.305,这8篇论文均为汤森路透JCR分区一区论文,有1篇发表在JCR分区复合材料小类排名第一期刊Comp. Sci. Technol.上,有5篇发表在工程类“Top”期刊Acta Mater.、Mat. lett.和J. Alloy Comp.上。8篇代表作被SCI他引172次,单篇SCI他引最高为66次,总被他引次数271次,单篇总被他引数最高为86次。项目的20篇论文被SCI他引240次,总被他引次数367次。基于项目成果,课题组提出了力学性能优异且与基体合金熔体密度近似原位增强相的热力学和动力学计算方法,进而揭示了高性能原位金属基复合材料的反应生成机制;提出了用纳米颗粒的高表面能效应调控增强体的尺寸与分布、实现了复合材料的界面重构与优化,并同时在结构复合材料和功能复合材料两个领域阐明了原位金属基复合材料的反应生成机制和界面重构机理。项目成果受到国内外同行的好评。这些工作的深入和拓展,将对具有结构功能一体化的高性能原位金属基复合材料的基础研究产生重要影响。
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