区分微结构参数对纳米晶固溶体强化作用的实验研究

The strengthening mechanism of nanocrystalline solid solution attracted much attention of the scientific community and many theoretical progress was made in recent years. However, because of the complexity that the microstructural parameters change with the composition, it is very difficult to distinguish the role of different structural parameters in experimental research, also difficult to verify and modify the results of theoretical research with the experimental ones, which hinder the in-depth research of the strengthening mechanism of nanocrystalline solid solution.. This project intends to use “two-dimensional structure nanomultilayer” experimental simulation method to " isolate" the three main components of the micro-structural parameters (grain size, composition and width of grain boundary). Their role in strengthening were revealed by changing one single parameter. Further through the comparison of two-dimensional structure and three-dimensional structure, the universal rules of the relative weights and their trends in strengthening are abtained. This provids supports experimentally to the research of the strengthening mechanism of nanocrystalline solid solution materials.

纳米晶固溶体强化机制的研究是近年来的研究热点并已在理论研究上取得许多进展。然而，由于各微结构参数均随成分的变化而同时改变，这一复杂性使得在实验研究中难以区分它们各自在强化中的作用，因而理论研究的结果也难以得到验证和修正，成为这类材料强化机制研究进一步深入的重要障碍。. 项目拟采用二维结构纳米多层膜的实验模拟方法，在纳米晶固溶体中分别“孤立”出纳米晶尺寸，晶界的成分和宽度三个主要微结构参数，通过单个参数的改变，揭示它们在强化中的作用；进一步通过这些参数在二维结构和三维结构纳米晶薄膜中强化作用的对比、分析和修正，获得这三个主要微结构参数在纳米晶固溶体薄膜强化中的作用、相对权重及其变化趋势的普遍性规律，为这类材料强化机制的研究提供实验上的支撑。

作为一种重要的表面材料，采用气相沉积等高非平衡方法获得的纳米晶超过饱和固溶体薄膜因其显著的晶粒纳米化和力学性能提高效果并具有很高的稳定性，逐渐展示出广阔的应用前景和研究价值。对其强化机制的研究是近年来的研究热点并已在理论研究上取得许多进展。然而，这类材料中各微结构参数均随成分的变化而同时改变的复杂性使得从实验上区分它们各自在强化中的作用非常困难，实验研究的匮乏使得理论研究的结果难以得到验证和修正，成为这类材料强化机制研究进一步深入的重要障碍。.项目研究了不同超过饱和固溶薄膜的结构特征和强化效果以及各微结构因素在强化中的作用，主要成果体现在：.1.揭示了具有置换固溶特征的Al-Ti和具有间隙固溶特征的Al-B合金薄膜的微结构特征和演化规律；.2.采用高溶质含量非晶层分隔低溶质含量晶体层的二维结构多层膜实验模拟方法，揭示了晶粒尺寸、晶内溶质含量以及晶界的成分和宽度四个主要的微结构因素在纳米晶合金强化中的作用、相对权重和变化规律；.3.结合与三维结构纳米晶薄膜的对比，获得基于各微结构因素作用规律的纳米晶合金薄膜强化机制和强度增量计算公式,为纳米晶固溶体材料强化机制的研究提供了实验上的支撑。.这些研究成果在超过饱和固溶薄膜材料体系拓展，微结构特征揭示和主要微结构因素强化作用的揭示等方面取得了新进展。.项目发表（含已接受）论文13篇，其中SCI收录10篇。