材料中周期层片结构的热力学与动力学研究

周期层片结构是一种令人惊奇的界面反应，但学术界仍然缺乏令人满意的理论描述，其应用价值也鲜有讨论。本项目实验测定相关体系的相平衡，并采用Calphad技术对体系进行优化评估，获得各相的Gibbs自由能。同时，测试和评估元素在组成周期层片结构的各相中的扩散系数。进行周期层片结构扩散实验，测量不同扩散时间和温度条件下获得的周期层片结构反应层和双相层厚度，分析其显微组织，并结合电子探针的界面成分测试结果，探索双相层形核规律。研究基体晶粒大小和取向对周期层片型结构形核和长大的影响规律。利用获得的体系热力学和动力学参数，结合相关实验数据对周期层片结构的形核和生长过程进行分析，利用成熟的动力学软件Dictra对周期层片结构组织进行动力学模拟，弄清周期层片型结构的形成机理。这些工作不仅可以丰富扩散偶界面反应理论，对材料连接、复合材料和材料表面镀层开发也具有重要的参考作用。

周期层片结构自从被发现以来，引起了学术界的广泛关注，但仍缺乏令人满意的理论描述。本项目实验测定相关体系的相平衡，并探索了可能出现周期层片结构的合金体系。实验制备(Ti,Cu)/Zn、Ni3Si/Zn、(Fe,Cr)/Zn、(Ti,Si)/Sn、Co2Si/Al、Co3Si/Zn、Ni2Si/Zn、Ni3Si/Al、Ni3Si/Sn、Co3W/Al扩散偶，测量不同退火时间和温度条件下周期层片结构反应层和双相层厚度，研究周期层片结构的演变规律；结合热力学和动力学分析，提出了周期层片结构形成机理。Co2Si/Zn和Fe3Si/Zn体系中，周期型层片结构呈各向异性生长，结合SEM-EDS-EBSD技术，分析了基体合金晶粒取向对周期层片结构形成的影响。研究中完成了TiCu/Zn、Co2Si/Zn这两种含有周期层片结构的材料制备。这些工作丰富了扩散偶界面反应理论，同时对新材料的开发也有重要的参考价值。