Al系十次准晶与金属Cu间界面的结构和性能研究

准晶涂层材料能提高金属表面的抗氧化和热稳定性能，从而准晶材料与金属部件间的界面结构与性能之间的关系倍受关注。本项目结合利用扫描透射高角环形暗场电子显微术和高分辨电子显微术，对Al基不同结构变体十次准晶与金属Cu间界面的结构特征和物理性能进行研究。基于长程有序而无平移序十次准晶的原子团簇模型，拟构建十次准晶与金属Cu间界面的结构模型，并分析界面处可能存在的相位子缺陷对界面结构和性能的影响，从而直接揭示Al-Ni-Co十次准晶的bNi、bCo、 S1、Type I和Type II等变体结构与金属Cu间界面的结构特征及形成机制，为研究和开发各种金属表面制备准晶涂层材料提供理论依据和应用基础。

本项目主要针对两种变体结构的Al-Co-Ni十次准晶与金属Cu间的界面行为进行了研究。首先采用粉末冶金法制备了准晶颗粒增强铜基合金的复合材料，然后主要结合扫描电镜和透射电镜等实验手段分析了Al基准晶与金属Cu间界面的组织形态特征、界面的形成规律及富Ni和富Co态十次准晶与金属Cu之间扩散行为。研究发现界面的形成过程及界面处的扩散行为复杂，准晶与金属Cu间界面存在高温扩散现象，在550oC和700oC均存在垂直准晶周期轴的扩散通道，扩散行为与准晶颗粒的大小，预烧结试样中颗粒与基体结合的情况有关。通过分析比较不同保温时间下准晶颗粒与金属Cu之间扩散行为，认为Cu原子扩散进入准晶颗粒有两种方向，一是沿着准晶晶粒的晶界，二是垂直准晶周期轴方向扩散进入其晶粒内部。通过透射电镜及能谱分析发现，Cu扩散进入准晶颗粒内部，准晶颗粒发生分解，转变为过度片状Al(Co，Ni)x相。Al原子过饱和固溶至Cu基体中，冷却析出弥散的Al-Cu相，同时能谱分析得到的Al-Co相可能是分解的产物。其次，项目采用电弧熔炼法制备试样，探讨了从熔融态冷却到室温过程中以高熔点晶体近似相从基体优先析出并以枝晶态的形式逐步扩展，最终生成稳定的结构相的规律。探讨了由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的多孔准晶颗粒的形成规律。根据测定的力学性能，还探讨了硬质的准晶颗粒与基体结合的情况以及颗粒如何起到阻碍位错滑移的作用。项目执行过程中，项目成员参加全国学术会议3人次，培养研究生2名，公开发表论文4篇。