针对金属材料纳米结构的中子/高能X射线小角散射定量研究

Nano structures in metals, including nano precipitates, reinforced nano particles, nano pores and defects, can largely effect the properties of materials. The disadvantage of microscope observation, as current conventional nano structure characterization method, is that the analyses are destructive and the results are insufficient statistic and they are also under influence of the inhomogeneity of samples as well as the process of sample preparation. This project aims to obtain statistic and quantitative information of size distribution, volume fraction, shape, etc. of nano phases in bulk metals samples by using small-angle neutron / high energy X-ray scattering techniques (SANS/SAXS) and thus to understand the nano phase strengthening mechanism in metals. For the samples that have magnetic contrast, under-magnetic-field SANS technique will be developed to give extra information of chemical composition of nano phases. Due to high temporal and spatial resolution, in situ SAXS experiment using synchrotron X-ray under stress and temperature field will be set up in order to study the evolution of nano phases and their influence on the mechanical properties of metals.

对金属中的纳米结构的调控，包括纳米析出相、纳米增强颗粒、纳米孔洞及缺陷等，能够极大地影响金属的材料性能，目前对金属中纳米结构的研究主要依赖电镜显微技术，其结果易受制样过程、样品不匀性等影响，且样本数目较小，不具有统计学意义。本项目拟针对金属中的纳米结构特点，利用中子/高能X射线小角散射技术，通过建模及拟合，实现具有统计意义的定量无损检测，获得块体金属样品中纳米相尺寸、分布、形状、含量等定量信息，以理解纳米相对金属材料的强化机制。针对具有磁衬度的金属材料，开发加载磁场的中子小角散射实验技术，可进一步获得纳米相的成分信息；利用同步辐射高能X射线小角散射技术的高时间、空间分辨率，搭建应力、温度原位实验装置，可研究纳米相在加载应力、加温等条件下的动态演化过程，对理解金属纳米相演化机制、微观结构对宏观材料性能的影响意义重大。

对金属中的纳米结构的调控，包括纳米析出相、纳米增强颗粒、纳米孔洞及缺陷等，能够极大地影响金属的材料性能，目前对金属中纳米结构的研究主要依赖电镜显微技术，其结果易受制样过程、样品不匀性等影响，且样本数目较小，不具有统计学意义。本项目针对金属中的纳米结构特点，利用中子/高能X射线小角散射技术，开发优化了小角散射多参量智能拟合技术，实现具有统计意义的定量无损检测，获得块体金属样品中纳米相尺寸、分布、形状、含量等定量信息，以理解纳米相对金属材料的强化机制。针对具有磁衬度的金属材料，开发加载磁场的中子小角散射实验技术，可进一步获得纳米相的成分信息；利用同步辐射高能X射线小角散射技术的高时间、空间分辨率，搭建应力、温度原位实验装置，为包含成分与结构的精细表征的重大科学课题提供高效、先进的实验平台，可研究纳米相在加载应力、加温等条件下的动态演化过程，对理解金属纳米相演化机制、微观结构对宏观材料性能的影响意义重大。