导读:本文包含了微观结构机理论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:磁记录薄膜,巨磁电阻,垂直磁记录,微观结构
微观结构机理论文文献综述
彭晓文[1]（2019）在《磁记录薄膜材料微观结构与织构演变机理的研究》一文中研究指出随着信息存储的爆炸式增长,磁记录逐渐向高密度/超高密度记录方向发展。为了提高磁记录存储密度可以从两个方面进行改进和提高:一方面是,巨磁电阻(GMR)读出磁头,即巨磁电阻薄膜应满足在室温下具有较大的磁电阻、磁场灵敏度高、饱和磁场低和热稳定性高等条件;另一方面是记录介质,即具有高磁晶各向异性的硬磁薄膜,如L10-FePt薄膜应满足晶粒尺寸小、具有{001}择尤取向和较低的有序化转变温度等条件。由于薄膜制备方法的多样性以及不同的制备工艺参数、缓冲层材料等均对薄膜生长模式、微观结构和织构演变机理的影响较大。薄膜中粗糙度、层间结构的改变均会引起GMR薄膜层间耦合现象和自旋相关散射的变化,而织构的演变会造成薄膜材料中各类性能的各向异性,进而影响GMR效应。在L10-FePt薄膜中,降低薄膜的有序化温度、提高{001}择尤织构的占有率并有效的控制晶粒尺寸也是一直以来的研究热点和难点。此外,为了研究多层膜生长机制,对单层膜的生长机制研究是必要的。因此,本文对缓冲层、溅射沉积功率、薄膜厚度和退火温度等变化对Cu薄膜、Cu/Co多层膜及FePt薄膜微观结构和织构演变的影响进行了研究,获得的主要结论包括以下几个方面:首先,研究了缓冲层对Cu薄膜微观结构和织构的影响。通过对比无缓冲层的SiO2/Cu薄膜和分别引入金属缓冲层Fe、Ti和Ta及高熵合金缓冲层TiVCrZrHf的五组Cu薄膜,研究发现无缓冲层的SiO2/Cu薄膜中的平均晶粒尺寸较大,具有大量孪晶,表面较为粗糙,且薄膜的织构呈现为随机取向。引入金属缓冲层Fe、Ti和Ta及高熵合金缓冲层TiVCrZrHf后,平衡了Cu薄膜与基底Si02之间较大的表面能差异,使薄膜界面间的润湿性显着提高,沉积时的形核率大幅度提高,平均晶粒尺寸减小,且孪晶数量减少,表面能最低的{111}取向晶粒具有择尤长大优势,Cu薄膜的织构呈现为强{111}纤维织构。其中,引入的高熵合金缓冲层TiVCrZrHf为非晶态结构,不提供晶界等快速扩散通道,在较高温度时仍能保持优异的扩散阻挡作用,具有良好的热稳定性。其次,以Fe/Cu薄膜为例,研究了溅射功率和薄膜厚度的变化对Cu薄膜微观结构和织构演变的影响。溅射功率为100W时,薄膜的织构呈现为强{111}纤维织构,平均晶粒尺寸为1.6 μm。溅射功率为200 W时,孪晶的数量急剧增加,薄膜的织构呈现为随机取向,平均晶粒尺寸为1.2 μm。当溅射功率为300 W时,弹性应变能最低的{100}取向晶粒择尤生长,平均晶粒尺寸为0.7 μm。进一步提高薄膜的沉积厚度,Fe50 nm/Cu1000 nm薄膜中的应变状态发生改变,Cu薄膜中的织构由{100}纤维织构演变为{110}纤维织构,平均晶粒尺寸为1.1 μm。随着溅射功率的不断提高,薄膜的沉积速率大幅增加,使得成核密度随之增大,平均晶粒尺寸不断减小。当进一步增加薄膜的沉积厚度时,基底材料的温度也不断升高,薄膜中的晶粒在沉积状态时已随着基底材料温度的上升开始长大。另外,讨论并计算了薄膜材料中各个晶面的表面能、弹性应变能和塑性应变能对薄膜在晶粒长大过程中微观结构变化和织构演变的影响。根据第一性原理构建周期性边界的超晶胞模型模拟表面,计算材料各表面的表面能。结果表明,Cu、Fe、Ta和Ti表面能最低的晶面分别为Es-Cu{111}=1.269 J/m2、ES-Fe{110}=2.561 J/m2、Es-Ta{110}=2.601 J/m2和Es--Ti{100}=1.322 J/m2。当Cu薄膜在弹性应变状态下时,几种典型的低指数晶面{111}、{110}和{100}的弹性应变能系数M分别为261.0、233.0和114.8。因此,在弹性应变状态下,弹性应变能系数最小的{100}取向晶粒将发生择尤长大。当薄膜中的应变状态发生改变时,取向晶粒的择尤长大取决于其平均取向因子μhkl。{100}、{110}和{111}取向晶粒的平均取向因子分别为0.408、0.408和0.272,但其等效滑移系数量不同,分别为8、4和6。如果只考虑取向因子的影响而忽略弹性各向异性的影响,{110}取向晶粒的取向因子平均值较大,且等效滑移系数量较少,不易发生交互作用,具有择尤长大优势。最后,研究了缓冲层Ta和Ti的引入对Cu-Co系巨磁电阻多层膜微观结构和织构演变的影响,以及溅射沉积功率和Cu插层薄膜的引入对L10-FePt薄膜有序无序转变及{001}纤维织构形成的影响。结果表明,无缓冲层的GMR薄膜中基底SiO2与Cu-Co系多层膜的润湿性较差,不易形成强织构,缓冲层Ta和Ti可有效的提高Cu-Co系多层膜与基底材料间的润湿性,降低薄膜表/界面的粗糙度,并形成较强的{111}纤维织构,且薄膜粗糙度减小,使界面间自旋电子相关散射减弱,多层膜GMR效应显着提高。溅射功率为25 W时,FePt薄膜在400℃退火时即发生了有序化转变,而随着溅射沉积功率的提高,薄膜中有序化转变温度提高。当引入插层材料Cu薄膜时,L1o-FePt薄膜有序化程度显着提高,并形成了较强的{001}纤维织构,薄膜表面粗糙度降低。(本文来源于《北京科技大学》期刊2019-05-06）
姜岳峰[2]（2019）在《微观结构对高强钢氢脆敏感性的影响及机理》一文中研究指出高强钢在含氢环境的服役过程中极易发生氢脆,表现为毫无预兆的突然失效断裂,氢致裂纹特征一般呈沿晶或者准解理开裂。通过观察断口形貌能够揭示氢致开裂过程中的裂纹萌生处及扩展路径上的微观组织。高强钢根据强化方式的不同具有多种微观特征,氢致开裂的过程反应了微观结构与氢的相互作用,其本质是氢对微观结构中的薄弱环节进行破坏并诱发裂纹形成。因此,研究高强钢中导致氢致开裂的关键微观组织有助于揭示钢材发生氢脆的失效机制。本论文以不同强度级别的高强钢为主要研究对象。采用微观结构观察、物相分析和叁维原子探针元素分析等方法观察了高强钢微观结构并分析了关键位置的氢分布。结合了氢渗透、氢的热脱附测试和氢含量测量叁种测试手段分析了高强钢中的氢陷阱位置、氢的扩散系数和导致氢致开裂的临界氢浓度。采用预充氢和动态充氢拉伸的方法评估了高强钢的氢脆敏感性并观察了断口形貌。结果表明,AISI 4140钢调质处理后组织为回火索氏体。采用扫描电镜观察并用统计软件计算得出,析出碳化物平均直径为200 nm,约占视场总面积20.2%。晶内和晶界上均发现碳化物析出。叁维原子探针结果表明,碳化物为M23C6或M3C型碳化物(M可能为Cr、Mn、Mo或者Fe)。碳化物在晶内析出时,碳化物/基体界面处没有发现明显的氢偏聚,平均氢浓度为2.3 at.%,略高于基体平均氢浓度;然而当碳化物在晶界上析出时,氢偏聚主要发生在碳化物/铁素体界面上,峰值浓度为3.5(左侧)和5.9(右侧)at.%,这两个峰值都要明显高于基体内的平均氢浓度1.8 at.%,说明晶界析出碳化物起到主要的氢陷阱作用。动态充氢拉伸结果表明,AISI 4140钢的氢脆敏感性高达58.1%,断口表现出沿晶和准解理混合开裂特征。因此,晶界上碳化物与基体界面上的氢偏聚是导致沿晶开裂的主要原因。直接观察到的氢偏聚证实了碳化物界面的氢陷阱作用,为更好的理解氢脆机制作出了贡献。AISI 4140钢供货态组织为铁素体和珠光体。直到现在,铁素体/珠光体钢发生氢致开裂的真实原因还没有完全清楚。对断口特征位置下方的微观组织进行观察能够揭示氢致裂纹的萌生和扩展过程。观察结果表明,珠光体相界、铁素体/珠光体相界和毗邻的铁素体基体是氢致裂纹萌生和扩展位置。随着应力强度因子的增大,断裂模式由沿晶和准解理混合特征转变为完全的准解理开裂特征(裂纹扩展路径变为仅沿着铁素体基体扩展)。由于铁素体/渗碳体界面为低能界面,因此没有发现该界面发生开裂。PHS1800钢作为薄板热冲压马氏体钢,强度高达2 GPa,微观组织主要为马氏体。动态充氢拉伸评估结果表明试样在弹性阶段发生了氢致断裂,最高抗拉强度为740 MPa,断口为沿晶开裂特征。二维原子探针结果表明,前奥氏体晶界上峰值浓度0 82 at.%的碳偏聚是导致氢浓度过高从而发生沿晶开裂的主要原因。18Ni 300钢作为马氏体时效钢,峰时效处理后强度接近2 GPa。扫描电镜结果表明其基体为马氏体,晶内弥散析出大量金属间化合物。叁维原子探针结果表明,析出的金属间化合物为Ni3Mo、N13A1和Ni3Ti组成的机械混合物,析出相与基体保持共格关系。同时还发现前奥氏体晶界上同样存在峰值浓度为0.09 at.%的碳偏聚和峰值浓度为4 3 at.%的氢偏聚。临界预充氢拉伸评估结果表明试样在弹性阶段发生断裂,断口为沿晶开裂特征。这说明晶内的析出相不是氢陷阱,前奥氏体晶界上的碳偏聚同样是导致晶界上氢浓度过高最终发生沿晶开裂的原因。为了提高高强钢的抗氢脆能力,分别采用强流离子束表面辐照,表面机械滚动研磨两种表面处理技术对PHS 1800和18Ni 300这两种超高强钢进行表面处理。PHS 1800钢辐照后,由于辐照处理对表面的快速熔化凝固特性,在熔化区内形成了具有孪晶结构的高碳马氏体。高碳马氏体的形成一方面吸收了前奥氏体晶界上游离的碳,使其浓度降低到了0.45 at.%。另一方面由于固溶了过饱和的碳(高达15 at.%)起到了强氢陷阱作用,抑制了氢在晶界上富集。辐照后,动态充氢拉伸评估结果表明辐照样品断裂前最高抗拉强度高达1300 MPa,远高于未辐照样品。断口观察表明在辐照层内断口显示为准解理开裂特征。这说明辐照处理一定程度上抑制了沿晶开裂的发生。18Ni 300钢在表面纳米化处理后,晶粒呈梯度纳米分布,中间层晶粒尺寸由10 μm细化为1 μm。晶粒细化后,晶界上的碳浓度被稀释,从而削弱了晶界上碳加速氢偏聚的作用。去应力退火后,过时效处理促使析出相长大,相界面与基体不再保持共格关系,而是变为半共格或非共格关系,从而起到氢陷阱的作用能够捕获氢。临界预充氢拉伸评估结果表明,处理后,断口呈完全的准解理特征,不再发生沿晶开裂,抗氢脆能力得到提升。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01）
许擎栋,李克俭,蔡志鹏,吴瑶[3]（2019）在《脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响及其机理探究》一文中研究指出研究了脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响规律,发现经磁感应强度为2 T、脉冲频率为5 Hz、脉冲次数为100次的脉冲磁场处理后,TC4钛合金的位错密度及晶界角度会发生显着变化。XRD测试结果显示,经脉冲磁场处理后TC4钛合金的位错密度提高约10.9%。采用EBSD测试得到TC4钛合金微区的KAM分布,发现经脉冲磁场作用后,TC4钛合金的位错密度发生显着变化,具体表现为:晶内位错分布更加均匀,局部高位错密度区消失;晶界附近的位错分布发生变化,同时晶界角度发生改变,小角度晶界减少而重位点阵(CSL)晶界(Σ11)增多。讨论了脉冲磁场对TC4钛合金微观组织影响的可能原因:脉冲磁场引起位错钉扎处的电子能态发生转变,使钉扎处空位或杂质原子易于移动。位错在材料内应力场提供的弹性能作用下更易脱钉扎,从而使得位错分布发生变化,材料微观组织发生改变。(本文来源于《金属学报》期刊2019年04期）
王大朋[4]（2019）在《退火态Zr基非晶合金微观结构及变形机理的研究》一文中研究指出探索非晶合金是开发新型合金的一个重要研究方向。因必须快速冷却的制备条件,该类材料处于亚稳态且具有热力学非平衡特征。非晶合金是金属材料,但同时有玻璃态结构特征,具有独特的物理化学和力学性能,在众多行业中有广泛的应用前景。但非晶合金在变形过程的微观机制仍未完全澄清,制约了其力学性能的改善。本工作中,选用Zr_2Cu非晶合金作为研究对象,通过同步辐射实验和分子动力学模拟方法研究在玻璃转变温度以下的退火处理对非晶合金微观结构以及力学性能的影响。基于同步辐射技术得到的退火态Zr_2Cu非晶合金原子结构变化,运用分子动力学模拟建立Zr_2Cu非晶合金结构模型,在玻璃转变温度以下对其进行退火模拟。对制备态模型和退火态模型结构分析发现,退火态模型结构自由体积减少且原子堆积更为致密。在一定退火时间内,自由体积含量的变化与退火温度之间成线性关系,该线性关系的斜率受退火时间的影响。为了进一步探究退火处理对Zr_2Cu非晶合金力学性能的影响,对制备态及退火态模型做了拉伸变形。经过分析研究发现,在退火处理过程中,随着局部原子结构重排,自由体积会发生重分布,从而影响剪切带的扩展,退火态的Zr_2Cu非晶合金屈服强度随着退火温度的升高而增加。在变形过程中,自由体积随应变的变化呈现规律性,在弹性阶段,自由体积的含量随着应变的增加线性增加,塑性阶段,自由体积含量增长速度减缓并且趋于收敛,不同温度下退火处理的模型自由体积含量最终收敛于同一区域,即退火处理对非晶合金在变形过程中的准静流阶段的自由体积无明显影响。(本文来源于《南京航空航天大学》期刊2019-03-01）
汤俊峰[5]（2019）在《党内政治生态:影响因子、微观结构与运行机理》一文中研究指出加强政党政治生态治理是人类社会进入政党政治时代需要面对的重要课题,党的十九大报告进一步强调"全面净化党内政治生态"。文章分析党内政治生态的价值、使命、制度等10个影响因子,解析党内政治生态的信仰维持、组织生活、职务晋升等8个微生态结构,探讨党内政治生态的先锋理想的动力激发、党内生活的政治塑造等7大运行机制,旨在为建立党内政治生态更加有效的净化治理体系提供理论支撑和分析框架。(本文来源于《理论导刊》期刊2019年01期）
魏忠,张新胜,宋姗,吴跃辉,贾亚琼[6]（2018）在《喷射混凝土应用、性能优化、微观结构以及作用机理研究进展》一文中研究指出喷射混凝土在我国基础设施建设和城市建设工程中起到越来越重要的作用。本文主要对喷射混凝土力学性能、新型速凝剂的开发应用及作用机理等方面的研究进展情况进行综合梳理,并且介绍了其在施工时需注意的问题及采取的对策措施。(本文来源于《商品混凝土》期刊2018年11期）
汪泽星[7]（2018）在《多聚磷酸改性温拌沥青的微观结构和反应机理的研究》一文中研究指出采用荧光显微镜、红外光谱仪和热分析方法,定性定量分析Sasobit温拌剂及多聚磷酸(PPA)改性剂的掺入对基质沥青微观结构、化学组成、官能团和分子结构的影响,从微观层面上对温拌沥青和改性温拌沥青的性能变化作了解释。(本文来源于《市政技术》期刊2018年04期）
赵国升[8]（2018）在《钒酸铋材料的微观结构调控、形成机理及颜色性质与光催化活性研究》一文中研究指出半导体材料具有光、电、磁和催化等性质而广泛地应用于能源、环境、医疗和功能材料等诸多领域。由于材料的上述宏观性质与微观结构密切相关,因此,深度理解材料微观结构与宏观性质之间的构效关系为改善半导体材料的性能提供了理论基础。另外,材料的微观结构往往取决于合成方法及工艺参数,因此,明确半导体材料微观结构的调控机制为开发制备性能优异的半导体材料的新技术提供了理论依据。钒酸铋(BiVO_4)半导体材料不仅具有导电性、铁弹性、颜色和可见光催化活性等性质,而且还具有环境友好、廉价易得、稳定性高、性能优良等优点,是一种极具应用潜力的半导体材料。目前,有关其作为颜料和光催化材料的应用研究已得到人们的极大关注。如研究人员已经成功将其开发成为一种代替铅铬黄颜料的环保型黄色颜料184黄,该颜料适用于食品、玩具、油墨、塑料、橡胶、车面漆等对颜料性能要求高的领域。另外,单斜相BiVO_4(mBiVO_4)具有带隙窄、可见光催化活性和稳定性高等优点,已成为半导体光催化技术应用领域的热门材料之一。然而,不论作为颜料还是光催化材料,改善其自身性质势必会促进该材料进一步应用推广。本文以改善BiVO_4材料的颜色性质及光催化活性为目的,采用甘油/水混合溶剂热方法来优化BiVO_4材料的微观结构,通过控制溶剂组分比例、前驱体溶液的pH值、结构导向剂等工艺参数来调控晶面、形貌和纳米结构等微观结构性质。一方面考察材料微观结构对其颜色性质的影响规律,揭示结构性质与颜色性质之间的构效关系。另一方面重点考察材料对光降解典型模拟有机污染物的催化活性,筛选出性能优良的光催化材料,重点研究典型材料的形成机理,揭示材料微观结构的调控机制;重点研究材料微观结构对光催化活性的影响规律,揭示结构性质与光催化活性之间的构效关系。该研究结果为相关材料的设计和开发及其在颜料和光催化材料等领域中的应用提供科学依据。本论文具体的研究内容如下:采用甘油/水混合溶剂热方法调控了环境友好型mBiVO_4材料的颜色性质与结构性质。通过数码照片、CIELab色彩空间、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、气体吸附、X-射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)及高分辨透射电镜(HRTEM)等技术手段系统地研究了BiVO_4样品的颜色性质、光学性质及形貌、化学组成、颗粒尺寸、物相和暴露晶面等结构性质。结果表明,与传统的mBiVO_4材料相比,控制本方法中前驱体溶液的pH值不仅能够调控mBiVO_4材料的颜色由黄色转变为黄绿色,而且能够调控材料的暴露晶面及其比例、形貌和纳米结构等结构性质。其中,黄绿色mBiVO_4颜料可以在前驱体溶液pH值为3至5的范围内制得。通过研究前驱体溶液pH值与材料颜色性质和结构性质之间的相互关系,发现材料的颜色性质主要取决于其{010}晶面的优先暴露和规整的片状形貌。采用甘油/水混合溶剂热方法合成了具有不同形貌的沿{010}晶面优先生长的层级结构BiVO_4材料。重点研究甘油水溶液的体积分数对所得产物物相、{010}晶面生长程度、形貌和光催化活性的影响。结果表明,控制甘油水溶液体积分数能够影响反应物的种类及浓度,这不仅会影响BiVO_4晶体沿{010}晶面优先生长的程度,而且也会影响构筑单元BiVO_4纳米晶自组装的方式,进而导致材料形貌的多样化,如球形、椭球形、橄榄形、羽状复叶、叶状、片状、条状和四叶报春花形等。根据XRD和SEM分析结果,提出了产物的形成机理,即:产物的形成过程包括沉淀反应、溶解-重结晶、Ostwald熟化和自组装过程。重点考察了材料在模拟太阳光下降解亚甲基蓝溶液的光催化活性,在这一系列具有不同微观结构的BiVO_4材料中,四叶报春花形mBiVO_4材料具有最大的一级动力学反应速率常数,其增强的光催化活性主要归因于四叶报春花形特殊形貌和优先生长的{010}晶面的协同作用促进了光生电荷的分离。采用乙二胺四乙酸二钠(EDTA)辅助的甘油/水混合溶剂热方法可控合成了优先暴露{010}晶面的手里剑形纳米结构mBiVO_4材料。XRD、SEM、TEM等表征结果表明,控制EDTA的投加量会调控{010}晶面的暴露比例、形貌和纳米结构等结构性质。在EDTA的投加量分别为0.4 mmol和0.5 mmol时,相应的产物分别为优先暴露{010}晶面的手里剑形纳米结构mBiVO_4晶体和优先暴露{010}晶面的二维片状mBiVO_4单晶体。通过一系列的验证性实验证实了铋源离子和钒源离子中的某些形态与甘油分子和EDTA之间的配位反应,基于上述实验结果和前期的研究结果,提出了产物的形成机理,即:mBiVO_4单晶体符合传统的晶体生长机理;而纳米结构mBiVO_4晶体遵循非经典的晶体形成机理,该机理主要包括以下过程:(1)、构筑单元的形成。反应离子进行沉淀反应生成的非晶态BiVO_4纳米颗粒经过晶化后得到mBiVO_4纳米晶,在这个过程中不仅包括相转变过程(即由动力学控制的四方硅酸锆相BiVO_4纳米晶转变为mBiVO_4纳米晶),同时还包括甘油分子和EDTA与mBiVO_4纳米晶某些晶面的吸附作用而导致的晶体各向异性生长过程,随后mBiVO_4纳米晶生长熟化为构筑单元;(2)、构筑单元经定向搭接形成纳米结构mBiVO_4晶体。作为构筑单元的mBiVO_4纳米晶为了降低自身的表面能而彼此聚集,在聚集过程中,构筑单元表面吸附的甘油分子和EDTA分别通过彼此之间的相互作用力(例如氢键和库仑作用力等)主导了构筑单元的搭接方式,最终决定了产物的形貌和外露晶面及其比例。光催化活性测试结果表明,在这一系列具有不同微观结构的mBiVO_4材料中,优先暴露{010}晶面的手里剑形纳米结构mBiVO_4材料具有最大的一级动力学反应速率常数,并且其值是上述四叶报春花形一级动力学反应速率常数的1.13倍。分子荧光光谱结果表明,其增强的光催化活性主要归因于优先暴露的{010}晶面和手里剑形貌的协同作用促进了光生电荷的分离。(本文来源于《辽宁大学》期刊2018-06-01）
刘敏[9]（2018）在《C110油套管微观结构和硫化物应力开裂机理研究》一文中研究指出油套管是一种对油气井井壁起支撑作用的石油专用管材,以保证钻井作业的顺利进行和完井后油气井的正常运行。由于油气井内往往存在较高的温度和压强,并含有H_2S等多种腐蚀介质。随着深井和超深井油气田的勘探和开发,石油工业对油套管的强度和抗腐蚀性能均提出了更高的要求。油套管在含湿H_2S等腐蚀环境的油气井中服役时,不仅会发生电化学腐蚀,导致腐蚀减薄、点蚀穿孔等常见的腐蚀破坏;还可能引发各种氢损伤失效事故。氢损伤是由于电化学腐蚀中产生的氢原子扩散到钢中导致的氢脆失效现象,主要包括氢鼓泡、硫化物应力开裂(SSC)、氢致开裂和应力导向氢致开裂等。其中,SSC是材料在应力和湿H_2S环境共同作用下,在远低于屈服强度的情况下发生的一种断裂失效现象。SSC是油套管服役中最常见的失效形式之一,可造成油井报废、财产损失、生态破坏甚至人员伤亡等严重后果。因此,油套管的安全性和可靠性在油气田开采中十分关键,生产兼具高强度和良好抗SSC性能的油套管是保障国家油气资源可持续发展的重要一环。本文选取宝钢生产的多种C110油套管,研究了热处理对轧态油套管微观结构和力学性能的影响。在此基础上,按照NACE TM 0177-2005标准中的A法或D法试验评价有关油套管的抗SSC性能。首先以裂纹为中心,探究了SSC裂纹的生长规律。其次,研究了调质工艺和轧后中断加速冷却对C110油套管抗SSC性能的影响。最后,结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)等表征分析手段以及氢渗透实验,系统研究了微观结构、析出物、晶界和位错等因素对SSC行为的影响,并从氢与钢的相互作用的视角,揭示了SSC的形成机理。实验结果表明:1.经正火、淬火和调质(淬火+回火)处理后的油套管的微观组织分别为铁素体?贝氏体、马氏体和回火马氏体。XRD分析电解萃取得到的析出相发现,正火和调质样品的析出相均主要为渗碳体(M_3C),淬火样品的析出相主要为MC型碳化物。采用能谱半定量分析有关相的成分验证了贝氏体转变是一个非平衡转变过程。同时,采用TEM确认调质样品中还存在孪晶M_3C和M_7C_3型碳化物。力学性能结果表明,经调质处理的油套管具有较好的强韧性,因此调质工艺是生产高性能油套管所适合的热处理方式。2.EBSD分析SSC裂纹附近区域、裂纹分支附近区域、远离裂纹区域和无裂纹区域的晶界特征发现,裂纹附近区域的低角度晶界比例较高,而远离裂纹或无裂纹的区域的高角度晶界的比例较高。分别用中心平均取向差角(KAM)和泰勒因子分布图评价各区域的局部应变(即位错密度)和晶粒形变难易程度发现,裂纹附近区域的位错密度较高,且包含较多难变形的、高泰勒因子的晶粒。油套管开裂后,腐蚀液渗入裂纹中发生的腐蚀反应将促进裂纹继续扩展。3.经不同调质工艺处理的油套管,尽管能得到相似的回火马氏体组织、相同的M_7C_3碳化物和相近的力学性能,但却表现出不同的SSC敏感性。EBSD和NACE-D法实验结果表明,钢中位错密度越低,其抗SSC性能越好。由于位错捕获氢的能力比晶界强,所以位错对SSC行为的影响较显着。与一次调质的油套管相比,经二次调质后,油套管的位错密度继续降低,其抗SSC性能进一步改善。4.晶界、位错和析出物均是氢陷阱,可通过影响氢在钢中的扩散、运输和捕获行为使油套管表现出不同的SSC敏感性。在外部应力的作用下,位错捕获的氢可以随着位错的运动被转移到潜在裂纹区域而诱发SSC裂纹。因此,SSC敏感性主要取决于位错密度,位错密度高的钢含有较多转移氢的“输运者”,可将氢运输到裂纹敏感区,使钢表现出较差的抗SSC性能。5.中断加速冷却(IAC)工艺引入到C110油套管的生产中发现,与轧后正常空冷(NAC)相对比,经IAC工艺处理的油套管能在不降低强度的前提下改善其抗SSC性能。IAC样品经过一次调质可得到与NAC样品经过二次调质相近的低水平位错密度,从而减少氢的“输运者”,为良好的抗SSC性能提供必要的前提。氢渗透实验表明,调质IAC和NAC样品的氢扩散系数相近,但前者的不可逆氢陷阱密度高于后者。这些不可逆氢陷阱主要是析出物,它们分散氢在钢中的分布,并抑制位错的运动,使油套管的抗SSC性能进一步得到提高。(本文来源于《上海大学》期刊2018-06-01）
康嘉元[10]（2018）在《聚合过程微观结构质量指标的机理模型再造及在线预测》一文中研究指出流程工业是我国国民经济的支柱产业,产品质量一直以来是我国流程工业企业的瓶颈问题。以代表流程工业产品质量水平的聚烯烃行业为例,目前国内高端聚烯烃产品工艺基础薄弱、产能不足,严重依赖进口。其根本原因在于缺乏对产品内在质量的深刻认识,而分子层面上的结构关系在本质上决定了产品的质量差异。产品微观结构质量指标导向的在线预测与监控,对于实现精确有效的产品质量控制、迈向高端产品链具有极其重要的意义。描述分子结构产品质量的过程机理模型化是解决问题的关键,然而,涉及产品微观结构和性能的过程模型通常结构复杂、规模庞大、求解困难。如何对反映过程本质特性和产品微观结构的机理模型进行模型再造、命题重构、在线高效解算,对于聚合过程微观质量指标的在线预测具有重大的理论价值与现实意义。本文围绕产品微观结构质量导向的过程系统优化中的一系列关键问题,研究面向优化计算的过程模型再造方法、面向在线应用的实时解算方法,解决聚合过程微观质量指标的在线预测问题。本文的主要研究内容和贡献概况如下:1.聚合体系热力学优化模型再造方法。针对聚合过程中热力学计算结构复杂、收敛困难等问题,从流程级模拟优化角度出发,研究高效模型化方法。具体来说,对于复杂模型,一种思路是在合理适用范围内对其进行约简,另一种思路是对其计算结构进行改造。本文分别从两种思路出发,对聚合体系热力学模型化方法进行研究:建立了非热力学意义上的快速物性计算代理模型,对聚合体系中常用的PC-SAFT状态方程进行约简,极大地提升了计算效率;建立了热力学意义上的叁次状态方程代理模型,从热力学角度对PC-SAFT状态方程进行约简;对传统PC-SAFT状态方程的计算结构进行改造,将其原有“模块调用-物性服务器”的模型转变为面向方程的全联立模型,提高了优化计算效率和收敛性。2.微观质量指标动态模型降阶方法。针对聚合产品微观质量指标模型规模庞大、计算耗时、难以反演优化的问题,从优化模型再造的角度出发,对微观质量指标模型进行约简、降阶。本文从微分方程组的动态特性出发,研究动态模型降阶方法,利用零空间映射对不同尺度的动态特性进行分离,对原有微观质量指标模型中链长-时间维度的依赖关系进行解耦,将超大规模(105以上)的粒数衡算方程组约简为数十维的微分代数方程组,极大地减少了计算复杂度,同时模型准确度的损失几乎可以忽略,为微观质量指标的直接优化计算提供了可能。3.针对机理模型在线应用的快速可靠的计算方法。分子量分布是聚合产品的关键质量指标,分子量分布在线软测量方法鲜有研究,原因主要在于能准确描述分子量分布演化规律的机理模型难以在线解算,而数据驱动模型难以准确预测动态过程特性以及分子量分布。本文采用了一系列的模型化方法并建立了动态分子量分布实时软测量平台。为了解决机理模型在线求解耗时、难收敛的问题,提出了移动有限元-高等初值点求解算法,利用非线性规划解的灵敏度信息完成秒级精确预估,同时生成高质量的算法初值点增强实时求解的收敛性。整个算法形成了一个“在线预估-背景计算”的求解体系,与传统算法相比,其在线求解的可靠性和实时性都得到了极大的提升。4.面向微观结构质量指标的滚动时域预估方法。在线质量监测不仅需要在最快的时间内完成模型计算,还要求模型具有足够的适应性和外推能力。各种扰动和不确定性是在线监控中需要关注的问题,引入反馈的实时决策是应对干扰、提高模型预测能力的重要手段,也是控制论思想的哲学体现。本文提出了一种融合多尺度信息的滚动时域预估方法,引入微观质量指标状态估计量,对模型中的参数和状态进行联合估计,最大限度地利用了测量的有用信息,提高了过程参数的可估计性和微观质量指标的可观测性。(本文来源于《浙江大学》期刊2018-06-01）
微观结构机理论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
高强钢在含氢环境的服役过程中极易发生氢脆,表现为毫无预兆的突然失效断裂,氢致裂纹特征一般呈沿晶或者准解理开裂。通过观察断口形貌能够揭示氢致开裂过程中的裂纹萌生处及扩展路径上的微观组织。高强钢根据强化方式的不同具有多种微观特征,氢致开裂的过程反应了微观结构与氢的相互作用,其本质是氢对微观结构中的薄弱环节进行破坏并诱发裂纹形成。因此,研究高强钢中导致氢致开裂的关键微观组织有助于揭示钢材发生氢脆的失效机制。本论文以不同强度级别的高强钢为主要研究对象。采用微观结构观察、物相分析和叁维原子探针元素分析等方法观察了高强钢微观结构并分析了关键位置的氢分布。结合了氢渗透、氢的热脱附测试和氢含量测量叁种测试手段分析了高强钢中的氢陷阱位置、氢的扩散系数和导致氢致开裂的临界氢浓度。采用预充氢和动态充氢拉伸的方法评估了高强钢的氢脆敏感性并观察了断口形貌。结果表明,AISI 4140钢调质处理后组织为回火索氏体。采用扫描电镜观察并用统计软件计算得出,析出碳化物平均直径为200 nm,约占视场总面积20.2%。晶内和晶界上均发现碳化物析出。叁维原子探针结果表明,碳化物为M23C6或M3C型碳化物(M可能为Cr、Mn、Mo或者Fe)。碳化物在晶内析出时,碳化物/基体界面处没有发现明显的氢偏聚,平均氢浓度为2.3 at.%,略高于基体平均氢浓度;然而当碳化物在晶界上析出时,氢偏聚主要发生在碳化物/铁素体界面上,峰值浓度为3.5(左侧)和5.9(右侧)at.%,这两个峰值都要明显高于基体内的平均氢浓度1.8 at.%,说明晶界析出碳化物起到主要的氢陷阱作用。动态充氢拉伸结果表明,AISI 4140钢的氢脆敏感性高达58.1%,断口表现出沿晶和准解理混合开裂特征。因此,晶界上碳化物与基体界面上的氢偏聚是导致沿晶开裂的主要原因。直接观察到的氢偏聚证实了碳化物界面的氢陷阱作用,为更好的理解氢脆机制作出了贡献。AISI 4140钢供货态组织为铁素体和珠光体。直到现在,铁素体/珠光体钢发生氢致开裂的真实原因还没有完全清楚。对断口特征位置下方的微观组织进行观察能够揭示氢致裂纹的萌生和扩展过程。观察结果表明,珠光体相界、铁素体/珠光体相界和毗邻的铁素体基体是氢致裂纹萌生和扩展位置。随着应力强度因子的增大,断裂模式由沿晶和准解理混合特征转变为完全的准解理开裂特征(裂纹扩展路径变为仅沿着铁素体基体扩展)。由于铁素体/渗碳体界面为低能界面,因此没有发现该界面发生开裂。PHS1800钢作为薄板热冲压马氏体钢,强度高达2 GPa,微观组织主要为马氏体。动态充氢拉伸评估结果表明试样在弹性阶段发生了氢致断裂,最高抗拉强度为740 MPa,断口为沿晶开裂特征。二维原子探针结果表明,前奥氏体晶界上峰值浓度0 82 at.%的碳偏聚是导致氢浓度过高从而发生沿晶开裂的主要原因。18Ni 300钢作为马氏体时效钢,峰时效处理后强度接近2 GPa。扫描电镜结果表明其基体为马氏体,晶内弥散析出大量金属间化合物。叁维原子探针结果表明,析出的金属间化合物为Ni3Mo、N13A1和Ni3Ti组成的机械混合物,析出相与基体保持共格关系。同时还发现前奥氏体晶界上同样存在峰值浓度为0.09 at.%的碳偏聚和峰值浓度为4 3 at.%的氢偏聚。临界预充氢拉伸评估结果表明试样在弹性阶段发生断裂,断口为沿晶开裂特征。这说明晶内的析出相不是氢陷阱,前奥氏体晶界上的碳偏聚同样是导致晶界上氢浓度过高最终发生沿晶开裂的原因。为了提高高强钢的抗氢脆能力,分别采用强流离子束表面辐照,表面机械滚动研磨两种表面处理技术对PHS 1800和18Ni 300这两种超高强钢进行表面处理。PHS 1800钢辐照后,由于辐照处理对表面的快速熔化凝固特性,在熔化区内形成了具有孪晶结构的高碳马氏体。高碳马氏体的形成一方面吸收了前奥氏体晶界上游离的碳,使其浓度降低到了0.45 at.%。另一方面由于固溶了过饱和的碳(高达15 at.%)起到了强氢陷阱作用,抑制了氢在晶界上富集。辐照后,动态充氢拉伸评估结果表明辐照样品断裂前最高抗拉强度高达1300 MPa,远高于未辐照样品。断口观察表明在辐照层内断口显示为准解理开裂特征。这说明辐照处理一定程度上抑制了沿晶开裂的发生。18Ni 300钢在表面纳米化处理后,晶粒呈梯度纳米分布,中间层晶粒尺寸由10 μm细化为1 μm。晶粒细化后,晶界上的碳浓度被稀释,从而削弱了晶界上碳加速氢偏聚的作用。去应力退火后,过时效处理促使析出相长大,相界面与基体不再保持共格关系,而是变为半共格或非共格关系,从而起到氢陷阱的作用能够捕获氢。临界预充氢拉伸评估结果表明,处理后,断口呈完全的准解理特征,不再发生沿晶开裂,抗氢脆能力得到提升。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
微观结构机理论文参考文献
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