本書(shū)涉及材料熱動(dòng)力學(xué)(尤其是指相分離熱動(dòng)力學(xué)方面)、透明難混溶材料的組織原位觀測(cè)和金屬凝固組織研究三方面。本書(shū)結(jié)合透明難混溶體系的原位觀測(cè)結(jié)果,系統(tǒng)地闡述了難混溶合金粉末內(nèi)部存在的不同類(lèi)型形貌的特點(diǎn),并重點(diǎn)介紹了各類(lèi)型組織結(jié)構(gòu)演化規(guī)律及其形成機(jī)制。本書(shū)包含本領(lǐng)域多位學(xué)者在這方面的研究工作的系統(tǒng)總結(jié),可作為高等學(xué)校材料科學(xué)和材料加工工程領(lǐng)域的教師、研究生和本科生的參考書(shū),也可供從事智能型難混溶合金粉末設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工作相關(guān)的技術(shù)人員參考。
金屬粉末是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)原料,目前被廣泛應(yīng)用于金屬3D打印、粉末冶金、表面噴涂等技術(shù)領(lǐng)域。其中,自組裝殼-核型金屬粉末是粉體新材料中*具發(fā)展?jié)摿Φ闹匾种В湟蚓哂刑厥獾奈⒂^結(jié)構(gòu)和廣闊的應(yīng)用前景而備受研究者們的青睞。實(shí)際上,這類(lèi)自組裝結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在難混溶合金粉末中,如Fe-Sn、Fe-Cu、Al-Bi和Cu-Co等。自組裝行為發(fā)生在冷卻凝固過(guò)程中,且十分復(fù)雜,涉及宏觀傳質(zhì)與傳熱。因此,揭示難混溶合金粉末的內(nèi)部形貌規(guī)律并闡明其多樣性凝固組織的形成機(jī)理一直以來(lái)都是研究者們的關(guān)注焦點(diǎn)。隨著科技的不斷進(jìn)步和計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的迅猛提升,多方法探究極大地提高了人們對(duì)難混溶合金凝固過(guò)程的認(rèn)識(shí),使人們對(duì)相分離過(guò)程有了更加深入的了解。例如,基于同步輻射方法原位觀測(cè)相分離過(guò)程中第二相液滴的運(yùn)動(dòng),采用中子衍射實(shí)時(shí)觀察相分離過(guò)程并解析其中的微觀結(jié)構(gòu),借助相場(chǎng)仿真模擬難混溶合金的凝固組織,以及利用透明難混溶體系與金屬體系的相似性類(lèi)比研究相分離組織的演化路徑等。上述方法,本書(shū)都有涉及。如果仍有不明之處,敬請(qǐng)有興趣的讀者參考相關(guān)文獻(xiàn)。本書(shū)首先闡述了難混溶合金相分離時(shí)的熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程和相關(guān)領(lǐng)域的*新研究進(jìn)展;隨后,依次分析了相分離方式、溫度場(chǎng)類(lèi)型和溫度梯度對(duì)合金粉末凝固組織的影響;然后,探究了氣流場(chǎng)和粉末制樣時(shí)的剖開(kāi)面對(duì)合金粉末熱場(chǎng)和觀測(cè)形貌的作用機(jī)制;*后,采用單輥技術(shù)研究了單向溫度梯度場(chǎng)條件下合金中形成層狀條帶組織的演變規(guī)律。通過(guò)閱讀本書(shū),讀者能夠系統(tǒng)掌握難混溶合金粉末內(nèi)部的多樣性形貌及其相應(yīng)的形成機(jī)理。同時(shí),本書(shū)可為深入開(kāi)展難混溶合金粉末研究的學(xué)者們和開(kāi)發(fā)新材料、新技術(shù)的技術(shù)人員提供參考。本書(shū)由南陽(yáng)理工學(xué)院智能制造學(xué)院彭銀利撰寫(xiě),同時(shí)受河南省增材制造航空材料工程研究中心、南陽(yáng)市增材制造技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南陽(yáng)理工學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52201044)的資助,在此一并表示感謝。此外,也非常感謝南陽(yáng)市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新科技人才團(tuán)隊(duì)南陽(yáng)理工學(xué)院增材制造技術(shù)與裝備科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的諸位成員,他們對(duì)本書(shū)提出了許多寶貴意見(jiàn)。本書(shū)在撰寫(xiě)過(guò)程中借鑒了大量參考文獻(xiàn)中的*新研究成果和寶貴數(shù)據(jù)資料,在此謹(jǐn)向相關(guān)學(xué)者表示衷心的感謝。由于作者水平有限,書(shū)中難免有疏漏,敬請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。
彭銀利,1988年出生,男,南陽(yáng)理工學(xué)院智能制造講師,于2019年獲西北工業(yè)大學(xué)材料物理與化學(xué)專(zhuān)業(yè)工學(xué)博士學(xué)位。主要研究方向?yàn)椋藲ば碗y混溶合金粉末制備與凝固機(jī)理。到目前為止,已在國(guó)際高水平期刊如Scripta Mater、JMST上發(fā)表論文數(shù)十篇。主持多項(xiàng)科研項(xiàng)目,包括國(guó)家自然科學(xué)基金和河南省自然科學(xué)基金各1項(xiàng)等。南陽(yáng)理工學(xué)院校地合作科技型服務(wù)人才,擔(dān)任Materials Letters等多個(gè)國(guó)際期刊的審稿專(zhuān)家。(1)Peng Yinli, Wang Qiang, Wang Nan*. Scripta Materialia, 2019, 168: 38-41. (2)Peng Yinli, Wang Nan*. Journal of Materials Science & Technology, 2020, 35: 64-72.(3)Peng Yinli, Tian Lili, Wang Qiang, Lei Xiaowei, Yao Wenjing, Wang Nan*. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 801: 130-135. (4)Peng Yinli, Zhang Liang, Wang Lei, Lei Xiaowei, Yao Wenjing, Wang Nan*. Materials Letters, 2018, 216: 70-72. (5)Peng Yinli, Han Sanxuan, Tian Lili, Wang Nan*. Materials Letters, 2019, 254: 222-225. (6)Tian Lili, Peng Yinli, Lei Xiaowei, Yao Wenjing, Liu Mengen**, Wang Nan*. Journal of Molecular Liquids, 2020, 313: 113258.
第1章 緒論11.1 引言11.2 液-液相分離熱力學(xué)111.3 相分離動(dòng)力學(xué)181.4 液滴生長(zhǎng)及熟化規(guī)律231.5 研究意義26本章參考文獻(xiàn)27第2章 難混溶合金研究進(jìn)展362.1 引言362.2 多元合金體系中的難混溶區(qū)362.3 殼-核結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展372.4 難混溶合金的凝固組織及控制研究46本章參考文獻(xiàn)55第3章 不同相分離方式下第二相液滴長(zhǎng)大及形貌組織603.1 引言603.2 實(shí)驗(yàn)材料及過(guò)程613.3 恒溫場(chǎng)中的相分離過(guò)程653.4 液滴長(zhǎng)大規(guī)律673.5 同一溶液中的兩種相分離方式723.6 本章小結(jié)76本章參考文獻(xiàn)76第4章 溫度梯度場(chǎng)中形核長(zhǎng)大和調(diào)幅分解的相分離組織794.1 引言794.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程804.3 單向溫度梯度場(chǎng)中的相分離組織824.4 圓形溫度梯度場(chǎng)中的相分離組織874.5 溫度梯度場(chǎng)形狀對(duì)相分離組織的影響894.6 兩種核形成路徑924.7 本章小結(jié)95本章參考文獻(xiàn)96第5章 溫度梯度對(duì)相分離組織形貌的影響研究985.1 引言985.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程995.3 溫度梯度對(duì)殼核結(jié)構(gòu)的影響1005.4 殼-核結(jié)構(gòu)對(duì)溫度梯度的依賴(lài)性分析1045.5 本章小結(jié)106本章參考文獻(xiàn)106第6章 不同粒徑Fe-Sn合金粉末中形貌多樣性機(jī)理研究1086.1 引言1086.2 落管裝置與實(shí)驗(yàn)過(guò)程1096.3 Fe-58%Sn合金凝固形貌1116.4 粉末內(nèi)部溫度場(chǎng)1136.5 第二相粒子的遷移距離1186.6 第二相粒子碰撞強(qiáng)度1226.7 原位觀測(cè)結(jié)果及分析1246.8 本章小結(jié)127本章參考文獻(xiàn)127第7章 霧化合金微滴外圍氣流場(chǎng)的模擬仿真1307.1 引言1307.2 模型建立與網(wǎng)格劃分1317.3 氣流場(chǎng)1347.4 微滴-氣之間傳熱過(guò)程分析1397.5 微滴直徑對(duì)流場(chǎng)的影響1417.6 本章小結(jié)143本章參考文獻(xiàn)143第8章 粉末內(nèi)部形貌與剖開(kāi)面之間的內(nèi)在聯(lián)系1468.1 引言1468.2 粉末制備實(shí)驗(yàn)與氣流-溫度場(chǎng)模型1478.3 Fe-68%Sn粉末的形貌1498.4 粉末周?chē)鷼饬鲌?chǎng)和溫度場(chǎng)1508.5 不同截面上的內(nèi)部形貌1558.6 核的理論位置1578.7 本章小結(jié)158本章參考文獻(xiàn)159第9章 不同凝固條件下Fe-Sn合金的凝固形貌、相組成及合金條帶中的結(jié)構(gòu)分層現(xiàn)象1649.1 引言1649.2 實(shí)驗(yàn)方法1659.3 結(jié)果與分析1679.4 化學(xué)成分對(duì)Fe-Sn合金條帶凝固組織的影響1759.5 冷卻速率對(duì)Fe-Sn合金條帶凝固組織的影響1909.6 本章小結(jié)195本章參考文獻(xiàn)196