擴散型固態(tài)相變動力學與熱力學研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TG151西北工業(yè)大學工學博士學位論文擴散型固態(tài)相變動力學與熱力學研究擴散型固態(tài)相變動力學與熱力學研究博士研博士研究生：生：宋韶杰導師：師：劉峰教授申請學位級別：申請學位級別：博士學科、專科、專業(yè)：業(yè)：材料加工工程所在單位：位：材料學院答辯日期：期：2014年12月授予學位單位：授予學位單位：西北工業(yè)大學摘要I摘要擴散型固態(tài)相變動力學與熱力學研究屬于材料科學與加工領域的重要基礎理論研究，其形核和生長過程直接決定著材料的最

2、終結構與性能。在現(xiàn)今復雜的材料相變過程中，傳統(tǒng)經(jīng)典理論的應用存在著諸多矛盾和偏離。因而，實現(xiàn)固態(tài)相變熱力學、動力學甚至力學之間交互作用的精確理論描述，不僅意味著微觀結構形成機制的精確洞察，還意味著材料新結構與新性能的開發(fā)，具有極為深遠的科學和實際意義。本論文以非晶態(tài)合金晶化、過飽和AlSi合金Si的析出以及純Fe或Fe基合金γα相變?nèi)齻€典型的擴散型形核生長類固態(tài)相變?yōu)檠芯繉ο?，從公式簡單的極端非平衡忽略熱力學因素影響的純動力學過程入手，

3、到遵循熱力學局域平衡的純擴散控制生長動力學過程，再到考慮熱力學因素近平衡條件下的相變過程，通過逐步松弛傳統(tǒng)動力學理論模型假設，并進一步耦合化學和機械驅(qū)動力等熱力學因素，建立一套包括從轉(zhuǎn)變分數(shù)和最大轉(zhuǎn)變速率分析中確定相變動力學機制的方法、各向異性生長理論以及同軟碰撞的交互、擴散控制相變可加性原理和等動力學概念的擴展、轉(zhuǎn)變固有錯配應變及擴散誘導應變彈塑性調(diào)節(jié)同界面控制相變和混合模式控制相變的交互等理論體系，旨在將擴散型形核生長類固態(tài)相變推向

4、更深的理論層次。本文主要結論如下：（1）基于固態(tài)相變動力學解析模型，對等溫和非等溫相變過程中轉(zhuǎn)變分數(shù)和轉(zhuǎn)變速率峰值進行了分析研究。借助動力學參數(shù)如Avrami指數(shù)n和總有效激活能Q同溫度T或轉(zhuǎn)變分數(shù)f的演化規(guī)律，提出了能夠直接從轉(zhuǎn)變分數(shù)和轉(zhuǎn)變峰值分析中確定相變形核、生長和碰撞方式以及相關動力學參數(shù)的技巧和方法。包括基于等動力學和可加性原理的非等溫相變向等溫相變的轉(zhuǎn)化以及單獨的形核和生長激活能的確定。這些方法成功用于評價DSC測量得到的非

5、晶MgCuY等溫晶化和非晶PdNiPCu等時晶化的動力學機制等信息。（2）基于經(jīng)典JMAK(JohnsonMehlAvramiKolmogov)理論對形核生長過程的統(tǒng)計學處理，對隨機取向各向異性顆粒生長過程中所遭遇的阻礙效應進行了隨機分析，解析給出了顆粒遭遇1次阻礙、k次阻礙以及無窮多次阻礙的固態(tài)相變動力學解析模型。首次證明傳統(tǒng)唯象碰撞模型111[1(1)]efx????????僅僅對應于各向異性顆粒遭遇無窮多次阻礙這一極端情況，并成功