[发明专利]一种用高能X射线表征非晶-晶体转变动力学特性的方法

说明书

一种用高能X射线表征非晶‑晶体转变动力学特性的方法，属于纳米晶合金制备技术领域，通过对衍射数据进行傅里叶变换和结构函数推导，获得不同时间条件下基体中原子的分布数据，并采用特定JMA方程进行分段拟合，获得Avrami指数，据此进行非晶‑晶体转变动力学分析，使得分析方法更简便、准确。

技术领域

本发明属于纳米晶材料制备技术领域，属非晶合金技术领域，涉及非晶合金纳米晶化特征的表征技术方法，具体为一种用高能X射线表征非晶-晶体转变动力学特性的方法。

背景技术

非晶合金是具有长程无序、短程有序结构的新一代金属材料，具有结构均匀以及成分均匀的特点，使其具有一系列优良的力学、物理和化学性能，如高强度、高硬度、加工成型好等优良特性，在航空航天、军事、医疗器械等领域都具有广泛的应用。

非晶合金的纳米晶化是获得纳米晶结构材料的一种很有前途的工艺方法，在很大程度上拓展了非晶合金的应用潜力和范围。根据文献[Inoue. Journal/NanoStructuredMaterials, 1995, 6 (1-4): 53-64]，实际应用中的非晶合金分为两类：一类是处于完全非晶状态，另一类是处于部分晶化状态。对于完全非晶态的材料应该设法提高其结构稳定性，避免晶化的发生；而对于部分晶化的非晶合金，通过适当的控制晶化工艺条件，可以获得有纳米晶均匀分布在非晶基体上的复合材料，其力学性能比完全非晶化的合金更优异。由此可知，无论对于哪一类非晶合金材料，研究非晶的晶化行为和规律都是非常必要的。因此深入研究非晶合金的晶化过程和相应的力学性能，对于优化和控制纳米晶合金的微观组织，提高纳米合金材料的性能都具有十分重要的意义。

非晶合金的晶化过程通常是利用退火处理、应力诱导和纳米压痕处理等工艺方法，在非晶合金基体中通过沉积得到高密度（10²³~10²⁴/mm^-3）的纳米级晶体颗粒。而相对于晶体合金来说，非晶合金的结构非常复杂，在非晶合金晶化行为和非晶-晶体转变动力学特征的分析方法也比较贫乏，无法对非晶合金在晶化过程中的晶化行为进行有效地分析和描述。

对比文献1中公开了一种利用XRD、SEM分析纳米颗粒水热生长过程中晶化率与水热反应时间的关系，从而分析纳米颗粒晶化动力学过程的方法；对比文献2中公开了一种利用DSC曲线积分面积分析非晶合金晶化过程中等温晶化体积分数与等温退火时间的关系，从而利用JMA表征非晶合金晶化机制的方法；对比文献3中公开了一种利用切线法，借助试样膨胀曲线等物理方法分析奥氏体相变动力学特性的方法；对比文献4中公开了一种利用综合热分析仪进行分析，利用DTA曲线计算析晶活化能，并利用Ozawa方程、Kissinger方程及JMA修正方程分析金属系玻璃析晶动力学特性的方法；对比文献5中公开了一种通过测量应变、应力关系表示动态再结晶体积分数，从而利用JMA方程进行表征的方法。

但上述传统非晶-晶体转变动力学分析方法是对相变过程一个宏观的与统计的描述，仅是得到了不同晶化条件下的结晶体宏观含量，而并没有涉及结晶过程中的微观和原子迁移扩散规律。

因此需要寻求一种既能够有效表征非晶合金纳米晶化特征，又能从微观角度，甚至是原子尺寸范围上描述非晶-晶体转变动力学特征的新技术，以实现动力学研究对实际纳米晶制备生产的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：改变传统的通过热性能测试分析合金非晶-晶体转变动力学特征的方法，解决传统热分析方法无法分析结晶过程中的微观和原子迁移扩散规律的问题，通过采用衍射分析技术和数值模拟相结合的方法，获取非晶合金纳米晶化过程中的原子迁移扩散过程、晶核形成长大机制，以及非晶-晶体转变动力学特征，从而表征非晶合金的纳米晶化过程。