刘志远用超声振动压结制造出块体纳米晶 致密度可达100%


编者按
       上周末,国内非晶企业、科研单位与院士共同开展了深圳大学行活动。这次活动中,我们发现深圳大学有一支充满朝气、活力及创新精神的非晶人,他们非晶微纳成型、超声震动成型、模拟计算、3D 打印非晶涂层等工作给与会人员留下深刻印象。在创新城市生长的一群非晶人,虽然来自不同学院,希望他们能形成互补的团队,为非晶产学研做出深圳样板。
       这样的群体我们应当关注。


       纳米晶材料具有有优异的物理和化学性能,因而具备广泛的应用前景。长期以来人们一直在探寻块体纳米晶材料的高效制备方法,然而纳米晶粒对加工参数(如温度和时间)的敏感性依然是制约其制备的一大难题。针对此,深圳大学刘志远团队开发了一种超快速压结方法–––超声振动压结(Ultrasonic Vibration Consolidation, UVC),利用非晶合金粉末颗粒之间相互摩擦产生的闪热快速加热粉末越过过冷液相区,粘性流动将粉末紧密结合在一起,额外热量使其发生晶化。


       基于非晶合金低玻璃转变温度(约为熔点1/2)和过冷液相区粘性流动特点,利用自然界普遍存在的摩擦热,开发了一种新型烧结方法,超声振动压结。以非晶合金粉末为原料,成功在2秒内制备出块体纳米晶钛合金,晶粒尺寸为10~70nm,致密度几乎可达100%。通过实验分析和理论计算确认摩擦闪热为超声振动主要热源,升温速率高达107 K/min。分析还表明非晶合金粉末超声振动压结过程致密化机制为玻璃态材料的加速粘性流动机制。结果在《Scientific Reports》上以” Ultrafast consolidation of bulk nanocrystalline titanium alloy through ultrasonic vibration” 为题发表,深圳大学机电学院刘志远副教授为论文通讯作者。



(a) 球磨钛基非晶合金粉末粗糙表面结构形貌图;(b) 超声振动压结示意图;(c) 钛基非晶合金粉末透射电镜照片;(d) 钛基非晶合金粉末透射电镜选区衍射图。


       刘志远团队开发了超声振动压结方法制备块体纳米晶材料,将制备时间缩短到几秒量级。与大塑性变形加工块体纳米晶相比,此方法适用材料范围更广,制备纳米晶粒更小。这种新颖的压结方法为我们制造块体纳米晶材料提供了一种通用和高效的途径。


       一直制约粉末纳米晶磁环等加工方式 ,这个可否能够做到呢?刘老师表示愿意尝试下。他说:”但除了要调参数外,还有很多工作需要要做,希望与非晶中国一起,把这项工作推动起来。”         

                                               
文章链接
Ultrafast consolidation of bulk nanocrystalline titanium alloy through ultrasonic vibration(Scientific Reports, 2018, doi:10.1038/s41598-018-19190-8)


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