不銹鋼表面S相形成機制和外場下穩(wěn)定性規(guī)律研究

奧氏體不銹鋼表面處理得到的S相具有優(yōu)異的綜合性能，然而其形成機制及其在使用和服役條件下的穩(wěn)定性缺乏研究。 首先按原定研究方案，利用三維原子探針和內耗技術研究奧氏體不銹鋼形成S 相的納米團簇形成機制。證明了S相中過飽和碳是種偏聚并沒有析出，偏聚過程是可逆的（碳濃度從高到低），而且碳的偏聚和其它合金元素沒有直接的關系。在奧氏體中的碳擴散系數(shù)隨碳含量增加而增大的原因除了考慮合金元素對碳的擴散系數(shù)影響及擴散導致的彈性應力場的作用以外，主要原因是面缺陷（孿晶與層錯）成為碳原子的快速擴散通道。納米團簇機制的揭示有助于增加對S相形成機制的理解。 其次，研究S 相在外加應力場（等靜壓和拉應力）和溫度場等多物理場作用下的S 相穩(wěn)定規(guī)律。證明了等靜壓作用下碳擴散受到抑制，通過不同溫度下擴散系數(shù)的關系計算其擴散激活能，結果表明受等靜壓作用的碳的擴散激活能大于無壓力情況，且擴散激活能在碳含量較高時由于面缺陷（孿晶與層錯）與碳原子的相互依存作用突然降低。在拉應力作用下S相的厚度隨著拉應力的增加而增加，拉應力可以促進碳原子在S相中的擴散，同時能夠形成許多納米尺度的孿晶，從而增加表層的硬度。 第三，研究了S相在高載荷下磨損性能。奧氏體不銹鋼基體在壓應力與滑動切應力作用下發(fā)生了劇烈的塑性變形，甚至會發(fā)生馬氏體相變；而在大載荷磨損后S相沒有發(fā)生明顯的塑性變形和馬氏體相變，具有很好的機械與相穩(wěn)定性。 最后，運用電化學充氫、慢速率拉伸與EBSD、氣相氫滲透等實驗系統(tǒng)研究了S相的氫脆行為。S相能夠提高抗氫脆能力且滲碳S相的抗氫脆效果比滲氮S相更好。分析其原因是穩(wěn)定的S相能抑制亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼表面氫致馬氏體相變，減小裂紋形核的可能性，并有效降低氫的滲透。 項目對于S相形成機制的研究達到預定目標，研究外加應力場與溫度場作用下的穩(wěn)定性的結果以及在特殊環(huán)境下的服役性能（重載磨損、氫脆）的探索具有理論創(chuàng)新和實用價值。

通過低溫滲碳或滲氮技術在奧氏體不銹鋼表面得到的S相，具有優(yōu)異的綜合性能（超高硬度、抗磨損、耐疲勞和耐腐蝕性），在醫(yī)學，生物，能源等領域有廣泛的應用前景。S相是間隙原子在奧氏體基體中的過飽和固溶亞穩(wěn)相（含碳12at.%,含氮25at.%），對S相形成機制及其在使用和服役條件下的穩(wěn)定性尚不清楚。本項目用電鏡分析技術表征S相的微觀結構，三維原子探針分析合金元素分布，利用內耗及力學譜分析獲得置換與間隙原子交互作用能等物理參數(shù)，研究滲碳奧氏體不銹鋼形成S相的納米團簇形成機制，揭示S相的形成規(guī)律及其影響因素；在此基礎上，研究S相在外加應力場或（和）溫度場等多物理場作用下的結構演變和性能變化，探索在多物理場下S相的穩(wěn)定條件和組織轉變規(guī)律。本項目對S相形成機制及其在外場作用下穩(wěn)定性的研究，不僅可望揭示奧氏體過飽和亞穩(wěn)固溶體S相的形成機制，而且有利于進一步優(yōu)化工藝、推廣S相在各領域中的應用。

電價形成機制改革的前提是對電力資產(chǎn)重組和企業(yè)再造，其核心是發(fā)、輸配、供分開，從而形成發(fā)電側、供電側多家競爭，輸配電網(wǎng)區(qū)域性壟斷經(jīng)營的所謂“兩側競爭、中間壟斷”的格局。電價形成機制要引人競爭，并遵循電力供求與電價間的互動規(guī)律，電力供求變化

會影響電價升降;反之，電價變動也會影響電力供求突化。電力供給大于電力需求，電力供給者(發(fā)電商)競爭，使電價下降;電力供給小于電力需求，電力需求者(消費者)競爭，使電價上升;電力供給等于電力需求，電力供求達到平衡。電價上升，電力供給增加，電力需求減小;電價下降，電力供給減小，電力需求增加。顯然，電力供求與電價也遵循市場經(jīng)濟的一般規(guī)律那樣呈現(xiàn)雙向互動規(guī)律。英國電力市場由全部電量現(xiàn)貨交易改為期貨交易與現(xiàn)貨交易相結合的經(jīng)驗;美國加州壓低定死終端用戶電價，從而引發(fā)電力緊張甚至停電的教訓，究其原因都是違背電力供求與電價互動規(guī)律所致。

強磁場能影響合金中的各種中短程有序結構的形成，為調控非晶合金的微觀組織和性能提供了一種有效手段。在本項目執(zhí)行期間，制備了多種鋯基、稀土基、鐵鈷基及鐵基非晶合金，研究了部分合金的玻璃形成能力、熱穩(wěn)定性和性能，著重研究了強磁場對Zr60Cu20Ni10Al10、Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5、RE55Al25Co20、(Fe0.36Co0.36B0.192Si0.048Nb0.04)100-xCux、Fe84B10C6、Fe83B10C6Cu1、Fe76C7Si3.3B5P8.7和Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7等非晶合金的微觀組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)強磁場對不同非晶合金的微觀組織和性能的影響規(guī)律不同。研究發(fā)現(xiàn)，強磁場并未改變兩種鋯基塊體非晶合金的最終晶化產(chǎn)物，但通過抑制晶化相的長大而抑制了晶化反應的進行。強磁場促進了稀土基非晶合金Nd55Al25Co20、Gd55Al25Co20和La55Al25Co20中晶化相的形成。在本項目所用實驗條件下，強磁場對FeCo基非晶合金的晶化過程和磁性能無顯著影響。強磁場明顯促進了Fe基非晶合金中α-Fe相的形成，這種促進作用在晶化溫度附近最顯著。強磁場對不同鐵基非晶合金中α-Fe形成的影響機制有所不同。在Fe84B10C6非晶合金中，強磁場促進了α-Fe的形核，而對α-Fe的平均晶粒尺寸無明顯影響；在Fe83B10C6Cu1非晶合金中, 強磁場促進了α-Fe相的形核和長大，但未改變Fe83B10C6Cu1合金的晶化機制；在本項目所用實驗條件下，F(xiàn)eBC(Cu)合金退火后的軟磁性能惡化；強磁場促進了Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7非晶合金中α-Fe相的形核，同時細化了α-Fe晶粒，但并未改變其晶化機制；在合適的條件下，強磁場明顯提高了Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7合金的軟磁性能。在初始晶化階段，F(xiàn)e84B10C6、Fe83B10C6Cu1、Fe76C7Si3.3B5P8.7和Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7四種鐵基非晶合金的JMA指數(shù)分別為2.455、3.285、1.69和2.47，其晶化機制不同。這些結果對利用強磁場來調控非晶合金的微觀組織和性能提供了支持。

研究表明：強磁場影響了合金熔體中的原子團簇結構及非晶合金的形成和晶化過程。基于強磁場對鐵磁性和非鐵磁性合金的影響機理可能不同，本項目以鋯基、稀土基及鐵基非晶合金為研究對象，利用微觀組織分析技術和相變理論來研究強磁場對合金凝固組織的影響，通過對比非晶樣品的室溫壓縮行為、泊松比、磁性能、低溫晶化行為等來分析強磁場對非晶合金區(qū)域性微結構的影響，旨在建立非晶合金微觀組織及區(qū)域性微結構與磁場條件、合金體系、冷卻方式等的聯(lián)系，明確強磁場對非晶合金的微觀組織及區(qū)域性微結構的影響，了解強磁場對不同類型合金作用機制的異同，揭示強磁場對非晶合金形成的影響規(guī)律，達到利用強磁場來提高合金的非晶形成能力、調制非晶合金微結構的目的，為利用強磁場改善塊體非晶合金性能和開發(fā)新材料提供基礎。