近日，東莞理工學(xué)院中子散射技術(shù)工程研究中心王皓亮博士使用我公司生產(chǎn)的LRT-X變溫XRD冷熱臺(tái)在冶金材料領(lǐng)域的TOP期刊《Scripta Materialia》上發(fā)表題目為《Nano-precipitation leading to linear zero thermal expansion over a wide temperature range in Ti22Nb》的研究論文。論文介紹了在寬溫域線性零膨脹鈦合金特殊熱膨脹性能形成機(jī)理方面取得的最新進(jìn)展。
論文第一作者為東莞理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院王皓亮博士，通訊作者為機(jī)械工程學(xué)院孫振忠教授，共同通訊作者為比利時(shí)魯汶大學(xué)Matthias Bönisch博士，合作作者有中國(guó)散裂中子源殷雯研究員和徐菊萍博士等。王皓亮博士主要從事金屬材料物相晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織及應(yīng)力分析；鈦合金固態(tài)相變及功能性研究；高等級(jí)耐熱鋼焊接接頭蠕變失效預(yù)測(cè)研究。
(圖1.Ti22Nb合金通過析出納米尺寸第二相獲得的寬溫域零膨脹性能)
在航空航天、微電子器件、光學(xué)儀器等精密儀器設(shè)備中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件，對(duì)尺寸穩(wěn)定性有極為嚴(yán)苛的要求。由于溫度升高或降低而導(dǎo)致的材料形狀變化對(duì)其功能特性和可靠性有著很大影響。因此，具有近零熱膨脹性能的鈦合金在需要高尺寸穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)中具有*的應(yīng)用價(jià)值。例如，美國(guó)國(guó)家航空航天局已針對(duì)太空望遠(yuǎn)鏡所需的超高穩(wěn)定性支撐結(jié)構(gòu)，使用這類鈦合金制造了鏡體支架。在激光加工領(lǐng)域，已有使用這種材料制造的光學(xué)透鏡筒體，解決了透鏡焦點(diǎn)熱漂移的問題。這類材料特殊的熱膨脹性能與其內(nèi)部α?馬氏體物相的各向異性熱膨脹行為有關(guān)。但是，現(xiàn)有的通過冷加工工藝獲得的低熱膨脹系數(shù)僅限于單相馬氏體相區(qū)，即使用溫度上限通常小于100℃，限制了其在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
研究人員利用中子衍射技術(shù)表征材料微觀結(jié)構(gòu)的巨大優(yōu)勢(shì)，配合使用XRD冷熱臺(tái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試樣品的溫度變化，精確鑒定了線性零膨脹Ti22Nb鈦合金中的物相組成，證實(shí)了依靠溶質(zhì)元素?cái)U(kuò)散遷移形成的等溫α?iso相也具備調(diào)控?zé)崤蛎浵禂?shù)的功能。相對(duì)于冷加工材料，該研究中通過機(jī)械+熱循環(huán)處理獲得的雙相復(fù)合材料，其低熱膨脹行為的作用范圍被拓寬至300℃。結(jié)合其他原位X-ray衍射和EBSD/TKD電子顯微表征技術(shù)，在納米到微米尺寸范圍內(nèi)全面分析了材料微結(jié)構(gòu)要素，澄清了熱循環(huán)過程中納米尺寸α?iso相的形成路徑，揭示了微觀晶格畸變/相變應(yīng)變、晶體學(xué)取向參量和宏觀熱膨脹系數(shù)的之間的定量關(guān)系，為設(shè)計(jì)具有較寬使用溫度范圍的低/負(fù)熱膨脹鈦合金提供了新的途徑，是從理論研究向技術(shù)和產(chǎn)品層面躍進(jìn)的重要依據(jù)和前提。
(圖2.(a)不同狀態(tài)Ti22Nb合金中子衍射譜線，(b)原位升降溫XRD譜線，
(c)母相及析出相衍射峰強(qiáng)度隨溫度演化規(guī)律)
圖3.原位升降溫XRD測(cè)試
圖4.原位XRD冷熱臺(tái)
圖5.冷熱臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)
文天精策儀器科技(蘇州)有限公司生產(chǎn)的LRT-X 冷熱臺(tái)適用于多種材料的變溫XRD測(cè)試，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，變溫范圍 -190℃到600℃ ，溫控精度±0.1℃，可實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境，可為材料研究提供定制化的變溫測(cè)試解決方案。
