[发明专利]一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法

权利要求书

1.一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据合金的热力学及动力学参数，建立相场方程，并设置初始的变量值、合金的固有参量、模拟系统的计算参量；

(2)绘制不同成分的合金在不同应力条件下纳米尺度颗粒微观组织的演化图，得到不同应力条件对纳米尺度颗粒微观组织的影响规律；

(3)分析不同应力条件下纳米尺度颗粒的微观组织随时效时间的演化图，得到析出相形核、长大、粗化规律，得到应力与颗粒弥散分布或颗粒延伸取向的规律；

(4)绘制纳米析出相的平均颗粒半径随时效时间的变化曲线，分析得到析出相的动态演化速率和应力大小、方向之间的对应关系，得到改变应力大小、方向调控纳米颗粒形态和延伸取向的方法。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同应力条件包括不同应力大小和不同应力状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中相场方程的具体建立步骤如下：

(1-1)将热力学和动力学理论相结合，以金兹堡-朗道理论为基础理论建立连续体模型，得到通过扩散和界面控制的动力学方程；

(1-2)在相场方程中总自由能的变化包括：体化学自由能的变化、表面能和界面能的变化、弹性应变能的变化；

(1-3)在相场方程的模拟中，通过半唯象常数确定模拟中的标度，将模拟值转化成实际的数值，与实际数据进行对比；

(1-4)通过调节相场方程中外应力与应变的大小和方向，来调节应力应变与弹性应变能，实现纳米颗粒组织大小及颗粒取向的调控。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1-2)的相场方程中总自由能F方程为：

其中，G为体化学自由能，κ为梯度能系数，V_m为摩尔体积，c为溶质浓度，E_el为单位体积的弹性应变能密度，计算公式为：

其中，C_ijkl是非均匀弹性系数模量，为外加应力产生的应变，ε_ij为成分不均质的内应变，为本征应变；当给系统施加应力时，由胡克定律，得到应变总应变为外应力应变与成分不均质内应变ε_ij的和，其中外应力与应变决定了微观形貌和体积分数的变化，总的弹性应变可以写成总的弹性应力是基体和析出相的平均弹性模量。

5.根据权利要求1所述的一种应力调控纳米尺度颗粒微观组织的方法，其特征在于，纳米颗粒延伸取向的判断方法是：

(1)合金中纳米颗粒析出相的延伸方向取决于本征应变的正负和外应力引起的应变的正负；

(2)同时还取决于析出相与基体相的剪切模量比δ，δ等于单位1，那么系统的弹性就是均匀的；δ大于单位1，析出相会比基体相硬，即析出相为硬质的；但δ小于1，那么析出相为软质相；

(3)在正的外应力即拉伸应力或者正的外应变下，硬质析出相平行于拉伸应变的方向延伸，而软质析出相会垂直于拉伸应变的方向延伸，即沿着拉伸应力方向延伸；反之，若外应力或者外应变为负，则纳米析出相的颗粒延伸方向相反；

(4)同时另一种判断方法就是，结合有效本征应变其中S_ijkl＝1/C_ijkl，当某一个方向的有效本征应变大于另一个方向的有效本征应变时，时，且都为正，硬质相沿y轴方向延伸，而软质相将会沿着x轴方向延伸。