本項目以揭示鐵基非晶態合金的晶化機制及耐腐蝕行為機理為目標，利用EXAFS研究了Finemet合金中Cu原子和Fe原子的局域結構隨退火溫度的變化；利用熱分析技術結合XRD、TEM研究了Nb、Ta、W難溶合金元素對鐵基非晶合金形核及長大的影響機制以及V元素對于Fe-Cu-Nb-Si-B(V)合金的晶化動力學的影響；通過正電子湮滅多普勒展寬能譜的測量和分析，結果得出Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金的熱處理過程中缺陷隨熱處理溫度的變化與非晶態Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金熱處理過程中存在的結構松弛過程、Cu核形核過程以及α-Fe(Si)相的納米晶化過程密切相關；利用電化學工作站研究了鐵基非晶及納米晶合金的腐蝕性能研究，結果表明在NaCl的堿性環境中，非晶和納米晶的耐腐蝕性能要強于不銹鋼，且納米晶試樣耐蝕性能優于非晶試樣；在3.5%NaCl（模擬海水濃度）溶液中Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1合金納米晶狀態時的耐腐蝕性能比非晶狀態的更好；在0.1mol/L NaOH溶液中腐蝕性能測試表明，該非晶合金在退火前、550℃和600℃退火后都具有明顯的鈍化趨勢；在0.01M H2SO4溶液中腐蝕性能測試表明，該非晶合金退火前屬于活性溶解狀態，而當經過550℃和600℃退火后有一點鈍化傾向，且隨著退火溫度的升高，鈍化更加明顯；在1mol/L HCl溶液中的腐蝕性能分析表明， Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1合金納米晶狀態時的耐腐蝕性能比非晶狀態的更好；建立了非晶和納米晶Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1合金的腐蝕電化學模型，發現非晶和納米晶的腐蝕速度跟溶液中氧的濃度梯度有著密切的關系。通過上述研究，完成了預期研究計劃和研究目標，發表SCI收錄論文18篇，申請發明專利4項，培養研究生4名，召開國際會議2次，出國參加國際會議2次（5人次），出國訪問交流4次，邀請境外專家來華學術交流4人次。

本項目以揭示鐵基非晶態合金的晶化機制及耐腐蝕行為機理為目標，將利用X射線吸收精細結構譜、軟X射線譜顯微技術、符合e 湮沒多普勒展寬譜、穆斯堡爾譜、高分辨透射電鏡及電化學測量等對鐵基非晶態合金晶化過程中不同原子的空間分布以及其在晶化過程中的作用機理、合金微觀本征結構與力學性能、耐腐蝕性能以及物理性能之間的關系等方面的基本問題進行深入系統的研究，揭示鐵基非晶態合金的晶化機制和耐腐蝕行為，闡明微觀結構、d-p電子作用以及超精細相互作用對合金的力學性能、耐腐蝕性能以及磁性能的影響，為提高材料的力學性能、耐腐蝕性能、磁性能以及優化合金成分和退火工藝提供理論基礎和依據。本研究將有助于深入理解納米尺度的非晶和納米晶相及其相互作用的物理化學基礎，揭示非晶和納米晶態合金的物理性能、耐腐蝕性能等與本征結構的依賴關系，為設計開發高性能鐵基非晶和納米晶態合金材料提供科學依據和方法，并為相關產業的發展提供技術支撐。

研究表明，多晶體中疲勞裂紋往往沿晶界萌生。通過對Cu多晶體疲勞斷裂行為的研究，Mughrabi等人提出了一種駐留滑移帶(PSB)撞擊晶界的疲勞裂紋萌生機制(PSB—GB機制)來解釋這種沿晶開裂現象，這個模型與中、低應變幅下多晶體疲勞損傷的一些表面滑移事實相吻合。但在大應變幅(5x10^-3以上)下Cu多晶體疲勞裂紋萌生的研究中，Kim和Laird 發現晶界裂紋的產生與晶界兩側晶粒的高度差，即晶界臺階的形成有密切關系，進而提出了一個與PSB—GB機制完全不同的大應變幅下晶界臺階機制。事實上，在較高的應變幅下也能夠觀察到PSB—GB裂紋陣。顯然，對這種沿晶疲勞開裂現象還缺乏足夠的認識。由于多晶體晶粒的取向和晶界幾何結構難于控制，不便分析和研究。研究采用幾何結構簡單，且易于控制的雙晶體來進一步研究這種沿晶開裂現象，試圖為多晶體的疲勞損傷及其機制的認識提供實驗基礎和理論依據。

傾斜晶界實驗方法

利用Birdgman方法生長出大塊Cu雙晶。用Laue背散射技術確定雙晶的晶體取向后(2°偏差)，用電火花線切割機切取一組[134]垂直晶界(見圖1a)和兩組[134]傾斜晶界(見圖1b，c)雙晶疲勞試樣，其中一組傾斜晶界雙晶晶界與加載軸約成25°夾角，稱傾斜晶界雙晶I，見圖1b；另一組傾斜晶界雙晶的晶界與加載軸約成50°夾角，稱傾斜晶界雙晶Ⅱ，見圖1c。這樣設計可以保證雙晶試樣的晶界結構滑移系開動條件完全相同，僅僅是雙晶晶界與滑移系的相對取向有所改變，從而單獨研究晶界取向對雙晶體疲勞開裂行為的影響。疲勞試樣標距內截面積為6mmx4mm，標距長度12.5mm，夾頭部分截面積為6mmx6mm，試樣總長度為64mm。

傾斜晶界實驗結果

（1）垂直晶界雙晶的疲勞開裂行為

SEM觀察發現，[134]垂直晶界Cu雙晶疲勞裂紋的萌生同駐留滑移帶與晶界交互作用密切相關，在承受高、低應變幅循環的疲勞試樣表面都觀察到許多由滑移帶撞擊晶界而形成的沿晶疲勞裂紋(PSB一GB裂紋)，這種裂紋形成的幾率與應變幅有一定關系，大應變幅下裂紋萌生幾率更大一些。圖2給出γ_pl=1.8x10^-4和4.1x10^-4兩種不同應變幅下的PSB—GB裂紋的形貌。從該圖中可以看到，在形成疲勞裂紋的地點，雙晶體滑移變形的程度較大。很顯然，正是由于這種滑移變形的集中，通過與晶界的反復作用，導致了沿晶開裂。

（2）傾斜晶界雙晶的疲勞開裂行為

同垂直晶界類似，晶界同樣是兩組[134]傾斜晶界Cu雙晶疲勞裂紋形成的有利地點，也是疲勞裂紋拓展的有利途徑。在某些應變下，晶面觀察到少許PSB-GB裂紋的形成，但更多的裂紋似乎與滑移帶撞擊晶界的作用關系不大。也就是說，晶界臺階機制在傾斜晶界雙晶的疲勞開裂中起主要作用，而PSB-GB裂紋的作用較小。

傾斜晶界實驗討論

雙晶體變形時在x表面上會產生較大的滑移量，因而產生晶界臺階，導致晶界疲勞裂紋形成。特別是在大應變幅下，由于變形程度和滑移量大，晶界臺階更易形成，因此沿晶開裂更易發生。雖然[134]傾斜晶界雙晶的幾何參數α和β同垂直晶界雙晶完全相同，但觀察發現傾斜晶界雙晶中PSB—GB裂紋對雙晶體的疲勞損傷不起主導作用，說明傾斜晶界雙晶體中晶界臺階裂紋較PSB—GB裂紋更易形成，臺階機制占主導作用。

上述傾斜晶界雙晶體疲勞開裂行為的實驗結果有助于理解多晶體的疲勞裂紋萌生行為和機制。在多晶體中，由于晶粒取向分布復雜，各種幾何取向的晶粒都會存在。同傾斜晶界雙晶類似，在大應變幅下，由于變形量大，在幾何條件有利的傾斜晶界上很容易形成晶界臺階。而與晶界臺階形成相比，PSB—GB裂紋形核和長大較慢，正如Kim和Laird所觀察到的，大應變幅下沿晶裂紋往往以臺階機制在傾斜晶界上形成。而在小應變幅下，即使晶粒的幾何條件與臺階裂紋形成的幾何條件吻合，由于滑移量小，形成的晶界臺階也較小。往往在形成能導致裂紋形核的較大臺階之前，在那些幾何條件與PSB—GB機制吻合較好的晶粒內，由于PSB與晶界的反復作用就導致了PSB—GB開裂。所以小應變幅下，對于多晶體的疲勞損傷PSB—GB裂紋更為重要。

傾斜晶界研究結果

（1）受循環應變載荷作用的Cu雙晶體，晶界既是疲勞裂紋萌生的有利地點，也是疲勞裂紋擴展的有利路徑。

（2）垂直晶界雙晶和傾斜晶界雙晶疲勞裂紋萌生的機制有所不同。垂直晶界雙晶沿晶疲勞裂紋主要由駐留滑移帶撞擊晶界而產生；而對于傾斜晶界雙晶，疲勞裂紋優先以臺階機制形成。造成這種差別的原因同兩種雙晶體的活動滑移系與晶界的相對幾何關系有關。 2100433B

多晶鐵氧體材料是由多個細小的晶粒構成，其特性是組成晶粒特性的統計平均效應。因受材料的晶界氣孔及晶粒缺陷等因索的影響，很難滿足某些特殊場合應用的高性能要求。

單晶材料是一個晶體構成，微觀上是原子、分子或離子按一定的晶格周期性的排列；在宏觀上體現為具有一定對稱性和一定解理面的大晶體。在單晶體內部不含晶界、氣孔和有害雜質,晶格完整，所以晶體密度高、耐磨性好、磁性能高，往往比同樣組成的多晶材料的磁性能高出很多，能滿足某些高性能電子元器件的使用要求，所以得到廣泛的應用。

鐵氧體單晶是各種基礎研究，如測定磁晶各向異性、觀則磁疇、鐵磁共振試驗中必需的樣品。鐵氧體單晶用在微波器件里。例如制作濾波器。限幅器和延遲線等；采用較大尺寸的MnZn鐵氧體單晶制作高性能和高壽命的磁頭;正鐵氧體單晶用作小型高速電子計算機的磁泡材料；磁性半導體單晶可以作微波集成電路器件和磁光器件。基礎研究和應用的擴大，促使了單晶鐵氧體制造技術和工藝的研究，使之成為一門備受重視的科學和工藝。

本項目圍繞高速鐵路散體道床力學行為、狀態劣化機理及累積變形規律等關鍵科學問題，開展了道砟顆粒三維幾何形態重構及其離散元模擬方法研究，道砟顆粒靜態壓碎力學行為及細觀機理研究，道砟材料剪切力學行為的室內試驗與離散元模擬，高速鐵路道砟振動特性的室內試驗與離散元模擬，400萬次循環作用下散體道床累積變形與道砟劣化的1:1實尺模型試驗研究，荷載工況和道砟參數對道床累積變形的影響機制與規律研究，高速鐵路有砟軌道幾何狀態預測分析與控制方法研究。本項目研究建立了高速鐵路道砟幾何樣本庫和道砟離散元模型樣本庫，發展了鐵路道砟力學性能試驗技術，提出了綜合運用離散元、有限元、車輛-軌道耦合動力學的散體道床力學行為模擬新方法與新技術。通過實驗研究和數值模擬分析，獲得了道床累積變形規律及道砟顆粒磨損與破損劣化統計數據，給出了道砟破碎力學行為的統計特性和細觀力學機制，獲得了含沙道砟、土工格柵強化道砟直剪力學性能與參數影響機制，揭示了行車速度、荷載條件、道砟級配以及格柵加固等對鐵路道砟振動和累積變形的影響規律。項目研究還提出了有砟軌道道床不均勻沉降與鋼軌變形映射關系的求解方法，給出了道床沉降導致的軌枕空吊以及車輛通過時軌枕與道床間動態的接觸/空吊的狀態閾值，提出了基于列車運行動力學品質的不平順敏感波長及波深控制建議限值。項目研究成果為高速鐵路有砟軌道工程設計與養護維修提供了理論支撐和應用參考，其中，關于有砟軌道不平順的研究成果在中國鐵路總公司技術標準《高速鐵路有砟軌道不平順譜》的制訂中得到體現。 2100433B