匹兹堡大学利用透射电子显微镜研究激光熔融金属微结构

本文摘要：在美国国家科学基金会（NSF）的资助下，匹兹堡大学的研究人员利用劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研发的独一无二的入射电子显微镜，动态检查金属和合金在被激光束熔融后的凝结过程中微观结构如何构成。研究人员将研究铝合金的较慢凝结工艺，该工艺与激光或电子束加工技术相关联，被用作焊、相连和增材生产。

在美国国家科学基金会（NSF）的资助下，匹兹堡大学的研究人员利用劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研发的独一无二的入射电子显微镜，动态检查金属和合金在被激光束熔融后的凝结过程中微观结构如何构成。研究人员将研究铝合金的较慢凝结工艺，该工艺与激光或电子束加工技术相关联，被用作焊、相连和增材生产。　　研究人员的这一研究项目名称为在激光太阳光引发金属和合金再次发生不能时域的过程中，利用原位入射电子显微镜仔细观察微观结构构成，该项目取得了美国国家科学基金会材料研究部获取的3年共计503435美元的资助。

首席研究员为机械工程和材料学教授JǒrgM.K.Wiezorek博士。该资助还被用作匹兹堡地区的教育宣传以及强化材料科学课程。　　根据研究计划，Wiezorek博士和他的研究小组将利用劳伦斯利弗莫尔国家实验室的动态入射电子显微镜（DTEM），该显微镜不同于传统电子显微镜那样提供前后对照的图像，它需要通过纳秒级的时间分辨率来记录材料的纳米尺度转换。

　　预测工程材料在较慢非均衡加工过程中的微观结构构成是材料科学的一项基本挑战。在用于DTEM之前我们不能在计算机上仿真这些变化，Wiezorek博士说明。我们期望通过必要和局部辨别观测，找到合金显微镜的组织在激光熔融后的凝结过程中如何演进。热力学获取了材料切换的容许条件，但它无法预测从液态到最后固态的改变过程中微观结构的路径。

　　Wiezorek博士期望该研究能协助检验计算机模型，并确认结构如何变化以及温度梯度如何影响微观结构。该数据将为激光加工合金的加工条件、结构和性能之间创建关系获取更加强劲的科学基础。　　我们期望能找出从液态到最后固态结构的动力学途径的细节，Wiezorek博士说道。

这项研究将有助我们完备与凝结涉及的生产工艺，并制订战略来优化材料性能。　　Wiezorek博士的研究小组利用电子、离子、X-射线束和现代微观密切相关技术，用于并研发定量密切相关方法来研究先进设备材料与材料工艺。

将实验和必要的计算机仿真同物理冶金和金属物理的原理和实践中融合一起，进而找到新材料、材料的不道德以及对其属性的说明，并特别强调金属间化合物和金属系统。最近的研究重点还包括：　　通过定量电子衍射和密度绿函理论计算出来的检验，对基于过渡性金属的材料（还包括金属间化合物）的电子密度和成键本质展开测量；　　利用强劲塑性变形与晶界工程来对结构合金的表面展开改性以增强性能；　　在用于超快（纳秒）TEM光学和散射，在脉冲激光加工金属和合金过程中展开较慢不可逆过程的原位研究，例如凝结。

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