铁铬合金中斯皮诺达尔分解的瞬态光栅光谱无损检测研究

《npj Materials Degradation》：Detecting the onset and progression of spinodal decomposition using transient grating spectroscopy

　　

摘要

斯皮诺达尔分解会降低材料的耐腐蚀性能并导致材料脆化。在材料发生灾难性退化之前，通过弹性性能测量快速、无损地检测斯皮诺达尔分解，将是材料测试领域的一项重大进展。我们通过非原位（以及原位）瞬态光栅光谱法（TGS）证明了，在铁铬（Fe-Cr）二元合金中，可以通过模量硬化来检测斯皮诺达尔分解。这种模量硬化归因于在特定成分范围内，弹性模量 C′ 对铬含量具有凸函数依赖关系，这一结论已由先前的密度泛函理论研究证实。在该初始铬成分范围内，由斯皮诺达尔分解引起的铬分配会提高平均 C′ 模量，使得发生分解后的铁铬合金比初始固溶体更硬。我们利用原子探针层析成像（APT）证实了在含36 at.%铬的合金中存在斯皮诺达尔分解及其程度，这与预测该合金中弹性模量硬化的原子模拟结果一致。基于观察到的斯皮诺达尔分解（通过APT），我们预测了预期的模量硬化，该预测基于一个简单模型，在符号和数量级上与通过TGS观察到的硬化相符。观测到的成分变化与测得的弹性响应之间的定量关联表明，TGS有潜力成为钢中高铬铁素体相中斯皮诺达尔分解无损评估的工具。