基于Voronoi微观晶粒结构确定Fe-Si合金中硅的晶界扩散系数

作     者：徐勇强 秦宗慧 周海婷 陈建钧 XU Yong-qiang;QIN Zong-hui;ZHOU Hai-ting;CHEN Jian-jun

作者机构：华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 

出 版 物：《华东理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of East China University of Science and Technology)

年 卷 期：2017年第43卷第3期

页      面：436-442页

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 081201[工学-计算机系统结构] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：晶界扩散 Fe-Si合金 有限元 Voronoi图 

摘      要：铁基体中渗硅是生成高硅钢材料的主要方法,但现有的硅扩散过程分析往往只考虑整体的扩散效果,忽略了微观晶粒间与晶粒内的扩散差异。为了研究晶界对于扩散的影响,本文基于Voronoi图建立三维微观模型模拟了晶粒间与晶粒内的硅扩散行为。通过化学气相沉积实验、扫描电镜以及能谱元素分析测量计算得到材料微观结构参数和晶粒内的体扩散系数Dg。通过实验得到晶界宽度、晶粒尺寸等材料微观结构,在此基础上用有限元计算获得微观体积元中晶界的扩散系数Dgb。实验与模拟结果均表明硅在铁晶粒与晶界内的扩散存在明显差异,晶界扩散速率为3.3×10-3 mm2/s,大致是体扩散速率的103~104倍,通过晶界扩散入基体的硅通量达到总通量的近三分之一,因此增大晶界体积分数对提高CVD渗硅效率和渗硅量有着重要作用。