Al及其合金異質(zhì)形核過冷度與形核界面的相關(guān)性.pdf

1、形核問題一直在金屬凝固過程研究中占有重要地位，而界面行為是影響形核的主要因素。本文主要研究Al熔體形核過程中的界面特征及其影響因素，用氣懸浮技術(shù)測得了純Al及其添加了合金元素(Ti、Ce、Sb)的合金的本征過冷度，并選用不同取向的氧化物單晶(六種取向的Al2O3和三種取向的MgO)作為基底，測定了高真空環(huán)境下異質(zhì)相基底觸發(fā)金屬熔體形核的過冷度及熔體與異質(zhì)相基底之間的潤濕角，運用SEM(Scanning Electronic Micros

2、copy)，EDS(Energy Dispersive Spectrometer)，XRD(X-Ray Diffraction)，TEM(Transmission Electron Microscopy)，HRTEM(High Resolution Transmission Electron Microscopy)等方式考察了界面微觀結(jié)構(gòu)和生成相，并基于Bramfitt的二維晶格匹配模型，異質(zhì)相外延形核等模型探討了形核相與異質(zhì)相間的晶格

3、匹配度與異質(zhì)相觸發(fā)形核的過冷度、形核機制、熔體/異質(zhì)相間潤濕性的關(guān)系以及合金元素對形核過程的影響。獲得了如下主要結(jié)果：
　　1.在界面晶格錯配度較小(f<14％)的情況下，過冷度和晶格錯配度的平方成正比：與形核相晶格匹配度越好的異質(zhì)相，其觸發(fā)形核所需的過冷度越小，隨著晶格錯配度的增加，所需形核過冷度逐漸增大。而當(dāng)f>14%時，上述基體觸發(fā)熔體形核的過冷度隨著錯配度的增加而減小。
　　2.通過TEM的觀察，在f<14%時，Al

4、/Al2O3的界面是平直的，新相Al直接在Al2O3的表面形核生長，未出現(xiàn)中間應(yīng)變層；在f>14%時，形核界面處發(fā)現(xiàn)一層幾十到幾百納米厚度的存在應(yīng)變的Al中間層，這層應(yīng)變層充滿微孿晶缺陷。
　　3.新相和基底存在錯配時最先生成的應(yīng)變層可以通過原子的晶格畸變、引入位錯或?qū)\晶等晶體缺陷來釋放新相與基底之間的界面能。
　　當(dāng)晶格錯配度f<3.1%時，界面能可以通過新相晶格的彈性畸變能和錯配能完全釋放，即Etotal=Eε+Em。<

5、br>　　當(dāng)晶格錯配度在3.1%　　當(dāng)晶格錯配度在5.8%　　當(dāng)晶格錯配度f>14%時，界面能通過晶格的彈性應(yīng)變能和引入孿晶的孿晶能釋放，即Etotal=Es+ET。
　　4. Al/MgO異質(zhì)形核體系其形核

6、過冷度不受基體MgO的晶格取向影響，其原因在于界面處生成 MgAl2O4層。該層 MgAl2O4覆蓋了整個Al/MgO界面，成為新的形核基底。因此即使采用不同的MgO基底，其得到Al熔體形核的過冷度趨于一致。
　　5.合金元素的添加可以通過生成新的金屬間化合物影響形核過程，從而改變?nèi)垠w形核的過冷度及晶粒取向。
　　6.對潤濕角的測量發(fā)現(xiàn) Al熔體對不同取向的單晶氧化物的潤濕性存在差異。比較連續(xù)的中間Al層對于潤濕性有很大的改