典型二元共晶合金熔體結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、高溫熔體物性和結(jié)構(gòu)的研究是一個(gè)有著重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用意義的課題。實(shí)驗(yàn)難度大，數(shù)據(jù)分析困難。本文以高溫X射線衍射技術(shù)和電阻測(cè)量技術(shù)為主要手段，并輔以DSC分析和粘度測(cè)量等方法，借助于自主建立的模型，以Al-Ge、Co-Sn和Ni-Si三種典型的二元共晶合金熔體為研究對(duì)象，對(duì)典型二元共晶合金熔體在凝固過程中的結(jié)構(gòu)演化以及電阻率隨溫度的變化等方面進(jìn)行研究，探討了合金熔體結(jié)構(gòu)與其固態(tài)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，并初步揭示了合金在凝固過程中容易產(chǎn)生深過冷狀態(tài)的原因

2、。
　　 高溫X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得了Al71.6Ge28.4合金熔體在1150℃、950℃、750和550℃的衍射強(qiáng)度，通過分析結(jié)構(gòu)因子、徑向分布函數(shù)和雙體分布函數(shù)，發(fā)現(xiàn)在測(cè)量的范圍內(nèi)，有序度在1150℃至950℃間突然變大。在此基礎(chǔ)上，通過“液態(tài)微觀多相模型”及自主建立的“納米晶粒模型”的計(jì)算，指出Al71.6Ge28.4合金熔體是由72.8％α相原子團(tuán)簇和27.2％β相原子團(tuán)簇組成。凝固前后，α相原子團(tuán)簇的液態(tài)結(jié)構(gòu)與其固態(tài)相同

3、，而β相原子團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)則由液態(tài)時(shí)的拓?fù)溆行蚪Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)的FCC結(jié)構(gòu)，并且原子間的結(jié)合方式也由金屬鍵轉(zhuǎn)變?yōu)楣矁r(jià)鍵，導(dǎo)致Al71.6Ge28.4合金的液固兩相結(jié)構(gòu)存在很大的差異，這使得該合金在凝固容易出現(xiàn)深過冷現(xiàn)象。通過自主研發(fā)的電阻率測(cè)量設(shè)備，測(cè)量了不同成分的Al-Ge合金在凝固過程中的電阻率變化趨勢(shì)。研究表明，熔體電阻率均隨溫度降低而線性減少，當(dāng)成分超過50％后，熔體的電阻率溫度系數(shù)相差無幾。熔體的粘度在780℃和600℃兩個(gè)溫度點(diǎn)

4、都存在突變，前者是由于熔體中發(fā)生了由BCC短程有序結(jié)構(gòu)到FCC短程有序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，后者則是在新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的數(shù)量的改變。
　　 對(duì)于Co79.5Sn20.5的高溫X射線研究表明：組成該熔體的原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熔體的有序度在1250℃至1150℃時(shí)發(fā)生突變。通過研究該合金的液固相關(guān)性，指出該合金熔體是由βCo3Sn2原子團(tuán)簇和βCo原子團(tuán)簇等比例組成，其液態(tài)結(jié)構(gòu)與固態(tài)結(jié)構(gòu)保持一致。但由于組成熔體的兩種團(tuán)簇在熔體中等比例存在，原

5、子團(tuán)簇周圍出現(xiàn)相同種類的原子團(tuán)簇的幾率降到最低，凝固時(shí)難以形核，從而該合金凝固時(shí)易出現(xiàn)深過冷現(xiàn)象。合金熔體的電阻率與溫度在1210℃偏離線性關(guān)系；同時(shí)DSC分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)過熱到1260℃時(shí)，熔體凝固時(shí)所達(dá)到的過冷度最小，明確了該熔體中發(fā)生了結(jié)構(gòu)的變化。
　　 Ni53Si47合金熔體高溫X射線衍射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的降低，Ni53Si47衍射強(qiáng)度曲線上出現(xiàn)了“預(yù)峰”，通過液-固態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)性分析可知，“預(yù)峰”是化合物NiSi液態(tài)結(jié)構(gòu)的