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《上海交通大学》 2012年
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Ni-P合金的凝固行为与非晶形成

黄起森  
【摘要】:在众多过渡族金属-类金属非晶形成二元合金体系中,Ni-P合金具有相对强的非晶形成能力,快淬条件下可以在较宽的成分范围内获得非晶,因此成为许多研究工作的对象。但时至今日,人们对其形成非晶的凝固学基础认识还不清晰。 本文以Ni80.4P19.6共晶合金及其附近成分合金Ni_(100-x)P_x(x=17.5~21)为对象,使用熔融玻璃净化和循环过热相结合的方法进行了深过冷快速凝固实验,使用高速红外测温仪对凝固过程中的温度变化进行了监测,利用光学显微镜和扫描电镜对凝固后试样的显微组织进行了观察,采用电子背散射衍射技术分析了异常共晶组织中两相的取向情况。应用单辊甩带技术和铜模吸铸技术分别制备了条带试样和楔形块体试样,利用X射线衍射仪和差示扫描量热仪分析了非晶的结构和热稳定性,用显微硬度仪表征了非晶的硬度。基于相关实验结果,对Ni-P合金在不同过冷度下凝固时的晶体生长方式、凝固组织演化以及非晶形成能力与晶体生长方式之间的关系进行了深入研究。主要发现有: 过冷Ni-P合金熔体凝固时,如果共晶两相进行离异生长,伴随有两次温度再辉现象;如果进行耦合生长,则仅有一次温度再辉。当过冷度超过某一临界值时,凝固组织中出现异常共晶,且随着过冷度的增大,异常共晶所占的体积分数增多。异常共晶的形成起源于初生相在温度再辉过程中发生的部分重熔分解与熟化。由不同初生相演化而来的异常共晶中-Ni晶粒在尺寸与取向方面表现迥然不同。由初生-Ni枝晶分解形成的-Ni晶粒,粗大且随机取向分布;而由初生棒状规则共晶分解形成的-Ni晶粒,则较为细小且具备一定的取向性。 Ni80.4P19.6共晶合金具有最好的非晶形成能力和最好的热稳定性。随着成分偏离共晶点,Ni-P合金的非晶形成能力和热稳定性变差。非晶的显微硬度与非晶形成能力具有一定的关联性,非晶形成能力越好的Ni-P合金,铸态显微硬度越高,经退火处理后硬度提高则越少,这与高非晶形成能力的非晶内部原子堆垛程度较为紧密有关。 在所研究的Ni-P合金中,没有一种合金熔体能够在液相线温度至玻璃转变温度的整个温度区间恒以耦合共晶方式凝固。耦合共晶凝固发生于共晶温度线下方的一个“梨”形区域内,以及玻璃转变温度上方的另一区域中。Ni-P合金的非晶形成能力与初生相的生长方式密切相关,容易发生单个相优先凝固析出的成分,其非晶形成能力差。相比较而言,亚共晶Ni-P合金的非晶形成能力比过共晶Ni-P合金的弱,凝固过程中容易析出-Ni初生相时,不利于非晶的获得。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG131

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