收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

共晶系合金的深过冷与块体非晶合金晶化研究

蒲健  
【摘要】:快速凝固技术不仅可以显著改善已有材料的微观组织结构和提高其性能,还可以 研制在常规条件下难以制备、具有优异性能的新型材料。由于深过冷技术可有效地实 现三维大体积液态金属的快速凝固,并可在慢速冷却条件下,深入研究快速凝固的动 力学本质,它已经成为快速凝固理论研究的前沿。本文运用玻璃熔覆法对简单共晶系 (二元和三元)合金的过冷行为进行了研究。 二元共晶合金生长涉及两个固相从一个液相中竞争形核和协同生长,这个过程受 到过冷度、环境气氛和异质核心的影响。本文首先采用 Ni81P19共晶合金为模型,研究 了随着过冷度的增加,其凝固组织发生的一系列变化。在小过冷度下,共晶合金中的 两相 α-Ni 与 Ni3P 协调生长成规则的棒状共晶。在中等过冷度下,凝固组织从规则棒 状共晶向不规则的粒状共晶组织转化,随着过冷度的增大,粒状共晶团在凝固组织中 所占的体积分数越来越大。我们提出枝晶状共晶的熔断模型来解释粒状共晶组织的形 成。在深过冷度下,凝固组织又演化成显微结构细小的胞状共晶团组织,通过固/液界 面稳定性理论可以很好的解释这类组织转变。此外,本文还通过对 Ni-P 合金中的两 相进行形核分析,从理论上描述了该合金系共晶共生区的形成规律。并通过对不同成 分的 Ni-P 合金的凝固形貌随过冷度变化进行考察,不但描述了 Ni-P 合金共晶共生区 的形状和位置,还分别研究了初生相 α-Ni(亚共晶相)和 Ni3P(过共晶相)的凝固组 织形貌随过冷度增加的演化规律。 在对金属的晶粒细化研究中发现,过冷熔体会发生亚稳液相分离现象,即从一个 成份均匀的液相分离为两个成分不同的液相。相分离的机制有二:形核长大和调幅分 解,对于后者,其显微组织可以用一种网格状结构来表征,相分离的形貌可以通过快 速冷却的方法“冻结”下来。Cahn 预测过冷熔体液相分离的波长 λ 在一个临界过冷度 下将随过冷度的增大而减小,这在过冷 Pd82Si18 合金熔体的实验中可以得到证实。当 过冷度超过一个临界值,液相分离的网格状组织由于表面张力过大,将会破碎成一些 纳米级的液滴。随着过冷度增大,液相分离的临界波长减小,破碎液滴的尺寸也变的 更小。最终制备出最大直径为φ2mm 的块体纳米 Pd82Si18合金材料,其纳米相尺寸为 30~50nm,且分布均匀。 I WP=5 本文采用玻璃熔覆法净化 Pd82Si18 合金熔体,以减少熔体内部的异质核心。通过 控制其形核过程,从而在较低的冷却速率下使熔体能够过冷到 Tg(玻璃转变温度)以 下,从而得到大块非晶合金。利用经典的形核和晶体生长理论,计算了 Pd82Si18 合金 的时间-温度-转变曲线(即 TTT 图),依此确定在均匀形核条件下,形成 Pd82Si18 非晶合金的临界冷却速率,并分析了影响该合金临界冷却速率的相关因素。理论计算 表明,形成非晶合金的临界冷却速率与异质核心的存在有密切联系,通过净化合金熔 体的方法可以大大降低合金形成非晶的临界冷却速率。进而,研究了添加 Cu 元素对 Pd-Si 基合金凝固组织演化和非晶形成能力的影响。 非晶合金的结晶过程是一种固态的亚稳非晶向平衡晶态的相转变过程,它与样品 的处理工艺与热历史有重要的联系。本文通过控制块体 Pd82Si18 非晶合金的冷却方式 和其后的晶化过程,得到较均匀的纳米晶/非晶复合材料,即在非晶基体中均匀分布 着尺寸为 3~5nm 的晶粒。同时,利用相变动力学方法研究了块体 Pd77.5Cu6Si16.5非晶 合金中的晶化行为,用 Kissinger 方程计算了其晶化表观激活能,并分析制备过程中一 些因素在块体非晶样品晶化过程中所起的作用,为块体非晶的研究与应用提供可靠的 依据。 此外,利用 Pringogine 提出的耗散结构理论分析了在远离平衡态,深过冷熔体所 具有的非线性、非平衡的热力学过程。从自组织的角度描述了过冷熔体从混沌无序的 初态到稳定有序的结构自组织的演化过程和规律,为研究非平衡态材料提供了一种新 的思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙万里,张忠明,徐春杰,郭学锋;过冷条件下Cu-34.15%Pb偏晶合金凝固规律[J];材料热处理学报;2005年04期
2 张长青;姚可夫;;过冷度对Fe-Ni-P-B软磁合金凝固组织的影响[J];材料研究学报;2007年04期
3 周俊;谢发勤;吴向清;张军;;DZ125高温合金深过冷凝固组织转变规律[J];金属学报;2009年04期
4 张振忠,杨根仓,陈光;深过冷Fe-B-Si共晶合金凝固组织纳米化机制探讨[J];材料科学与工艺;2001年04期
5 谢辉;孙军;柏广海;贾磊;刘恩克;;深过冷Fe-80at%Ni凝固组织[J];铸造技术;2007年06期
6 郝维新,杨根仓,谢辉;深过冷Cu-37.4%Pb偏晶合金凝固行为和微观组织[J];铸造技术;2004年02期
7 喇培清;张丹;郭鑫;吕蕊娇;;铝热反应制备纳米晶Fe_3Al过程中过冷度对晶粒尺寸的影响[J];特种铸造及有色合金;2010年12期
8 郭学锋,杨根仓,邢建东;Cu_(50)Ni_(50)过冷熔体在玻璃涂层壳型中的凝固组织[J];机械工程学报;2000年10期
9 樊建锋,刘新宝,谢辉,王锦程,宋广生,杨根仓;深过冷Al_(72)Ni_(12)Co_(16)合金熔体中的相选择[J];中国有色金属学报;2003年05期
10 李雪莲;边秀房;张士佼;丁海民;孙保安;王才东;;La_(55)Al_(25)Ni_(20)大块非晶合金对ZA27合金凝固组织的影响[J];铸造技术;2007年02期
11 王保建;赵志龙;徐义库;刘林;;高密度脉冲电流对纯铝凝固组织的影响及其内在机理研究[J];热加工工艺;2008年03期
12 关绍康,郭进毅,胡汉起,吕述祖;深过冷对Nd-Fe-B-Si合金凝固组织的影响[J];北京科技大学学报;1992年05期
13 张忠明,孙万里,徐春杰,郭学锋;深过冷Cu-20wt%Pb亚偏晶合金的凝固行为[J];西安理工大学学报;2005年02期
14 关绍康;董洪标;吕述祖;;过冷对亚共晶Fe-C-Si合金凝固组织的影响[J];材料科学与工艺;1992年Z1期
15 郝维新,杨根仓,谢辉,樊建峰;深过冷Cu-Pb偏晶合金的快速凝固行为和凝固组织[J];材料研究学报;2004年04期
16 张振忠,高建卫,赵芳霞,陈传文,杨根仓;深过冷Fe_(76)B_(12)Si_(12)超细晶材料的凝固组织与软磁性能[J];特种铸造及有色合金;2005年01期
17 韩野;杨长林;刘峰;桑国良;姜伊辉;;Fe-Co多元合金晶粒细化机制[J];铸造技术;2011年04期
18 郭学锋,刘峰,杨根仓,邢建东;Cu_(70)Ni_(30)过冷熔体凝固组织的粒化机制[J];自然科学进展;2000年08期
19 马泉山;郝维新;耿桂宏;於杨栋;;深过冷BFe30-2合金凝固组织演化[J];热加工工艺;2010年07期
20 刘新宝,杨根仓,樊建锋,王锦程;准晶Al_(72)Ni_(12)Co_(16)合金在特殊涂层中的深过冷及其凝固组织[J];中国有色金属学报;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚可夫;阮芳;翟桂东;;块体纳米晶Pd-Si合金的制备与组织性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
2 高春燕;吴晓萌;贺小华;林绍梁;林嘉平;;PBLG-b-PMMAZO刚性嵌段共聚物的合成及相结构[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 周子鹏;赵红霞;韩吉田;;磁场对水的过冷度影响的实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
4 郭学锋;杨根仓;邢建东;;过冷Cu-Ni熔体在惰性形核涂层铸型中过冷遗传性[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
5 杨慧珍;余瑾;祖方遒;;Pb_(26)Sn_(42)Bi_(32)液液结构转变对凝固行为组织的影响[A];中国机械工程学会第十一届全国铸造年会论文集[C];2006年
6 焦莎;张军;王常帅;王海峰;苏海军;刘林;傅恒志;;一种镍基高温合金凝固特性及凝固组织的热历史相关性[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 卢斌;易丹青;袁武华;刘沙;王建华;陈响敏;;多层喷射沉积AlFeVSi合金凝固组织[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
8 杨根仓;郭学锋;李金富;吕衣礼;;大体积Ni-Cu单相合金深过冷快速凝固[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
9 刘娟;赵北君;朱世富;张伟;张建军;刘敏文;李一春;陈宝军;黎明;;AgGaS_2晶体生长过程中的过冷度研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
10 刘宁;刘峰;杨根仓;;深过冷Cu-Fe-Co合金的快速凝固[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒲健;共晶系合金的深过冷与块体非晶合金晶化研究[D];华中科技大学;2004年
2 张长青;Fe-Ni-P-B合金的深过冷凝固组织及力学性能研究[D];清华大学;2007年
3 董中奇;镧铁基室温磁致冷材料凝固行为的研究[D];东北大学;2009年
4 刘新宝;Al_(72)Ni_(12)Co_(16)合金深过冷及十面体准晶的凝固行为[D];西北工业大学;2003年
5 卢书媛;Ni-Pd单相合金的深过冷凝固[D];上海交通大学;2007年
6 刘峰;DD3高温合金的深过冷快速凝固及其快速凝固用特殊涂层[D];西北工业大学;2001年
7 周建坤;大体积Fe-Ga磁致伸缩合金的深过冷定向凝固[D];上海交通大学;2009年
8 李军正;Co-Ni-Ga(Al)合金深过冷及定向凝固行为[D];上海交通大学;2011年
9 刘礼;深过冷Co-Sn共晶合金及其含少量第三组元的凝固[D];上海交通大学;2011年
10 杨长林;超过冷Fe-B共晶合金中的亚稳相及非平衡凝固规律[D];西北工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何坛;金属的固/液界面能与形核过冷度研究[D];西安工业大学;2011年
2 柏广海;深过冷Fe-Ni合金的凝固组织与磁性能[D];西安理工大学;2007年
3 王敏;深过冷Ni-Pb-Cu偏晶合金的凝固组织及摩擦磨损性能研究[D];南京工业大学;2005年
4 郑永健;深过冷多元Co基合金组织演化规律研究[D];西北工业大学;2007年
5 刘丽琴;Cu-Pb偏晶合金熔体的深过冷快速凝固及组织与性能[D];西安理工大学;2007年
6 王青;CuTi/CuSn/NiSn二元合金过冷及凝固研究[D];燕山大学;2008年
7 杨雅娟;过冷Mg-Cu-B合金熔体中MgB_2超导相的析出[D];天津大学;2007年
8 陈豫增;深过冷Fe-Ni合金的组织演化和亚稳相的形成规律[D];西北工业大学;2005年
9 马龙;方波脉冲电流对Al-Si及Al-Cu合金凝固组织的影响[D];兰州理工大学;2009年
10 周俊;Al-4%Cu共晶合金的净化与过冷凝固研究[D];西北工业大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 翟扬;实用无比的深过冷快速凝固技术[N];中国有色金属报;2002年
2 宋宝来 周军;快速定向凝固技术的研究及发展[N];世界金属导报;2007年
3 徐克;液态金属深过冷与快速晶体生长研究取得成果[N];中国有色金属报;2005年
4 记者 王玉亮 通讯员 邱岩 李永利;“大块非晶”863项目将落户秦皇岛[N];河北日报;2006年
5 晨;不同磷含量对0.1%碳钢连铸凝固组织的影响[N];世界金属导报;2005年
6 李永利 邱岩;投资20亿元“大块非晶”产业化基地落户秦皇岛[N];河北经济日报;2006年
7 ;稀土在冶金业应用广泛[N];中国冶金报;2001年
8 记者 黄苗荣;锡磷青铜带坯水平电磁连续铸造技术国际领先[N];中国有色金属报;2005年
9 杨雄飞;材料电磁加工技术在现代钢铁生产、铸造和凝固过程中应用的新进展[N];世界金属导报;2007年
10 徐澄 宋拉科;从“洪堡学者”到“全国劳模”[N];人民日报海外版;2000年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978