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有关金属液—固态结构相关性若干问题的研究

田学雷  
【摘要】:以X-射线衍射技术为主要手段,以DSC 和电镜为辅助手段,对有关金属的液态和固态结构的相关性进行了研究。为使液态X-射线衍射仪适合于本研究工作,作者对其进行了一些改进。 以有限固溶共晶系为基础建立的“液态微观多相结构模型”的思想也适用于固态无限互溶固溶体系合金。但是,由于两种体系中同类与异类原子间键合力的差别,在固态无限互溶固溶体系中,液态由两种原子随机置换的多种微原子团所构成,微原子团之间的数量关系呈以合金成分为中心的统计分布,边界值则由该合金成分相对应的固、液相最大溶解度来决定。在固液两相区间,多种微原子团将向两极(所处温度线与固、液相线的相交点)成分分化,形成由两种成分原子团组成的局面,它们之间的数量比符合杠杆定律,由固相线决定的微原子团将向晶体相转移使晶体生长,而由液相线决定的微原子团则存在于液相中。这一适合于固态无限互溶固溶体系的“液态微观多相结构模型”的提出和建立的意义是:a) 它可以解释为什么在液态急冷、深过冷时可以达到无偏析凝固,为制备无偏析凝固新工艺奠定理论基础;b) 它揭示了平衡状态图与液、固相结构之间的定量关系;c) 它深化了对有限固溶共晶系“液态微观多相结构模型”固溶体段的认识。 通过对Cu_(70)Ni_(30)合金在两相区过冷状态下的液态X-射线结构分析和理论计算,首次初步证实了“液态微观多相结构”模型适合于固态无限固溶体系这一思想的正确性,但由于实验的难度未能用多种合金进行考核,这是我们今后要进一步做的工作。 对Cu_(70)Ni_(30)合金的液态、过冷液态和固态进行的结构分析结果,证实了该合金在液态时具有其固态时的面心立方的近程序结构。发现在液相线以上的1250~1400℃温度范围内,其微原子团的相关半径和原子团中的原子数目没有明显的变化,约为1.125nm 和457 个;而过冷液态的Cu_(70)Ni_(30)合金原子团的相关尺寸和原子数目有明显的增加,约为1.3nm 和704 个。这说明此合金液态中原子团的fcc 近程序结构,在冷却过程中达到过冷时,通过原子团尺寸的增大,使fcc 近程序结构保持并发展成为固态的fcc 固溶体。 对Al_(65)Cu_(20)Fe_(15)合金的液态X-射线结构的分析结果表明,其液态结构由二十面体近序结构的原子团组成,证明了Frank F. C.的“在液态中有大量二十面体团簇存在”论断的正确性。 并发现二十面体准晶Al_(65)Cu_(20)Fe_(15) 合金在加热过程的液体中,存在着微观不均匀区域,这个区域中的液态结构是:具有二十面体准晶相近程序的原子团+


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