石墨在Ni-C合金中的形核與生長(zhǎng)及其演變規(guī)律的研究.pdf

1、近年來(lái)，多種形態(tài)的石墨在金屬熔體中被觀察到，比如:球狀石墨、片狀石墨、蠕蟲(chóng)狀石墨、星形石墨，以及最新發(fā)現(xiàn)的石墨烯。由于石墨形態(tài)能夠?qū)辖鹦阅墚a(chǎn)生重大的影響，學(xué)者們對(duì)石墨在金屬熔體中的形核與生長(zhǎng)機(jī)理做了大量的研究。這些研究成果被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，使鑄鐵獲得更加優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、耐磨性能、疲勞性能、沖擊韌性以及強(qiáng)度等等，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，這些研究成果也大大豐富了熔體形核與生長(zhǎng)理論。大量的石墨在金屬熔體中的形核生長(zhǎng)模型的提出，使人們對(duì)熔

2、體的凝固過(guò)程有了更深刻的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了鑄造合金在更大范圍的研究和應(yīng)用。
　　本文選用了共晶Ni-C合金對(duì)石墨在金屬熔體凝固過(guò)程中的形核與生長(zhǎng)規(guī)律以及在金屬固溶體固態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中石墨的析出和形態(tài)演變過(guò)程進(jìn)行研究。本文主要從三個(gè)方面進(jìn)行研究:
　　(1)冷速對(duì)共晶Ni-C合金中石墨的形核與生長(zhǎng)規(guī)律的影響
　　通過(guò)真空爐、銅模、單輥設(shè)備控制冷卻速度，獲得不同形態(tài)的石墨。在溫和的冷速下，獲得層片狀石墨;在較快冷速下，獲得球狀石墨;

3、在超快冷速下，合金條帶表面為石墨薄膜，而在其內(nèi)部分布著大量石墨球。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、高倍透射電鏡、拉曼光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行表征分析，分析了石墨的微觀結(jié)構(gòu)和其在不同冷速下的初始形態(tài)以及生長(zhǎng)規(guī)律。
　　(2) Si對(duì)石墨球化的影響
　　通過(guò)分別向共晶Ni-C合金熔體中添加自制的共晶Ni-Si和高純Si，分別研究了它們對(duì)石墨球最終數(shù)量、分布和形態(tài)的影響，初步討論了其影響規(guī)律。分別利用亞共晶Ni-Si、共晶Ni-Si、過(guò)共晶Ni-Si

4、以及75硅鐵孕育，探討了Ni-Si合金對(duì)鑄鐵體系的孕育效果與石墨生長(zhǎng)的影響。
　　(3)碳在Ni-C合金中的擴(kuò)散行為研究
　　將經(jīng)銅模冷卻處理的Ni-C合金放入真空加熱爐中做不同時(shí)間的保溫處理，合金中石墨球的數(shù)量、分布與形態(tài)在不同時(shí)間段皆發(fā)生不同程度的改變，最終獲得圓整度良好的石墨球。利用掃描電鏡以及Image-Pro Plus軟件定量記錄了石墨球數(shù)量、分布與形態(tài)的演變過(guò)程，分析了其演變規(guī)律，并初步分析了石墨球在C原子擴(kuò)散過(guò)