基于液態(tài)結(jié)構(gòu)變化的金屬熔體熱處理技術(shù)研究.pdf

1、本文利用高溫DSC差熱分析、熱速處理、快速凝固等方法對(duì)Al-12wt.％Sn、Al-12wt.％Sn-4wt.％Si合金熔體進(jìn)行了細(xì)致研究，并分析了合金熔體結(jié)構(gòu)變化與凝固組織的關(guān)系。另外利用自行研制的電阻率測(cè)量?jī)x采用直流四電極法測(cè)量了Ga-Sb合金熔體在不同成分和溫度下的電阻率。
　　 對(duì)Al-12wt.％Sn合金進(jìn)行了DSC測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在DSC曲線溫度點(diǎn)735-750℃和845-858℃左右存在著吸熱峰，由此確定合金熱速處理的過(guò)

2、熱溫度為900℃和780℃。熱速處理的結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)熱速處理的合金組織明顯細(xì)化。組織中的Sn相也趨于均勻細(xì)小。同時(shí)，通過(guò)研究保溫時(shí)間對(duì)合金熔體熱速處理的影響發(fā)現(xiàn)，經(jīng)900℃快速激冷到700℃時(shí)，由于馳豫現(xiàn)象的存在，保溫時(shí)間短的熔體大部份保留了900℃的熔體結(jié)構(gòu)，試樣的組織比較細(xì)小。
　　 利用高溫熔體黏度儀對(duì)Al-12wt.％Sn-4wt.％Si合金熔體進(jìn)行了黏度測(cè)試。結(jié)果證明隨著溫度的降低，合金熔體黏度在998K-968K和11

3、38K-1103K處出現(xiàn)不連續(xù)的變化。而利用DSC對(duì)Al-12wt.％Sn-4wt.％Si進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)合金熔化以后，在1013K和1083K處，曲線上仍然出現(xiàn)了吸熱峰，說(shuō)明合金熔體出現(xiàn)了不連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。分析認(rèn)為，共價(jià)結(jié)合的Si-Si、Sn-Sn原子團(tuán)簇的形成和Al、Si和Sn原子結(jié)合成原子團(tuán)簇并迅速長(zhǎng)大，分別是引起這兩個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)熔體結(jié)構(gòu)不連續(xù)轉(zhuǎn)變的原因。由黏度突變所反映出的熔體結(jié)構(gòu)不連續(xù)轉(zhuǎn)變溫度和由DSC分析所得的熔體結(jié)構(gòu)不連續(xù)轉(zhuǎn)變

4、溫度雖然相近，但是還是存在一定的溫度差。這是由于試驗(yàn)過(guò)程中，兩種測(cè)量方法的升溫制度以及它們所反映的物理性質(zhì)不同引起的。找到異常溫度點(diǎn)之后利用快速凝固的方法觀察Al-12wt.％Sn-4wt.％Si合金在963K、1100K和1200K溫度下快速凝固的鑄態(tài)組織發(fā)現(xiàn)，熔體過(guò)熱溫度越高，快速凝固后組織越細(xì)小，尤其是含量較高的白色Sn相，在1200K下快速凝固后呈現(xiàn)接近彌散分布的顆粒狀。這是由于溫度越高，合金熔體中原子團(tuán)簇的尺寸越小，在較高的溫

5、度下原子團(tuán)簇可能分解，熔體趨于均勻，快速凝固可以將熔體的這些特征保留到鑄態(tài)。因此，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，過(guò)熱度越高，熔體快速凝固后組織越均勻細(xì)小。
　　 使用自行研制的電阻率測(cè)量?jī)x采用直流四電極法測(cè)量了液態(tài)Ⅲ-Ⅴ族體系的Ga-Sb合金熔體不同成分電阻率-溫度曲線。研究發(fā)現(xiàn)，隨著Sb含量的增加，Ga-Sb合金熔體的電阻率升高。Ga50Sb50合金熔體的電阻率在715-735℃溫度區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)了異常變化，其余幾個(gè)成分點(diǎn)的電阻率-溫度曲線在

6、熔點(diǎn)以上50-100℃的范圍內(nèi)由于有大量原子團(tuán)簇的產(chǎn)生不成線性關(guān)系。由于Ga50Sb50是一種比較特殊的化合物，晶體屬于半導(dǎo)體化合物，熔化后該合金的電阻率及其溫度系數(shù)呈現(xiàn)典型的金屬特征，原子之間的作用力為金屬鍵。當(dāng)溫度降至735℃時(shí)，金屬鍵開始大量向共價(jià)鍵轉(zhuǎn)變，此時(shí)原子分布處于混亂狀態(tài)，電子運(yùn)動(dòng)受到阻礙，隨著共價(jià)鍵量的增加，熔體中原本處于自由態(tài)的電子逐漸被束縛，使電子輸運(yùn)性能下降，所以電阻率在735℃時(shí)升高，當(dāng)熔體溫度達(dá)到723℃時(shí)共價(jià)