Al-Ni包晶系合金液固相關(guān)性的研究.pdf

1、許多重要的工程合金在其凝固過程中都存在包晶反應(yīng)，包晶合金的凝固過程已成為人們研究的熱點(diǎn)和前沿課題。國內(nèi)外在對(duì)合金的研究方面基本上是在固態(tài)下進(jìn)行的。因此，有必要在原子層次上，從液態(tài)微觀結(jié)構(gòu)入手對(duì)金屬間化合物合金進(jìn)行研究。 本文作者在原子層次上研究了具有包晶反應(yīng)的Al-Ni合金的液態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，并以其固態(tài)微觀結(jié)構(gòu)為參比，研究其微觀結(jié)構(gòu)在凝固過程中的演變，對(duì)推動(dòng)金屬材料的研究和金屬凝固理論的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。 研究表明不同

2、成分的合金在常規(guī)凝固時(shí)，其包晶反應(yīng)都受到不同程度的抑制。非平衡凝固條件下的包晶反應(yīng)影響了凝固進(jìn)程，造成了Al-Ni系包晶合金的最終凝固組織中初生相，包晶相，富Al相和共晶相四種組織共存的現(xiàn)象。 同一種合金不同凝固速度得到的凝固組織也不同。Al3Ni合金的非平衡凝固過程中包晶反應(yīng)受到很大程度的抑制，凝固進(jìn)程不同，最終凝固相組成及形貌也不同。強(qiáng)制冷卻條件下，最終組織分別為先析出相組織、包晶相組織和共晶組織；當(dāng)合金以20℃/min的速

3、度冷卻時(shí)，最終相為先析出相組織、包晶組織及由勻晶組織和共晶組織組成的混合組織構(gòu)成。與強(qiáng)制冷卻相比，合金以較慢速度20℃/min冷卻時(shí)，凝固組織呈現(xiàn)異常：先析出相Al3Ni2組織粗大，所占比例增加，包晶相Al3Ni只在很窄的范圍內(nèi)存在，所占比例反而減小。 本文在對(duì)包晶反應(yīng)滯后的研究中發(fā)現(xiàn)，具有包晶反應(yīng)的Al-Ni系合金分別以20℃/min和10℃/min凝固時(shí)，包晶反應(yīng)都出現(xiàn)了嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象，但是具有包晶反應(yīng)的Sn-Sb系固溶體合

4、金以10℃/min凝固時(shí)，其包晶反應(yīng)溫度基本與平衡凝固時(shí)相同，研究表明：Al-Ni系包晶反應(yīng)先析出相和包晶相存在晶格類型的轉(zhuǎn)變，兩者之間的點(diǎn)陣常數(shù)相差較大，發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)，先后兩相之間的錯(cuò)配度較高，較大的錯(cuò)配度有較大的界面應(yīng)變能，使得后者很難在前者上堆積，導(dǎo)致包晶反應(yīng)嚴(yán)重的滯后。而Sn-Sb系合金包晶反應(yīng)前后兩相的晶格結(jié)構(gòu)相同，且點(diǎn)陣常數(shù)十分接近，發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)，先后兩相之間不存在晶格類型的轉(zhuǎn)變，錯(cuò)配度較低，界面能較小，包晶相很容易附著

5、在先析出相上，使得包晶反應(yīng)容易進(jìn)行，包晶反應(yīng)溫度基本與平衡反應(yīng)溫度一致。 作者利用液態(tài)X-射線衍射儀對(duì)Al-Ni包晶合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)作為Al-TM(TM=Mn，F(xiàn)e，Co，Ni)合金中的一種，Al80Ni20、Al3Ni和Al73Ni27三種合金具有和Al-Fe等Al-TM相似的結(jié)構(gòu)特征，在其液態(tài)X-ray衍射強(qiáng)度曲線上有預(yù)峰的出現(xiàn)，推斷Al80Ni20、Al3Ni和Al73Ni27三種合金的液態(tài)中存在中程有序結(jié)構(gòu)