合金熔體的黏滯特性研究.pdf

1、對液體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的認識與許多領(lǐng)域的科技進步息息相關(guān)，也越來越引起凝聚態(tài)物理、材料學(xué)、生命科學(xué)、冶金及化學(xué)等領(lǐng)域的共同關(guān)注。作為結(jié)構(gòu)敏感物理量之一，合金熔體的黏度與其結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系。本文將利用高溫熔體黏度儀測量幾十種合金熔體的黏度，研究這些合金熔體的黏滯特性，為探索合金熔體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)隨溫度變化的普適性規(guī)律做出有益的嘗試。 運用回轉(zhuǎn)振動式高溫熔體黏度儀測量了十幾種二元合金熔體的黏度，探討了合金熔體的黏度隨溫度的不連續(xù)變化，并運用流體動

2、力學(xué)模型和流團擴散的布朗運動理論研究結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及其特征，發(fā)現(xiàn)在這些合金熔體中存在不連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，表征熔體中不連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特征的參數(shù)為(η0，ε，df)。合金熔體中的不連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變具有以下特征：第一，黏度測試結(jié)果表明，合金熔體中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是可逆的，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變點T<,t>、η0和ε在升溫和降溫過程中基本上是一致的；第二，是非連續(xù)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并伴隨著流團的兩種突變形式：微觀熱收縮和微觀熱膨脹。同時給出了相對完整的Sn-Bi二元合金熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

3、圖。 運用回轉(zhuǎn)振動式高溫熔體黏度儀測量了十一種多元合金熔體的黏度，發(fā)現(xiàn)在這些多元合金熔體中存在著與二元合金熔體類似的非連續(xù)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。即：黏度的Arrhenius圖由一些間斷的直線構(gòu)成，對于每條直線溫區(qū)，黏度服從Arrhenius定律：η=η0e<'ε/RT>，其中的η0、ε在同一直線溫區(qū)內(nèi)為與溫度無關(guān)、但與熔體性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)，這種非連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的特征可以用參數(shù)(η0，ε,df)進行表征。并根據(jù)實驗結(jié)果及分析，給出了合金熔體中三

4、個溫區(qū)的概念模型：模糊溫區(qū)：T>T<,x>，(T<,x>---模糊溫區(qū)與Arrhenius溫區(qū)的交界點溫度)，當溫度高于T<,x>時，熔體內(nèi)部原子熱運動劇烈，以致于該溫區(qū)內(nèi)黏度數(shù)據(jù)點上下跳動，這種跳動可能是由于材料物理性質(zhì)的變化引起的，被認為是模糊的現(xiàn)象，故稱為“模糊溫區(qū)”； Arrhenius溫區(qū)：T<,x>-T<,1>，(T<,1>--液相線溫度)，Arrhenius溫區(qū)又可分為兩種情況，第一，在該溫區(qū)內(nèi)，合金熔體的黏度隨溫度的變化

5、呈指數(shù)規(guī)律，符合Arrhenius定律，第二，在該溫區(qū)內(nèi)，合金熔體的黏度-溫度關(guān)系圖線由一些間斷的直線構(gòu)成，在每個間斷的直線溫區(qū)內(nèi)，熔體黏度隨溫度的變化呈指數(shù)規(guī)律，符合Arrhenius定律；過冷區(qū)：T，熔體冷卻到液相線以下，進入過冷區(qū)。 本文選擇了對工業(yè)及對新型材料合成有參考價值的Al-Mg合金為對象開展了其黏度與成分及溫度關(guān)系的測量，并結(jié)合其液態(tài)結(jié)構(gòu)，從微集團的形成與變化的角度對黏度值的變化進行了討論。發(fā)現(xiàn)黏度隨

6、著含鎂量的增加而增加。當鎂含量低于10％時，黏度的增加是波動的、不明顯的。當鎂含量達到10％時，黏度突然增加。并且，與流動單元相關(guān)的活化能的變化與黏度的變化是一致的。 運用二元合金熔體黏度模型分別對Bi-Sb合金、Sn-Bi合金系統(tǒng)的黏度進行了計算，并將其與實驗值進行了比較。發(fā)現(xiàn)對于Sn-Bi合金系統(tǒng)，根據(jù)Iida-Ueda-Morita模型、Kozlov模型和Kaptay模型計算得出的黏度數(shù)據(jù)與其實驗數(shù)據(jù)在數(shù)值上吻合得比較好，

7、但根據(jù)模型所計算的超額黏度的符號與實驗測得的超額黏度的符號是相反的，這也從另一個方面說明了Sn-Bi合金是一種比較特殊的共晶合金；而對于Bi-Sb合金，則用Iida-Ueda-Morita模型和Kozlov模型計算得出的理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)吻合得比較好。從各種模型的計算結(jié)果來看，黏度不能夠僅僅用熱力學(xué)性質(zhì)闡明，原子尺寸、組元質(zhì)量、原子間相互作用、鍵型、電負性等都是重要的影響因素。本文嘗試用簡單的等式η<,alloy>=η<,Sb>X<,S