Al-Si-Ge合金中Si(Ge)相的演變及控制的研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了Ge元素對(duì)Al-18Si合金組織及性能的影響，揭示了Al-18Si-xGe合金中Si(Ge)相形成與演變的規(guī)律，討論了其組織形態(tài)與硬度的相關(guān)性;利用晶粒細(xì)化和快速凝固技術(shù)對(duì)Al-Si-Ge合金的物相形貌進(jìn)行了控制和改善，研究了Sn元素對(duì)Al-Si-Ge合金的凝固特性、微觀組織及硬度的影響，分析了該合金作為中溫鋁釬料的可行性。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴Al-18Si-xGe合金微觀組織及硬度的演變規(guī)律。Al-18Si

2、-xGe合金中，Ge含量(≤10％)較低時(shí)，形成α-Al、初晶Si、共晶Si、共晶Ge等物相;Ge含量（約60％）較高時(shí)，形成含有Si與Ge的初晶固溶體、α-Al、共晶Ge物相。研究發(fā)現(xiàn)，Ge的引入，能顯著改善Al-18Si合金的微觀組織，適量Ge可使共晶Si更加細(xì)小;在初晶相與共晶相中Ge與Si可以互相固溶，形成連續(xù)固溶體。隨Ge含量的增加，合金的初晶反應(yīng)溫度升高，共晶反應(yīng)溫度降低。當(dāng)Ge含量由0增加到10％時(shí)，合金的宏觀硬度和共晶組

3、織的顯微硬度均有所提高，而初晶Si的顯微硬度先降低后升高，這主要是由于Ge相的硬度低于Si相，以及Ge固溶于Si中導(dǎo)致其晶格畸變兩方面因素的共同作用。
　　⑵AlP對(duì)Al-Ge及Al-Ge-Si合金中初晶相的細(xì)化作用與機(jī)理。過共晶Al-70Ge合金中，初晶Ge呈現(xiàn)帶有尖角的粗大板塊狀，加入0.2％的Al-3P中間合金后，初晶Ge由230μm左右被細(xì)化至約40μm，形貌也更加規(guī)則;Al-3P合金亦能顯著細(xì)化Al-Ge-Si合金中的初

4、晶Si(Ge)固溶體，改善其組織形貌。究其機(jī)理，AlP與Ge的晶格錯(cuò)配度為3.85％，與Si(Ge)固溶體的錯(cuò)配度(≤5％)也較低，初晶Ge和初晶Si(Ge)固溶體均以AlP作為異質(zhì)形核襯底從而依附其形核長(zhǎng)大。
　?、强焖倌藺l-Si-Ge合金微觀組織的研究?？焖倌淌笰l-Si-Ge合金的微觀組織明顯改變，初晶相呈形貌規(guī)則的細(xì)小塊狀，共晶Si和共晶Ge由針狀或魚骨狀變成條帶狀或球狀，尺寸由微米級(jí)減小至納米級(jí)。而Al-18Si-

5、10Ge合金組織變化更為特殊，初晶Si與共晶Si明顯分離和偏聚，初晶Si易在氧化膜較稀薄的區(qū)域富集，共晶Si更傾向于在氧化膜較厚的區(qū)域生成。Al-18Si-xGe(x≤10)合金的相組成在快速凝固后有所改變，Ge并未如普通凝固下那樣形成共晶Ge相，而是以完全固溶的方式均勻地分布于合金中。其中原因一方面與合金液態(tài)下的原子團(tuán)簇有關(guān)，Si-Si團(tuán)簇以及Si-Ge異類原子團(tuán)簇均比Ge-Ge團(tuán)簇更易存在，另一方面，是由于快速凝固中固液界面移動(dòng)速度

6、過快，溶質(zhì)Ge原子來不及充分?jǐn)U散，使更多的Ge溶入固相。
　　⑷Sn對(duì)Al-Si-Ge合金微觀組織及性能的影響。制備了Al-9Si-15Ge-xSn合金(x=0，2，5，10)，隨著Sn的加入，合金中出現(xiàn)了共晶Sn相，分布在共晶Si與共晶Ge的外圍，共晶Si尺寸呈先減小后增大的趨勢(shì)。Sn可以在Ge中少量固溶，而在Si中幾乎不固溶，共晶反應(yīng)中三者的析出順序依次是共晶Si→共晶Ge→共晶Sn。當(dāng)Sn含量增加時(shí)，合金的液相線溫度先降低后