Al-In(Bi)-Sn(Sb)偏晶合金熔體結(jié)構(gòu)及其凝固過程的研究.pdf

1、合金熔體結(jié)構(gòu)對其凝固合金的組織和性能有著顯著的影響，電阻率作為金屬熔體結(jié)構(gòu)的敏感物理性質(zhì)之一，在研究熔體結(jié)構(gòu)方面起著非常重要的作用，它反映了電子的輸運(yùn)性質(zhì)。合金熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化（成分起伏，濃度起伏，能量起伏）會引起其物理性質(zhì)，如電阻率的變化，同時偏晶體系合金中液相分離的發(fā)生伴隨熔體內(nèi)的濃度起伏，隨著對金屬液態(tài)結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，科研者們逐漸通過對熔體的物性敏感參數(shù)測量來揭示偏晶合金的液相分離現(xiàn)象，可以得出其液相分離溫度、偏晶反應(yīng)溫度，

2、進(jìn)而繪出難混溶區(qū)的形狀。特別是三元及以上偏晶合金的液相分離機(jī)制更加復(fù)雜，目前缺乏精確的相圖，所以可以通過測量合金熔體的物理性質(zhì)隨溫度的變化來研究三元偏晶合金的液相分離過程，為研究偏晶合金液-液相變提供了新的有效方法，對后期偏晶合金的制備具有積極的指導(dǎo)作用。
　　本文通過直流四電極方法研究了不同成分的Al-In-Sn偏晶合金和Al-Bi-Sb偏晶合金的電阻率溫度特性，探索了偏晶合金熔體的不均勻性特征，解釋了液相分離現(xiàn)象。對各成分合金

3、做了DSC分析，對其熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征，進(jìn)一步驗證電阻率溫度特性?；陔娮杪蕦嶒灲Y(jié)果，選取液相分離溫度以上800℃、850℃、900℃（Al-In-Sn體系）和960℃、1000℃（Al-Bi-Sb體系）作為凝固實驗的合金熔煉和澆鑄溫度，探索了熔體溫度對Al-In-Sn偏晶合金和Al-Bi-Sb偏晶合金液相分離過程和凝固組織形貌的影響，并就某一特定溫度詳細(xì)探討了合金成分對兩種三元偏晶合金凝固組織形貌的影響。對于Al-In-Sn偏晶合金，

4、通過澆鑄在不同模具中，探究了冷卻速率對凝固過程和凝固組織形貌的影響。對兩種體系的偏晶合金通過繪制凝固過程示意圖，對其凝固過程機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)地分析。通過SEM、EDS、 XRD分析了合金的宏觀組織、微觀形貌、相組成與成分。研究結(jié)果表明:
　　三元Al-In-Sn偏晶合金ρ-T曲線在偏晶反應(yīng)溫度以上的附近區(qū)域出現(xiàn)了非線性變化，與DSC曲線上轉(zhuǎn)變點(diǎn)在一定誤差范圍內(nèi)能很好地吻合起來，證明了液相分離的發(fā)生。三元Al-Bi-Sb偏晶合金在升溫

5、過程中其ρ-T曲線發(fā)生了兩處明顯的異常變化，有一個向上的尖峰和凸起的包狀出現(xiàn)，且都對應(yīng)于DSC曲線上獨(dú)特的、不同高度的峰，表示偏晶反應(yīng)和液相分離的發(fā)生。由液相分離引起的兩種偏晶合金ρ-T曲線和DSC曲線的變化歸因于熔體內(nèi)部的濃度起伏，Sn和Sb的加入降低了Al-In和Al-Bi的偏晶反應(yīng)溫度。位于難混溶區(qū)內(nèi)的Al-In-Sn偏晶合金在凝固過程中會發(fā)生液相分離，澆鑄于銅模中能形成核殼結(jié)構(gòu)。合金成分是通過改變Al-In-Sn偏晶合金熔體中兩

6、種富集液相體積分?jǐn)?shù)來影響凝固組織形貌的，較小體積分?jǐn)?shù)富集相一般形成核心。熔體溫度的升高增加了體系的界面能，增大了溫度梯度，加快了第二相液滴的Marangoni對流速率，大大縮短了運(yùn)動時間，有利于Al-In-Sn偏晶合金規(guī)則核殼結(jié)構(gòu)的形成。快的冷卻速率也有利于Al-In-Sn偏晶合金凝固組織中核殼結(jié)構(gòu)的形成。
　　Al-Bi-Sb偏晶合金澆鑄于銅模中形成了灰白色的富Bi相包裹黑色富Al相的核殼結(jié)構(gòu)形貌，由于該體系中Stokes效應(yīng)顯