基于液态结构变化的金属熔体热处理技术研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wsz2228507
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本文利用高温DSC差热分析、热速处理、快速凝固等方法对Al-12wt.%Sn、Al-12wt.%Sn-4wt.%Si合金熔体进行了细致研究,并分析了合金熔体结构变化与凝固组织的关系。另外利用自行研制的电阻率测量仪采用直流四电极法测量了Ga-Sb合金熔体在不同成分和温度下的电阻率。对Al-12wt.%Sn合金进行了DSC测试,发现在DSC曲线温度点735-750℃和845-858℃左右存在着吸热峰,由此确定合金热速处理的过热温度为900℃和780℃。热速处理的结果显示经过热速处理的合金组织明显细化。组织中的Sn相也趋于均匀细小。同时,通过研究保温时间对合金熔体热速处理的影响发现,经900℃快速激冷到700℃时,由于驰豫现象的存在,保温时间短的熔体大部份保留了900℃的熔体结构,试样的组织比较细小。利用高温熔体黏度仪对Al-12wt.%Sn-4wt.%Si合金熔体进行了黏度测试。结果证明随着温度的降低,合金熔体黏度在998K-968K和1138K-1103K处出现不连续的变化。而利用DSC对Al-12wt.%Sn-4wt.%Si进行测试时发现合金熔化以后,在1013K和1083K处,曲线上仍然出现了吸热峰,说明合金熔体出现了不连续结构转变。分析认为,共价结合的Si-Si、Sn-Sn原子团簇的形成和Al、Si和Sn原子结合成原子团簇并迅速长大,分别是引起这两个温度区间内熔体结构不连续转变的原因。由黏度突变所反映出的熔体结构不连续转变温度和由DSC分析所得的熔体结构不连续转变温度虽然相近,但是还是存在一定的温度差。这是由于试验过程中,两种测量方法的升温制度以及它们所反映的物理性质不同引起的。找到异常温度点之后利用快速凝固的方法观察Al-12wt.%Sn-4wt.%Si合金在963K、1100K和1200K温度下快速凝固的铸态组织发现,熔体过热温度越高,快速凝固后组织越细小,尤其是含量较高的白色Sn相,在1200K下快速凝固后呈现接近弥散分布的颗粒状。这是由于温度越高,合金熔体中原子团簇的尺寸越小,在较高的温度下原子团簇可能分解,熔体趋于均匀,快速凝固可以将熔体的这些特征保留到铸态。因此,在试验温度范围内,过热度越高,熔体快速凝固后组织越均匀细小。使用自行研制的电阻率测量仪采用直流四电极法测量了液态III-V族体系的Ga-Sb合金熔体不同成分电阻率-温度曲线。研究发现,随着Sb含量的增加,Ga-Sb合金熔体的电阻率升高。Ga50Sb50合金熔体的电阻率在715-735℃温度区间内出现了异常变化,其余几个成分点的电阻率-温度曲线在熔点以上50-100℃的范围内由于有大量原子团簇的产生不成线性关系。由于Ga50Sb50是一种比较特殊的化合物,晶体属于半导体化合物,熔化后该合金的电阻率及其温度系数呈现典型的金属特征,原子之间的作用力为金属键。当温度降至735℃时,金属键开始大量向共价键转变,此时原子分布处于混乱状态,电子运动受到阻碍,随着共价键量的增加,熔体中原本处于自由态的电子逐渐被束缚,使电子输运性能下降,所以电阻率在735℃时升高,当熔体温度达到723℃时共价键基本形成,原子分布处于有序状态,电子运动的阻力减小,继而随温度的降低电阻率随之降低,直到降至熔点。
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