共晶系合金的深过冷与块体非晶合金晶化研究

摘要

快速凝固技术不仅可以显著改善已有材料的微观组织结构和提高其性能,还可以研制在常规条件下难以制备、具有优异性能的新型材料.由于深过冷技术可有效地实现三维大体积液态金属的快速凝固,并可在慢速冷却条件下,深入研究快速凝固的动力学本质,它已经成为快速凝固理论研究的前沿.该文运用玻璃熔覆法对简单共晶系(二元和三元)合金的过冷行为进行了研究.二元共晶合金生长涉及两个固相从一个液相中竞争形核和协同生长,这个过程受到过冷度、环境气氛和异质核心的影响.该文首先采用Ni<,81>P<,19>共晶合金为模型,研究了随着过冷度的增加,其凝固组织发生的一系列变化.该文采用玻璃熔覆法净化Pd<,82>Si<,18>合金熔体,以减少熔体内部的异质核心.通过控制其形核过程,从而在较低的冷却速率下使熔体能够过冷到T<,g>(玻璃转变温度)以下,从而得到大块非晶合金.利用经典的形核和晶体生长理论,计算了Pd<,82>Si<,18>合金的时间一温度一转变曲线(即TTT图),依此确定在均匀形核条件下,形成Pd<,82>Si<,18>非晶合金的临界冷却速率,并分析了影响该合金临界冷却速率的相关因素.理论计算表明,形成非晶合金的临界冷却速率与异质核心的存在有密切联系,通过净化合金熔体的方法可以大大降低合金形成非晶的临界冷却速率.进而,研究了添加Cu元素对Pd-Si基合金凝固组织演化和非晶形成能力的影响.

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1引言

1.2金属熔体的过冷与形核

1.3大体积液态金属深过冷的实现途径

1.4过冷熔体中的非平衡现象

1.5深过冷技术制备新材料的主要发展方向

1.6非晶态合金晶化的研究进展

1.7本课题研究的意义与目的

2深过冷的实验方法和工艺研究

2.1引言

2.2样品制备及净化剂预处理

2.3实验装置及过冷度的测量方法

2.4熔体过冷实验过程分析

2.5玻璃熔覆法的原理和影响熔体过冷度的因素

2.6非晶晶化过程和热分析仪器简介

3过冷Ni81P19共晶合金的凝固过程

3.1引言

3.2 Ni81P19共晶合金的平衡凝固

3.3 Ni81P19共晶合金的非平衡凝固

3.4粒状共晶团的形核和生长模型

3.5深过冷Ni81P19共晶合金凝固动力学分析

3.6本章小结

4过冷Ni-P合金的凝固和快速冷却

4.1引言

4.2近共晶成分过冷熔体的形核分析

4.3亚共晶相在Ni-P合金凝固组织中的演化

4.4过共晶相在Ni-P合金凝固组织中的演化

4.5 Ni-P合金共晶共生区的描述

4.6块体Ni81P19非晶合金的制备

4.7本章小结

5块体Pd82Si18非晶合金的制备

5.1引言

5.2实验过程和结果

5.3 Pd82Si18合金的非晶形成能力和影响因素探讨

5.4形成Pd82Si18非晶合金的临界冷却速率计算

5.5本章小结

6块体Pb82Si18纳米晶材料的制备

6.1引言

6.2过冷熔体液相分离的机理

6.3过冷Pb82Si18熔体的液相分离和块体纳米材料制备

6.4块体Pb82Si18非晶/纳米晶复合材料制备

6.5本章小结

7块体Pb77.5Cu6Si16.5非晶合金的形成及晶化动力学研究

7.1引言

7.2过冷Pb77.5Cu6Si16.5熔体凝固组织演化及块体非晶合金形成

7.3块体Pb77.5Cu6Si16.5非晶合金的连续升温晶化动力学

7.4制备方法对Pb77.5Cu6Si16.5非晶合金晶化动力学的影响

7.5本章小结

8深过冷熔体中的耗散结构分析

8.1引言

8.2耗散结构及其形成条件

8.3深过冷Pb82Si18熔体中的自组织现象

8.4深过冷熔体中的耗散结构分析

8.5耗散结构对过冷熔体凝固行为的影响

9全文总结

9.1本文的主要结论

9.2本文的创新之处

致谢

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的论文和本人在博士期间所获奖励