Cu-Sn合金熔体中程有序结构及其与快凝组织相关性

摘要

本文以Cu-Sn合金熔体的结构为研究对象,探讨了微观尺度上不同温度、不同成分Cu-Sn合金液态结构的演变行为,发现在Cu-Sn合金熔体中不仅存在短程有序结构,而且还存在中程有序结构.利用回转振动高温粘度仪研究了Cu-Sn合金的粘度特性,探讨了中程有序结构与熔体粘度的相关性,采用快速凝固技术制备了合金激冷薄带,利用透射电子显微镜(TEM)等方法研究了由不同热历史条件下的熔体激冷下来的薄带的微观不均匀结构的特征,探讨了该合金熔体中程有序原子团簇对激冷条带微观组织的影响.本文测量了Cu液和Sn液的液态结构,发现不同温度下Cu液的结构因子具有对称的主峰,其一系列结构参数表明适合用硬球模型去模拟它的液态结构.不同温度下Sn液的结构因子的主峰不对称,在主峰的右侧(倒易空间Q=29.8nm<'-1>处)出现一个肩膀,随着温度的升高,当温度达到熔点以上300~500℃时,肩膀消失,硬球模型无法模拟其液态结构.在DAKEN-GURRY理论基础上,分析了双元素合金中原子间交互作用强度与熔体结构之间的相关性:Cu-Sn合金熔体中的Cu、Sn原子之间具有较强的交互作用,化合物形成倾向大,在熔体内容易形成中程尺度上的原子团簇,从而导致液态结构因子上出现预峰.液态Cu-Sn合金中的中程有序结构与粘度之间有着紧密联系.粘度是一项重要的结构敏感的物理参数,结构的变化必然会在粘度的变化中体现出来.通过实验发现,Cu-Sn合金的粘度-温度曲线呈现异常变化,这种异常变化与熔体中中程有序向短程有序的结构转变有关.由金属的遗传性理论可知,熔体结构对凝固过程具有很大的影响.为了探讨熔体中程有序微观结构的存在与否对快速凝固微观组织的影响,将不同热历史条件下的熔体通过单辊旋淬法快速凝固下来,利用TEM方法观察快凝组织的微观结构,发现存在中程有序的合金熔体快速凝固下来所得到的化合物相与一般的合金熔体(仅存在短程有序)截然不同,从而获得了中程有序结构与快凝组织相关性的重要证据.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于论文使用授权的声明

本文主要创新点

第一章绪论

1.1选题的意义

1.2液态结构的研究现状

1.2.1液态结构的实验研究

1.2.2中程有序(Medium-range order,MRO)的定义

1.2.3中程有序研究概况

1.3熔体结构对凝固组织和性能的影响

1.4本文的研究内容和研究目的

1.4.1本文的研究目的

1.4.2本文的主要研究内容

参考文献

第二章试验研究方法

2.1研究方案及技术路线

2.2快速凝固Cu-Sn合金薄带的制备

2.3 X射线衍射分析

2.3.1 X射线衍射试验过程简介

2.3.2 X射线衍射试验数据的处理

2.4液态粘度的测量

2.5透射电镜分析

参考文献

第三章Cu-Sn合金熔体中程有序结构与相图相关性

3.1引言

3.2纯Cu、纯Sn的液态结构

3.3 Cu-Sn合金熔体中程有序结构与相图相关性

3.4本章小结

参考文献

第四章熔体热历史对中程有序结构的影响

4.1引言

4.2过热度对液态Cu-Sn合金中程有序结构的影响

4.3本章小结

参考文献

第五章中程有序结构与粘度相关性

5.1引言

5.2中程有序结构与粘度相关性

5.3本章小结

参考文献

第六章中程有序原子团簇遗传性之初步探讨

6.1引言

6.2中程有序原子团簇的遗传性

6.3本章小结

参考文献

第七章结论

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的论文