三元Ag-Cu-Ge共晶合金的快速晶体生长研究

摘要

三元共晶合金的快速凝固规律研究是材料科学领域的重要课题。本文分别采用熔融玻璃净化法、落管无容器处理技术和单辊实验装置系统研究了三元Ag-Cu-Ge共晶合金的凝固组织特征和相组成，揭示了三元共晶合金在深过冷和急冷条件下的快速凝固机制和晶体生长规律。 熔融玻璃净化实验中，三元Ag<,38．5>Cu<,33.4>Ge<,28．1>共晶合金获得了175 K(0．22T<,E>)的最大过冷度。在0～175 K过冷度范围内，凝固组织均由固溶体(Ag)、半导体(Ge)和金属间化合物η(Cu3Ge)三相组成。小过冷条件下，三个共晶相协同生长，呈不规则层片状。过冷度较大时，共晶组织明显细化。当△T>5．80 K时，(Ge)相分离生长，(Ag)与11相呈二相层片共晶方式共生生长。初生(Ge)相的生长形态随过冷度的增大，由小面相块状向小面相枝晶转变。部分小面相(Ge)枝晶分枝生长，呈现花状。理论计算和实验结果均表明，(Ge)相领先形核。 实验研究了三元Ag<,38．5>Cu<.33．4>Ge<,28．1>合金的落管无容器快速凝固规律，获得最大过冷度为200 K(0．25<,E>)。小过冷条件下，合金的凝固组织由初生(Ge)相、(Ag)+η两相共晶和(Ge)+(Ag)+η不规则三元层片共晶组成，当过冷度超过200 K时，初生相和两相共晶消失，三元共晶组织明显细化。大过冷条件下出现了球状共晶团。(Ge)相生长形态随着合金过冷度的变化表明，其生长方式随过冷度的增大，由小面相生长转变为非小面相生长。 本文还进行了三元Ag<,38.5>Cu<,33.4>Ge<,28．1>共晶合金的单辊急冷实验，获得厚17．5μm的薄带。XRD分析表明，合金薄带的凝固组织由(Ag)、(Ge)、η和亚稳相Ag<,8．7>Ge<,1.3>四相组成。合金凝固组织由均匀的微小晶粒组成。熔池温度场的理论计算表明，大的熔体冷却速率是形成亚稳相Ag<,8.7>Ge<,1.3>和凝固组织中晶粒细化的主要原因。 选用熔融玻璃净化装置和落管实验分别进行了三元Ag<,34>Cu<,40>Ge<,26>合金的深过冷快速凝固研究。熔融玻璃实验中，合金的凝固组织由初生η(Cu<,3>Ge)相和

目录

文摘

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本文的主要成果与创新之处

第一章文献综述

1.1共晶生长的理论模型

1.1.1 JH模型

1.1.2 TMK模型

1.1.3不规则共晶组织形成机制

1.2三元共晶合金快速凝固的研究现状

1.3快速凝固的非平衡效应

1.3.1组织细化

1.3.2亚稳相形成

1.3.3固液界面结构

1.4快速凝固技术的发展

1.4.1急冷技术

1.4.2深过冷技术

1.5本文研究目标与课题来源

参考文献

第二章研究方案与实验装置

2.1研究对象

2.2研究方案

2.3实验装置与实验方法

2.3.1熔融玻璃净化法

2.3.2落管快速凝固法

2.3.3单辊急冷法

2.4合金样品的处理及组织分析

参考文献

第三章深过冷三元Ag-Cu-Ge共晶合金的凝固特征与相组成

3.1引言

3.2合金成分选择和实验方法

3.3过冷度与相组成

3.4 Ag38.5Cu33.4Ge28.1共晶合金的快速凝固组织形态

3.4.1三元共晶组织特征

3.4.2初生(Ge)相的生长形态

3.5三元共晶的形核机制

3.7本章小结

参考文献

第四章Ag38.5Cu33.4Ge28.1共晶合金在自由落体和急冷条件下的快速凝固

4.1引言

4.2研究对象

4.3落管无容器快速凝固分析

4.3.1合金液滴的冷却速率和过冷度

4.3.2初生相及两相共晶的生长形态

4.3.3三元共晶的凝固特征

4.3.4共晶团的形成机制

4.3.5(Ge)相的生长机制

4.4单辊急冷快速凝固

4.4.1数学模型的建立

4.4.2快速凝固过程中的相选择

4.4.3三元共晶合金快速凝固组织特征

4.4.4熔池的温度场特征

4.4.5冷却速率对凝固组织形成的影响

4.5本章小结

参考文献

第五章深过冷Ag34Cu40Ge26合金的相选择与快速生长

5.1引言

5.2合金成分的选择及实验方法

5.3合金熔点的确定

5.4大体积三元Ag34Cu40Ge26合金的快速凝固

5.4.1 Ag34Cu40Ge26合金的相组成与过冷度

5.4.2初生相的生长形态

5.4.3三元共晶的凝固组织

5.5三元Ag34Cu40Ge26合金小液滴的快速凝固

5.5.1自由下落液滴的过冷度与冷却速率

5.5.2不同尺寸液滴的快速凝固组织

5.5.3合金液滴凝固的相选择

5.6合金快速凝固的动力学分析

5.6.1快速凝固过程中的形核机制

5.6.2快速共晶体生长的动力学分析

5.7本章小结

参考文献

第六章结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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