Zn系合金熔体电阻率的研究及熔体结构变化对Bi-Sb20％合金凝固组织的影响

摘要

认知液态合金的结构和性质与许多领域的科学技术进步息息相关。因此，有关液态物质的结构和性质及其在某种条件下发生变化的规律值得关注。已经发现P、Te、Se等物质在液态下会发生压力诱导的非连续液-液结构(性质)转变。近期的研究也表明多种合金在其相应的液相温度以上都会发生温度诱导的液-液结构(L-LST)转变。尽管如此，这一现象的普适性(范围、条件及规律)及本质仍需探讨；同时，基于合金熔体的结构与性质对其凝固行为和结晶组织有重要影响的认识，探索液-液结构转变在合金凝固过程中对组织的影响和作用规律也是十分重要的。本文以与结构敏感的物理量一电阻率为研究对象，在一定温度区间内研究了多种成分的Zn-Sb和Zn-Bi二元合金熔体电阻率随温度变化的行为；研究了熔体结构转变对Bi-Sb20％合金凝固行为和组织的影响。主要内容和研究结果分述如下： (1)在对具有金属间化合物的Zn-Sb合金研究中，选择了六种具代表性的合金成分：富Sb的Sb-Zn25％、过共晶成分Sb-Zn40％、对应ZnSb的Sb-Zn50％、对应Zn4Sb3的Sb-Zn57％、对应Zn3Sb2的Sb-Zn61％、富Zn的Sb-Zn80％。通过对多种成分的Sb-Zn合金熔体的电阻率随温度行为的研究，发现无异常变化，即没有发生“温度诱导的液一液结构转变”。 (2)对可能发生液相分离的Zn-Bi合金，研究了发生液相分离的三种成分Zn(100-x)Bi(x)(x=20，37.8，70)和不发生液相分离的两类成分Zn(100-x)Bi(x)(x=84.5，90)的电阻率随温度变化情况。结果表明虽然某些合金熔体的电阻率随温度发生了变化，但在单一液相温度范围内均未发生“温度诱导的液-液结构转变”现象。 (3)对Bi-Sb20％合金，以发生液液结构转变的温度区间为依据，相应地选择两个温度作为合金的熔炼、保温温度，然后在浇注相同的条件下进行普固过冷度增大、凝固组织细化。 对Zn-Sb和Zn-Bi二元合金熔体电阻率与温度变化的关系的研究结果表明：并非所有的金属熔体都会发生生诱导结构转变，而这种“无现象”对于温度诱导液液结构转变的普适性总体规律，恰恰是一种重要的现象。而通过液液结构转变来探索熔体结构对凝固组织的影响，避免了传统熔体热处理工艺的经验性、随意性，为合理有效地利用熔体热处理工艺提供新的科学依据。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1液态结构的描述与理解

1.2液态金属及二元合金按衍射特征的分类

1.2.1液态纯金属按衍射特征分类

1.2.2二元合金按衍射特征的分类

1.3液态结构的研究方法

1.3.1直接测试

1.2.2物性测试

1.3.3理论计算

1.4液态结构研究的新进展

1.5熔体结构与凝固

1.5.1热历史对材料组织和性能的影响

1.5.2熔体热处理

1.5.3热分析法在研究凝固过程中的应用

1.5.4熔体热处理与凝固关系的研究现状

1.6本文研究的主要内容和意义

1.6.1本文研究的主要内容

1.6.2本文研究的意义

第二章实验研究内容及方法

2.1引言

2.2电阻率实验

2.2.1直流四电极电阻法实验原理

2.2.2实验设备及试样的制备

2.2.3实验中需要考虑的主要问题及解决办法

2.2.4样品池及电极的选取问题

2.3凝固实验

2.3.1实验内容

2.3.2测量冷却曲线

2.3.3实验仪器及设备

2.3.4实验中需要考虑的问题及解决的办法

第三章Zn-Sb合金电阻率行为的探索

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验结果及讨论

3.3.1 Sb-Zn合金液态电阻率随温度变化行为描述

3.3.2 Sb-Zn合金液态电阻率随温度变化行为分析

3.4本章小结

第四章Zn-Bi合金电阻率行为的探索

4.1引言

4.2实验部分

4.3实验结果及讨论

4.3.1 Zn(100-x)Bi(x)(x=20，37.8，70)电阻率行为分析

4.3.2 Zn(100-x)Bi(x)(x=84.5，90)电阻率行为分析

4.4本章小结

第五章熔体结构变化对Bi-Sb20％合金凝固组织的影响

5.1引言

5.2液液结构转变对Bi-Sb20％空冷凝固组织的影响

5.2.1实验方法

5.2.2实验结果

5.3液液结构转变对Bi-Sb20％定向凝固组织的影响

5.3.1实验方法

5.3.2实验结果

5.4对空冷与定向凝固实验结果的分析讨论

5.5液-液结构转变对Bi-Sb2%合金凝固影响的模型建立

5.6本章小结

第六章全文总结与展望

6.1本文研究主要内容

6.2本文的主要研究结果及结论

6.3本文的创新之处及前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文