Al-Sn-Bi合金熔体微观不均匀性及其对凝固特性的影响

发布时间：2017-04-15 09:14

本文关键词：Al-Sn-Bi合金熔体微观不均匀性及其对凝固特性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本实验通过熔体的电阻率、黏度、DSC测试,研究了Al-Sn-Bi合金熔体的微观不均匀性及液相分离现象,探讨了熔体结构转变机制;利用Kissinger方法和Ozawa方法研究了Sn-Bi合金熔体结构转变的热力学和动力学特征;通过测试Sn_(57)Bi_(43)合金熔体结构转变前后的冷却曲线、凝固组织及耐腐蚀性能,研究熔体微观不均匀结构对凝固组织及凝固路径的影响;通过铜模快冷法,研究熔体温度、冷却速率和合金成分对Al-Sn-Bi偏晶合金液相分离及核壳结构形成的影响因素及作用机理。通过电阻率和黏度方法来研究Sn100-xBix(x=0,7,30,43,80,100)合金的液态结构。随着温度和Bi含量的增加,液态合金的电阻率亦随之增加,比较明显的转变点均出现在Sn-Bi合金的电阻率-温度和黏度-温度曲线上,并且在转变点之前电阻率随着温度的增加呈线性增加。此外,不同的合金成分表现出不同的转变温度。这些结果表明合金在973-1073K温度处发生液-液结构转变且这个转变是可逆的,这可能是由于分子重排的协调运动造成的。基于探索出的熔体结构结果,描述了Sn-Bi熔体结构并探讨了不连续结构相转变的性质。结合电阻率-温度曲线和DSC曲线研究了Sn_(57)Bi_(43)合金的熔体结构转变热力学和动力学特征;通过热分析方法计算出了结构转变的激活能(Ea)及连续升温转变曲线(CHT曲线)。实验结果表明:合金熔体的电阻率和热参量在液相线上973-1073K范围内均出现了异常变化,且两者对应的特征转变温度相吻合,验证了合金存在液-液结构转变及电阻率法、DSC结果的有效性,Kissinger、Ozawa法适用于Sn-Bi合金熔体结构转变动力学的研究。通过电阻率和热分析方法研究了三元Al-Sn-Bi偏晶合金熔体的液相分离现象。随着温度的升高,电阻率-温度曲线出现了不规则的、急剧的变化,与DSC曲线上相应温度处出现的峰相吻合,这表明了液相分离的发生。熔体的微观不均匀性与微观均匀性的转变导致了浓度波动,这使得原子变得更加紊乱,给电子运动带来更大的阻碍,使电阻率急剧的增加。电阻率-温度曲线出现的不规则行为归因于浓度-浓度波动。并且添加锡可以降低Al-Bi的偏晶反应温度。总结得出浓度-浓度波动是造成电阻率和DSC实验异常行为的原因。通过电阻率实验、黏度实验以及热分析实验得知Sn_(57)Bi_(43)合金熔体在973-1073K出现液-液结构转变。进而研究了Sn_(57)Bi_(43)合金熔体微观不均匀性对凝固特性的影响。结果表明:经过熔体结构转变后的合金熔体,共晶相的凝固过冷度增大,合金的凝固组织细化并且Sn-Bi成片间距显著降低,得到更均匀的凝固组织,耐腐蚀性能也有一定的提高。通过铜模快冷法,研究了熔体温度、冷却速率和合金成分对Al-Sn-Bi偏晶合金凝固组织的影响,并探讨核壳结构偏晶合金形成的影响因素及作用机理。结果表明:当合金成分处于难混溶区时,Al-Sn-Bi偏晶合金将发生液相分离并形成核壳结构。合金成分对核壳形貌的影响是通过各元素的体积比来影响的,合金成分的改变导致各元素体积比的变化进而实现核壳组织的壳层和核心成分的互换,小体积分数成分相通常形成核心。浇铸温度的升高有助于核壳形貌的形成即促进小液滴向中心汇聚。熔体温度的提高主要通过提高第二相Marangoni运动速率,增加运动时间,促进第二相小液滴向中间运动,形成典型的核壳形貌。这将给通过液相分离制备Al-Sn-Bi偏晶合金核壳型球形晶粒提供线索,大大拓展偏晶合金的应用领域。
【关键词】：Al-Sn-Bi合金熔体 液-液结构转变 微观不均匀性 液相分离 核壳结构
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21
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