过共晶Al-15/20Si合金中非经典形核现象的研究
发布时间：2022-01-07 06:24
Al-Si合金广泛应用于工业中,其中过共晶Al-Si合金主要用于发动机活塞等部件,初生硅的尺寸和分布是影响其性能的重要因素,因此通过调控初生硅的形核,细化初生硅尺寸,优化其分布对提高过共晶铝硅合金活塞性能具有重要意义。长期以来,关于金属熔体形核过程的研究主要建立在经典形核理论框架之下。但是目前越来越多的证据表明,团簇参与的非经典形核过程具有普遍性,同时具有动力学可行性,金属熔体中同样存在这种现象。本文将利用Al-10Si-2Fe、Ni-32.5Si和Al-9.2Cr等中间合金诱发过共晶Al-15/20Si合金中初生硅的非经典形核现象,调控过共晶合金初生硅形核过程并细化初生硅尺寸。在这些合金中,都存在着一种普遍规律,即对于高纯金属配制的过共晶铝硅合金（后称高纯合金）仅可诱导形成形核前驱体,而没有显著促进形核;而对于工业纯金属配制的铝硅合金（后称工业纯合金）,或其他细化剂配合的高纯合金具有明显的诱导形核作用。具体如下:（1）对于高纯Al-15Si合金,向其熔体中先后添加Al-3P/Al-5Ti-B和Al-10Si-2Fe中间合金,发现在高纯合金中添加微量AIP颗粒后,再添加Al-10Si-...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ａｌ－Ｓｉ合金二元相图??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｌ－Ｓｉ?ｂｉｎａｒｙ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ．??
经典形核理论是典型的以原子（分子、离子）作为基本单位进行堆积和分解??的过程［４１］。这个过程可以用ＬａＭｅｒ曲线描述，共分为三个阶段：原子形成，原??子聚集形核和原子附着参与生长，如图１．２所示（以金属胶体纳米晶为例）。第??一阶段，用还原剂还原金属离子或者通过有机金属化合物的热分解产生金属原子，??对于金属熔体，则对应着固相颗粒完全燦化产生金属原子。第二阶段，一旦原子??浓度超过其饱和度（（：＝？），原子开始聚集，通过均匀形核形成稳定的小团簇（即??核心）。之后，原子浓度迅速下降到以下，形核不再发生。在第三阶段，金??属原子连续附着到核心上，核心尺寸逐渐增大并长大为最终晶体。在形核阶段，??一旦一个团簇长大到一定的临界尺寸，结构起伏的活化能就会变得很高，因此形??３??
结构的相＾２．１。在此基础上，Ｓｔｒａｎｓｋｉ和Ｔｏｔｏｍａｎｏｗ于１９３３年提出形核优先析出??结构应该是经液态跨越最低能垒形成的结构这对于形核动力学解释具有重??要意义。图１．４为Ｏｓｔｗａｌｄ规则对相变热力学与动力学的直观比较。从图１．４ａ中??可以看出，虽然亚稳相的能量高于稳定相，但是其形成能低，从动力学角度看更??容易形成。从图１．４ｂ中可以看出，尽管非经典路径对应着多种基本单元的可能??性（如图中粉色虚线所示），但是每一种路径需要跨越的能垒都低于经典形核路??径，因为它们都经历了中间亚稳态的过程，相较于经典路径中的单步高能垒更具??有可操作性｜５４￣５５］。越来越多证据表明，在液相和固相晶体之间，存在接近液相的??亚稳态结构，即形核不是一步完成的［５６￣５＇许多现象和问题都指向非经典形核路??径。ＣａＣ０３水溶液是目前为止研宄非经典形核理论最多的体系，最初非经典形核??理论就是在向ＣａＣ０３水溶液中加入ＣａＣｈ水溶液中报道的［５８１。同时
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车用6×××系铝合金及其冲压成形性研究综述[J]. 汪建强,郭丽丽. 轻合金加工技术. 2018(09)
[2]超声振动对活塞用近共晶铝硅合金硅相形貌及生长机制的影响[J]. 董雄博,郭永春,夏峰,李建平. 热加工工艺. 2018(05)
[3]铝合金在新能源汽车工业的应用现状及展望[J]. 李龙,夏承东,宋友宝,周德敬. 轻合金加工技术. 2017(09)
[4]Al-P系晶种合金的研究与应用[J]. 武玉英,孙谦谦,刘桂亮,刘相法. 精密成形工程. 2017(05)
[5]深过冷Al-70%Si合金的凝固特性与微观组织[J]. 严军辉,坚增运,朱满,常芳娥,许军锋. 金属学报. 2016(08)
[6]Distributions of Sr and Fe and their influence on modification of hypoeutectic Al-Si alloy[J]. Tu Lan,Jian-guo Li. China Foundry. 2016(02)
[7]RE对过共晶Al-80%Si合金凝固特性的影响[J]. 文强,坚增运,朱满,常芳娥,党博. 金属学报. 2014(05)
[8]A novel Al-10Si-2Fe master alloy and its ef ect on inoculation of eutectic cells in Sr-modii ed A356 alloy[J]. Zhang Yong,Zheng Hongliang,Liu Yue,Shi Lei,Xu Rongfu,Tian Xuelei. China Foundry. 2014(02)
[9]Al-20%Si合金初生硅宏观偏聚和细化的试验研究[J]. 贾海龙,张海涛,左克生,何立子,崔建忠. 铸造. 2013(09)
[10]材料相变过程中的形核理论[J]. 张柯,刘峰,杨根仓,周尧和. 西安工业大学学报. 2012(12)
博士论文
[1]类淀粉样蛋白质非经典结晶研究[D]. 陶菲.陕西师范大学 2018
[2]纳米颗粒—细微晶协同强化铜合金的组织与性能研究[D]. 陈凯旋.北京科技大学 2018
[3]过共晶铝硅合金初生硅的铜质蛇形通道细化与性能[D]. 郑志凯.北京科技大学 2017
[4]原位富铁纳米颗粒在铜合金中的形成机制[D]. 史国栋.北京科技大学 2016
[5]原位纳米颗粒增强铜合金的制备及其强化机制研究[D]. 丁丁.北京科技大学 2015
[6]典型二元共晶合金熔体结构研究[D]. 孙建俊.山东大学 2009
[7]变质对过共晶铝硅合金中初生硅的影响及其作用机制[D]. 许长林.吉林大学 2007
硕士论文
[1]Al-Mn中间合金的研制及其对Al-15Si合金组织的影响[D]. 姜奥雷.山东大学 2018
[2]Al-Si合金细化变质一体化处理工艺研究[D]. 曾耀华.大连理工大学 2017
[3]二元Al-Si合金力学行为与β-Si相形态间的相关性研究[D]. 蒋伟.山东大学 2017
[4]Al-Si-Fe中间合金研制及其促进铝硅合金中硅相形核机制研究[D]. 张勇.山东大学 2014
本文编号：3574000
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ａｌ－Ｓｉ合金二元相图??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｌ－Ｓｉ?ｂｉｎａｒｙ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ．??
经典形核理论是典型的以原子（分子、离子）作为基本单位进行堆积和分解??的过程［４１］。这个过程可以用ＬａＭｅｒ曲线描述，共分为三个阶段：原子形成，原??子聚集形核和原子附着参与生长，如图１．２所示（以金属胶体纳米晶为例）。第??一阶段，用还原剂还原金属离子或者通过有机金属化合物的热分解产生金属原子，??对于金属熔体，则对应着固相颗粒完全燦化产生金属原子。第二阶段，一旦原子??浓度超过其饱和度（（：＝？），原子开始聚集，通过均匀形核形成稳定的小团簇（即??核心）。之后，原子浓度迅速下降到以下，形核不再发生。在第三阶段，金??属原子连续附着到核心上，核心尺寸逐渐增大并长大为最终晶体。在形核阶段，??一旦一个团簇长大到一定的临界尺寸，结构起伏的活化能就会变得很高，因此形??３??
结构的相＾２．１。在此基础上，Ｓｔｒａｎｓｋｉ和Ｔｏｔｏｍａｎｏｗ于１９３３年提出形核优先析出??结构应该是经液态跨越最低能垒形成的结构这对于形核动力学解释具有重??要意义。图１．４为Ｏｓｔｗａｌｄ规则对相变热力学与动力学的直观比较。从图１．４ａ中??可以看出，虽然亚稳相的能量高于稳定相，但是其形成能低，从动力学角度看更??容易形成。从图１．４ｂ中可以看出，尽管非经典路径对应着多种基本单元的可能??性（如图中粉色虚线所示），但是每一种路径需要跨越的能垒都低于经典形核路??径，因为它们都经历了中间亚稳态的过程，相较于经典路径中的单步高能垒更具??有可操作性｜５４￣５５］。越来越多证据表明，在液相和固相晶体之间，存在接近液相的??亚稳态结构，即形核不是一步完成的［５６￣５＇许多现象和问题都指向非经典形核路??径。ＣａＣ０３水溶液是目前为止研宄非经典形核理论最多的体系，最初非经典形核??理论就是在向ＣａＣ０３水溶液中加入ＣａＣｈ水溶液中报道的［５８１。同时
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车用6×××系铝合金及其冲压成形性研究综述[J]. 汪建强,郭丽丽. 轻合金加工技术. 2018(09)
[2]超声振动对活塞用近共晶铝硅合金硅相形貌及生长机制的影响[J]. 董雄博,郭永春,夏峰,李建平. 热加工工艺. 2018(05)
[3]铝合金在新能源汽车工业的应用现状及展望[J]. 李龙,夏承东,宋友宝,周德敬. 轻合金加工技术. 2017(09)
[4]Al-P系晶种合金的研究与应用[J]. 武玉英,孙谦谦,刘桂亮,刘相法. 精密成形工程. 2017(05)
[5]深过冷Al-70%Si合金的凝固特性与微观组织[J]. 严军辉,坚增运,朱满,常芳娥,许军锋. 金属学报. 2016(08)
[6]Distributions of Sr and Fe and their influence on modification of hypoeutectic Al-Si alloy[J]. Tu Lan,Jian-guo Li. China Foundry. 2016(02)
[7]RE对过共晶Al-80%Si合金凝固特性的影响[J]. 文强,坚增运,朱满,常芳娥,党博. 金属学报. 2014(05)
[8]A novel Al-10Si-2Fe master alloy and its ef ect on inoculation of eutectic cells in Sr-modii ed A356 alloy[J]. Zhang Yong,Zheng Hongliang,Liu Yue,Shi Lei,Xu Rongfu,Tian Xuelei. China Foundry. 2014(02)
[9]Al-20%Si合金初生硅宏观偏聚和细化的试验研究[J]. 贾海龙,张海涛,左克生,何立子,崔建忠. 铸造. 2013(09)
[10]材料相变过程中的形核理论[J]. 张柯,刘峰,杨根仓,周尧和. 西安工业大学学报. 2012(12)
博士论文
[1]类淀粉样蛋白质非经典结晶研究[D]. 陶菲.陕西师范大学 2018
[2]纳米颗粒—细微晶协同强化铜合金的组织与性能研究[D]. 陈凯旋.北京科技大学 2018
[3]过共晶铝硅合金初生硅的铜质蛇形通道细化与性能[D]. 郑志凯.北京科技大学 2017
[4]原位富铁纳米颗粒在铜合金中的形成机制[D]. 史国栋.北京科技大学 2016
[5]原位纳米颗粒增强铜合金的制备及其强化机制研究[D]. 丁丁.北京科技大学 2015
[6]典型二元共晶合金熔体结构研究[D]. 孙建俊.山东大学 2009
[7]变质对过共晶铝硅合金中初生硅的影响及其作用机制[D]. 许长林.吉林大学 2007
硕士论文
[1]Al-Mn中间合金的研制及其对Al-15Si合金组织的影响[D]. 姜奥雷.山东大学 2018
[2]Al-Si合金细化变质一体化处理工艺研究[D]. 曾耀华.大连理工大学 2017
[3]二元Al-Si合金力学行为与β-Si相形态间的相关性研究[D]. 蒋伟.山东大学 2017
[4]Al-Si-Fe中间合金研制及其促进铝硅合金中硅相形核机制研究[D]. 张勇.山东大学 2014
本文编号：3574000
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3574000.html
