Al-Mg-Si合金液固结构关系和固态电阻率的研究

发布时间：2017-07-29 23:07

  本文关键词：Al-Mg-Si合金液固结构关系和固态电阻率的研究

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【摘要】：本文运用第一性原理分子动力学模拟方法分析Al85Mg10Si5和Al85Mg1Si14合金的液态、过饱和固溶体和非晶态结构。采用的分析方法主要有偏偶相关函数gij(r)、配位数Nij和化学短程序。通过高温高精度电阻测试系统测试Al-Mg-Si合金升温过程电阻率的变化,并结合差式扫描量热法(DSC)分析合金升温过程DSC曲线的变化,发现电阻率变化对应温度区间与DSC曲线热流变化对应温度区间符合的很好。通过第一性原理分子动力学模拟方法对Al85Mg10Sis合金的结构研究发现,在液态、过饱和固溶体和非晶态合金中Al-Si和Mg-Si是主要的化学短程序,并且Mg与Si原子间的相互作用最强,可能形成了Mg-Si异类原子团簇。同时,Al85Mg10Si5过饱和固溶体中Si原子间相互分离的趋势比液态合金强,表明过饱和固溶体的化学有序性比液态合金好。Al85Mg10Si5非晶合金中gsisi(r)曲线第一峰与第二峰之间为零,表明Si原子间相互分离,或者直接形成了单独的Si-Si原子团簇。同时,Al85Mg10Si5非晶合金中gAlAl(r)曲线的第二峰出现了表征非晶特征的明显的劈裂峰。Al185Mg1Si14合金的液态、过饱和固溶体和非晶态结构中发现Al-Mg是主要的化学短程序,Si原子间相互分离的趋势大于Al85Mg10Si5合金。Al185Mg1Si14非晶合金中gAlsi(r)曲线的第二峰出现了明显的劈裂,表明合金在3.3×1014列s快冷时出现了非晶。由于电阻率对金属及合金的组织结构具有敏感性,能够有效地表征它们结构的变化,所以我们尝试采用高温高精度电阻测试系统测试Al-Mg-Si合金在升温过程中电阻率的变化情况。Al-(0.3-0.4.wt%)Mg-7.wt%Si合金浇注试棒(试棒)的电阻率随温度的升高可以分为三个部分：首先合金的电阻率随温度的升高呈现线性增加,随后电阻率随温度升高几乎不再增加,最后电阻率随着温度的升高继续线性增加。对比纯Al试棒、纯Al线和Al-Si合金试棒,发现第二部分电阻率几乎不变可以解释为两方面。一是在加热过程中合金中的原子与空位扩散运动加剧,空位被Si和Mg原子俘获,电子的散射减小导致合金的电阻变小；二是Al合金的电阻随温度的升高而变大。用高纯原料配制的Al-Mg-Si合金试棒的电阻率较工业纯配制的合金的电阻率小,是因为高纯原料配制的合金中含有较少的杂质,电子散射作用较弱。目前关于电阻率变化与固溶体化学序变化的联系没有建立起来。进一步地,运用升温DSC测试纯Al试棒、纯Al线、Al-Si和Al-Mg-Si合金试棒,发现Al-Mg-Si合金试棒DSC曲线与电阻率变化的第二部分在误差范围内相符的很好,出现了明显的放热峰,表明合金中Mg、Si原子俘获了原子空位,使合金中原子的排列更为有序。同时纯Al试棒、纯Al导线的DSC曲线在200℃以上没有出现放热峰与吸热峰,Al-Si试棒DSC曲线也出现了放热峰,可以理解为合金中出现的一些空位被Si原子俘获。
【关键词】：Al-Mg-Si合金 第一性原理 电阻测试 DSC测试
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 选题背景及意义16-17
• 1.2 Al-Mg-Si合金时效析出特性的研究现状17-20
• 1.2.1 Mg、Si原子团簇和Mg-Si异类原子团簇18-19
• 1.2.2 GP区19
• 1.2.3 β"相19
• 1.2.4 β'相19-20
• 1.2.5 β相20
• 1.3 Al-Mg-Si合金时效析出特性的研究方法20-23
• 1.3.1 时效析出演变过程的研究方法20-21
• 1.3.2 局部结构探究方法21
• 1.3.3 直接成像方法21-22
• 1.3.4 计算模拟方法22-23
• 1.4 金属液态和非晶态合金结构23
• 1.5 研究的内容及目的23-24
• 第二章 计算分析与实验方法24-36
• 2.1 计算方法24-28
• 2.1.1 第一性原理分子动力学模拟24
• 2.1.2 密度泛函理论24-25
• 2.1.3 模拟条件25-27
• 2.1.4 赝势函数27
• 2.1.5 VASP软件包27-28
• 2.2 结构分析方法28-31
• 2.2.1 双体分布函数28-30
• 2.2.2 偏配位数30
• 2.2.3 化学短程序30-31
• 2.3 实验方法31-35
• 2.3.1 高温高精度电阻测试原理31-33
• 2.3.2 高温高精度电阻测试系统33
• 2.3.3 高温电阻炉的使用33-34
• 2.3.4 电阻测试和数据处理34-35
• 2.3.5 差式扫描量热分析35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 Al-Mg-Si合金液固结构研究36-52
• 3.1 引言36-37
• 3.2 Al_(85)Mg_(10)Si_5合金液固结构37-45
• 3.2.1 Al_(85)Mg_(10)Si_5液态合金结构37-41
• 3.2.2 Al_(85)Mg_(10)Si_5过饱和固溶体结构41-42
• 3.2.3 Al_(85)Mg_(10)Si_5非晶合金结构42-45
• 3.3 Al_(185)Mg_(1)Si_(14)合金液固结构45-51
• 3.3.1 偏偶相关函数分析45-48
• 3.3.2 偏配位数和化学短程序分析48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 Al-Mg-Si合金固态电阻率及DSC测试52-72
• 4.1 引言52
• 4.2 高温高精度电阻测试系统的温度标定52-56
• 4.3 铝及其合金电阻率与DSC分析56-58
• 4.3.1 电阻率分析56-57
• 4.3.2 DSC分析57-58
• 4.4 Al试棒、Al导线电阻率与DSC分析58-60
• 4.4.1 电阻率分析58-60
• 4.4.2 DSC分析60
• 4.5 Al-Si合金电阻率与DSC分析60-64
• 4.5.1 不同成分与纯度的Al-Si合金电阻率分析60-61
• 4.5.2 Al-Si7(高纯Al)合金电阻率与DSC分析61-62
• 4.5.3 Al-Si7(高纯Al、Si)合金电阻率与DSC分析62-63
• 4.5.4 Al-Si11合金电阻率与DSC分析63-64
• 4.6 Al-Mg-Si合金电阻率与DSC分析64-67
• 4.6.1 不同成分、纯度与不同实验条件的Al-Mg-Si合金电阻率分析64-65
• 4.6.2 Al-Mg0.3-Si7合金电阻率与DSC分析65-66
• 4.6.3 Al-Mg0.4-Si7合金电阻率与DSC分析66-67
• 4.7 Al-Mg-Si合金电阻率(退火、升温)67-69
• 4.8 Al-Mg-Si合金结构与电阻率的关系69
• 4.9 本章小结69-72
• 第五章 结论72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 附件81

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