Al-Ni-La合金熔体结构演变规律及其对凝固组织的影响

作     者：杜松昭 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：耿浩然

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Al-Ni-La合金熔体 液-液结构转变 电阻率 非晶合金 Faber-Ziman理论 

摘      要：本实验通过电阻率实验、液态XRD测试以及黏度实验对Al-Ni-La合金熔体结构及其随温度和成分的变化规律进行了研究，探讨了温度诱导的结构转变现象;通过单辊旋淬设备在不同熔体状态下制备出Al-Ni-La快凝合金和非晶合金，通过XRD、SEM、DSC、电化学腐蚀和硬度测试分析表征了这些合金的结构和性能，探讨熔体结构对凝固组织的影响并从快凝合金和非晶合金角度来反映熔体结构及其变化。 在四次升降温过程中，Al100-xNix（x=0,2,2.7,5）合金和Al100-xLax（x=2,3,5）合金熔体电阻率随着温度的升高而升高，它们的温-阻曲线都先后呈现出线性和非线性变化，该变化的温度转折点随着成分中Ni含量和La含量的增加而增大，Al-Ni合金为850～950℃之间，Al-La合金为880～960℃之间。Al-Ni合金熔体结构中出现了一些可逆的结构变化和不可逆的结构变化，降温过程中的电阻率比升温过程高;而Al-La合金中升降温过程的电阻率没有明显差异，也没有观测到不可逆的结构转变现象。此外，Al-Ni合金和Al-La合金的电阻率都随着各自成分中Ni含量和La含量的增加而变大，该变化关系同样是非线性的。 在熔体过热处理至800℃铜辊转速2500rpm条件下，制备的Al100-xNix（x=2,2.7,5）快凝合金和Al100-xLax（x=2,3,5）快凝合金中即含有非晶结构。熔体处理改善了Al-Ni合金和Al-La合金的结构，提高了它们的耐腐蚀性和硬度。该合金各性能的随制备温度的升高而增强，且它们随温度的变化呈现出非线性的关系，分别在在850～950℃和880～980℃之间有明显的变化，验证了熔体电阻率实验的结论。 在熔体温度1020℃铜辊转速2000rpm条件下即可制备得到Al84Ni10La6非晶合金，其结构均匀而致密。熔体过热处理改善了非晶合金的结构，提高了其非晶形成能力、热稳定性、耐腐蚀性和硬度。非晶合金性能的随制备温度的变化呈非线性的关系，在1220℃280℃之间有明显的增加，反映了该体系熔体结构随温度的变化也是非线性的，某种液液结构转变在该温度区间内发生。 Al-Ni-La合金的结构从晶体状态、非晶状态到熔体状态其无序度依次增加，它们的结构参数最近邻原子距离和配位数也逐渐变大。该体系非晶结构与熔体结构是很近似的，而在熔点附近晶体结构和熔体结构也是相似的。本实验在104～105K/S冷却速率下将不同状态合金熔体的部分特征迅速“冻结在固态组织中，以从快凝合金和非晶合金的角度来探究相应的熔体结构，实验证明该方法是可行的。 本实验根据XRD实验测试并计算得到Al-Ni合金熔体的结构因子和径向分布函数，进一步计算了其在选取温度下的最近邻原子间距、配位数和相关半径等参数的值。同时，基于该实验得到的结构因子和双体分布函数，本实验根据Faber-Ziman理论和Born-Green理论，分别采用近自由电子近似和贋势以及L-J势等结构模型计算了Al-Ni合金的电阻率和黏度，理论值与实验值有一定差别，整体趋势符合较好。 Al-Ni-La体系合金熔体XRD实验、电阻率实验、黏度试验与快凝合金XRD、SEM、DSC、电化学腐蚀、硬度实验这两方面的结论相互验证;同时，电阻率实验和黏度实验的理论计算值与实验值也在相当程度上相互吻合。基于这些相互印证的结果，本实验综合各方面的信息，探讨了温度诱导的液-液结构相变现象，研究比较了非晶态和熔体这两种无序态的区别与联系，描述了Al-Ni-La体系合金熔体结构及其随温度的演变规律。