【材料分析方法】相变研究以及相变温度的确定方法

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1、相变研究以及相变温度的确定方法材料科学与工程1121900133繆克松关键词：相变研究是材料科学与工程屮重要的一门研宄，温度、压力等因素会诱发材料的相变，相变前后材料的微观结构的差异将使材料在物理性质、化学性质等方面发生较大程度的改变，从而决定了材料的应用范围。温度作为材料在制备、加工、应用中常常面对的环境变量，对于相变的影响最为直观可控，本文就确定材料的相变温度介绍了儿种方法。关键词：相变温度；膨胀法；差示扫描量热法；X射线法；声发射法；电阻法1相变概述从广义上讲，构成物质的原子或分子的聚合状态、相

2、状态发生变化的过程均称为相变。［1］例如液相到固相的凝固过程、液相到气相的蒸发过程等。相变前的相状态称为旧相或者母相，相变后的相状态成为新相。固态相变发生后，新相与母相之间必然存在某些差别。这些差别或者表现在晶体结构上（同素异构转变），或者表现在化学成分上（调幅分解），或者表现在表面能上（粉末烧结），或者表现在应变能上（形变再结晶），或者表现在界面能上（晶粒长人），或者几种差别兼而有之（过饱和固溶体脱溶沉淀）。相变的发生往往收到外界环境的激发，温度是最直观也最容易控制的参数,通过对材料在不同温度卜几种

3、不同类型的相变的控制，就可以获得预期的组织和结构，充分发挥材料体系的潜能，因此，确定材料的相变温度十分有意义。随温度的变化，材料在相变前后的差别可以作为检测材料相变温度的依据,本文所述的几种方法其基本原理都是通过比对材料随温度变化发生的改变从而来确定相变温度。2膨胀法2.1原理物质的热膨胀是基于构成物质的质点间平均距离随温度变化而变化的一种现象，晶体发生相结构变化的同时总是伴随着热膨胀的不连续变化，因此相变过程中的热膨胀行为的测量是研宄相变的重要手段之一。将样品放入加热炉内，按给定的温度程序加热，加热

4、炉和样品的温度分别由对应的热电偶进行测量，样品长度随温度变化而变化，同时样品支架和样品推杆的长度也发生变化，测量的长度变化结果是样品、样品支架和推杆三者长度变化总和。样品推杆将该长度变化总和传递给位移传感器后，使位移传感器的铁芯发生位置变化而产生电动势，该电动势由测量放大器按比例转换为直流电压，由计算机记录下来。4321-样品；2-样品支架；3-样品推杆；4-位移传感器；5-计算机；6-加热炉热电偶；7-加热炉；8-样品热电偶图1热膨胀仪结构示意图[2]2.2测试方法热膨胀试验首先要进行基线测试，然后

5、再按照样品+修正的模式对样品进行测试，最后将测试数据导人专业热分析软件。通过软件分析升降温热膨胀曲线的变化，利用峰值或切线法分析可得到材料的相变点；通过软件计算可得到任意温度点的瞬时热膨胀系数和任意温度区间的平均热膨胀系数。2.3典型示例钛合金同素异构体之间密度冇所区别，因此在发生同素异构转变时，体积会发生变化，其叠加到膨胀曲线上，破坏了膨胀曲线与温度之间的线性关系，热膨胀法就是根据此原理，测定试样连续升温过程中线膨胀值——温度曲线，根据曲线的变化确定合金相变温度。图2为TA15合金线膨胀值——温度曲

6、线，实线为连续升温曲线，虚线为一阶微分曲线。对于实验材料，相的转变是一个连续过程，在升温曲线上，相变的表现为实线上出现拐点，但是，由于实线比较平稳，从实线上不容易看出变化，因此，对其进行一阶微分(虚线)，虚线上面有明显的拐点，一个拐点为相变开始温度，另一个为和变结束温度。因此，用此方法测定TA15合金相变温度为986.1°C。2.4方法评价热膨胀法较为方便，测试容易，热滞后程度比较小，所测值准确性较高。但同时，基于热膨胀法的原理，所测相变必须与相结构变化相关，同时如果相变速率较小会影响测试的准确性。3

7、差示扫描量热法3.1原理差热分析法(DTA)和差示扫描量热法(DSC)是常用的热分析方法。差热分析曲线的峰形、出峰位置和峰面积等受仪器因素和操作因素等的影响，宥的因素较复杂，难以控制，故用DTA进行定量分析比较网难，一般误差很大。因此，在做相变温度测定时更多采用的是差示扫描量热法。DSC记录的热效应峰比较锐利，但仪器的工作温度范围不及DTA宽。差示扫描量热法根据测量方法不同又可以分为：1.热流式差示扫描量热法热分析系统实际上测定的是试样与参比物的温差(△T=Ts-Tc)，然后又从标准物质得到的AT与热

8、量之间的相互关系，求得样品的热焓温度或时间的变化曲线。又称为定量DTA。枚序《嚏痄耦》图3热流式差示扫描量热法结构示意图T,2.功率补偿式差示扫描量热法通过零位补偿原理，要求试样和参比物温度，无论试样吸热或放热都要处于动态零位平衡状态，使AT等于零，而实现使AT等于零，其办法就是通过功率补偿。图4功率补偿式差示扫描S:热法结构示意图3.2测试方法在无试样状态下升、降温一次清除残余物，再次升、降温做出基线。加工出长、宽、高均小于1mm的试样（质量在100m