alcufe系合金相结构及初生准晶凝固动力学的研究

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1、摘要本文对A1一Cu-Fe系合金(成分范围A14s一60Cu33—50Feo一1o)的铸态及热处理态试样，采用金相(OM)，X射线衍射(XRD)，差热分析(DTA)，扫描电子显微术(SEM)和透射电子显微术(TEM)等研究方法，对其显微组织、相结构及相组成等进行了分析．发现了A卜Cu—Fe合金中稳定的三元化合物中相具有两种变体：高温变体中。和低温变体中。．在873K以上，高温结构中l具有03(A13Cu2)型结构，沿着<111>B2有3倍的调制；低温结构02在763K以下，具有沿着<01l>B2

2、方向的10倍的调制结构．微区X射线能谱(EDXS)分析表明，中相化学成分范围为A147-3_506Cu454—481Fe45—5，成分区中心是A147．9Cu47．1Fe5o．此外还发现了A卜Cu—Fe合金中￡．相的结构．通过对照模拟计算的与实验的选区电子衍射(SAED)花样，对A1．Cu．Fe合金中的13相，T，相，￡。相，T1：相分别进行了鉴定，并指出如何由选区电子衍射花样的特征来区别这些相．本文工作表明，在Gayle等报道的A1一Cu—Fe三元系液相面投影图中，0相液相面应划分为中+B两个

3、区域，本文确定了三元化合物巾相液相面与邻近相液相面的交线，修正了A1-Cu—Fe合金的局部液相面投影图．本文探明了三元化合物中相在初生准晶相的凝固过程中所起的作用，发现了一新的包共晶反应点u8(～1073K)：L+B—IQC+中．修正的三元相变反应为：包共晶反应u5：L+IQc一中+62(原反应Us：L+IQc—B+∞)，包共晶反应U6：L+e一巾+n(原反应U6：L+￡一B+r1)，包共晶反应U7：L+中一(^)+rl(原反应U7：L+13一∞+n)．对准晶I相及其晶体近似相R相，提出了相应的

4、自由能计算模型及算法，从热力学上论证了准晶(A161．89Cu25．61Fell．10)I相的高温稳定性：在低于T，(938K)时，将形成其晶体近似相R相．对准晶I相及其晶体近似相R相，根据经典的形核理论，采用所提出的自由能计算模型，计算并比较了非均质形核方式下的准晶I相及其晶体近似相R相的形核功及形核率．计算结果表明，合金熔体中，从很小的过冷，直到准晶I相的平衡液相面温度(TL=1130K)下150K的过冷范围，准晶I相的形核功在10ev以下，而准晶I相的晶体近似相R相的形核功则趋于“无限大”

5、，表明R相的形核难以实现．对准晶I相及其晶体近似相R相的形核率计算表明，从小的过冷直到准晶I相平衡液相面温度(TL=1l30K)下150K的过冷范围，准晶I相都会首先形核，而其晶体近似相R相不具备从液相中初生形核的动力学条件．采用简化的传热物理模型，模拟计算了初生准晶I相的体积分数，并与实验测定值进行了比较和分析．分析表明，平衡的初生准晶I相的最大体积分数决定于合金的化学成分和状态图特征．当采用缓冷和水淬法制备时，可获得较大体积分数的初生准晶I相．本文工作得到河南省特种功能材料重点实验室资助项目

6、(No．9926)及国家自然科学基金资助项目(19974030)的支持．关键词：准晶相，函相，A1一Cu—Fe系相图，液相面，凝固组织，动力学分析，非均质形核，体积分数ABSTRACTAseriesofA1。Cu—FealloyswithchemicalcompositionofA14z．60Cus3．soFeo．10waspreparedandthephaseconstituentsinthesealloysquenchedfromvarioustemperatureswereidentifi

7、edbyusingopticalmicroscopy(OM)，X—raydiffraction(XRD)，differentialthermalanalyses(DTA)，scanningelectronmicroscopy(SEM)withenergydispersivex—rayspectrometer(EDXS)andelectronbackscattereddiffraction(EBSD)，andtransmissionelectronmicroscopy(TEM)includingh

8、ighresolutionTEM(HRTEM)．ThepresentinvestigationrevealedthatthestableternaryAI—Cu—Femphasehastwovariants．Thehightemperaturevariant(designatedasoIphase)isstablewhentemperatureishigherthan873Kandhasastructureof1：3(A13Cu2)phase，whichisa3timesmodulationst