共晶系和匀晶系二元合金熔体结构转变及其对凝固的影响

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1、摘要液体结构和性质的认识与许多领域的科技进步息息相关，越来越成为凝聚态物理、材料学、生命科学、冶金及化学等领域共同关注的探索对象。不过人们对液态物质结构和性质的认知相对于固态和气态而言要肤浅得多，然而近年来液态领域的研究取得了不少阶段性成就，为人们从理论上进一步探索液态物质的结构本质提供了丰富的现象学依据。由各类衍射技术和计算机模拟揭示出的种种拓扑及化学短程序大大丰富了液体结构短程有序的物理内涵。压力诱导非连续液一液结构转变的直接实验证据打破了液体结构连续渐变的传统观念；合金温度诱导液一液结构转变的发现填补了液体结构从液相线TL附近到液气临界点Tc之间的空

2、白，而且必将对凝固微观机制的认识及材料的研发和加工产生深远的影响。然而，温度诱导液一液结构转变的普适性(范围、条件及规律)及其本质尚不清楚；此外，尽管采用“温度处理”、“熔体过热”及“热速处理”等工艺方法改变凝固组织来研究固一液结构依存关系的内容并不鲜见，但温度诱导液一液结构转变影响凝固行为及凝固组织方面的明确而系统的研究未见报道。本文以共晶系和匀晶系二元合金为研究对象，以电阻法、热电势法及差热扫描分析(DSC)技术为研究手段，系统地研究了二元合金Pb．sn、Sn—Bi、Pb—Bi、In—sb的液态电传输性能随温度的变化关系，并与匀晶系B卜sb合金的液态电

3、性能变化作对比，分析了上述合金液态性能、结构变化的特征和机理；首次从液一液结构转变是否可逆这一角度探讨了不同组元的二元合金液态结构转变的可逆性及其本质。此外，根据前述研究所得结果，以液一液结构转变为新的切入点，研究和探讨了二元合金液一液结构转变对凝固行为和凝固组织的影响以及固一液结构的依存关系。主要研究结果如下：I．本文所研究的不同组元的共晶型(Pb—sn、Sn—Bi、In-Sb、Pb—Bi)和匀晶型(Bi-Sb)二元合金，除了液态In-Sb合金的连续渐变外，在首轮升温过程中均发生了温度诱导的液一液结构转变，不同合金系液一液结构转变的规律和特征不同：Ⅱ．以

4、电阻法为研究手段，发现了液态sn、Bi、Sb单组元物质在第一轮升温过程中也具有液态结构变化的特征，首次发现了液态sn的液态结构转变具有部分可逆的性质；据此，提出了富sn的Pb—Sn、sn—Bi等二元合金液态结构转变具有的可逆性特征主要与sn的可逆性有关；Ⅲ．含Bi或sb的不同成分的Bi—Sb、Pb-Bi二元合金在首轮升温过程中，液态合金电阻率一温度曲线上均出现了类似纯Bi和纯Sb的驼峰形变化特征：而且与纯Bi和纯Sb一样，这种异常变化在降温过程中均不具有可逆性。从热力学角度分析了这种转变的性质和不可逆的原因；Ⅳ．根据液态结构变化的研究结论，以液一液结构转变

5、为新的切入点，研究了Sn-Bi、Bi-Sb合金液态结构变化对凝固行为和凝固组织的影响。结果表明经液一液结构转变后的合金凝固过冷度提高，凝固组织明显细化；从热力学角度，尝试建立了液一液结构转变的物理模型，并以此进一步分析了液一固结构依存关系。关键词：共晶系和匀晶系二元合金：液一液结构转变；电传输性能；凝固行为和凝固组织Liquid—-liquidstructuretransitionsineutecticandsolid--solutionbinaryalloysandtheireffectsonsolidificationABSTRACTTheknowle

6、dgeonnatureofliquidstructuresandpmpertiesiscloselyrelatedtothedevelopmentofscienceandtechnologyinmanyfields；therefore,ithasbeenbecomingacommonconcemforcondensedphysics，materialsscienc岛lifescience,chemistry,metallur目andsoon．AlthoughtheknowledgeOilliquidstructuresandpropertiesismore

7、superficialthanthatofsolidandgas，manyrespectablestaggeredachievementshavebeenobtainedinrecentyears，whichprovideabundantphenomendlogybasisforftlrtherexplorationof舭characterofliquidstmeture妇1thetheorypo诚ofview．Thetopologicalandchemicalshort-rangeorders,revealedbyvariousdiffractionme

8、thodandcomputerSimulations，enrich