SnPb-Bi及Pb-BiSb熔体结构转变及其对凝固的作用

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1、Sn／Pb．Bi及Pb．Bi／Sb熔体结构转变及其对凝固的作用摘要无论是常规冶金或铸造，还是非晶、准晶、纳米晶等先进材料的制备，都牵涉到液．固转变。人们意识到，作为母相的液体状态对凝固所形成的固体材料的结构和性能有重要影响。然而，由于对熔体状态及其变化规律的了解与认识的不足，过去控制凝固组织的各种熔体处理工艺参数的确定，往往需要凭经验或试探。另一方面，近年国内外许多研究工作证实了熔体发生温度诱导结构转变的可能。但无论从学科发展还是实际工程应用而言，对温度诱导液液结构转变领域现象学的积累和规律的探索，仍有许多工作等

2、待人们继续开展。本文以上述两方面领域的交叉为工作的切入点，选取了部分合金，首先通过其熔体结构敏感性质与温度的关系对结构状态及其规律进行研究，而后基于所获得的熔体状态转变信息，通过空冷自由凝固、定向凝固、恒温半固态凝固等方法，探讨了其对凝固过冷度、凝固时间、结晶潜热、溶质再分配等行为及最终组织的影响规律。主要结论及创新点如下：(1)利用直流四电极方法探索了Sn．1％Bi、Sn．6％Bi、Pb．6％Bi和Pb．7．3％Sb合金在连续升、降温过程中的电阻率一温度行为。结果揭示，这些合金熔体升温过程均发生了温度诱导结构转

3、变。数据表明，Sn．1％Bi和Sn．6％Bi的熔体结构转变分为可逆和不可逆两部分，而Pb．6％Bi及Pb．7．3％Sb合金的熔体结构转变则是完全不可逆的。分析认为不可逆熔体结构转变主要是由熔体中Bi或Sb共价键原子团簇的分解造成的，可逆结构变化主要与Sn原子团簇有关。(2)以空冷自由凝固实验研究了Pb一6％Bi、Sn．6％Bi合金熔体不可逆结构变化对凝固的影响，结果表明熔体状态变化之后的形核过冷度增加，凝固速率降低，凝固组织明显细化；由牛顿热分析法计算表明，熔体结构转变使得Pb．6％Bi合金凝固的潜热增加，Sn．

4、6％Bi合金凝固的潜热减小。(3)能谱对定向凝固试样不同高度横截面进行微区点分析及宏观面分析，并对其结果以ln(C。／C。)=(后F一1)ln(1一．f)+N关系进行拟合求实际溶质分配系数kE，证实Pb．6％Bi合金熔体结构转变后其凝固过程的kE增大。(4)能谱对Pb一7．3％Sb恒温半固态凝固试样进行微区分析，结果表明经历过结构转变的熔体凝固时的Ji}，减小。综合本文研究结果可知，在获知熔体状态信息的前提下操控熔体处理可更为有效地控制凝固行为及组织，对材料加工的技术进步具有积极意义。论文对定量研究熔体结构转变对

5、溶质再分配的影响规律进行了探索，其方法和结果均具有很大的参考意义。关键词：温度诱导熔体结构转变，凝固过程，溶质再分配MeltstructuretransitionanditseffectonsolidificationofSn／Pb-BiandPb-Bi／SballoysABSTRACTLiquid—solidtransitionisinvolvedincastingandtheprocesstoproducenon-crystalline，quasi—crystallineandnanocrystalmater

6、ial．Itwasnotedthatthestructureandpropertiesweredependedonthestateofliquidformingthesolid．Inordertoimprovethestructureandpropertiesofsolid，themelttreatmentwasadvanced，butprocessingparametersofmelttreatmentweremainlyfixedbymanyexperimentsduetolessknowledgeabout

7、liquidstructureanditschangingpattern．Inrecentyears，thetemperatureinducedstructuretransitionofmeltwasprovedbyalotofresearchwork，butthisiSnotenoughforthetheorydevelopmentandengineeringpractice．Sointhispaper，themeltstructurestateanditspatternofsomealloyswererese

8、archedthroughtherelationshipbetweenthestructuresensitiveparameterandtemperature．Effectsofmeltstructuretransitiononundercoolingdegrees，solidificationtime，latentheat，’soluteredistributionan