三元Fe-Co-Cu包晶合金中壳核组织形成机制

三元Cu₅₀Fe_37.5Co_12.5包晶合金液滴在自由落体过程中发生亚稳液相分离, 主要形成由L₁(Cu)和L₂(Fe,Co)两相构成的壳核组织. 在测定固相面和液相面温度以及液相分离临界过冷度的基础上分析了壳核组织形成机制, 发现分离两液相的界面能随温度降低而增大, 合金液滴沿着半径方向从内向外存在着由小变大的温度梯度. 作用于L₂(Fe,Co)相上的Marangoni力(F_M)随其尺寸增加而增大, L₂(Fe,Co)相小液滴在F_M力的作用下从外向内迁移过程中逐渐粗化, 同时发生碰撞和凝并, 进而形成壳核结构的凝固组织.     

相场法研究沉淀早期两相竞争随作用势的变化规律

基于微观相场法, 利用Khachaturyan 所给原子间作用势与长程序参数关系方程得 出L1₂ 相和DO₂₂ 相原子间作用势方程, 计算出Ni₃Al(L1₂ 相)、Ni₃V(DO₂₂ 相)随温度和浓度 变化的原子间作用势值. 计算结果表明: 随Al 原子浓度增大, Ni-Al 间作用势近似呈线性 增大, Ni-V 间作用势近似呈线形减小. 将作用势代入微观相场方程中表明: 当Ni-V 间作 用势大于Ni-Al 间作用势时, DO₂₂ 相先于L1₂ 相析出; 当Ni-V 间作用势等于Ni-Al 间作用 势时, DO₂₂相和L1₂相同时析出; 当Ni-Al 间作用势大于Ni-V间作用势时, L12相先于DO22 相析出. 计算结果与实验值符合较好.     

自由落体条件下的快速偏晶凝固

采用落管方法实现了Ni-31.4%Pb偏晶合金在微重力和无容器条件下的深过冷和快速凝固. 理论计算表明液滴下落过程中获得的过冷度与其直径呈指数函数关系, 实验中获得了241 K(0.15 T_m)的最大过冷度. 发现随过冷度的增大, 偏晶胞组织在整个试样中的体积分数增大, 且L₂(Pb)相显著细化. 对L₂(Pb)相和α-Ni相的形核率进行了理论计算, 结果表明偏晶转变过程中L₂(Pb)相总是领先形核相.     

超声场中Sn-38.1%Pb 共晶合金的动态凝固

Sn-38.1%Pb 共晶合金在频率为35 kHz 的超声场中发生凝固时, 随着试样高度H 的降低, 声场对宏观偏析的抑制效果更加显著, 球状共晶团在凝固组织中所占体积分数相应增大. 当H 等于声波在合金熔体内的波长λ时, 超声场能够扩大初生(Sn)相分布区域, 缩小Sn-Pb 共晶和初生(Pb)相分布区域. 同时, 初生(Sn)相晶粒显著细化, 生长方式发生“枝晶-等轴晶”的转变. 对于 H=λ/2 和λ/4 的合金试样, 超声场能够促进熔体形核, 降低合金整体过冷度. 分析表明, 超声场中的空化效应抑制了熔体过冷, 声流促进共晶生长界面前沿的温度场和浓度场呈空间对称分布, 使Sn-Pb 共晶以三维对称方式生长.     

颗粒填充石英纤维复合材料与因瓦合金的钎焊连接

采用Ag-21Cu-4.5Ti 钎料对表面沉积了CaCO₃颗粒的石英纤维复合材料(QFSC)与因瓦合金(Invar)进行了钎焊试验, 结果表明, 在1173 K 保温10 min 条件下可获得致密的接头. 在钎焊过程中, CaCO₃ 颗粒的分解产物CaO 与QFSC 发生界面反应生成3CaO·2SiO₂ 固溶体, 钎料与QFSC, Invar 合金均发生界面反应, 形成如下界面组织结构: QFSC/3CaO·2SiO₂+Ti₃O₅+Fe₂Ti+NiTi+Ag(s,s)+Cu(s,s)/Invar. 接头力学性能测试结果表明, 颗粒填充QFSC/Invar 接头与未表面处理QFSC/Invar 接头相比在抗剪性能上提高了约5 倍, 达到11.6 MPa.     

后处理条件对Ru(核)-RuO2(壳) 纳米颗粒结构和形貌的影响

利用光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)研究了后处理条件(不同酸度的洗液及基底)对电化学合成的Ru(核)-RuO₂(壳) (RNCO)纳米颗粒的结构和形貌的影响. 结果发现, 直接用水洗的RNCO纳米颗粒会在铜基底上组装成线或棒, 而在单晶硅基底上没有发生明显的组装行为. 在稀盐酸洗涤过程中, RNCO的核壳结构被破坏, 并且各自发生聚集和生长, 当产物置于硅片上时, RNCO明显分离为RuO₂膜和金属Ru颗粒; 当产物置于Cu片上时, Ru生长成为方形颗粒, RuO₂颗粒黏附其上. 在浓盐酸中, RNCO的核壳发生化学反应生成新的钌氧化物相, 新物相以膜的形式铺展在硅片上, 而在Cu片上呈现角状结晶.     

高频声场作用下Pb-Sb过共晶合金凝固过程研究

研究了15 kHz高频声场作用下Pb-16%Sb过共晶合金的凝固过程, 发现高频声场促进晶体形核从而减小了合金熔体的过冷度. 理论分析表明, 超声空化效应和熔体受迫振动是降低合金过冷能力的主要因素. 对比不同声强下的凝固组织发现, 随着声强的升高, 初生(Sb)相的宏观偏析逐渐被抑制, 并且其生长方式从小平面相生长转变为类似粗糙界面的分枝生长, 同时Pb-Sb二元共晶组织明显粗化, 当声强超过1.6 W/cm²时, 共晶生长形态由层片共晶转变为不规则共晶. 高频声场还改变了凝固界面前沿的溶质分布规律, 使得初生(Sb)相中的Pb含量随声强的升高而逐渐减小.     

石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的钎焊接头界面组织及性能研究

通过一种胶接辅助钎焊连接方法, 采用自制活性胶做表面改性剂, Ag-Cu共晶箔和纯Cu箔做中间层, 对石英纤维增强氧化硅复合材料和因瓦合金进行了钎焊连接. 通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪对接头的微观组织、界面成分及接头的物相组成进行了分析研究. 结果表明, 胶接辅助钎焊连接方法可以有效实现石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的致密连接, 接头界面处形成多种生成相, 包括TiO, Si, TiC, Fe₂Ti, Cu(s,s)和Ag(s,s). 当钎焊温度为850℃, 保温时间为15 min时, 接头界面结构可表示为: QFSC/TiO+Si+Cu(s,s)+Ag(s,s) +TiC/Cu(s,s)+Ag(s,s) +Fe₂Ti/ Invar, 接头抗剪强度可达44 MPa. 当钎焊温度升高或降低时, 接头的抗剪强度均呈现降低趋势.     

三元Al-Cu-Si共晶合金的深过冷与快速凝固

在常规凝固条件下, 液态铝合金由于容易氧化而难以达到深过冷状态. 本文采用熔融玻璃净化法并结合循环过热实现了液态Al_80.4Cu_13.6Si₆三元共晶合金的深过冷和快速凝固, 研究了实验过程中一定冷却速率下合金熔体过热度与过冷度的相关规律, 获得的最大过冷度为147 K (0.18T_E). 不同过冷条件下三元共晶均由α(Al)固溶体、(Si)半导体相和θ(CuAl₂)金属间化合物三相构成. (Al+Si+θ)三元共晶中, (Si)小平面相独立生长, 非小平面相(Al)和θ相以层片方式协同生长. 在小过冷条件下, 只有(Al)固溶体作为领先相形成. 当过冷度超过约73 K时, (Si)相能够领先形核并生长为初生相. 小过冷时合金的凝固组织由初生(Al)枝晶、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成; 大过冷时则主要由初生(Si)块、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成. 随着过冷度的增大, 凝固组织中初生(Al)枝晶的体积分数减小而初生(Si)块的体积分数增大.     

Sn-30Bi-0.5Cu 合金在Cu 基板上的铺展动力学

采用静滴法研究了493~623 K 范围内, Sn-30Bi-0.5Cu 合金熔体在Cu 基板上的铺展动力学. 在Ar-H₂ 流动气氛中, 采用高像素数码摄像机实时在线记录了Sn-30Bi-0.5Cu 合金熔体在Cu 基板上的铺展过程中, 其铺展前沿(即熔滴的基底半径)随时间变化情况. 结果表明, 在温度范围493~523 K 内, 铺展过程中的ln(dR/dt)与lnR 的关系较好地符合De Gennes 铺展模型关系式, 而在温度范围548~623 K 内, 实验结果与De Gennes 铺展模型关系式表现出明显偏差. 从结果来看, 温度对于Sn-30Bi-0.5Cu/Cu 体系的铺展机理有着复杂的影响.Sn-30Bi-0.5Cu/Cu 之间生成的金属间化合物的成分经电子探针微区分析(EPMA)确认为Cu₆Sn₅ 和Cu₃Sn, 该金属间化合物在气液固三相界面处位于铺展的前沿, 其生成有利于铺展速率的提高.