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准晶Al-Cu-Fe体系合金液—固特性研究

作　者: 秦海鸥
导　师: 耿浩然
学　校: 济南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 准晶合金电阻率黏度液-固相熔体
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文对准晶体系的Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂合金进行了黏度测试,并对不同成分的准晶合金进行了电阻率-温度特性的研究,采用DSC差热分析、快速凝固、熔体热处理等方法对准晶体系合金Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂液-固性质做了深入的研究,并对准晶体系合金液-固变化特征与凝固组织做了分析。采用高温熔体黏度仪对准晶体系合金进行的黏度测试结果显示,随着温度从1545K降低到1365K,黏度由3.9810mPa.s升高到5.1803mPa.s,即Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂熔体黏度在液相线附近随温度的降低而升高,且熔体的黏度在1401-1473K处出现不连续变化。利用高温DSC对Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂准晶合金测试,发现合金体除了在晶相转变点出现了不连续变化外,在高温区间1120℃附近出现了异常变化,这与黏度的实验结果有很好的对照作用。根据分析认为,在1365-1401K温度区间,熔体中原子的团簇多数是以Al-Fe形式存在,随着温度的升高,Al-Fe金属键断裂,迅速形成了新的原子团簇Al-Cu-Fe,这种原子团簇的体积比Al-Fe原子团簇的体积较大,故而会产生以上的异常现象。且温度区间1401-1437K应是这两种原子团簇转变的温度区间。采用自行研制的四电极测电阻方法测量了准晶体系合金Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂和Al65Cu20Fe15的电阻率-温度曲线。实验发现,准晶合金熔体存在着结构的异常变化,且发生的温度点应在1140℃左右,这与前面的黏度实验和DSC结果基本相似,可能是因为实验仪器的不同所致。通过多次试验发现这种结构的异常变化是不可逆的。通过改变降温速率的快慢,对Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂体系电阻率进行了测试。发现随着降温速率越快,电阻率数值增大,且准晶相析出的温度点越高。对另一组准晶合金Al65Cu20Fe15进行实验,发现同样的电阻率随温度的变化规律。根据熔体性质的研究,确定准晶合金Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂的热处理过热温度。在相同的激冷速度下,经1300℃过热处理后,固态组织比较均匀,准晶相含量明显增多,杂质相减少;经过1400℃过热处理后,固态组织更加细化均匀,组织中基本上只剩下准晶相Ⅰ相。DSC热分析曲线得出,β相吸热相变与λ相相变是连续的吸热过程,体现在曲线上为同一个吸热峰;在1120℃附近出现的吸热峰说明Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂准晶合金在液相线以上存在结构相变。这表明在相同的激冷速度下,过热度高的有利于准晶相的提高,且细化了固态组织。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-28
  1.1 液态金属结构研究意义  12
  1.2 金属熔体结构研究现状  12-13
  1.3 金属熔体结构的研究方法  13-14
  1.4 金属熔体的物理性质  14-19
    1.4.1 电阻率  14-16
      1.4.1.1 金属熔体电阻率的概念  14
      1.4.1.2 金属熔体电阻率研究现状  14-15
      1.4.1.3 液态金属电阻率测试方法和特点  15
      1.4.1.4 研究电阻率的意义  15-16
    1.4.2 黏度  16-19
      1.4.2.1 黏度的定义  16
      1.4.2.2 黏度的测量方法  16-17
      1.4.2.3 黏度的研究现状  17-18
      1.4.2.4 合金熔体黏度与温度的关系  18-19
  1.5 准晶材料研究现状  19-25
    1.5.1 准晶及其特征  19-20
    1.5.2 准晶的结构  20-21
    1.5.3 准晶的分类  21
    1.5.4 准晶的性质  21-22
    1.5.5 Al-Cu-Fe 系准晶材料的研究  22-23
    1.5.6 准晶材料的应用  23-25
  1.6 熔体热处理研究及其应用  25-26
  1.7 本课题的研究目的和内容  26-28
第二章实验方案设计、实验条件及方法  28-36
  2.1 研究方案以及技术路线  28
  2.2 实验材料  28-29
  2.3 实验仪器以及测量方法  29-36
    2.3.1 电阻率测试仪  29-31
      2.3.1.1 电阻率测量仪器装置  29
      2.3.1.2 电阻率装置及测试方法  29-31
    2.3.2 熔体粘度测量仪  31-32
      2.3.2.1 熔体黏度测量装置  31-32
      2.3.2.2 黏度试验方法  32
    2.3.3 DSC  32
    2.3.4 凝固曲线实验及方法  32-33
    2.3.5 其它实验测试设备  33-36
第三章 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12)合金黏度的研究  36-42
  3.1 引言  36
  3.2 Al-Cu-Fe 合金的选取  36
  3.3 实验方法  36-37
  3.4 结果与分析  37-40
    3.4.1 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12) 合金差热分析  37-38
    3.4.2 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12) 准晶合金熔体黏度与温度的关系  38-40
  3.5 本章小结  40-42
第四章 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12)合金的电阻率-温度特性研究  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 Al-Cu-Fe 合金电阻率测试方法  42-43
  4.3 两种体系的电阻率特性  43-49
  4.4 降温速率对Al-Cu-Fe 体系合金电阻率的影响  49-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12)合金的热分析及其凝固组织的研究  52-60
  5.1 引言  52
    5.1.1 金属熔体热处理工艺  52
  5.2 实验过程  52-53
  5.3 实验结果及分析  53-58
    5.3.1 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12) 合金过热处理结果分析  53-55
    5.3.2 A1_(63)Cu_(25)Fe_(12) 合金凝固曲线分析  55-58
  5.4 本章小结  58-60
第六章结论与展望  60-62
  6.1 结论  60
  6.2 创新点  60-61
  6.3 展望  61-62
参考文献  62-68
致谢  68-69
附录  69
  一、在校期间发表的学术论文  69

准晶Al-Cu-Fe体系合金液—固特性研究

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