偏晶合金的研究现状.doc

关于偏晶合金的研究 蒋旭程0945561211 前言：偏晶合金是一种应用广泛的材料，其中许多具有独特的性能，如 Cu—Pb合金是很好的轴承 材料，AI—Pb作耐磨材料，而 Zn—Bi合金是很好的电化学材料，Bi—Ga合金具有超导性。可是这类合金在正常凝固中将分离成组元有不同富集的两液相，由于密度的不同，极易产生偏析，严重时会出现组元分层现象，从而限制了这类偏晶舍金在工业上的应用。为了获得具有均匀弥散相结构的偏晶舍金，近年来各国开展了大量的研究，本文综述了偏晶合金的研究现状及取得的研究成果。 关键词：偏晶合金 凝固 研究 现状 偏晶合金的凝固特点 偏晶合金的典型相图见图 1[1]。在液相线以上，两液相完全混合。当以一定的速度冷却至液相线温度以下时，就要发生两液相的分离，分离成 L1+L2 。具有偏晶成分的合金 m冷却到偏晶反应愠度以下时，就要发生 L1→a+ L2的偏晶反应 。反应结果是从L1中分离出固相ɑ及另一成分的液相L2。L2在ɑ相四周形成并包围L1相，但反应过程取决于L2 与ɑ相的润湿程度及 Ll和L2 的密度差。继续冷却时，在偏晶反应温度和图中所示的共晶温度之间， 将在原有ɑ相晶体上继续沉积出ɑ相晶体，直到最后剩余的液俸凝固成 ɑ+β共晶。如果ɑ与 L2不润湿或L1与 L 2的密度差较大，就会发生分层现象。 偏晶合金的研究现状 2.1 微重力条件下的研究现状 偏晶合金由于两相密度差大，在重力作用下，在凝固过程中会发生两相分离，因此，很难得到具有均匀弥散相结构的偏晶合金。随着空间技术的发展，为偏晶合金的研究和制备提供了新的可能，因为宇宙空间具有许多地面上无法比拟的优越性，其中最重要的就是空间的微重力状态口。在微重力条件下，使得熔俸中因重力引起的对流以及熔俸中由于组元的密度差引起的沉淀或上浮现象得以消除。美国国家航空航天局(NASA)首先在落塔上进行了不混溶偏 晶合金的凝固试验，1967年前苏联在“联盟 6号”宇宙飞船上进行了舍金熔化、凝固和焊接的试验 此后，美国、原西德、西欧诸国以及 日本等相继开展了空问材料科学研究 。主要运用飞机飞行、空问轨道器运行(空问站)、宇宙飞船、返回式卫星和航天飞机进行试验。Fredriksson等对Zn一Bi合金在微重力条件下进行了试验，发现对于偏晶点附近(8%Bi)以两种不同的速度进行凝固，得到了具有良好弥散相分布的组织，但粒子尺寸较期望值大，而在 Zn一24% Bi和38%的试验结果中发现了大块Bi富积相。原以为在微重力条件下，自然对流和 Stokes流(两相密度不同导致重者下沉轻者上浮)消除的情况下，可以制得具有良好弥散相的偏晶合金，但一些试验结果却出乎人们的意料，得到的仍是粗大的弥散相和一种组分围着另一种组分的大块夹杂的样品。Bergman等在TEXUS3计划中对 Zn-Bi合金的碰撞凝并进行了研究，结果表明其粗化过程远快于只考虑 Ostwald熟化和碰撞两种因素的粗化过程。Prinz等 在 TEXUS20计划中对 Al—si—Bi合金进行实验，同样发现了试样的润湿和 Marangoni对流现象。Neumann等[8]通过 TEXUS39计划完成了 Zn-Pb合金实验，获得了电阻与Marangoni对流的关系，且微重力条件下电阻随温度的变化小于重力条件下的变化。此外，Kneissl等在 ESA的 Spacelab1上进行 Zn基体中Pb粒子的悬浮实验，结果表明所有试样中的 Pb粒子均较均匀地分布在试样中。Ratke等口阳在 EuroMIR95和 MIR97实验 中分别对Al—Bi和Al—Pb合金进行凝固实验，发现了由于宏观分离引起 的第二相粒子的重新分布。日本国家航天局对偏晶合金的空间凝固进行了一定的研究。Fujii等口妇利用航天飞机对 A1一Pb-Bi合金进行研究 ，较以往实验延长了凝固时间，获得了 Pb—Bi粒子均匀分布于 Al基体的凝固组织。Itami等在S520火箭上进行了Bi—Ga合金电阻率测试实验，发现该条件下浓度起伏增长范围较宽，且形核速率得到了抑制。我国对偏晶合金 的间凝固研究晚于欧美等国。1987年 Dar等首次成功地利用返回式卫星进行了Zn-Pb、A1一Pb和Pb—Zn合金的重熔实验，获得了均匀分布的 Zn-Pb合金试样，同时在该样品表 面靠高温处发现了由 Mrangoni对流引起的富 Pb粒子聚集现象，以及由润湿行为导致的整个试样表面包裹薄富 Pb层现象，而对Pb—Zn合金样品分析中发现无地面对照样 的体积收缩现象。Huang等利用返回式卫星对 Al一95 In合金进行凝固研究，发现空间试样中 Al枝晶内存在大量规则分布的 In粒子，且 Al枝晶边界被 In粒子串包围，而地面试样中未见此现象。Zhang等口利用返回式卫星成功地进行了 Bi粒子