Al-Cu-Ge合金的热物理性质与快速凝固规律研究

Al-Cu-Ge合金是典型的三元共晶体系,在工业上有重要的应用价值,对其进行研究有助于了解该合金的热物理性质和提高该合金的结构性能.本文选择了Al55Cu10Ge35,Al70Cu10Ge20和Al80Cu10Ge10三种成分合金作为研究对象,对合金的固态比热和热膨胀系数进行了测量,并对比分析了合金在近平衡凝固和落管快速凝固条件下的组织特征和凝固路径.研究发现,合金比热随Al含量的增大和Ge含量的减少而增大.这三种成分合金的软化温度均为666 K,物理热膨胀系数α在370—650 K温度范围内基本一致,约为1.5×10-5K-1.近平衡凝固条件下合金凝固过程中最后一步反应生成的均为(Al)+(Ge)二相共晶而不是三元共晶,这表明(Al)、(Ge)和CuAl2相在这三种成分的Al-Cu-Ge合金中难以同时形核并协同生长.然而,在快速凝固条件下,初生相的形核和生成受到抑制,合金中更易于形成二相共晶和三元共晶组织.     

FeMnAl合金的热电势行为

本文报道了对Mn成分固定在25wt.％左右,Al成分不同的γ-FeMnAl合金在10—320K温区内热电势测量的结果。强烈地支持了合金中所观察到的反常电子输运行为来源于由顺磁到能隙型反铁磁的相变。Masharov的理论可以大体地解释热电势随温度的变化行为及Al成分改变所引起的热电势符号的改变。对于不含Al和含Al很少的合金,看来要考虑空穴型载流子的贡献。     

Cr-Al-V合金的电输运和热膨胀

本文报道了Cr97.02Al2 98和掺钒的(Cr98.26Al1.4)98 72V1.28、(Cr96.04Al3.96)98.69V1.31合金在10～450 K温区的电阻率和热膨胀系数随温度的变化.随着温度降低,Cr97.02Al2.98合金经历了顺磁-公度自旋密度波(CSDW)-非公度自旋密度波(ISDW)的转变.Neel温度以下电阻率出现上升趋势,与SDW反铁磁能隙的逐渐打开有关.热膨胀-温度曲线在Neel温度附近呈现一个明显的跳跃行为,是磁转变相关的磁体效应.低于CSDW-ISDW转变温度,电阻率的增大是由于磁散射在低温下增强.用公式p=P0 AlnT BT2 CTδ对三个合金10～80 K温区内电阻率-温度曲线的拟合结果表明,随着钒掺杂的增加,磁散射和s～d电子散射减小.Cr97.02Al2.98合金中掺入少量钒就能压制SDW.     

铜银合金比热的分子动力学模拟

本文采用嵌入原子模型对铜银合金的比热进行了分子动力学模拟，得到了铜银合金从深过冷态到熔点以上温度范围内的比热以及比热随温度的变化规律，并从内聚能的角度分析了铜银合金比热与温度的关系。与已有的铜镍合金的比热随温度变化规律的报道不同，本文的模拟结果和理论分析表明铜银合金的比热在 ８００ Ｋ～１９００ Ｋ的温度范围内基本为一恒值，其过冷液态下的比热可由熔点以上的比热外推得到。     

Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的自旋重取向和穆斯堡尔

系统研究了室温和77K温度时Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)合金中金属Al替代Fe对自旋重取向和穆斯堡尔谱的影响. 结果发现,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的易磁化方向随成分和温度在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向. 室温下,当x=0.15时,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金中出现了少量非磁性相;x>0.15时,合金完全呈顺磁性;而77K温度下,x=0.2时合金仍然呈磁性相. 在室温和77K温度时,超精细场Hhf均随Al元素的增加而减小,而同质异能移IS随Al元素的增加而增加,四极劈裂QS随Al含量呈无规律的变化.     

深过冷液态Ni2 TiAl合金热物理性质的分子动力学模拟

采用嵌入原子法对深过冷条件下Ni2TiAl合金的焓和密度进行了分子动力学模拟,模拟获得了比热和密度在1200K至2000K范围内的温度依赖关系.结果表明过冷条件下Ni2TiAl合金的比热、密度和温度之间存在着线性关系,它们都随着温度的降低而降低.比热的大小与依据Neumann-Kopp法则估算的结果相近,同时模拟过程中的尺度效应经验证可以忽略.     

深过冷液态Ni2TiAl合金热物理性质的分子动力学模拟

采用嵌入原子法对深过冷条件下Ni₂TiAl合金的焓和密度进行了分子动力学模拟，模拟获得了比热和密度在1200K至2000K范围内的温度依赖关系. 结果表明过冷条件下Ni₂TiAl合金的比热、密度和温度之间存在着线性关系，它们都随着温度的降低而降低. 比热的大小与依据Neumann-Kopp法则估算的结果相近，同时模拟过程中的尺度效应经验证可以忽略. 关键词： 2TiAl合金')" href="#">Ni₂TiAl合金 比热 密度 分子动力学模拟     

非晶态Zr-Si合金的超导临界温度

测量了采用Melt-Spinning方法制备的非晶态合金Zr_(100-x)Si_x(8.8≤x≤15.3)的超导临界温度与Si浓度的关系.发现:在上述组分范围内,T_c以0.18K/(at.％)的速率随着Si含量增加而线性地下降.经外推到x=0,得非晶态纯Zr的T_c应为5.15K,与Onn et:al根据Fe-Zr合金的低温比热测量结果作理论外推所得的值十分一致.研究了非晶态合金Zr_(87.7)Si_(12.3)分别在310、370、415和445℃下作等温热处理对T_c的影响.结果表明,其结构弛豫行为与金属-金属型Zr基合金的大为不同.T_c的变化速率大且不遵从Int规律;随着热处理的进行,T_c较快地就趋向于饱和.伴随着结晶化的开始,T_c则以一大得多的速率下降.结合DSC等测量结果,对Zr-Si合金的结构弛豫和结晶化行为进行了讨论.     

液态三元Ni-Cu-Fe合金比热的实验与计算研究

采用电磁悬浮落滴式量热方法测定了液态三元Ni₆₀Cu₂₀Fe₂₀合金在1436—2008K温度范围内的比热,实验获得的最大过冷度达232K(0.14T_L),结果表明比热值为33.27J·mol^-1·K^-1,并且随温度变化很小.在实验基础上,根据分子动力学方法结合嵌入原子势(EAM)和Quantum Sutton-Chen多体势(QSC)对比热进行了理论计算,揭示 关键词： 液态合金 比热 电磁悬浮 分子动力学计算     

基于密度泛函理论的La掺杂γ-TiAl体系结构延性与电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了La替位Ti或Al且掺杂浓度分别为1.85 at.%,2.78 at.%,4.17 at.%,6.25 at.%,8.33 at.%,12.5 at.%的γ-Ti Al合金的晶体结构、稳定性和延性等性质.结果显示,杂质La浓度x 12.5 at.%,各个体系均具有较好的能量稳定性,即在一定条件下它们是可以实验制备的,且掺杂合金体系的密度4.6 g·cm~(-3).La掺杂引起晶格参量变化进而导致合金体系的轴比发生变化.La的低浓度(x 6.25 at.%)掺杂使合金体系的轴比相较纯γ-Ti Al更接近于1,这对于改善材料的延性极为有利,其中Ti_(11)La Al_(12)体系的轴比最接近于1,预报其延性最佳.通过对比Ti_(11)LaAl_(12)和Ti_(12)Al_(12)体系的布居数、电荷密度和电子态密度,发现Ti_(11)LaAl_(12)体系延性改善的电子因素为:掺杂使体系内Al(Ti)原子轨道上的电子重新分布,Ti-d轨道和Al-p轨道的电子数均减小,可被p-d杂化轨道局域化的电子数减小,p-d轨道杂化键强度降低,从而使位错移动的阻力减少,延性得以明显改善.电子重新分布改变了部分化学键的性质,部分Al—Ti共价键转化为Al—La离子键,部分Ti—Ti共价键转化为Ti—La金属键,它们的共价性及方向性明显降低,材料金属性增强.在掺杂体系中Al—Al键的平均强度减弱,Al—Ti键和Ti—Ti键的平均强度增强,三者的强度差异明显减小,晶体结构的各向异性程度降低.     

绝热法测量金属材料的比热

采用固体绝热和真空绝热测量了金属的比热.热量由恒流源通过合金电阻片提供,温度由铂金属薄膜电阻温度计测量.该方法涉及了真空技术、传热技术和温度测量,与混合法及冷却法测量比热相比,该实验更突出比热的基本概念和对学生综合能力的培养.     

态密度奇点对In-Cd和In-Tl合金T_c影响的计算

许多实验研究了少量非磁性杂质对超导转变温度T_c的影响,Markowitz-Kadanoff提出的理论(以下简称MK理论)可以解释这方面的多数实验结果。但是对合Cd量在2at％附近的In-Cd合金以及合T1 4.4at％附近的In-T1合金来说,其T_c变化与MK理论不符。本文根据对有关实验的分析,对上述成分附近的In-Cd,In-T1合金提出了一种态     

非晶Pd_(0.775)Si_(0.165)Ag_(0.06)合金的低温电子比热

用非绝热量热法测量了非晶Pd_(0.775) Sl_(0.165),Ag_(0.06)合金在4.2—77K的比热。此合金在低温下的电子比热为4TmJ/mole.K,德拜温度θ_D为221.1K。从低温电子比热研究合金的Fermi面态密度,讨论了态密度降低的原因。     

溅射Al对AlN的“润湿”与钎焊

由于润湿性不佳, 难以实现金属钎料对陶瓷的无过渡层直接钎焊, 本文在研究了溅射Al薄膜对AlN的“润湿”作用的基础上, 通过磁控溅射的方法在AlN表面沉积Al基薄膜作为钎料, 在真空条件下对AlN陶瓷进行了直接钎焊. 采用高景深光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线能量分散谱表征了钎焊接头和剪切断口的组织及形貌. 结果表明, 高能量溅射Al粒子对AlN的撞击可以形成只有850 ℃以上高温才可获得的Al-N化学键, 实现Al对AlN的“润湿”, 使Al基薄膜钎料能够在较低的温度(≥ 510 ℃)对AlN直接钎焊. 此方法获得的Al/AlN接头的剪切强度达到104 MPa, 含3.8 at.% Cu的Al合金钎料接头强度可进一步提高到165 MPa, 它们的剪切断裂都产生于钎缝金属之中; 增加钎料中的Cu含量至9.1 at.%后, Cu在钎缝与陶瓷界面的偏聚使接头的剪切强度降低为95 MPa. Al-20 at.% Ge合金可以将钎焊温度降低至510 ℃, 但Ge在钎缝与陶瓷界面的偏聚使接头在48 MPa发生断裂.     

Ti-45at.% Al合金定向凝固过程中显微组织演化的计算机模拟

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti-45at.% Al合金定向凝固过程中显微组织演化过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在温度梯度较高时,初生晶核间距无论大小,均可通过分枝或竞争生长而使一次胞晶/枝晶间距得到调整.在抽拉速度一定情况下,随着温度梯度增加,胞晶/枝晶间距减小,在温度梯度一定情况下,随着抽拉速度增大,观察到胞晶/枝晶混合结构,混合结构区随温度梯增大而增大,模拟结果与实验观察相符合. 关键词： Ti-45at.% Al合金 定向凝固 组织演化 数值模拟     

基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型

在大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型基础上提出了基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型. 依据此模型对Zr-Ni-Al-Cu四元合金的临界冷却速率进行了计算并预测了Zr_66.67(Ni_{xAlyCuz)33.33合金系中容易形成非晶的成分范围. 计算值与实验值符合得较好. 计算结果表明，此合金系具有很强的非晶形成能力，特别是在靠近共晶点的中心区域，临界冷却速率小于100 K/s，为容易形成非晶的成分范围. 冷却过程中，在高于1000K温度区间，没有发生明显的结晶现象，而在980 K至870 K温度范围内，结晶分数快速增大，低于870 K时不再发生明显改变. 此外，分析了合金系中Al，Cu，Ni原子摩尔分数的变化对临界冷速的影响. 关键词： 大块非晶 黏度 临界冷却速率 非晶形成能力}     

液态铝基合金微观结构及其性质的分子动力学模拟研究(英文)

利用分子动力学研究了液态铝基合金Al80Fe20和Al80Cu20在800~2200K温度范围内的微观结构和性质的变化.扩散系数的计算结果显示两合金有着不同的动力学行为.温度大约1400K以下液态Al80Cu20的扩散系数随温度的变化比Arrhenius关系所预期的要慢些,所得结果与Brillo研究小组的实验结果基本一致.当液态铝基合金的动力学发生异常变化时,其微观二十面体短程序的含量和作用也发生相应的变化.因此,熔体的奇特动力学行为可能由于其微观局域结构短程序随着温度的变化而异常地改变而引起的.     

Cr—Fe—Mn合金中的反铁磁性及输运性质

本工作通过对Ｃｒ７５（ＦｅｘＭｎ１－ｘ）２５合金在液氮温区的电阻、热电势、比热的测量对该合金的磁性进行了研究。结果表明，ｘ＝０．６４，０．７２样品的电阻在奈尔温度下随温度随低而上升。热电势随温度变化有一最大值，说明该合金具有自旋密度波型的反铁磁性。     

超导材料Mg1-xAgxB2的比热和电阻率

我们对新型超导化合物MgB2进行了比热和电导性质测量，测量结果显示该材料的超导临界温度为38.9K。另外我们还对Mg1-xAgxB2（x=0,0.1,0.2)的系列样品进行了测量，发现随着Ag含量的增加，样品在超导相变温度附近的比热跳跃明显减小。这可能是由于Ag和g生成合金，而只有少量的Mg才和B化合成MgB2，故其超导成分很少，所以比热跳跃小。但由于Ag原子量比Mg要大得多，所以样品的单位质量比热比纯样品大。当Ag掺杂到0.3时，电阻率测量表明当温度的为4.2K时其电阻仍未到0，超导电性消失。另外我们分别对烧结一次和烧结两次的纯MgB2样品进行了比热测量，测量结果显示烧结过两次的样品的比热比烧结一次的样品的比热要小一些，这说明样品在烧结的过程中可能有部分Mg流失。从而导致其单位质量的比热减少。     

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L21结构Co2FeSi高有序合金之间的Co50Fe50-xSix合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似（GGA＋U）方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co2FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92μB和777℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co2FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内.