金属材料的微观组织1+教学课件.ppt

图1： Al4CrSi相沿[0001]的明场象 Al-Cr-Si系中一个新的六方准晶近似相的电子显微学确定 何战兵 郭可信（中科院电子显微镜重点实验室） 图2：Al4CrSi的系列电子衍图?? 图3：Al4CrSi沿[0001]带轴的高分辩电子显微像 （4）非晶态金属 冷却速度足够快，金属不经过结晶过程而凝固，液态结构保留到室温，制得非晶态金属，又称为金属玻璃 能够制备宽度为几个毫米的薄带非晶态金属材料 非晶态金属具有很高的室温强度、硬度和刚度，具有良好的韧性和塑性 非晶态无晶界、相界、无位错、无成分偏析，有很高的耐蚀性及高电阻率、高导磁率、低磁损和低声波衰减率等特性 a 非晶态的形成倾向和稳定性参数 Tm：熔点；Tg：玻璃化温度 合金由液相转变为非晶态（金属玻璃）的能力，既决定于冷却速度也决定于合金成分。合金成分与形成非晶能力的关系是一个十分复杂的问题，目前还未能得出较全面的规律。 金属形成非晶体等能力如图所示。 玻璃态 过冷液体 液体 晶态 Tg Tm ΔTg =Tm-Tg ΔTg表示非晶态形成倾向。 ΔTg越小，越易获得非晶态 在金属添加某些元素以降低熔点Tm，增加玻璃化温度Tg可增加金属的非晶态形成能力 提高冷却速度，增大过冷度也可以有效缩小Tm-Tg的差别，增加金属的非晶态形成能力。 对纯金属，形成非晶的临界冷速约为106K/S。 非晶态的形成倾向和稳定性参数 ΔTc=Tc-Tg TC：非晶态的晶化温度 ΔTc 表示非晶态的稳定性 ΔTc增加，非晶态的稳定性增加 金属玻璃凝固时存在着与晶态相（包括平衡相与亚稳相）的竞争 只有具备不利于晶态相凝固形成的条件才能有利于非晶态的形成 b 影响非晶形成温度的因素 与晶态亚稳相的形成相似，金属玻璃的形成主要决定于： 外部因素——凝固冷却速度 内部因素——合金成分 1）凝固冷却速度对金属玻璃形成的影响 一定成分的任何合金，凝固冷却速度足够高、过冷熔体的温度足够低时，有可能抑制结晶的发生而形成金属玻璃 一定成分合金只有凝固冷速大于一定的临界冷速时才能形成金属玻璃 凝固冷却速度对金属玻璃形成的影响 根据经典形核理论，由于金属晶体形核后长大速度很快，所以只有完全抑制晶体的形核才能形成金属玻璃。 当形核速率I→0时，熔体中的原子组态将基本上保持不变，即在凝固过程中被“冻结”而形成长程无序的金属玻璃，从而抑制了晶态相的形成 金属玻璃形成临界冷速 此时，结晶将完全被抑制而形成金属玻璃 几种合金玻璃转变温度和临界冷速 Tm是合金的液相线温度 Tg/Tm越大，合金越易形成金属玻璃，相应临界冷速Tc越小，非晶越易形成 纯金属的临界冷速要比合金大得多 凝固冷却速度对金属玻璃形成的影响 2) 化学成分的影响 a）一般在共晶成分范围附近。该位置合金凝固温度的粘度大。 b）存在着金属间化合物。 熔体生长法 最广泛的生长法，包括提拉法、下降法、尖端形核法等几十种技术 （a）尖端形核法　 （b）提拉法 1）尖端形核法 高频电阻加热 材料在带尖头容器中熔化 容器从炉中缓慢拉出、冷却 尖头部分产生一个晶核 容器向炉外移动时，由这个晶核长成单晶体 2）垂直提拉法 生产大单晶体的主要方法 将原料在坩埚中加热熔化，温度稍高于熔点温度 籽晶夹在杆上，与液体表面接触 缓慢降低温度，同时籽晶杆一边旋转，一边上升 溶液以籽晶为晶核不断长大而形成单晶体 实际提拉法制备 单晶过程 多个形核，单独长大 2007-12-26 顶部籽晶生产的钛酸钡单晶 3）区域熔炼制备单晶体 利用区域熔化生长单晶的装置示意图 4、微重力铸造 外太空没有重力影响、没有杂质污染、高真空 熔体中不同组元之间的密度和相同组元之间因为浓度梯度和温度梯度造成的密度差别很小 自然对流和物质的上浮、下沉及分层偏析现象几乎消失 太空的超高真空和超低温（在飞行器的背阴面温度低达－200℃），可制取高纯材料，实现快速凝固 可进行无容器悬浮熔炼和在悬浮状态下凝固，制备高纯净度的金属、密度差别大的多相铸造材料、复合材料，制备多孔发泡材料，制备大过冷快凝的非晶和微晶材料，开发新的铸造工艺和加工工艺 微重力铸造 神舟一号宇宙飞船上搭载进行了空间晶体的生长研究 在高频阶段比硅单晶体具有更好性能的GaAs半导体材料由于为二元化合物，在地面上由于重力作用影响不能得到理想的单晶体 在空间的晶体生长可以获得没有偏析、更加均匀、致密的材料。并且利用GaAs单晶体制成了半导体器件 5．定向凝固技术 控制冷却方式，使铸件从一端开始凝固，按一定方向逐步向另一端发展的结晶过程 定向凝固方法可以生产出整个制件都是由同一方向的柱状晶构成的零件，如涡轮叶片等沿柱状晶轴向的性能比其它方向的性能要好