合金熔體局域結(jié)構(gòu)及其遺傳性研究.pdf

1、本文選取典型二元?jiǎng)蚓Ш辖稹Ш辖?、金屬間化合物合金及三元非晶合金為研究對象，通過高溫X射線衍射技術(shù)、從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬和X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)技術(shù)對合金熔體局域結(jié)構(gòu)及其在凝固過程中的演變、合金熔體結(jié)構(gòu)與固態(tài)結(jié)構(gòu)之間的遺傳關(guān)系進(jìn)行了研究。
　　通過高溫X射線衍射對Ag-Au勻晶合金的熔體結(jié)構(gòu)及其隨溫度及成分變化的結(jié)構(gòu)演變進(jìn)行了研究。Ag-Au勻晶合金熔體的原子呈現(xiàn)硬球無規(guī)密堆，熔體的配位數(shù)與其固溶體的配位數(shù)近似相等，熔體結(jié)構(gòu)與固體結(jié)

2、構(gòu)具有強(qiáng)烈的相關(guān)性。對于Ag95Au5合金熔體，隨著溫度的降低，其最近鄰原子距r1保持不變，而對于幾種共晶合金，其r1表現(xiàn)出強(qiáng)烈的溫度依賴性;在相同溫度下，隨著Au含量的變化，Ag-Au系合金熔體的r1依然保持不變。通過與其他幾種典型共晶合金熔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，對于所討論的共晶合金熔體，隨著合金某一成分的逐漸增加，其r1呈現(xiàn)出線性變化的趨勢，并且合金元素的原子尺寸比越大，線性變化的斜率越大。研究表明勻晶合金熔體團(tuán)簇具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。勻晶

3、合金與共晶合金不同的熔體結(jié)構(gòu)演變行為，決定了勻晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變方式的不同。
　　利用高溫X射線衍射和從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬，通過與Au81Si19合金熔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，對典型非晶形成熔體Au55Cu25Si20的結(jié)構(gòu)遺傳性進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，Au55Cu25Si20非晶合金的形成與其熔體的中程有序結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。與Au81Si19合金熔體的團(tuán)簇相比，Cu原子的加入使Au55Cu25Si20合金熔體團(tuán)簇的原子排列更加松散，團(tuán)簇尺寸減小

4、，Au-Au鍵和Au-Si鍵的鍵長增加，導(dǎo)致r1的增加;同時(shí)，Si-Si鍵鍵長縮短，以Si原子為中心的短程序團(tuán)簇相互吸引、連接，從而形成了具有中程序結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇。在快速凝固過程中，由中程序團(tuán)簇?cái)y帶的結(jié)構(gòu)信息被遺傳到固體中，促進(jìn)了非晶相的形成。通過研究揭示了非晶形成的本質(zhì):將Si原子限制在團(tuán)簇中心，抑制其團(tuán)聚并析出;中程序結(jié)構(gòu)的存在抑制了晶體形核從而增強(qiáng)了非晶形成能力。
　　利用高溫X射線衍射、從頭算分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算及X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)

5、技術(shù)，對Ag-Sn合金熔體的局域結(jié)構(gòu)遺傳性進(jìn)行了研究。通過對比Ag50Sn50和Ag3.8Sn96.2合金熔體的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Ag-Sn合金熔體結(jié)構(gòu)深受合金成分的影響。Ag50Sn50合金熔體在合金化過程中，Ag原子周圍的配位數(shù)與純Ag熔體的配位數(shù)相近，Ag熔體的初始構(gòu)型被遺傳到合金熔體中;Sn熔體的局域結(jié)構(gòu)被破壞，大量的Sn-Sn共價(jià)鍵被Ag-Sn化學(xué)鍵所替代，Sn原子周圍的配位數(shù)與純Sn熔體的配位數(shù)相比增長了約70％。通過對該合金熔體的

6、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜和原子態(tài)密度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)局域結(jié)構(gòu)遺傳現(xiàn)象與原子電子結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)，即Sn原子在熔體中的s-p去雜化及Sn-s電子與Ag-d電子之間的相互作用導(dǎo)致了合金化過程中的局域結(jié)構(gòu)遺傳效應(yīng)。在Ag50Sn50熔體快速凝固過程中，Ag-Sn鍵長始終小于Ag-Ag鍵長，并且Ag原子周圍異類原子的配位數(shù)明顯減少，即Ag∶Sn原子比從1∶1變?yōu)?∶1，說明金屬間化合物Ag3Sn相的形成來源于緊密結(jié)合的Ag-Sn化學(xué)鍵。通過電子結(jié)構(gòu)分析

7、發(fā)現(xiàn)，快速凝固過程中Ag的電子結(jié)構(gòu)的演化導(dǎo)致了Ag原子局域結(jié)構(gòu)的變化。
　　利用高溫X射線衍射及X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)技術(shù)，研究了Biln2和Agln2金屬間化合物合金熔體結(jié)構(gòu)的遺傳性。研究發(fā)現(xiàn)，金屬間化合物熔體存在局域化學(xué)鍵（Bi-In鍵或Ag-In鍵），促進(jìn)了金屬間化合物團(tuán)簇的形成，并且主導(dǎo)團(tuán)簇隨溫度的演化。從其快速凝固合金薄帶的局域結(jié)構(gòu)可以看出，快速凝固合金的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)與平衡凝固合金的晶體結(jié)構(gòu)相比較疏松;Bi-In相互作用比平衡凝