合金固溶度理论的进展(一)

对迄今已有的固溶度理论，作了具体介绍分析。并从所使用的理论方法，所描述的合金固溶度数目、理论预测与实验结果的符合程度，以及有无定量的方程式等方面对诸理论进行了详细比较，讨论了它们的优缺点。最后提出了今后工作的努力方向。文章分两部分发表，第二部分将刊于上海金属1999年第3期。

电磁铸造对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金微观组织及晶内固溶度的影响

分别采用电磁铸造和普通连铸技术制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金,研究电磁场对合金显微组织、合金元素晶内固溶度的影响。结果表明:采用电磁铸造技术制备的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金具有良好的表面质量和内部组织;电磁场显著提高合金元素在晶内的固溶度,减小了微观偏析程度。相对于普通连铸,电磁铸造法制备的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的晶粒平均尺寸从68μm减小到53μm,Zn、Mg和Cu元素的晶内相对溶质固溶度分别由56%、62%和25%提高到79%、74%和44%。

机械合金化诱导固溶度扩展机制研究进展

简述了机械合金化工艺的基本过程及其诱导固溶度扩展的研究现状。在简述固溶度扩展基本原理的基础上 ,着重介绍了目前机械合金化诱导固溶度扩展的几种机理模型及各自局限性 。

共沉淀MgO(10.4mol%)-ZrO_2粉体中MgO的固溶度

研究了等温热处理的共沉淀MgO(10.4mol％)-ZrO2粉体的酸浸滤,并利用XRD和TEM表征了粉体的物相和晶粒尺寸.结果表明:在1450℃,MgO全部溶入ZrO2晶格,相应的相是四方和立方相;在1350-750℃,只有约2.2mol％MgO溶入ZrO2晶格,相应的相为四方相;750℃以下,溶入ZrO2晶格的MgO反而增加,在500℃时,固溶度为7.7mol％MgO,相应的相是立方相.其余的MgO分布在ZrO2晶粒的表面.

二元微合金碳氮化物的化学组成及固溶度的理论计算

采用热力学计算方法推导出二元微合金碳氮化物化学组成式及有关元素在铁基体中的固溶度的理论计算公式,并导出其实用的迭代计算方法。根据所推导出的理论计算公式从理论上分析讨论了钢中各化学成分对二元微合金碳氮化物化学组成式的影响规律,这些规律与目前掌握的大量实验结果及经验规律良好吻合。

低频电磁铸造超高强高韧铝合金元素晶内固溶度和力学性能研究

采用电磁细晶铸造技术,降低其频率,半连续铸造一种新的超高强高韧铝合金(10Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-余量Al),考察了低频电磁铸造与常规DC铸造组织、元素晶内固溶度和力学性能的区别,重点考察了电磁场频率和安匝数对铸锭元素晶内固溶度和力学性能的影响规律。结果表明,相对常规DC铸造,低频电磁铸造组织细小均匀等轴,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度增加,铸态维氏硬度、延伸率和拉伸强度增加。频率为15～25Hz和安匝数12800～16000AT时,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度最高,锭坯维氏硬度、延伸率和拉伸强度最大。其12mm的挤压棒材热处理后的拉伸强度极限为780MPa,延伸率大于8%。

冷却速度对Al-4.5Mg-0.7Mn-0.4Er合金固溶度及组织的影响

分别采用铁模浇注、水冷模浇注和半连续铸造3种方式,通过拉伸试验、金相观察、扫描电镜观察、X射线衍射及透射电镜对Al-4.5Mg-0.7Mn-0.4Er合金的力学性能、组织进行了研究,结果发现增大冷却速度可以提高Al-4.5Mg-0.7Mn-0.4Er合金的强度;有利于合金凝固时Er、Mn在Al中形成过饱和固溶体,并且在均匀化退火以后析出形成细小、弥散分布的Al3Er和Al6Mn相。以细小弥散的第二相形式析出的Al3Er是铝合金中的有效强化相,对提高合金的性能、改善合金的组织有益。经过激冷浇注成形,合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了14MPa和7MPa,伸长率稍有下降。

稀土元素在Al中固溶度亚稳扩展研究

采用锤—砧技术制备了厚0.04—0.06mm快速凝固Al—RE(RE=Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Er,Yb)合金箔试样,冷却速度达10~6K/s,用点阵参数法测得上述稀土元素在Al中亚稳扩展固溶度分别为0.4,0.15,0.21,0.21,0.3,0.5,0.1,0.6,0.65,0.7,0.75和0.2at.—%测定了Al—轻稀土(包括Eu)系中第二相是Al_4RE;Al—重稀土(包括Y)系中第二相是Al_3RE,原子尺寸因素是控制RE在Al中固溶度亚稳扩展的主要因素。

过渡族金属二元合金固溶度理论的进一步研究

利用张邦维等提出的键参数函数和尺寸因素理论对过渡族２３个基体元素上的１５８７个二元合金困溶度作了进一步研究，发现仍然分别可以用抛物线ｙ１＝ａ－ｂｘ和椭圆将可溶元素和不可溶元素进行区分，且准确率高达８６．６％，９０％。同时，对抛物线参数ａ、ｂ和椭圆参数ｍ、ｎ、ｃ、ｄ进行了理论研究，同样发现这些参数与基体元素的特性参数存在很好的比例关系。

与Fe_2B及纯硼平衡的在铁基体中硼的固溶度公式

根据热计算和相关文献的测试数据,推导出与Fe2B平衡的在奥氏体和铁素体中硼的固溶度公式分别为:lg〔B〕γ=3.348-7 503/T,lg〔B〕a=3.235-6 692/T.同时考虑Fe2B的形成自由能而推导出与纯硼平衡的在奥氏体和铁素体中硼的平衡固溶度公式分别为:lg〔B〕γ=2.287-2 825/T,lg〔B〕a=2.874-2 785/T,它们在相关的理论研究和生产实际应用中具有重要参考价值.

合金固溶度理论的进展(二)

对迄今已有的固溶度理论，作了具体介绍分析。并从所使用的理论方法，所描述的合金固溶度数目、理论预测与实验结果的符合程度，以及有无定量的方程式等方面对诸理论进行了详细比较，讨论了它们的优缺点。最后提出了今后工作的努力方向。文章分两部分发表。

超声对7050铝合金显微组织及溶质固溶度的影响

在铝合金半连续铸造过程中,分别采用不施加外场与施加超声外场2种方案制备7050铝合金扁锭,采用Leica台式金相显微镜观察2种铸锭的显微组织,利用电子探针分析仪(EPMA)测定试样晶粒内主要合金元素Zn,Mg和Cu的含量,并对试样做线扫描分析。研究结果表明:施加超声外场铸锭的凝固组织与未施加超声外场铸锭的相比明显细化,铸锭中形成大量细小、均匀的等轴晶组织,溶质元素在晶内的固溶度增大;Zn,Mg和Cu的晶内相对溶质固溶度分别提高17.468%,49.549%和21.849%。

Al-Pb互不溶体系机械合金化过程中固溶度的计算

计算了 8种fcc金属 (Ag ,Al,Au ,Cu ,Ni,Pb ,Pd和Pt)和Al Pb互不溶体系的嵌入原子势 (EAM) ,并计算了用EAM模型计算的结构稳定性。计算结果和实验结果吻合较好 ,而且拟合得到的fcc模型在结构上是稳定的。运用拟合得到的数据计算了Pb在Al中的溶解热 ,结果与abinitio计算结果相近。根据机械合金化扩展固溶度的理论 ,计算了Al Pb互不溶体系机械合金化后的固溶度 ,约为 0 .19% (摩尔分数 )。

N18、Zry-4和M5锆合金中氢的固溶度

用差示扫描量热法(DSC)研究了含氢20-240μg/g的N18、Zry-4和M5三种锆合金加热时氢化物完全溶解时的固溶度(TSSD)和冷却时氢化物开始析出时的固溶度(TSSP)并使用TSSD或TSSP数据拟合出最优方程.结果表明,这些合金的TSSD或TSSP差别都很小,TSSD与TSSP之间都存在显著的滞后,是氢化物与基体间的体积错配应变所导致.根据冷却时DSC放热峰的宽度,计算出氢化物从过饱和固溶体中析出的平均速率,并拟合出最优方程.氢化物析出的活化能与氢在锆合金中的扩散激活能近似,表明氢化物的析出受到氢扩散的控制.

铒在纯铝中固溶度的研究

采用金属型水冷模铸造制备了不同含铒量的Al-Er二元合金,通过对均匀化处理实验合金的电导率和显微组织的分析,研究了Er在纯铝中的固溶度。结果表明,在本实验条件下铒元素在铝基体的最大固溶度为0.1%(wt%)。合金均匀化处理过程中析出相为Al3Er相。同时,含铒过饱和固溶体的分解析出导致基体固溶度的贫化,由于固溶度的降低减小了合金对电子的散射,使得合金的电导率升高。

XRD在固溶体固溶度测定中的应用

用X射线衍射分析的方法,通过精确测定点阵参数,对陶瓷颜料固溶体的固溶度进行了测定,并取得了满意的效果。结果表明:X射线衍射分析方法是一种测定固溶度的理想方法,这种方法还可以广泛用于无机材料固溶度的准确测定。

磁控共溅射Al-Pb合金薄膜中固溶度的扩展

利用磁控共溅射法在液氮冷却的衬底(LNCs)上制备了Al-Pb合金薄膜,运用EDX、XRD、TEM和SEM对薄膜成分、结构及形貌进行了研究。结果表明,Al-Pb薄膜在Pb含量为7.38%～2.73%(原子分数,下同)的宽范围内,均存在Al在Pb中的fccPb(Al)亚稳过饱和置换固溶体,固溶度与膜成分相关,随薄膜Pb含量的变化,固溶度在3.03%～5.31%Al之间变化,Al-48.9%Pb膜扩展固溶度最大(5.31%Al),薄膜Pb含量降低或升高时,fccPb(Al)固溶体的固溶度下降。此结果与Miedema理论计算的Al-Pb系混合焓随Pb含量的变化趋势相似。低温衬底下Pb的体扩散弱化并导致相分离倾向降低是固溶延展的动力学原因。

钼在α铁基体中的平衡固溶度公式

根据相关热力学数据推导出μ相(Fe7Mo6)和λ相(Fe2Mo)在α铁中的固溶度积公式,同时考虑Fe7Mo6 和Fe2Mo的形成自由能随温度的变化关系式,推导出在不同温度范围钼在α铁基体中的平衡固溶度公式分别为:log([Mo]α) =3.003-1961/T(899～1199 ℃); log([Mo]α)=2.752-1562/T(311.6～899 ℃).这些公式在相关的理论研究和生产实际应用中具有重要的作用.

Nb掺杂TiO_2压敏陶瓷的施主掺杂固溶度

研究了不同烧结温度TiO2压敏陶瓷的显微结构、施主掺杂固溶度和电学性能。采用SEM和EDS测试了其显微结构和晶粒化学组成。随烧结温度增加,TiO2晶粒迅速长大,显微结构均匀致密,但过高的烧结温度将导致较多气孔。1350℃为比较合适的烧结温度,其晶粒大小为15μm左右。在施主掺杂浓度一定的条件下,施主掺杂离子Nb5+在TiO2晶粒中的固溶度、晶粒电子浓度和电导率随烧结温度上升而增加,晶粒电阻率随烧结温度上升而下降。以能谱中O为参考确定TiO2晶格数量计算得到的固溶度及其电学性能更符合实验测试结果。

Fe-W合金机械合金化及扩展固溶度研究

采用机械合金化方法,对Fe_(100-x)W_x(x=5,15,33.3,45,50,70,85,95)二元合金系统进行了机械合金化研究,用X射线衍射仪分析了球磨后的合金粉末的结构,用SEM对样品的形貌进行了分析。结果表明:铁在钨中的固溶度大于30%;从理论上对Fe-W系统的固溶度进行计算,计算结果说明铁在钨中的固溶度与实验得到的结果相符。