熔體結構轉變及其對凝固的影響

　　液態(tài)結構和性質的認識與許多領域的科技進步息息相關，越來越成為凝聚態(tài)物理、材料學、生命科學、冶金及化學等領域共同關注的探索對象。不過人們對液態(tài)物質結構和性質的認知相對于固態(tài)和氣態(tài)而言要膚淺得多，然而近年來液態(tài)領域的研究取得了不少階段性成就，為人們從理論上進一步探索液態(tài)物質的結構本質提供了豐富的現(xiàn)象學依據(jù)。由各類衍射技術和計算機模擬揭示出的種種拓撲及化學短程序大大豐富了液態(tài)結構短程有序的物理內涵。壓力誘導非連續(xù)液-液結構轉變的直接實驗證據(jù)打破了液態(tài)結構連續(xù)漸變的傳統(tǒng)觀念；合金溫度誘導液一液結構轉變的發(fā)現(xiàn)填補了液相線TL以上高溫區(qū)液態(tài)結構研究的空白，而且必將對凝固微觀機制的認識及材料的研發(fā)和加工產生深遠的影響。然而，溫度誘導液態(tài)結構轉變的普適性（范圍、條件及規(guī)律）及其本質尚不清楚；此外，盡管采用”溫度處理”、”熔體過熱”及”熱速處理”等工藝方法改變凝固組織來研究固一液結構依存關系的內容并不鮮見，但溫度誘導液一液結構轉變影響凝固行為及凝固組織方面的明確而系統(tǒng)的研究未見報道。本書以部分二元和三元合金為研究對象，以電阻法、熱電勢法及差熱掃描分析（DSC）技術為主要研究手段，研究了二元合金Pb-Sn、Sn-Bi、Sn-Sb、 Pb-Bi、Bi-Sb和三元合金B(yǎng)i-Sb-Sn等的液態(tài)電傳輸性能隨溫度的變化關系，分析了上述合金液態(tài)性能、結構變化的特征和機理；首次從液一液結構轉變是否可逆這一角度探討了不同組元的二元合金和三元合金液態(tài)結構轉變的可逆性及其本質。此外，根據(jù)前述研究所得結果，以液一液結構轉變?yōu)樾碌那腥朦c，研究和探討了二元合金液一液結構轉變對凝固行為和凝固組織的影響以及固一液結構的依存關系。主要研究結果如下： Ⅰ.本書所研究的不同組元的Pb-Sn、Sn-Bi、Sn-Sb、In-Sb、Ph-Bi、 Bi-Sb等二元合金和Bi-Sb-Sn等三元合金，除了液態(tài)In-Sb、Zn-Sn合金的連續(xù)漸變外，在首輪升溫過程中均發(fā)生了溫度誘導的液一液結構轉變，不同合金系液一液結構轉變的規(guī)律和特征不同。Ⅱ.以電阻法為研究手段，發(fā)現(xiàn)了液態(tài)Sn、Bi、Sb單組元物質在第一輪升溫過程中也具有液態(tài)結構變化的特征，首次發(fā)現(xiàn)了液態(tài)Sn的液態(tài)結構轉變具有部分可逆的性質；據(jù)此，提出了含Sn的Pb-Sn、Sn-Bi、Sn-sb等二元合金和Bi-Sh-Sn等三元合金液態(tài)結構轉變具有的可逆性特征主要與Sn的可逆性有關。Ⅲ.含Bi或Sb的不同成分的Bi-Sb、Pb-Bi二元合金在首輪升溫過程中，液態(tài)合金電阻率一溫度曲線上均出現(xiàn)了類似純Bi和純Sb的駝峰形變化特征；而且與純Bi和純sb一樣，這種異常變化在降溫過程中均不具有可逆性。從熱力學角度分析了這種轉變的性質和不可逆的原因。Ⅳ.根據(jù)液態(tài)結構變化的研究結論，以液一液結構轉變?yōu)樾碌那腥朦c，研究了Sn-Bi、Bi-Sb合金液態(tài)結構變化對凝固行為和凝固組織的影響。結果表明經液一液結構轉變后的合金凝固過冷度提高，凝固組織明顯細化；從熱力學角度，嘗試建立了液一液結構轉變的物理模型，并以此進一步分析了液一固結構依存關系。

　　李先芬，合肥工業(yè)大學副教授，1969年出生。1991年本科畢業(yè)于哈爾濱工大學焊接工藝及設備專業(yè)，1991－1993年在合肥鍛壓機床廠工作，1996年碩士畢業(yè)于華南理工大學焊接專業(yè)，1996年至今在合肥工業(yè)大學材料科學與工程學院從事教學和科研工作。2006年博士畢業(yè)于合肥工業(yè)大學材料學專業(yè)?，F(xiàn)主要從事焊接技術和液態(tài)金屬結構及性質方面的教學與研究工作。