Zr(RE)P在鋁熔體中的反應合成與演變機制.pdf

1、本文利用高倍視頻顯微鏡(HSVM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、電子探針微成分分析儀(EPMA)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等測試手段系統(tǒng)研究了Al-Zr-P和Al-RE-P中間合金的相組成、含磷相形貌及其演變。優(yōu)化了Al-Zr-P中間合金的制備工藝;提出了由Si誘導ZrP相演變的兩種方式，并分析了Al-Zr-P-Si合金系的液態(tài)結構特征;制備了一種新型Al-RE-P中間合金，并對REP相進行了表征;研究了

2、Al-Zr-P中間合金對近共晶Al-Si多元合金變質及強化機制，Al-RE-P中間合金對過共晶Al-Si合金的低溫細化處理。本文的主要研究工作如下:
　　 (1) Si對Al-Zr-P中間合金相組成及相演變的影響
　　 研究發(fā)現(xiàn)，當熔體反應溫度高于1500℃，且Zr/P質量比不低于4∶1時，中間合金中的磷化物主要以形貌規(guī)則的面心立方ZrP為主。將Al-Zr-P中間合金加入到Al-Si合金中后，Si原子向ZrP相擴散可促使

3、其發(fā)生演變，并在ZrP相界面處形成富Si層以及乏Si層，Si的濃度梯度導致ZrP相的兩種轉變方式。在乏Si層，ZrP轉變生成AlP相及Zr(Al1-xSix)3相;在富Si層，ZrP轉變生成AlP相及Zr(SixAl1-x)2相。
　　 分析了不同Si含量的Al-Zr-P-Si合金系的液態(tài)結構，在780℃及1800℃時，Zr、P的g(r)曲線第一峰峰值均比Al、P第一峰峰值高;通過對比Al-Zr-P與Al-Zr-P-Si的g(r

4、)曲線，發(fā)現(xiàn)Si的加入導致gAlp(r)及gzrp(r)在780℃及1800℃時第一峰峰值發(fā)生變化;盡管gZrp(r)的第一峰峰值均比gAlp(r)高，但從偏配位數(shù)百分比含量偏差發(fā)現(xiàn)，780℃時隨著Si含量增加，P周圍Al原子數(shù)逐漸增多，而Zr原子數(shù)卻逐漸減少，意味著低溫下P與Al之間的結合力更強。
　　 (2) Al-Zr-P中間合金對近共晶Al-Si多元合金的變質及強化行為
　　 利用正交試驗法優(yōu)化了Al-8Zr-2

5、P中間合金對近共晶Al-Si多元合金的變質工藝參數(shù):變質溫度為780℃，保溫時間為60min，P加入量為200ppm。在該變質處理條件下，初晶Si分布均勻，其尺寸可以細化至11.6μm;并發(fā)現(xiàn)經Al-8Zr-2P中間合金變質的Al-Si合金拉伸強度高于經Al-3.5P中間合金變質的Al-Si合金，室溫及高溫拉伸強度分別提高10.1％和4.4％;進一步研究發(fā)現(xiàn)，經Al-8Zr-2P中間合金細化后，近共晶Al-Si多元合金中的初晶Si尺寸更

6、加細小，同時Zr起到使合金相的形貌分布更為均勻以及固溶強化的作用，以上三點均可以不同程度地提高Al-Si合金的強度。
　　 (3) Al-RE-P中間合金的相表征及應用
　　 制備出一種新型的含有LaP、CeP以及LaxCe1-xP的Al-RE-P中間合金，發(fā)現(xiàn)Al-1La-4Ce-1P、Al-2La-3Ce-1P、Al-2.5La-2.5Ce-1P、Al-3La-2Ce-1P和Al-4La-1 Ce-1P中的P化物隨合

7、金成分而發(fā)生演變，分別為La0.25Ce0.75P、La0.42Ce0.58P、La0.5Ce0.5P、La0.58Ce0.42P和La0.75Ce0.25P，隨著LaxCe1-xP中x值增大，其晶格常數(shù)a值與晶面間距d值也相應增大。
　　 研究還發(fā)現(xiàn)，向Al-5La-1P中間合金熔體中引入Si可促使LaP相原位轉變?yōu)锳lP相及(Al，Si，La)相，隨著Si含量的變化，(Al，Si，La)相的組成及形貌也發(fā)生改變:加入3％Si