熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及其對凝固的影響

　　液態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的認識與許多領(lǐng)域的科技進步息息相關(guān)，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(lǐng)域共同關(guān)注的探索對象。不過人們對液態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)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(lǐng)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(zhì)的結(jié)構(gòu)本質(zhì)提供了豐富的現(xiàn)象學依據(jù)。由各類衍射技術(shù)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(jié)構(gòu)短程有序的物理內(nèi)涵。壓力誘導非連續(xù)液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的直接實驗證據(jù)打破了液態(tài)結(jié)構(gòu)連續(xù)漸變的傳統(tǒng)觀念；合金溫度誘導液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的發(fā)現(xiàn)填補了液相線TL以上高溫區(qū)液態(tài)結(jié)構(gòu)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(chǎn)生深遠的影響。然而，溫度誘導液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的普適性（范圍、條件及規(guī)律）及其本質(zhì)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(jié)構(gòu)依存關(guān)系的內(nèi)容并不鮮見，但溫度誘導液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(shù)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(guān)系，分析了上述合金液態(tài)性能、結(jié)構(gòu)變化的特征和機理；首次從液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的可逆性及其本質(zhì)。此外，根據(jù)前述研究所得結(jié)果，以液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌那腥朦c，研究和探討了二元合金液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變對凝固行為和凝固組織的影響以及固一液結(jié)構(gòu)的依存關(guān)系。主要研究結(jié)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，不同合金系液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(zhì)在第一輪升溫過程中也具有液態(tài)結(jié)構(gòu)變化的特征，首次發(fā)現(xiàn)了液態(tài)Sn的液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變具有部分可逆的性質(zhì)；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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變具有的可逆性特征主要與Sn的可逆性有關(guān)。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(zhuǎn)變的性質(zhì)和不可逆的原因。Ⅳ.根據(jù)液態(tài)結(jié)構(gòu)變化的研究結(jié)論，以液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌那腥朦c，研究了Sn-Bi、Bi-Sb合金液態(tài)結(jié)構(gòu)變化對凝固行為和凝固組織的影響。結(jié)果表明經(jīng)液一液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的物理模型，并以此進一步分析了液一固結(jié)構(gòu)依存關(guān)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(shè)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(shù)和液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)及性質(zhì)方面的教學與研究工作。