温度诱导液态金属铋的结构变化

目的:研究温度对液态铋(Bi)结构的影响,初步探讨纯元素液态结构对合金凝固组织的影响。方法:通过液态纯Bi结构的X射线衍射分析,得到300~900℃温度范围内液态Bi的结构因子、偶分布函数、径向分布函数,计算不同温度下的配位数、原子团簇尺寸、有序度参量、双体相关熵等。凝固试验是把纯Cu加入到结构变化前、后的Bi熔体,制备了Bi-2wt%Cu合金,试样经打磨、抛光后运用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀,运用扫描电子显微镜观察合金微观形貌特征。结果:在300℃和475℃的结构因子曲线第一峰右侧均存在一个明显的肩膀。当温度高于700℃时,结构因子和偶分布函数的第一峰高度、原子团簇尺寸、有序度参量随温度升高而急剧下降;而双体相关熵则突然增加。凝固试验表明结构未改变的Bi熔体凝固后的Cu相呈方块状;而结构改变的Bi熔体凝固所得的Cu相呈树枝状。结论:Bi的液体结构在700~762℃范围内发生了重组,温度诱导Bi熔体结构转变具备有序-无序转变特征。Bi熔体的结构变化可用于调控Bi-2wt%Cu合金的熔体状态,进而改变其凝固组织。该研究有望为探索研究新的过热处理技术,进一步深化液态遗传效应的研究深度和广度提供参考。