Mg-Sn-Si系合金的热力学基础及合金相演变过程分析

张建新; 王海燕; 高爱华; 樊世克

doi:10.7498/aps.64.066401

摘要

研究了Mg-Sn-Si系合金的热力学基础及合金相的演变过程. 结果表明: 对于Mg-Sn-Si系合金, 合金相的比热容随着温度增加而增加, 在低温下变化迅速, 而在高温下变化平缓, 其热膨胀系数在低温范围内随温度升高呈指数形式增加, 而在高温范围内呈线性增大. 在Mg2 (Six, Sn1-x)、Mg2 (Snx, Si1-x)相结构中, Sn(Si)原子的取代位置不固定, 可以是面心, 也可以是顶点. 常规凝固过程中, 由于处于非平衡状态, x的取值范围有所波动, 对于Mg2 (Six, Sn1-x)和Mg2 (Snx, Si1-x) 两种结构, x的取值范围在0.25或0.75附近. Mg2 (Si, Sn)的生成温度较高, 可从液相中直接析出, 也可由Mg2Si转化而来, 而Mg2 (Sn, Si)的生成温度较低, 只能从基体中析出, 随着Sn含量的增加, 开始析出Mg2 (Sn, Si)相的温度升高.

关键词:

Abstract

Thermodynamics basic and alloy phase evolution of Mg-Sn-Si alloy are studied. The results indicate that for Mg-Sn-Si alloy, the specific heat of alloy phase increases with temperature, and it changes quickly at low temperature while gently at high temperature. In the range of low temperature, its thermal expansion increases exponentially with the increase of temperature, and in the range of high temperature the thermal expansion increases linearly. In the two structures of Mg2 (Six, Sn1-x) and Mg2 (Snx,Si1-x) phases, the replacement position of Si or Sn is indefinite, they could be face-center location or vertex location. Under the conditions of conventional solidification, the range of values for x is fluctuant, for it is in nonequilibrium state: x values are around 0.25 and 0.75 for Mg2(Six, Sn1-x) and Mg2(Snx, Si1-x) structure, respectively. The generation temperature of Mg2 (Si, Sn) phase is quite high, it can be precipitated directly from liquid phase, or be transformed from Mg2Si. The generation temperature of Mg2(Sn, Si) phase is lower than that of Mg2(Si, Sn), and it can be precipitated only from the matrix, the initial precipitation temperature of Mg2(Sn, Si) tends to rise with Sn content increasing.

Keywords:

作者及机构信息

1.
河南理工大学材料科学与工程学院, 焦作 454000;

2.
河南理工大学文法学院, 焦作 454000;

3.
河南理工大学机械与动力工程学院, 焦作 454000

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51271073)、河南省重点科技攻关计划(批准号: 102102210031)和全国大学生创新创业计划(批准号: 72306/044)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Materials Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China;

2.
Institute of Liberal Arts and Law, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China;

3.
Institute of Mechanical and Power Engineering Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51271073), the Key Science and Technology Program of Henan Province, China (Grant No. 102102210031) and the Innovation and Entrepreneurship Program of National Student, China (Grant No. 72306/044).

参考文献

[1]	Kang D H, Park S S, Kim N J 2005 Mater. Sci. Eng. A 413–414 556
[2]	Prasad Y V, Rao K P, Hort N, Kainer K U 2010 Int. J. Mater. Res. 101 300
[3]	Zhang J X, Gao A H, Zhang H L 2013 J. Functional Mater. 44 2659 (in Chinese) [张建新, 高爱华, 张洪良 2013 功能材料 44 2659]
[4]	Guo Y F, Li R D, Liu G L 2009 Acta Phys. Sin. 58 3315 (in Chinese) [郭玉福, 李荣德, 刘贵立 2009 物理学报 58 3315]
[5]	Zhang J X, Guo Y, Guo X F 2013 Foundry 62 235 (in Chinese) [张建新, 郭宇, 郭学锋 2013 铸造 62 235]
[6]	Yang M B, Guo Y C, Li H L, Duan C Y, Zhang J 2013 Rare Metal Mater. Engineer. 42 1541
[7]	Peng H, Wang C L, Li J C, Wang H C, Wang M X 2010 Acta Phys. Sin. 59 4123 (in Chinese) [彭华, 王春雷, 李吉超, 王洪超, 王美晓 2010 物理学报 59 4123]
[8]	Wan D Q, Yu T 2012 Foundry 61 1135 (in Chinese) [万迪庆, 于田 2012 铸造 61 1135]
[9]	Ren L, Guo X F, Ren F, Cui H B 2013 Foundry 62 1122 (in Chinese) [任磊, 郭学锋, 任昉, 崔红保 2013 铸造 62 1122]
[10]	Li S H, Zhang C X, Guan S K, Wen C L, Tian H T, Yu W W, Meng H 2012 J. Mater. Sci. Engineer. 30 562 (in Chinese) [李少华, 张春香, 关绍康, 文春领, 田海棠, 于雯雯, 孟辉 2012 材料科学与工程学报 30 562]
[11]	Zhang A S, Wan S Y 2012 Hot Work. Technol. 41 113 (in Chinese) [章爱生, 万盛耀 2012 热加工工艺 41 113]
[12]	Hu J L, Tang C P, Zhang X M, Deng Y L 2013 Trans. Nonferrous Metals Soc. China 23 3161
[13]	Tang S Q, Zhou J X, Tian C W, Yang Y S 2011 Trans. Nonferrous Metals Soc. China 21 1932
[14]	Yu B H, Chen D 2011 Chin. Phys. B 20 030508
[15]	Suresh K, Rao K P, Prasad Y V, Hort N, Kainer K U 2013 Trans. Nonferrous Metals Soc. China 23 3604
[16]	Zhang G, Du J, Li W F, Dou Q, Cai T X 2013 J. Mater. Engineer. 4 81 (in Chinese) [张果, 杜军, 李文芳, 豆琦, 蔡添祥 2013 材料工程 4 81]
[17]	Xu C J, Dai P, Tu T, Yu L, Zhang Z M, Wang J C 2013 Trans. Materi. Heat Treat. 34 83 (in Chinese) [徐春杰, 代盼, 屠涛, 余玲, 张忠明, 王锦程 2013 材料热处理学报 34 83]
[18]	Kozlov A, Grobner J, Schmid R 2011 J. Alloys Compoun. 509 3326
[19]	Jung I H, Kang D H, Park W J, Kim N J, Ahn S H 2007 Comput. Coupl. Phase Diagr. Thermochem. 31 192
[20]	Zhang J X, Gao A H, Guo X F, Ren L 2013 Acta Phys. Sin. 62 178101 (in Chinese) [张建新, 高爱华, 郭学锋, 任磊 2013 物理学报 62 178101]
[21]	Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 518
[22]	Blanco M A, Francisco E, Luana V 2004 Comput. Phys. Commun. 158 57
[23]	Blanco M A, Martin P A, Francisco E, Recio J M, Franco R 1996 J. Molecul. Struct. Theochem. 368 245
[24]	Florez M, Recio J M, Francisco E, Blanco M A 2002 Phys. Rev. B 66 144112
[25]	Francisco E, Blanco M A, Sanjurjo G 2001 Phys. Rev. B 63 094107

施引文献

[1]	Kang D H, Park S S, Kim N J 2005 Mater. Sci. Eng. A 413–414 556
[2]	Prasad Y V, Rao K P, Hort N, Kainer K U 2010 Int. J. Mater. Res. 101 300
[3]	Zhang J X, Gao A H, Zhang H L 2013 J. Functional Mater. 44 2659 (in Chinese) [张建新, 高爱华, 张洪良 2013 功能材料 44 2659]
[4]	Guo Y F, Li R D, Liu G L 2009 Acta Phys. Sin. 58 3315 (in Chinese) [郭玉福, 李荣德, 刘贵立 2009 物理学报 58 3315]
[5]	Zhang J X, Guo Y, Guo X F 2013 Foundry 62 235 (in Chinese) [张建新, 郭宇, 郭学锋 2013 铸造 62 235]
[6]	Yang M B, Guo Y C, Li H L, Duan C Y, Zhang J 2013 Rare Metal Mater. Engineer. 42 1541
[7]	Peng H, Wang C L, Li J C, Wang H C, Wang M X 2010 Acta Phys. Sin. 59 4123 (in Chinese) [彭华, 王春雷, 李吉超, 王洪超, 王美晓 2010 物理学报 59 4123]
[8]	Wan D Q, Yu T 2012 Foundry 61 1135 (in Chinese) [万迪庆, 于田 2012 铸造 61 1135]
[9]	Ren L, Guo X F, Ren F, Cui H B 2013 Foundry 62 1122 (in Chinese) [任磊, 郭学锋, 任昉, 崔红保 2013 铸造 62 1122]
[10]	Li S H, Zhang C X, Guan S K, Wen C L, Tian H T, Yu W W, Meng H 2012 J. Mater. Sci. Engineer. 30 562 (in Chinese) [李少华, 张春香, 关绍康, 文春领, 田海棠, 于雯雯, 孟辉 2012 材料科学与工程学报 30 562]
[11]	Zhang A S, Wan S Y 2012 Hot Work. Technol. 41 113 (in Chinese) [章爱生, 万盛耀 2012 热加工工艺 41 113]
[12]	Hu J L, Tang C P, Zhang X M, Deng Y L 2013 Trans. Nonferrous Metals Soc. China 23 3161
[13]	Tang S Q, Zhou J X, Tian C W, Yang Y S 2011 Trans. Nonferrous Metals Soc. China 21 1932
[14]	Yu B H, Chen D 2011 Chin. Phys. B 20 030508
[15]	Suresh K, Rao K P, Prasad Y V, Hort N, Kainer K U 2013 Trans. Nonferrous Metals Soc. China 23 3604
[16]	Zhang G, Du J, Li W F, Dou Q, Cai T X 2013 J. Mater. Engineer. 4 81 (in Chinese) [张果, 杜军, 李文芳, 豆琦, 蔡添祥 2013 材料工程 4 81]
[17]	Xu C J, Dai P, Tu T, Yu L, Zhang Z M, Wang J C 2013 Trans. Materi. Heat Treat. 34 83 (in Chinese) [徐春杰, 代盼, 屠涛, 余玲, 张忠明, 王锦程 2013 材料热处理学报 34 83]
[18]	Kozlov A, Grobner J, Schmid R 2011 J. Alloys Compoun. 509 3326
[19]	Jung I H, Kang D H, Park W J, Kim N J, Ahn S H 2007 Comput. Coupl. Phase Diagr. Thermochem. 31 192
[20]	Zhang J X, Gao A H, Guo X F, Ren L 2013 Acta Phys. Sin. 62 178101 (in Chinese) [张建新, 高爱华, 郭学锋, 任磊 2013 物理学报 62 178101]
[21]	Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 518
[22]	Blanco M A, Francisco E, Luana V 2004 Comput. Phys. Commun. 158 57
[23]	Blanco M A, Martin P A, Francisco E, Recio J M, Franco R 1996 J. Molecul. Struct. Theochem. 368 245
[24]	Florez M, Recio J M, Francisco E, Blanco M A 2002 Phys. Rev. B 66 144112
[25]	Francisco E, Blanco M A, Sanjurjo G 2001 Phys. Rev. B 63 094107

[1]	段志强, 裴小龙, 郭庆伟, 侯华, 赵宇宏. 多模态混合输入模拟实验过程实现新型Al-Si-Mg系合金设计. 物理学报, 2023, 72(2): 028101. doi: 10.7498/aps.72.20221736
[2]	孙盟杰, 何志群, 郑毅帆, 邵宇川. EDTA/SnO₂双层复合电子传输层在钙钛矿电池中的应用. 物理学报, 2022, 71(13): 137201. doi: 10.7498/aps.71.20220074
[3]	罗明海, 黎明锴, 朱家昆, 黄忠兵, 杨辉, 何云斌. CdxZn1-xO合金热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(15): 157303. doi: 10.7498/aps.65.157303
[4]	吴宇昊, 王伟丽, 魏炳波. 液态三元Fe-Sn-Si/Ge偏晶合金相分离过程的实验和模拟研究. 物理学报, 2016, 65(10): 106402. doi: 10.7498/aps.65.106402
[5]	张建新, 高爱华, 郭学锋, 任磊. Mg-Sn-Si合金中Mg2(Si,Sn)复合相的结构与性能研究. 物理学报, 2013, 62(17): 178101. doi: 10.7498/aps.62.178101
[6]	张炜, 陈文周, 王俊斐, 张小东, 姜振益. MnPd合金相变, 弹性和热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(24): 246201. doi: 10.7498/aps.61.246201
[7]	刘玮书, 张波萍, 李敬锋, 刘静. 机械合金化合成CoSb3过程中的固相反应机理的热力学解释. 物理学报, 2006, 55(1): 465-471. doi: 10.7498/aps.55.465
[8]	张进修, 罗来忠. NiTi合金相变过程中界面动力学的内耗研究. 物理学报, 1988, 37(3): 353-362. doi: 10.7498/aps.37.353
[9]	刘敬旗, 郑建宣. Gd-Sn二元系合金相图. 物理学报, 1984, 33(8): 1155-1159. doi: 10.7498/aps.33.1155
[10]	郑建宣, 农亮勤. Nd-Cu二元系合金相图. 物理学报, 1983, 32(11): 1449-1454. doi: 10.7498/aps.32.1449
[11]	郑建宣, 曾令民. Gd-Cu二元系合金相图. 物理学报, 1983, 32(11): 1443-1448. doi: 10.7498/aps.32.1443
[12]	潘毓英, 郑建宣. Sm-Ni二元系合金相图. 物理学报, 1983, 32(1): 92-95. doi: 10.7498/aps.32.92
[13]	陈荣贞, 郑建宣. Dy-Sn二元系合金相图. 物理学报, 1983, 32(7): 933-938. doi: 10.7498/aps.32.933
[14]	郑建宣, 王淳正. Dy-Ni二元系合金相图. 物理学报, 1982, 31(5): 668-673. doi: 10.7498/aps.31.668
[15]	庄应烘, 袁世田, 郑建宣. 钆-铟二元系合金相图. 物理学报, 1982, 31(1): 121-125. doi: 10.7498/aps.31.121
[16]	潘毓英, 郑建宣. 铝-铜-镓三元系合金相图. 物理学报, 1980, 29(12): 1545-1550. doi: 10.7498/aps.29.1545
[17]	郑建宣, 陈荣贞, 李德萱. 铝-铜-镉三元系合金相图. 物理学报, 1975, 24(3): 174-179. doi: 10.7498/aps.24.174
[18]	郑建宣, 张文英, 刘起宏, 刘敬旗. 铜-锗-锡三元系合金相图. 物理学报, 1966, 22(4): 423-428. doi: 10.7498/aps.22.423
[19]	郑建宣, 张文英, 余锦堂. 银—锡—铝三元系合金相图. 物理学报, 1965, 21(7): 1456-1460. doi: 10.7498/aps.21.1456
[20]	程开甲；李正中. 内耗的热力学研究_代位合金在有序或无序态的内耗理论. 物理学报, 1956, 12(4): 281-297. doi: 10.7498/aps.12.281

计量

文章访问数: 6591
PDF下载量: 270
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板