许多重要的工程合金在其凝固过程中都存在包晶反应,包晶合金的凝固过程已成为人们研究的热点和前沿课题。国内外在对合金的研究方面基本上是在固态下进行的。因此,有必要在原子层次上,从液态微观结构入手对金属间化合物合金进行研究。 本文作者在原子层次上研究了具有包晶反应的Al-Ni合金的液态微观结构,并以其固态微观结构为参比,研究其微观结构在凝固过程中的演变,对推动金属材料的研究和金属凝固理论的发展具有重要的促进作用。 研究表明不同成分的合金在常规凝固时,其包晶反应都受到不同程度的抑制。非平衡凝固条件下的包晶反应影响了凝固进程,造成了Al-Ni系包晶合金的最终凝固组织中初生相,包晶相,富Al相和共晶相四种组织共存的现象。 同一种合金不同凝固速度得到的凝固组织也不同。Al₃Ni合金的非平衡凝固过程中包晶反应受到很大程度的抑制,凝固进程不同,最终凝固相组成及形貌也不同。强制冷却条件下,最终组织分别为先析出相组织、包晶相组织和共晶组织;当合金以20℃/min的速度冷却时,最终相为先析出相组织、包晶组织及由匀晶组织和共晶组织组成的混合组织构成。与强制冷却相比,合金以较慢速度20℃/min冷却时,凝固组织呈现异常:先析出相Al₃Ni₂组织粗大,所占比例增加,包晶相Al₃Ni只在很窄的范围内存在,所占比例反而减小。 本文在对包晶反应滞后的研究中发现,具有包晶反应的Al-Ni系合金分别以20℃/min和10℃/min凝固时,包晶反应都出现了严重的滞后现象,但是具有包晶反应的Sn-Sb系固溶体合金以10℃/min凝固时,其包晶反应温度基本与平衡凝固时相同,研究表明:Al-Ni系包晶反应先析出相和包晶相存在晶格类型的转变,两者之间的点阵常数相差较大,发生包晶反应时,先后两相之间的错配度较高,较大的错配度有较大的界面应变能,使得后者很难在前者上堆积,导致包晶反应严重的滞后。而Sn-Sb系合金包晶反应前后两相的晶格结构相同,且点阵常数十分接近,发生包晶反应时,先后两相之间不存在晶格类型的转变,错配度较低,界面能较小,包晶相很容易附着在先析出相上,使得包晶反应容易进行,包晶反应温度基本与平衡反应温度一致。 作者利用液态X-射线衍射仪对Al-Ni包晶合金的液态结构进行分析时,发现作为Al-TM（TM=Mn,Fe,Co,Ni）合金中的一种,Al₈₀Ni₂₀、Al₃Ni和Al₇₃Ni₂₇三种合金具有和Al-Fe等Al-TM相似的结构特征,在其液态X-ray衍射强度曲线上有预峰的出现,推断Al₈₀Ni₂₀、Al₃Ni和Al₇₃Ni₂₇三种合金的液态中存在中程有序结构。