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周期层片型结构首先被Osinski于1982年在固态扩散偶中发现。之后,人们陆续在多种扩散偶体系中发现了这一有趣的结构,这极大的引起了学者们的关注和兴趣,并提出了不同的解释理论。不过,到目前为止并未出现学术界普遍接受的解释理论,周期层片型结构的形成机理依然存在着争议。本论文在测定Zn-Ni-Si三元系富锌角450℃相平衡的基础上,开展扩散偶实验,分析了周期层片型结构生长规律,提出了周期层片型结构的形成机理。
本工作通过平衡合金法,利用扫描电镜与能谱仪(SEM-EDS)以及X射线衍射仪(XRD)等手段测定了Zn-Ni-Si 三元系富锌角450℃的等温截面。实验发现:该截面出现一个三元相T(Ni2Zn3Si),相图包含有4个三相区:Liq.+NiSi2+Si、Liq.+NiSi2+T、Liq+δ+T和δ+γ+T;9个两相区:Liq.+Si、Liq.+NiSi2、NiSi2+Si、Liq.+T、NiSi2+T、Liq.+δ、δ+T、δ+γ和γ+T;6个单相区:Liq.、(Si)、NiSi2、T、δ和γ。
开展了扩散偶实验,在Zn/Fe3Si、Zn/Ni3Si固态扩散偶以及Zn/Ni3Si液固扩散偶观察到周期层片型结构的出现。通过SEM-EDS技术分析,Zn/Fe3Si扩散偶中出现的周期层片结构由FeSi相和FeZn13相(或FeZn10相)双相构成,Zn/Ni3Si扩散偶中出现的周期层片结构由γ相和T相(Ni2Zn3Si)双相构成。Zn的物质状态并不影响周期层片型结构的形成。
在上述实验基础上提出了周期层片型结构的形成机理,认为在三元扩散偶中元素扩散能力的差异是周期层片型结构形成的必要条件;慢速扩散元素的富集导致周期双相层对的形核是周期层片型结构生长的关键因素。本文还对扩散偶中出现所谓的“双相层”进行了分析,并对周期层片型结构的生长过程进行了定性描述,该描述与实验结果完全吻合。