/OND 当T=Tm时 L G (6-7) 所以,两相平衡共存是液态金属凝固时的平 衡温度。 当T>Tm时,液态金属的自由能G低于固态金 属的自由能Gs,故固态金属自动熔化成液态。 液态向固态转变时,单位体积自由能的变化 △G与过冷度之间存在内在关系。 由于△Gv=Gs-G 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 12 当 T=Tm 时 GL ＝GS (6-7) 所以，两相平衡共存是液态金属凝固时的平 衡温度。 当T＞Tm时，液态金属的自由能GL低于固态金 属的自由能GS ，故固态金属自动熔化成液态。 液态向固态转变时，单位体积自由能的变化 ΔGV与过冷度之间存在内在关系。 由于 ΔGV ＝ GS － GL
/OND 由(6-1)式可知, △Gv=△H-T△S (H -H-T(Ss-Si (6-8) 在恒压条件下: Hs -Hl -m 〔为熔化潜热)。 T=Tm时,△Gy=0,得 (Ss-S)=-Lm/Tm,代入(6-8)式 得AGy=-Lm(1-T/Tmn) =-Ln/T×△T (6-9) 其中AT=T一T,是熔点与实际温度之差,即过冷度
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/OND 由此可见,△Gv与△T呈直线关系。 △T=0时,△Gy=0; 若使△Gv<0, 必须T<Tm,即有一定的过冷度 ●过冷度是液态金属凝固结晶的热力学必要条件。 两相的自由能差是相变的驱动力。如果没有自由 能差,则没有相变驱动力,相变不会发生。 所以,液态金属的凝固必须在熔点温度以下进行。 过冷度越大,液态和固态的自由能差越大;相变驱动 力越大,凝固速度则越快,这是为什么液态金属凝固 时必须有一定过冷度的原因 2020年9月 复旦大学材料科学系
2020年9月 复旦大学材料科学系 14 由此可见，ΔGV 与ΔT呈直线关系。 ΔT ＝0时，ΔGV =0; 若使 ΔGV < 0， 必须 T < Tm , 即有一定的过冷度 。 ● 过冷度是液态金属凝固结晶的热力学必要条件。 两相的自由能差是相变的驱动力。如果没有自由 能差，则没有相变驱动力，相变不会发生。 所以，液态金属的凝固必须在熔点温度以下进行。 过冷度越大，液态和固态的自由能差越大；相变驱动 力越大，凝固速度则越快，这是为什么液态金属凝固 时必须有一定过冷度的原因
/OND 6.3.2金属材料结晶的结构条件 金属结晶是成核和长大的过程。晶核从何而来? 这是与液态金属结构有关的问题。 一般认为,金属的液态结构是介于固态和气态之间 既不像固态原子那样规则排列有序,也不像气态原子那 样任意排列分布。 现代X射线研究表明,液态金属结构与固态金属结 构大致相似,在配位数及原子间距方面相差无几,见表 6-1。实验结果发现: 1.液态原子间平均距离比固态原子间略大一些 2.原子配位数比固态原子配位数略小一些; 3.原子排列的混乱程度略大一些。 2020年9月 复旦大学材料科学系 15
2020年9月 复旦大学材料科学系 15 金属结晶是成核和长大的过程。晶核从何而来？ 这是与液态金属结构有关的问题。 一般认为，金属的液态结构是介于固态和气态之间， 既不像固态原子那样规则排列有序，也不像气态原子那 样任意排列分布。 现代X射线研究表明，液态金属结构与固态金属结 构大致相似，在配位数及原子间距方面相差无几，见表 6-1。实验结果发现： 1. 液态原子间平均距离比固态原子间略大一些； 2. 原子配位数比固态原子配位数略小一些； 3. 原子排列的混乱程度略大一些。 6.3. 2 金属材料结晶的结构条件
/OND 表6-1x射线衍射法测定的液态金属 与固态金属的结构比较 液态 固态 金属原子间距配位数原子间距配位数 /nm nm Al 0.296 10-11 0.286 12 Zn 0.294 11 0.265 6+6 0.294 Cd 0.306 8 0.297 6+6 Au 0.286 11 0.288 2020年9月 复旦大学材料科学系 6
2020年9月 复旦大学材料科学系 16 金属 液 态 固 态 原子间距 /nm 配位数 原子间距 /nm 配位数 Al 0.296 10-11 0.286 12 Zn 0.294 11 0.265 0.294 6+6 Cd 0.306 8 0.297 6+6 Au 0.286 11 0.288 12 表 6-1 X射线衍射法测定的液态金属 与固态金属的结构比较