液态纯铁的微观原子模型

简 手反 第 � � 卷 第 � 期 ! ∀ ∀ ∀ 年 # 月 科 考 五 叙 液态纯铁的微观原子模型 王焕荣 叶 以富 ‘ 王伟 民 秦敬玉 ∃山东工业大学材料科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 , 济南 ! � ∀ ∀ % & ’卜 联系人 , ∋ ( )∗+ , −. /∗01 2 3 ( 44 3 15 .3 “ ·67 8 摘要 利用已 .液态金属 9 射线衍射仪研究纯 :. 的液态结构 , 获得 了衍射强度 、 结构因子 、 双体 分布 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 以及配位数和原子间距 离& 研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 , 在液态纯铁的结构因子曲线上也存在着预峰 ∃; <. 一=.) >8 & 预峰的出现是熔体 中存在中程序的标志 & 根据预峰的特性, 提出了液态纯 :. 结构的原 子模型 , 即共享顶点体心立方结构与无规密堆积原子分布的加和 & 关键词 液态金属 结构因子 预峰 ? 射线衍射 液态金属结构研究的重要性 已 日益引起人们的广泛关注 & 因为实验表明 , 金属材料使用 性能 的优劣取决于它的微观组织 , 而要寻求其最根本的原 因 , 则要追溯到金属在熔化时的组 织结构随温度 的变化情况 & 因此研究金属材料的结构在高温条件下随温度变化的规律 , 对于 寻找控制材料凝固的最佳温度和冷却速率 , 以获得最好 的材料性能和挖掘现有材料的内在潜 力具有重要意义 & 纯铁是工业 中最常用也是最重要的原材料之一 , 在 国民经济中发挥着重要的作用 & 有关 纯铁液态结构方面的报道相对较多 & 但是 , 在 已发表的有关文献中 , 绝大多数学者都认为液态 纯铁结构 因子曲线上没有预峰 ≅’Α & 主要原 因是 由于早期关于预峰的研究还不够深人 , 对这一现 象未引起足够的重视 Β 另外绝大多数学者可能认为这种现象是由实验误差所引起的 , 从而在处 理衍射原始强度曲线时将其平滑处理掉了 & 本文通过 ? 射线衍射实验发现 , 液态纯铁在结构 因子的小 Χ 处存在着预峰 & 尽管预峰的起源 目前还没有统一的观点 , 但较为相 同的观点认为 , 由于晶体的某种结构单元在熔化时仍保持在液态结构 中 , 它们之间的关联就导致了预峰的出 现 & 实验 实验所采用 的原材料为纯铁∃质量分数为 ΔΔ & Δ Ε 8, 经适当处理并除去氧化皮 , 然后在高温 9 射线衍射仪上进行测试 & 八=Φ8称 型液态金属 9 射线衍射仪由乌克兰金属物理研究所 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 制 造 & 该仪器的主要性能指标如下 , 采样时间精度为 ∀ & ∀∀ � , 角度精度为 ∀& ∀ ∀ “ , 温度精度为土� ℃ , 最高温度在 Γ ∀∀ ℃左右 & 仪器的高温样品室主要包括钨片均热罩 、 担片加热体 、 Η 一Ι ϑ 热电偶 和水冷电极 & 为了减小铁的表面张力的影响 , 采用尺寸为 !� ( ( 9 Κ∀ ( ( 9 4 ( ( 的较大的 Φ !∀ , 样品池 & 实验时样品以 !∀ ℃ Λ ( ∗7 左右的速度加热至 � �∀ ℃并保温约 �∀ ( ∗7 , ? 射线的 照射时间约 & � ϑ & ! 数据处理 对液态和非晶态物质 , 其测量 的 9 射线衍射强度的数据分析已有很常规的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 !Α & 为了讨 论的方便 , 下面给出一些要点 & 利用推广的 Μ <ΝΟ ϑ 一ΠΝ. 一Θ Ν< ( )7 方法 , 测量强度可以被转换成 以 电子单位表示 的每个原子 的相干散射强度 Ρ男ϑ ∃Χ8 & 该强度是 与 9 射线散射强度的结构敏感 部分相关的一个量 & Σ Ν ( = 5Ν 7 散射利用 Ν Ν ( . 和 Π ) 7 7 给 出的值修正 +’Τ& � ∀ 科 考 孟 叙 第 � � 卷 第 , � 期 ! ∀ ∀ 。年 # 月 简 宁及 ,器ϑ ∃。8 一 ∃, ’8Υ ∃, 8, 犷� 二 Β ! 【户∃·8一 。。」主娶孕3 , , , ς Ω 甘 < ∃+8 嵘 ϑ∃6 8一∃, !、Ξ ∃Χ8一 + Ψ ∗∃Χ8 Ψ 一止‘ Ζ—三一二 , ∃! 8∃08 Ζ ”中厂“原子的散射因子 , ∃Λ !8一军Σ∗Λ 一 ∃Λ 8! 一⋯耳Σ ∗Λ 8, Σ 茅为 艺型原子的原子份“ Β一 = Ν 分别为原子全密度函数和平均原子数密度 , Χ 为散射矢量 , 其模为回Ψ � 二 4∗ 7 4 Λ元 , 凡是人 射 9 射线的波长 , ! 日为散射角 Β Ξ∃ Χ8 为结构因子 , ∗∃Χ8 通常称为干涉函数 & 径向分布函数 Ι [ :∃< ) 3 ∗) + 3 ∗4 5< ∗∴ 1 5∗Ν 7 01 7 6 5∗Ν 7 8可 以表示为 � 二 , ! 。∃, 8一 � 二 , , = 。 Υ 竺0 Χ“Χ, Ξ‘·∃Χ·, “Χ , ∃Κ 8 配位数的计算公式为 Θ ( +7 一天” 7 ‘二’=‘· , 3 一 ∃� 8 式 中 <∀ 和 <( ∗。分别是径 向分布函数第 峰左右两边最近的零点和极小点的位置 , ∃+ 8一∃Κ8 式 出自 文献 ]! Α , ∃� 8式出 自文献 ] + Α & Κ 结果与讨论 图 一Κ 分别为实验所得到的液态纯铁的衍射原始强度曲线 、 结构因子曲线和双体分布函 数曲线 & % ∀ ∀ ∀ � ∀ ∀ ∀ � ∀ ∀ ∀ 李, ∀ ∀ ∀ ! ∀ ∀ ∀ 一一少少⊥⊥⊥一一一 昏以 二 ___少少⊥⊥⊥一一一 一 ∀ ∀ ∀ Κ ∀ � ∀ # ∀ ΧΛ 7 ( 一‘ Δ ∀ 】∀ Κ ∀ΝΛ 7 ( Ζ 图 液态 :. 的 9 射线衍射原始强度 图 ! 液态 :. 的结构因子 Ξ∃ Χ8 根据 :Ν1 <∗ .< 变换的性质 , 可以将 Χ 大于 � 7 ( 一 ’的结构因子曲线在横轴方向分成 Κ 个区间 & 第 区间为 � 一! ∀ 7‘ ’& 这个区间的曲线反映的是中程尺度 的性质 & 当不存在 中程序时 , 曲线 呈抛物线状 Β 存在 中程序时 , 一般表现为预峰的存在 & 第 ! 区间为 ! ∀ 一% ∀ 7 (ΖΖ ’, 短程序的信息 主要集中在这一区间 , 尤其是在第 峰上 & 第 Κ 区间为 %∀ 一 !∀ 7 (ΖΖ ’, 它反映的是短程序尺度 以内的信息 & 对于 ? 射线衍射实验 , 第 Κ 区间的信息量小而误差大 , 一般不予讨论 +’Α & 根据对液体 Φ+ 4∀∃ :. 6< 8!∀ �Α 的研究结果 , 第 + 区间内总结构因子 Ξ∃ Χ8 上的突起∃ϑ1 ( ;8 必然 表现为偏结构因子 4,⎯ ∃Χ8 上的预峰 , 并统一称为预峰 · 对于液态纯铁结构 因子上的突起 , 本文 � ∀ ! 简 手及 第 � � 卷 第 � 期 ! ∀ ∀ ∀ 年 # 月 科 考 五 叙 沿用文献 ]� Τ的说法 , 仍称其为预峰 & 从图 + 和 ! 可 以看 出 , 在液态纯铁衍射原始 强度曲线和结构因子曲线 _ α约 Χ Ψ � & % 7 ( 一 ’处存 在着一个预峰 & 这一结果与文献 ]� , % 较为相似 & 公瓦图 Κ 为纯铁在 �� ∀ ℃时的双体分布函数 Ο∃ <8 , 根据计算可以得到纯铁的最近邻距离 <+ Ψ ∀& ! % 7 ( 和配位数 Θ Β 二 Δ & ΚΚ , 与文献 ]+ Α的最近邻距离非 常相 近 , 而配位数的差别较大 & 但配位数 Θ 、与 文献 ]# Α所报道的纯铁的配位数为 Δ & ∀ 相吻合 , 从 而说明实验结果是较为可靠的 & ∀ ∀ ! ∀ & � ∀ & % ∀ & Γ & ∀ & ! & � &% & Γ 图 Κ 液态 : . 的双体分布函数 Ο ∃<8 表 列出了实验所得 的液态结构部分参数与文献 ] Α 所报道结果的比较 & 表 :. 的液态结构主要参数比较 温 度Λ ℃ 最近邻距离 , & Λ 7 ( 配位数 Θ & 第 + 峰位置 Χ Ρ Λ 7 ( 预峰位置 Χ= Λ 7 ( 实验值 文献【 误差值 � � ∀ � � ∀ ∀ ∀ & ! % ∀ & ! � Γ & % Ε Δ & ≅ Κ Κ ∀ & % Κ & Γ � Ε ∀ & ! Δ � ∀ & ! Δ Γ & ∀ Ε 综合比较可 以看出 , 纯铁熔化以后 , 其配位数略有增加 , 说明原子之间的堆积密度增加 & 液态纯铁结构因子曲线最典型的特征就是在小 Χ处存在一预峰 & � ∃Χ8 是非晶态或液态物质的 结构信息在倒 易空间的表现 , 小波矢量 Χ 的信息对应于实空间大 , 处结构的相关性 & 预峰是 同 类原子之间关联的表现 & 若同类原子间距为 么 _ Φ , 则预峰的位置 由下式决定 +ΓΑ , Χ= Ψ # ·# �Λ 3 、一Φ & ∃� 8 在液态纯铁中 , Χ。 Ψ � ·% “ ( 一 ’所对应 的实空间尺度为 么 一、 Ψ ∀ & �! Δ 7 ( , 即两个铁原子之间 的距离 饰 . _ :。 Ψ ∀ & �! Δ 7 ( ∃实验值 8& 因为纯铁在接近液相线温度时转变为子:. , 具有体心立方结构 & 当稍高于液相线温度熔 化时 , 部分尔:. 可能保留在铁熔体中 & 这样的体心立方原子团聚集到一起 , 形成一个更大的 原子团簇 , 而原子团簇之间的排列及取向不具有长程序 & 图 � 是根据上述讨论所建立 的液态纯 :. 的原子团簇几何模型 & 图 � 则是液态纯 :. 的结构 示意图 & 在 :. 原子团簇几何模型中 , 其中的一个 :. 原子位于立方体中心 , 其余 Γ 个 :. 原子则 位于顶点上 , 形成一个简单体心立方结构 & 取铁原子的最近邻距离即体对角线的一半为 ∀& ! % 人人 、⊥、 ,林、 ‘‘ ,, 介一βςςς ““≅、全从、 、兄兄 ,, 分一丫丫丫丫 之之 图 � 液态纯 :. 原子团结构模型 图 � 液态纯 :. 结构示意图 ++ ( , � ∀ Κ 科 考 五 叙 第 � � 卷 第 , � 期 ! ∀ ∀ 。年 # 月 简 报 则立方体的棱长为 ∀ & Κ∀ 7 ( & 晶胞沿如图所示的体对角线方向平移一个对角线的距离 , 即两 个晶胞共享一个顶点 , 则位于中心的两个 :. 原子之间的距离为 ∀ & �! ! 7 ( ∃计算值 8, 与实验所得 到的 3 : . _ :。 Ψ ∀ & � ! Δ 7 ( 相 比 , 误差仅为 & ΚΕ & 若沿面对角线方向平移一个对角线的距离 , 则所 得到的 3 : . _ :。 Ψ ∀ & Κ #∀ 7 ( , 与实验值之间相差较大 & 由此可 以设想 , 在纯铁熔体中存在着类似 于高温尔:. 的简单体心立方结构的原子团簇 , 原子 团簇之间的 :. 原子则呈无规分布 & 在通常情况下 , 不同的金属或合金熔体产生预峰现象的原因不尽相同 & 如 Π Ο 基合金熔体 结构因子上的预峰被认为是由于熔体中的化学短程序引起的ΡΔΑ , 而 Μ 一;∴ 的预峰随温度变化则 被认为是液体中发生了相变 +’∀ Τ& 根据上述分析 , 对于熔融纯铁结构因子上出现的预峰可以认为 是与熔体中的化学键有关 , 即预峰产生的直接原因是原子集团中中心铁原子之间的相互作用 & 早期 的研究者 由于没有注意到液态纯铁衍射原始强度曲线上的预峰 , 从而认为纯铁的液 态结构与 Φ+ 等元素类似 , 是典型的无规密堆积模型 ]” & 本文根据预峰提出的上述结构模型 , 把熔 体看成是由原子 团簇和无序区所组成的 , 具有更大的合理性 & 因为根据麦克斯韦速度分布规 律 , 熔体中的原子不可避免地会形成较紧密排列 的区域和较疏松排列 的区域 & 前者易于形成 较大的原子集团区 , 而后者则易于形成无序区 & � 结论 ∃+8 稍高于液相线温度的液态纯铁结构因子曲线在小 Χ 区间内存在预峰 & ∃! 8 液态纯铁结构因子曲线上的预峰是具有简单体心立方结构单元的 :. 原子团簇之间相 互作用的结果 & ∃Κ 8 稍高于液相线温度 的纯铁 , 其微观结构为共享顶点体心立方结构组成的铁原子 团簇 与无规密堆积原子分布 的加和 & 致谢 本工作为国家自然科学基金资助项 目∃批准号 , �Δ Γ # ∀ !�8 & 参 考 文 献 Η ) 4 . 3 ) 丫 χ ϑ. 4 5< 1 . 51 <. Ν 0 7 Ν 7 一 . , Π .ε < ) δ 一φ ∗++, Δ Γ ∀ & ! # γ Κ % , ! � � 一! � � Η ) 4 . 3 ) −, Ξϑ∗7 Ν 3 ) Μ , Ξ 1 Ο ∗/)( ) Μ , . 5 ) +& φ ∗Ο ϑ 5. ( ;. < ) 51 < . ? 一 < ) / 3 ∗00< ) . 5∗Ν 7 4 5 1 3 / Ν 0 ( . +5 4 5< 1 6 5 1 < . Ν 0 4∗+∗. Ν 7 & ς Φ ;;Ρ;ϑ/4 , Δ Δ � , Κ � ∃Γ 8, � ! � 一� ! Γ 秦敬玉 , 边秀房 , 王伟民 , 等 & 液态亚共晶铝铁合金结构 因子 的预峰 & 科学通报 , Δ ΔΓ , � Κ∃ +Κ8, � � � 一 � �∀ Π ) < . 5 Π , ; ) 4 5 1 < . + Φ , Ξ . 7 ∗++Ν 1 Σ , . 5 ) +& ;) < 5∗) + 45 <1 .51 < . 0) 6 5Ν < 4 Ν 0 +∗η 1 ∗3 Φ Ρ、厦8∃Π 7 ι ∃:. Σ < 8一。 8! ∀ )++Ν / 4 , ς ;ϑ/4 : < ) 7 6 . , Δ Γ Δ , � ∀ , !Δ � γ Κ ∀ Μ ∗5) −, ϕ . κ . Π , Π Ν < ∗5 ) ! & Ξ 5< 1 . 51 < )+ ) 7 ) +/4∗4 Ν 0 ( Ν +5 . 7 : . 一 � ) ++Ν /4 ∴ / ? 一< ) / 3 ∗00 <) . 5∗Ν 7 & χ < ) 7 4 ) . 5 ∗Ν 7 4 ΡΞ Ρς, Δ Γ! , ! ! , � # γ � # % ∗3 ) χ , ε 1 5ϑ< ∗. Ι & χ ϑ . ;ϑ/4∗. )+ ;<Ν ;. < 5∗. 4 Ν 0 +∗η 1 ∗3 ( . 5) +4 & Ω 9 0Ν < 3 , Σ +) < . 7 3 Ν 7 ;< . 4 4 , Δ Δ Κ & ΚΔ γ � % 布 。刘克斯著 & 铸铁冶金学 , 上海工业大学译 & 北京 , 机械工业出版社 , Δ #Δ & 一# Σ . < λ ∗7 > ) α & Ξ . λ . < )+ < . ( ) < > 4 Ν 7 5ϑ . ( . 3 ∗1 ( 一 <) 7 Ο . Ν <3 . < ∗7 Ο +) 4 4 . 4 & ς Ν 1 < 7 )+ Ν 0Θ Ν 7 一Σ