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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 13/2013

01.12.2013

Influence of Phosphorus on the Nucleation of Eutectic Silicon in Al-Si Alloys

verfasst von: Thomas Hartmut Ludwig, Paul Louis Schaffer, Lars Arnberg

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 13/2013

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Abstract

The role of phosphorus (P) in the heterogeneous nucleation of eutectic silicon (Si) and the evolution of eutectic grains in hypoeutectic aluminum-silicon alloys were investigated. Systematic additions of P in the range of 0.5 to 20 ppm to Al-7 wt pct Si alloys of different purities have shown that the morphology of the eutectic Si changes from a fine plate- to a coarse flake-like structure. The growth of eutectic grains was investigated by interrupting the eutectic reaction by quenching experiments. Moreover, the macroscopic growth mode of the eutectic grains was characterized by electron backscatter diffraction. An increase in P concentration from 2 to 3 ppm resulted in a transition of the macroscopic growth mode of the Al-Si eutectic in high purity alloys from growth with a planar front with a strong dependence of the thermal gradient, to nucleation in the vicinity of the primary Al dendrites and subsequent growth of distinct eutectic grains. It is suggested that AlP particles are the key impurities acting as potential nucleation sites for eutectic Si. This is further substantiated as with increasing P concentration nucleation and growth of the Al-Si occurred at higher temperatures close the equilibrium Al-Si eutectic solidification temperature at 850 K (577 °C). In addition, the recalescence undercooling ΔT R,eu was reduced from 4.5 K (0.5 ppm P) to 1.5 K (20 ppm P) in high purity alloys. This was accompanied by a drastic increase of the nucleation rate of the eutectic grains.

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Metadaten
Titel
Influence of Phosphorus on the Nucleation of Eutectic Silicon in Al-Si Alloys
verfasst von
Thomas Hartmut Ludwig
Paul Louis Schaffer
Lars Arnberg
Publikationsdatum
01.12.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 13/2013
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-013-1945-y

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