| 题名 | 不同合金系的玻璃形成能力与相演化行为之间的关系研究 |
| 作者 | 杨海 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-01-29 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 卢柯 |
| 关键词 | 非晶态合金 金属玻璃 玻璃形成能力 相选择 Zr基合金 Ni基合金 Al基合金 |
| 其他题名 | Studies on the relationship between glass-forming ability and microstructural evolution in various amorphous alloys |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 玻璃形成能力(GFA)的研究一直是非晶态合金领域中一个热点问题。尽管目前有关GFA理论和判据较多，但往往难以普适于各种合金体系。“相选择理论”以凝固过程中抑制晶体竞争相长大为基础，通过研究竞争相的变化，可较为准确地确定出最佳GFA合金成分。基于“相选择理论”，本文研究了具有不同GFA的Zr、Ni和Al体系中三元或者伪三元基本合金系的GFA，并进一步总结和发掘每个体系中非晶形成的一些新特征和规律。采用铜模铸造和熔体急冷的方法制备非晶态合金样品，利用X-射线、扫描电镜、透射电镜、热分析等实验手段进行分析和表征。主要结论如下： 1. 在三元共晶合金Zr64Cu18Ni18附近，发现一新的块体金属玻璃形成区域，非晶形成的临界尺寸为1 mm，成分区域为56～64 at.% Zr，16～26 at. % Cu 和 16～24 at.% Ni。与非晶形成相竞争的晶体相为Zr2Cu和fcc-Zr2Ni。易于形成非晶的原因归因于共晶合金附近过冷液体相对稳定和Cu与Ni元素的非等同作用。以该体系为基础，发现添加少量的Nb元素可进一步增强了GFA，合金(Zr0.96Nb0.04) 64Cu18Ni18可以得到非晶形成临界尺寸可提高至1.5 mm的非晶样品。 2. 铸态Ni-(Ti,Zr)-Si合金的凝固组织非常敏感于合金的成分，通过显微结构的观察和合金成分的优化，在57.5～58.5 at.% Ni、 36.5～38.5 at.% (Ti+Zr)和5～5.5 at.% Si成分区域内可以制备出2 mm的非晶圆棒。非晶的主要竞争相是Ni10(Zr,Ti)7、Ni(Ti,Zr) 和未知结构的富Si相。 3. 基于非晶与初生晶体相分别为Al、Al11Ce3和Al3Ni复合结构的演变行为研究，确定出Al-Ni-Ce体系中GFA最佳区域位于合金Al85Ni10Ce5附近，在熔体急冷条件下的临界厚度均为80-95 m。通过用RE简单替代Ce元素，在Al-Ni-RE (RE = La, Pr, Nd, Mm) 体系中，非晶形成呈现出相似的特点，即相同的临界尺寸和相近的最佳合金成分。这些特征主要源于Al-Ni-RE体系相近的热力学性质和相似的竞争相。在楔型铜模铸造的条件下，合金Al85Ni10Mm5可以得到厚度为0.4 mm的完全非晶样品。 4. 确定出Al-TM-Ce(TM = Co, Fe, Cu)体系中最佳GFA合金分别为Al89Co6Ce5、Al90Fe5Ce5和Al85Cu9Ce6。研究表明，不同稀土元素RE(RE = La, Ce, Pr, Nd)对Al-(Co, Fe)-RE合金的GFA影响一致，临界尺寸相同；然而，不同过渡族元素TM (TM = Ni, Co, Fe, Cu)对Al-TM-Ce合金的GFA影响差别很大，临界尺寸的大小依次为：Ni > Co > Fe > Cu，这主要归结于其约化玻璃转变温度Trg和过冷温度区间TL-Tg等热力学参数的显著差异。 5. Al-RE-TM合金系非晶形成与Al-TM之间作用密切相关。Al与TM原子之间的混合热大小次序：Al-Ni > Al-Co > Al-Fe > Al-Cu，这与GFA大小次序一致，表明Al-TM之间结合力显著影响了Al-RE-TM体系的GFA。由于Al-TM之间键长明显缩短了7-9%，Al-TM之间存在强的类似共价键的相互作用。最佳GFA合金中溶质元素富TM元素的现象与这种强的相互作用密切相关。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 126 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16900]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨海. 不同合金系的玻璃形成能力与相演化行为之间的关系研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
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