co对fe基块体非晶合金玻璃形成能力影响机理

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1、国内图书分类号：TG115.5学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学博士学位论文Co对Fe基块体非晶合金玻璃形成能力的影响机理博士研究生：吕云卓导师：沈军教授申请学位：工学博士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2013年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TG115.5U.D.C:621DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringEFFECTMECHANISMOFCoONTHEGLASS-FORMINGABILITYOFFe-BASEDBULKMETAL

2、LICGLASSESCandidate：LuYunzhuoSupervisor：Prof.ShenJunAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：December,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要本文以Fe48-xCox

3、Cr15Mo14C15B6Y2(x=0,3,5,7和9)块体非晶合金为研究对象，从电子结构、热力学、动力学以及原子结构角度，深入地研究了Co对Fe基块体非晶合金玻璃形成能力的影响机理。采用标准四点电阻测试、X射线光电子能谱和紫外光电子能谱技术，研究了Co对Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y块体非晶合金电子输运性质和内外壳层电子结构的影响。电阻率研究发现，Co元素的添加显著地改变了Fe基块体非晶合金的电阻率，玻璃形成能力最强的Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2(Co7)块体非晶合金具有最高的电阻率，表明其具有最多的局域态电子。X射线光电子能谱结果进一步表明，具有较多局

4、域态电子的Co7块体非晶合金，具有较多键能较强的过渡金属元素与C和B形成的类共价键，这增强了原子之间的相互束缚，使结晶所需的原子长程扩散难以进行，从而显著地提高了该合金的玻璃形成能力。紫外光电子能谱研究发现，Co7块体非晶合金具有最强的价壳层电子约束能，其在费米面处具有最低的价壳层电子能谱强度，表明该合金在费米面处具有最低的电子态密度，这降低了其自由能，稳定了合金结构，从而提高其玻璃形成能力。利用差热分析和激光热导测试仪等测试手段，研究了不同Co含量的Fe基块体非晶合金的晶化激活能、比热和热导率等热力学性质。研究发现，在Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y块体非晶合金中，Co7

5、块体非晶合金具有最大的玻璃形成能力判据ΔTx，和T′rg值，并且该合金具有最大的晶化激活能，表明该合金具有较高的热稳定性和抵抗晶化的能力。比热研究结果表明，在过冷液相区附近，Fe基块体非晶合金的比热高于同成分晶态合金的比热，并且，Co7块体非晶合金的比热与同成分晶态合金比热的差值最小，说明该合金具有最小的转变潜热和最低的形核驱动力。热导率研究发现，Co7块体非晶合金的声子热导率最小，说明该合金的原子振动强度最弱，这降低了其形成较大尺寸自由体积的几率，从而增大组元长程重组的难度，抑制晶态相的析出，进而提高其玻璃形成能力。采用变温三点弯曲蠕变测试系统，原位研究了Co对Fe基块体

6、非晶合金的变温蠕变行为和粘度的影响。研究发现，当温度小于玻璃转变温度时，Fe基块体非晶合金的弯曲蠕变挠度和挠度变化率随温度变化较小，但在过冷液相区内，二者随温度的升高而急剧增大。在该合金体系中，Co7块体非晶合金具有最大的粘度和脆性系数，这延缓了合金熔体玻璃转变前的结构弛豫，稳定了合金熔体结构，提高了Co7块体非晶合金的玻璃形成能力。-I-万方数据哈尔滨工业大学工学博士学位论文以胶体玻璃为模型，利用激光共聚焦显微镜，原位研究了非晶材料内部的自由体积与微观粒子扩散能力之间的关系。从实验上证明了自由体积尺寸越小，非晶材料内部粒子的扩散能力越弱。在上述结论的基础之上，进一步采用正电

7、子湮灭技术研究了Co对Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y块体非晶合金自由体积的影响。结果表明，该合金体系中尺寸最小的自由体积是具有四面体结构的原子所围绕的空位，其对合金原子的扩散能力影响不大，Co元素的添加对其尺寸影响较小。而对原子扩散能力影响较大的中等(半径约为2.64Å)和最大自由体积(半径约为3.1Å)，其尺寸和浓度都随Co含量的增加发生明显的改变，在Co含量为7at%时达到最小值。较小和较少的中等和最大自由体积有效地阻碍非晶合金中原子的扩散，抑制合金晶化相的析出，从而提高非晶合金的玻璃形成能力。