zr基大块非晶合金的微观结构及其对晶化行为的影响

《zr基大块非晶合金的微观结构及其对晶化行为的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Zr一基大块非晶合金的微观结构及其对晶化行为的影响摘要从1989年到现在，人们开发出了许多具有很低临界冷却速度的非晶合金系，如Mg．、Ln．(Ln代表La系金属)、Zr-、Ti．、Fe一、Pd一、Co．和Cu．等，这些合金通过传统的缓冷凝固技术就可以获得三维尺寸都超过1mm的非晶体，因此又称之为大块非晶形成合金。大块非晶合金显著不同于传统的金属玻璃，一般具有大于60K的过冷液相区△疋(晶化开始温度瓦与玻璃化转变温度疋之差)，在该温度区域内合金可以在较长的时间内保持过冷熔体状态，这就为研究极端过冷熔体的

2、结晶机制创造了条件。部分大块非晶合金在过冷液相区内的晶化实验表明，经典的形核理论(classicalnucleationtheory,CNT)已经不能描述它们的晶化过程，实验测得的形核率比CNT的理论值高出几个数量级。最近人们通过高分辨电镜(Ⅷ也M)观察到大块非晶合金基体上存在纳米级的有序区域，正是这些于合金熔体冷凝过程中形成的有序区使得大块非晶合金表现出独特的晶化规律。因此，研究大块非晶合金的微观结构及其与液态和晶态微观结构的内在联系对于深入认识非晶合金的晶化机制和发展晶化组织的控制方法具有重要的意

3、义。本文以Zr6All5Ni25和Zr65A17．5Cul2．5Nil0A95大块非晶合金为研究对象，通过对合金铸锭进行反复重熔处理及合金熔体的过热处理获得了微观结构不同的非晶合金。利用HREM对非晶合金中的短程有序区的大小和结构进行了直接观测。用差示扫描量热法(DSC)对非晶合金的晶化动力学进行了研究。利用Johnson．Mehl．Avrami(JMA)相变动力学模型和Kissinger方法分析了晶化过程的有效激活能及晶体形核与长大机制，在此基础上建立了非晶合金的微观结构模型和晶化上海交通大学工学博

4、士学位论文动力学模型，得到了下述主要结论：zr6A115Ni25和Zr65A17．5Cul2．sNiloA95合金铸锭在1300K和1580K反复重熔处理后，铸锭的凝固组织明显细化。在同一重熔温度下，随着重熔次数的增多，铸锭组织越来越细小，组织中的各相分布更均匀。重熔次数相同时，在1580K的重熔处理效果比1300K更明显，即1580K处理后的铸锭组织比1300K处理后的更细小、各相分布更均匀。HREM观测表明，铸锭的凝固组织越细小，对应的非晶合金中的短程有序区尺寸就越小，并且有序区内的晶格特征也越模

5、糊。这是由于结构的遗传性，铸锭组织越细小，当铸锭重新熔化至吸铸温度时对应的合金熔体中的有序区尺寸就越小，在相同制备条件下获得的非晶合金中的有序区也越小。HREM观测还表明，Zr60A115Ni25合金熔体温度从1223K提高到1323K时，由1323K的合金熔体快淬得到的非晶合金中的有序区尺寸明显减小，这是由于1323K合金熔体中的短程有序区尺寸比1223K熔体中的小得多。晶化动力学分析表明，对于相同成分的非晶合金，微观结构不同，晶化行为存在明显的差异。JMA和Kissinger动力学分析结果说明，非

6、晶合金中的短程有序区尺寸减小，等温晶化时的孕育期增长、反应速率常数减小、反应峰宽度增宽、Avrami指数减小、有效晶化激活能提高，表明非晶合金的晶化行为变得迟缓。对Zr65A17．5Cul2．5NiloA95非晶合金而言，晶化过程中二十面体准晶相(I．相)以初生相析出。随着非晶合金中的短程有序区尺寸减小，I．相的析出的孕育期增长。然而，I．相析出的Avrami指数却几乎不随非晶合金微观结构而发生变化，近似为1．5，说明I．相的析出是由短程有序区作为现成的晶核直接长大实现的。这样，非晶合金的短程有序区尺

7、寸越小，孕育过程完成后，单位体积非晶基体中形成的I．相晶核数目反而较多，原子在长大过程中单位时间附着到长大的准晶晶粒表面的几率就较大。因此I．相晶核一旦开始长大，即以较快的速度完成析出过程。能量分布图进一步说明，液态结构和相对应的非晶态结构的本征结构是相同的，因此液态结构和相对应的非晶态结构具有相似性。从II摘要能量的角度而言，二十面体团簇结构在熔体和过冷熔体中将优先存在。依据液态合金结构方面取得的研究成果、I．相的形成机理及规则多面体的数学描述，初步建立了非晶合金的二十面体团簇结构模型，即非晶合金由

8、(变形)二十面体团簇与其周围配位数较小、有序程度较低的无序区域所组成，团簇内部主要由四面体结构组成，而团簇表面和无序区由非四面体的Bemal多面体结构组成。从二十面体团簇结构模型的角度提出了参数厶，该参数的物理意义是，在四维空间内所有溶质原子按一定比例刚性置换由溶剂原子组成的单原子600一胞结构后对所形成的多元有缺陷的600一胞结构的自由体积的贡献之和。当九达到一定值时，多元有缺陷的600一胞结构就可以直接投射到三维空间而无需增加新的自由体积，此时体系的