Al-Cr合金系中准晶近似晶体相的结构研究

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1、大连理工大学博士学位论文摘要随着现代工业的迅速发展，对金属材料的性能要求越来越高，迫切需要新一代金属材料的研发和生产。传统金属材料主要局限于纯金属和二元合金，结构比较简单，一个晶胞中一般只有几个或者数十个原子。高性能的金属材料有可能存在于大量未开发的三元或者四元合金。这类含金单胞参数巨大，晶胞中原子众多(数百甚至上千)并形成大量原予簇，结构非常复杂，被称为复杂金属合金(ComplexMetalficAlloys)。了解复杂金属合金的结构会有助于新材料的设计和性能的预测，但是解析这样的晶体结构比较困难。AI-Cr二元合金相图中富

2、铝一端存在几个十次准晶近似晶体相，这些相的单胞参数也很大，且含有大量二十面体原子簇。它们的结构研究不仅有助于更好地理解AI-Cr十次准晶的结构，也有助于理解复杂金属合金中原子簇的组合方式。本论文便是在这样的背景下展开的，主要包括以下内容：通过中频感应炉加热熔炼后快速冷却的方法，在名义成分为～llCr2的合金铸锭的缩孔中得到了11-A111Cr2相的单晶体，确认该相确实存在。综合选区电子衍射和单晶X-射线衍射分析，解释了历史上对该相单胞错误认识产生的原因。得到了rl-AlllCr2相精确的单胞参数4=1．7734s(10)rim

3、,6=3．04615(18)衄，c=1．77344(10)rim,p=91．0520(12)。，确认空间群为C2／c。溯得11-AIllCf2相的化学成分为AIs3aCrl6a。通过热处理，在AIllOr2合金的基体中也得到了11-A11lcr2相。在金相实验中，观察到了包晶反应#-A14Cr+L(A1)一十舢1lCr2，证实了该反应的存在；同时，也观察到了共析反应11．A111Cr2一#-AhCr4-0-AITCr，与文献中的热力学计算结果相符。运用单晶x．射线衍射结构解析的方法，成功解出了A1．cr十重对称准晶近似相单斜T

4、I-AIllCr2和六方#-A14Cr的晶体结构。_

5、I-A111Cr2相由一个独立的二十面体层块伊FP’)沿(101)晶面的法线方向堆垛，每四层为一个周期。这个二十面体层块由五条平行的二十面体链a’13，Y，7‘和p+相互联接而成，其中a'p，Y为独立的二十面体链，p‘和Y‘通过处于6=1／4处的疗滑移面由B，Y生成。／M-AhCr相由两个独立的二十面体层块口lFlPI’)和(P2F2P2w)在c轴方向交替堆垛，共四层。两相之间存在关系勺一2d(101)-I一2．485nm。11-A11lCr2相中的二十面体层块(PFP’)

6、与#-A14Cr相的一个二十面体层块(PtFlPl’)具有很多相似的结构特征。两个相在伪十次轴方向呈现为一系列平行二十面体链的不同组合，连接这些二十面体链的中心，可以形成按一定规律排列的Penrose拼块。通过对比#-A14Cr相和／z．A14Mn相的晶体结构，确认二者等结构，证实了Cr原子和Mn原子在芦相中的完全可置换性。AI-Cr合金系中准晶近似晶体相的结构研究通过原位加热电子显微镜观察，单斜11．A11lCr2相在800℃加热保温2小时后，三个主要带轴电子衍射花样中的超结构弱衍射点消失，且单斜角变为直角，从而转变为一个新

7、的体心正交相O-AIlIcr2。这说明rl-AlllCr2相不但在降温的过程中不稳定，而且在较高温度时也会发生变化，由有序转为无序态。由于电子衍射花样具有伪十重旋转对称性，O-A111Cr2相也是十重准晶近似相．关键词：透射电子显敛学；单晶》射线衍射结构解析；AI-Cr合金；准晶近似相II—大连理工大学博士学位论文StructuresofQuasicrystalApproximantsinA1一CrAlloysAbstractWiththefastexpandingofmodemmetal-basedindustry．ther

8、eisagreatpressuretodevelopanewgenerationofmetallicmaterialswithexcellentperformances．Traditionalmetallicmaterialsarcconfinedtoelementarymetalsandbinarymetalficalloystowhichanumberofadditionalelementsarcaddedinsmallquantitiestotailorthemforparticularproperties．Ternar

9、yorquarteraaryalloysinwhichthreeorfourcomponents，atcomparablequantities,determinethebasicpropertiesOikeintheprecipitate-hardenednickelallo