b、c、si元素对四元fe-ni基合金的非晶性能的影响研究

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1、武汉理r：人学硕十学位论文标。第二代非晶合金在90年代出现，Inoue["l等人歼始系统研究一系列多组元合金组的非晶形成能力(glassformingability，GFA)。他们采用金属模浇铸(metalmoldcasting)方法系统评估合会熔体转变成非晶合金的临界冷却速度，获得了La基‘141、Mg基【15J、Zr基№171、Fe基【18-201、Ti基【211、Ni基【221等具有很强非晶形成能力的大块金属玻璃体系，能形成直径为1-30mm的非晶棒材。同一时期，加州理工学院的Peker和Johnson等人【231发现了迄今为止非晶形成能力最好的Zr．Ti．Cu。Ni．Be合金系

2、，其非晶形成能力已接近传统氧化物玻璃，金属玻璃棒的直径最大可达到数十厘米，重达20多公斤，临界冷却速率在1K／s左右，大大低于急冷法所得的106K／s的冷却速率。由于其简单的制备工艺，优异的合金性能(如高强度、抗腐蚀、延展性能好等)，使它具有很大的应用潜力。而且这种多组元非晶合金还具有热稳定性高、过冷液相区宽的特点，在基础研究方面也具有重要意义[2425】。多组元大块非晶合金的出现突破了传统非晶合金在尺寸上的限制而具有更广泛的应用前景和理论研究价值。表1．1详细列举了主要非晶合金体系的开发年代和成分：表1．1非晶合金体系开发年代和成分【24】Table1—1Thedevelopedye

3、arsandcompositionoftheBMGsINonferrousmetalbaseMg-Ln-M(M=Ni，CuorZn)Ln．Al—Tm(TM=Ⅵ．Ⅷtransitionmetal)Ln—Ga-TmZr．A1．TmZ卜Ti．Tm．BePd．Cu．Ni．PPd—CU．B．SiTi．Ni．CU．SnCu一(Zr，HO．TiCu一(Zr，HO—Ti·(Y，Be)IIFerrousgroupmetalbaseFe·(AI，Ga)一(P，C，B，Si，Ge)Fe一(Nb，Mo)一(Al，Ga)一(P，B，Si)Co一(AI，Ga)一(P，B，Si)佰e，Co，Ni)．(Zr，Hf，N

4、o)．BFe一(Co，Ni)-(Zr，Hf，Yb)一BFe．Ga．(P，B)Ni。Zr-Ti—Sn．SiFe．rP，B，C，Si)Years19881989199019931996199719982001199519961997200020012007武汉理I：人’学硕}：学位论文1．2非晶合金的研究概况1．2．1非晶合金形成条件的研究概况1．2．1．1非晶合金形成的结构条件在已获得的非晶合金体系中，复杂的合会组元，液相中存在大量异类原子偏聚，并具有随机密堆结构。对非晶念固体的X射线衍射分析和干涉函数的计算表明非晶态结构与液态合金非常相似(2“281。通过径向分布函数、原子间距和配位数

5、的实验测定和计算表明，从液态到形成非晶态，合金的微观原子结构几乎不发生变化【291。从合金成分设计的角度来看，合金组元之间原子尺寸差异越大，越有利于形成随机密堆结构，有利于非晶念的形成。实验表明主要组元原子半径差超过12％，可以大幅提高合金的非晶形成能力。研究合金成分发现，形成与非晶合金对应的晶体大多为复杂的金属间化合物，结构大多为复杂的拓扑密堆结构，如类似于C16结构的Zr2Ni、A12Cu等，这种相结构在合金从液态向固态的快速冷却过程中，晶粒形核与长大都是需要原予长程扩散的，而随机密堆结构阻碍原子扩散，因而获得非晶念更容易。组元越多，扩散越困难，形成金属间化合物的可能性越小，合金的

6、非晶形成能力越大，这就是所谓的形成多组元金属玻璃的“混乱原理”【301。概括以上所述，形成非晶念合金的必要结构条件是：合金由多组元构成，组成合金的主要成分原子问的原子直径差大于12％。1．2．1．2非晶合金形成的热力学条件根据热力学原理，合金系统自液态向固态转变时自由能变化AG可表述为：AG=AH-TAS(1—1)式中，丁为温度；脯为液相转变为固相的焓变：AS为液相转变为固相的熵变。如果合金自液相发生结晶转变的自由能变化很小，则这种过程的热力学驱动力就小，不容易发生结晶转变，而更容易形成非晶。自由能的变化包括熵的变化和焓的变化两部分。非晶合金中的多组元将使得系统的熵值增大，但组元之间都

7、能发生强烈的结合反应使得在液相中存在大量的不同类型的异类原子偏聚构成的局域结构，它们更接近于晶念金属间化合物结构，存在短程有序，因此又降低了系统熵。综合来看，非晶形成合会液念与晶态的熵的差值△S相对于其他类型合会要小。一般来讲，熵的变化对于自由能的变化的贡献是次要的，自由能的变化主要是焓的变化引起的。原子尺寸差异较大的多组元组合形成的随机密堆结构大大降低了过冷液态与晶态的焓变胡的绝对值(因为胡是负值，所以实际上是增加的)并增大固／液界面能，AH