非晶組分設(shè)計(jì)和非晶形成能力的熱力學(xué)研究.pdf

1、開發(fā)新的非晶合金體系、探究非晶化轉(zhuǎn)變的本質(zhì)一直是非晶合金領(lǐng)域的主旋律，這兩個(gè)問題的解決都需要對(duì)非晶化轉(zhuǎn)變從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面系統(tǒng)研究。一直以來，相關(guān)研究主要集中在動(dòng)力學(xué)方面，熱力學(xué)的研究相對(duì)較少。已有的熱力學(xué)研究主要關(guān)注合金熔體的混合焓(ΔHmix)、構(gòu)型熵和穩(wěn)定晶相的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力(ΔGl-c)。相對(duì)于ΔGl-c和ΔHmix，熵更能反映不同狀態(tài)結(jié)構(gòu)的差異，因此應(yīng)與非晶化轉(zhuǎn)變存在更根本的關(guān)聯(lián)，但有關(guān)熵的研究很少報(bào)道。再則，亞穩(wěn)相在非晶化

2、轉(zhuǎn)變中具有重要作用，認(rèn)識(shí)亞穩(wěn)態(tài)的熱力學(xué)特征具有重要意義。本課題旨在探討非晶化轉(zhuǎn)變過程中熱力學(xué)因素的作用（尤其是亞穩(wěn)態(tài)的熱力學(xué)特征和非晶化轉(zhuǎn)變的關(guān)系）。
　　首先以小分子樣品鄰甲基苯甲酸甲酯(MOT99％)和對(duì)甲基苯甲酸甲酯(MPT99%)構(gòu)成的二元體系為研究對(duì)象，分別探討動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)因素與非晶形成能力的關(guān)聯(lián)性。為此采用差式量熱掃描儀（DSC）研究了不同組分體系的非晶轉(zhuǎn)變、晶化和熔化行為；研究了約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度、過冷液區(qū)和組分的關(guān)

3、系，確定了最佳非晶形成區(qū)，并勾畫體系的相圖。采用寬頻介電譜儀研究了動(dòng)力學(xué)行為和溫度、組分的關(guān)系。討論了動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)因素對(duì)非晶組分的影響；發(fā)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)因素使最佳非晶組分趨于共晶點(diǎn)，熱力學(xué)因素使最佳組分偏離共晶點(diǎn)?；谖宸N不同類型簡(jiǎn)單共晶體系的分析，發(fā)現(xiàn)最佳非晶組分在共晶組分和共晶線等分點(diǎn)之間。
　　基于相圖計(jì)算方法（CALPHAD）得到的自由能數(shù)據(jù)，研究確定了四種不同類型二元共晶合金的無溶質(zhì)分配固溶體相的熱力學(xué)特征量。結(jié)合穩(wěn)定晶相的

4、熔化焓和熔化熵，發(fā)現(xiàn)兩相的熔化熵之差和非晶形成能力、組元間相互作用、混合焓強(qiáng)相關(guān)。兩晶相的熔化熵之差越小，體系的非晶形成能力越高，組元間的相互作用越強(qiáng)，混合焓越負(fù)。
　　基于過冷液體、非晶合金和二十面體準(zhǔn)晶相似的局域結(jié)構(gòu)特征，對(duì)準(zhǔn)晶形成體系Zr40Ti40Ni20摻雜金屬Co和Be，制備了系列非晶合金，確定了體系的最佳非晶組分。研究了非晶樣品的晶化行為，發(fā)現(xiàn)具有特殊熱力學(xué)特征的準(zhǔn)晶相作為初晶相可以提高體系的非晶形成能力。采用分子動(dòng)