互不固溶金屬體系輻照損傷合金化的熱力學(xué)研究.pdf

1、針對(duì)互不固溶金屬體系合金化困難，本文提出了一種新的基于互不固溶金屬體系的合金化機(jī)制—輻照損傷合金化機(jī)制。從熱力學(xué)角度講，該機(jī)制實(shí)現(xiàn)合金化的關(guān)鍵是在互不固溶金屬體系之間的界面上通過(guò)固態(tài)反應(yīng)非晶化(SolidStateAmorphizationReaction-SSAR)生成非晶合金相，從而構(gòu)建出互不固溶金屬?gòu)?fù)合材料的界面，獲得良好的冶金結(jié)合。根據(jù)SSAR發(fā)生的條件，即體系的初始態(tài)自由能值(△G(in)i)須高于非晶態(tài)自由能(△Gamor)

2、的值，本研究認(rèn)為，輻照損傷結(jié)構(gòu)具有的儲(chǔ)藏能(△s)可將體系的初始能態(tài)抬高至非晶態(tài)之上，從而為SSAR提供驅(qū)動(dòng)力。為證明這個(gè)觀點(diǎn)，本文建立了互不固溶體系輻照損傷合金化的熱力學(xué)模型，通過(guò)Miedema模型及Alonso理論計(jì)算了體系的初始態(tài)與非晶態(tài)的自由能值，根據(jù)體系初始態(tài)能量必須高于非晶態(tài)能量這一固態(tài)反應(yīng)非晶化發(fā)生的條件估算了儲(chǔ)藏能的值。利用差示掃描量熱法(DSC)測(cè)量了儲(chǔ)藏能的值，同時(shí)利用掃描電子顯微鏡(SEM)、高分辨透射電子顯微鏡(

3、HRTEM)、X射線電子能譜儀(EDS)以及選區(qū)電子衍射(SAED)等表征方法對(duì)Mo/Ag和W/Ag體系擴(kuò)散層的形貌結(jié)構(gòu)、物相組成等進(jìn)行了研究，得出結(jié)果如下:
　　 (1)在輻照損傷合金化機(jī)制中，儲(chǔ)藏能△Gs可將互不固溶體系的初始能態(tài)抬高至非晶態(tài)之上，在后續(xù)的氣氛保護(hù)退火過(guò)程中，體系實(shí)現(xiàn)了SSAR，生成非晶合金相，從而構(gòu)建出了互不固溶金屬?gòu)?fù)合材料的界面，并獲得了良好的冶金結(jié)合。
　　 (2)根據(jù)輻照損傷合金化熱力學(xué)模型預(yù)

4、測(cè)得Mo/Ag及W/Ag互不固溶金屬體系發(fā)生SSAR的條件為儲(chǔ)藏能△Gs的最小值分別不得低于9.20kJ/mol和10.80kJ/mol。同時(shí)也預(yù)測(cè)了Mo/Cu及Ti/Mg互不固溶體系在不同擴(kuò)散情況下△Gs的值，計(jì)算得到當(dāng)Cu原子擴(kuò)散進(jìn)入Mo金屬中時(shí)，Mo/Cu體系發(fā)生SSAR的條件為儲(chǔ)藏能△Gs的最小值不得小于9.36kJ/mol，當(dāng)Mo原子擴(kuò)散進(jìn)入Cu金屬中時(shí)，儲(chǔ)藏能△Gs的最小值不得小于9.35kJ/mol;當(dāng)Mg原子擴(kuò)散進(jìn)入Ti

5、金屬中時(shí)，Ti/Mg體系發(fā)生SSAR的條件為儲(chǔ)藏能△Gs的最小值不得小于6.26kJ/mol，當(dāng)Ti原子擴(kuò)散進(jìn)入Mg金屬中時(shí)，儲(chǔ)藏能△Gs的最小值不得小于7.31kJ/m。
　　 (3)DSC測(cè)試結(jié)果表明，Mo/Ag及W/Ag互不固溶體系的儲(chǔ)藏能完全來(lái)自于輻照損傷結(jié)構(gòu)，并且測(cè)出△Gs的值分別為11.90kJ/mol和33.78kJ/mol。通過(guò)與輻照損傷合金化熱力學(xué)模型所預(yù)測(cè)的△Gs值相比較，測(cè)試結(jié)果完全符合預(yù)測(cè)值不得低于9.2