激光誘導(dǎo)燃燒合成非晶合金.pdf

1、近年來發(fā)現(xiàn)了一系列具有較大玻璃形成能力的合金體系，如Zr基、Ti基、Mg基、Cu基等，并用鑄造的方法獲得毫米至分米量級(jí)的塊體非晶合金。塊體非晶合金與許多金屬間化合物的主要組元之間都有較大的負(fù)混合焓，滿足發(fā)生燃燒合成反應(yīng)的熱力學(xué)條件，因而可以通過自蔓延反應(yīng)合成。本文從塊體非晶合金的內(nèi)在熱力學(xué)屬性出發(fā)，系統(tǒng)研究了強(qiáng)放熱反應(yīng)體系、弱放熱反應(yīng)體系和添加組元的多組元體系的激光誘導(dǎo)燃燒合成行為和合成產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)特征，初步建立了激光誘導(dǎo)燃燒合成非晶

2、合金的基本框架。 首先，以電子濃度和原子尺寸判據(jù)設(shè)計(jì)了Zr-Al-Ni、Zr-Al-Ni-Ti和Zr-Al-Ni-Cu合金。XRD和熱分析發(fā)現(xiàn)，在Zr-Al-Ni體系中，加入少量的Ti，可以形成塊體非晶合金，但是其熱穩(wěn)定性降低，玻璃形成能力變化不大，基本保持穩(wěn)定；添加Cu元素使Zr-Al-Ni非晶合金的穩(wěn)定性下降，但玻璃形成能力提高。 Zr-Al-Ni是典型的塊體非晶合金形成體系，Zr-Al-Ni體系的混合焓約為-50k

3、J/mol，為典型的強(qiáng)放熱反應(yīng)體系。本文以此合金為例，研究強(qiáng)放熱體系激光誘導(dǎo)燃燒合成產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)特征。合成產(chǎn)物主要由Zr2Ni，Zr6Al2Ni和Zr5AlNi4相組成，沒有非晶相存在，這與材料體系的強(qiáng)放熱特性有關(guān)。研究Zr-Al-Ni燃燒合成機(jī)理發(fā)現(xiàn)，在620℃發(fā)生了Zr-Al之間的放熱反應(yīng)，形成了ZrAl金屬間化合物；1080℃發(fā)生了Zr-Ni之間的放熱反應(yīng)，形成了Zr2Ni相。 添加第三組元以降低反應(yīng)熱是控制燃燒合成過程

4、的有效途徑。在Zr-Al-Ni強(qiáng)放熱反應(yīng)體系中添加Ti和Cu元素后混合焓降到了-45～-30kJ/mol，均獲得了含非晶相的合成產(chǎn)物。Zr-Al-Ni-Ti產(chǎn)物主要由非晶、面心立方的Zr2Ni相、Zr6Al2Ni六角相和α-Ti/Zr固熔體組成，其中Zr55Ti10.8Al17.1Ni17.1成分的非晶體積含量約為一半；Zr-Al-Ni-Cu合成產(chǎn)物主要由非晶、Zr2Ni、Zr2Al和Zr2Cu相組成，其中Zr54.4Al20Ni17.

5、2Cu8.4和Zr55Al18Ni13.5Cu13.5成分的非晶含量達(dá)到一半左右。 Cu-Zr-Al合金體系的混合焓約為-23kJ/mol，為相對(duì)弱放熱的反應(yīng)體系。本文以此合金體系為例，研究了弱放熱反應(yīng)體系的激光誘導(dǎo)燃燒合成行為和合成產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)特征。產(chǎn)物主要由非晶、α-Zr，Zr2Cu，Cu10Zr7和Cu8Zr3相組成，非晶、納米晶含量大約在20％～60％。其中Cu59.6Zr36.9Al3.5合金的非晶、納米晶含量超過一

6、半。透射電鏡和XRD分析均發(fā)現(xiàn)了tI-Zr2Cu，α-Zr和oC-Cu10Zr7晶體相。高分辨電鏡證實(shí)合成產(chǎn)物主要由不均勻分布的非晶相、納米尺度的Zr2Cu，相對(duì)較大尺寸的Zr2Cu(～100nm)和Cu10Zr7相組成。 通過對(duì)三種典型成分的系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，添加第三組元可有效控制燃燒合成反應(yīng)過程，激光誘導(dǎo)燃燒合成產(chǎn)物的非晶含量不僅受合金玻璃形成能力的影響，而且與本征屬性混合焓有關(guān)。具有較大玻璃形成能力的弱放熱體系比強(qiáng)放熱體系更容