Co基和Y基非晶合金成分設(shè)計(jì)及其性能研究.pdf

1、非晶合金以其優(yōu)異性能而引起了廣泛的關(guān)注和極大的興趣。尋找非晶形成能力強(qiáng)的合金成分系列，一直是許多科研者的努力方向。由于缺乏一個完善的預(yù)測合金GFA理論，本文利用元素替代法以某一元素或多個元素替代AxByC100-x-y型合金的部分元素，而不改變其它元素的原子百分含量，以Co45Fe25Nb10B20)和Y56Al24Co20兩個合金體系為研究對象，采用單輥快淬法和銅模吸鑄法制備了多種非晶合金，并研究了其晶化動力學(xué)和力學(xué)行為，得到以下主要

2、結(jié)論： (1)研究了Zr元素對Co45Fe25-xZrxNb10B20(x=0，2，4，6 at.％)合金的母合金鑄態(tài)組織、非晶形成能力和熱穩(wěn)定性的影響。其中Zr元素含量為4 at.％時(shí)，合金具有最均勻細(xì)小的鑄態(tài)組織、最強(qiáng)的非晶形成能力和最高的熱穩(wěn)定性。采用Kissinger法對Co45Fe21Zr4Nb10B20合金的表觀激活能進(jìn)行了計(jì)算，得到其玻璃轉(zhuǎn)變激活能Eg和初始晶化激活能Exl分別為720.3kJ/mol和424.5k

3、J/mol。 (2)研究表明適量添加Y元素可以提高Co45Fe21Zr4Nb10B20合金的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性。其主要原因是Y原子對氧有很強(qiáng)的親和力，大大減少了氧對合金非晶形成能力的不利影響。由Kissinger法計(jì)算得到(Co45Fe21Zr4Nb10B20)96Y4合金的初始晶化激活能Ex1和晶化峰激活能Epl分別高達(dá)940.7 kJ/mol和825.0 kJ/mol，是目前所有非晶合金中的最高值。本工作研究的Co基合金

4、體系不僅具有較高的非晶形成能力，而且具有較好的軟磁性能，有望作為實(shí)用型軟磁非晶材料。 (3)基于相似元素替代法，利用單輥快淬法制備了Y56-x(Ce，Nd，Pr)xAl24Co20(x=0，5，10，15，20at.％)、Y36Ce10Nd10Al24Co20、Y36Ce10Pr10Al24Co20和Y36Nd10Pr10Al24Co20非晶薄帶，熱分析表明這些合金均具有高的GFA和熱穩(wěn)定性，并且隨著添加元素含量的增加，合金的G

5、FA和熱穩(wěn)定性得到提高。該Y基非晶合金體系的過冷液相區(qū)ΔTx與反映合金混合熱變化的3個鍵參數(shù)之間存在如下關(guān)系：△Tx=-273.5+639.6Δx2+1074.5δ2+363.1△n2/3，相關(guān)系數(shù)為95.6％。 (4)研究了元素Zr和Sc對Y56Al24Co20合金的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)元素Sc較Zr更能提高Y56Al24Co20合金的GFA，其主要原因是Sc原子與合金其它元素相比，對氧具有更強(qiáng)的親和力，大大減少

6、了氧對合金非晶形成能力的不利影響。同時(shí)提出了一個修正理論計(jì)算參數(shù)ε*(ε*=-ΔSmix/ΔHform)，可以用來預(yù)測合金的GFA。 (5)用銅模吸鑄法制備了直徑分別為3mm和5mm的Y56Al24Co20和Y41Sc15Al24Co2()大塊非晶合金?；诓煌鋮s速率條件下合金液體熔點(diǎn)偏移的計(jì)算方法得到Y(jié)41Sc15Al24Co20大塊非晶合金的臨界實(shí)際冷卻速率為36K/s。在玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和晶化溫度Tx之間的等溫晶化過程中

7、，該大塊非晶合金的主要晶化過程Avrami指數(shù)n(x)>3，為三維形核長大過程。 (6)由VFT 方程擬合得到Y(jié)41Sc15Al24Co20大塊非晶合金的脆性參數(shù)m=24，小于典型非晶形成能力很強(qiáng)Zr基和Pd基合金的m值，表明該合金具有很好的非晶形成能力。該大塊非晶合金是目前最脆的金屬玻璃，其泊松比為0.254，是研究脆性問題的理想材料。 (7)以Y基非晶合金為研究對象，研究表明，隨著冷卻速率的降低，非晶合金的硬度增大。