Ce基大塊非晶合金的形成、熱穩(wěn)定性及力學(xué)行為研究.pdf

1、在過去十幾年里，人們發(fā)現(xiàn)了許多新型多組元合金體系具有很高的非晶形成能力，能夠在較低冷卻速率的制備條件下形成大尺寸非晶合金。Ce基非晶合金是一種新的塊狀非晶合金材料，它具有低于開水溫度的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，室溫強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋁、鎂合金相近，在開水中表現(xiàn)出超塑性，可以像聚合物塑料那樣進(jìn)行復(fù)雜的變形加工。該合金具有潛在的應(yīng)用前景和重要的基礎(chǔ)研究的價值，是研究玻璃轉(zhuǎn)變、玻璃形成液體性質(zhì)和近室溫力學(xué)行為等相關(guān)問題的理想新材料。 本文以鈰基塊體非

2、晶合金為研究對象，采用XRD、DSC、準(zhǔn)靜態(tài)高溫壓縮和納米壓痕等手段，對其玻璃形成能力(GFA)、玻璃轉(zhuǎn)變和晶化動力學(xué)、高溫均勻塑性流變及室溫蠕變進(jìn)行了研究并考察Fe元素添加對上述過程的影響。主要研究成果如下： (1)研究了多組元鈰基合金的玻璃形成能力。一方面從Ce78Ni22共晶成分出發(fā)，通過添加Al以及利用相似原子的替代即La替代Ce，獲得了具有較高GFA的{(Ce0.5La0.5)0.78Ni0.22)100-xAlx系塊

3、體非晶合金。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步系統(tǒng)研究了La、Ce的比例改變時{(Ce1-xLax)0.78Ni0.22}75Al25體系的GFA。發(fā)現(xiàn)La元素替代在一定范圍內(nèi)可以顯著地提高Ce-Ni-Al合金的GFA，這與熱力學(xué)上替代后的混合吉布斯自由能AG較替代前顯著降低有關(guān)；另一方面，研究發(fā)現(xiàn)(Ce0.72Cu0.28)90-xAl10Fex系非晶合金的GFA在一定范圍內(nèi)隨著Fe含量的增加而提高，分析表明這與Fe-Al間形成準(zhǔn)共價鍵有關(guān)。

4、 (2)研究了鈰基塊體非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變和晶化動力學(xué)。通過VFT擬合計算出強(qiáng)度系數(shù)D*并由此計算出脆性指數(shù)m。在四元(Ce0.72Cu0.28)90-xAl10Fex系列塊體非晶合金中，強(qiáng)度系數(shù)D*隨Fe元素的原子百分含量x的增加而減小，而脆性指數(shù)m值隨Fe元素的原子百分含量x的增加而變大。較小的m值表明Ce基非晶合金具有強(qiáng)的過冷液體行為，然而m不能較好地反映各成分GFA的差異。利用Kissinger法計算得到的晶化驅(qū)動能Eα、晶化反應(yīng)

5、速率常數(shù)Kcr能有效地解釋GFA的差異，即Fe添加使Eα增大或Kcr降低，增強(qiáng)了過冷液相的熱穩(wěn)定性，從而提高了合金的GFA。 (3)研究了鈰基塊體非晶合金的高溫均勻塑性流變行為。(Ce0.72Cu0.28)90Al10和(Ce0.72Cu0.28)85Al10Fe5兩種塊體非晶合金的流變行為依賴于溫度和應(yīng)變速率，隨著溫度的降低或應(yīng)變速率的增大呈現(xiàn)出牛頓流變向非牛頓流變的轉(zhuǎn)變，可用基于自由體積模型的過渡態(tài)理論來定量描述。兩合金在過

6、冷液相區(qū)的均勻塑性流變是多原子協(xié)同運(yùn)動的過程。Fe元素的加入使流變過程的驅(qū)動體積Vact增大。 (4)采用納米壓痕法研究了鈰基塊體非晶合金的室溫蠕變行為。Ce基塊體非晶合金Tg較低，在納米壓痕實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了室溫蠕變現(xiàn)象，表現(xiàn)為粘彈性材料特性。壓痕蠕變數(shù)據(jù)很好符合五組元廣義Kelvin模型。(Ce0.72Cu0.28)90Al10塊體非晶合金的模量在已發(fā)現(xiàn)所以非晶合金中最低，(Ce0.72Cu0.28)85Al10Fe5具有相對較高