Ce基大塊非晶合金的形成、熱穩(wěn)定性及力學行為研究.pdf

1、在過去十幾年里，人們發(fā)現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變溫度，室溫強度和超高強度鋁、鎂合金相近，在開水中表現出超塑性，可以像聚合物塑料那樣進行復雜的變形加工。該合金具有潛在的應用前景和重要的基礎研究的價值，是研究玻璃轉變、玻璃形成液體性質和近室溫力學行為等相關問題的理想新材料。 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)、玻璃轉變和晶化動力學、高溫均勻塑性流變及室溫蠕變進行了研究并考察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。在此基礎上，進一步系統研究了La、Ce的比例改變時{(Ce1-xLax)0.78Ni0.22}75Al25體系的GFA。發(fā)現La元素替代在一定范圍內可以顯著地提高Ce-Ni-Al合金的GFA，這與熱力學上替代后的混合吉布斯自由能AG較替代前顯著降低有關；另一方面，研究發(fā)現(Ce0.72Cu0.28)90-xAl10Fex系非晶合金的GFA在一定范圍內隨著Fe含量的增加而提高，分析表明這與Fe-Al間形成準共價鍵有關。

4、 (2)研究了鈰基塊體非晶合金的玻璃轉變和晶化動力學。通過VFT擬合計算出強度系數D*并由此計算出脆性指數m。在四元(Ce0.72Cu0.28)90-xAl10Fex系列塊體非晶合金中，強度系數D*隨Fe元素的原子百分含量x的增加而減小，而脆性指數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動能Eα、晶化反應

5、速率常數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變速率，隨著溫度的降低或應變速率的增大呈現出牛頓流變向非牛頓流變的轉變，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同運動的過程。Fe元素的加入使流變過程的驅動體積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，在納米壓痕實驗中出現了室溫蠕變現象，表現為粘彈性材料特性。壓痕蠕變數據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)現所以非晶合金中最低，(Ce0.72Cu0.28)85Al10Fe5具有相對較高