Al-TM-RE系非晶合金形成及其晶化行為的研究.pdf

1、含A1量超過85at.％的A1基非晶合金具有強(qiáng)度高和韌性好的優(yōu)點(diǎn)，在部分晶化形成納米fcc-A1彌散強(qiáng)化非晶基復(fù)合材料后強(qiáng)度更是高達(dá)1500MPa以上，是迄今為止比強(qiáng)度最高的金屬材料。但已有的A1基非晶合金由于非晶形成能力(GFA)低，只能通過快速凝固形成非晶薄帶、粉末或箔片，使其實(shí)際應(yīng)用受到很大制約。為此，提高A1基非晶合金的GFA和深入理解其晶化行為成為材料科學(xué)界亟待解決的課題。 本文利用X射線衍射儀(XRD)和差示掃描量熱

2、儀(DSC)分析了合金成分、元素置換、Zr和微量Ti/B加入對A1-Ni-La非晶合金形成及晶化行為的影響，獲得了下述主要研究成果： 在A1-Ni-La合金中，La比Ni更有利于提高GFA。Ce、Y部分置換La和少量Zr置換A185Ni6RE9合金中的RE基本不改變GFA，過量Cu、Co置換Ni和微量Ti/B的加入(特別是Ti)降低GFA。 A1-Ni-La非晶合金晶化時(shí)具有四種不同類型的初生相，分別為單獨(dú)fcc-A1、

3、fcc-A1+bcc-(A1Ni)11La3-1ike、fcc-A1+bcc-(A1Ni)11La3-like+MP1(未知亞穩(wěn)相)和單獨(dú)MP1，其中初生相為單獨(dú)fcc-A1的合金最大La含量不超過5％，高溶質(zhì)含量(特別是高La含量)促進(jìn)亞穩(wěn)相的析出。Cu置換Ni和zr的加入促進(jìn)fcc-A1的析出，Co置換Ni或增加RE原子半徑與含量促進(jìn)亞穩(wěn)相的析出，Ce、Y部分置換La和微量Ti/B的加入對初生相影響不大。在元素含量變化或置換過程中，

4、對于原子半徑大于A1的元素，影響初生相類型的主要因素是原子的擴(kuò)散速度；對于原子半徑小于A1的元素，主要因素則是平衡態(tài)時(shí)原子在A1中的最大固溶度Smax。原子擴(kuò)散速度越快或原子在A1中的Smax越大，fcc-A1越易析出，反之亞穩(wěn)相越易析出。 高溶質(zhì)含量(特別是高La含量)提高A1-Ni-La非晶合金的熱穩(wěn)定性。Co置換Ni顯著提高熱穩(wěn)定性，Ce、Y部分置換La和微量Ti/B的加入(特別是Ti)均稍微提高熱穩(wěn)定性，Cu置換Ni顯著

5、降低熱穩(wěn)定性，Zr與Co一起置換A185Ni6RE9合金中的RE則更顯著提高熱穩(wěn)定性。所考察的四系列合金(A187Ni6RE7、A185Ni6RE9、A185Ni6RE7Co2和A185Ni6RE5Co2Zr2)熱穩(wěn)定性在RE從La變化為Ce時(shí)基本保持不變，接著當(dāng)RE經(jīng)Nd向Y變化時(shí)逐漸降低。A1基非晶合金的熱穩(wěn)定性通?？捎删哂凶钚∪苜|(zhì)含量的富A1金屬問化合物的熔點(diǎn)Tm結(jié)合原子間混合熱ΔHmix來解釋，Tm越大或ΔHmix越負(fù)，熱穩(wěn)定性

6、越高。A1-TM-RE和A1-Ni-Cu(Co)-La合金的晶化開始溫度Tx1對參數(shù)δ(=∑CiTm,i+CA1Tm,A1，式中，Ci和Tm,i分別為第i種溶質(zhì)原子的相對原子百分含量和形成富A1金屬間化合物的熔點(diǎn)，CA1和Tm,A1分別為溶劑原子A1的剩余原子百分含量和熔點(diǎn))均呈現(xiàn)較好的直線關(guān)系。A1-Ni-La非晶合金在指定加熱速率時(shí)的熱穩(wěn)定性低于塊體非晶合金，但卻具有更好的長期熱穩(wěn)定性。適量Cu、Co置換Ni和Ce、Y部分置換La提

7、高長期熱穩(wěn)定性，Zr的加入、RE類型與含量對A1-Ni-RE合金長期熱穩(wěn)定性的影響較復(fù)雜，微量Ti/B的加入不提高長期熱穩(wěn)定性。 高溶質(zhì)含量(特別是高La含量)促進(jìn)A1-Ni-La非晶合金玻璃轉(zhuǎn)變的出現(xiàn)和過冷液相區(qū)的穩(wěn)定。Co置換Ni和Y部分置換La增強(qiáng)玻璃轉(zhuǎn)變，Cu置換Ni減弱玻璃轉(zhuǎn)變，Ce部分置換La不影響玻璃轉(zhuǎn)變，Zr與Co一起置換A185Ni6RE9合金中的RE更顯著增強(qiáng)玻璃轉(zhuǎn)變。所考察的四系列合金中，只有A185Ni6

8、RE9和A185Ni6RE5Co2Zr2合金的過冷液相區(qū)寬度ΔTx按La、Ce、Nd和Y的次序逐漸增大，且后者的遞增趨勢更明顯。A1基非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變可由溶質(zhì)原子與溶劑原子A1間的電負(fù)性差值ΔEN結(jié)合原子間混合熱ΔHmix來解釋，ΔEN越小或Hmix越負(fù)，△Tx越大。A1-Ni4-La合金的玻璃轉(zhuǎn)變根據(jù)與電負(fù)性差值有關(guān)的參數(shù)Φ(=ΣCi｜△ENi｜，式中，Ci和△EMi分別為第i種溶質(zhì)原子的原子百分含量和電負(fù)性差值)、非晶形成焓ΔHF

9、orm和δ的大小均可分為兩個(gè)區(qū)域，即出現(xiàn)玻璃轉(zhuǎn)變的合金對應(yīng)有Φ≥0.0516、△HForm≤-10.23kj/mol和δ≤566.5。 A1-Ni-La非晶合金第一晶化反應(yīng)的表觀激活能Ea1與初生相類型有密切關(guān)系，表現(xiàn)為共晶型晶化大于初晶型晶化，且析出相越多，Ea1越大。Ce、Y部分置換La使Ea1先提高后基本保持不變，微量Ti/B的加入基本不改變Ea1,Cu、Co置換Ni分別使Ea1降低或先提高后降低。Zr置換A185Ni6R

10、E9合金中的RE后的Ea1變化依賴于RE的類型。在所考察的四系列合金中，A187Ni6RE7、A185Ni6RE9和A185Ni6RE7Co2合金的Ea1先于RE從La變化為Ce時(shí)提高，接著當(dāng)RE經(jīng)Nd向Y變化時(shí)逐漸降低，而A185Ni6RE5Co2Zr2合金的Ea1基本保持不變。隨著La含量的增加，A194-xNi6Lax合金的第一晶化反應(yīng)從x=4和5時(shí)的淬入晶核直接長大過程轉(zhuǎn)變?yōu)閤=6-9時(shí)的擴(kuò)散控制長大過程，形核率從降低逐漸變?yōu)樵?/p>