新型钴基块体金属玻璃的制备与性能研究

论文摘要

本文研究了Co48Cr15Mo14C15B6RE2（RE=Y，Gd，Er）金属玻璃棒的GFA和热稳定性、室温下的力学断裂行为及磁性能；并运用差示扫描量热法（DSC）研究了Co48Cr15Mo14C15B6Er2块体金属玻璃在不同冷却速率下的非等温晶化动力学和磁性能。在研究合金的玻璃形成能力时发现，Co48Cr15Mo14C15B6RE2（RE=Y，Gd，Er）金属玻璃的△Tx分别为85.4K、83.2K、89.3K，玻璃形成能力大小顺序为Co48Cr15Mo14C15B6Gd2＜Co48Cr15Mo14C15B6Y2＜Co48Cr15Mo14C15B6Er2，说明Co48Cr15Mo14C15B26Er2金属玻璃具有最高的GFA和热稳定性。利用△Tx、δ值比利用Trg，γ值能更好的反映该合金体系的GFA。Co48Cr15Mo14C15B6Er2块体金属玻璃更接近共晶点成分，具有合理的尺寸配比、较大的负混合热和大的电负性。在研究Co48Cr15Mo14C15B6RE2（RE=Y，Gd，Er）块体金属玻璃压缩断裂行为时，Co48Cr15Mo14C15B6Y2金属玻璃的显微硬度值最高为Hv1345，其次为Co48Cr15Mo14C15B6Er2金属玻璃，压缩断裂强度值也符合显微硬度的规律；三种试样断裂前应力-应变整体上均具有较好的线性关系，并且不存在塑性变形阶段，断裂角接近0°，断口形貌均出现明显的片层撕裂组织或台阶形貌，为典型的脆性断裂。原因可能就是由于块体非晶试样中含有微量的淬火硬质相、氧化物等杂质、浇铸时形成的微气孔缺陷等引起的。同时测定了Co48Cr15Mo14C15B6RE2（RE=Y，Gd，Er）金属玻璃的磁性能，它们的矫顽力分别为：264.94Oe、260.7Oe、408.76Oe，均属于半硬磁性材料，矫顽力Hc和饱和磁化强度Ms均随着所添加稀土金属元素的原子序数的增加而先减小后增加。在研究冷却速率对Co48Cr15Mo14C15B6Er2金属玻璃的非等温晶化动力学及磁性能的影响时，差示扫描量热法（DSC）非等温实验表明：三种Co48Cr15Mo14C15B6RE2（RE=Y，Gd，Er）块体金属玻璃的非等温DSC曲线只出现一个放热峰且两侧不对称，表明加热速率对DSC曲线的形状、晶化激活能和晶化模型都有很大的影响。利用Kissinger法和Ozawa法分别计算了不同冷却速率下的Co48C15Mo14C15B6Er2金属玻璃棒的晶化激活能。经计算，由Kissinger方程所得直径2，5，7mm金属玻璃的晶化激活能Ec分别为481.58kJ／mol、450.92kJ／mol、406.74kJ／mol；由Ozawa方程所得直径2，5，7mm金属玻璃的晶化激活能Ec分别为472.71kJ／mol、443.58kJ／mol、427.15kJ／mol。每一种方法中所求得的晶化激活能均不相同，说明了冷却速率对金属玻璃CO48Cr15Mo14C15B6Er2的晶化激活能有很大的影响，用Flynn-Wall-Ozawa（FWO）方法研究非等温晶化体积百分数x与局域激活能Ec（x）之间的关系时也发现了同样的结果。并通过Suri（?）ach拟合得出不同冷却速率下的CO48Cr15Mo14C15B6Er2金属玻璃的非等温晶化动力学机理均是由NGG模型和JMA模型构成的。这两种模型相互独立，晶化初期，JMA模型表现得比较明显，Avrami指数n一开始分别从4下降到1.32、从3.5下降到1.2和从3.35下降到1.25，晶粒长大机制由最初的受界面控制的三维生长方式转变为受扩散控制的三维生长方式，且形核率增加程度降低。当三种金属玻璃晶化体积达到21～34％左右时，晶化机理模型变为NGG模型，模型指数m接近0.5，晶化过程主要是由NGG模型完成的。在测定直径2，5，7mm的Co48Cr15Mo14C15B6Er2金属玻璃的磁性能时得到，矫顽力分别为：408.76Oe、354.78Oe、144.84Pe，均属于半硬磁材料。矫顽力随着冷却速率的减小呈下降趋势，说明，冷却速率对其磁性能也有很大的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 块体非晶合金的历史发展概况
• 1.2 块体非晶合金的性能与应用
• 1.3 块体非晶合金的制备方法
• 1.4 块体非晶合金的形成机理
• 1.5 块体非晶合金成分设计准则及玻璃形成能力表征参数
• 1.5.1 块体非晶合金成分设计准则
• 1.5.2 玻璃形成能力（GFA）表征参数
• 1.6 本文研究目的与内容
• 第2章 实验与数据处理方法
• 2.1 实验方案
• 48Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆RE₂（RE=Y，Gd，Er）金属玻璃的制备'>2.2 Co₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆RE₂（RE=Y，Gd，Er）金属玻璃的制备
• 2.3 实验测试方法与分析
• 2.4 DSC数据处理方法与晶化动力学理论
• 2.4.1 晶化体积分数计算
• 2.4.2 非等温晶化激活能
• 2.4.2.1 全局晶化激活能
• 2.4.2.2 局域晶化激活能
• 2.4.3 机理函数
• 2.3.3.1 等温晶化
• 2.4.3.2 非等温晶化
• 48Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆RE₂（RE=Y，Gd，Er）合金的玻璃形成能力研究'>第3章 Co₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆RE₂（RE=Y，Gd，Er）合金的玻璃形成能力研究
• 3.1 引言
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 数据分析
• 3.2.2 非晶形成能力分析与讨论
• 3.3 结论
• 48Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆RE₂（RE=Y，Gd，Er）合金的力学及磁性能研究'>第4章 Co₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆RE₂（RE=Y，Gd，Er）合金的力学及磁性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 显微硬度 Hv测试与分析
• 4.2.2 压缩力学性能测试与分析
• 4.2.3 磁性能测试与分析
• 4.3 结论
• 48Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Er₂块体金属玻璃的非等温晶化动力学影响及磁性能研究'>第5章 冷却速率对Co₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Er₂块体金属玻璃的非等温晶化动力学影响及磁性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 XRD测量与分析
• 5.2.2 DSC测量与分析
• 5.2.3 晶化体积分数和晶化激活能计算
• 5.2.3.1 晶化体积分数计算
• p处晶化激活能E_c计算'>5.2.3.2 T_p处晶化激活能E_c计算
• 5.2.4 机理函数分析
• 5.2.5 磁性能测试与分析
• 5.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 附表 A