非晶合金的结构和玻璃形成能力研究

论文摘要

本文从物理冶金的角度研究了Al92-xCe8Fex（x=16）三元非晶合金的玻璃形成能力。利用同步辐射高能X射线衍射和D.B. Miracle有效密堆模型,对Zr53Cu18.7Ni12Al16.3, Zr51.9Cu23.3Ni10.5Al14.3和Zr50.7Cu28Ni9Al12.3四元非晶合金的原子结构进行了探索。在Al92-xCe8Fex（x=16）非晶合金中,厚度为3050μm的薄带,呈现完全的非晶态。在XRD曲线中,2θ约为17°的地方,六种三元非晶合金都有表征中程有序结构的预峰出现。并且在Al86Ce8Fe6的XRD谱中,劈裂的漫散射峰,暗示了该合金内部不同原子对之间的关联。而在厚度为5070μm的Al92-xCe8Fex（x=16）非晶合金薄带中,由于杂质的影响,出现了Al, Fe, Ce和Si, O等的化合物。另外还有部分Fe2Al5和Al13Fe4竞争晶体相。差热分析（DTA）曲线显示,这六种非晶合金都只有一个熔化放热峰,表明了它们都是近共晶成分。利用Battezzati和Garrone提出的公式,计算了六种非晶合金的过冷液相和晶体相间的吉布斯自由能差ΔG。结果显示,在相同温度下,随着Fe含量的增加,ΔG单调减小,玻璃形成能力逐渐增加,但彼此的差别不明显。同步辐射高能X射线衍射显示,Zr53Cu18.7Ni12Al16.3, Zr51.9Cu23.3Ni10.5Al14.3和Zr50.7Cu28Ni9Al12.3三种非晶合金的约化径向分布函数（PDF）, G（r）,基本一致。在PDF曲线中,都具有劈裂的第一峰。并且随着这三种非晶合金玻璃形成能力的增加,它们的PDF呈现出单调变化。原子对的权重因子和键长共同显示,在PDF曲线的第一峰中,距离r大于3A的后一副峰对应着Zr-Zr原子对,前一副峰主要对应着Al-Cu原子对。Zr-Zr原子对权重因子的减小,对应着后一副峰强度的减弱。Al-Cu原子对权重因子的增加,对应着前一副峰强度的增加。借助D.B. Miracle提出的有效密堆模型,构建该四元Zr-Cu-Ni-Al大块非晶合金的结构。我们认为,在Zr53Cu18.7Ni12Al16.3, Zr51.9Cu23.3Ni10.5Al14.3和Zr50.7Cu28Ni9Al12.3三种非晶合金中,体积较小的Cu原子置换体积较大的Zr原子,有利于稳定有效密堆非晶合金的结构,进而提高该合金系的玻璃形成能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铝基非晶合金研究
• 1.2.1 玻璃形成能力
• 1.2.2 铝基非晶合金的玻璃形成能力
• 1.2.3 铝基非晶合金的研究历史和现状
• 1.3 非晶合金的结构研究
• 1.3.1 非晶合金的结构模型研究
• 1.3.2 非晶合金结构的研究现状
• 1.4 学位论文的主要研究内容
• 第2章 材料制备及分析方法
• 2.1 铝基非晶合金的制备
• 2.2 锆基非晶合金的制备
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 热分析测试
• 2.3.2 X 射线衍射分析
• 2.3.3 扫描电子显微镜分析
• 2.3.4 同步辐射高能X 射线衍射分析
• 第3章 Al-Ce-Fe 非晶合金的玻璃形成能力研究
• 3.1 前言
• 3.2 Al-Ce-Fe 非晶合金成分的确定
• 3.3 Al-Ce-Fe 非晶合金的玻璃形成能力
• 3.3.1 Al-Ce-Fe 非晶合金的特征
• 3.3.2 Al-Ce-Fe 非晶合金中的竞争相
• 3.3.3 显微组织观察
• 3.3.4 Al-Ce-Fe 非晶合金玻璃形成能力的热力学比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金结构研究
• 4.1 前言
• 4.2 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金
• 4.3 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金同步辐射研究
• 4.3.1 X 射线衍射测定非晶合金结构的理论
• 4.3.2 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金同步辐射X 射线衍射结果
• 4.3.3 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金原子对的权重因子
• 4.4 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金玻璃形成能力的理论研究
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢