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非晶合金形成熔体的热力学性质、脆性和非晶形成能力相关性研究

作　者: 贾然
导　师: 边秀房
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 非晶合金 非晶形成能力 热力学性质 比热 脆性
分类号: TG139.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


非晶的形成是凝聚态物理基础理论中一个重要问题和难题,涉及动力学和热力学的众多前沿问题。通过研究金属非晶形成熔体的热力学特征、热力学和动力学相关性,预测材料的性质,对实际生产提供参考。本文以热力学性质、脆性和非晶形成能力(glass forming ability, GFA)相关性研究为主线,通过DSC热分析、比热测量、高温黏度测量等试验手段对La基、Sm基和A1基非晶合金展开研究。对于La基非晶合金,被广泛接受的热力学脆性参数F0.8、G3/4和动力学脆性参数m在一定程度上存在一致性。从这两个热力学脆性参数的定义(过剩熵曲线的截距)出发,如果截距取不同的位置就会产生不同的结果,这种定义热力学脆性的方法之所以会产生歧义,是由约化过剩熵曲线和Angell曲线的不同形状导致的。以斜率代替截距,本文定义了新的热力学脆性表达式mΔs和MΔs,其中MAs与m成正相关,优于F0.8、G3/4和mΔS。在快速冷却制备大块非晶的过程中,Tm(脆性区域开始阶段)处的熵变速率,对于决定非晶形成在脆性区域的液体结构稳定性具有重要作用。对Al-(Ni)-Yb体系黏度η、过热脆性M和GFA的研究表明,对于Al-Yb二元合金,原子百分比为8-11的范围内,熔体液相线黏度值ηL随Yb的增加而上升,且与合金非晶形成能力成正比。加入过渡金属Ni后,Al-Ni-Yb三元体系中GFA增强,液相线黏度ηL升高。在Al-Yb和Al-Ni-Yb两种体系中,表征黏度变化率的流变激活能E和过热脆性M都可以在一定范围内与合金的非晶形成能力正相关,后者的应用范围更广泛,但在描述多种体系的非晶形成能力时都存在不足,如何使黏度更广泛的应用于GFA的预测还需要进一步的研究。在对热力学性质和非晶形成能力的相关性研究中,提出了量化的参数A表示比热在熔体和过冷液体间转变时比热的变化速度。发现对于Al基边缘非晶合金A较大(>35×10-3J/mol*K2),而对于大块非晶,A普遍较小(<35×10-3J/mol*K2)。但在实验研究的La基、Sm基和Al基非晶体系内,A越大GFA越强。通过对La基非晶的热力学性质的测量和计算表明, Gibbs自由能差(ΔGliq-cry)作为晶化激活能能够衡量不同体系之间GFA的差别,ΔGliq-cry越小非晶形成能力越强。但是,对于成分相似的同一个体系来说,必须要引入动力学因子来区分非晶形成能力。

全文目录


摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 非晶态合金概述  12-13
  1.2 非晶的形成  13-16
    1.2.1 非晶形成的热力学特征的变化  14-15
    1.2.2 非晶形成的动力学特征的变化  15-16
  1.3 非晶形成能力  16-18
  1.4 非晶形成液体的脆性  18-23
    1.4.1 过冷液体脆性概念的提出  18-19
    1.4.2 过热熔体脆性  19-21
    1.4.3 动力学和热力学性质的相关性  21-23
  1.5 本文的研究目的及主要研究内容  23-26
第二章 实验研究方法  26-34
  2.1 研究方案和技术路线  26-27
  2.2 非晶合金的制备  27-28
    2.2.1 非晶条带的制备方法  27-28
    2.2.2 块状非晶制备方法  28
  2.3 热分析  28-30
    2.3.1 差式扫描热分析  28-30
    2.3.2 比热测量  30
  2.4 X射线衍射仪的分析(XRD)  30-31
  2.5 液态黏度测量  31-34
第三章 La基非晶脆性的热力学表征  34-48
  3.1 引言  34-35
  3.2 La基非晶的热力学性质  35-40
    3.2.1 DSC热分析和比热测量结果  35-38
    3.2.2 液体和晶体热力学差值计算  38-40
  3.3 La基非晶的脆性  40-46
    3.3.1 过冷液体脆性  40-41
    3.3.2 La基非晶脆性的热力学表征  41-46
  3.4 本章小结  46-48
第四章 Al-(Ni)-Yb非晶合金的过热脆性和非晶形成能力  48-58
  4.1 引言  48-50
  4.2 Al-Yb和Al-Ni-Yb合金的非晶形成能力  50-52
  4.3 Al-Yb和Al-Ni-Yb合金的黏度和过热脆性  52-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章 非晶合金熔体的热力学性质和非晶形成能力的关系  58-66
  5.1 引言  58
  5.2 La基和Sm基合金的非晶形成能力  58-60
  5.3 比热变化与非晶形成能力  60-63
  5.4 Gibbs自由能差与非晶形成能力  63-64
  5.5 本章小结  64-66
第六章 结论  66-68
参考文献  68-76
致谢  76-78
附录  78-80
  附录一: 硕士在读期间发表的论文  78-79
  附录二: 硕士在读期间获奖情况  79-80
学位论文评阅及答辩情祝表  80

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 非晶态合金
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