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非晶合金的结构和玻璃形成能力研究

作 者: 屈冬冬
导 师: 沈军
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 非晶合金 玻璃形成能力 结构 同步辐射高能X射线衍射
分类号: TG139.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-22
  1.1 前言  8-9
  1.2 铝基非晶合金研究  9-16
    1.2.1 玻璃形成能力  9-10
    1.2.2 铝基非晶合金的玻璃形成能力  10-15
    1.2.3 铝基非晶合金的研究历史和现状  15-16
  1.3 非晶合金的结构研究  16-21
    1.3.1 非晶合金的结构模型研究  16-20
    1.3.2 非晶合金结构的研究现状  20-21
  1.4 学位论文的主要研究内容  21-22
第2章 材料制备及分析方法  22-26
  2.1 铝基非晶合金的制备  22-23
  2.2 锆基非晶合金的制备  23-24
  2.3 分析测试方法  24-26
    2.3.1 热分析测试  24
    2.3.2 X 射线衍射分析  24
    2.3.3 扫描电子显微镜分析  24-25
    2.3.4 同步辐射高能X 射线衍射分析  25-26
第3章 Al-Ce-Fe 非晶合金的玻璃形成能力研究  26-47
  3.1 前言  26
  3.2 Al-Ce-Fe 非晶合金成分的确定  26-27
  3.3 Al-Ce-Fe 非晶合金的玻璃形成能力  27-45
    3.3.1 Al-Ce-Fe 非晶合金的特征  28-31
    3.3.2 Al-Ce-Fe 非晶合金中的竞争相  31-36
    3.3.3 显微组织观察  36-43
    3.3.4 Al-Ce-Fe 非晶合金玻璃形成能力的热力学比较  43-45
  3.4 本章小结  45-47
第4章 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金结构研究  47-59
  4.1 前言  47
  4.2 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金  47-49
  4.3 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金同步辐射研究  49-55
    4.3.1 X 射线衍射测定非晶合金结构的理论  49-51
    4.3.2 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金同步辐射X 射线衍射结果  51-53
    4.3.3 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金原子对的权重因子  53-55
  4.4 Zr-Cu-Ni-Al 非晶合金玻璃形成能力的理论研究  55-59
  4.5 本章小结  59
结论  59-62
参考文献  62-68
致谢  68

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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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