组元添加对Zr-Cu-（M）合金结晶过程及非晶形成能力的影响

论文摘要

本文以铜模铸造法制备楔形非晶合金样品,以示差扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪为主要手段,分别研究了作为较大原子的Al、Ag对Zr-Cu二元合金结晶过程的干扰作用和规律,及作为小原子的Fe对Zr-Cu-Al与Zr-Cu-Ag三元非晶形成能力的影响。分析结果表明,具有较大原子半径的Al、Ag作为第三组元,对Zr-Cu二元共晶结晶过程有较强烈的干扰作用。具体表现为:1)试验中所采用的Zr-Cu-Al与Zr-Cu-Ag三元合金都具有较强的玻璃形成能力。2)在Zr-Cu-Al,及Zr-Cu-Ag合金楔形试样的结晶组织中,Al、Ag元素在领先析出的Zr-Cu相中的浓度较低,在领先相周围具有较高的浓度,说明Al、Ag元素通过在领先相析出的过程中发生溶质浓度再分配现象,从而对Zr-Cu金属间相的形成起着阻碍作用,这样从另一方面来说,提高了非晶形成能力。具有较小原子半径的Fe,作为Zr-Cu-Al与Zr-Cu-Ag三元合金的第四组元,虽然符合与其它原子半径相差超过12%的条件,但其添加的结果却是对上述两种合金系的结晶过程起到了促进作用,从而破坏了非晶形成能力。具体表现为:1)对于Zr-Cu-Ag合金来说,添加Fe后,由于Fe的原子半径较小,易于扩散,所以降低了Ag对Zr-Cu析出相的阻碍作用,从而促进ZrCu相的形成,进而引起整个体系结晶过程提前,破坏了非晶形成能力;2)对于Zr-Cu-Al合金来说,Fe的加入大大减低了楔形试样非晶区的大小。SEM分析表明,含Fe 5%的Zr-Cu-Al-Fe合金中在结晶前发生了相分离的现象,相分离的结果使得在过冷液相中形成了富Fe、Al区和富Cu区,在随后的冷却过程中,两个区域分别结晶,从而加速了整体的结晶过程。这样大大恶化了非晶形成能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 大块非晶发展历史
• 1.3 块体非晶形成的结构特性
• 1.4 块体非晶的热力学特征
• 1.5 非晶形成能力判据
• 1.5.1 临界冷却速率Rc
• max'>1.5.2 临界厚度t_max
• rg'>1.5.3 约化玻璃温度 T_rg
• 1.5.4 过冷液相区温差ΔTx
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 样品制备与实验方法
• 2.1 合金熔炼与试样制备
• 2.1.1 合金成分的选择
• 2.1.2 合金的熔炼
• 2.1.3 分析测试样品的准备
• 2.2 分析与测试方法
• 2.2.1 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.2.2 示差扫描量热（DSC）分析
• 2.2.3 光学金相组织观察
• 2.2.4 显微组织分析
• 第3章 Ag 和Al 对Zr-Cu 二元共晶组织的影响
• 3.1 前言
• 3.2 Zr50Cu40Ag10 合金结晶区组织形貌及相分析
• 3.2.1 结晶区内共晶组织形貌
• 3.2.2 结晶区内相分析
• 3.3 Zr50Cu40Ag10 合金过渡区组织形貌及相分析
• 3.3.1 过渡区组织形貌
• 3.3.2 过渡区相分析
• 3.4 Zr50Cu40Ag10 合金结晶组织形貌及相分析
• 3.4.1 结晶区组织形貌分析
• 3.4.2 结晶区相分析
• 3.5 Zr50Cu40Ag10 合金过渡区组织形貌及相分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 Fe 元素的加入对非晶形成能力的影响
• 4.1 前言
• 4.2 Fe 对Zr50Cu40Ag10 合金非晶形成能力的影响
• 4.2.1 Zr45Cu40Ag10Fe5 合金结晶区组织形貌
• 4.2.2 Zr45Cu40Ag10Fe5 合金结晶区相分析
• 4.2.3 Fe 对Zr50Cu40Ag10 合金热稳定性的影响
• 4.3 Zr45Cu40Al10Fe5 合金的相分离
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢