论文摘要
含Al量超过85at.%的Al基非晶合金具有强度高和韧性好的优点,在部分晶化形成纳米fcc-Al弥散强化非晶基复合材料后强度更是高达1500 MPa以上,是迄今为止比强度最高的金属材料。但已有的Al基非晶合金由于非晶形成能力（GFA）低,只能通过快速凝固形成非晶薄带、粉末或箔片,使其实际应用受到很大制约。为此,提高Al基非晶合金的GFA和深入理解其晶化行为成为材料科学界亟待解决的课题。本文利用X射线衍射仪（XRD）和差示扫描量热仪（DSC）分析了合金成分、元素置换、Zr和微量Ti/B加入对Al-Ni-La非晶合金形成及晶化行为的影响,获得了下述主要研究成果:在Al-Ni-La合金中,La比Ni更有利于提高GFA。Ce、Y部分置换La和少量Zr置换Al85Ni6RE9合金中的RE基本不改变GFA,过量Cu、Co置换Ni和微量Ti/B的加入（特别是Ti）降低GFA。Al-Ni-La非晶合金晶化时具有四种不同类型的初生相,分别为单独fcc-Al、fcc-Al + bcc-（AlNi）11La3-like、fcc-Al + bcc-（AlNi）11La3-like + MP1（未知亚稳相）和单独MP1,其中初生相为单独fcc-Al的合金最大La含量不超过5%,高溶质含量（特别是高La含量）促进亚稳相的析出。Cu置换Ni和Zr的加入促进fcc-Al的析出,Co置换Ni或增加RE原子半径与含量促进亚稳相的析出,Ce、Y部分置换La和微量Ti/B的加入对初生相影响不大。在元素含量变化或置换过程中,对于原子半径大于Al的元素,影响初生相类型的主要因素是原子的扩散速度;对于原子半径小于Al的元素,主要因素则是平衡态时原子在Al中的最大固溶度Smax。原子扩散速度越快或原子在Al中的Smax越大,fcc-Al越易析出,反之亚稳相越易析出。高溶质含量（特别是高La含量）提高Al-Ni-La非晶合金的热稳定性。Co置换Ni显著提高热稳定性,Ce、Y部分置换La和微量Ti/B的加入（特别是Ti）均稍微提高热稳定性, Cu置换Ni显著降低热稳定性,Zr与Co一起置换Al85Ni6RE9合金中的RE则更显著提高热稳定性。所考察的四系列合金(Al87Ni6RE7、Al85Ni6RE9、Al85Ni6RE7Co2和Al85Ni6RE5Co2Zr2)热稳定性在RE从La变化为Ce时基本保持不变,接着当RE经Nd向Y变化时逐渐降低。Al基非晶合金的热稳定性通常可由具有最小溶质含量的富Al金属间化合物的熔点Tm结合原子间混合热ΔHmix来解释,Tm越大或ΔHmix越负,热稳定性越高。Al-TM-RE和Al-Ni-Cu（Co）-La合金的晶化开始温度Tx1对参数,式中,C i ’和Tm,i分别为第i种溶质原子的相对原子百分含量和形成富Al金属间化合物的熔点, C A’l和Tm,Al分别为溶剂原子Al的剩余原子百分含量和熔点)均呈现较好的直线关系。Al-Ni-La非晶合金在指定加热速率时的热稳定性低于块体非晶合金,但却具有更好的长期热稳定性。适量Cu、Co置换Ni和Ce、Y部分置换La提高长期热稳定性,Zr的加入、RE类型与含量对Al-Ni-RE合金长期热稳定性的影响较复杂,微量Ti/B的加入不提高长期热稳定性。高溶质含量（特别是高La含量）促进Al-Ni-La非晶合金玻璃转变的出现和过冷液相区的稳定。Co置换Ni和Y部分置换La增强玻璃转变,Cu置换Ni减弱玻璃转变,Ce部分置换La不影响玻璃转变,Zr与Co一起置换Al85Ni6RE9合金中的RE更显著增强玻璃转变。所考察的四系列合金中,只有Al85Ni6RE9和Al85Ni6RE5Co2Zr2合金的过冷液相区宽度ΔTx按La、Ce、Nd和Y的次序逐渐增大,且后者的递增趋势更明显。Al基非晶合金的玻璃转变可由溶质原子与溶剂原子Al间的电负性差值ΔEN结合原子间混合热ΔHmix来解释,ΔEN越小或ΔHmix越负,ΔTx越大。Al-Ni-La合金的玻璃转变根据与电负性差值有关的参数,式中,Ci和ΔENi分别为第i种溶质原子的原子百分含量和电负性差值)、非晶形成焓ΔHForm和δ的大小均可分为两个区域,即出现玻璃转变的合金对应有φ≥0.0516、ΔHForm≤-10.23 kJ/mol和δ≤566.5。Al-Ni-La非晶合金第一晶化反应的表观激活能Ea1与初生相类型有密切关系,表现为共晶型晶化大于初晶型晶化,且析出相越多,Ea1越大。Ce、Y部分置换La使Ea1先提高后基本保持不变,微量Ti/B的加入基本不改变Ea1,Cu、Co置换Ni分别使Ea1降低或先提高后降低。Zr置换Al85Ni6RE9合金中的RE后的Ea1变化依赖于RE的类型。在所考察的四系列合金中,Al87Ni6RE7、Al85Ni6RE9和Al85Ni6RE7Co2合金的Ea1先于RE从La变化为Ce时提高,接着当RE经Nd向Y变化时逐渐降低,而Al85Ni6RE5Co2Zr2合金的Ea1基本保持不变。随着La含量的增加,Al94-xNi6Lax合金的第一晶化反应从x=4和5时的淬入晶核直接长大过程转变为x=6-9时的扩散控制长大过程,形核率从降低逐渐变为增加。除Al85Ni6Nd9合金为界面控制长大的过程外,Al87Ni6RE7和Al85Ni6RE9合金的第一晶化反应均为扩散控制长大的过程,形核率依赖于RE的类型和含量。第一晶化反应为淬入晶核直接长大的过程通常发生在RE含量较低或RE原子半径较小的Al-Ni-RE合金中。