大块非晶合金的临界冷却速率及形成能力

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	大块非晶合金的临界冷却速率及形成能力
	王珍玉
学位类型	硕士
导师	杨院生
	2006-04-29
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料加工工程
关键词	临界冷却速率非晶形成能力大块非晶非等温转变粘度
摘要	大块非晶具有独特的物理和力学性能，具有广阔的应用前景。目前研究工作集中于寻找具有大的非晶形成能力的新合金系，以期制备出尺寸较大的大块非晶。有效地评估合金系的非晶形成能力是开发新的大块非晶合金的关键，对此，国内外学者提出了多种用于评估非晶形成能力的参数，其中合金系形成非晶所需要的临界冷却速率是表征合金系非晶形成能力的最直接且可靠的参数。从计算结果来看，现有计算临界冷却速率的方法与实验值差别较大。本论文分别从热力学以及动力学角度出发，建立了计算临界冷却速率的新模型，研究了其主要影响因素。主要工作如下：在Miedema生成热模型以及Sarjeant计算临界冷却速率经验模型基础上建立了计算Zr基合金系形成非晶临界冷速的热力学模型，利用此模型对Zr-Ni-Al、Zr-Cu-Al、Zr-Cu-Ni合金系的临界冷却速率进行了计算，并探讨了非晶相与过冷液相自由能差、焓差、合金组元间混合焓等与临界冷速之间的关系。计算结果表明，Zr-Ni-Al合金系在XZr=0.2-0.88，XNi=0-0.83成分范围；Zr-Cu-Al合金系在XZr=0.25-0.8，XCu=0-0.78成分范围；Zr-Cu-Ni合金系在XZr=0.2-0.8，XCu=0-0.78成分范围，临界冷却速率低于1000K/s，为容易形成非晶的成分范围。对于所计算的合金系，在临界冷速较低的成分范围内，具有绝对值大的负非晶相与液相自由能差、焓差以及混合焓。在非等温转变理论以及非稳态形核理论基础上提出了大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型。依据此模型对Zr基和Pd基合金进行了计算，并与实验值进行了对比。计算结果表明，影响临界冷却速率的主要因素为粘度、临界形核功和临界结晶分数。随粘度增大，临界冷却速率降低；随临界形核功增大，临界冷却速率急剧降低；随临界结晶分数增大，临界冷却速率起初降低较快，达到一定程度后下降速率趋于缓慢。对于计算的Zr66Al8Ni26、Zr66Al8Cu7Ni19合金，在凝固初期临界冷速很小，在0.82-0.72约化温度区间内临界冷速急剧增大，约化温度小于0.72后临界冷速不再发生明显改变。计算结果与实验值符合得较好。在大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型基础上提出了基于成分连续变化计算粘度的合金系临界冷速模型。依据此模型对Zr-Al-Ni-Cu四元合金的临界冷却速率进行了计算，预测了Zr66.67(NixAlyCuz)33.33合金系中容易形成非晶的成分范围。利用本模型得到的计算值与实验值符合的较好。计算结果表明，此合金系具有很强的非晶形成能力，特别是在靠近共晶点的中心区域，临界冷却速率小于100K/s，为容易形成非晶的成分范围。冷却过程中，在高于1000K温度区间，没有发生明显的结晶现象。在980K至870K温度范围内，结晶分数快速增大，低于870K后不再发生明显改变。此外，分析了合金系中Al、Cu、Ni原子的摩尔分数的变化对临界冷速的影响。
页数	65
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16986
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王珍玉. 大块非晶合金的临界冷却速率及形成能力[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.