基于團簇的三元準晶成分判據(jù)及其在Ti-Zr-TM系中的應用.pdf

1、本論文從原子團簇出發(fā)建立了量化的三元準晶成分判據(jù),并以此為指導進行了Ti-Zr基準晶的成分設(shè)計和研究.工作主要分兩部分:首先,系統(tǒng)分析了典型三元準晶系中二元準晶類似相的團簇結(jié)構(gòu)及其在相圖中的分布特征,并結(jié)合已有的三元準晶經(jīng)驗判據(jù),指出:三元準晶相圖中的變電子濃度線的起始點對應著特定的二元團簇,該線的位置可由二元團簇成分與第三組元精確確定,由此,可建立真正量化的三元準晶成分判據(jù),即形成準晶的理想成分位于三元準晶相圖中的兩條變電子濃度線交點

2、附近,從而實現(xiàn)三元準晶成分在相圖上的準確定位.基于上述定量判據(jù),設(shè)計出Ti-Zr-TM(TM=Ni,Co,Cu,Si)系列準晶成分.采用銅模吸鑄方法制各樣品,并通過XRD、DSC以及TEM等實驗手段,研究了這些準晶的形成規(guī)律,得到如下結(jié)論:1.Ti-Zr-Ni準晶具有寬大的形成區(qū)域,其成分區(qū)間為10~70at.％Ti、10~70at.％Zr和10~30at.％Ni,其中,在Ti<,9>Ni<,4>-Zr和Zr<,9>Ni<,4>-Ti兩

3、條變電子濃度線的交點處可用吸鑄方法得到單一準晶相,Ti-Zr-Ni準晶的形成具有鮮明的變電子濃度線特征,體現(xiàn)出Ti-Zr-Ni準晶的形成與Ti<,9>Ni4和Zr<,9>Ni<,4>兩二十面體團簇之間的密切結(jié)構(gòu)聯(lián)系.2.以Co替代Ti-Zr-Ni合金中的Ni將使形成準晶的區(qū)域減小.在Ti<,9>(Ni,Co)<,4>-Zr變電子濃度線上,Ti<,42>Zr<,40>(Ni,Co)<,18>至Ti<,48>Zr<,30>(Ni,Co)<,

4、22>的成分區(qū)間內(nèi)可形成鑄態(tài)準晶相.其中Ti<,42>Zr<,40>(Ni,Co)<,18>位于Ti<,9>(Ni,Co)<,4>-Zr與Zr<,9>(Ni,Co)<,4>-Ti兩條變電子濃度線的交點附近,而Ti<,48>Zr<,30>(Ni,Co)<,22>為形成準晶的最佳成分點,它位于Ti<,9>(Ni,Co)<,4>-Zr與Zr<,7>(Ni,Co)<,6>-Ti的交點附近.3.微量元素Si添加將有利于Ti-Zr-TM(TM=Ni

5、,Co)準晶的形成.在Ti<,42>Zr<,40>Ni<,4.5>Co<,13>.5合金加入1~4 at.％Si后,準晶相的體積分數(shù)增加.而在Ti-Zr-Co系中,~2at.％Si的添加能夠使得Ti<,42>Zr<,40>Co<,18>鑄態(tài)合金中形成準晶相,Ti<,53>Zr<,27>Co<,20>合金無法通過Si添加獲得鑄態(tài)準晶相,這表明滿足我們判據(jù)的Ti<,42>Zr<,40>Co<,18>合金的準晶形成能力優(yōu)于Ti<,53>Zr<

6、,27>Co<,20>合金.4.結(jié)合等電子濃度面和等平均原子尺寸面判據(jù),以Ti<,40>Zr<,40>Ni<,20>準晶為基礎(chǔ)在Ti-Zr-Ni-Cu四元系設(shè)計出系列合金,獲得一組包括單相準晶、非晶和tI-Zr<,2>Cu在內(nèi)的等電子濃度相.其中,準晶和非晶都含有二十面體團簇,而Zr<,2>Cu相含有截角八面體結(jié)構(gòu),是二十面體團簇的變種.Ti<,12>Zr<,55>Ni<,13>Cu<,20>塊體非晶合金在升溫晶化時首先轉(zhuǎn)變?yōu)闇示?然后