Y基非晶態(tài)合金的制備及性能研究.pdf

1、自從上個世紀六十年代美國加州理工大學的P.Duwez等人采用熔體快速冷卻法首先制得Au-Si非晶合金后，非晶態(tài)合金具有的獨特的物理性能、化學性能、力學性能和耐腐蝕性能而引起了廣泛的關(guān)注和極大的興趣。尋找非晶形成能力更強的合金成分系列，一直是許多科研者努力的方向。稀土基非晶合金自1989年問世以來，就以極強的非晶形成能力及獨特的性能而引起研究者的普遍關(guān)注。 本論文用單輥急冷法制備新型的Y-(Ce，Pr，Nd，Sc，Zr)-Al-C

2、o系非晶合金，對這一體系的非晶形成能力以及熱穩(wěn)定性進行了研究和分析。進而選取其中非晶形成能力最好的Y<,46>Zr<,10>Al<,24>Co<,20>和Y<,41>SO<,15>Al<,24>Co<,20>合金，進行晶化動力學和力學性能的研究，得到如下結(jié)論： (1)稀土元素Ce，Pr和Nd分別替代Y<,56>Al<,24>Co<,20>合金中的部分Y(5～20at.％)時，提高了Y基合金的非晶形成能力。隨著添加元素含量的增加，

3、合金的熱力學參數(shù)亦隨著變大，其過冷液相區(qū)間ΔT<,x>，約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T<,rg>和參數(shù)γ最大值分別達到62K，0.688和0.417。運用熱力學和熔體微觀結(jié)構(gòu)競爭的理論解釋了出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。實驗結(jié)果表明，通過添加電子結(jié)構(gòu)不同于合金的主要組成元素，但原子半徑相近的元素，可以有效提高合金的非晶形成能力。 (2)Zr和Sc分別替代Y<,56>Al<,24>Co<'20>合金中的部分Y(5～20at.％)時，提高了Y基合金的非晶

4、形成能力。其中Y<'46>Zr<'10>Al<'24>Co<'20>的玻璃轉(zhuǎn)變溫度T<,g>，晶化開始溫度T<,x>和熔點T<,m>坍分別為660K，724K和1026K，△T<,x>為64K，T<,rg>為0.626，γ為0.422。Y<,41>Sc<,15>Al<,24>Co<,20>的T<,g>，T<,x>和T<,m>分別為643K，717K和967K，△T<,x>為74K，T<,rg>為0.641，γ為0.436?？梢娫赮<,5

5、6>Al<,24>Co<,20>非晶合金中用10(at.％)便宜的Zr替代Y<,41>Sc<,15>Al<,24>Co<,20>中的15(at.％)Sc可以達到基本相同的非晶形成能力，并從組元個數(shù)、原子半徑、混合熱和電負性的角度分析了其具有好的非晶形成能力的原因。 (3)研究了Y<,56>Al<,24>Co<,20>，Y<,46>Zr<,10>Al<,24>Co<,20>和Y<,41>Sc<,15>Al<,24>Co<,20>三

6、種非晶合金的晶化行為。在勻速升溫晶化方式下，用Kissinger方法計算了Y<,56>Al<,24>Co<,20>的玻璃轉(zhuǎn)變、開始晶化和晶化峰表觀激活能△E<,g>，AE<,x>和△E<,p>分別為390.15kJ/mol、257.02kJ/mol和267.28kJ/mol；Y<,46>Zr<,10>Al<,24>Co<,20>的分別為415.64kJ/mol、279.74kJ/mol和319.51kJ/mol；Y<,41>Sc<,15

7、>Al<,24>Co<,20>的分別為474.17kJ/mol、307.12kJ/mol和291.48kJ/mol。 用Ozawa法計算Y<,56>Al<,24>Co<,20>的玻璃轉(zhuǎn)變、開始晶化和晶化峰表觀激活能分別為381.15kJ/mol、255.54kJ/mol和265.25kJ/mol；Y<,56>Al<,24>Co<,20>的分別為405.42kJ/mol、277.44kJ/mol和315.28kJ/mol；Y<,5

8、6>Al<,24>Co<,20>的分別為461.08kJ/mol、303.56kJ/mol和288.72kJ/mol。按兩種方法計算獲得的激活能具有很好的一致性。實驗結(jié)果表明，分別添加10(at.％1)Zr和15(at.％’)Se可以提高非晶合金的熱穩(wěn)定性。因此，在Y<,56>Al<,24>Co<,20>非晶合金中用10(at.％)Zr替代Y<,41>Sc<,15>Al<,24>Co<,20>中的15(at.％)Sc可以達到和Y<,41

9、>Sc<,15>Al<,24>Co<,20>基本相同的熱穩(wěn)定性。 (4)實驗結(jié)果表明：Y<,56>Al<,24>Co<,20>，Y<,46>Zr<,10>Al<,24>Co<,20>和Y<,41>Sc<,15>Al<,24>Co<,20>非晶合金薄帶試樣，冷卻速度越小，HV值越大；三種非晶合金均隨著退火溫度的增加顯微硬度有所增加，并從自由體積角度加以分析。因而在Y<,56>Al<,24>Co<,20>非晶合金中用10(at.％