Al-Pd-Fe(-Mn)復(fù)雜合金相結(jié)構(gòu)及缺陷的電子顯微學(xué)研究.pdf

1、本論文綜合利用背散射電子像，選區(qū)電子衍射(SAED)，高分辨像(HREM)，X射線能譜(EDS)等電子顯微學(xué)方法，對(duì)Al-Pd-Fe合金系中的具有周期和準(zhǔn)周期的復(fù)雜合金相的結(jié)構(gòu)特征以及它們中的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用高分辨觀察提供的原子團(tuán)排列信息，建立了模擬Al-Pd-Mn二維準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的覆蓋生長(zhǎng)模型。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果可以概括如下： 1)為了揭示Al-Pd-Fe合金凝固過程中由大原子團(tuán)排列構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征及其形成條件

2、，應(yīng)用掃描和透射電子顯微方法揭示了Al75Pd15Fe10鑄態(tài)合金凝固組織中復(fù)雜合金相的分布、成分以及微觀結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，凝固組織中同時(shí)存在兩種經(jīng)歷了不同相變過程而形成的、同是以1.6nm周期結(jié)構(gòu)柱狀原子團(tuán)為基本結(jié)構(gòu)單元的復(fù)雜合金相。高分辨電子顯微觀察直接地揭示了它們分別屬于具有高密度缺陷的十次準(zhǔn)晶和ε16近似晶體相。針對(duì)凝固過程中形成的這兩種復(fù)雜合金相，對(duì)比分析了其中原子團(tuán)排布的局部及長(zhǎng)程特征，并對(duì)其形成條件進(jìn)行了討論，指出凝固過

3、程中降低冷卻速率有利于原子團(tuán)的充分形成，也有利于原子團(tuán)分布密度的增大以及長(zhǎng)程排列周期性的建立。 2)在Al75Pd15Fe10合金的凝固組織中觀察到由兩類復(fù)雜合金相構(gòu)成的lamellax結(jié)構(gòu)。SAED及EDS實(shí)驗(yàn)表明，構(gòu)成lamellar結(jié)構(gòu)的兩種復(fù)雜合金相分別為有缺陷的十次準(zhǔn)晶(包含共生的相關(guān)近似相ξ-Al-Pd-Fe)和單斜Al3Fe(M-Al3Fe)。它們之間的取向被確定如下：準(zhǔn)晶與單斜Al3Fe：10-foldD-pha

4、se//[010]M-Al3Fe，2p-foldD-phas//[001]M-Al3Fe；ξ-Al-Pd-Fe相與單斜Al3Fe：[010]MAl3Fe//[010]ξ-Al-Pd-Fe，[100]MAl3F//[104]ξ-Al-Pd-Fe。利用HREM技術(shù)直接揭示了復(fù)雜合金相的相界結(jié)構(gòu)特征，建立了單斜Al3Fe與ξ-Al-Pd-Fe相間相界處的原子結(jié)構(gòu)模型，討論了兩者互生時(shí)在原子層次上的密切結(jié)構(gòu)聯(lián)系。 3)利用高分辨電子顯微

5、觀察，發(fā)現(xiàn)了兩種新型復(fù)雜合金相α-Al-Pd-Fe及β-Al-Pd-Fe。為了系統(tǒng)地理解Al-Pd-Fe復(fù)雜合金相的本征結(jié)構(gòu)特征、揭示它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，提出了一個(gè)描述復(fù)雜結(jié)構(gòu)的新方案，在此前提下，α-Al-Pd-Fe和β-Al-Pd-Fe可以分別用船形和梭形結(jié)構(gòu)單元的排列描述。這些結(jié)構(gòu)單元能十分合理地解釋新型復(fù)雜合金相的本征結(jié)構(gòu)以及缺陷結(jié)構(gòu)特征。基于HREM觀察以及相關(guān)的ξ-Al-Pd-Mn復(fù)雜相的原子結(jié)構(gòu)，搭建了α-Al-Pd-Fe

6、和β-Al-Pd-Fe的原子結(jié)構(gòu)模型。 4)通過HREM觀察，在上述新型復(fù)雜合金相中發(fā)現(xiàn)了三種新型結(jié)構(gòu)缺陷(H型，W型以及P型)、并對(duì)其形成、分布以及結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析討論，指出它們的形成可以通過船形或梭子形基本結(jié)構(gòu)單元的旋轉(zhuǎn)重疊構(gòu)成。對(duì)于α-Al-Pd-Fe復(fù)雜相中經(jīng)常出現(xiàn)的H型結(jié)構(gòu)缺陷，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高溫?zé)崽幚砗?，分散分布在鑄態(tài)α-Al-Pd-Fe相中的H型缺陷形成了具有較大尺寸的條帶狀結(jié)構(gòu)。這些變化反映出熱處理過程中復(fù)雜合金相內(nèi)原

7、子團(tuán)發(fā)生了重新調(diào)整和再排列過程。 5)對(duì)于1.2 nm周期的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)，目前所有的模型都不能對(duì)其準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的特征給予很好的解釋。為了得到類似的準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)，本文從實(shí)空間原子團(tuán)排列的角度出發(fā)，提出了形成Al-Pd-Mn準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的覆蓋生長(zhǎng)模型，并從實(shí)空間、倒易空間、垂直空間等多個(gè)方面對(duì)在各種生長(zhǎng)條件下形成的模擬準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，生長(zhǎng)單元的隨機(jī)覆蓋生長(zhǎng)形成的模擬準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)能夠再現(xiàn)1.2nm周期Al-Pd-Mn十次穩(wěn)定準(zhǔn)