合金玻璃形成能力表征與預測以及塊體金屬玻璃的制備.pdf

1、快速而又合理地判定合金的玻璃形成能力是開發(fā)新型金屬玻璃的關鍵，以較為成熟的Pd基、Mg基、Zr基和La基塊體金屬玻璃為研究對象，研究其混合熵Smix、原子半徑差比率△d、原子電負性差比率△e、化學鍵離子率v、d/e=△d/△e、熔化熱/凝固潛熱⊿Hm以及固液自由能差⊿G等參數與金屬玻璃的臨界冷卻速度Rc的關系，建立了可以成功地用于預測合金玻璃形成能力的徑向基函數RBF網絡模型，并采用真空噴鑄法制備了金屬玻璃樣品，對上述的各種關系和RBF

2、網絡模型進行了直接驗證。 △d、△e和v與臨界冷卻速度Rc的關系中都出現極值現象，對于不同的合金體系，極值出現的位置不同；金屬玻璃的最優(yōu)成分范圍以及各種添加元素的最佳添加量行為，可能與此極值現象相關；合金中包含的組元數目多有利于提高其玻璃形成能力，玻璃形成能力強的合金，其各個組元的原子百分含量、組元原子半徑差及其電負性差之間的搭配是很和諧的；融合建模的合金系之間包含的主要組元數量和種類越相近，所建立的模型的可靠程度越高，其預測結

3、果與實測結果越吻合。 融合△d和△e，得到了一個新的能快速而又準確判定合金玻璃形成能力的判據，即d/e判據，發(fā)現其與Rc之間的關系比△d或△e與Rc之間的關系表現出的規(guī)律更具一致性，即開口向上的拋物線規(guī)律，表明具有適中的d/e值的合金有較高的玻璃形成能力，要準確地判定合金的玻璃形成能力必須同時考慮影響合金玻璃形成能力的關鍵性因素，切不可過分強調某一參數的作用；并且其模型二次項前常數B2反映了合金系的玻璃形成能力對合金成分的敏感性

4、和合金最佳玻璃形成成分范圍的大小，B2越大表明該合金系的玻璃形成能力對合金成分越敏感、合金最佳玻璃形成成分范圍越窄。 應用熱力學有關理論，得出了一系列計算金屬玻璃△G的模型，并把它們劃分為三類，簡稱為第Ⅰ類、第Ⅱ類和第Ⅲ類，提出了極限溫度Tj，即模型合理計算自由能差所能達到的最低溫度的概念，三類模型分別適合于不同合金的自由能差的計算，模型沒有優(yōu)劣之分；△G的計算與熔化溫度Tm有關，采用不同的Tm計算，△G曲線會發(fā)生漂移，漂移的幅

5、度與熔化溫度區(qū)間△T有關，即，△T越大，△G曲線漂移的幅度越大；提出了合理判定金屬玻璃△G計算模型的方法，即單向一次躍遷規(guī)則，得出了△G曲線發(fā)生躍遷的約化玻璃溫度Trg和△T的極小估計值，預測結果與實測結果相吻合；發(fā)現金屬玻璃的△G與其Rc間不存在線性關系；提出了折合熔化溫度Trm和折合系數β(0≤β≤1)的概念，當Trm合適時，在△G恰當處，其玻璃形成能力達到最佳；金屬玻璃△G小的條件是Trg大且其△T適中；通過理論分析和實驗驗證了T

6、rg作為合金玻璃形成能力的判據的合理性和局限性。 實驗發(fā)現不管是在何種升溫速率下采用何種Tm，采用單向一次躍遷規(guī)則計算得到的Rc不但在數值上而且在玻璃形成能力趨勢上都與實測值吻合，表明單向一次躍遷法則的計算值與采用的升溫速率和Tm關系不大；采用單向一次躍遷法則、式(8-5)、Johnson模型等計算的Rc與RBF網絡模型的預測值在數值上而且在玻璃形成能力趨勢上都與實際情況吻合較好，表明單向一次躍遷法則的正確性與合理性。

7、提出了一個簡單而又快速預測合金玻璃形成能力的簡潔方法和表征合金玻璃形成能力的新的參數，即⊿Hm，其模型預測的Rc與實測結果吻合較好。但是，實驗發(fā)現⊿Hm判據的預測結果比用單向一次躍遷法則的預測結果要差，表明Trg起了不可忽視的作用；采用d/e和⊿Hm兩個判據所得到的Rc的預測值在數值上吻合較差，尤以后者的結果更差，主要是由于這兩個判據只包含了影響合金玻璃形成能力的因素的一部分。 在研究RBF網絡模型的預測性能中發(fā)現，優(yōu)化獨立輸入

8、參數和樣本的種類及其數量是建立具有優(yōu)良預測性能的RBF網絡的關鍵，RBF網絡才具有最佳的學習效果，達到最優(yōu)的預測精度和準確率；在樣本數一定的情況下，適當添加線性相關程度高的輸入參數可以調整RBF網絡的內部精細結構，達到提高RBF網絡的預測性能的目的；添加合適的樣本，可以提高RBF網絡局部的甚至全局的預測精度和準確率，而不影響其它區(qū)域的預測精度和準確率；實驗證實，RBF網絡的預測結果與實測值吻合較好，表明RBF網絡可以成功地用于金屬玻璃的

9、玻璃形成能力的預測，能夠大大地減少時間、精力和資本投入；RBF網絡具有很強的內插功能，但不具有外插能力。 實驗結果表明，RBF網絡既可合理地預測合金的約化玻璃轉變溫度和過冷液相區(qū)間又能可靠地預測合金的臨界冷卻速度和臨界尺寸，而單向一次躍遷法則、d/e和⊿Hm三個判據只能用來預測合金的臨界冷卻速度，在趨勢預測上四種方法的結果基本吻合，但在數值預測上前兩者的結果很接近實測結果，后兩者的結果與實測結果相差較遠，⊿Hm判據最差。四種方法

10、可以相互對照、互相補充。 金屬玻璃的不同的特征溫度對升溫速率B的敏感程度不同，不同的合金系甚至合金成分的微小改變后的特征溫度對升溫速率的敏感程度也不同，并且這種敏感性與合金成分偏離共晶成分的程度不同而變化，即合金越靠近共晶成分，這種敏感性就越低；特征溫度的自然對數值lnT與升溫速率B之間的關系很好地成線性關系；金屬玻璃的玻璃轉變激活能Eg和初始晶化溫度Tx因合金系和合金成分的不同而有較大的差別，靠近共晶成分的合金的玻璃轉變激活能