从稳定准晶制备非晶

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:songyc198610712
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近来,人们陆续在Zr65Cu17.5Ni10Al7.5、Al75Cu15V10、Ti53Zr27Ni20和Ti40Ni40Cu10Si10等许多合金体系里发现了非晶在晶化过程初期转化为准晶的现象。这说明块状非晶的近程有序原子团与准晶原子团之间在结构上存在相似性。我们的前期工作也表明,铸态Zr65Al7.5Ni10Cu17.合金中的晶体学相与非晶基体有着相近的电子浓度,这说明它们在电子结构上也有密切的关系。 多元合金系非晶与准晶的众多相似之处令人不禁探究利用它们之间结构、能量上的联系从准晶出发合成非晶的可能性。为此在本文中我们尝试把准晶作为合金系组元之一,建立两个含有准晶组元的合金系,这些合金系中寻找具有强非晶形成能力的稳定非晶,并通过研究二准晶系中非晶的形成过程,考察非晶与准晶的关系。 在第一个合金系“二十面体准晶(IQC)—十次准晶(DQC)—Zr”中,我们首先把二十面体准晶IQC-Al62Cu25.5Fe12.5和十边形准晶DQC-Al70Co15Ni15以不同比例进行混合,得到IQC100-xDQCx合金(x为重量百分比)。X射线分析表明合金中除了二准晶相(IQC和DQC)外,主要的合金相都是准晶的类似相:λ-Al13Fe4、β-AlFe和τ3-Al3Ni2。而且,合金中相组成的演变规律符合Al-(Cu,Ni)-(Fe,Co)伪三元相图中合金相应等电子浓度线的演变规律。以上结果说明二准晶的混合的确在准晶体系中引入了混乱,打破了原准晶中二十面体原子团的准周期排列,准晶相已转变为相应的类似相。 为了得到稳定的合金相组成,对铸态合金进行了退回处理。退回后,IQC和τ3相的比例增加,亚稳相DQC转变为τ3和λ的混合物。此外,退火后另一十次准晶相Al-Cu-Co DQC在IQC80DQC20和IQC70DQC30合金的出现说明了,即使经过高温熔炼,IQC100-xDQCx合金中仍然有二十面体原子团存在。这些合金中的二十面体结构单元为后续合金向非晶的演变奠定了基础。 随后,通过向二元合金中加入Zr,Zrx(IQC80DQC20)100-x伪三元合金被制备出来(x为重量百分比)。通过对合金结构的分析发现,随着Zr原子的不断加入,合金相的结构逐渐变得复杂,相应X射线衍射中合金相的最强峰逐渐向低角度偏移。当Zr添加达到70wt.%时,Zr70(IQC80DQC20)30合金中的相组成复杂程度最高。其合金相主要是拓扑密堆相,在这些相的结构中,以Al为中心的二十面体和以Zr为中心的密堆大连理工大学博士学位论文多面体是其基本结构单元。这说明Zr原子的加入增加了合金结构中密堆多面体的比例,增加了合金的致密度。 随后,采用单辊甩带法制备出Zr7。(IQCsoDQCZ。)30(ZrsoA132Cu,oFe5Co,.SNi,s)非晶合金。对其进行的DSC分析表明,它具有与hioue Zr65A17万Cu17.SNi;。合金相类似的非晶形成能力。此非晶的晶化还显示了与大块非晶类似的多部晶化过程。 遵循类似的思路,我们建立了第二个合金系:“二十面体准晶aQC)一Ni一zr”。在此合金系中,首先把IQc和Ni混合,得到IQCloo一ix(x为原子百分比)合金,其合金相组成都是具有简单立方结构的BZ相。进一步,把zr原子加入IQC70Ni3。和IQCS浏i50合金中,其相组成的结构演变也同样出现了随Zr含量增加结构逐渐复杂的过程,其中Zr40N坛IQC33合金具有最复杂的结构和较低的熔点。随后,z介。Ni27IQe33(z玫oNi27^12。,4Cus4Fe42)非晶甩带被制备出来。此非晶合金同样显示出与前IQC一DQC一Zr系非晶合金类似的非晶形成能力。 本论文中在以准晶为基的合金系中具有高形成能力的非晶合金的成功制备说明了二十面体在非晶形成机理中至关重要的作用。而且合金结构中高配位数多面体与二十面体的适当配合是形成稳定非晶中密堆结构的关键。
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