Zr2Ni-Ti2Ni合金的熔化熵与熔点粘度的关联性研究

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非晶的形成是热力学和动力学共同作用的结果,因此从热力学和动力学方面研究非晶的形成,对探索非晶材料具有重要意义。本文以伪二元Zr2Ni-Ti2Ni体系为研究对象,(Zr2Ni)x(Ti2Ni)1-x体系内不同组分(x=0.206,0.44,0.55,0.654,0.71,0.73,0.8和0.85),通过电弧熔炼制备各个组分的合金锭。为了使熔炼的合金锭均匀化,各个组分的合金锭在高真空退火炉中退火72 h,然后对各个组分进行XRD检测,以确定所熔炼的各个组分的晶体结构与文献报道一致。退火后的合金锭在甩带机中采用不同转速制备出条带状样品,采用X射线衍射技术对制备的合金条带进行检测,并确定其结构类型。以临界铜辊的转速来表征和比较各个组分合金的非晶形成能力。研究结果表明,偏离深共晶点组分(Zr2Ni)0.73(Ti2Ni)0.27的非晶形成能力最好。进一步针对(Zr2Ni)x(Ti2Ni)1-x体系内三个具有代表性的组分(两个共晶组分和一个金属间化合物组分,x=0.206,0.44和0.654),以熔化熵(ΔSm)和粘度(η)作为热力学和动力学的代表参量,通过差示扫描量热仪和扭转振荡粘度测量仪准确测量了上述三个具有代表性的组分的热力学(ΔSm)和动力学(η)参量,并探索了熔化熵、熔点粘度以及非晶形成能力之间的关系。三个组分(x=0.206,0.44和0.654)的熔化熵的测量值依次为:7,6.7和6.3 J/mol·K,熔点粘度的测量值依次为:8.17,10.59和12.3 mPa?s。实验数据表明非晶合金的热力学参量熔化熵和动力学参量熔点粘度的对数之间存在线性关系,即低的熔化熵对应于高的熔点粘度,文献调研的合金的熔化熵和熔点粘度的实验数据进一步证实了此线性关系,通过拟合实验数据所得到的线性方程为:logηm=-0.29ΔSm+2.95,此关联的建立为寻找非晶体系提供一种新的思路。
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