部分Cu基晶态/Fe基非晶态复合材料体系相图的实验测定与热力学计算

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非晶态合金材料因其高强度、高硬度和耐腐蚀等优异的物理化学性能,在基础科学和实际应用领域受到广泛的关注。然而,室温脆性的存在使非晶态合金材料的应用受到了限制。为了克服室温脆性,晶态/非晶态复合材料作为一种解决方案进入了科研工作者的视野。最近,利用多元合金体系中的液相两相分离现象制备晶态/非晶态复合材料被认为是一种简洁、有效的方法。为了有目的地利用液相两相分离现象制备晶态/非晶态复合材料,就需要建立多元合金体系的热力学数据库,进行材料成分设计。本研究作为Cu基晶态/非晶态复合材料的热力学数据库的重要组成部分,对Fe-Ta-X(X=Cu,Zr)和Cu-B-X(X=Si,Zr)各三元系的相图进行了实验测定与热力学优化及计算。在此基础上,设计与制备了Cu基晶态/Fe基非晶态复合薄带,并利用EPMA、XRD、DSC和VSM等表征手段对其微观组织与性能进行了研究。具体研究成果如下:  (1)采用合金法,利用EPMA和XRD等表征手段,实验测定了Cu-Fe-Ta(1000℃,1100℃,1200℃)三元系的相平衡。同时,基于本研究的实验数据,利用CALPHAD方法,对Cu-Fe-Ta三元系相图进行了热力学优化与计算,计算结果与实验结果相一致。研究结果表明,Cu-Fe-Ta三元系中存在稳定的液相溶解度间隙。  (2)采用合金法,利用EPMA等表征手段,实验测定了Fe-Ta-Zr(900℃,1000℃,1100℃)三元系的相平衡。同时,基于本研究的实验数据,利用CALPHAD方法,对Fe-Ta-Zr三元系相图进行了热力学优化与计算,计算结果与实验结果相一致。研究结果表明,在Fe-Ta-Zr三元系中存在低熔点的共晶点,这些共晶合金可以作为非晶态合金的备选成分。  (3)采用合金法,利用EPMA等表征手段,实验测定了Cu-B-X(X: Si,Zr)(1000℃,1100℃,1200℃)各三元系的相平衡。同时,基于本研究的实验数据,利用CALPHAD方法,对Cu-B-X(X: Si,Zr)各三元系相图进行了热力学优化与计算,计算结果与实验结果相一致。研究结果表明,Cu在B3Si相、B6Si相、BnSi相及B2Zr相中几乎没有固溶度;并且B元素的添加将不利于在Cu-B-Zr三元系合金中获得非晶态合金。  (4)利用Cu基晶态/非晶态复合材料的热力学数据库,计算了Cu-Fe-Si-Ta-B五元系的纵截面相图。在此基础上设计和制备了Cu30(Fe0.75Si0.1-xTaxB0.15)70(at.%)(x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)和Cuy(Fe0.75Si0.09Ta0.01B0.15)100-y(at.%)(y=15,30,45)系列晶态/非晶态复合薄带。研究结果表明,该复合薄带中,Cu-rich相是晶态相,Fe-Si-Ta-B-rich相是非晶态相,同时该Cu基晶态/Fe基非晶态复合薄带具有良好的软磁性能。
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