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文檔簡介
1、非晶合金的形成是固體物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)問題。人們一直試圖理解復(fù)雜多組元非晶合金的成分規(guī)律及其高非晶形成能力問題,這是發(fā)展大非晶形成能力、高性能和低成本非晶合金的重要基礎(chǔ)。鑒于非晶合金以近程有序結(jié)構(gòu)為特征,且近程有序主要體現(xiàn)在第一近鄰配位多面體團(tuán)簇結(jié)構(gòu)上,團(tuán)簇概念被大量用來探索非晶合金結(jié)構(gòu),并可用以此闡釋和推斷大非晶形成能力合金的成分特征。我們前期建立的“團(tuán)簇加連接原子”模型將非晶合金可看作由基礎(chǔ)團(tuán)簇與占據(jù)團(tuán)簇間空隙位置的連接原子兩
2、部分構(gòu)成。相應(yīng)的,非晶合金的結(jié)構(gòu)與組分特征可用[團(tuán)簇](連接原子)x描述,這里,x為連接原子數(shù)目與團(tuán)簇的數(shù)目比?!皥F(tuán)簇+連接原子”模型將非晶合金的結(jié)構(gòu)與成分信息有機(jī)統(tǒng)一于團(tuán)簇成分式中。如果我們合理地確定出非晶合金的團(tuán)簇式,由其就可得到合金確切的化學(xué)成分。這就是基于“團(tuán)簇+連接原子”模型的非晶合金團(tuán)簇式定量成分設(shè)計(jì)方法,其實(shí)施主要包括二元非晶基礎(chǔ)團(tuán)簇式的確立及其合金化過程。Zr-Co-Al系為重要的非晶形成體系,本文將通過非晶合金的團(tuán)簇式
3、設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行再研究。具體的,將從Zr-Co二元系出發(fā),解析與闡釋非晶相關(guān)的共晶化合物結(jié)構(gòu)及共晶點(diǎn)成分,以其為基礎(chǔ)建立Zr-Co-Al系的非晶團(tuán)簇式,設(shè)計(jì)與制備具有大非晶形成能力的Zr-Co-Al合金,并測試分析Zr-Co-Al塊體非晶的熱學(xué)與力學(xué)等性能,為發(fā)展具有優(yōu)良綜合性能的Zr-Al-Co非晶合金提供理論與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
本研究主要結(jié)果如下:⑴解析了tI12-Zr2Co與cP2-ZrCo共晶相的基礎(chǔ)團(tuán)簇,分別為以Co為心的
4、Co3Zr8與以Zr為心的Zr7Co8團(tuán)簇。以其為基礎(chǔ)可將Co-Zr二元非晶系的主要共晶點(diǎn)成分——Zr46.6Co53.4、 Zr65Co35和Zr78.5Co21.5用團(tuán)簇式精確解析成:[Zr7Co8](CoZr)=Zr47Co53、[Co3Zr8](Co2Zr)=Zr64.3Co35.7和[Co3Zr8]Zr3=Zr78.6Co21.4。⑵著重Zr基Zr-Co-Al非晶研究,因此將Co3Zr8作為構(gòu)筑非晶團(tuán)簇式的基礎(chǔ)團(tuán)簇;分別以Co
5、/Zr為連接原子,結(jié)合非晶形成的原子尺寸與電子濃度判據(jù),確定出Zr-Co二元非晶的四個(gè)基礎(chǔ)團(tuán)簇成分式:[Co3Zr8]Co、[Co3Zr8]Co2、[Co3Zr8]Co3和[Co3Zr8]Zr;由于共晶點(diǎn)與非晶形成關(guān)系密切,我們將兩富Zr共晶點(diǎn)的團(tuán)簇式[Co3Zr8](Co2Zr)與[Co3Zr8]Zr3也作為Zr-Co二元基礎(chǔ)非晶團(tuán)簇式進(jìn)行合金化,以作比較。⑶引入第三組元Al,替換上述六基礎(chǔ)團(tuán)簇式中Co3Zr8團(tuán)簇殼層上的Co和Zr,
6、在原子尺寸上Co+Zr=2Al,由此獲得六個(gè)Zr-Co-Al非晶成分:[Co2Zr7Al2]Co、[Co2Zr7Al2]Co2、[Co2Zr7Al2]Co3、[Co2Zr7Al2]Zr、[Co2Zr7Al2](Co2Zr)和[Co2Zr7Al2]Zr3,其對(duì)應(yīng)的原子百分比成分分別為Zr58.3Co25Al16.7、Zr53.8Co30.8Al15.4、Zr50Co35.7Al14.3、Zr66.6Co16.7Al16.7、Zr57.1C
7、o28.6 Al14.3和Zr71.4Co14.3Al14.3。水冷銅模吸鑄實(shí)驗(yàn)表明:除Zr71.4Co14.3Al14.3與Zr66.6Co16.7Al16.7外,其余成分處都可得到臨界直徑大于2 mm非晶棒;Zr58.3Co25Al16.7、 Zr53.8Co30.8Al15.4和Zr57.1Co28.6 Al14.3非晶的臨界直徑超過8mm;其中,[Co2Zr7Al2]Co2團(tuán)簇式對(duì)應(yīng)的Zr53.8Co30.8Al15.4成分處的
8、非晶形成能力最大,臨界尺寸達(dá)12 mm,在同等制備條件下高于已報(bào)道的最好成分Zr56Co28Al16(臨界尺寸10 mm)。⑷通過銅模鑄造實(shí)驗(yàn)對(duì)最佳團(tuán)簇式[Co2Zr7Al2] Co2成分周圍的Zr85-xCoxAl15(x=24~34)、Zr54Co46-yAly(y=14~18)、Zr84-x'Cox'Al16(x'=28~32)和Zr53Co47-y'Aly'(y'=15~17)系列合金進(jìn)行了非晶形成能力評(píng)估,結(jié)果發(fā)現(xiàn):Zr-Co
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