基于團(tuán)簇的三元準(zhǔn)晶成分判據(jù)及其在Ti-Zr-TM系中的應(yīng)用.pdf

1、本論文從原子團(tuán)簇出發(fā)建立了量化的三元準(zhǔn)晶成分判據(jù),并以此為指導(dǎo)進(jìn)行了Ti-Zr基準(zhǔn)晶的成分設(shè)計(jì)和研究.工作主要分兩部分:首先,系統(tǒng)分析了典型三元準(zhǔn)晶系中二元準(zhǔn)晶類(lèi)似相的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及其在相圖中的分布特征,并結(jié)合已有的三元準(zhǔn)晶經(jīng)驗(yàn)判據(jù),指出:三元準(zhǔn)晶相圖中的變電子濃度線的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)著特定的二元團(tuán)簇,該線的位置可由二元團(tuán)簇成分與第三組元精確確定,由此,可建立真正量化的三元準(zhǔn)晶成分判據(jù),即形成準(zhǔn)晶的理想成分位于三元準(zhǔn)晶相圖中的兩條變電子濃度線交點(diǎn)

2、附近,從而實(shí)現(xiàn)三元準(zhǔn)晶成分在相圖上的準(zhǔn)確定位.基于上述定量判據(jù),設(shè)計(jì)出Ti-Zr-TM(TM=Ni,Co,Cu,Si)系列準(zhǔn)晶成分.采用銅模吸鑄方法制各樣品,并通過(guò)XRD、DSC以及TEM等實(shí)驗(yàn)手段,研究了這些準(zhǔn)晶的形成規(guī)律,得到如下結(jié)論:1.Ti-Zr-Ni準(zhǔn)晶具有寬大的形成區(qū)域,其成分區(qū)間為10~70at.％Ti、10~70at.％Zr和10~30at.％Ni,其中,在Ti<,9>Ni<,4>-Zr和Zr<,9>Ni<,4>-Ti兩

3、條變電子濃度線的交點(diǎn)處可用吸鑄方法得到單一準(zhǔn)晶相,Ti-Zr-Ni準(zhǔn)晶的形成具有鮮明的變電子濃度線特征,體現(xiàn)出Ti-Zr-Ni準(zhǔn)晶的形成與Ti<,9>Ni4和Zr<,9>Ni<,4>兩二十面體團(tuán)簇之間的密切結(jié)構(gòu)聯(lián)系.2.以Co替代Ti-Zr-Ni合金中的Ni將使形成準(zhǔn)晶的區(qū)域減小.在Ti<,9>(Ni,Co)<,4>-Zr變電子濃度線上,Ti<,42>Zr<,40>(Ni,Co)<,18>至Ti<,48>Zr<,30>(Ni,Co)<,

4、22>的成分區(qū)間內(nèi)可形成鑄態(tài)準(zhǔn)晶相.其中Ti<,42>Zr<,40>(Ni,Co)<,18>位于Ti<,9>(Ni,Co)<,4>-Zr與Zr<,9>(Ni,Co)<,4>-Ti兩條變電子濃度線的交點(diǎn)附近,而Ti<,48>Zr<,30>(Ni,Co)<,22>為形成準(zhǔn)晶的最佳成分點(diǎn),它位于Ti<,9>(Ni,Co)<,4>-Zr與Zr<,7>(Ni,Co)<,6>-Ti的交點(diǎn)附近.3.微量元素Si添加將有利于Ti-Zr-TM(TM=Ni

5、,Co)準(zhǔn)晶的形成.在Ti<,42>Zr<,40>Ni<,4.5>Co<,13>.5合金加入1~4 at.％Si后,準(zhǔn)晶相的體積分?jǐn)?shù)增加.而在Ti-Zr-Co系中,~2at.％Si的添加能夠使得Ti<,42>Zr<,40>Co<,18>鑄態(tài)合金中形成準(zhǔn)晶相,Ti<,53>Zr<,27>Co<,20>合金無(wú)法通過(guò)Si添加獲得鑄態(tài)準(zhǔn)晶相,這表明滿(mǎn)足我們判據(jù)的Ti<,42>Zr<,40>Co<,18>合金的準(zhǔn)晶形成能力優(yōu)于Ti<,53>Zr<

6、,27>Co<,20>合金.4.結(jié)合等電子濃度面和等平均原子尺寸面判據(jù),以Ti<,40>Zr<,40>Ni<,20>準(zhǔn)晶為基礎(chǔ)在Ti-Zr-Ni-Cu四元系設(shè)計(jì)出系列合金,獲得一組包括單相準(zhǔn)晶、非晶和tI-Zr<,2>Cu在內(nèi)的等電子濃度相.其中,準(zhǔn)晶和非晶都含有二十面體團(tuán)簇,而Zr<,2>Cu相含有截角八面體結(jié)構(gòu),是二十面體團(tuán)簇的變種.Ti<,12>Zr<,55>Ni<,13>Cu<,20>塊體非晶合金在升溫晶化時(shí)首先轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)晶,然后