Al-X-Ce合金系非晶形成能力及其晶化行為研究.pdf

1、本文以X射線衍射技術(shù)(XRD)、差示掃描量熱分析(DSC)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨電子顯微鏡(HRTEM)為主要研究手段，系統(tǒng)地研究了Al-Ni-Mg-Ce合金系的非晶形成規(guī)律，并詳細(xì)研究了Al-Mg-Ce和Al-TM-RE(TM表示過渡族金屬元素，RE表示稀土元素)非晶合金的晶化行為，此外，還對(duì)Al<,83>Ni<,10>Ce<,7>非晶合金的結(jié)構(gòu)馳豫行為進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過向Al-Ni-Ce合金系中加入適量的Mg

2、元素，能夠在一個(gè)較寬的成分范圍內(nèi)獲得“準(zhǔn)納米-非晶”合金*，其具體成分范圍如下：Al<,82>Ni<,10-x>Mg<,x>Ce<,8>(4≤x≤5)；Al<,83>Ni<,10-x>Mg<,x>Ce<,7>(2≤x≤4)；Al<,84>Ni<,10-x>Mg<,x>Ce<,6>(2≤x≤4)。分析認(rèn)為，Al-Ni-Mg-Ce合金系中“準(zhǔn)納米-非晶”合金的形成主要?dú)w因于Mg元素的特殊性質(zhì)，即Mg與其它組元之間具有較小的負(fù)的混合焓。通過對(duì)

3、Al<,84>Ni<,10-x>Mg<,x>Ce<,6>合金系非晶形成能力(GFA)的研究發(fā)現(xiàn)，GFA與|△HxS<,σ>/K<,B>|成正比，與(T<,1>-T<,m>)成反比，并在此基礎(chǔ)上，提出一個(gè)新的判據(jù)Ω=|△HxS<,σ>/K<,B>|來衡量合金的非晶形成能力。其中，△H表示混合焓，S<,σ>表示錯(cuò)配熵，T<,m>表示熔化開始溫度，乃表示熔化結(jié)束溫度，K<,B>表示波爾茲曼常數(shù)。 發(fā)現(xiàn)在非晶態(tài)Al<,82>Mg<,10

4、>Ce<,8>和Al<,84>Mg<,10>Ce<,6>合金的晶化過程中，亞穩(wěn)相Al<,92>Ce<,8>作為初生相從非晶基體中析出。這一過程明顯不同于一般富鋁基非晶合金的晶化規(guī)律，即fcc-Al作為初生相單獨(dú)或與其它金屬化合物一同在晶化過程的第一階段從非晶基體中析出。 非晶態(tài)Al<<82>Mg<,10>Ce<,8>合金的晶化過程可以歸納如下：在晶化過程的第一階段，亞穩(wěn)相Al<,92>Ce<,8>作為初生相從非晶基體中析出；在晶

5、化過程的第二階段，亞穩(wěn)相Al<,92>Ce<,8>分解成fcc-Al和Al<,4>Ce相，同時(shí)Al<,12>Mg<,17>相也從基體中析出，在此過程中還出現(xiàn)少量未知的亞穩(wěn)相。晶化的最終產(chǎn)物為fCC-Al、Al<,4>Ce和Al<,12.Mg<,17>相。非晶態(tài)Al<,84>Mg<,10>Ce<,6>合金的連續(xù)加熱晶化過程類似于Al<,84>Mg<,10>Ce<,6>非晶合金，只是區(qū)別于在晶化過程的第二階段沒有出現(xiàn)未知的亞穩(wěn)相，其晶化過程

6、可簡(jiǎn)單表示如下：非晶基體→亞穩(wěn)相Al<,92>Ce<,8>+非晶基體→-+(fcc-Al+Al<,4>Ce)+Al<,12>Mg<,17>。通過對(duì)比A1-Mg-Ce(Al<,82>Mg<,10>Ce<,8>/Al<,84>Mg<,10>Ce<,6>)和AL-Mg-Ni-Ce(AL<,82>Mg<,6>Ni<,4>Ce<,8>/AL<,84>Mg<,7>Ni<,3>Ce<,6>/Al<,84>Mg<,5>Ni<,2>Ce<,6>)非晶合金

7、的晶化行為，發(fā)現(xiàn)少量的Ni加入到Al-Mg-Ce非晶合金中能夠促使fcc-Al作為初生相在晶化過程中從非晶基體中析出。對(duì)比A183NiloSi2Ce5和AlssNiloCe5非晶合金的晶化行為發(fā)現(xiàn)，少量Si的加入能夠把共晶型晶化的非晶合金Al<,85>Ni<,10>Ce<,5>轉(zhuǎn)變?yōu)槌蹙途Щ姆蔷Ш辖餉ls3NiloSi2Ce5；對(duì)比Als7Ni7Nd6和Al<,87>Ni<,5>CO<,2>Nd<,6>非晶合金的晶化行為發(fā)現(xiàn)，少量C

8、o替代Ni能夠把初晶型晶化的非晶合金Al<,87>Ni<,7>Nd<,6>轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿途Щ姆蔷Ш辖餉Is7NisC02Nd6。通過Kissinger方法計(jì)算出Al<,83>Ni<,10Ce<,5>、Al<,85>Ni<,10>Ce<,5>、Al<,87>Ni<,7>Nd<,6>和Al<,87>Ni<,5>CO<,2>Nd<,6>非晶合金的晶化激活能分別為191、290、166和221kJ/mol。由此可以看出，Si的加入

9、降低了非晶合金的晶化激活能，即降低了非晶合金的熱穩(wěn)定性；Co的加入增加了非晶合金的晶化激活能，即增強(qiáng)了非晶合金的熱穩(wěn)定性。 以DSC測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，Al<,83>Ni<,10>Ce<,7>非晶合金的結(jié)構(gòu)馳豫研究表明，其晶化過程的第二峰隨預(yù)退火溫度的升高(473K-533K)逐漸與第一峰合并在一起；隨著預(yù)退火溫度的進(jìn)一步升高(533K-553K)又逐漸從第一峰中分離出來。Al<,83>Ni<,10>Ce<,7>非晶態(tài)合金在連續(xù)加熱