氩氢气氛下Zr-Cu-Al非晶合金制备及其玻璃形成能力研究

发布时间：2020-03-19 14:33

【摘要】：块体非晶合金具有强度高、弹性应变极限大、耐腐蚀性好以及软磁性优良等诸多优点,在航空航天、机械、化工等领域具有广泛的应用前景,受到了各领域专家学者的密切关注。本文采用氩氢等离子电弧熔炼法制备Zr_(64)Cu_(24)Al_(12)和Zr_(66)Cu_(22)Al_(12)两种典型的非晶合金,通过该方法可改变非晶合金制备过程中的温度场,同时产生氢的微合金化作用。本论文系统的研究了该方法下Zr基非晶合金玻璃形成能力的增大规律和形成机制。对Zr基非晶合金熔炼过程中温度场进行模拟,结果表明:氢的添加对合金制备过程中的温度场具有显著影响,氩氢气氛中氢含量与熔体温度呈典型的线性关系,当氢含量达到10%时,熔体温度最高,凝壳厚度最薄,产生的有效热用率最大。利用Sieverts定律计算出氢在两种不同成分的Zr基非晶合金中的溶解度公式,并对试样进行实际氢含量测定,发现与计算值较为吻合,在含氢量为10%时,合金中的氢含量最高,超过200ppm。对不同气氛下的Zr_(64)Cu_(24)Al_(12)和Zr_(66)Cu_(22)Al_(12)非晶合金进行结构分析,发现氢的加入使非晶合金的临界尺寸变大,在10%H_2气氛下时临界尺寸达到最大,呈现完全的非晶态结构。利用差示扫描量热法对Zr基非晶合金的热物性质进行研究,发现加氢后合金的过冷液相区宽度△T_x、K判据以及约化玻璃转变温度T_(rg)等均得到显著增加;此外,还研究了晶化激活能和脆性参数的变化规律,发现加氢后的Zr基非晶合金具有更大的激活能及更小的脆性参数,从动力学与热力学的角度解释了氢致Zr基非晶合金玻璃形成能力提高的原因。利用X射线光电子能谱法研究了氢对Zr基非晶合金微观电子结构的影响规律,发现金属元素的内壳层电子约束能在氢含量为10%时达到最小值,表明更加密实的密堆结构的形成,且此时合金具有最多数目的化学键,可增大原子长程扩散及晶化相析出的难度;对价壳层电子结构研究发现,充氢量为10%时具有最强的价壳层电子约束能,表明其具有最密实的原子堆垛结构和最小的原子团簇尺寸。同时,此条件下合金的功函数最高,费米面处具有的电子能谱强度最低,自由能得到降低,稳定了合金结构,从而极大地提高了合金的玻璃形成能力。
【图文】：

块体非晶合金,合金化元素,非晶合金

影响非晶合金的形成，如熔体和模具接触附近存在的杂质、湿性等问题。熔体和模具之间的热交换系数还会受到模具温换系数，对合金熔体温度的降低是十分有益的，它有利于非热率在一定程度上也会影响合金熔体的降温的快慢[28]。金元素块体非晶合金的阶段中，影响非晶合金形成的内在条件主要包成、纯度等方面，这对非晶玻璃形成能力的高低至关重要，因对合金元素异常敏感。目前研究表明有效提高非晶合金形成能元素，按添加元素原子半径的大小，可分为三类：1）半径较小等；2）中间级别的过渡族元素，例如 Fe 等；3）半径较大的非晶合金的研制过程中，日本 Inoue 通过无数的实验获得以种及三种以上组元构成；2）不同原子尺寸相差较大；3）组元热[29]。图 1.1 是在块体非晶合金中可以产生合金化作用的一些

曲线,非晶态合金,不同气氛,压缩应力

b Zr55Cu30Ni5Al10 非晶态合金.2 不同气氛条件吸铸制备的非晶态合金的压缩应力-应变曲 Stress-strain curves of alloys prepared under Ar+x%H2atmos晶态合金热稳定性的影响素间的混合焓、结合能、吸引力等差异很大，因此定性影响差别也很大。根据文献报道，对于有些体稳定性，比如 Cu50Ti40Al10、TiCu 等，这主要是由于吸氢会诱发非晶合金基体发生晶化，进而生成 ZrH2合相形成，降低了非晶合金的热稳定性[38,39]。但对体非晶的热稳定性，比如 Zr-Ti-Cu-Ni-Be、Mg-Ce-Ni30块体非晶合金，发现吸氢温度对非晶态合金的热l10Ni30合金的晶化开始温度 Tx从约 750K 降低至 7温度的升高而增大。氢浓度越低，，吸氢后 Zr60Al10Ni
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.8

【相似文献】