Zr-Cu-Ni-Al-Ti大块金属玻璃的多步相变的原位散射研究
发布时间：2021-03-21 21:20
金属玻璃是通过快速冷却合金熔体以保留液体的长程无序结构所形成的合金,又叫非晶合金。本文对具有优异玻璃形成能力的Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5（商业牌号BAM 11）大块金属玻璃结构相变过程进行了较为系统的研究。差热扫描量热分析测试发现BAM11在超过冷液相区间存在两次放热过程。研究发现经过恰当的保温处理,可在保存第二个放热峰的情况下使第一个异常放热峰完全消失。有研究者认为该异常放热峰可能对应了先析出结晶相或是化学相分离过程,但由于缺乏强有力的直接证据,使该课题仍具有较大争议。为了解决这一难题,我们采用了一系列原位的测试分析方法,包括X射线衍射、原位透射电子显微镜、同步辐射原位小角/广角高能X射线衍射以及X射线光电子能谱分析等,系统地研究了BAM 11金属玻璃在超过冷液体区间保温退火过程中的结构演变过程。原位散射研究结果表明:随着保温时间的延长,BAM 11样品发生了复杂的包含五个阶段的动力学过程:1)孵化期;2)液态-液态相变期;3)化学相分离期;4)结晶阶...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)恒压下体系的体积或焓随温度的变化关系，Tm是熔点温度，Tg是玻璃转变温度[3]
的方法制备出非晶材料呢？不过早在此之前，人们对非晶合金就已经进行了大量的理论探索过程。理论的核心之一就是如何通过某一种方法将液体结构快速冻结住形成非晶态，从而避免原子重排成稳定的具有周期性排列的晶体结构。在此理论基础指导下，成功制备出非晶的实践就显得尤为重要。通过不断地努力和探索，不同的非晶制备方法便如雨后春笋般涌现出来。二十世纪三四十年代，首先制备出非晶材料的德国科学家Krammer采用气相沉积法，将金属蒸发的气体沉积到低温衬垫上，获得非晶态的金属薄膜Sb[6]。此后，哥廷根大学的Buckle图1.2Au-Si非晶合金X射线衍射曲线[4]以及Hilsch等人在Krammer的制备方法启发下，制得了一系列非晶态薄膜合金，例如Bi,Ga,Sn以及Sn-Cu合金等[7-9]。紧接着，Brenner[10]采用了另外一种全新的制备方法，即电解和化学沉积法从水溶液中获得了二元Ni-P非晶合金。这为非晶合金镀膜在工业上的应用打下坚实的基矗Turnbull从水银被过冷的理论中类推其他金属溶液也可以被过冷，这样过冷液体在冷却速度极快的情况下就有可能将液态金属冻结从而形成非晶态，这一大胆猜测打破了人们认为金属不可以被过冷的常规思维模式。随后，Turnbull与
i大块金属玻璃的多步相变的原位散射研究3其合作者将这一猜想付诸实践，发展并完善了非晶形成的动力学理论，提出短程有序结构二十面体团簇的概念。在他们的制备方法中，其中借助三氧化二硼试剂进行熔融包覆法熔炼、快淬的方法尤为简单可靠。1984年，Turnbull的学生瞿显荣利用这种方法首次制备出Pd-Ni-P块体非晶合金[11,12]，铸造尺寸高达10mm，这也是历史上首次定义块体金属玻璃。后来日本的井上明久课题组进一步完善了该体系，其他元素比例不变的情况下，他们按照Ni-Cu1:3的比例添加Cu元素，块体临界尺寸高达72mm[13]。图1.3是前期部分不同非晶体系制备出的极限尺寸对比图[14]。Turnbull的工作对非晶领域的研究具有重大意义，为非晶科研工作者开辟了一条光明大道，为非晶的发展奠定了重要基础，并且揭开了非晶材料及物理学的研究序幕[15-19]。紧接着，就是上文提到的Duwez采用的熔体冷淬的方法制备的非晶薄膜。自此，材料科学工作者便在非晶研究道路上如火如荼的展开了研究，研发制备了各种不同体系的非晶合金，例如常见的Pd基[11,20,21]，Zr基[22-29]，Fe基[11,20,30,31]，Co基[11,20]等非晶合金体系。从薄膜非晶到块体金属玻璃，从二元到五元，不仅实现了尺寸上的飞跃，同时也实现了体系多样性的跨越。图1.3前期部分不同非晶体系制备出的临界尺寸对比图[14]1.1.3非晶合金制备方法最早制备出的非晶合金多以薄膜和条带的形式出现，利用的核心手段是使熔融金属液体冷凝，从而抑制结晶，形成非晶样品。但是仅以薄膜和条带的形式出现，很难将非晶合金广泛应用起来，因此随着人们的需求，后期又成功研制出大块金属玻璃，这大大的扩展了金属玻璃的应用。从薄膜非晶到大块金属玻璃，中间发展了许多制备方法。一般情况下，要想获得金
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米结构非晶合金材料研究进展[J]. 冯涛,Horst Hahn,Herbert Gleiter. 物理学报. 2017(17)
[2]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
本文编号：3093557
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)恒压下体系的体积或焓随温度的变化关系，Tm是熔点温度，Tg是玻璃转变温度[3]
的方法制备出非晶材料呢？不过早在此之前，人们对非晶合金就已经进行了大量的理论探索过程。理论的核心之一就是如何通过某一种方法将液体结构快速冻结住形成非晶态，从而避免原子重排成稳定的具有周期性排列的晶体结构。在此理论基础指导下，成功制备出非晶的实践就显得尤为重要。通过不断地努力和探索，不同的非晶制备方法便如雨后春笋般涌现出来。二十世纪三四十年代，首先制备出非晶材料的德国科学家Krammer采用气相沉积法，将金属蒸发的气体沉积到低温衬垫上，获得非晶态的金属薄膜Sb[6]。此后，哥廷根大学的Buckle图1.2Au-Si非晶合金X射线衍射曲线[4]以及Hilsch等人在Krammer的制备方法启发下，制得了一系列非晶态薄膜合金，例如Bi,Ga,Sn以及Sn-Cu合金等[7-9]。紧接着，Brenner[10]采用了另外一种全新的制备方法，即电解和化学沉积法从水溶液中获得了二元Ni-P非晶合金。这为非晶合金镀膜在工业上的应用打下坚实的基矗Turnbull从水银被过冷的理论中类推其他金属溶液也可以被过冷，这样过冷液体在冷却速度极快的情况下就有可能将液态金属冻结从而形成非晶态，这一大胆猜测打破了人们认为金属不可以被过冷的常规思维模式。随后，Turnbull与
i大块金属玻璃的多步相变的原位散射研究3其合作者将这一猜想付诸实践，发展并完善了非晶形成的动力学理论，提出短程有序结构二十面体团簇的概念。在他们的制备方法中，其中借助三氧化二硼试剂进行熔融包覆法熔炼、快淬的方法尤为简单可靠。1984年，Turnbull的学生瞿显荣利用这种方法首次制备出Pd-Ni-P块体非晶合金[11,12]，铸造尺寸高达10mm，这也是历史上首次定义块体金属玻璃。后来日本的井上明久课题组进一步完善了该体系，其他元素比例不变的情况下，他们按照Ni-Cu1:3的比例添加Cu元素，块体临界尺寸高达72mm[13]。图1.3是前期部分不同非晶体系制备出的极限尺寸对比图[14]。Turnbull的工作对非晶领域的研究具有重大意义，为非晶科研工作者开辟了一条光明大道，为非晶的发展奠定了重要基础，并且揭开了非晶材料及物理学的研究序幕[15-19]。紧接着，就是上文提到的Duwez采用的熔体冷淬的方法制备的非晶薄膜。自此，材料科学工作者便在非晶研究道路上如火如荼的展开了研究，研发制备了各种不同体系的非晶合金，例如常见的Pd基[11,20,21]，Zr基[22-29]，Fe基[11,20,30,31]，Co基[11,20]等非晶合金体系。从薄膜非晶到块体金属玻璃，从二元到五元，不仅实现了尺寸上的飞跃，同时也实现了体系多样性的跨越。图1.3前期部分不同非晶体系制备出的临界尺寸对比图[14]1.1.3非晶合金制备方法最早制备出的非晶合金多以薄膜和条带的形式出现，利用的核心手段是使熔融金属液体冷凝，从而抑制结晶，形成非晶样品。但是仅以薄膜和条带的形式出现，很难将非晶合金广泛应用起来，因此随着人们的需求，后期又成功研制出大块金属玻璃，这大大的扩展了金属玻璃的应用。从薄膜非晶到大块金属玻璃，中间发展了许多制备方法。一般情况下，要想获得金
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米结构非晶合金材料研究进展[J]. 冯涛,Horst Hahn,Herbert Gleiter. 物理学报. 2017(17)
[2]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
本文编号：3093557
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