电阻和内耗法探索Cu-Zr-Al-Ag系非晶合金热稳定性和晶化/弛豫行为与玻璃形成能力
发布时间：2021-09-18 13:42
非晶态合金因其长程无序、短程有序的结构特征而具有特殊性能。然而,无论是非晶材料现象学和基础认知,还是开发新型块体非晶合金（BMGs）及提高合金玻璃形成能力（GFA）,均尚待人们不断求索。新近开发的Cu-Zr-Al-Ag系BMGs以其良好的GFA、超高的力学性能和相对低廉的成本而具备工程应用前景。然而,对这类非晶合金的热稳定性、弛豫和晶化行为及GFA本质仍缺乏系统研究。电阻和内耗作为物质结构敏感物理量,可灵敏地反映材料结构变化。本文以CuxZr84-xAl8Ag8 （x=42,40,38,36）系BMGs为主要研究对象,首次运用电阻法和内耗技术系统探索其热稳定性、弛豫和晶化行为、GFA以及熔体状态对所制备非晶诸方面的影响,以期探明该体系BMGs上述诸多物理过程及其差异和本质,揭示相关新现象和规律,从而为该类非晶乃至整个非晶领域的深入研究和工程应用提供科学与技术依据。取得的主要创新性成果和结论如下：1.连续升温（直至1100 K）过程中,CuxZr84-xAl8Ag8 BMGs的电阻温度系数在玻璃转变温度处发生明显变化；此后电阻率出现两次突降,表明除第一阶段晶化外,揭示了由于测量温度范围的...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１等压下液体体积或洽与温度的关系
１．?２．２非晶合金形成的热力学条件??液态合金能否形成非晶与其热力学条件紧密相关。冷却过程中，处于高能亚??稳态的液态合金自发地向能量较低的亚稳相或晶态转变。图１．２为体系自由能Ｇ与??温度ｒ的关系在７＞７；？时，自由能最低的是液相；当ｒ＜ｒ。时，过冷液相和非晶相??的自由能较晶态相的高。体系的凝固过程可Ｗ看成是非晶相与结晶相之间的竞争??过程。从能量观点来看，体系自由能Ｇ＝ｔ／－ｒ＆体系中粒子间的相互作用使体系内??能６１專低，体系趋向于形成有序晶体；温度ｒ和贿Ｓ的降低则使体系无序化。如果Ｕ??很大，即粒子间关联很强，当关联范围一则体系形成长程序的晶态相．如果??较小，关联作用只限于近邻粒子，则体系形成短程有序长程无序的非晶相。??了《?Ｐ＝ｃｏｍｔａｎｔ??气；非晶梢?晶态相???ｉ?ｉ?、Ｌ?Ｉ??Ｉ?ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｔ。Ｔｍ?Ｑ?０??ＴＥＭ?巧?ＲＡＵｍＥ??图１．２?（ａ）等压条件下不同状态物质的自由能与温度的关系；（ｂ）非晶和晶体相的自由能对??比。Ｇ、Ｚ、《和片分别表示非晶、液相和２个同素异构晶体相口】。??Ｆｉｇ?１．２?（ａ）?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒｅｅ?ｅ打ｅｒｇｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｔ?ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ，??（ｂ）?Ｃｏｍｐａｒｉｓｉｏｎ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｏｆ?ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ａｎｄ?ｃｉｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｐｈａ化ｓ．?Ｇ，王，ａ?ａｎｄ??＾?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?化ｅ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
（２）块状非晶合金的制备：将烙炼好的母合金放入可拆卸吸铸铜模上方，重??烙后开启铜模下端的机械累抽气阀，将烙体吸入水冷铜模中。本文根据实验所需，??制备出尺寸为１．５ｘ１０ｘ８０?ｍｍ３的片状非晶。图２．１为高真空电弧烙炼和吸铸装置示??意图。??ｓｎ１＝?１?Ｉ??Ｉ?、模任１＾??Ｉ?ｙ?ｉ??Ｉ?合金＾?？＾真空系统??娇制Ｉ蜗７铜模＿三萄讚???Ｊｚ｜Ｚ真令系统??开义??图２．１高真空电弧烙炼和吸铸装置示意图??Ｆｉｇ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｒｃ－ｍｅｈｉｎｇ?ａｎｄ?ｓｕｃｔｉｏｎ－ｃａｓｔｉ口ｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｈｉｇｈ?ｖａｃｕｕｍ??Ｇ）非晶薄带的制备：图２．２为高真空感应烙炼及单辕甩带装置示意图。将??一定质量的母合金放入下端带有鸭嘴状喷嘴的石英管内，抽真空室的真空至３ｘｌ（Ｔ３??Ｐａ后，充入高纯氣气。启动电机将铜辕转速调整到２５００?ｒｐｍ后接通感应线圈电源??烙炼母合金。调整红外测温仪的光斑使其对准合金烙体进行格体温度的测量。当??烙体温度达到所需温度后，通过调整感应电流的大小使烙体在该温度下保持１?ｍｉｎ，??利用石英管和炉腔间的压差，将烙融的合金喷射到高速旋转的铜链上，形成非晶??薄带。??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]The β-relaxation in metallic glasses[J]. Hai Bin Yu,Wei Hua Wang,Hai Yang Bai,Konrad Samwer. National Science Review. 2014(03)
[2]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[3]不同一级相变材料的内耗峰形成机制[J]. 杨开巍,水嘉鹏,朱震刚. 上海交通大学学报. 2010(05)
[4]Ti-Zr-Ni-Cu非晶系的等电子浓度特征[J]. 羌建兵,黄火根,王清,夏俊海,董闯. 金属学报. 2006(06)
[5]非晶态合金的结构弛豫过程[J]. 刘军民,水嘉鹏. 金属学报. 1995(19)
博士论文
[1]基于电子输运/内耗性质及熔体状态探索非晶合金GFA[D]. 崔晓.合肥工业大学 2013
本文编号：3400240
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１等压下液体体积或洽与温度的关系
１．?２．２非晶合金形成的热力学条件??液态合金能否形成非晶与其热力学条件紧密相关。冷却过程中，处于高能亚??稳态的液态合金自发地向能量较低的亚稳相或晶态转变。图１．２为体系自由能Ｇ与??温度ｒ的关系在７＞７；？时，自由能最低的是液相；当ｒ＜ｒ。时，过冷液相和非晶相??的自由能较晶态相的高。体系的凝固过程可Ｗ看成是非晶相与结晶相之间的竞争??过程。从能量观点来看，体系自由能Ｇ＝ｔ／－ｒ＆体系中粒子间的相互作用使体系内??能６１專低，体系趋向于形成有序晶体；温度ｒ和贿Ｓ的降低则使体系无序化。如果Ｕ??很大，即粒子间关联很强，当关联范围一则体系形成长程序的晶态相．如果??较小，关联作用只限于近邻粒子，则体系形成短程有序长程无序的非晶相。??了《?Ｐ＝ｃｏｍｔａｎｔ??气；非晶梢?晶态相???ｉ?ｉ?、Ｌ?Ｉ??Ｉ?ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｔ。Ｔｍ?Ｑ?０??ＴＥＭ?巧?ＲＡＵｍＥ??图１．２?（ａ）等压条件下不同状态物质的自由能与温度的关系；（ｂ）非晶和晶体相的自由能对??比。Ｇ、Ｚ、《和片分别表示非晶、液相和２个同素异构晶体相口】。??Ｆｉｇ?１．２?（ａ）?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒｅｅ?ｅ打ｅｒｇｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｔ?ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ，??（ｂ）?Ｃｏｍｐａｒｉｓｉｏｎ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｏｆ?ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ａｎｄ?ｃｉｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｐｈａ化ｓ．?Ｇ，王，ａ?ａｎｄ??＾?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?化ｅ?ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
（２）块状非晶合金的制备：将烙炼好的母合金放入可拆卸吸铸铜模上方，重??烙后开启铜模下端的机械累抽气阀，将烙体吸入水冷铜模中。本文根据实验所需，??制备出尺寸为１．５ｘ１０ｘ８０?ｍｍ３的片状非晶。图２．１为高真空电弧烙炼和吸铸装置示??意图。??ｓｎ１＝?１?Ｉ??Ｉ?、模任１＾??Ｉ?ｙ?ｉ??Ｉ?合金＾?？＾真空系统??娇制Ｉ蜗７铜模＿三萄讚???Ｊｚ｜Ｚ真令系统??开义??图２．１高真空电弧烙炼和吸铸装置示意图??Ｆｉｇ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｒｃ－ｍｅｈｉｎｇ?ａｎｄ?ｓｕｃｔｉｏｎ－ｃａｓｔｉ口ｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｈｉｇｈ?ｖａｃｕｕｍ??Ｇ）非晶薄带的制备：图２．２为高真空感应烙炼及单辕甩带装置示意图。将??一定质量的母合金放入下端带有鸭嘴状喷嘴的石英管内，抽真空室的真空至３ｘｌ（Ｔ３??Ｐａ后，充入高纯氣气。启动电机将铜辕转速调整到２５００?ｒｐｍ后接通感应线圈电源??烙炼母合金。调整红外测温仪的光斑使其对准合金烙体进行格体温度的测量。当??烙体温度达到所需温度后，通过调整感应电流的大小使烙体在该温度下保持１?ｍｉｎ，??利用石英管和炉腔间的压差，将烙融的合金喷射到高速旋转的铜链上，形成非晶??薄带。??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]The β-relaxation in metallic glasses[J]. Hai Bin Yu,Wei Hua Wang,Hai Yang Bai,Konrad Samwer. National Science Review. 2014(03)
[2]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[3]不同一级相变材料的内耗峰形成机制[J]. 杨开巍,水嘉鹏,朱震刚. 上海交通大学学报. 2010(05)
[4]Ti-Zr-Ni-Cu非晶系的等电子浓度特征[J]. 羌建兵,黄火根,王清,夏俊海,董闯. 金属学报. 2006(06)
[5]非晶态合金的结构弛豫过程[J]. 刘军民,水嘉鹏. 金属学报. 1995(19)
博士论文
[1]基于电子输运/内耗性质及熔体状态探索非晶合金GFA[D]. 崔晓.合肥工业大学 2013
本文编号：3400240
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