【摘要】：塊體非晶合金具有強(qiáng)度高、彈性應(yīng)變極限大、耐腐蝕性好以及軟磁性優(yōu)良等諸多優(yōu)點,在航空航天、機(jī)械、化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,受到了各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的密切關(guān)注。本文采用氬氫等離子電弧熔煉法制備Zr_(64)Cu_(24)Al_(12)和Zr_(66)Cu_(22)Al_(12)兩種典型的非晶合金,通過該方法可改變非晶合金制備過程中的溫度場,同時產(chǎn)生氫的微合金化作用。本論文系統(tǒng)的研究了該方法下Zr基非晶合金玻璃形成能力的增大規(guī)律和形成機(jī)制。對Zr基非晶合金熔煉過程中溫度場進(jìn)行模擬,結(jié)果表明:氫的添加對合金制備過程中的溫度場具有顯著影響,氬氫氣氛中氫含量與熔體溫度呈典型的線性關(guān)系,當(dāng)氫含量達(dá)到10%時,熔體溫度最高,凝殼厚度最薄,產(chǎn)生的有效熱用率最大。利用Sieverts定律計算出氫在兩種不同成分的Zr基非晶合金中的溶解度公式,并對試樣進(jìn)行實際氫含量測定,發(fā)現(xiàn)與計算值較為吻合,在含氫量為10%時,合金中的氫含量最高,超過200ppm。對不同氣氛下的Zr_(64)Cu_(24)Al_(12)和Zr_(66)Cu_(22)Al_(12)非晶合金進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)氫的加入使非晶合金的臨界尺寸變大,在10%H_2氣氛下時臨界尺寸達(dá)到最大,呈現(xiàn)完全的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。利用差示掃描量熱法對Zr基非晶合金的熱物性質(zhì)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)加氫后合金的過冷液相區(qū)寬度△T_x、K判據(jù)以及約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T_(rg)等均得到顯著增加;此外,還研究了晶化激活能和脆性參數(shù)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)加氫后的Zr基非晶合金具有更大的激活能及更小的脆性參數(shù),從動力學(xué)與熱力學(xué)的角度解釋了氫致Zr基非晶合金玻璃形成能力提高的原因。利用X射線光電子能譜法研究了氫對Zr基非晶合金微觀電子結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)金屬元素的內(nèi)殼層電子約束能在氫含量為10%時達(dá)到最小值,表明更加密實的密堆結(jié)構(gòu)的形成,且此時合金具有最多數(shù)目的化學(xué)鍵,可增大原子長程擴(kuò)散及晶化相析出的難度;對價殼層電子結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn),充氫量為10%時具有最強(qiáng)的價殼層電子約束能,表明其具有最密實的原子堆垛結(jié)構(gòu)和最小的原子團(tuán)簇尺寸。同時,此條件下合金的功函數(shù)最高,費(fèi)米面處具有的電子能譜強(qiáng)度最低,自由能得到降低,穩(wěn)定了合金結(jié)構(gòu),從而極大地提高了合金的玻璃形成能力。
【圖文】：

影響非晶合金的形成，如熔體和模具接觸附近存在的雜質(zhì)、濕性等問題。熔體和模具之間的熱交換系數(shù)還會受到模具溫?fù)Q系數(shù)，對合金熔體溫度的降低是十分有益的，它有利于非熱率在一定程度上也會影響合金熔體的降溫的快慢[28]。金元素塊體非晶合金的階段中，影響非晶合金形成的內(nèi)在條件主要包成、純度等方面，這對非晶玻璃形成能力的高低至關(guān)重要，因?qū)辖鹪禺惓Ｃ舾�。目前研究表明有效提高非晶合金形成能元素，按添加元素原子半徑的大小，可分為三類�?）半徑較小 等；2）中間級別的過渡族元素，例如 Fe 等；3）半徑較大的非晶合金的研制過程中，日本 Inoue 通過無數(shù)的實驗獲得以種及三種以上組元構(gòu)成；2）不同原子尺寸相差較大；3）組元熱[29]。圖 1.1 是在塊體非晶合金中可以產(chǎn)生合金化作用的一些

b Zr55Cu30Ni5Al10 非晶態(tài)合金.2 不同氣氛條件吸鑄制備的非晶態(tài)合金的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲 Stress-strain curves of alloys prepared under Ar+x%H2atmos晶態(tài)合金熱穩(wěn)定性的影響素間的混合焓、結(jié)合能、吸引力等差異很大，因此定性影響差別也很大。根據(jù)文獻(xiàn)報道，對于有些體穩(wěn)定性，比如 Cu50Ti40Al10、TiCu 等，這主要是由于吸氫會誘發(fā)非晶合金基體發(fā)生晶化，進(jìn)而生成 ZrH2合相形成，降低了非晶合金的熱穩(wěn)定性[38,39]。但對體非晶的熱穩(wěn)定性，比如 Zr-Ti-Cu-Ni-Be、Mg-Ce-Ni30塊體非晶合金，發(fā)現(xiàn)吸氫溫度對非晶態(tài)合金的熱l10Ni30合金的晶化開始溫度 Tx從約 750K 降低至 7溫度的升高而增大。氫濃度越低，，吸氫后 Zr60Al10Ni
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.8

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4 本報記者 倪e

本文編號：2590350