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《大连理工大学》 2003年
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含过渡金属的富Al三元合金相的形成规律

米少波  
【摘要】: 本论文的工作是针对于三元铝基合金系稳定准晶的形成能力而提出的。 准晶是同时具有长程准周期平移序和非晶体学旋转对称性的一种固态有序相。在已知合金系中,铝基合金系具有重要的研究意义,但是到目前为止,仅有为数很少的铝基合金系有所研究。以往寻找准晶主要是通过试错法,这种方法在人力、财力和物力方面造成了很大浪费,因此,在一定的经验判据指导下寻找准晶变得尤为重要。本文通过相平衡方法对典型铝基三元合金系(Al-Ni-TM(TM=Mo,Ru)和Al-Co(Rh)-Cu(Ag,Au))的相图进行了系统的研究,试图从相图特征出发,讨论:1)二元亚稳准晶,三元稳定准晶以及准晶近似相之间的关系;2)第三组元在稳定准晶形成过程中的作用;3)稳定准晶在相图中的成份位置。 研究过程中发现Al-Ni-Ru相图的Al-Ru二元部分与文献数据存在分歧,本论文对Al-Ru相图的相应部分也进行了重新研究。文献综述部分主要汇总了形成准晶及其近似相的二元和三元铝基合金系。 本文的主要实验结果为: 1.Al-Ru 确定了一个与Al_5Fe_2同结构的Al_5Ru_2中间相(a=0.78,b=0.66,c=0.42nm)。Al_6Ru,Al_(13)Ru_4,Al_2Ru,Al_3Ru_2和AlRu相结构得到了确定,重新研究了它们之间的相变温度。Al_6Ru、Al_(13)Ru_4和Al_2Ru分别在734℃、1420℃和1805℃通过包晶反应生成。在1492℃,Al_5Ru_2通过Al_2Ru和液相的包晶反应生成;在1340℃,Al_5Ru_2分解为Al_(13)Ru_4和Al_2Ru。在1675℃,Al_3Ru_2相通过Al_2Ru和AlRu包析反应生成。 2.Al-Ni-Ru 研究此合金系的目的在于:1)对比Al-Ni-Fe,因为Fe,Ru属于同一过渡族;2)对比Al-Cu-Ru,因为Cu,Ni属于同一周期。 通过在700-1100℃之间对富铝区域(>60 at.%Al)的阶段等温退火实验,不但确定此系统存在具有周期为1.6nm的三元稳定准晶(D_4),而且还存在四种周期晶体相,分别是: ● 立方结构的C-Al_5(Ru,Ni)_2相(Al_(71.8)Ni_(11.2)Ru_(17.0),a=0.7673(1)nm,与Al_5Rh_2相同构); ● 六角结构的H相(Al_(75.5)Ni_(12.0)Ru_(6.1),a=1.2132(3),c=2.7020(9)nm); 大连理工大学博士学位论文 .正交结构的O一AI;3(Ru,Ni);相(A176.ONis,oRu一6。,a=l.4960(6),b=0.8253(3), e=1.2668(6)nm,与。一All3eo;相同构); .单斜结构的m相(Alsl.gNis.oRu:60,a=0.8636(3),b=0.6333(2),e=0.6273(3)nm, p=95.12(3)o,与A19Co:相同构)。 三元稳定准晶通过包晶反应形成(Liquid+All3(Ru,Ni)n十A13NiZ仍D4)。此稳定准晶 相(A玩Rul INils,e/a=1.86)满足准晶的等电子浓度判据。三元中间相O- All3(Ru,Ni);,C一A15(Ru,Ni):和H相以及二元M一All3(Ru,Ni);相落在等电子浓度线 (e/a=1 .86)附近,无论从结构上还是从电子浓度的角度都为准晶类似相。另外,在 1100oC,All3R山固溶了7.0 at.%Ni。Ni在A13RuZ,A16Ru中的固溶量和Ru在A13NiZ和 A13Ni的固溶量都小于1 .oat.%。在Al一A12Ru一AINi成份区域建立了1 100,1000,900, 800以及700oC的相平衡。 3 .AI一Ni一Mo 研究此合金系的目的在于考察同一周期的不同过渡族元素的对准晶形成能力的影响 (例如,对比Al一Ni一Ru合金系,Ru和M。属于同周期不同族的元素)。 通过对铸态和退火均匀化后(800一1050oC)的样品分析,在所研究的范围内(Al一AINi- AlsMo3)仅发现: .正交结构的X相(A175Nil4Mo::,a=1.0054(4),b=1.5288(4),e=0.8519(2)nrn); .四方结构的(AI,Ni)3Mo相(A17剑i5.5Mo22.5,a=o.3761(6),e=0.8412(8)nm,与A13Ti 相同构); 除此之外并没有发现稳定准晶。Ni在Al一M。或Mo在Al一i中的固溶量都很低。在 AI一AlsMo3一AINi成份区域建立了1 050,1 000,950以及800oC的相平衡。 4 .AI一Co(孙)一TM(Cu,Ag,Au) 基于AI一co一cu合金系存在稳定十次准晶,我们考察与Cu同族的Ag和Au对准晶 形成能力的影响。我们系统研究了Al一AIAg3一AIC。在670以及900oC的相平衡;Al- A12Au一AICo在900以及1 000oC的相平衡;从对比研究的角度出发,我们也研究Al- AICu一AIC。在900OC的相平衡。另外,为了对比Al一Cu一Rh(存在稳定准晶D,一周期为 0.4nm),对 Al一AIAg3一AIRh合金系也进行了部分的研究。 与Al一C。一cu合金系相比,Al一Alco一A12Au和Al一AICo一AIAg3合金系没有准晶和其 它类型的三元中间相。C。在A12An中的固溶量约12at.%,而Ag和Au在Al一CO二元 相中的固溶度则非常有限,即使M一All3C。;对比其它二元Al一CO相有最大的固溶量也仅 为1.sat.%(Au或Ag)。同样,Al一Rh一Ag合金系也没有发现准晶和其它类型的三元 中间相。 一~-,-口..............,,,阿~一————丫,叨栩..暇,.口.甲...网,.阅叹日盯-万犷一-- 一,而而蕊环翻...目曰声丁万篇 摘要 本论文在研究三元铝基合金系时,从同周期或同族元素出发来替换其中的第三组 元,以期寻找其对二元亚稳准晶的稳定能力的影响的一些实验判据。 .在Al一Ni
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG111

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