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《中国原子能科学研究院》 2002年
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纳米晶的非晶晶化成形机制研究

肖红文  
【摘要】: 少数用熔体快淬法制备的非晶合金经过退火处理可以形成纳米晶合金,其形成机制至今仍然是研究的热点。国外材料科学工作者对纳米晶的非晶晶化成形机制的研究主要集中微量元素在晶核的形成和长大过程中的作用等方面。我们认为一些非晶合金易于制备成纳米晶合金与这些非晶合金具备的共同特性有着紧密的关联。结合长期以来关于非晶态因瓦合金的热膨胀系数和声子谱测量,以及最近纳米软磁材料在制备态的声子谱研究,我们认为声子软化现象是非晶态因瓦合金的典型的共同特征之一,非晶态因瓦合金具有的这种动力学异常特性反映出短程有序的原子集团中原子间的相互作用力的减弱,体系处于结构松散状态。本文从非晶合金的动力学特性研究了纳米晶成形机制,提出要形成精细分布的纳米晶粒必然在晶化初期存在爆发式形核过程,而非晶合金的结构不稳定性是引起爆发式形核的动力学条件。非晶态因瓦合金固有的结构不稳定性是造成其在晶化初期易于爆发式大量形核,并进一步形成精细分布的纳米晶粒的动力学原因。 本工作主要研究内容如下: Ⅰ.研究了Fe-Co-Zr、Fe-Cr-P-C和Fe-Si-B三个系列非晶合金的热膨胀特性和动力学特性,并检验了它们的纳米晶形成能力。 本文首先使用热膨胀测试装置测量三个系列非晶合金的热膨胀系数,并使用透射电子显微镜(TEM)来检验这些非晶合金在退火态是否能形成纳米晶合金。经热膨胀曲线测量,在三个系列非晶合金中,Fe_(80)Co_(10)Zr_(10)及Fe_(76)Cr_4P_(13)C_7和Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9在Tc温度以下均表现出明显的因瓦效应,使用TEM检验Fe_(80)Co_(10)Zr_(10)和Fe_(50)Co_(40)Zr_(10)在退火态的晶粒分布后发现,非晶态因瓦合金经等温退火易于形成纳米晶合金,而属于同一个系列但没有因瓦效应的非晶合金不能形成纳米晶合金。 本文采用中子非弹性散射实验方法测量了这三个系列非晶合金 在居里温度广C)以下的广义声子谱,发现与属于同一系列的没有 因瓦效应的非晶合金相比较,具有困瓦效应的非晶合金的广义声子 谱发生了明显的软化现象,因瓦效应越强,低能声子越软。我们从 实验中还发现非晶态因瓦合金Fe“Co术rl。的在低能区广义声子谱 在居里温度呈现软化现象。我们认为声子软化是非晶态因瓦合金的 重要特征之一,这种动力学异常特性和非晶合金形成纳米晶合金的 能力密切关联。 11 从非晶态因瓦合金固有的动力学特性研究了纳米晶成形机 制。 非晶态因瓦合金经过热处理后极易形成纳米晶合金,而没有因 瓦效应的非晶合金则不易形成纳米晶合金。我们从非晶态因瓦合金 固有的动力学异常特性分析了其易于形成精细分布的纳米晶粒的原 因。首先讨论形成精细分布的纳米晶粒对形核过程的要求,接着分 析纳米晶的非晶晶化过程中形核过程的特点,提出了形成精细分布 的纳米晶粒必然要求在晶化初期存在爆发式形核过程。非晶态因瓦 合金的动力学异常特性反映出这些合金短程有序结构中原子间相互 作用力的减弱并且具有结构松散的特性。非晶态因瓦合金的结构不 稳定性可能是造成其在晶化初期易于爆发式大量形核,并进一步形 成精细分布的纳米晶粒的动力学原因。
【学位授予单位】:中国原子能科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG139.8

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【参考文献】
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