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大块镁基非晶材料的制备研究

周书才  
【摘要】:本文从合金的热力学、动力学及结构形成条件方面系统的讨论了Mg 基大块非晶的形成机制及影响因素,并从非晶形成的热力学观点出发,综合应用Miedema理论和Toop 模型,并考虑纯金属在不同温度下的自由能,在此基础上提出了一种定量预测三元非晶合金形成范围的方法,用该方法计算Mg-Cu-La 三元合金系的非晶形成范围,应用多项技术(三经验原则、二元合金相图及Miedema 理论和Toop模型)设计了Mg65Cu25La10 、Mg68Cu17La15 和Mg57Cu23La20非晶合金。利用纯度较低的原材料通过石墨模具铸造成型了直径为1mm 的Mg-Cu-La 的Mg 基非晶合金棒,用X 射线(XRD)和差热扫描分析仪(DSC)进行检测,同时也与多组元镁基Mg-Cu-Ln 大块非晶合金进行比较,本文的研究结果表明: ①Mg-Cu-La 合金具有较高的非晶形成能力及热稳定性,但较Mg65Cu25Y10、Mg65Cu25Tb10 和Mg65Cu25Gd10 的非晶形成能力及热稳定性弱。Mg-Cu-La 合金的玻璃转变温度Tg、晶化开始温度Tx、过冷液相区ΔTx 如下表: ②稀土(RE)的添加增加了该合金系的抗氧化能力,减轻O、H、C等夹杂物对非晶形成能力的不利影响,且RE氧化物在微观结构上与拉弗斯(Laves)相有很大的不同,因而提高了合金的非晶形成能力。 ③多元合金化(原子半径相差大,电负性相差大)使合金具有更紧密的无序堆积结构,有利于合金非晶形成能力的提高。主要是增加了合金熔融状态的黏度及固液界面能,从而抑制晶体的形核和生长。 ④非晶由液相转变时,同时受动力学和热力学因素的控制。本文认为动力学在非晶转变过程中起到关键作用。 ⑤RE 元素与Mg、Cu 具有大的负的混合焓,能形成更多的原子对,因此增加了过冷液体相的粘度及堆垛密度,降低了液相线温度,原子在过冷状态扩散困难,提高了非晶形成能力。


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