铝基非晶态合金的玻璃转化及初晶化行为

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1、摘要学科：论文作者：指导教师：答辩时间：铝基非晶态合金的玻璃转化及初晶化行为材料学田娜井晓天教授K．Hono教授M．Ohnuma研究员2007年9月签字：富铝基AI．TM．RE(1M：过渡金属；RE：稀土元素)非晶条带具有较高的抗拉强度(约1000Ml'a)，而其部分晶化以后得到的纳米晶／非晶复合材料的拉伸强度则更高(1500MPa)。近年来备受国内外研究人员的关注，被认为是一种极具应用前景的工程结构材料。研究发现，有些铝基非晶态合金并不显现明显的玻璃转交，而有些却呈现明显的玻璃转变行为，这给真正理解铝基非晶态合金的玻璃转变行为的本质带来了困难。在铝基非晶态合金异质形核理

2、论中，异质核心成分与结构尚不清楚。关于铝基非晶态合金的相分离现象还极有争议，因为在A188Gd6Er2Ni4合金中，所有的原子对之间的混合热都很负，不可能在液态出现互溶性差异，那么就很难理解晶化前会发生相分离。因此，高密度纳米铝粒子的形成机制还存在分歧，值得进一步研究。迄今，铝基非晶态合金的玻璃形成能力还较差，仅可获得条带或粉末状非晶态样品。成分优化提高铝基非晶态合金的玻璃形成能力成为研究的热点之一。围绕以上铝基非晶态合金研究热点，即玻璃转变行为的本质、初晶化机制、成分优化，本论文采用x射线衍射(XRD)、示差扫描差热分析(DSC)、透射电子显微镜分析(TEM)、能量过滤

3、透射电镜(EFTEM)、三维原子探针一场离子显微镜(3DAP-ElM：№DimensionalAtomProbe—FieldIonMicroscope)等技术，研究了A188Gd6Er2Ni4和A188Gd3ErlNi8金属玻璃的玻璃转变和初晶化行为，以及Be部分替代Al对AlssGdgNi7和Als7YsNi5合金的玻璃形成能力和初晶化的影响。主要研究结果如下：(1)AI船Gd6Er2Ni4金属玻璃初晶化动力学比玻璃转变动力学对加热速率的变化反应更敏感。当加热速率高于0．67K／s方可探测到该金属玻璃的玻璃转化温度Tg。探测到Tg归因于高的加热速率加大了L和初晶化开始温

4、度TxI之间的温度差。母相不同，初晶化激活能不同，但是初晶化产物相同，都为舡Al。(2)AI髓Gd6Er2Ni4金属玻璃初晶化前不存在非晶相分离现象，似l纳米晶直接从均I西安理工大学博士学位论文匀的非晶基体上形核。在洳Al／非晶的界面上没有溶质原子的富集。该相界处的形核能垒较之子非晶基体而言较低，因此成为后续a-Al从稀土富集非晶合金中形核的非均匀形核位置。(3)降低稀土含量、升高镍含量后，Ai-Gd-Er-Ni金属玻璃淬火态存在着尺寸为几个纳米的淬火晶核，这些晶核作为后续初晶化的形核核心，使初晶化温度明显下降，并可以获得高密度的纳米晶：在a-A圳E晶的界面上有溶质原子的

5、富集，这种富集阻碍了a-A1纳米晶的继续长大，从而得到小尺寸的a’AI纳米晶；另外，成分的变化加大了初晶化、第二晶化反应之间的温度差，有助于避免稀土金属间化合物的析出，在较宽的温度范围内获得高纯的甜触纳米晶镶嵌在非晶基体的复合结构。(4)稀土元素在以l，非晶相界富集受到初晶化母相、退火温度、时间和稀土元素原子尺寸等因素的影响：当合金不存在玻璃转变时，即初晶化的母相为固态非晶，退火温度低且退火时间短，尺寸较大的稀土原子就会在a-Al／非晶相界富集。(5)Be部分替代A185Gd8Ni7中的舢，当AI．Be-Gd．Ni合金中AI／Bc比例为二元A1．Be系的固溶成分时，合金表

6、现出最佳的玻璃形成能力和韧性，改善了非晶合金的热稳定性，且抑制金属间化合物的析出，有利于获得高密度a-Al弥散分布于非晶基体的复合结构；适量的Be取代AI抑制了Als7YaNi5合金淬火态样品中A12Y和ct．AI的形成，增强了该非晶合金的热稳定性，使完全非晶形成的临界辊速从40m／s降至20ntis。关键词：A1．基非晶合金；玻璃转变；初晶化；三维原子探针；Be取代：论文类型：基础研究ⅡAbstractGLASSTRANSITIONANDPRIMARYCRYSTALLIZATIONOFALUMlNUM．BASEDAMoRPHoUSALLoYSpecialty：Mater

7、ialsScienceCandidate：NaTIANSupervisor：Prof．XiaotianJINGProf．K．HONODr．M．OHNUMAsignatu怕：丁fMMs‘gna加恻珊蚴∥灿埘chAl—TM·RE(’IM：transitionmetals．RE：r眦earthelement)amorphous／nanocrystalcompositeshaveattractedagreatdealofattentionduetotheirenhancedtensilestrength(1500MPa)withres