zr基大块非晶的成分设计

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1、zr基大块非晶的成分设计以目前尚没有关于非晶形成的完整理论来进行非晶合金的成分设计，并预测非晶的形成能力，在此方面需进行进～步的研究和探索。陈伟荣【”J等人以电子浓度作为设计合金成分的一个判据，通过微结构分析，对zr基合金进行优化设计，以寻找非晶形成的最佳组成，此工作在非晶合金成分设计方面是一有益的探索。金属研究所在研究zr基大块非晶的形成规律时发现，Be可以提高zr基非晶的形成能力，但Be的氧化物有毒，制备时有困难。就这一问题，张国英等将应用电子理论对盈基大块非晶Zr4lTil38Be22．dmt75Cu52形成能力进行研究，发现大

2、块非晶的形成能力与合金元素有关：Be可以提高zr基非晶的形成能力，砧和B在Zr基非晶中与Be具有类似的性质，用触或B代替Be后，非晶形成能力略有下降，但将过渡元素Ni、Cu用贵金属代替，非晶的形成能力可提高到含Be合金的水平Il”。由于贵金属成本高，能否找到一种非贵金属元素进行合金化，或通过调整非晶成份配比，使Zr基合金的非晶形成能力不下降，是一项很有意义的工作。(--)非晶合金研究的意义目前尚不能随意的任选一个合金成分及其组元化学剂量比就能制各出所需尺寸的金属玻璃，主要还是通过实验方法总结出一些经验规律，进行热力学和动力学形成条件分

3、析。块状非晶的形成能力是一个比较复杂的问题，影响因素也较多，目前还没有关于非晶形成的完整理论来进行合金成分设计和预测非晶形成能力。虽然Zr基非晶现已制备成块体材料，但其尺寸还不足够大，因此限制了其实际应用的范围。因而有必要弄清影响Zr基大块非晶形成能力的因素，确定zr基大块非晶合理的成分配比，提出大块非晶合金成分设计新理论，从而置备出具有高稳定性的更大尺寸的zr基非晶材料。非晶成分设计理论的量化性研究对研制更大尺寸且性能优异的zr基非晶材料具有重要的意义。本研究对认识大块非晶的形成能力，改善非晶材料的性能，增大非晶的尺寸，开发非晶材料

4、的应用领域具有重要的理论意义和实际应用价值。二、表征非晶形成能力的参数如果只从理论上说，只要温度足够高，冷却速度足够快，使得原子来不及扩散，几乎所有的合金都能制各成非晶态合金。但是，事实上并不是所有的非晶只要满足该条件就能制备出来。有些非晶合金需要在缓冷的条件下制得。例如Zr-Cu合金系“41。这说明，不同的非晶合金体系其非晶形成能力也有所不同。因此，我2Zr基大块非晶的成分设计们有必要利用一些参数来衡量非晶合金的形成能力。(一)过冷液相区△T。过冷液相区△1≯Tx—Tg，Tx为晶化温度，k为玻璃转变温度。△Tx表示当非晶合金被加热到

5、高于玻璃转变温度1rg温度时，其反玻璃化的趋势，这是检验非晶合金热稳定性的重要指标。Inoue认为大的△Tx意味着过冷液相区存在较宽的抑制结晶温度区，这就导致合金具有大的玻璃形成能力。如文献【11】，发现AT。越大，热稳定性越好，越易形成非晶合金。但是这不代表所有的情况，有些具有较大非晶形成能力豹合金却具有小的△Tx值。如文献05]中，甚至发现非晶的形成能力与△Tx之间不存在必然的联系。因此，△Tx并不能广泛地表征非晶形成能力。(二)约化玻璃转变温度T曜Turnbull【16】提出的约化玻璃转变温度T噻-Tg／T。，Lu【17】等人在

6、约化玻璃转变温度Ⅵ“。的基础上提出了另外一种约化玻璃转交温度的表示形式，即T嘻．-T托，其中T。为玻璃转变温度，T。为熔化温度，Tl为熔化结束温度(即液相线温度)。实验证明T。值可以很好的表征非晶的形成能力，随着T。值不断增大，非晶形成能力也增高。对于理想的深共晶成分合金来说T以。与k偈差别不大，但某些具有强非晶形成能力的合金成分并不位于深共晶点附近，T—T。与T抽的值差别就会很大。Lull7】等发现Tg，仉比17rm能更好的体现非晶的形成能力。(三)电子浓度e／a电子浓度是指合金晶体中的价电子数与其原子数之比，即每个原子的价电子数，

7、记n作e／a。砒F罗c；x(e／a)：，式中c。为第i个组元的原子百分数；(e／a)i为i组元的有百’“效价电子贡献。Nagel和Taut[3]首先将近似自由电子模型应用到非晶体系中，该模型认为传导电子对结构因子起主导作用。通过对Mhxx。(M为过渡金属或贵金属，x为第四或第五族元素)二元非晶合金的研究，提出当费米面与强衍射所定义的伪布里渊区相切时，费米能级处的电子态密度达到最低，此时所对应的合金成分形成的非晶最稳定，即非晶形成能力也最大。而且具有最大非晶形成能力的理想非晶对应着一个固定的电子浓度。董闯等在这基础上研究发现非晶相、准晶

8、相以及相关的晶体相具有相近的电子浓度。对此本文将在第3章中具体介绍电子浓度对非晶形成能力的影响。zr基大块非晶的成分设计(四)原子尺寸。组成元素的原子尺寸对非晶形成也有重要的影响【18】。Amand和Giessentl9