对玻璃形成能力及热稳定性的作用分析.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 1 (2013) 016101 1 at% Ag 替代Zr Cu Al Ni Ti 金属玻璃中各组元 57 20 10 8 5 对玻璃形成能力及热稳定性的作用分析* 崔晓 徐保臣 王知鸷 王丽芳 张博 祖方遒† ( 合肥工业大学材料科学与工程学院金属液/ 固加工研究所, 合肥 230009 ) ( 2012 年4 月17 日收到; 2012 年7 月6 日收到修改稿) 以1 at% Ag 元素分别等量替代Zr Cu Al Ni Ti 金属玻璃的各个组元, 利用差示扫描量热升温分析获得不 57 20 10 8 5 同试样的热力学参数, 并结合不同尺寸(Φ 8, Φ 10, Φ 12) 吸铸试样的X- 射线衍射分析结果, 考察、验证元素替代后 合金的实际玻璃形成能力及热稳定性的变化规律. 经比较发现, Ag 替代Ti 元素, 其玻璃形成能力显著提高(直径实 际增大4 mm), 同时热稳定性也明显改善, 且临界冷却速率也明显降低, 而Ag 替代其他组元却无明显规律. 针对玻 璃形成能力的相关数据比较分析表明, 本文结果未显示符合其Inoue 的尺寸准则, 混合焓判据也未显示出明显符合 的现象. 通过对堆垛密度的计算发现, 1 at% Ag 替代Ti 元素后使金属玻璃体系内部的堆垛密度增加. 通过动力学分 析, 从晶化激活能、晶化反应速率常数两方面探讨了元素替代对玻璃形成能力和热稳定性的作用机理. 关键词: 元素替代, 大块金属玻璃, 玻璃形成能力, 热稳定性 PACS: 61.43.Dq, 61.72.U−, 65.60.+a, 82.20.Pm DOI: 10.7498/aps.62.016101 14 小尺寸元素Si, C 等 . 这种现象要归因于添加元 1 引言 素与组成元素之间的原子尺寸差和大的负混合焓. 然而, 中等尺寸的原子却很少用于掺杂中. 大块金属玻璃的发现和发展已经有几十年的 大块金属玻璃在室温下通常为亚稳态, 并且升 历史, 其起源可追溯到20 世纪60 年代, 美国加州理 1 温到一定温度后会发生去玻璃化现象, 这会使它们 工学院Duwez 小组 利用喷枪急冷技术获得非晶 内部的原子重新排列成有序的晶态或纳米晶态, 并 态Au75 Si25 合金, 严格意义上的毫米级别的大块金 2 且这种结构的变化会影响大块金属玻璃的力学性 属玻璃是由美国贝尔实验室的Chen 等 于 1974 年在约 103 K/s 的冷速下用Pd-Cu-Si 熔体得到的. 能. 通常判定大块金属玻璃热稳定性比较直观的 判据是晶化温度 T , 晶化温度越高的金属玻璃热 之后的几十年, 大块金属玻璃的研究取得了长足的 x 3−5 6 7 稳定性越好. 然而需要指出的是, 晶化温度T 值的 进展, 包括如Zr 基 、Pd 基 、Cu 基 、Ce x 8 9