co對fe基塊體非晶合金玻璃形成能力影響機理

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1、國內圖書分類號：TG115.5學校代碼：10213國際圖書分類號：621密級：公開工學博士學位論文Co對Fe基塊體非晶合金玻璃形成能力的影響機理博士研究生：呂云卓導師：沈軍教授申請學位：工學博士學科：材料加工工程所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：2013年12月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學萬方數(shù)據(jù)ClassifiedIndex:TG115.5U.D.C:621DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringEFFECTMECHANISMOFCoONTHEGLASS-FORMINGABILITYOFFe-BASEDBULKMETAL

2、LICGLASSESCandidate：LuYunzhuoSupervisor：Prof.ShenJunAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：December,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology萬方數(shù)據(jù)摘要摘要本文以Fe48-xCox

3、Cr15Mo14C15B6Y2(x=0,3,5,7和9)塊體非晶合金為研究對象，從電子結構、熱力學、動力學以及原子結構角度，深入地研究了Co對Fe基塊體非晶合金玻璃形成能力的影響機理。采用標準四點電阻測試、X射線光電子能譜和紫外光電子能譜技術，研究了Co對Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y塊體非晶合金電子輸運性質和內外殼層電子結構的影響。電阻率研究發(fā)現(xiàn)，Co元素的添加顯著地改變了Fe基塊體非晶合金的電阻率，玻璃形成能力最強的Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2(Co7)塊體非晶合金具有最高的電阻率，表明其具有最多的局域態(tài)電子。X射線光電子能譜結果進一步表明，具有較多局

4、域態(tài)電子的Co7塊體非晶合金，具有較多鍵能較強的過渡金屬元素與C和B形成的類共價鍵，這增強了原子之間的相互束縛，使結晶所需的原子長程擴散難以進行，從而顯著地提高了該合金的玻璃形成能力。紫外光電子能譜研究發(fā)現(xiàn)，Co7塊體非晶合金具有最強的價殼層電子約束能，其在費米面處具有最低的價殼層電子能譜強度，表明該合金在費米面處具有最低的電子態(tài)密度，這降低了其自由能，穩(wěn)定了合金結構，從而提高其玻璃形成能力。利用差熱分析和激光熱導測試儀等測試手段，研究了不同Co含量的Fe基塊體非晶合金的晶化激活能、比熱和熱導率等熱力學性質。研究發(fā)現(xiàn)，在Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y塊體非晶合金中，Co7

5、塊體非晶合金具有最大的玻璃形成能力判據(jù)ΔTx，?和T′rg值，并且該合金具有最大的晶化激活能，表明該合金具有較高的熱穩(wěn)定性和抵抗晶化的能力。比熱研究結果表明，在過冷液相區(qū)附近，F(xiàn)e基塊體非晶合金的比熱高于同成分晶態(tài)合金的比熱，并且，Co7塊體非晶合金的比熱與同成分晶態(tài)合金比熱的差值最小，說明該合金具有最小的轉變潛熱和最低的形核驅動力。熱導率研究發(fā)現(xiàn)，Co7塊體非晶合金的聲子熱導率最小，說明該合金的原子振動強度最弱，這降低了其形成較大尺寸自由體積的幾率，從而增大組元長程重組的難度，抑制晶態(tài)相的析出，進而提高其玻璃形成能力。采用變溫三點彎曲蠕變測試系統(tǒng)，原位研究了Co對Fe基塊體

6、非晶合金的變溫蠕變行為和粘度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當溫度小于玻璃轉變溫度時，F(xiàn)e基塊體非晶合金的彎曲蠕變撓度和撓度變化率隨溫度變化較小，但在過冷液相區(qū)內，二者隨溫度的升高而急劇增大。在該合金體系中，Co7塊體非晶合金具有最大的粘度和脆性系數(shù)，這延緩了合金熔體玻璃轉變前的結構弛豫，穩(wěn)定了合金熔體結構，提高了Co7塊體非晶合金的玻璃形成能力。-I-萬方數(shù)據(jù)哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文以膠體玻璃為模型，利用激光共聚焦顯微鏡，原位研究了非晶材料內部的自由體積與微觀粒子擴散能力之間的關系。從實驗上證明了自由體積尺寸越小，非晶材料內部粒子的擴散能力越弱。在上述結論的基礎之上，進一步采用正電

7、子湮滅技術研究了Co對Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y塊體非晶合金自由體積的影響。結果表明，該合金體系中尺寸最小的自由體積是具有四面體結構的原子所圍繞的空位，其對合金原子的擴散能力影響不大，Co元素的添加對其尺寸影響較小。而對原子擴散能力影響較大的中等(半徑約為2.64?)和最大自由體積(半徑約為3.1?)，其尺寸和濃度都隨Co含量的增加發(fā)生明顯的改變，在Co含量為7at%時達到最小值。較小和較少的中等和最大自由體積有效地阻礙非晶合金中原子的擴散，抑制合金晶化相的析出，從而提高非晶合金的玻璃形成能力。