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《鋯基非晶合金納米晶化及其動力學研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、山東大學博土學位論文——鋯摶非品合余納米品ft艟je動力學_I{J}究摘要本文以X射線衍射(XRD)、差示掃描量熱(nsc)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨電子顯微鏡(HRTEM))b主要研究手段，系統(tǒng)地研究了z卜cu和zr_Cu．Ni非晶合金在不同條件下的晶化行為以及Ni含量和冷卻速度對Zr．Cu．Ni非晶合金晶化過程的影響，并對zr基非晶合金的晶化機制進行了初步探討。實驗結果表明，在共晶成分的Zrs4Cu46非晶合金連續(xù)加熱DSC曲線上約733"C處出現(xiàn)了一個明顯的吸熱峰。該吸熱峰不隨加熱速度的變化而變化，表明在此溫度下
2、發(fā)生某種相變。XRD和TEM結果表明，在733℃時，zr54Cll46非晶合金基體中發(fā)生如下共析反應：CuloZr7+CuZr2一Cuz什Q。該反應發(fā)生的溫度與cu—zr合金平衡相圖中715℃時的共析反應溫度非常接近。反應過程中吸收的熱量導致連續(xù)加熱DSC監(jiān)線上吸熱峰的出現(xiàn)。對于Zr44Cu56非晶合金，其晶化過程通過兩步完成的。第一放熱峰對應的是CuZr2和CuloZr7相的析出，而第二放熱峰對應的則是Cu5lZrl4相的形成。Zr70Cu30非晶合金連續(xù)加熱晶化過程通過一個放熱峰完成。當Zr70Cu30非晶合金中的部分Cu
3、原予被Ni原子取代時，其晶化過程發(fā)生明顯改變。晶化過程由一個放熱峰轉變成兩個放熱峰。TEM結果表明，Zr70Cu20Nilo非晶合金連續(xù)加熱DSC曲線上的第一放熱峰對應Zr2Cu相的析出，麗第二放熱峰對應納米尺度弦c．Zr2Ni相的形成。Zr70Cu20Nilo非晶合金的晶化過程取決于Cu原子和Ni原子的擴散。Zr2Cu晶相的優(yōu)先析出是由于Cu／Ni原子之間的Kirkendall效應。Zr70Cu20Nilo非晶合金在等溫退火晶化過程中，其DSC曲線上只出現(xiàn)單一放熱峰。動力學分析表明，Zr70Cu20NiI。非晶合金的晶化過程
4、主要是由三維形核與晶核長大過程控制，且形核率隨晶化過程的進行逐漸增大。晶化過程中首先析出fcc—Zr2Ni相，其次是Zr2Cu相。通過改變退火溫度和對zr70cu20Nilo非晶合金在過冷區(qū)進行長時間退火發(fā)現(xiàn)，廟c．Zr2Ni相具有良好的熱穩(wěn)定性。它幾乎不隨退火溫度和退火時間的變化而變化。當退火溫度高于晶化開始溫度，且晶化百分比達到一定程度時，Zr2Cu相才會大量析出。，2'c—Zr2Ni相的高穩(wěn)定性與晶化過程中基體成分變化所導致的晶化激活能的變化有密切關系，并對Zr，oCu20NiIo非晶合金的晶化行為進行了較為深入的分析與
5、探討。ZrToCu20Nilo非晶合金在等溫退火晶化過程主要經(jīng)歷兩個不同階段。首先是晶化初期fcc．Zr2Ni晶核的瞬時形核與瞬時長大過程，這是一個界面控制的形核與擴散控制的長大過程；其次是fcc-Zr2Ni摘要和ZrzCu這兩種晶化相的晶粒自行長大過程，這是一個擴散控制的品粒長大過程。Zr70Cu20Nilo非晶合金在較低溫度下進行預退火處理時，在非晶基體上會出現(xiàn)數(shù)量較多的有序原子團簇。這些有序原子團簇對非晶合金的后續(xù)晶化過程有重要影響。對Zr70Cu20NiIo非晶合金進行不同時間的預退火處理可以發(fā)現(xiàn)，隨著退火時間的增大，
6、非晶合金的穩(wěn)定性逐漸降低，分析認為這與Zr70Cu20Nilo非晶合金基體中有序原子團簇的增加或增大有關。根據(jù)對Zr70Cu20Nilo非晶合金徑向分布函數(shù)的Gauss分解結果推斷，在Zr70Cu20Nilo非晶合金預退火過程中析出的有序原子團簇具有類面心立方結構。正是由于這種類面心立方結構有序原子團簇與先析出的fcc．Zr2Ni相具有相似的結構類型，導致非晶合金的晶化過程變得更加易于進行，從而降低了非晶合金的穩(wěn)定性。XRD和HRTEM結果表明，Zr70Cu20Nilo非晶合金完全晶化時的產(chǎn)物主要是bct．Zr2Cu和fcc—
7、Zr2Ni兩種晶化相，實驗過程中未觀察到穩(wěn)定態(tài)的bct-Zr2Ni相。在連續(xù)加熱條件下，當Ni含量從5at％增加到15at％時，Zr70Cu30-。Ni。(F5，10和15)非晶合金的表觀晶化激活能從351kJ／mol逐漸增加到402kJ／mol，表明zr7。Cu30。Ni，(f5，10和15)非晶合金的穩(wěn)定性隨Ni含量的增加逐漸提高。而在等溫退火過程中，Zr70Cu30．xNk(乒5，10和15)非晶合金的局域晶化激活能隨晶化百分比表現(xiàn)出不同的變化趨勢。當Ni含量逐漸增加時，其晶化激活能呈先增后降的趨勢。Ni含量的變化對Zr
8、70Cu30。NixC](=5，10和15)非晶合金品化過程的影響表現(xiàn)出典型的類調幅分解變化規(guī)律。當Ni含量分別為5at％和15at％，且加熱速度在20K／rain以下時，非晶合金以晶化相的同時析出為主要晶化方式，表現(xiàn)在DSC曲線上是存在兩個幾乎重疊的晶化放熱峰；而當Ni含量
