Al-Ni-RE非晶合金的非晶形成能力与晶化行为

摘要 (Ⅰ)

ABSTRACT (Ⅲ)

第一章绪论 (1)

1.1非晶形成能力 (2)

1.1.1 非晶形成的热力学和动力学 (3)

1.1.2 制备条件对非晶形成的影响 (5)

1.1.3 非晶形成能力的判据 (8)

1.2 Al基非晶合金 (11)

1.2.1 Al基非晶合金的发展历史 (11)

1.2.2 Al-TM-RE合金的非晶形成能力 (11)

1.2.3 Al-TM-RE非晶合金的晶化行为 (16)

1.2.4 Al-TM-RE非晶合金的结构 (18)

1.2.5多组元化对Al-TM-RE合金非晶形成能力的影响 (21)

1.3 本文的主要研究内容 (22)

第二章实验方法 (25)

2.1 合金成分的选择 (25)

2.2 主要实验设备 (25)

2.3 试样制备 (26)

2.3.1 母合金制备 (26)

2.3.2 非晶薄带制备 (26)

2.3.3 楔形试样制备 (27)

2.4 试样分析与表征 (28)

2.4.1 金相显微镜观察 (28)

VII

上海交通大学工学博士学位论文

2.4.2 X射线衍射分析 (28)

2.4.3 透射电子显微镜分析 (28)

2.4.4 热分析 (28)

第三章 Al-Ni-RE合金最佳非晶形成成分 (31)

3.1 有效原子半径在非晶合金成分设计中的应用 (32)

3.1.1 有效原子半径的提出 (32)

3.1.2 有效原子半径的确定 (34)

3.1.3 团簇线模型的修正 (37)

3.2 最佳非晶形成成分的实验确定 (40)

3.2.1 楔形试样的金相组织 (41)

3.2.2 XRD, TEM分析 (42)

3.2.3 Al-Ni-RE非晶合金的最佳非晶形成成分 (43)

3.3 有效原子半径确定的合理性 (46)

3.4 Al-Ni-RE合金的非晶形成能力与λ的关系 (49)

3.5 本章小结 (51)

第四章 Al-Ni-RE非晶合金的晶化行为 (53)

4.1 Al-Ni-RE非晶合金的晶化行为 (53)

4.1.1 晶化过程 (53)

4.1.2 初生相 (58)

4.2 Al-Ni-RE非晶合金的晶化类型和热稳定性 (60)

4.2.1 Al-Ni-RE非晶合金的晶化类型 (60)

4.2.2 Al-Ni-RE非晶合金的热稳定性 (66)

4.3 Al-Ni-RE非晶合金的约化玻璃转变温度 (68)

4.3.1 液相线温度确定 (68)

4.3.2 约化玻璃转变温度 (70)

4.4 本章小结 (75)

VIII

第五章相似原子置换对Al-Ni-La合金非晶形成的影响 (77)

5.1 不同成分Al-Ni-La合金中Ce置换La的效果 (78)

5.1.1 非晶形成能力的变化 (78)

5.1.2 晶化行为的变化 (83)

5.1.3 混合自由能 (85)

5.1.4 团簇结构 (91)

5.2 Al86Ni9La5-x RE x（RE=Sc，Ce，Gd，Dy）合金的非晶形成能力 (94)

5.3 Al-Ni-La-Ce非晶合金的晶化行为和热稳定性 (101)

5.4 本章小结 (105)

第六章主要结论和创新点 (107)

6.1 主要结论 (107)

6.2 论文创新点 (108)

参考文献 (109)

攻读博士期间发表的论文 (122)

致谢 (123)

第一章绪论

非晶合金中原子排列缺乏周期性，只是在几个原子尺度范围内具有一定的有序度，具有长程无序而短程有序的结构特征。由于其独特的结构和性能，非晶合金作为结构功能材料，在航空、航天、机械、电子、化工、军事等领域有着重要的应用前景，引起了世界上材料学家和物理学家高度的关注 [1]。

从上世纪80年代末以来，非晶合金的研究取得了突破性进展，发现了多种体系的合金具有很好的非晶形成能力（GFA ），非晶形成的临界冷却速率可以低至100 K/s 以下，这样就可以利用常规铸造法，如水淬法、铜模吸铸法、挤压铸造法等来获得直径在1 mm 以上的非晶合金，由此开辟了块体非晶合金的新时代，陆续开发了Mg 基、La 基、Zr 基、Pd 基、Ni 基等多组元块体非晶合金体系 [2-10]。近年来，随着航天航空、运输工具轻型化的迅速发展和节能降耗的需要，人们开始将注意力转向高强度、低密度、低成本的非晶合金材料，其中就包括Al 含量超过80%的Al 基非晶合金。图1.1为工程材料的强度-密度图，从图中可以看出部分晶化的Al 基非晶纳米

图1.1 工程材料的强度和密度图 [11]

Fig. 1.1 A strength-density property chart for engineering materials. [11]