非晶态铝合金晶化过程的形核与长大行为研究
非晶态铝合金晶化过程的形核与长大行为研究
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阻 测 量厦 高 分 辨电 境监 测 了合 垒 晶化 动 力学 过 程 结 果 表 明，在 非晶 忠铝 台 金 的退 火 过程 中纳 米 Ａｌ 子 的形 棱 与长 大 过 程是 可分 粒 离 的 ，即首 先 发 生淬 志 Ａｌ晶 棱的 长大 之 后 在 过冷 藏 志 温 区发 生 高密 度纳 米 Ａ１ 子 的形 棱 ．最终 是 Ａ１晶 接 的长 大过 程 粒
Ｃｏ ｒｓｏ ｄ ｎ ：ＬＵ Ｋｅ ｐ ｏ ｅｓ ￣ ｒｅｐ ｎ ｅ ｔ ． ｒｆ ｓｏ
Ｍ ａ ｕ ｃ ｉ ｅ ｅ ｖ ｄ ２０ ０４ ５ ｎ ｓ ｒｐｔｒ ｃ ｉ ｅ ０２ １
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Al-7Si-Mg铝合金凝固过程形核模型建立及枝晶生长过程数值模拟
摘要 针对铝合金砂型铸造较低冷速特点, 通过实测和分析不同凝固条件下的冷却曲线, 建立了适用于铝合金形核密度随最
大形核过冷度呈指数性变化的形核函数. 通过与 Pandat 软件热力学、动力学、平衡相图数据库相耦合, 并利用空间坐标变化 等算法, 建立了适用于三元铝合金二维、三维枝晶生长的 CA 模型. 在该模型中, 同时考虑了溶质扩散、成分过冷、曲率过 冷、晶体择优取向以及不同组元之间相互作用等重要因素的影响. 利用建立的形核和生长模型, 模拟了 Al-7Si-0.36Mg 合金 在不同凝固条件下的二维枝晶演化及形貌特征, 描述了溶质组元的分布特征以及定量地预测了二次枝晶臂间距的变化, 并与 实验结果进行了对比. 三维枝晶的模拟结果有效反映了枝晶空间结构复杂性和多样性, 并与实验结果吻合良好. 关键字 三元铝合金, 形核模型, 元胞自动机, 枝晶生长, 二次枝晶臂间距
Correspondent: XU Qingyan, professor, Tel:(010)62795482 E-mail: scjxqy@ Supported by National Basic Research Program of China (No.2011CB706801), National Natural Science Foundation of China (Nos.51374137 and 51171089) and National Science and Technology Major Projects (Nos. 2012ZX04012-011 and 2011ZX04014-052)
CHEN Rui1), XU Qingyan1), WU Qinfang2), GUO Huiting2), LIU Baicheng1) 1) Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084 2) Mingzhi Technology Co.Limited, Suzhou 215006
块体非晶合金材料的性能、应用及展望
块体非晶合金材料的性能、应用以及展望引言：非晶态合金又称为金属玻璃，具有长程无序、短程有序的亚稳态结构特征。
固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。
与传统的晶态合金相比，非晶合金具备很多优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨和耐腐蚀等，因而引起人们极大的兴趣。
一、非晶合金的发展历程自1960 年加州理工学院的P.Duwez 小组采用液态喷雾淬冷法以106K/s 的冷却速率从液态急冷获得Au-Si 非晶合金以来，人们主要通过提高冷却速度的方法来获得非晶态结构。
由于受到高的临界冷却速率的限制，只能获得低维的非晶材料（非晶粉、丝、薄带等），这在很大程度上限制了非晶的应用，特别是阻碍了对其力学、物理等性能的研究。
20 世纪80 年代末90 年代初，日本东北大学（Tohoku University）的T.Masumoto 和A.Inoue 等人发现了具有极低临界冷却速率的多元合金系列，如Mg-TM-Ln，Ln-AI-TM，Zr-AI-TM，Hf-AITM ，Ti-Zr-TM（Ln 为铡系元素，TM 为过渡族元素）。
1993 年W.L.Johnson 等人发现了具有临界冷却速率低达1K/s 的Zr 基大块非晶合金。
经过二十多年的发展，非晶从只有几个微米到现在的厘米级别，现在已经有6 个体系（锆基: Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5， Zr55Al10Ni5Cu30；铂基：Pd40Cu30Ni10P20；钇基：Y36Sc20Al24Co20；钯基：Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5；镁基：Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11）临界尺度达到了20mm。
对非晶态的大量研究表明，非晶合金中不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷，非晶合金具有传统的晶态金属所不具有的诸多优良性能，如良好的机械、物理、化学性能以及磁性能。
鉴于大块非晶合金优良的力学、化学及物理性能以及在电子、机械、化工、国防等方面具有广泛的应用前景，大块非晶合金的研制就具有重要的技术和经济价值，是一个具有广阔发展前景的研究领域。
材料学课程论文：Al基金属玻璃的研究
本科课程论文题目Al基金属玻璃的研究发展院（系）专业课程学生姓名学号指导教师二○一二年十月摘要：铝基非晶态合金及其非晶相复合材料均具有优异的特性,是一种具有广阔应用前景的新型结构材料。
Al基非晶态合金的发展历程、玻璃形成能力、Al基金属玻璃的制备方法、研究现状、发展动向在本文中将分别介绍。
关键词：Al基金属玻璃形成能力制备展望0 引言自美国弗吉尼亚大学Poon研究组和日本东北大学Inoue研究组分别发现Al基合金可通过快速凝固技术形成非晶态结构[1]。
Al基非晶态合金及其部分结晶后形成的纳米复合薄带材料表现出超高的比强度（5.2×105Nmkg-1）及良好的塑性，被认为是极具应用前景的新一代超高强度轻质合金。
然而，与Pd、Mg、Zr、Fe等合金相比，Al基合金的玻璃形成能力较低，很难通过熔体浇铸直接形成尺度大于1mm的块体材料。
Al基金属玻璃块体材料的获得主要依赖于粉末固结的途径。
探索具有高玻璃形成能力、可通过熔体直接浇铸形成块体材料的合金体系始终是人们追求的目标。
1 发展历程历史上有关非晶合金研究的最早报道 ,是在1934年 Kramer利用蒸发沉积法发现了附着在玻璃冷基底上的非晶态金属薄膜[2]。
1960 年 ,Duwez 等人采用液态金属快速冷却的方法 ,从工艺上突破了制备非晶态金属和合金的关键，引起了金属材料发展史上的一场革命[3]。
1965 年,Predecki，Giessen等人首次通过熔体急冷的方法得到铝基非晶合金(Al—Si)。
1981年 Inoue 等人开发出含铝量较高的TM(过渡金属)-Al-B 系列非晶合金[4].1984 年Shechman 等人在快凝Al—Mn 合金中发现具有五重对称的二十面体准晶相( Icosahedral quasicrystals phase) 。
此后 ,相继在多种铝与其它过渡金属(Fe ,Cr ,Ni)的快凝合金中发现准晶相[5]。
1988 年 Y. He[6]和 A.Inoue 等人分别独立地制备了含铝量高达90%(原子分数)的轻质高强 Al- TM- Re (TM = 过渡金属 ,RE=稀土元素)非晶合金。
Fe-B非晶合金的等温晶化动力学研究
* 收稿日期:2021-03~03 基金资助：国家重点研发计划(2017YFB0703001,2017YFB0305100)；国家自然科学基金(51134011,51431008,51790481)；中央高校 基本科研业务费专项资金(3102017jc01002)o 第一作者简介：马亚珠(1985-),女，西北工业大学博士研究生，主要研究方向为非晶及纳米晶等亚稳材料制备及稳定性, E-mail： 419256325@qq. com。 通信作者简介：刘 峰(1974 — )男，西北工业大学教授，主要研究方向为非平衡凝固理论与技术等，E-mail：lifeng@。
本文将通过DSC研究Fe85 B】5非晶合金在不 同温度下的等温晶化动力学行为。结合X-射线衍 射仪和透射电子显微镜，确定其等温晶化后的显微 结构。用解析相变模型结合碰撞模式判断对所有实 验数据进行拟合，明确该合金的等温晶化动力学。
1实验材料与分析方法
1. 1实验材料
本文的实验对象为Fe85 B：5非晶合金。在氩气 保护下利用电磁感应熔炼纯铁和Fe-B中间合金制
得Fe85B“母合金。在下方有直径0. 8 mm喷嘴的 坩埚中放入8 g母合金，置入超快速液淬装置中， 在氩气保护下用8 kW功率加热使合金快速熔化， 通过加压0. 03 MPa向坩埚中充入高纯氩气使得
高温熔体通过喷嘴连续流向以5 000 r • min-1转 速旋转的冷却铜辐上，从而制备出约32 gm厚的 非晶合金薄带。用X，pert Pro MRD型X射线衍 射仪(X-Ray Diffractometer, XRD，Cu-Ka)对制备 的薄带进行物相检测。薄带的化学成分用感应耦
了很多实验结果［1012］ o解析模型具有类似JMA 方程［913］的结构，但是在等温转变中生长指数"、有 效激活能Q和指数前因子犓0是时间的函数。然 而，在用解析相变模型对实验结果的拟合过程中 ， 由于不同形核生长模式组合及参数选取的范围大， 会增大计算的时间。因此，研究者提出了转变速率
非晶合金的晶化机理分析
非晶合金的晶化机理分析1. 前言非晶合金是一种新型材料，因具有优良的磁、力学、腐蚀、耐磨、导热等性能，在电力、航空、航天、汽车、医疗等领域得到了广泛的应用。
但非晶合金由于其结构的特殊性质，相对于晶态合金来说更加容易发生晶化行为。
因此，对非晶合金晶化机理的研究具有重要意义。
2. 非晶合金的晶化非晶合金是由一种或几种金属元素与非金属元素在一定温度范围内经过快速冷却得到的无定形材料结构。
(Men '大羽弦小学子')晶化现象是指非晶态合金发生长程有序的过程，由于此过程与材料的性能和应用密切相关，因而引起了广泛的研究。
一般来说，非晶合金通过淬火、挤压、冷轧或退火等方式处理后，由于加工过程或外部温度的影响，存在着晶化倾向。
而非晶合金晶化时的机理包括初基元晶粒生成、晶粒长大和合并以及形成晶格序列等过程。
3. 非晶合金晶化机理分析3.1初基元晶粒生成在非晶合金的晶化过程中，初基元晶粒的生成是晶化机理的第一步。
初基元晶粒的生成主要取决于非晶合金材料内在复杂的局部势能坑与外界条件的复杂耦合关系。
在初基元晶粒生成的过程中，影响因素主要有:工艺状态、沉淀体、微缺陷、外加应力等。
3.2晶粒长大和合并在非晶合金的晶化过程中，晶粒的长大和合并是晶化机理的第二步。
非晶合金晶化时晶粒的尺寸和体积呈指数级增长，晶粒尺寸和晶粒间距逐步增大影响晶化时间和晶粒尺寸的增长速率。
而一旦晶粒的尺寸增加到一定大小，晶粒之间就会出现晶粒合并，从而导致晶粒的细粒化阶段结束。
3.3形成晶格序列在非晶合金晶化的第三个阶段，会形成晶格序列。
晶格序列在非晶合金晶化过程中会形成各种尺寸和形状的结晶体，这种结晶体通常存在于非晶合金的表面，晶化趋势强，而晶化峰桥形态多是由于给定的扰动引起的。
4. 结论非晶合金是一种具有特殊结构和特殊性能的新型材料，在现代产业中有着广泛的应用前景和市场价值。
在制备过程中，非晶合金往往伴随着晶化的现象，而晶化机理的研究正是对非晶合金制备过程中晶化现象的剖析和解释。
电子束诱导非晶GaAs晶化的形核与长大
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Ｃｏ ｒ ｓｏ ｄ ｎ ：ＬＩＺ ｉｈ ｎ ，Ｔ ｌ ０４ ２ ９ １３ Ｉ ｘ ０ ４２ ８ １２ ， ｍａｈ ｚ ｃ ｌ＠ｉ ．ｃａ ｒｅｐ ｎ ｅ ｔ ｈｃ ｅ ｇ ｅ：（２ ）３ ７ ８３ Ｆａ ：（２ ）３ ９ ３ ０ Ｅ－ ｉ ｈ ｈｉ ｍｒａ ．ｎ
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１ 实验方 法 实验选用 ｌ１Ｉ １０ 取向的 Ｇａ Ａｓ单晶，非晶区可通过
压痕诱导材料非晶化方法获得 ［１ ．制备过程如下：在 ９０ ，Ｊ
国 家 自然科 学 基 金 ５ ９ １ ９ 和 国家 重 点 基 础研 究 发展 规 划 ９ ７ ０５ Ｇ １ ９ ０ ５ 资 助项 目 ９ ９６０ 收 到初 稿 日期 ： ２ ０ — ３ ２ ，收到 修 改 稿 日期 ： ２ ０ — ７ ０ ０ ２０—８ ０ ２０— １ 作 者 简介 ： 李 志 成 ，男 ， １ ６ ９ ９年 生 ，博 士 生
非晶态合金(Amorphous_Alloys)
Pd-Cu-Ni-P
Pd-Ni-Fe-P
Pd-Cu-B-Si
Ti-Ni-Cu-Sn
Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)
Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)
Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)
化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大(10%~ 20%), 越容易形成非晶态。因而过度族金属或贵金属 与类金属 (B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属、后 过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶.
Al-Y-M合金 非晶形成的成
分范围
Al-Y相图
熔点和玻璃化温度之差T ： T =Tm-Tg ，T越小， 形成非晶倾向越大。 因而，成分位于共晶 点附近的合金易于形 成非晶.
非晶态
晶 体 与 非 晶 体 的 结 构
晶体与非晶体的
结构
非
晶
体
晶 体
Computer simulation of the disordered atomic structure of a three-component metallic glass
从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当
非晶中的切变带
含有晶相的复相组织
三、非晶态合金的结构
非晶态合金的结构与液态金属结构相似，原子排列没
有长程的对称性和周期性，这已为X衍射实验所证实,
非晶体在透射电镜下的
衍射花样由较宽的晕和
弥散环组成。在非晶态
合金中，没有晶界、位
错等晶态合金所特有的
晶格缺陷。
非晶合金衍射花样