稀土元素对镁基块体非晶合金玻璃形成能力的影响及晶化动力学研究

摘要

本文以Mg合金为基础，利用稀土元素La，Tb，Gd分别替代非晶形成能力较强的Mg65Cu25Y10中的Y，用真空吹铸法制备出了直径2mm的Mg65Cu25Y10-XLaX(x=0，0.35，1，2)，Mg65Cu25Y10-XTbX(x=0，2，4，6，8，10)、Mg65Cu25Y6Gd4以及Mg65Cu25Gd10块体非晶合金棒。 采用X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DTA)分别对块体非晶合金Mg65Cu25Y10-XLaX(x=0，0.35，1，2，3，4)的结构和玻璃形成形成能力(GFA)进行了研究。结果表明：x=2时，合金具有最高的GFA(Trg=0.5872)；当x=0.35时，也就是当原子半径参数λ=0.18时，不但没得到共晶点的成分，反而其GFA比Mg65Cu25Y10还差；当x=3，4时，此时在非晶基体中已经出现晶体相，说明其GFA显著降低。 对于块体非晶合金Mg65Cu25Y10-xTbx(x=0，2，4，6，8，10)的研究，结果表明：此合金系全为非晶合金，随着合金元素Tb含量的增加其GFA逐渐增强，当x=8时，合金的GFA最强，当x=10时，有所下降；通过对Mg65Cu25Y10-xTbx合金系的电负性差(△x)与原子尺寸参数δ的计算，认为产生这一现象的原因可能是由于Mg65Cu25Y10-XTbX(x=0，2，4，6，8，10)合金的电负性差的变化所引起的。当x=6，8时，合金的GFA较强，DTA图显示其成分可能属于共晶点成分或其附近，同时通过计算得出此两种非晶合金的入值与由原子团簇模型推导而出的参数λ=0.18值相差较大，说明原子结构参数入并不完全适用于Mg65Cu25Y10-XTbX(x=0，2，4，6，8，10)合金系中的两种共晶点成分或其附近的非晶合金。利用Kissinger方程研究了Mg65Cu25Y2Tb8合金的玻璃转变动力学行为，结果表明：Mg65Cu25Y2Tb8非晶合金的玻璃转变和晶化行为均具有明显的动力学效应。 研究了Mg65Cu25Y6Gd4、Mg65Cu25Gd10块体非晶合金的结构和GFA及其玻璃转变动力学，结果表明：玻璃转变表观激活能与频率因子V0越小，玻璃转变处Lasocka关系的B值越大，则对于同一合金系表现出GFA越强。经分析得出这一现象是由于大块非晶合金独特的结构特点所引起的。 由于Mg65Cu25Gd10合金具有较强的GFA，利用真空吹铸法成功地制备了长宽厚分别为80mm、20mm、3mm的Mg65Cu25Gd10块体非晶合金。系统地分析了其在不同的退火温度与时间的非晶晶化行为。结果表明：Mg65Cu25Gd10块体非晶合金与传统非晶合金相比在0.5Tm处退火不能析出纳米晶，只能进行金属玻璃的结构驰豫，这可能与其不能在低温下以无热长大模型析出纳米晶有关。Mg65Cu25Gd10块体非晶合金等温退火时只析出hcp-Mg与hcp-Mg2Cu两种纳米晶，其等温退火时间与晶体生长服从连续形核与抛物线生长动力学定律。有效控制好非晶晶化的退火温度与时间，就能得到理想的非晶/纳米晶或者纳米晶材料。 对于Mg65Cu25RE10合金的GFA随原子序数的变化而呈现出先增大后减少的现象，从RE3+4f层电子成单电子数数目的角度对这一现象进行了研究，结果表明：RE3+4f层电子成单电子数数目可能是造成Mg65Cu25RE10合金的GFA随原子序数的变化的主要原因。

目录

文摘

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第1章 绪论

第2章Mg65Cu25Y10-XLax块体非晶合金

第3章 Mg65Cu25Y10-xTbx块体非晶合金

第4章 镁基大块非晶玻璃转变的动力学性质

第5章 Mg65Cu25Gd10大块非晶合金的晶化行为

第6章 BMG成分设计探索

结论

参考文献

致谢

附录A攻读硕士期间取得的研究成果