Al72Co20Ni8准晶与金属铜间扩散机制研究

摘要

实验采取粉末冶金法将Al72Co20Ni8准晶粉和Cu粉复合在一起,通过调整热处理条件,使得Al72Co20Ni8准晶粉和Cu粉发生不同程度的反应,观察成分的和形貌变化。主要运用勒了X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)等表征技术。
　　 本论文主要包括三部分:
　　 (1)Al72Co20Ni8十次准晶组织和形貌观察;
　　 (2)550℃下,Al72Co20Ni8十次准晶与金属铜的界面研究;
　　 (3)700℃下,Al72Co20Ni8十次准晶在金属铜中的扩散行为。
　　 首先,按照原子百分比Al72Co20Ni8在真空感应炉中熔炼出Al72Co20Ni8准晶铸锭。用抽描电镜(SEM)观测Al72Co20Ni8准晶的十棱柱形貌,DEAX能谱分析证明准晶成分实为Al72Co20Ni8,采用透射电镜高分辨HRTEM技术和选区电子衍射(sAED)证明了Al72Co20Ni8准晶的二维十重旋转对称结构。
　　 为了研究Al72Co20Ni8准晶与纯铜的相容性,将铸态的Al-Co-Ni准晶磨成粉(200-300目),并与铜粉按质量比1:19混合冷压成型,在500℃下保温30分钟、45分钟、60分钟,通过扫描电镜相观察Al72Co20Ni8准晶颗粒与Cu界面结合的情况,同时用附载的能谱仪(EDAX系统)观测界面处的成分变化。实验结果显示热处理温度为550℃时,随着保温时间的延长,Al72Co20Ni8中会有微量的Co元素扩散至铜基体,界面处的元素交换并不明显,原因是550℃的Al72Co20Ni8准晶中只有部分Co元素达到扩散激活能,扩散至Cu基体之中,而Al原子还不能挣脱平衡位置。
　　 为了观测Al原子发生扩散之后界面的形貌,实验又将热处理温度提高到了700℃。实验结果显示,700℃下的Al72Co20Ni8准晶颗粒在Cu基体中会发生分解,首先转变为片状的Al(Co,Ni)x晶体相,平行排列,随着保温时间的延长,Al(Co,Ni)x会发生汇聚,粗化。Al72Co20Ni8中的Al原子扩散至Cu基体之中,形成固溶体,冷却后Cu基体中弥散分布纳米级的析出相。原因是700℃下,Al72Co20Ni8中的Al原子异常活跃,Cu基体提供了扩散的浓度梯度,Al原子的流失使得Al72Co20Ni8的准周期结构不能保持,Al72Co20Ni8准晶与Cu发生了强烈的互溶反应。