铁基非晶纳米晶复合材料的热力学与动力学分析

摘要

本文利用单辊旋淬及电弧熔炼吸铸法制备出Fe66Ni1Al5Ga2P9.65B7.6Si3C5.75薄带状非晶合金，采用预退火，深冷及冷热结合的预处理方式对铁基非晶合金进行处理，通过XRD、DSC检测，研究不同预退火温度，不同深冷时间，不同循环处理方式对非晶合金的结构弛豫、晶化量、晶化析出相的生长速率和晶化析出相种类及热力学参数的影响。
　　晶化动力学研究表明:淬态和经不同预处理方式处理后的样品都具有典型的非晶漫散射峰，仍保持非晶态结构;经475K，30min预退火处理和72小时深冷处理后的样品XRD图谱在2θ=33～38°左右的位置上出现了一明显的预锋，说明在此预处理过程中非晶内部伴随着结构弛豫。在晶化退火后，淬态样品析出了α-Fe固溶体相、Fe2P化合物两相，平均晶粒尺寸为25.65nm;经不同温度预退火处理样品B、C、D的晶化XRD图谱上均出现了新相Fe3P;晶化析出相的平均尺寸分别为22.20nm、18.53nm、19.22nm。且经预退火处理后的晶化样品的晶化量比淬态样品均有了较大的增长;生成速率明显比淬态的晶体生长快，随退火温度的升高，晶化量也不断的增大，晶体的生成速率也随之增大。经不同时间深冷处理后的晶化样品的XRD图谱上均出现了新的衍射峰，分别为Fe3P、Ni3P、AlNi3C0.5;经不同时间深冷处理后的晶化样品E、F、G的平均晶粒尺寸分别为25.93nm、26.87nm、31.42nm。晶粒尺寸随深冷时间的增长而变大，尤其深冷72h后晶化所得的晶粒尺寸变化明显。经深冷处理后的晶化样品的晶体量较淬态样比较，明显减少，生成速率明显降低;随深冷时间的延长，晶体量、生成速率均略微减小。预退火循环热处理、深冷循环处理和冷热结合预处理后的淬态样品经晶化退火处理后析出相的种类明显增多，其中经冷热结合预处理的样品晶化后析出相的种类最多，主要有α-Fe、Fe2P、AlNi3C0.5、Ni2P、Fe3P、Fe3C(Al、Si)、FexBy;经循环预处理后晶化样品的晶化量均有大幅度的增加，其中经冷热结合循环处理的样品晶化量最大，晶体生成速率基本保持不变。
　　晶化热力学研究表明:经预退火后的晶化样品的玻璃转变温度Tg、晶化开始温度Tx晶化结束温度Tp均有所降低，整个非晶的晶化阶段均有所提前;随着退火温度的升高，Tg、Tx、Tp也有减小的趋势;经深冷处理后的晶化样品的Tg的变化没有明显的规律，随深冷时间的延长，Tx、 Tp均呈现出增大的趋势;循环处理后Tg、Tx及Tp都有不同程度的减小，但经深冷循环处理后样品的晶化结束温度却增加了。
　　根据推导析出相的ΔGθT公式得知，Fe3P、AlNiC0.5、Fe2P相的ΔGθT与温度T成正比例函数，但是Fe3P、Fe2P的晶化温度超过了结晶温度上限却仍能形成这两种晶体;Fe3C相的ΔGθT与温度T成反比例函数，但是实验采用的结晶温度远达不到Fe3C相结晶温度的下限，却也能形成Fe3C相，说明经不同方式的预处理后晶体的结晶温度范围得到了扩大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 非晶合金的发展及特点

1．1．1 非晶合金的发展

1．1．2 非晶合金的特点

1．2 非晶合金形成机理

1．2．1 非晶形成热力学

1．2．2 非晶形成动力学

1．2．3 非晶形成结构学

1．3 熔体过冷与非晶态转变

1．4 非晶合金的制备—熔体急冷技术

1．5 非晶合金的结构弛豫

1．6 非晶态合金中的纳米晶化

1．6．1 纳米晶化

1．6．2 纳米晶的形核和长大

1．6．3 纳米晶尺寸

1．6．4 纳米晶化热力学

1．6．5 纳米晶化方法

1．6．6 纳米晶化的研究现状

1．7 非晶合金的预处理

1．8 非晶合金的热力学研究

1．9 铁基非晶的发展及应用

1．10 本文研究意义与主要内容

第二章 铁基非晶纳米晶的制备及实验方案

2．1 实验方案

2．2 非晶合金的制备

2．2．1 实验设备

2．2．2 母合金的制备

2．2．3 条带状铁基非晶样品的制备

2．3 非晶合金的检测

2．3．1 XRD检测

2．3．2 DSC检测

2．4 铁基非晶合金的预处理

2．4．1 铁基非晶合金的预退火处理

2．4．2 液氮深冷处理

2．4．3 冷热结合预处理

2．4．4 循环预处理

2．5 非晶合金的晶化处理

第三章 不同的预处理方式对非晶合金结构的影响

3．1 预处理后样品的XRD分析

3．2 预退火对非晶合金结构的影响

3．2．1 不同预退火温度的晶化样品的XRD分析

3．2．2 不同预退火温度的晶化样品的DSC分析

3．2．3 预退火温度对晶化样品的晶化面积和晶体生长速率的影响

3．3 深冷处理对非晶合金的影响

3．3．1 不同深冷时间的晶化样品的XRD分析

3．3．2 不同深冷时间的晶化样品的DSC分析

3．3．3 不同深冷时间对晶化样品的晶化面积和晶体生长速率的影响

3．4 循环预处理对非晶合金结构的影响

3．4．1 循环预处理样品的XRD分析

3．4．2 循环处理后晶化样品的XRD分析

3．4．3 循环处理后晶化样品的DSC分析

3．4．4 不同循环方式对晶化样品的晶化面积和晶体生长速率的影响

3．5 综合分析

第四章 非晶合金的热力学分析

4．1 预处理对非晶合金热力学参数的影响

4．1．1 预退火温度对非晶合金热力学参数的影响

4．1．2 深冷时间对非晶合金热力学参数的影响

4．1．3 不同循环方式对非晶合金热力学参数的影响

4．2 析出相形成的热力学分析

4．2．1 ΔG表达式

4．2．2 预处理对ΔGT0的影响

4．3 综合分析

第五章 结论

参考文献

致谢

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