Gd基和Zr基块体非晶合金的晶化行为及强磁场对晶化行为的影响

摘要

非晶合金由于其独特的物理、化学和力学性能而受到了材料和物理学家的广泛关注，其晶化机制的研究无论在形核理论上还是在应用上都有十分重要的意义。本文主要围绕这个方面展开工作，研究Gd基和Zr基块体非晶合金的晶化动力学。另外，有研究表明:强磁场作为一种极端实验条件，会影响非晶合金的制备和晶化过程。因此，本文也探索性地研究了磁场对几种Zr基块体非晶合金晶化行为的影响。
　　本文主要研究了Gd53Al24Co20Zr3和Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金在连续加热过程中的晶化动力学。采用DSC技术得到了以上两种非晶合金的玻璃转变温度、晶化起始温度和晶化峰值温度，并利用Kissinger方程、Lasocka方程、Augis&Bennet方程、Ozawa方程以及VFT方程对非晶合金的特征温度进行了对比分析和拟合。结果显示:非晶合金的各个特征温度具有明显的动力学效应，在实验所用的升温速率范围(5～80 K/min)，这五个方程均能很好地描述非晶合金的特征温度与升温速率的关系，由Kissinger方程计算得到的两种非晶合金在玻璃转变过程和晶化过程的表观激活能数值要小于Augis&Bermet方程和Ozawa方程的计算结果。
　　利用实验数据及拟合得到的相关方程绘制了Gd53Al24Co20Zr3和Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金的连续加热相变图，从各个方程的拟合结果，并结合在1K/min和120K/min加热速率下的DSC结果来看，尽管在实验所采用的升温速率下，以上五个方程都可以很好地描述各特征温度随升温速率增加而增大的变化关系，但相比较而言，VFT方程可以更好地描述非晶合金的特征温度与升温速率的关系。
　　通过Doyle-Ozawa方法计算得出了Gd53Al24C020Zr3和Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金晶化体积分数与表观晶化激活能之间的关系。结果表明:当晶化体积分数为25％左右时，对应的晶化激活能达到最大值，然后开始缓慢的下降，晶化体积分数超过90％以后，晶化激活能迅速降低，这时晶化变得十分容易。最后利用描述固态转变形核和长大过程的Johnson-Mehl-Avrami方程和Normal Grain Growth方程对实验数据进行了拟合分析，得到了Gd53Al24Co20Zr3和Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金的晶化机制图。
　　最后，本文还研究了强磁场下Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5和Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金的等温晶化行为，并结合X射线衍射分析技术和差热分析技术得出了强磁场对不同非晶合金体系晶化相的析出、形核和长大等的影响。研究结果表明:在实验条件下，通过XRD物相分析没有得出规律性结论，说明磁场在Zr基块体非晶合金的晶化过程中所起的作用是比较复杂的。而由DSC得到的晶化动力学结论表明，磁场可以影响非晶合金的表观晶化激活能以及晶化反应速率。