Al-Si原子在Cu基非晶中的擴(kuò)散機(jī)制.pdf

1、本論文選擇玻璃形成能力比較好的Cu基(Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5)大塊金屬玻璃為研究對(duì)象，采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微(SEM)、熱分析(DSC)、二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)比研究了Al和Si兩種不同元素在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti15塊狀非晶合金的過冷液相區(qū)和在晶態(tài)合金中的擴(kuò)散行為，從微觀上解釋原子在過冷液相區(qū)的擴(kuò)散機(jī)制。
　　 采用銅模吹鑄法制備直徑為3mm的棒狀Cu44.

2、25Ag14.75Zr36Ti5非晶，采用金剛石切割為厚度為1mm的圓片狀試樣，通過真空磁控濺射對(duì)非晶合金的圓截面鍍上Al和Si薄膜，鍍膜過程在非晶態(tài)合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg=623K)以下進(jìn)行，保證了非晶合金不被氧化和晶化。通過一系列的實(shí)驗(yàn)來合理的選擇非晶合金的擴(kuò)散退火溫度和保溫時(shí)間，經(jīng)過XRD檢測(cè)在真空爐中經(jīng)過擴(kuò)散退火后的非晶試樣仍保持非晶態(tài)，本實(shí)驗(yàn)選擇的擴(kuò)散退火溫度和保溫時(shí)間為573K(80min)、603K(60min)、633

3、K(40min)和663K(20min)。
　　 采用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)結(jié)合臺(tái)階儀，逐層剝離的方式檢測(cè)Al和Si原子在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5塊狀非晶合金和在晶態(tài)合金中的擴(kuò)散距離，發(fā)現(xiàn)Al和Si原子在非晶合金的過冷液相區(qū)的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散溫度之間的關(guān)系符合單一的Arrhenius關(guān)系式。擴(kuò)散激活能的唯一性說明具有唯一的擴(kuò)散機(jī)制，即以原子團(tuán)整體遷移的方式協(xié)作式擴(kuò)散。而Al和Si原子在晶態(tài)合金中的擴(kuò)散則以空位

4、擴(kuò)散和沿晶界擴(kuò)散為主。
　　 通過計(jì)算，Al原子和在Si原子在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5非晶的擴(kuò)散激活能分別為Q=1.82×105J/mol，Q=7.92×104J/mol。雖然Al原子和Si原子的半徑相差不大，但是從分析中可以看出，Si原子無論是在Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5非晶中還是晶態(tài)合金中，擴(kuò)散深度都大于同種條件下Al原子的擴(kuò)散深度，這是由于Si原子作為非金屬元素與基體中的金屬元素結(jié)合力更強(qiáng)