Al-TM-RE基非晶合金的非晶形成能力、晶化及其性能的研究.pdf

1、本文主要選擇Al-TM-RE(TM表示過渡族金屬元素,RE表示稀土元素)基非晶合金為研究對象,分別研究了其非晶形成能力(GFA)與元素添加、熱膨脹行為和耐腐蝕性的關(guān)系。此外,還研究了不同退火氣氛(氫氣(H2)、空氣(air)、氬氣(Ar)和氮?dú)?N2))對Al基非晶合金的晶化、微觀硬度和耐腐蝕性的影響。
　　 利用X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)和高溫粘度儀分析了Si元素的添加對Al-Fe-La合金非晶形成能力和

2、熱穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)Al88-xFe6La6Six(x=0,0.5,1-4)合金系都為完全的非晶結(jié)構(gòu),且Al86Fe6La6Si2合金的GFA最好,Al87Fe6La6Si1合金的熱穩(wěn)定性最好。這是因為適量Si的加入會引起:(1)大的原子尺寸差進(jìn)而增加了Al-Fe-La非晶合金的密排密度；(2)更負(fù)的混合焓；(3)化學(xué)鈍化熔體中引起異質(zhì)形核的雜質(zhì)(如氧和碳),從而提高了合金的GFA。但是當(dāng)Si含量大于2 at.％時會降低合金的熱穩(wěn)定性和

3、GFA,這是因為多余的Si會與其他元素形成硅化物,引起異質(zhì)形核,從而降低了GFA。另外,隨著Si含量的增加,Al-Fe-La合金的晶化過程發(fā)生改變,由兩次晶化過程轉(zhuǎn)變?yōu)槿尉Щ^程。
　　 利用XRD、DSC、透射電子顯微鏡(TEM)、交流梯度磁力計(AGM)和微觀硬度儀等研究了相似元素Ni-Co和La-Ce替代對Al86Ni9La5非晶合金的GFA、磁性和硬度的影響。研究發(fā)現(xiàn)試樣的GFA的大小關(guān)系為:Al86(Ni0.5Co0

4、.5)9(La0.5Ce0.5)5　　 利用高溫粘度儀和熱膨脹儀研究了Al86Ni9La5和Al86Ni9(La0.5Ce0.5)5非晶合金的動力學(xué)粘度和熱膨脹行為,從自由體積出發(fā),發(fā)現(xiàn)無論

5、在液態(tài)或非晶態(tài),Al86Ni9(La0.5Ce0.5)5合金中含有的自由體積都比Al86Ni9La5合金的少,表明Ce的加入降低了Al-Ni-La合金的自由體積,提高了原子尺寸的連續(xù)性,從而提高了GFA。同時也證實了熔體結(jié)構(gòu)和非晶結(jié)構(gòu)存在著相關(guān)性。另外,還研究了Al84Ni10RE6(RE=Y,Ce,Gd和Er)非晶合金的熱膨脹行為。發(fā)現(xiàn)Al86Ni9La5、Al86Ni9(La0.5Ce0.5)5和Al84Ni10RE6(RE=Y,C

6、e,Gd和Er)六種Al基非晶合金的線性熱膨脹系數(shù)(αas)與液相線溫度(T1)的比值θˊ,即αas/T1,與合金的GFA成正的相關(guān)性。還發(fā)現(xiàn)在Cu基和Gd基非晶合金中也存在這一現(xiàn)象,說明在同一合金系中,可以用新參數(shù)θˊ來判斷合金的GFA,θˊ越大,GFA越好。此外,根據(jù)自由體積理論,GFA好的合金一般含有較小的自由體積。
　　 利用XRD、DSC、電化學(xué)工作站、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)和X-ray光電子能譜(XP

7、S)研究了Al94-xNixGd6(x=6,8,10,12)非晶合金的GFA和電化學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn):(1)隨著Ni含量的增加,Al-Ni-Gd合金的熱穩(wěn)定性和GFA是逐漸增加的,Al-Ni-Gd合金的GFA的大小關(guān)系為:Al82Ni12Gd6>Al84Ni10Gd6>Al86Ni8Gd6>Al88Ni6Gd6；(2)Al一Ni-Gd合金在3.5wt.％NaCl和0.1 mol/L NaOH溶液中的耐腐蝕性要優(yōu)于在0.1 mol/L HC

8、1溶液中的耐腐蝕性；(3)Al-Ni-Gd合金的非晶形成能力越好,合金的耐腐蝕性越優(yōu)異；(4)陽極極化區(qū)間內(nèi)在-0.5～～-0.25V范圍內(nèi)的電流密度峰總是出現(xiàn)在含有Cl-的電解液中,這是Ni2+的氧化和Cl-共同作用的結(jié)果。
　　 在不同退火氣氛(H2、air、Ar和N2)下對Al86Ni9La5非晶合金進(jìn)行退火,并用XRD和TEM分析其析出相。研究發(fā)現(xiàn):(1)在523 K(第一次晶化峰Tp1附近)退火時,初晶相Al與退火氣氛

9、無關(guān)；(2)在584 K(第二次晶化開始溫度Tx2附近)退火時,晶體的最終產(chǎn)物為:Al、Al11La3和Al3Ni相,也與退火氣氛無關(guān)；(3)在523 K退火時,H2和air能明顯提高Al86Ni9La5非晶合金的共晶過程,引發(fā)亞穩(wěn)相Al3Ni2的形成,所研究的氣氛對晶化影響的大小關(guān)系為:H2>air>Ar>N2。隨后利用硬度計和電化學(xué)工作站研究了退火后合金的微觀硬度和電化學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)在523 K下,與在Ar和N2中退火的條帶相比,在H