AI-Ni-RE合金的非晶形成能力與晶化行為.pdf

1、Al基非晶合金具有極高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐蝕性以及良好的韌性，然而迄今為止僅有少數(shù)幾個(gè)成分的A l基非晶合金能夠直接制備出1 mm直徑的棒狀試樣，如何提高Al基非晶的非晶形成能力是該類材料得以工程應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展必須弄清的問題。Al基非晶的晶化行為一方面反映材料在受熱時(shí)的穩(wěn)定性，同時(shí)也間接反映合金在凝固時(shí)的特點(diǎn)，據(jù)此可以分析合金在凝固時(shí)是什么樣的晶態(tài)相在與非晶相競爭，進(jìn)而闡明非晶形成的機(jī)制。
　　本文以Al-Ni-La合金作為基礎(chǔ)合

2、金，研究了 G d置換L a以及S i少量添加對Al基非晶合金非晶形成能力和晶化行為的影響。這其中通過真空吸鑄獲得各個(gè)成分合金的楔形試樣，以試樣尖端非晶區(qū)的最大厚度表征合金的非晶形成能力，真空甩制相應(yīng)成分的非晶薄帶，在差示掃描量熱儀上對其在加熱過程中的相變溫度與相變熱進(jìn)行測量，利用X射線衍射儀、高分辨透射電鏡和3D原子探針對試樣在鑄態(tài)以及晶化不同階段的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征，相關(guān)研究成果如下：
　　以Al-Ni-RE三元系中最佳非晶

3、形成成分合金Al85.5Ni9.5La(Gd)5及其近鄰的六個(gè)成分合金（Al85Ni1QLa(Gd)5、Al85.5Ni1QLa(Gd)4.5、Als6Ni9.5La(Gd)4.5、Al86Ni9La(Gd)5、Als5.5Ni9La(Gd)5.5、Als5Ni9.5La(Gd)5.5作為基礎(chǔ)合金，考察了 La和Gd稀土相似原子置換對其非晶形成能力的影響，發(fā)現(xiàn)除了三元最佳非晶形成成分合金Al%5Nl9.5La(Gd)5的非晶形成能力隨著

4、稀土置換量的增加而減小外，其它基礎(chǔ)合金的非晶形成能力隨著稀土置換量的增加總是先增大后減小，非晶形成能力與成分的關(guān)系曲線呈“M”狀，通過對以溶質(zhì)為中心的團(tuán)簇的原子堆垛效率進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，非晶形成能力的這種M狀變化是由于異類稀土元素加入后原子的堆垛效率決定的，堆垛效率增大，非晶形成能力上升，反之則下降。
　　以Al-Ni-RE三元系中最佳非晶形成成分合金A k.5Ni9.5La5與其周邊四個(gè)成分的合金Al86Ni9La5、Al86Ni9

5、.5La4.5、Al86Ni〗oLa4和 Al86Ni1o.5La3.5作為基礎(chǔ)合金，分別向其中加入0.2、0.5、1.0、1.5和2.0 a t.%的S i元素，發(fā)現(xiàn)AU5.5Ni9.5La5合金同樣不適合通過S i的少量添加來提高其非晶形成能力，其它幾個(gè)基礎(chǔ)合金的非晶形成能力則隨著Si添加量的增加先增大后減小?；A(chǔ)合金的非晶形成能力越差，S i的最佳添加量越高，非晶形成能力提升越顯著。
　　(Al86Ni9La5)98Si2非

6、晶合金加熱晶化時(shí)，第一、二晶化峰均對應(yīng)著fcc-Al的析出。加熱速率在以5、10、20、40、80 K/m in的順序依次增大時(shí)，第二晶化峰與第三晶化峰的溫度間隔逐漸增大。對連續(xù)加熱時(shí)相變特征溫度與加熱速率的關(guān)系進(jìn)行理論解析發(fā)現(xiàn)，晶化峰峰值溫度隨加熱速率的變化量與晶化激活能大小密切相關(guān)。晶化激活能越大，加熱速率對晶化峰位置的影響越小。對(Al86Ni9La5)98Si2合金而言，由于第二晶化峰的晶化激活能遠(yuǎn)大于第三晶化峰的晶化激活能，從

7、而使第二晶化峰與第三晶化峰間的溫度間隔隨著加熱速率的提高而逐漸增大。
　　(Al86Ni9La5)98Si2非晶合金第一晶化峰和第二晶化峰的產(chǎn)物之所以均為fcc-Al，是由于S i與L a具有很大的負(fù)混合烚，這樣合金中加入S i后，L a原子的擴(kuò)散能力大幅降低，使得fcc-A l晶體在長大到一定程度后因La,Si原子在其前沿富集而停止生長，只有當(dāng)溫度進(jìn)一步提高到一定值，fcc-Al才重新進(jìn)行長大，從而導(dǎo)致(A^N^L a s^S