（材料加工工程专业论文）altmre系非晶合金形成及其晶化行为的研究.pdf

摘要 a i t m r e 系非晶合金形成及其晶化行为的研究 摘要 含a l 量超过8 5 a t 的a 1 基非晶合金具有强度高和韧性好的优点， 在部分晶化形成纳米f e e a 1 弥散强化非晶基复合材料后强度更是高达 1 5 0 0m p a 以上，是迄今为止比强度最高的金属材料。但已有的a l 基非 晶合金由于非晶形成能力( g f a ) 低，只能通过快速凝固形成非晶薄带、 粉末或箔片，使其实际应用受到很大制约。为此，提高a 1 基非晶合金的 g f a 和深入理解其晶化行为成为材料科学界亟待解决的课题。 本文利用x 射线衍射仪( m ) 和差示扫描量热仪( d s c ) 分析了 合金成分、元素置换、z r 和微量t i b 加入对a 1 n i l a 非晶合金形成及 晶化行为的影响，获得了下述主要研究成果： 在a 1 n i l a 合金中，l a = l , n i 更有利于提高g f a 。c e 、y 部分置换l a 和少量z r 置换a 1 8 5 n i 6 r e 9 合金中的r e 基本不改变g f a ，过量c u 、c o 置换 n i 和微量t i b 的加入( 特别是t i ) 降低g f a 。 a 1 n i l a 非晶合金晶化时具有四种不同类型的初生相，分别为单独 f e e a i 、f e e a i + b c c - ( a i n i ) ll l a 3 一l i k e 、f e e a i + b c c - ( a i n i ) ll l a 3 一l i k e + m p l ( 未知亚稳相) 和单独m p l ，其中初生相为单独f e e a i 的合金最大l a 含量 不超过5 ，高溶质含量( 特别是高l a 含量) 促进亚稳相的析出。c u 置换 n i 和z r 的加入促进f e e a 1 的析出，c o 置换n i 或增加i 也原子半径与含量促 进亚稳相的析出，c e 、y 部分置换l a 和微量t i b 的加入对初生相影响不 大。在元素含量变化或置换过程中，对于原子半径大于a l 的元素，影响 初生相类型的主要因素是原子的扩散速度；对于原子半径小于a l 的元素， 主要因素则是平衡态时原子在a l 中的最大固溶度品戤。原子扩散速度越快 或原子在砧中的s n 戤越大，f e e a 1 越易析出，反之亚稳相越易析出。 上海交通大学工学博士论文 高溶质含量( 特别是高l a 含量) 提高a 1 n i l a 非晶合金的热稳定性。 c o 置换n i 显著提高热稳定性，c e 、y 部分置换l a 署i 3 微量t i b 的加入( 特 别是t i ) 均稍微提高热稳定性，c u 置换n i 显著降低热稳定性，z r 与c o 一起 置换a 1 8 5 n i 6 r e 9 合金中的r e 则更显著提高热稳定性。所考察的四系列合 金( a i s t n i 6 r e 7 、a 1 8 5 n i 6 r e 9 、a l a s n i 6 r e 7 c 0 2 和a 1 8 5 n i 6 r e 5 c 0 2 z r 2 ) 热稳定 性在r e 从l a 变化为c e 时基本保持不变，接着当r e 经n d 向y 变化时逐渐降 低。础基非晶合金的热稳定性通常可由具有最小溶质含量的富a 1 金属间 化合物的熔点结合原子间混合热出了m l x 来解释，越大或卸仅越负， 热稳定性越高。a i t m - r e 和a 1 n i c u ( c o ) l a 合金的晶化开始温度疋1 对 参数万( = c ：l j + 以。毛。灿，式中，q 和i 分别为第种溶质原子的相对原 子百分含量和形成富a 1 金属间化合物的熔点，c ：。和a 1 分别为溶剂原子 a 1 的剩余原子百分含量和熔点) 均呈现较好的直线关系。a 1 n i l a 非晶 合金在指定加热速率时的热稳定性低于块体非晶合金，但却具有更好的 长期热稳定性。适量c u 、c o 置换n i 和c e 、y 部分置换l a 提高长期热稳定 性，z r 的加入、r e 类型与含量对a 1 n i - r e 合金长期热稳定性的影响较复 杂，微量t i b 的加入不提高长期热稳定性。 高溶质含量( 特别是高l a 含量) 促进a l n i l a 非晶合金玻璃转变的 出现和过冷液相区的稳定。c o 置换n i 和y 部分置换l a 增强玻璃转变，c u 置换n i 减弱玻璃转变，c e 部分置换l a 不影响玻璃转变，z r 与c o 一起置换 a 1 8 5 n i 6 r e 9 合金中的r e 更显著增强玻璃转变。所考察的四系列合金中， 只有a 1 8 5 n i 6 r e 9 和a 1 8 5 n i 6 r e 5 c 0 2 z r 2 合金的过冷液相区宽度足按l a 、c e 、 n d 和y 的次序逐渐增大，且后者的递增趋势更明显。a l 基非晶合金的玻 璃转变可由溶质原子与溶剂原子a l 间的电负性差值越1 结合原子间混合 热俨来解释，世掰越小或出了m 越负，瓦越大。a 1 n i - l a 合金的玻璃 转变根据与电负性差值有关的参数痧( = c ； a e n i l ，式中，c i 和e ? v ；分别 为第种溶质原子的原子百分含量和电负性差值) 、非晶形成焓厨0 蛳和万 的大小均可分为两个区域，即出现玻璃转变的合金对应有拉0 0 5 1 6 、 摘要 a 矿。加1o 2 3k j m o l 和送_ 5 6 6 5 。 a 1 - n i o l a 非晶合金第一晶化反应的表观激活能岛l 与初生相类型有密 切关系，表现为共晶型晶化大于初晶型晶化，且析出相越多，尾，越大。 c e 、y 部分置换l a 使磊1 先提高后基本保持不变，微量t i b 的加入基本不 改变邑l c u 、c o 置换n i 分别使e l 降低或先提高后降低。z r 置换a 1 8 5 n i 6 r e 9 合金中的r e 后的历l 变化依赖于r e 的类型。在所考察的四系列合金中， a 1 8 7 n i 6 r e 7 、a 1 8 5 n i 6 r e 9 和砧8 5 n i 6 r e 7 c 0 2 合金的历l 先于r e 从l a 变化为c e 时提高，接着当r e 经n d 向y 变化时逐渐降低，而a 1 8 5 n i 6 r e 5 c 0 2 z r 2 合金的 层1 基本保持不变。随着l a 含量的增加，a l 峨n i 6 l a 茗合金的第一晶化反应 从x = 4 和5 时的淬入晶核直接长大过程转变为x = 6 9 时的扩散控制长大过 程，形核率从降低逐渐变为增加。除a 1 8 5 n i 6 n d 9 合金为界面控制长大的过 程外，a 1 8 7 n i 6 r e 7 和a 1 8 5 n i 6 r e 9 合金的第一晶化反应均为扩散控制长大的 过程，形核率依赖于r e 的类型和含量。第一晶化反应为淬入晶核直接长 大的过程通常发生在r e 含量较低或r e 原子半径较小的a 1 n i r e 合金中。 关键词：非晶合金，非晶形成能力，初生相，热稳定性，玻璃转变，晶 化动力学 上海交通大学工学博士论文 f o r m a t i o na n dc r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r s o fa l t m r eb a s e da m o r p h o u sa l l o y s a b s t r a c t a 1 一b a s e da m o r p h o u sa l l o y sc o n t a i n i n ga 1o v e r8 5a t p o s s e s sh i g h s t r e n g t ha n dg o o dd u c t i l i t y ，n l es t r e n g t hc a nb ef u r t h e ri n c r e a s e dt oa b o v e 15 0 0m v aw h e nn a n o m e t e r - s i z e df c c a 1p r e c i p i t a t e s d i s p e r s e d l yi nt h e a m o r p h o u sm a t r i xb yp a r t i a lc r y s t a l l i z a t i o n s u c hc o m p o s i t e se x h i b i tt h e h i 曲e s ts p e c i f i cs t r e n g t ha m o n ga l lt h em e t a l l i cm a t e r i a l sd e v e l o p e ds of a r h o w e v e r , l i m i t e db yl o wg l a s s f o r m i n ga b i l i t y ( g f a ) ，t h ee x i s t i n ga 1 一b a s e d a m o r p h o u sa l l o y sc a no n l yb ef a b r i c a t e di nr i b b o n s ，p o w d e r so rf o i l sb yr a p i d s o l i d i f i c a t i o n ，w h i c h c o n s i d e r a b l y c o n f i n e st h e i r p r a c t i c a la p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e ，t oi m p r o v et h eg f ao fa 1 一b a s e da m o r p h o u sa l l o y sa n df u r t h e r u n d e r s t a n dt h e i rc r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r sb e c o m e sa nu r g e n ts u b j e c tt ob e s o l v e di nm a t e r i a l ss c i e n c ef i e l d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ee f f e c t so fa l l o yc o m p o s i t i o n ，r e p l a c e m e n t b e t w e e nt h ee l e m e n t s ，a d d i t i o no fz ra n dt r a c et i bo nt h ef o r m a t i o na n d c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r so f a 1 一n i l aa m o r p h o u sa l l o y sw e r ei n v e s t i g a t e db y x r a yd i f f i a c t o m e t e r ( x r d ) a n dd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： f o ra i - n i l aa l l o y s ，l ap l a y sag r e a t e rr o l ei ni m p r o v i n gt h eg f a t h a n n i 弧eg f ar e m a i n sa l m o s tu n c h a n g e dw h e nc eo ry p a r t i a l l yr e p l a c e sl a o rm i n o rz rr e p l a c e sr ei na l s s n i 6 r e 9a l l o y s t h eg f ad e c r e a s e sw h e n e x c e s s i v ec uo rc or e p l a c e sn io rt r a c et i b ( e s p e c i a l l yt i ) i sa d d e d t h e r ee x i s tf o u rt y p e so fp r i m a r yp h a s e sf o r m i n gd u d n gc r y s t a l l i z a t i o n o fa i - n i l a a m o r p h o u sa l l o y s ， i e s i n g l e f e e a 1 ， f c c a 1 + i v a b s l l 泌c t b c c 一( a 1 n i ) i1 l a 3 - 1 i k e ，f c c a i + b c c 一( a 1 n i ) ll l a 3 一l i k e + m p1 ( a nu n k n o w n m e t a s t a b l ep h a s e ) a n ds i n g l em p1 n em a x i m u ml ac o n t e n t r e s u l t i n gi nt h e p r e c i p i t a t i o no fs i n g l ef e e - a ia sp r i m a r yp h a s ei nt h ea l l o y sd o e sn o te x c e e d 5 ar e l a t i v e l yh i g hc o n t e n to f s o l u t e s ，e s p e c i a l l yt h a to fl a ，p r o m o t e st h e p r e c i p i t a t i o no fm e t a s t a b l ep h a s e ( s ) r e p l a c i n gn ib yc uo ra d d i t i o no f z r p r o m o t e st h ep r e c i p i t a t i o no ff e c a 1 ，w h i l er e p l a c i n gn ib yc oo ri n c r e a s i n g t h ea t o m i cr a d i u sa n dc o n t e n to fr e p r o m o t e st h ep r e c i p i t a t i o no fm e t a s t a b l e p h a s e ( s ) r e p l a c i n gl ab yp a r t i a lc eo ryo ra d d i t i o no ft r a c et i ba l m o s t d o e sn o tc h a n g et h ep r i m a r y p h a s e i ti sf o u n dt h a tt h em a i nf a c t o ra f f e c t i n g t h et y p eo f p r i m a r yp h a s ei st h ed i f f u s i o nc o e f j c i c i e n to fa t o m sf o rt h ee l e m e n t w i t hl a r g e ra t o m i cr a d i u st h a na io rt h em a x i m u ms o l i ds o l u b i l i t ys m a xo f a t o m si na 1a te q u i l i b r i u mf o rt h ee l e m e n tw i t hs m a l l e ra t o m i cr a d i u st h a na 1 d u r i n gt h ep r o c e s so fc h a n g i n gt h ec o n t e n to rr e p l a c i n gt h ee l e m e n t s t h e r a p i d e rt h ed i f f u s i o nr a t eo fa t o mi s ，o rt h el a r g e rt h e & 豫xi s ，t h ee a s i e rt h e p r e c i p i t a t i o no ff e e a ii s o t h e r w i s e ，m e t a s t a b l ep h a s e ( s ) t e n d st op r e c i p i t a t e = , i a r e l a t i v e l yh i 曲c o n t e n to fs o l u t e s ，e s p e c i a l l yt h a to fl a i m p r o v e st h e 也e r m a ls t a b i l i t yo fa 1 - n i l aa m o r p h o u sa l l o y s t h et h e r m a ls t a b i l i t y 螽 e v i d e n t l ye n h a n c e dw h e nc or e p l a c e sn i ，o rs l i g h t l yi m p r o v e dw h e nc eo ry p a r t i a l l yr e p l a c e sl ao rt r a c et i b ( e s p e c i a l l yw i ) i sa d d e d 。h o w e v e r , i t b e c o m e sw o r s e n e dr e m a r k a b l yw h e n c u r e p l a c e sn i t h e t h e r m a ls t a b i l i t yi s s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dw h e nr ei na i s s n i 6 r e 9a l l o y si sr e p l a c e db yz r t o g e t h e rw i t hc o 。i nt h ef o u rs e r i e so ft h ei n v e s t i g a t e da l l o y si e a 1 8 7 n i 6 r e 7 ， a l s s n i 6 r e 9 ，a 1 8 5 n i 6 r e 7 c 0 2a n da 1 8 5 n i 6 r e 5 c 0 2 z r 2 ，t h et h e r m a ls t a b i l i t yf i r s t r e m a i n sa l m o s tu n c h a n g e dw h e nr ec h a n g e sf r o ml at oc e ，a n dt h e n g r a d u a l l yd e c r e a s e sw h e nr ef u r t h e rc h a n g e st h r o u g hn dt oyt h et h e r m a l s t a b i l i t yo fa 1 - b a s e da m o r p h o u sa l l o y sc a nb ei n t e r p r e t e db ym e l t i n gp o i n t 瓦 o ft h ea 1 一r i c hi n t e r m e t a l l i cc o m p o u n dw i t hm i n i m u ms o l u t ec o n c e n t r a t i o n c o m b i n e dw i t hh e a to fm i x i n g 解m xb e t w e e na t o m s t h el a r g e rt h et mi so r t h em o r en e g a t i v et h e 埘m xi s ，t h e h i g h e r t h et h e r m a ls t a b i l i t yi s a - v 上海交通大学工学博士论文 p a r a m e t e r 万i sd e f i n e db y 万= c ：i + 0 1 名 a l ，w h e r ec a a n d 正l l ia r et h e r e l a t i v ea t o m i c p e r c e n to ft h e i - t hs o l u t ea n dm e l t i n gp o i n to ft h e a b o v e m e n t i o n e da l - r i c hi n t e r m e t a l l i cc o m p o u n dr e s p e c t i v e l y ，瓯a n d m a r et h er e s i d u a la t o m i cp e r c e n ta n dm e l t i n gp o i n to fa 1s o l v e n t t h e c r y s t a l l i z a t i o no n s e tt e m p e r a t u r e 瓦l o fa 1 - t m r ea n da 1 一n i c u ( c o ) 一l a a l l o y se x h i b i t sag o o ds t r a i g h tl i n er e l a t i o n s h i pw i m 点a l n i l aa m o r p h o u s a l l o y se x h i b i tl o w e rt h e r m a ls t a b i l i t i e sa tg i v e nh e a t i n gr a t e sc o m p a r e dw i t h t h o s eo fm u l t i c o m p o n e n tb u l km e t a l l i cg l a s s e s ，b u tt h e i rl o n g t e r mt h e r m a l s t a b i l i t i e s ( l t t s ) a r eb e a e r r e p l a c i n gn ib ya na p p r o p r i a t ec o n t e n to fc uo r c oa n dr e p l a c i n gl ab yp a r t i a lc eo ryi m p r o v et h el t t s t h ee f f e c t so f a d d i t i o no fz r , t y p ea n dc o n t e n to fr eo nt h el t t so fa l n i r ea m o r p h o u s a l l o y sa r ec o m p l i c a t e d a d d i t i o no f t r a c et i bd o e sn o ti m p r o v et h el t t s a r e l a t i v e l yh i g hc o n t e n to fs o l u t e s ，e s p e c i a l l yt h a to fl a ，p r o m o t e s a p p e a r a n c eo fg l a s st r a n s i t i o na n ds t a b i l i z e st h es u p e r c o o l e dl i q u i dr e g i o no f a l n i l aa m o r p h o u sa l l o y s g l a s st r a n s i t i o ni si n t e n s i f i e dw h e nc or e p l a c e s n io ry p a r t i a l l yr e p l a c e sl a ，w h i l ei tb e c o m e sw e a k e n e dw h e n c ur e p l a c e s n io rr e m a i n sa l m o s tu n c h a n g e dw h e n c ep a r t i a l l yr e p l a c e sl a r e p l a c i n g r e b yz rt o g e t h e rw i t hc o i na 1 8 5 n i 6 i 冱9a l l o y se n h a n c e st h eg l a s st r a n s i t i o n e v i d e n t l y i nt h ef o u rs e r i e so ft h ei n v e s t i g a t e da l l o y s ，t h es u p e r c o o l e dl i q u i d r e g i o n r xo fa l s s n i 6 r e 9a n da l s 5 n i 6 r e s c 0 2 z r 2a l l o y sg r a d u a l l yi n c r e a s e si n t h eo r d e ro fl a ，c e ，n da n dya n dt h ei n c r e a s i n gt e n d e n c yi sm o r eo b v i o u s f o rt h el a t t e ro n e t h eg l a s st r a n s i t i o no fa 1 - b a s e da m o r p h o u sa l l o y sc a r lb e i n t e r p r e t e db yd i f f e r e n c ei ne l e c t r o n e g a t i v i t ya e nb e t w e e nt h es o l u t ea n d s o l v e n ta t o m sc o m b i n e dw i t hh e a to fm i x i n g 蝌b e t w e e na t o m s t h e s m a l l e rt h ea e n i s ，o rt h em o r en e g a t i v et h e 解掀i s ，t h el a r g e rt h ea t xi s a n o t h e rp a r a m e t e r i sd e f i n e db y 矽= x c i a e n i i ，w h e r ec ia n da e n ia r et h e a t o m i cp e r c e n ta n dd i f f e r e n c ei ne l e c t r o n e g a t i v i t yo ft h ei - t hs o l u t e a i n i l a a m o r p h o u sa l l o y sc a nb ed i v i d e di n t ot w og r o u p sa c c o r d i n gt ot h ev a l u e so f 勿 f o r m a t i o ne n t h a l p y 胡f o 肌a n d 点r e s p e c t i v e l y 1 1 1 a ti st os a y , t h ea l l o y sw i t h - g l a s st r a n s i t i o nc o r r e s p o n dt o 伫o 0 5 16 ，时0 m 一1o 2 3k j t o o la n d 区_ 5 6 6 5 ， r e s p e c t i v e l y a p p a r e n ta c t i v a t i o ne n e r g y 历lf o rt h ef i r s tc r y s t a l l i z a t i o nr e a c t i o ni n a l n i l aa m o r p h o u s a l l o y si sr e l a t e dt ot h et y p eo fp r i m a r yp h a s e ，t h a ti s ，e l i sg r e a t e rf o re u t e c t i cc r y s t a l l i z a t i o nt h a nt h a tf o rp r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o n ，a n d r e a c h e st h eh i g h e s tw h e nt h en u m b e ro fp r o d u c t si st h em o s t 扇lf i r s t i n c r e a s e sa n dt h e nr e m a i n sa l m o s tu n c h a n g e dw h e n c eo ry p a r t i a l l yr e p l a c e s l a 反lr e m a i n su n c h a n g e db ya d d i t i o no ft r a c et i b ，b u td e c r e a s e so rf i r s t i n c r e a s e sa n dt h e nd e c r e a s e sw h e nc uo rc or e p l a c e sn i a f t e rr e p l a c i n gr e b y z ri na l s s n i 6 r e 9a l l o y s ，t h ec h a n g ei nt h e 历l d e p e n d so nt h et y p eo fr e a m o n gt h e f o u rs e r i e so ft h e i n v e s t i g a t e da l l o y s ，层l o fa 1 8 7 n i 6 r e 7 ， a 1 8 5 n i 6 r e 9a n d 舢8 5 n i 6 r e 7 c 0 2a l l o y sf i r s ti n c r e a s e sw h e nr ec h a n g e sf r o m l at oc e ，a n dt h e ng r a d u a l l yd e c r e a s e sw h e nr ef u r t h e rc h a n g e st h r o u g hn d t oy ，w h i l et h a to fa l s s n i 6 r e 5 c 0 2 z r 2a l l o y sr e m a i n su n c h a n g e dw i t hv a r i o u s r e w i t hi n c r e a s i n gt h el ac o n t e n t ，t h ef i r s tc r y s t a l l i z a t i o nr e a c t i o ni n a 1 9 4 x n i 6 l a xa l l o y sp r o c e e d sa st h ed i r e c tg r o w t ho fq u e n c h e dn u c l e iw h e n x = 4a n d5 ，b u ti td o e sa st h ed i f f u s i o n c o n t r o l l e d g r o w t h f o rx = 6 - 9 m e a n w h i l e ，t h en u c l e a t i o nc h a n g e sf r o mad e c r e a s i n gt oi n c r e a s i n gr a t e f o r a 1 8 7 n i 6 r e 7a n da l s s n i 6 r e 9a l l o y s ，t h ef i r s tc r y s t a l l i z a t i o nr e a c t i o ni st h e d i f f u s i o n c o n t r o l l e dg r o w t hw i t hn u c l e a t i o nr a t e sd e p e n d i n go nt h et y p ea n d c o n t e n to f r e ，e x c e p t f o rt h e a l s s n i 6 n d 9a l l o y w h o s e g r o w t h i s i n t e r f a c e c o n t r o l l e d 。t h ef i r s tc r y s t a l l i z a t i o nr e a c t i o nw i t hd i r e c tg r o w t ho f q u e n c h e dn u c l e ig e n e r a l l yo c c u r si nt h ea i - n i - r ea l l o y sw i t hl o wc o n t e n t so r s m a l la t o m i cr a d i u so fr e k e y w o r d s ：a m o r p h o u sa l l o y , g l a s s f o r m i n ga b i l i t y , p r i m a r yp h a s e ， t h e r m a ls t a b i l i t y , g l a s st r a n s i t i o n ，c r y s t a l l i z a t i o nk i n e t i c s 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：黄彦华 日期：2 , 。a o o 年夕月舻日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：彘罕 日期：砌g 年7 月陟e l z 啦施 伽 舜 名 年 群 牌 稚 功 教 ： 影 期 第一章绪论 1 1a i 基非晶合金 第一章绪论 非晶合金具有长程无序、短程有序和各向同性的结构特征，表现出优异的力学、 磁学、电学和电化学性能，在航空航天、汽车、精密制造、电子通讯、计算机和生 物医学领域有着广泛的应用前景，受到广大学者的极大关注【1 1 。 当合金熔体凝固形成晶体时，原子的基本排列方式发生变化，即从起伏变化中 的短程有序结构转变为长程有序结构，这个过程要进行原子的扩散，因此对于任意 成分的合金或金属，当凝固时的冷却速度足够高时，就可抑制扩散的进行而形成非 晶态。1 9 6 0 年，d u w c z 等人【2 】首先用熔体快淬制备出a u 7 5 s i 2 5 非晶合金箔，从工艺 上突破了制备非晶合金的关键，由此掀开了非晶合金研究的热潮，这其中出于零件 设备轻量化和节能降耗的需要，人们对高强低密非晶合金的研究非常关注，其中就 包括基非晶合金。 1 1 1a 1 r e 二元非晶合金 人们对砧基非晶合金的研究最早始于1 9 6 5 年，先后用喷枪技术制备出a 1 s i 【3 j 、 越g e 4 1 和a 1 ( c u 【5 1 、n i 6 、c r 7 1 或p d1 8 1 ) 等a 1 m e t a l l o i d ( 类金属) 和a 1 t m ( t r a n s i t i o n m e t a l ，过渡金属) 二元合金非晶相和晶态相的复合结构，但制备不出完全非晶。直 到1 9 8 8 年，i n o u e 等人【9 1 0 】才在含砧量超8 0 ( 本文除特别标注外均指原子百分比 a t ) 的a 1 r e ( r a r ee a r t h ，稀土) 二元合金系中制备出完全非晶，且呈现好的韧性。 a 1 r e 二元合金系中形成非晶的r e 种类和成分范围分别为9 1 3 y 、7 1 1 ( l a 或c e ) 、1 0 p r 、8 1 2 ( n d 或g d ) 、8 1 6 s m 、9 1 4 t b 和9 1 2 ( d y 、h o 、e r 或 v b ) 。非晶形成成分范围最宽的是a i s m ，接着依次是a 1 t b 、a 1 ( y 、l a 、c e 、n d 或g d ) 、a 1 ( d y 、h o 、e r 或v b ) 和触p r 。当合金成分低于上述非晶形成成分范围时， 形成过饱和f e e a 1 固溶体；当合金成分高于非晶形成成分范围约1 时，绝大多数合 上海交通大学工学博士学位论文 金形成非晶相和未知亚稳相；当合金成分继续增加，则形成稳态相f c c a l 和a 1 l l r e 3 ( 或a 1 3 r e ) 。 随着r e 含量的增加，晶化开始温度瓦先从4 3 4k 显著增至5 3 4k ，后有所降低； 显微硬度风和拉伸强度o 分别从1 5 0d p n 和3 6 0 a 显著增至2 7 0d p n 和8 7 0m p a 。 1 1 2a i - e t m - l t m 非晶合金 1 9 8 1 年，l n o u e 等人【1 1 】首先在含越量超5 0 的a 1 - f e - b 和舢c o b 三元合金系 中制备出完全非晶，但由于其极脆，应用价值不大而被搁置。1 9 8 3 年后，又相继在 砧f e s i 、触f e g e 和a i m n s i 合金系【1 2 ，1 3 】中通过熔体旋淬法制备出完全非晶，但 仍呈现极大脆性，由此人们一度认为脆性可能是a l 基非晶合金的固有性质。但在1 9 8 7 年，具有良好韧性、含烈量高达8 0 的a i - n i 。s i 和a i - n i g e 非晶合金被成功合成【1 4 1 。 在此基础上，人们又陆续制备出一系列高砧含量的a i e t m l t m 韧性非晶合金【1 5 1 6 1 ，如a 1 z r - c u 、a 1 - z r - n i 和a 1 - n b - n i ，这里e t m 指二v i 族前过渡金属( e a r l y t r a n s i t i o nm e t a l ) ，l t m 指v i i 和v i i i 族后过渡金属( l a t et r a n s i t i o nm e t a l ) 。 a i - e t m l t m 合金系中e t m 为，n 、z r 、h f 、v 、n b 、t a 、c r 和m o ；l t m 为 f e 、c o 、n i 和c u 。e t m 中最能有效促进非晶相形成的是z r 和h f ，接着按t i 、v 、 m o 、n b 、c r 和t a 的次序逐渐减弱。这类非晶合金能在a 1 7 0 e t m l 删2 0 附近很宽 的成分范围内形成，如a i - z r - n i 合金系的非晶形成成分范围为5 - 2 0 z r 和l o - 3 0 n i 。 a 1 7 0 e t m l o i 孙心。合金的瓦和甄按f e 、c o 、n i 和c u 的次序逐渐降低，其中 a b 0 h f i o f e 2 0 合金的足和风分别高达8 2 5k 和9 0 0d p n ，可与后来的块体非晶合金 相媲美。这类非晶合金中，a i - z r - n i 合金系具有相对高的非晶形成能力( g l a s s f o r m i n g a b i l i t y ，g f a ) ，其韧性与合金成分存在关系，即触含量越高，韧性越好；但o t 、 杨氏模量及风和瓦却随着趟含量的降低而增加，分别从5