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稀有金属
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稀有金属,稀有金属
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稀有金属 第 29 卷 号， 2010 年 10 月， 444 页 土元素对大块非晶合金 M=铈，镨，铽，和轧）的玻璃形成能力和机械性能的影响。 广东工业大学，广州 510006，中国学院在 2009年 8月 4日收到， 2010年 1月 19日收到经修订的形式；在 2010 年 1月 22日接收。中国有色金属学会和施普林格出版社柏林海德堡2010 摘要： M=铈，镨，铽，和轧）块体金属玻璃（ 金是由铜模真空吸 铸编制。稀土元素对该块体合金的玻璃形成能力（ 热稳定性和力学性能的影响。 M=铈，镨）是依赖于 佳含量为 4原子含量。x=2时，图 4和 5）可以制备非晶合金，其直径为 5毫米。 x=2 时，图 4和 5）随轧含量的增加而增加， 所下降。 依赖于稀土元素及稀土元素的特性上的。大多数这些合金除了 摩尔。小泽方程中这些值为 摩尔。当 比 关键词：非晶材料，金属玻璃 ;稀土元素 ;吸铸，玻璃形成能力 ;力学性能 首先由井上研究发现 璃形成能力）1王的研究小组利用团簇线判据调查了大块金属在铜 铝和铜 钛三元系统玻璃的形成能力。铜 铝非晶体系的最佳非晶态批量组合物是 。普莱斯通过用铜模吸铸 4功制备 铝非晶态的合金的玻璃形成能力及性质可以通过以下方式增强，以 Y6铌 8银 12为 13，二 14，钐 14，锡 15，钆 16喇 17，铈 17，锆进行替代。关于稀土元素对 且在工业铸造工艺的广泛应用也是可以预知的。稀土元素（铈，镨，铽，和轧的影响）对大部分 金制备是通过电弧熔炼适当的混合物形成的（表 1） 铜（ ）， 锆（ ,氧化铝（ 和钆（ ，铽（ ，氧化铈 ,或钋在纯化氩气气氛下进行铜模真空吸铸和 I 真空电弧炉中用非消耗电级制备的不同直径的样品。样品熔化四次每次熔化前要进行倒熔，以确保组合物的均匀性 。 u 射线衍射装置上以 20执行以判断是否有非晶相形成。热稳定性是 重力仪在差式扫描计量器在 12,20,28 k/模式下确定的。合金的显微硬度 是用 的载荷下持续 10秒检测出来的。压缩行为是 500金的断裂面由 行检查。 表 1 中 ,合金的外观组成 % 1 46 45 7 2 2 46 45 7 2 3 46 45 7 2 4 46 45 7 2 5 46 43 7 4 6 46 43 7 4 7 46 43 7 4 8 46 43 7 4 9 46 42 7 5 10 46 42 7 5 11 46 42 7 5 12 46 42 7 5 根据前面的结果，在我们的实验室 通过铜模吸铸法制备了具有直径为 3 毫米的 散装 晶合金。因此，研究了在 金的基础上稀土类元素对其玻璃形成能力和性能的影响。 金玻璃形成能力上的影响 图 1 示出 x = 2,4 和 5 时的 X 射线衍射图谱）。在直径为 3 毫米的 谱，显示的广泛衍射峰中没有任何可检测的尖锐布拉格峰，这表明该 合金棒是非晶态的特性。 图 1， x = 2 时，图 4 和 5）直径为 3米的合金棒的 X 射线衍射图。 然而，直径 5 毫米的 金棒的 X 射线衍射图案示出非晶相广泛的最大叠加，一些锋利的山峰从结晶段开始。直径为 5 毫米的非晶态合金杆不能通过添加 4%的镨来获得。当加入 5%的镨原子，直径 5 毫米的 金棒显示了结晶的特性。 x = 2 时， 4 和 5）合金的 X 射线衍射图谱示于图 2。有一个直径为 3 毫米的 射线衍射的广泛非晶峰图案，这表明非晶试样的直径与 径为 5 毫米的 金棒， 没有显示出的布拉格峰，表现出的是非晶的特性。提高 金的玻璃形成能力可以通过添加 4的铈原子。然而，直径为 5 毫米 金棒的 X 射线衍射图案表现该试样的结晶特点。有最合适的铈浓度，可以提高 金的玻璃形成能力，类似 金。 图 米的 合金棒 X 射线衍射图案 （ x = 2 时， 4 和 5）。 图 3。直径 5米的 金棒的 X 射线衍射图案 （ x = 2 时， 4， 5）。 图 3 示出铽的含量对 x = 2 时，图 4 和 5）合金的 X 射线衍射图谱的影响。直径为 5 毫米的 x = 2 时， 4 和 5）合金棒，块状金属玻璃（非晶合金）就可以实现，这表明玻璃形成能力可以 通过加入 2子增强。直径 8 毫米的金棒在 X 射线衍射图案产生了几个晶体特性的尖峰。该块体非晶合金的直径不能通过添加 5的 子增加到 8 毫米。 x = 2 时， 4 和 5）合金的 X 射线衍射图谱示于图 4。直径为 5 毫米的 x = 2 时， 4）合金棒的 X 射线衍射图谱显示出的广泛的衍射峰，没有任何可检测的尖锐布拉格峰，这是金属玻璃的特性。当钆原子含量从 2增加至 4， 金的建筑面积和非晶试 样直径没有任何明显的变化。当钆原子含量从 4增加到 5%，样品直径由 5 毫米增加到 8 毫米，该合金棒仍处于非晶状态。直到试样直径增加到 10 毫米时，晶体线才发生尖锐峰的特征。 四种稀土元素对 X =2， 4 和 5）， 金的玻璃形成能力影响总结于表 2 中。对于这四种稀土类元素，钆在玻璃形成能力上显示了最有利的影响，然而铈则显示了最不利的影响。镨对建筑面积没有明显的改善效果。 金的建筑面积可以随着钆，铽，铈和镨的顺 序增强。 图 4 直径为 5米的 x = 2 时， 4， 5）合金棒 X 射线衍射图案。 表 2 四种稀土元素对 X =2， 4， 5）， 金的玻璃形成能力的影响概要。 内容 镨 铈 钆 铽 X =2） 非晶带 非晶带 无定形的与 5 无定形的与 3 毫米直径 3 毫米直径 毫米直径 5 毫米直径 x = 4 时） 部分非晶带 非晶带 无定形的与 无定形的与 5 毫米直径 5 毫米直径 5 毫米直径 5 毫米直径 X =5） 晶体与 5 毫米 晶体与 5 5 毫米：非晶 5 毫米非晶 直径 毫米直径 8 毫米：结晶 8 毫米结晶 无定形的与 3 - 毫米直径 无定形的与 3 - 毫米直径 金热稳定的影响 量对 金的影响 线示于图 5。如玻璃化转变温度（ ,开始结晶温度（ 结晶峰温度（ 过冷液相区（ 析推导示于表 3 中。与 金的 少，当添加在 2镨， 加。当添加 4的镨，没有明显的变化。当镨从 2%的含量增至 4， 无明显的变化， 但的 有下降 升。 图 5。对 X =2， 4） 块体金属玻璃合金 20 / 热的 线。 表 3。 X =2， 4）金属玻璃合金的玻璃化转变温度（ ,开始结晶温度（ 结晶峰温度（ 和过冷液相区（ C 外形组成 450 483 487 33 433 476 487 43 18 432 508 513 76 例如 g， 的 析推导 如表 4 所示 。 与金相比， x 和 降，这也导致了 降低。当 至 4， 发生变化， 少，这导致 增加。 表 4。大快金属玻璃合金 X =2， 4）玻璃化转变温度（ 结晶开始温度（ 结晶峰温度（ 过冷液体区温度（ C 外形组成 435 482 491 47 18 432 508 513 76 例如 金的参数 析推断出如表 5所示。 表 5 x= 2, 4, 和 5) 金属玻璃合金的玻璃转变温度（ 开始结晶温度（ 结晶峰温度（ 和过冷液体区（ C 与 金的 是降低的。当铽添加到 2%时， 原子中加入 5或 4%铽时 低。三种 金的 低。当原子含量从 2%增加到 5时， 乎保持恒定， 向于减少 ; 然会增加。 例如 金的 析中推导示于表 6中。 与 金的 降。当添加 原子比为 2到4%时， 乎很稳定。当原子添加 5 %， 低。当 子含量从 2%增加到 5， 向于减 小， 三个 x。 表 x = 2 时，图 4 和 5）的玻璃化转变温度（ 结晶开始温度（ 结晶峰温度（ 过冷液体区（ C。 外形组成 428 482 494 54 438 488 496 50 410 486 493 77 18 432 508 513 76 例如 金的参数 升温速率 12， 20，和 28 / 推导得出列于表 7。 属玻璃合金在基辛格方程中的活化能 别是 211.3 kJ/些在小泽方程中的只分别是 210.3 kJ/璃化转变过程的活化能比结晶过程的活化能高，也许是因为在较低的温度下原子可动性较低。 表 不同升温速率 k 时的玻璃化转变温度（ 结晶起始温度（ 结晶峰温度（ 过冷液体区（ / (K) 2 20 28 土类元素对 金的机械性能影响 稀土类元素对 金的维氏显微硬度的影响示于表 8 中。 金， 金，以及 金之间的显微硬度有明显的差异。 金呈现出最高的显微硬度，而 金则呈现最低的显微硬度。当铽原子含量从 2%增加到 5时， 金的显微硬度降低。当钆的原子含量从 2%增加到 5时， 金的显微硬度无明显变化。 x = 2， 4 和 5）合金比 x = 2， 4 和 5）合金的显微硬度要高。 稀土类元素对 金的压缩特性的影响示于表 9 中。 金呈现出最佳的压缩性能，而 金呈现最差的。虽然 金提出了更高的显微硬度，但它的压缩性能并没有比 金的好。压缩试样的断裂或裂纹几乎都平行于压轴，并且所有的行为都是脆性断裂。具有最高显微硬度的 金的断裂面存在着明显的差异。比较图 6（ a）和图 6（ b）， 金呈现出比 金更细的显微组织，这 就导致压缩强度的不同。该 金具有最差的压缩强度，也许是因为图 6（ c）所示的一些缺陷。 表 8 大部分 M =铈，镨，铽，和钆 ， X =2， 4 和 5）金属玻璃合金的显微硬度。 x 590 537 4 517 479 568 530 5 554 526 表 M= ，铽和 金的机械性能 外观组成 弹性应变 % 塑性应变 % 407 407 0 712 712 0 1011 1011 0 图 6. a）， b）和 c）三个大块非晶合金棒直径为 3 毫米的压缩断裂表面。 讨论 金属玻璃成分往往是位于或接近共晶体 ，但金属玻璃合金必须具有优化的拓扑结构。两种拓扑模型被使用 ;一种是溶剂 - 溶质簇组成的，而另一种是由弹性应变矩阵溶剂组成，其中溶剂 - 溶质簇是占主导地位 19 。 金属玻璃中的簇结构是复杂的壳层系统。在复杂的多壳集群 建模采用泰森多边形法多面体分析 20，并在模型中局部结构 是各种集群混与锆或铜为中心的五边形形成的混合物。添加元素可以作用于集群。一些研究者 15 ， 17 已经表明，除了具有较大原子半径的溶质元素可大幅提高合金的玻璃形成能力。类似的结果在纸上展示。在本系统中，弹性应变矩阵溶剂很可能是基于 r 系的共晶成分形成的。局部结构可以是由铜， 锆和铝为中心的各簇的混合物组成。稀土元素镨，铈，铽，钆和其他的元素有可能同时作用在弹性应变矩阵和簇上。 一方面， 金 , 金中的共晶图由三个共晶组织，而 金 金形成共晶图由四个共晶组 织。四个稀土类元素有可能形成新的共晶体，具有低共熔温度或降低深共晶温度，以减少基体的液相线温度曲线（ 增强玻璃形成合金的能力。在 b 合金系统中所有合金的 金的熔融温度低， 金系统也是这样。并不是所有的合金的 比 e 和 金系统中的构成要素低。因此， 合金的 可能比 金低。另外，根据切尼等人 19的研究可知，共晶体的相对深度是一个临界条件，其特征可以在参数表现出来。 参数被定义为 19 （ 1） 有大参数的合金， 其有较深的共晶和较高的建筑面积。因为铽和钆的熔化温度比 e，与有较高参数和更为完善的建筑面积的铽或钆。因此，铽和钆改善建筑面积的效果比 更为明显。 另一方面，根据表 10 ，四个稀土元素取代锆与铜和铝混合，对其热混合具有较大的负面影响。四种稀土类元素与铜和铝混合，与 合产生的混合热没有明显的区别。然而，四种稀土元素与铜和铝混合表现出的原子不匹配比 ，而且引入的元素可以改变簇结构和创建更大弹性应变能量，这很可能会阻碍结晶的矩阵弹性应变和提升合金的玻璃形成能力。进一步调 查正在进行中。 表 10。四种稀土类元素的混合热和 子的不匹配 21 元素 混合热 / (kJ) 原子不匹配 / % 23 44 22 38 21 38 23 39 22 39 . 结论 =r;x=2， 4,和 5)的玻璃形成能力是依靠 含量的，最优的含量 4%是有最大直径 5加入 x=2,4,和 5)非晶金属的最大直径是5加入 x=2,4,和 5)的玻璃形成能力随着 且当 %是大块金属玻璃形成最大直径为 是于大多数的合金的过冷液体区域 下降的，除了 变化范围是 47C， 77 C。 别是 些在小泽方程中的只分别是 这些合金的显微硬度是依靠在稀土元素和它们的含量上的， 金有最高的显微硬度，当 该合金呈现最高硬度 x=2,4 和 5) 合 金 的 显 微 硬 度 比 x=2,4, 和 5) 的高。=b,和 分别是 407,712,和 1011 长率 这些合金的特点是脆性断裂。 29, 5, 010, p. 444 of on = d) 10006, 009; in 9 010; 2 010 010 = d) by of on FA M = is on e r, . x = 2, 4, ) a mm be FA x = 2, 4, ) d. on of 11.3 kJ/10.3 kJ/90, 79. of MG is of . is a of 1 s by 3. mm in by 4 FA be by 6 8 12 13, 14, 14, 15, 16 17, 17, d 17 r. on FA of in be of d) on FA of in 2. by of ) of , , , , , or in in a a to of u 0on a to if a in 2, 20, 28 K/of by a a 0 s. by a an by a et of on 445 . of u l 46 45 7 2 2 46 45 7 2 3 46 45 7 2 4 46 45 7 2 5 46 43 7 4 6 46 43 7 4 7 46 43 7 4 8 46 43 7 4 9 46 42 7 5 10 46 42 7 5 11 46 42 7 5 12 46 42 7 5 of 3. to a mm by in of FA on of on 1 RD x = 2, 4, ). RD of mm in a is a of 1. x = 2, 4, ) -5 RD of mm in a of is a mm be by mm in of RD x = 2, 4, ) 2. is a in RD of a of is as a mm of of be by RD of a mm is by is e FA 2. x = 2, 4, ) -5 3 b on RD x = 2, 4, ) of x = 2, 4, ) a mm be FA by -5 of in RD of a of be mm by RD of x = 2, 4, ) 4. RD x = 2, 4) a mm a 46 29, 5, 010 3. x = 2, 4, ) -8 is a of is no of FA d . is in d , 0 by 4. x = 2, 4, ) of FA x = 2, 4, ) FA . Of Gd e Pr no be in d, r. . of of FA x = 2, 4, 5) FA r b x = 2) x = 4) x = 5) 5 8 8 10 of on he r on SC 5. as SC . no r , no 5. x = 2, 4) at a 0C/et of on 447 . of x = 2, 4) C 83 487 33 76 487 43 8432 508 513 76 g, SC . in a e % %, in . of x = 2, 4) C 83 491 23 82 491 47 18432 508 513 76 g, SC . b , to g, SC . of x = 2, 4, ) C 85 495 51 85 493 67 89 498 67 1
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