锆基非晶合金纳米晶化及其动力学分析.docx

山东大学博土学位论文——锆抟非品合余纳米品ft艟je动力学_I{J}究摘 山东大学博土学位论文——锆抟非品合余纳米品ft艟je动力学_I{J}究 摘 要 本文以X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(nsc)、透射电子显微镜(TEM)和 高分辨电子显微镜(HRTEM))b主要研究手段，系统地研究了z卜cu和zr_Cu．Ni 非晶合金在不同条件下的晶化行为以及Ni含量和冷却速度对Zr．Cu．Ni非晶合金 晶化过程的影响，并对zr基非晶合金的晶化机制进行了初步探讨。实验结果表 明，在共晶成分的Zrs4Cu46非晶合金连续加热DSC曲线上约733C处出现了一个 明显的吸热峰。该吸热峰不随加热速度的变化而变化，表明在此温度下发生某种 相变。XRD和TEM结果表明，在733℃时，zr54Cll46非晶合金基体中发生如下 共析反应：CuloZr7+CuZr2一Cuz什Q。该反应发生的温度与cu—zr合金平衡相图 中715℃时的共析反应温度非常接近。反应过程中吸收的热量导致连续加热DSC 监线上吸热峰的出现。对于Zr44Cu56非晶合金，其晶化过程通过两步完成的。第 一放热峰对应的是CuZr2和CuloZr7相的析出，而第二放热峰对应的则是Cu5lZrl4 相的形成。 Zr70Cu30非晶合金连续加热晶化过程通过一个放热峰完成。当Zr70Cu30非晶 合金中的部分Cu原予被Ni原子取代时，其晶化过程发生明显改变。晶化过程 由一个放热峰转变成两个放热峰。TEM结果表明，Zr70Cu20Nilo非晶合金连续加 热DSC曲线上的第一放热峰对应Zr2Cu相的析出，丽第二放热峰对应纳米尺度 弦c．Zr2Ni相的形成。Zr70Cu20Nilo非晶合金的晶化过程取决于Cu原子和Ni原子 的扩散。Zr2Cu晶相的优先析出是由于Cu／Ni原子之间的Kirkendall效应。 Zr70Cu20Nilo非晶合金在等温退火晶化过程中，其DSC曲线上只出现单一放 热峰。动力学分析表明，Zr70Cu20NiI。非晶合金的晶化过程主要是由三维形核与 晶核长大过程控制，且形核率随晶化过程的进行逐渐增大。晶化过程中首先析出 fcc—Zr2Ni相，其次是Zr2Cu相。通过改变退火温度和对zr70cu20Nilo非晶合金在 过冷区进行长时间退火发现，庙c．Zr2Ni相具有良好的热稳定性。它几乎不随退火 温度和退火时间的变化而变化。当退火温度高于晶化开始温度，且晶化百分比达 到一定程度时，Zr2Cu相才会大量析出。，2c—Zr2Ni相的高稳定性与晶化过程中基 体成分变化所导致的晶化激活能的变化有密切关系，并对Zr，oCu20NiIo非晶合金 的晶化行为进行了较为深入的分析与探讨。ZrToCu20Nilo非晶合金在等温退火晶 化过程主要经历两个不同阶段。首先是晶化初期fcc．Zr2Ni晶核的瞬时形核与瞬 时长大过程，这是一个界面控制的形核与扩散控制的长大过程；其次是fcc-Zr2Ni 摘要和ZrzCu这两种晶化相的晶粒自行长大过程，这是一个扩散控制的品粒长大过 摘要 和ZrzCu这两种晶化相的晶粒自行长大过程，这是一个扩散控制的品粒长大过 程。 Zr70Cu20Nilo非晶合金在较低温度下进行预退火处理时，在非晶基体上会出 现数量较多的有序原子团簇。这些有序原子团簇对非晶合金的后续晶化过程有重 要影响。对Zr70Cu20NiIo非晶合金进行不同时间的预退火处理可以发现，随着退 火时间的增大，非晶合金的稳定性逐渐降低，分析认为这与Zr70Cu20Nilo非晶合 金基体中有序原子团簇的增加或增大有关。根据对Zr70Cu20Nilo非晶合金径向分 布函数的Gauss分解结果推断，在Zr70Cu20Nilo非晶合金预退火过程中析出的有 序原子团簇具有类面心立方结构。正是由于这种类面心立方结构有序原子团簇与 先析出的fcc．Zr2Ni相具有相似的结构类型，导致非晶合金的晶化过程变得更加 易于进行，从而降低了非晶合金的稳定性。XRD和HRTEM结果表明，Zr70Cu20Nilo 非晶合金完全晶化时的产物主要是bct．Zr2Cu和fcc—Zr2Ni两种晶化相，实验过程 中未观察到稳定态的bct-Zr2Ni相。 在连续加热条件下，当Ni含量从5at％增加到15at％时，Zr70Cu30-。Ni。(F5，10 和15)非晶合金的表观晶化激活能从351 kJ／mol逐渐增加到402 kJ／mol，表明 zr7。Cu30。Ni，(f5，10和15)非晶合金的稳定性随Ni含量的增加逐渐提高。而在等 温退火过程中，Zr70Cu30．xNk(乒5，10和15)非晶合金的局域晶化激活能随晶化百 分比表现出不同的变化趋势。当Ni含量逐渐增加时，其晶化激活能呈先增后降 的趋势。Ni含量的变化对Zr70Cu30。NixC