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1、摘要論文題目：非晶形成能力與銅基塊體非晶合金的研究博士研究生：紀(jì)秀林指導(dǎo)教師：潘冶教授學(xué)校名稱：東南大學(xué)摘要本文從熱力學(xué)的角度，圍繞合金液的吉布斯自由能及其穩(wěn)定性，探索了合金非品形成能力的預(yù)測和了塊體非晶合金的成分設(shè)計方法，并將此方法用于開發(fā)新型銅基塊體非晶合金?；谖ㄏ鬅崃W(xué)模型，根據(jù)過冷合金熔體的同液熱容差△c}5與溫度的變化規(guī)律，提出了△c≯與溫度r之間非線性關(guān)系式：△(≯=柏二／r(刪_m為合金熔體的熔化焓)。在此基礎(chǔ)上建立了固液吉布斯自由能差A(yù)G的新估算表達(dá)式：AG=2AH。,AtiT偶+r
2、)-Ar2乙／(3(乙+丁))】／已。以合金熔體的結(jié)晶驅(qū)動力作為非晶形成能力的判據(jù)，基于固液吉布斯自由能差△G的估算表達(dá)式，用差熱分析得到的特征溫度建立了非晶形成能力的表征參數(shù)：CO(=五(矸}刪【7×砰z’x)】))。在塊體非晶合金和氧化物玻璃中，將CO與現(xiàn)常用的非晶形成能力表征參數(shù)進(jìn)行了驗證和比較，結(jié)果表明CO是可靠與適用的非品形成能力表征參數(shù)之一。在二元塊體非品合金中，根據(jù)液、固相穩(wěn)定性和非品、品相競爭性，提出了一個新的非品形成能力預(yù)測參數(shù)礦(=△日加．△日一／(△日咐)2，肼腳為液相形成焓，A
3、日“”為非晶相形成焓，△日皿盯為金屬間化合物形成焓)。將二元合金中空位形成能蛆。與晶化轉(zhuǎn)變溫度瓦的線性關(guān)系擴展到多元合金中。同時，依據(jù)合金的混合焓塒“和配置熵&魄，建立了通過計算A／-lrh·刖曠“·&嘲的值在三元合金系中預(yù)測具有最佳非晶形成能力的成分線的方法。此外，采用由近似元素替代構(gòu)建偽三元合金系的方法，還建立了四元及四元以上塊體非晶合金的成分設(shè)計方法。采用刪i·刖尹／31s島觸的成分設(shè)計方法，在真空電弧熔煉和銅模吸鑄的條件下，制備了四種Cu-Zr-AI合金。x射線衍射(xRD)和掃描量熱計(DS
4、C)的測試結(jié)果表明，四種合金成分的預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果相吻合，并獲得了cu55Zr3小17等臨界直徑≥2mm的新型基塊體非晶合金。此外，采用同樣的成分設(shè)計方法，還開發(fā)了新型三元Cu-Zr-Nd塊體非品合金，并獲得Cu60．5Zr34Nd5．5等臨界直徑達(dá)2mm的富銅基塊體非晶合金。為進(jìn)一步提高非晶合金的非晶形成能力，在cu-zr-1’i合金系中，添加3at．％的Al，可獲得臨界直徑達(dá)4mm的塊體非晶合金；而在Cu-Zr-Al合金系中，添加2at．％的Ag、Ti、Ga、Y或Nd都可以明顯提高非品形成能力。
5、6at．％的Ag替代cu，可獲得臨界直徑達(dá)4mm的塊體非品合金。而同時添加2at．％的Ag和Y對提高合金的非晶形成能力也能達(dá)到同樣的效果。通過對微量元素的種類及添加方式的討論，說明提高非晶形成能力的有效手段是替代合金中化學(xué)性質(zhì)相似的元素或者擴大合金系的原子尺寸范圍。對銅基塊體非晶合金的力學(xué)性能的測試結(jié)果表明，三元Cu-Zr-AI塊體非晶合金的維氏硬度HV明顯高于Zr基塊體非晶合金和不完全非晶態(tài)的塊體非品合金，其壓縮強度可達(dá)1693MPa。添加微量元素對塊體非晶合金的力學(xué)性能有顯著影響，微量元素的彈性模
6、量越大則塊體非晶合金的硬度越高；添加2at．％的Ti和Ga可分別獲得最大壓縮強度2163MPa和最大壓縮應(yīng)變8．7％。關(guān)鍵詞塊體非晶合金；吉布斯自由能；非晶形成能力；成分設(shè)計；力學(xué)性能東南火學(xué)博：仁學(xué)位論文AbstractFromthepointofthermodynamicviewandfoundingontheGibbsfreeenergyofalloyingliquidandtheirstability,thepredictionanddescriptionofglassformingabili
7、ty(GFA)arestudiedandnewcompositiondesignofbulkamorphousalloys(BAAs)issuggested．Moreover,inthisapproach，newCu-basedBAAsaredesignedandprepared．Basedontherelationshipbetweentheheatcapacitydifferenceofliquidandcrystal(△磚’)andtemperature①，amathematicexpressi
8、onfortheirnon-linecorrelationisbroughtforward：哎：=幽。lT(aamisthemeltingenthalpyofthealloy)．Therefore，anovelexpressionfortheevaluationofGibbsfreeenergydifferencebetweenliquidandcrystalisdeduced：AG=2AHmAT[T／(Tm+r)一AT2乙必3(乙+?))】，乙．Usi
