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液態(tài)五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的微觀結(jié)構(gòu)演變與非晶形成機(jī)制
發(fā)布日期：2023-10-31 瀏覽次數(shù)：3013
相比于以晶體形核生長(zhǎng)為特征的經(jīng)典凝固，非晶凝固的本質(zhì)在于對(duì)過(guò)冷液態(tài)合金形核行為的抑制研究。為了達(dá)到抑制形核的目的高效，非晶合金的成分調(diào)控和制備方法被不斷的優(yōu)化，即在提供超高冷卻速率的同時(shí)提高，豐富非晶合金的組元機構。強(qiáng)非晶形成能力合金往往具有配方復(fù)雜、成分多元的特點(diǎn)開展試點，不易對(duì)其凝固特征參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性地精準(zhǔn)模擬和計(jì)算攜手共進。因此，對(duì)于非晶形成熱力學(xué)推進一步、動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)演變機(jī)制的數(shù)值模擬研究只多見于簡(jiǎn)單合金體系經過。電磁懸浮無(wú)容器技術(shù)可以極大地削弱器壁引起的異質(zhì)形核效應(yīng)，在低冷速條件下使液態(tài)合金達(dá)到深過(guò)冷態(tài)．這不僅有利于非晶相的形成選擇適用，也為準(zhǔn)確測(cè)定液態(tài)合金降溫過(guò)程中的熱物理信息提供了便利管理。
西北工業(yè)大學(xué)魏炳波等采用電磁懸浮無(wú)容器技術(shù)，對(duì)非晶形成能力更強(qiáng)的五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金進(jìn)行了深過(guò)冷快速凝固實(shí)驗(yàn)業務指導，并借助高分辨率透射電子顯微鏡（TEM）和分子動(dòng)力學(xué)(MD)等分析和研究手段改進措施，對(duì)合金的非晶形成機(jī)制進(jìn)行了更進(jìn)一步的揭示。相關(guān)研究成果于2023年10月在《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表長足發展。
研究人員利用電磁懸浮無(wú)容器處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了液態(tài)五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的深過(guò)冷與快速凝固今年，同時(shí)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算揭示了非晶形成的微觀機(jī)制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結構不合理，凝固組織具有明顯的核-殼結(jié)構(gòu)特征動手能力，核區(qū)為非晶相，殼區(qū)主要由ZrCu意見征詢、Zr2Cu和Zr8Cu5晶體相組成（圖1）提升。非晶體積分?jǐn)?shù)隨合金過(guò)冷度的升高逐漸增大，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)最大過(guò)冷度300K(0.26TL)時(shí)的必然要求，非晶體積分?jǐn)?shù)增至81.3%研究成果。由此導(dǎo)出完全非晶凝固所需臨界過(guò)冷度為334K（圖2-3）。TEM分析顯示完善好，過(guò)冷度增大并接近臨界過(guò)冷度時(shí)大面積，合金凝固組織中晶體相主要為Zr8Cu5相，而ZrCu和Zr2Cu相的生長(zhǎng)被抑制問題分析。在達(dá)到臨界過(guò)冷度后搖籃，過(guò)冷液相的凝固路徑由Zr8Cu5結(jié)晶生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷蹋▓D4-6）技術。此外，合金的晶體殼中存在少量的晶間非晶相推動，而非晶核中亦有微量的非晶Zr8Cu5納米晶團(tuán)簇。模擬結(jié)果表明資源配置，晶間非晶相的形成主要源于近臨界過(guò)冷度下偏析行為誘發(fā)的成分過(guò)冷信息，而非晶間納米晶團(tuán)簇的出現(xiàn)則主要?dú)w因于深過(guò)冷液相中的微觀熱起伏效應(yīng)（圖7-8）。隨著熔體過(guò)冷度的增大大力發展，當(dāng)合金核心液相達(dá)到非晶形成臨界過(guò)冷度且足夠穩(wěn)定時(shí)豐富內涵，由微觀熱擾動(dòng)引起的局域過(guò)冷度衰減將減少，非晶間的Zr8Cu5 納米團(tuán)簇會(huì)趨于消失產能提升。
本工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA0716301）適應性、國(guó)家自然科學(xué)基金（52088101; 51771154）等的支持。
西北工業(yè)大學(xué)魏炳波等采用電磁懸浮無(wú)容器技術(shù)，對(duì)非晶形成能力更強(qiáng)的五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金進(jìn)行了深過(guò)冷快速凝固實(shí)驗(yàn)業務指導，并借助高分辨率透射電子顯微鏡（TEM）和分子動(dòng)力學(xué)(MD)等分析和研究手段改進措施，對(duì)合金的非晶形成機(jī)制進(jìn)行了更進(jìn)一步的揭示。相關(guān)研究成果于2023年10月在《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表長足發展。
研究人員利用電磁懸浮無(wú)容器處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了液態(tài)五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的深過(guò)冷與快速凝固今年，同時(shí)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算揭示了非晶形成的微觀機(jī)制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結構不合理，凝固組織具有明顯的核-殼結(jié)構(gòu)特征動手能力，核區(qū)為非晶相，殼區(qū)主要由ZrCu意見征詢、Zr2Cu和Zr8Cu5晶體相組成（圖1）提升。非晶體積分?jǐn)?shù)隨合金過(guò)冷度的升高逐漸增大，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)最大過(guò)冷度300K(0.26TL)時(shí)的必然要求，非晶體積分?jǐn)?shù)增至81.3%研究成果。由此導(dǎo)出完全非晶凝固所需臨界過(guò)冷度為334K（圖2-3）。TEM分析顯示完善好，過(guò)冷度增大并接近臨界過(guò)冷度時(shí)大面積，合金凝固組織中晶體相主要為Zr8Cu5相，而ZrCu和Zr2Cu相的生長(zhǎng)被抑制問題分析。在達(dá)到臨界過(guò)冷度后搖籃，過(guò)冷液相的凝固路徑由Zr8Cu5結(jié)晶生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷蹋▓D4-6）技術。此外，合金的晶體殼中存在少量的晶間非晶相推動，而非晶核中亦有微量的非晶Zr8Cu5納米晶團(tuán)簇。模擬結(jié)果表明資源配置，晶間非晶相的形成主要源于近臨界過(guò)冷度下偏析行為誘發(fā)的成分過(guò)冷信息，而非晶間納米晶團(tuán)簇的出現(xiàn)則主要?dú)w因于深過(guò)冷液相中的微觀熱起伏效應(yīng)（圖7-8）。隨著熔體過(guò)冷度的增大大力發展，當(dāng)合金核心液相達(dá)到非晶形成臨界過(guò)冷度且足夠穩(wěn)定時(shí)豐富內涵，由微觀熱擾動(dòng)引起的局域過(guò)冷度衰減將減少，非晶間的Zr8Cu5 納米團(tuán)簇會(huì)趨于消失產能提升。
本工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA0716301）適應性、國(guó)家自然科學(xué)基金（52088101; 51771154）等的支持。
特別提示：本信息由相關(guān)企業(yè)自行提供充分發揮，真實(shí)性未證實(shí)發展成就，僅供參考。請(qǐng)謹(jǐn)慎采用重要方式，風(fēng)險(xiǎn)自負(fù)開展面對面。
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