Ti对Zr-Al-Ni非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响

王彦芳等：Ｔｉ对ｚｒ－Ａ卜Ｎｉ非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响１１５Ｔｉ对Ｚｒ—Ａｌ—Ｎｉ非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响’

王彦芳，王存山，潘学民，董闯

（大连理工大学三柬材料改性国家重点实验室，辽宁大连１１６０２４）

摘要：四元非晶形成体系中，具有相对较大玻璃形成能力和热稳定性的合金成分点位于该四元成分图的等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上。本文以Ｚｒ。。Ａｌ。。Ｎｉ。。非晶合金的电子浓度和原子尺寸为基础，根据等电子浓度和等原子尺寸判据，添加Ｔｉ元素，设计了一系列Ｚ卜Ｔｉ—Ａｌ—Ｎｉ四元合金，分析了Ｔｉ元素对Ｚｒ—Ａｌ—Ｎｉ非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响。研究发现，在较低的Ｔｉ含量情况下，样品主要由非晶相组成，Ｔｉ的加入降低了合金的热稳定性和玻璃形成能力。

关键词：大块非晶合金；玻璃形成能力；热稳定性

中图分类号：ＴＧｌ３９．８文献标识码：Ａ文章编号：１００１—９７３１（２００５）０１一０１１５—０３

１引言

寻求具有较大玻璃形成能力、制备大块非晶合金一直是非晶材料研究者追求的目标。但目前大块非晶的形成机制还不清楚，一般是通过大量经验探索来寻求具有大玻璃形成能力的非晶成分和合金体系。Ｉｎ—ｏｕｅ［１’２３从合金结构、热力学、动力学等３个方面对非晶合金的玻璃形成能力做了分析，并提出了非晶合金成分设计的三原则，即至少有３个组元；主要组元之间的原子半径比＞１２％；主要组元之间具有负的混合焓。这个准则虽然对非晶合金的成分设计具有指导意义，但是它仅仅是个经验规律，不能从已知的或未知的合金体系中找出最佳的合金成分。非晶是一种Ｈｕｍｅ—Ｒｏｔｈｅｒｙ相，其形成强烈依赖于电子结构和原子尺寸。董闯等人［３￣７３从电子结构的角度出发，将准晶合金中的电子结构理论应用到非晶合金的成分设计之中，结合原子尺寸规律，设计出了一系列具有较大玻璃形成能力的合金。

本文以电子浓度和原子尺寸为基础，在Ｚｒ－Ａｌ—Ｎｉ合金体系中添加Ｔｉ元素，以探索Ｔｉ对Ｚｒ—Ａ１～Ｎｉ非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响。

２Ｚｒ＿Ｔｉ—Ａｌ—Ｎｉ四元合金的设计

Ｚｒ－Ｔｉ系非晶合金具有较大的玻璃形成能力，且有优良的性能，是非晶材料的研究热点之一。１９９３年，Ｊｏｈｎｓｏｎ［１１３等发现了迄今为止非晶合成能力最强的ｚｒ＿Ｔｉ—Ｃ矿Ｎｉ—Ｂｅ合金系，直径最大可达ｌｏｃｍ，重２０始。目前研究较多是ＺｒＴｉ—Ｃｕ—Ａ１一ＮｉＬ８Ｊ，Ｚ卜Ｔｉ—Ｃｕ—Ｎｉ—Ｂｅ［…，ｚｒ—Ｔｉ—Ｃｕ－Ｎｉ—Ｂｅ－Ｆｅ［１０］等合金体系。如目前为止还没有Ｚｒ—Ｔｉ—Ａｌ—Ｎｉ四元非晶合金体系的报道。我们在研究Ｚｒ—Ａｌ—Ｃｕ—Ｎｉ大块非晶合金体系中发现，在四元非晶形成体系中，具有相对较大玻璃形成能力和热稳定性的合金成分点位于等电子浓度面和等原子尺寸面的交线上‘６‘。１９９０年Ａ．Ｉｎｏｕｅ［１２］等人指出Ｚｒ６０Ａ１２０Ｎｉ。。是Ｚｒ－Ａ１一Ｎｉ三元体系中具有最大玻璃形成能力的合金。本文以此合金的电子浓度和原子尺寸为基础，并添加Ｔｉ元素，设计Ｚｒ－Ｔｉ—ＡＨ岍四元合金。

在如图１所示的ｚｒ－Ｔ卜Ａ１一Ｎｉ四元成分图上，在等电子浓度面（灰颜色）和等原子尺寸面（白颜色）的交线上设计了如表ｌ所示的８个成分。根据文献［５～７］，Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ４种元素的价电子数和原子半径取值如表２所示。

图ｌＺｒ—Ｔｉ—Ａｌ—Ｎｉ四元合金成分图

Ｆｉｇ１Ｚｒ－Ｔｉ—Ａ１～ＮｉＱｕａｔｅｒｎａｒｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｃｈａｒｔＧｒａｙｐｌａｎｅ：１．５ｅ／ａ—ｃ。ｎｓｔａｎｔｐｌａｎｅ；ｗｈｉｔｅｐｌａｎｅ：

Ｏ．１４９６ｎｍａｔｏｍｉｃｓｉｚｅｃｏｎｓｔａｎｔｐｌａｎｅ

表１设计的Ｚｒ—Ｔｉ—Ａ１一Ｎｉ样品成分

Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅａ１１０ｙｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｃｏｎ—ｓｔａｎｔＰ／口一１．５ａｎｄＲ。一０．１４９６ｎｍ．

序号合金

１Ｚｒ５８Ｔｉ４．４Ａ１１８．８Ｎｉｌ８．８

２Ｚｒ５６．５Ｔｉ７．５ＢＡ１１７．９６Ｎｉｌ７．９６

３Ｚｒ５５Ｔｉｌｏ．８Ａｌｌ７．１Ｎｉｌ７．１

４Ｚｒ５３．５Ｔｉｌ４．１Ａｌｌ６．２Ｎｉｌ６．２

５Ｚｒ５２Ｔｉｌ７．４Ａｌｌ５．３Ｎｉｌｓ．３

６Ｚｒ５０Ｔｉ２１．６Ａ１１４．２Ｎｉｌ４．２

７Ｚ“５Ｔｉ３２．５Ａｌｎ．２５Ｎｉｎ．２５

８Ｚｒ４０Ｔｉ４３．３４Ａ１８．３３Ｎｉ８．３３

?基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０２７１０１２）收稿日期：２００４一０２—２７通讯作者：王彦芳

作者简介：王彦芳

（１９７６一），男，河北石家庄市人，在读博士，师承董闯教授，从事激光材料表面改性和材料合成方面研究。　万方数据

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