论文摘要：相似元素共存对稀土基和钴基非晶合金形成及性能的影响

非晶合金具有原子排列长程无序、短程有序的结构特点及独特的物理、化学性能，在电子、机械、军事、航空航天及精密加工等领域已经获得应用或具有广阔的应用前景，因此开展相关的基础和应用研究具有重要的意义。为了拓展非晶合金实际应用范围，探索开发大尺寸以及高强度块体非晶合金一直是该领域的研究重点。本论文从上述角度出发，以稀土基和钴基非晶合金为对象，通过大量的实验工作研究了相似元素共存对稀土基和钴基非晶合金形成能力及力学、电化学等其它性能的影响。首先，我们利用快速凝固技术结合热分析等研究手段，评估了元素Fe（与Ni相似）的引入对于La62Al14Ni12Cu12合金非晶形成能力的影响。发现利用相似元素Fe，Ni共存可提高该合金的非晶形成能力，获得临界尺寸达到16 mm的 (La0.62Al0.14Ni0.12Cu0.12)97Fe3块体非晶合金。而对于La62Al14Ni12Cu12合金，其最高非晶形成能力点的临界尺寸不超过10 mm。该结果充分证实了过渡族相似元素共存也可以显著提高合金的非晶形成能力。进一步的实验表明，该规律在Gd-Al-Ni-Cu合金系也能得到很好的印证。其次，我们评估了稀土元素Sm，La共存对Sm-La-Al-Ni-Cu-Fe合金非晶形成能力的影响。发现Sm-La-Al-Ni-Cu-Fe非晶合金的临界尺寸随着La含量的提高先是由3 mm增加到16 mm，然后不再变化。相似元素Sm，La共存可显著提高Sm-Al-Ni-Cu-Fe合金的非晶形成能力，但对La-Al-Ni-Cu-Fe合金并不明显。我们基于理想固溶体假设，对(Sm0.62-xLaxAl0.14Ni0.12Cu0.12)97Fe3合金液态热力学和动力学进行了解析。通过对合金的ΔS的计算表明，相似元素Sm，La的共存引起了合金熵的增加，即合金化学无序度的提高，可以提高合金的非晶形成能力。Sm的引入导致(Sm0.62-xLaxAl0.14Ni0.12Cu0.12)97Fe3合金熔点增高，这不利于该合金非晶形成能力的提高。两个因素的共同作用导致相似元素Sm，La共存不能明显提高La-Al-Ni-Cu-Fe合金的非晶形成能力。进一步，我们研究了相似元素Co，Fe共存对Co48Cr15Mo14C15B6Er2合金非晶形成能力的影响。随着相似元素Fe的引入，Co48Cr15Mo14C15B6Er2合金非晶形成能力得到提高，尺寸为15 mm 的(Co43Fe5)Cr15Mo14C15B6Er2块体非晶合金被成功制备出来。直径为1 mm的 (Co43Fe5)Cr15Mo14C15B6Er2块体非晶合金单轴压缩的断裂强度达到了5200 MPa，接近于目前文献所报道的自然界中金属材料强度最高记录（Co-Fe-Ta-B，5300 MPa）。除此之外，我们系统研究了Co48Cr15Mo14C15B6Er2以及(Co43Fe5)Cr15Mo14C15B6Er2块体非晶合金在各种溶液中的电化学行为。电化学极化曲线和电化学阻抗测试均表明Co48Cr15Mo14C15B6Er2以及(Co43Fe5)Cr15Mo14C15B6Er2块体非晶合金在各种常用的酸、碱、盐溶液中具备优异的耐腐蚀性能。

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