论文部分内容阅读
非晶合金因其独特而优异的性能成为有突出应用前景的新一代金属材料,属于先进材料研究范畴。作为一个分支,铀基非晶研究非常匮乏,进一步开展相关研究工作有助于深化对非晶形成机制与非晶转变行为的认识,推动非晶相关理论的发展,具有重要的基础科学意义。本文采用“团簇+连接原子”模型、“探共晶点理论”和“Inoue三原则”等经验判据进行合金成分设计,利用甩带法制备了 U-Fe系二元非晶合金,通过添加Sn、A1合金化元素成功获得新型的U-Fe-Sn、U-Fe-Al三元铀基非晶体系。X射线衍射和差示扫描量热分析(DSC)结果表明,这些三元体系具有更高非晶形成能力和热稳定性,其中多个合金显示出玻璃转变温度特征,约化玻璃转变温度超过0.6。影响这些非晶形成的物理参数主要有合金组元的原子尺寸、电负性、电子浓度以及组元间混合焓等,其主要作用机制是从局域原子结构和电子结构两方面改变了合金液体的稳定性。针对U62Fe28Al10非晶合金,采用DSC技术研究了其玻璃转变和非等温晶化行为,基于Kissinger和Ozawa两种方法分析了晶化激活能随晶化体积分数的演化行为,揭示了这类合金过冷液体的晶化行为和热稳定性起源。结果表明:U62Fe28Al10非晶的脆度、晶化激活能和Kauzmann温度分别为24、262 kJ/mol和486 K,反映出铀基非晶合金属于强玻璃形成体系;该合金的晶化为典型的三阶段过程,呈现出形核主导的三维生长模式。针对U65Fe30Al5非晶合金,开展了纳米压痕实验研究。结果表明,该合金具有优异的力学性能,其弹性模量约90GPa,硬度值约6.0GPa,显著高于传统铀合金(～3GPa),并且U与A1的含量对铀基非晶力学性能具有调制功能,模量和硬度随压痕深度的变化存在尺寸效应。该合金还具有独特的室温蠕变行为,随着载荷和加载速率的增加,在相同蠕变时间内,其蠕变位移随之增大,当加载速率高于特定阈值时,其蠕变位移不再增大;而应力指数随载荷的增加不断变大,但随着加载速率的增大而减小并在大于阈值后不再变化。与常规晶态合金相比,非晶合金具有更大的应力指数,这可能与其内部结构中含有更多的自由体积相关。