Fe-Cu-Zr-B非晶合金微观结构表征

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在Fe-Cu二元及多元合金体系中,由于Fe与Cu间正混合焓(13KJ/mol),均一液相在过冷液相区发生液相分离,经冷却后形成具有“相分离”特征的复合结构。尽管以往的研究对Fe-Cu-Zr-B合金的相分离现象及形成过程有了较为系统的分析,但对第二相颗粒的分布规律及Fe-Zr-B非晶基底原子尺度微观结构尚缺乏研究。基于此,本文利用高分辨透射电子显微技术及选区电子衍射法,对Fe65Cu10Zr10B15及Fe70Cu5Zr10B15中第二相粒子组成及分布进行研究;利用高能X射线衍射法及反蒙特卡洛方法,对Fe75Zr10B15,Fe70Cu5Zr10B15和Fe65Cu10Zr10B15的原子尺度微观结构进行表征。得到的结论如下:1.根据高分辨及选区电子衍射结果:Fe75Zr10B15样品呈现非晶特征;Fe65Cu10Zr10B15、Fe70Cu5Zr10B15样品呈现典型“相分离”特征,其微观结构由非晶基底和第二相颗粒组成;通过对电子衍射结果标定,进一步确定该复合结构中,非晶基底为Fe-Zr-B非晶相而第二相颗粒为fcc-Cu。同时,各成分非晶相第一衍射环的散射矢量均为2.95?-1,据此可以初步认为,各成分非晶基底的结构并未因fcc-Cu的析出而发生明显改变。2.根据透射结果,对Fe65Cu10Zr10B15、Fe70Cu5Zr10B15样品中第二相颗粒分布规律进行研究,结果表明:由于第二相形核过冷度不同,具有较大过冷度的Fe70Cu5Zr10B15中第二相颗粒数密度较大,为3.6×10-5 1/nm3;而Fe65Cu10Zr10B15中第二相粒子数密度仅为6.4×10-6 1/nm3。由于发生相分离后在液相分离区中冷却时间的不同,Fe65Cu10Zr10B15中第二相颗粒平均尺寸较大,为37.3 nm;Fe70Cu5Zr10B15中第二相颗粒平均尺寸仅为14.8 nm。3.进一步对Fe65Cu10Zr10B15,Fe70Cu5Zr10B15中第二相颗粒体积分数进行分析:Fe65Cu10Zr10B15与Fe70Cu5Zr10B15中第二相颗粒体积分数之比为2.8,而当Cu原子全部转化为fcc-Cu时的体积分数比应为2.0。这一结果表明:Cu原子并没有完全转化为fcc-Cu,部分Cu原子进入到了Fe65Cu10Zr10B15与Fe70Cu5Zr10B15中Fe-Zr-B非晶基底中。4.随着Cu原子含量的增加,Fe75Zr10B15,Fe70Cu5Zr10B15和Fe65Cu10Zr10B15的对偶分布函数第一峰峰位自2.541?右移至2.551?;相应地,第一配位层的最大范围也从3.41?增大到了3.43?;但是第一配位层中的配位数均为13.7。5.将各成分的对偶分布函数作为实验参数代入反蒙特卡洛模拟(RMC)中,对各成分的非晶基底团簇分布进行分析,得到的结果如下:(1)各成分Fe-Zr-B非晶相中,主要团簇(含量大于1%)的种类和数量未发生显著变化;(2)Fe75Zr10B15,Fe70Cu5Zr10B15,Fe65Cu10Zr10B15中Fe-Zr-B非晶基底的晶体化参数分别为:0.5853,0.5992,0.5976,说明其晶化程度也没有明显差别;基于以上模拟结果,可以认为非晶基底的结构并未随Cu原子增加而发生显著变化;进而,对偶分布函数第一峰的偏移可以归因于fcc-Cu相含量的增加。
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