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最近,我从热力学角度考虑,如果能够有效地抑制铝的扩散能力,就能够降低晶态结构铝的析出,从而提高其玻璃形成能力。 那怎样才能给铝原子加上一个羁绊,降低其扩散形核能力呢? 我想,如果有某个原子Z能够与铝原子结合得更强,而与其它原子作用较弱,形成一个Al-Z集团,那么这个集团就能够很好的拖拽铝原子,抑制其扩散形核能力。而且原子Z的掺入量并不需要很多,百分之几就够了。 我以Al-Y-Ni(Co)合金为基础,通过查找元素混合焓表,发现Ca与Al是负混合焓,而Ca与Y、Ni(Co)是正混合焓,刚好满足我的设想。于是,我通过实验研究了少量掺杂Ca元素(0.5~5 at.%)的作用,发现Ca的少量掺杂能够非常有效抑制铝原子的扩散能力,提高合金的稳定性和玻璃形成能力。当Ca含量掺到2~3%时,效果达到最好。非常完美地验证的当初的设想。这个结果对设计具有更高玻璃形成能力的块体金属玻璃合金提供了新思路。
(a) The mixing heat between the elements for the traditional Al-TM-RE metallic glasses. All the elements share big negative mixing heat with each other. (b) The additional element Ca has big negative mixing heat with Al while positive mixing heat with other composition elements. (c) Comparison of crystallization activation energy (Ea,p1) of various Al-rich metallic glasses. The yellow shade zone corresponds to the Al self-diffusion activation energy. (d) The reduced glass transition temperature Trg=Tg/Tl versus Ca concentration.
Al-Y-Ni(Co)-Ca phase diagram.
文章 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966979512001586
2012_JQ Wang_ Intermetallic_29_35-40_ AlCa-metallic glasses.pdf
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