Page 37 - 理化检验-物理分册2023年第一期

王大刚, 等: 金属玻璃热力学特征温度的表征方法

[ 3 ] 。金属玻璃在后续加热过程中会结晶, 结晶温 。
T g 现两步结晶过程, 对应两个结晶温度 T x1 和 T x2
) 同样可以通过这些热力学测试手段来获 [ 4 ]
度( T x 可以根据 DSC热流曲线计算出相应的T g 和T x ,
取 [ 5 ] 。采用多种热力学测试方法来表征金属玻璃的 结果如表1所示。
玻璃化转变及结晶过程, 对拓宽测试手段的应用领
域及认知金属玻璃这类新型材料的结构具有实际
意义。

1 试验材料及方法

选用 Zr 60 Cu 28Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72Ni 10Al 10Nb 1.5
两种结构不同的金属玻璃为研究对象。首先以纯度
大于99.9%的纯金属为原材料, 用氩气保护, 在非
试样的
和 Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5
自耗电弧炉内熔炼母合金。先将金属铌与金属锆熔
图2 Zr 60 Cu 28 Al 12
DSC热流曲线
炼成中间合金, 再与其余纯金属混合熔炼。为了保
试样的
表1 Zr 60 Cu 28 Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5
证合金成分均匀, 中间合金与母合金均翻转熔炼 4 ( 由 DSC热流曲线获得)
T g 和T x K
次。最后将熔炼好的母合金采用高频感应重新加
试样
T g T x1 T x2
热, 用 0.015 MPa 的压力吹入无氧铜模内, 形成 Zr 60 Cu 28 Al 12 660.8 724.7 -

2mm ( 直 径) 的 非 晶 合 金 棒 及 2 mm×5 mm× Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5 654.1 709.8 743.7

50mm ( 长× 宽 × 高) 的板条状试样。采用 Bruker
图 3 为 Zr 60 Cu 28 Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5
D8型 X 射线衍射仪( XRD ) 测试试样的相结构; 采 试样的典型 DIL热膨胀系数曲线。由图3可见: 随
用 TA Q200 型 DSC 检 测 试 样 的 热 性 能; 采 用 时, 进

着温度升高, 合金发生热膨胀; 温度达到 T g

NETZSCHDIL402C型 DIL测试试样的热膨胀性 入黏流态, 合金急剧膨胀, 在曲线上呈现拐点 [ 4 ] ; 进

能, 试样尺寸为2mm×25mm ( 直径×长度); 采用
一步升高温度, 试样的黏度开始下降, 在 DIL 压杆
TAQ800型 DMA 测试试样的动态热力学性能, 试

的推动下, 试样产生压缩黏性流动, 尺寸大幅减少;

样尺寸为2mm×5mm×30mm ( 长×宽×高)。
直到开始结晶, 试样又开始变成固体, 重新遵循固态
2 试验结果 结晶试样的热膨胀规律, 因此将曲线上急剧热膨胀
。
, 压缩黏性流动的停止点作为 T x
的拐点作为 T g
试样
Zr 60 Cu 28Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72Ni 10Al 10Nb 1.5 附近无明显尺寸突
对于 Zr 60 Cu 28Al 12 合金, 在 T g
的 XRD 测试结果如图1所示。由图1可见, 两个试
变, 无 法 从 热 膨 胀 曲 线 上 界 定 T g ;对 于
样均只有一个宽的漫射峰, 没有尖锐的布拉格衍射
Zr 63.78 Cu 14.72Ni 10Al 10Nb 1.5 合金, 存在两步结晶现象
峰出现, 表明两个试样都具有非晶态结构。
( 与图 2 的 DSC 曲线吻合), 黏流区存在两个极值
和
点, 分 别 对 应 T x1 和 T x2 。 对 Zr 60 Cu 28Al 12
试样分别进行两次 DIL
Zr 63.78 Cu 14.72Ni 10Al 10Nb 1.5
测试, 计算其热力学温度, 结果如表2所示。
试样的
图1 Zr 60 Cu 28 Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5
XRD测试结果
图2为 Zr 60 Cu 28 Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5
试样的 DSC热流曲线, 可见明显的玻璃化转变( 吸
热过程) 和结晶峰( 放热过程), 也证明了合金的非晶 图3 Zr 60 Cu 28 Al 12 和 Zr 63.78 Cu 14.72 Ni 10 Al 10 Nb 1.5 试样的
态本质。两个试样的结构不同, 五元合金的结晶呈 典型 DIL热膨胀系数曲线
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