文摘

在这项研究中,动态机械光谱被用来描述小镍的影响除了ZrCoAl松弛行为的大部分金属玻璃(BMG)。为此,Kohlrausch-Williams-Watts (KWW)函数和quasi-point缺陷(QPD)模型被用于评估不同老化温度下的放松。结果表明,镍弛豫过程转移到更高的温度。此外,估计表明,放松的活化能是5.951 eV和6.205 eV ZrCoAl和ZrCoAlNi分别。也表明合金化过程增强系统的结构性缺陷,导致BMG动态异构性的改进。比较物理模型,建议一个小变化的结构性缺陷加剧动态异构性的材料。

1。介绍

由于他们的无定形结构,大部分金属玻璃(融合)表现出独特的流变和机械性能,开放多种可能性将它们应用在先进的工程系统(1- - - - - -4]。然而,尽管水晶同行,融合显示复杂弛豫行为使得有必要准确地评估他们的玻璃微观结构(5- - - - - -8]。几个技术,动态力学分析(DMA)是一种有效的方法来识别和研究玻璃合金的力学松弛(9- - - - - -12]。研究表明机械光谱可以揭示融合的动态松弛复兴等不同状态下,退火、热变化,和成分的变化(13- - - - - -16]。其中,次要的角色除了在非晶合金的动态松弛可以很容易地通过DMA分析实验(17- - - - - -19]。提供一些例子,陶等。20.)表明,轻微的Dy ZrCuAl BMG改善结构异质性和强化玻璃系统的动态松弛。莱雅et al。21]DMA进行应变率跳测试申请ZrCoAl (Si)融合。他们的研究结果表明,硅合金化过程削弱了非晶态合金的敏感性流动压力下的结构稳定性和增强的温度和应变速率的崛起。许使用DMA方法,et al。22)发现的10。% Nb的CuZr玻璃合金提高了放松焓通过当地的原子运动的变化从一个较小的区域到更大的区域。在另一个工作,乔et al。23)报道,菲除了科尔劳施ZrCuAlNi BMG导致递减的指数,增加的特征松弛时间。刘等人。14公布了,适当的增加公司和铜LaCeAl玻璃合金强化二级β放松和增加了玻璃化转变温度。艾尔和Nb合金化过程的影响在Zr的动态松弛_20.铜_20.倪_20.“透明国际”_20.高频_20.熵值BMG也评估通过机械光谱(24]。结果公布的活化能βNb-added BMG明显高于放松,这是源自于一代的严重的化学原子结构的异质性。在另一项研究中,人们发现Pd添加到ZrCuAgAl BMG弱智弛豫动力学,这是表明缺陷密度减少结构(25]。以前,人们发现倪除了增强的总负热混合和改变了原子排列和人口ZrCoAl集群的系统,导致玻璃形成能力的提高和结构异质性(26]。因此,结果表明,镍元素可以适当的轻微增加识别的动态响应ZrCoAl出来。在当前的研究中,我们旨在关注ZrCoAl BMG放松的动态演化特征,表明镍合金化过程的重要性在玻璃合金在不同条件下的力学响应。

2。实验的程序

在这项研究中,(Zr型_62年有限公司₂₈艾尔₁₀)_{100 - x}倪_X(X = 0, 3。%)合金成分被认为是制造。混合的负热Ni-Al Ni-Zr双是-22焦每摩尔-49焦每摩尔(26),分别表明镍可以提高混合的总热量和结构系统中无序化。提到的合金是首先由纯氩气氛下电弧熔炼过程。应该注意的是,每个母合金淬火获得均匀化学成分的四倍。后来,copper-mold吸铸造的形式应用于制造融合板样品尺寸40毫米10毫米2毫米。确保准备好样品的无定形态,进行了x射线衍射(XRD-Ultima IV)分析在室温下的2θ= 25 - 90°。描述样本的热特性、差示扫描量热法(DSC、TA仪器,2500)是高纯氩干燥环境下进行加热/冷却20 K /分钟。放松焓的测定是通过加热样品超出了玻璃化转变温度。之后的冷却过程进行室温。随后冷却过程是相同的升温速率加热阶段。通过减去第一和第二热曲线,放松区域检测,符合样品的焓松弛。执行的动态力学分析(DMA-Q800)也是为了研究融合的力学松弛行为频率和温度的函数。这个实验是在保护气氛下和不同的频率和温度范围。从获得的数据,损耗模量等重要参数(E)和储能模量(E′)计算27]。损耗模量是一个标准评价一个弹性能量耗散的激发,而储能模量是指示性的材料储存能量的能力弹性(28]。

3所示。结果与讨论

图1(一)代表ZrCoAl和ZrCoAlNi样品的x射线衍射模式2θ= 25 - 90°。结果表明,x射线衍射模式包括一个广泛的峰值与光滑的肩膀,暗示了非晶样品的性质。DSC曲线的样品给出图1 (b)。观察,过冷液体(Δ范围T_x=T_x− )在ZrCoAl和Ni-added样本24 K和32 K,分别。过冷液体范围是热稳定性的判据和展示了如何轻松玻璃合金凝固后获得。测量的焓松弛约0.43焦每摩尔0.48焦每摩尔,ZrCoAl Ni-added样本,分别。得出小倪不仅提高了热稳定性和玻璃的形成也是一个关键因素的增强储存能量的原子结构。

的弛豫过程,样品测定的动态力学响应在广泛的温度的升温速率下5 K /分钟和驾驶1赫兹的频率。图2(一个)代表了归一化E”,EZrCoAl′值样本,而损耗系数(棕褐色δ=E“/E′)的融合在图给出2 (b)。结果显示,三个不同的区域中可以检测到的力学松弛曲线ZrCoAl样本。在第一个区域(300 K - 600 K),损耗模量很低,而储能模量在其最大状态。在600 K - 730 K的温度范围内,损失和储存模展示的急剧增加和减少的趋势,分别。这个事件的关联β和α风头,玻璃化转变温度下发生29日,30.]。最后,矛盾的行为模770 K以上相关晶体的成核和生长的微观结构(25]。使用损耗系数,可以找出镍合金化过程可以改变ZrCoAl BMG的弛豫行为。鉴于,如图2 (b),小倪除了导致损耗系数的强化;然而,检测到一个转变的损耗系数的峰值温度越高,这是符合的DSC结果放热峰Ni-added样品转移到更高的温度。也有一些发表的作品显示出轻微的影响除了延期和强化计划生育政策放宽的玻璃结构(9,23,31日]。放松的增强是由于原子迁移率和自由体积的增加。

机械放松的评价在不同驱动频率也给重要的信息关于样品的弛豫过程的活化能。如图3、驱动频率的上升导致的转变α—放松峰越高温度对样品;然而,在ZrCoAlNi合金更加明显。使用方程(1),它是可行的,计算的活化能α放松(25]: 介绍了驱动力和preexponential因素f和f₀,分别。此外,K_B和E_α定义玻耳兹曼常数和活化能的主要系统中放松。绘制的insets,安装线频率的函数倒数的对数峰值温度代表活化能的估计价值的融合。估计表明,E_α值是5.951 eV和6.205 eV ZrCoAl ZrCoAlNi,分别。

物理老化低于玻璃化转变温度也进行了描述样本的热特性。图4说明了标准化E′老化时间的函数的驱动频率下ZrCoAlNi BMG 1 Hz。使用方程(2),它可以描述的进化系统中储能模量(32]: 在这τ_一个和τ_b是在一定的温度和常数吗β_c与流单元毁灭的速度衰老过程。参数“一个“还介绍了规范化存储模量无限老化时间。结果表明,β_c值是0.241,0.312,0.386,0.90和0.401的退火温度0.92 ,0.94 ,和0.96 ,分别。因此,结果表明,退火温度上升加速流单元的速度灭绝的结构。此外,建议sub-Tg退火处理的无定形结构稳定低能量水平没有形成的晶体材料(33]。Kohlrausch-Williams-Watts (KWW)函数应用于定义的内部摩擦融合(34]: 在哪里t_一个介绍了老化时间和β_老化是KWW指数描述动态异构性的水平。β_老化参数的范围0 - 1,它显示了加强动态异质性时的最小值(34]。棕褐色的趋势δ退火时间的函数的驱动力为样本给出图1 KHz5。对于ZrCoAlNi示例,β_老化退火温度的上升下降。另一方面,ZrCoAl节目β_老化高于0.92的退火温度下降趋势 。这意味着两个样本都包括高动态异质性较高的退火温度。根据前面的工作,β_老化依赖于退火温度不同的非晶合金(35,36]。除了化学成分,强烈建议合金的初始能量状态的改善中扮演着关键角色动态异质性较高的退火温度(9]。在这项工作中,也发现小倪除了提高强化动态异质性高的退火温度。显示在图4储能模量的初始状态是在相同的值不同的退火温度;然而,它显示了一个温度依赖随着老化时间的增加。此外,存储模量是稳定当的老化时间超过一定值。另一方面,数字5表明,损耗因子表现出减少的趋势随着老化时间的崛起。根据先前的研究,松散的分布和密集的地区结构的非晶态合金负责动态异构性(37]。松散的地区也确定为淬火处理下的免费卷冷冻(38]。这些地区是潜在的网站代塑性变形和可以改变非晶合金的弛豫行为(39]。自由体积也发挥了重要作用,原子迁移率,弹性模和力学性能毫克(40]。基于数据4和5损耗系数的趋势和存储模量样品意味着原子迁移率降低在更高的温度。此外,相信随着老化时间的增加,自由体积是湮灭盛行和密集的区域系统,导致结构弛豫和储能模量的增加;然而,在长时间老化材料达到一个平衡状态,这意味着利率自由体积的毁灭和创造成为相同。

通过等温BMG样品同时进行频率扫描方法。数据6(一)和6 (b)说明规范化存储的趋势和损失模ZrCoAlNi的应用频率的函数。结果表明,储能模量的下降是一致的减少频率和温度的增加,分别。另一方面,峰值检测曲线的损耗模量,转向更高频率和温度的上升。相信峰值相关联α放松。实证函数也提出了威廉姆斯和瓦(41)描述α放松的无定形的系统: 在这l_iω和τ_α分别是拉普拉斯变换和主弛豫时间。ΔE_α介绍了弛豫强度φα(t,τα)是经验介质衰减函数。此外,另一个弛豫方程数拟合参数提出了伯格曼(42]: 在哪里E_p和ω_p规范化的损耗模量和频率在潜在的峰值(见图7)。如前所述,β_KWW表明动态异构性的系统,随着指数的增加值从0到1,微结构动态异构性问题就变得不再重要。根据图7,β_KWWZrCoAl和ZrCoAlNi主曲线的值是0.502和0.493,分别显示镍的影响除了BMG动态异构性的改进。这个数字也证实了实验数据拟合方程(5在峰);然而,存在一些偏差在高频部分的曲线。图7还表明,指数在0.5的范围,也在其他作品相关玻璃合金(43]。毫克的动态力学行为的评价,也可以应用quasi-point缺陷的理论(QPDs) [44]。在这个理论中,缺陷的浓度玻璃结构量化及相关标准化的损耗模量:

通过拟合损失modulus-frequency曲线,就可以获得相关因子(χ),数值因子(λ),和全球特征时间(τ)的样本。相关系数(χ)表明quasi-point缺陷浓度的系统,它在0和1之间。在χ= 1,材料显示了理想气体的状态,而一个完美的晶体有一个最小相关因子(χ= 0)。图8显示了安装基于QPD modulus-frequency损失模型的数据。结果显示,相关因子是0.417和0.431 ZrCoAl和ZrCoAlNi样本,分别。这意味着倪还可能增加缺陷的浓度,导致损耗模量在玻璃合金的崛起,这是符合伯格曼方程拟合的数据(见图7)。一般来说,人们相信的增加动态异质性是伴随着的生成和分布松散结构和强化系统的结构性缺陷。然而,值得注意的是,动态异构性改善和缺陷生成的速率是不相似的。我们可以看到在图9的相对变化β_KWW更比χ参数随着温度的增加。这意味着它可以改善动态异质性通过一个小引入缺陷,即。、免费卷到系统中。拓扑的角度,发现镍添加到ZrCoAl MGs导致增长类型的原子簇,即。,短期订单,稳定和玻璃形成液体(26]。然而,值得注意的是,集群类型的增加是主要原因一代纳米结构缺陷,导致异质性的提高。这一事件也在其他作品。例如,小的镍和Co LaGa-based MGs导致松弛峰高温的转变,而峰更加明显(45]。也报道,小Gd除了在CuZr-based MG加剧温度记录器的玻色子的峰值,改善结构的异质性(46]。

4所示。结论

在这项研究中,力学松弛行为的融合与合金成分ZrCoAl和ZrCoAlNi详细调查。主要结果如下:(我)小倪不仅改善热稳定性也提高了焓松弛。此外,它发现的放松活动是弱智Ni-added样本。(2)DMA结果表明,生成的倪除了松散结构和增强了非晶态合金中的动态异质性。(3)的拟合数据损失modulus-frequency基于QPD模型表明,相关因素是0.417和0.431 ZrCoAl和ZrCoAlNi样本,分别。这意味着倪还可能增加缺陷的浓度,导致损耗模量在玻璃合金的崛起,这是一致的,造成KWW模型。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。