互不固溶金屬體系輻照損傷合金化的熱力學研究.pdf

1、針對互不固溶金屬體系合金化困難，本文提出了一種新的基于互不固溶金屬體系的合金化機制—輻照損傷合金化機制。從熱力學角度講，該機制實現(xiàn)合金化的關鍵是在互不固溶金屬體系之間的界面上通過固態(tài)反應非晶化(SolidStateAmorphizationReaction-SSAR)生成非晶合金相，從而構建出互不固溶金屬復合材料的界面，獲得良好的冶金結合。根據(jù)SSAR發(fā)生的條件，即體系的初始態(tài)自由能值(△G(in)i)須高于非晶態(tài)自由能(△Gamor)

2、的值，本研究認為，輻照損傷結構具有的儲藏能(△s)可將體系的初始能態(tài)抬高至非晶態(tài)之上，從而為SSAR提供驅動力。為證明這個觀點，本文建立了互不固溶體系輻照損傷合金化的熱力學模型，通過Miedema模型及Alonso理論計算了體系的初始態(tài)與非晶態(tài)的自由能值，根據(jù)體系初始態(tài)能量必須高于非晶態(tài)能量這一固態(tài)反應非晶化發(fā)生的條件估算了儲藏能的值。利用差示掃描量熱法(DSC)測量了儲藏能的值，同時利用掃描電子顯微鏡(SEM)、高分辨透射電子顯微鏡(

3、HRTEM)、X射線電子能譜儀(EDS)以及選區(qū)電子衍射(SAED)等表征方法對Mo/Ag和W/Ag體系擴散層的形貌結構、物相組成等進行了研究，得出結果如下:
　　 (1)在輻照損傷合金化機制中，儲藏能△Gs可將互不固溶體系的初始能態(tài)抬高至非晶態(tài)之上，在后續(xù)的氣氛保護退火過程中，體系實現(xiàn)了SSAR，生成非晶合金相，從而構建出了互不固溶金屬復合材料的界面，并獲得了良好的冶金結合。
　　 (2)根據(jù)輻照損傷合金化熱力學模型預

4、測得Mo/Ag及W/Ag互不固溶金屬體系發(fā)生SSAR的條件為儲藏能△Gs的最小值分別不得低于9.20kJ/mol和10.80kJ/mol。同時也預測了Mo/Cu及Ti/Mg互不固溶體系在不同擴散情況下△Gs的值，計算得到當Cu原子擴散進入Mo金屬中時，Mo/Cu體系發(fā)生SSAR的條件為儲藏能△Gs的最小值不得小于9.36kJ/mol，當Mo原子擴散進入Cu金屬中時，儲藏能△Gs的最小值不得小于9.35kJ/mol;當Mg原子擴散進入Ti

5、金屬中時，Ti/Mg體系發(fā)生SSAR的條件為儲藏能△Gs的最小值不得小于6.26kJ/mol，當Ti原子擴散進入Mg金屬中時，儲藏能△Gs的最小值不得小于7.31kJ/m。
　　 (3)DSC測試結果表明，Mo/Ag及W/Ag互不固溶體系的儲藏能完全來自于輻照損傷結構，并且測出△Gs的值分別為11.90kJ/mol和33.78kJ/mol。通過與輻照損傷合金化熱力學模型所預測的△Gs值相比較，測試結果完全符合預測值不得低于9.2