液态五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的微观结构演变与非晶形成机制

摘要

利用电磁悬浮无容器处理技术实现了液态五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的深过冷与快速凝固,同时通过分子动力学模拟计算揭示了非晶形成的微观机制.实验发现,凝固组织具有明显的核-壳结构特征,核区为非晶相,壳区主要由ZrCu, Zr2Cu和Zr8Cu5晶体相组成.非晶体积分数随合金过冷度的升高逐渐增大,当达到实验最大过冷度300 K （0.26TL）时,非晶体积分数增至81.3%.由此导出完全非晶凝固所需临界过冷度为334 K. TEM分析显示,过冷度增大并接近临界过冷度时,合金凝固组织中晶体相主要为Zr8Cu5相,而ZrCu和Zr2Cu相的生长被抑制.在达到临界过冷度后,过冷液相的凝固路径由Zr8Cu5结晶生长转变为非晶凝固.此外,合金的晶体壳中存在少量的晶间非晶相,而非晶核中亦有微量的非晶间Zr8Cu5纳米晶团簇.模拟结果表明,晶间非晶相的形成主要源于近临界过冷度下偏析行为诱发的成分过冷,而非晶间纳米晶团簇的出现则主要归因于深过冷液相中的微观热起伏效应.